Sebuah studi baru dari The Jackson Laboratory dan University of Pennsylvania menemukan bahwa neuron-neuron kunci di otak harus aktif setelah berolahraga agar daya tahan tubuh meningkat. Penemuan ini suatu hari nanti dapat membantu orang-orang yang tidak dapat berolahraga secara intensif untuk tetap mendapatkan beberapa manfaat perlindungan dari olahraga.
Saat kaki Anda terasa pegal di akhir lari, mudah untuk berpikir bahwa otot Anda yang melakukan semua pekerjaan. Tetapi penelitian baru menunjukkan bahwa otak Anda mungkin merupakan penggerak sebenarnya dari peningkatan daya tahan jangka panjang.
Para ilmuwan di The Jackson Laboratory dan University of Pennsylvania telah menemukan bahwa sejumlah sel otak tertentu harus diaktifkan setelah berolahraga agar tubuh dapat membangun stamina dari waktu ke waktu. Pada tikus, ketika neuron-neuron tersebut dinonaktifkan, hewan-hewan tersebut berhenti meningkatkan daya tahannya, meskipun mereka tetap melakukan latihan intensif yang sama.
Pekerjaan, diterbitkan dalam jurnal Neuron, menantang gagasan yang sudah lama dipegang bahwa daya tahan terutama berkaitan dengan adaptasi otot terhadap latihan berulang.
“Gagasan bahwa pembentukan ulang otot membutuhkan keluaran dari neuron otak ini merupakan kejutan yang cukup besar,” kata Erik Bloss, salah satu penulis senior dan profesor madya di The Jackson Laboratory, dalam siaran pers. “Ini benar-benar menantang pemikiran konvensional tentang bagaimana olahraga bekerja.”
Melacak aktivitas otak setelah berlari
Para ilmuwan telah mengetahui selama bertahun-tahun bahwa aktivitas fisik teratur bermanfaat bagi otak, meningkatkan kognisi dan memperkuat koneksi antar neuron. Tetapi sebagian besar penelitian tersebut berfokus pada perubahan jangka panjang. Bloss dan rekan penulis senior J. Nicholas Betley, seorang profesor biologi di UPenn, ingin mengetahui apa yang terjadi di otak dalam beberapa menit dan jam setelah berolahraga.
Mereka memfokuskan perhatian pada hipotalamus, wilayah otak bagian dalam yang membantu mengatur rasa lapar, suhu tubuh, hormon, dan metabolisme. Dengan menggunakan tikus yang berlari di atas treadmill, tim tersebut merekam aktivitas sel-sel hipotalamus selama dan setelah berolahraga.
Mereka memfokuskan perhatian pada sekelompok neuron yang menghasilkan protein yang dikenal sebagai faktor steroidogenik-1, atau SF1. Neuron SF1 ini melakukan sesuatu yang mengejutkan: neuron-neuron tersebut menyala bukan selama percobaan, tetapi selama sekitar satu jam setelahnya.
Ketepatan waktu tersebut menarik perhatian para peneliti.
“Fakta bahwa neuron-neuron ini paling aktif setelah berlari cukup menarik,” tambah Bloss. “Hal ini menunjukkan bahwa mereka berperan dalam memberi sinyal kepada tubuh untuk memulai proses pemulihan.”
Saat tikus-tikus tersebut dilatih selama beberapa minggu, semakin banyak neuron SF1 yang menjadi aktif setelah setiap sesi. Eksperimen di JAX menunjukkan bahwa koneksi antara neuron-neuron ini juga menjadi lebih kuat dan lebih banyak pada hewan yang terlatih. Tikus yang berolahraga memiliki koneksi antara neuron SF1 kira-kira dua kali lebih banyak daripada tikus yang tidak berolahraga, sebuah tanda bahwa sirkuit otak ini sedang dimodifikasi oleh latihan berulang.
Menghentikan sirkuit akan menghentikan peningkatan daya tahan.
Untuk menguji apakah aktivitas otak setelah berlari ini benar-benar berpengaruh terhadap performa, para peneliti beralih ke optogenetika, sebuah teknik yang menggunakan cahaya untuk mengontrol neuron tertentu.
Dalam serangkaian percobaan, mereka mematikan neuron SF1 hanya selama 15 menit setelah setiap sesi treadmill. Tikus-tikus itu tetap berlari kencang setiap hari selama tiga minggu, mengikuti jadwal pelatihan ketat yang sama seperti hewan kontrol. Tetapi tidak seperti hewan kontrol, mereka berhenti mengalami peningkatan. Daya tahan mereka mencapai titik jenuh, meskipun intensitas latihan mereka tidak meningkat.
Ketika tim menggunakan metode lain untuk menonaktifkan neuron SF1, efeknya melampaui otak. Perubahan aktivitas gen yang biasanya terjadi pada otot setelah berolahraga — perubahan yang dibutuhkan untuk membentuk kembali serat otot dan mendukung daya tahan — gagal muncul. Dengan kata lain, tanpa sinyal dari otak, otot tidak sepenuhnya memasuki mode pelatihan.
Tikus-tikus itu juga berperilaku berbeda ketika diberi kesempatan untuk berlari sendiri.
“Jika Anda memberi tikus biasa akses ke roda lari, mereka akan berlari beberapa kilometer sekaligus,” tambah Bloss. “Ketika kita menonaktifkan neuron-neuron ini, mereka pada dasarnya tidak berlari sama sekali. Mereka melompat sebentar tetapi tidak dapat mempertahankannya.”
Meningkatkan aktivitas neuron akan mempercepat pelatihan.
Percobaan sebaliknya menghasilkan hasil yang sama mencoloknya. Ketika para peneliti secara artifisial merangsang neuron SF1 selama satu jam setelah setiap sesi treadmill, tikus-tikus tersebut memperoleh daya tahan yang lebih besar dari biasanya.
Dibandingkan dengan hewan kontrol, tikus-tikus ini berlari lebih jauh dan mencapai kecepatan tertinggi yang lebih tinggi pada akhir periode pelatihan. Sederhananya, peningkatan sinyal otak setelah berolahraga tampaknya memperkuat manfaat dari latihan yang sama.
Secara keseluruhan, temuan ini menunjukkan bahwa otak bukan hanya penumpang selama pelatihan. Otak bertindak lebih seperti koordinator utama, merasakan latihan dan kemudian mengirimkan instruksi yang mendorong perubahan metabolisme dan pembentukan ulang otot di seluruh tubuh.
Mengapa itu penting
Studi ini dilakukan pada tikus, dan diperlukan lebih banyak penelitian untuk memahami apakah sirkuit serupa beroperasi pada manusia dan bagaimana sirkuit tersebut dapat ditargetkan dengan aman. Meskipun demikian, penelitian ini membuka kemungkinan yang menarik.
Jika para ilmuwan dapat belajar untuk memanfaatkan atau meniru sinyal-sinyal otak ini, suatu hari nanti mereka mungkin dapat membantu orang-orang yang tidak dapat berolahraga secara intensif — seperti banyak lansia atau individu dengan keterbatasan mobilitas — untuk mendapatkan manfaat lebih dari aktivitas sedang. Hal ini juga dapat memberikan informasi untuk strategi baru dalam rehabilitasi setelah cedera atau penyakit, atau untuk melindungi otak dan tubuh dari penurunan fungsi terkait usia.
Bloss melihat potensi yang jauh melampaui laboratorium.
“Ada kemungkinan nyata bahwa kita pada akhirnya dapat memanfaatkan sirkuit ini untuk meningkatkan efek olahraga sedang,” katanya. “Jika kita dapat meniru atau meningkatkan pola seperti olahraga di otak, itu bisa sangat berharga bagi orang dewasa yang lebih tua atau orang dengan keterbatasan mobilitas yang tidak dapat melakukan aktivitas fisik intensif tetapi masih dapat memperoleh manfaat dari efek perlindungan olahraga pada otak dan tubuh.”
Apa selanjutnya
Studi di masa mendatang kemungkinan akan meneliti bagaimana neuron SF1 berkomunikasi dengan otot dan organ lainnya, sinyal kimia apa yang mereka gunakan, dan apakah neuron serupa di otak manusia merespons olahraga dengan cara yang sama.
Untuk saat ini, penelitian ini menawarkan cara berpikir baru tentang latihan: latihan belum berakhir ketika Anda turun dari treadmill. Pada jam penting setelah Anda berhenti, otak Anda mungkin bekerja keras, mempersiapkan diri untuk pencapaian terbaik pribadi Anda berikutnya.
Sumber: Laboratorium Jackson