Penyakit menular atau kronis seperti COVID-19, penyakit Alzheimer, dan cedera otak traumatis dapat menyebabkan peradangan di otak, atau peradangan saraf, yang melemahkan otot. Meskipun para ilmuwan menyadari hubungan antara peradangan dan kelemahan otot, molekul dan proses yang terlibat masih belum jelas.
Dalam penelitian kami, tim ahli saraf dan biologi kami mengungkap percakapan tersembunyi antara otak dan otot yang memicu kelelahan otot dan cara potensial untuk mengobatinya.
Peradangan saraf dan kelelahan otot
Peradangan saraf terjadi ketika sistem saraf pusat Anda – otak dan tulang belakang – mengaktifkan sistem kekebalannya sendiri untuk melindungi dirinya dari infeksi, racun, degenerasi saraf, dan cedera traumatis. Reaksi neuroinflamasi terutama terjadi di otak. Namun karena alasan yang tidak diketahui, pasien juga mengalami banyak gejala di luar sistem saraf pusat, seperti kelelahan yang melemahkan dan nyeri otot.
Untuk memecahkan teka-teki ini, kami mempelajari peradangan otak dalam konteks tiga penyakit berbeda: infeksi bakteri E.colimeningitis yang diinduksi, infeksi virus pada COVID-19, dan degenerasi saraf pada penyakit Alzheimer. Kemudian, kami menganalisis bagaimana perubahan kekebalan ini memengaruhi kinerja otot.
Kami mengukur perubahan kekebalan pada otak lalat buah dan tikus yang terinfeksi bakteri hidup, protein virus, atau protein neurotoksik. Setelah akumulasi awal molekul beracun di otak yang biasanya meningkat sebagai respons terhadap stres seperti infeksi, otak memproduksi sitokin – bahan kimia yang mengaktifkan sistem kekebalan – dalam jumlah tinggi yang dilepaskan ke dalam tubuh. Ketika sitokin ini berpindah ke otot, mereka mengaktifkan serangkaian reaksi kimia yang mengganggu kemampuan pembangkit tenaga listrik sel – mitokondria – untuk menghasilkan energi.
Meskipun akibat dari perubahan kekebalan ini tampaknya tidak merusak serat otot, hal ini menyebabkan kelelahan. Ketika kami mengukur kinerja otot hewan-hewan ini setelah memberi mereka perawatan untuk mengimbangi efek aktivasi kekebalan, kami menemukan bahwa lalat dan tikus kurang bergerak secara signifikan sebagai respons terhadap rangsangan manual atau mekanis dibandingkan dengan mereka yang tidak terinfeksi. Hal ini menunjukkan bahwa hewan tersebut mengalami penurunan daya tahan tubuh.
Percakapan antara otak dan otot
Temuan kami menunjukkan bahwa kelelahan otot akibat infeksi atau penyakit kronis disebabkan oleh jalur komunikasi otak-ke-otot yang menghabiskan energi di otot tanpa mengganggu struktur atau integritasnya. Berbeda dengan penjelasan tradisional mengenai disfungsi otot yang berfokus pada penyebab di luar otak, seperti kerusakan serat otot, jalur ini secara langsung menyebabkan kelelahan.
Karena sitokin utama yang terlibat dalam komunikasi otak-ke-otot telah dipertahankan sepanjang evolusi pada spesies yang berbeda, kami yakin jalur sinyal ini dapat mewakili mekanisme universal yang digunakan otak untuk mengklaim dan mengalokasikan kembali energi guna melawan infeksi.
Karena kami mempelajari poros otak-otot hanya dalam konteks model yang disederhanakan, kami tidak tahu apakah ini berlaku untuk kondisi yang lebih kompleks seperti fibromyalgia atau sindrom kelelahan kronis. Kita juga belum mengetahui bagaimana gangguan produksi energi di otot berkorelasi dengan gangguan produksi energi di otak.
Lebih lanjut, poros otak-otot bekerja melalui serangkaian langkah yang saling berhubungan. Namun, mekanisme pasti dari komunikasi ini dan potensi keterlibatan sitokin lain masih belum diketahui.
Kelelahan otot sering terjadi pada berbagai penyakit
Kelemahan otot dan kelelahan adalah gejala umum pada berbagai penyakit, mulai dari infeksi bakteri dan virus hingga gangguan kronis dan kondisi neurodegeneratif. Gejala-gejala ini menyedihkan dan menurunkan kualitas hidup jutaan orang di seluruh dunia.
Misalnya, sebagian besar dari 65 juta orang di seluruh dunia yang berjuang melawan COVID-19 yang berkepanjangan mengalami kelelahan yang berlangsung selama berbulan-bulan hingga bertahun-tahun.
Demikian pula, berkurangnya kekuatan otot merupakan gejala umum penyakit Alzheimer tahap awal, suatu kondisi yang mempengaruhi setidaknya 50 juta orang di seluruh dunia.
Pemahaman yang lebih baik tentang bagaimana peradangan saraf menyebabkan kelelahan otot dapat mengarah pada pengobatan potensial yang meningkatkan fungsi otot.
Perawatan baru akan segera tiba
Penelitian kami menunjukkan bahwa menargetkan poros otak-otot dapat menawarkan strategi pengobatan baru untuk kelelahan otot.
Saat ini, kami sedang menguji antibodi penetral – protein yang mengikat dan menghambat fungsi sitokin – pada tikus dengan peradangan saraf. Perawatan yang disetujui FDA ini secara khusus menargetkan sitokin yang dikeluarkan oleh otak dan mencegah sinyal ke otot. Kami tertarik untuk mengidentifikasi antibodi penetralisir, atau kombinasi antibodi mana, yang mencegah kelelahan otot pada tikus.
Kami juga merencanakan uji klinis jangka panjang terhadap COVID untuk mengetahui profil tingkat sitokin pada pasien. Tidak jelas apakah protein COVID-19 lainnya juga dapat memicu peradangan saraf dan kelelahan otot. Bukti terbaru menunjukkan bahwa COVID yang berkepanjangan mungkin terkait dengan partikel virus yang tertinggal di beberapa organ, termasuk otak, bahkan berbulan-bulan setelah infeksi. Namun, masih belum diketahui secara pasti apakah dan bagaimana hal ini mungkin ada kaitannya dengan tingginya tingkat sitokin yang terlihat pada masa COVID-19 yang berkepanjangan.
Dengan pengembangan lebih lanjut, menargetkan poros otak-otot dapat menjadi pengobatan yang berguna bagi orang yang menderita COVID-19 jangka panjang dan penyakit lain yang menyebabkan peradangan otak.
Artikel ini awalnya diterbitkan di The Conversation oleh Diego E. Rincon-Limas di University of Florida dan Aaron N. Johnson di Arts & Sciences di Washington University di St. Louis. Baca artikel aslinya di sini.