Mózg to niezwykle istotny narząd w naszym życiu. Jest to pewnego rodzaju komputer o niesamowitej mocy obliczeniowej. Wyobraź sobie, że potykasz się idąc ulicą jednak w jakiś sposób udaje Ci się ostatecznie wyjść z tego cało, bez upadku. Taką samą sytuację mógłbyś rozrysować na kartce papieru, wypisując konkretne wzory i obliczenia fizyczne sił jakie musiały zostać użyte do przeniesienia Twoich kończyn tak abyś ostatecznie nie stracił równowagi. Na szczęście Twój mózg zrobił te obliczenia natychmiastowo.
ZDROWY MÓZG TO LEPSZE I ŁATWIEJSZE ŻYCIE
Odpowiednio funkcjonujący mózg wiąże się z lepszą decyzyjnością, pamięcią oraz odpornością na warunki stresowe. Każdy z tych czynników towarzyszy nam w ciągu dnia. Nieraz przecież musimy podjąć ważną, zapamiętać coś kluczowego w pracy czy szkole oraz jesteśmy stale eksponowani na stresory, które kumulując się mogą prowadzić do załamania nerwowego czy w najgorszym wypadku do stanów depresyjnych.
Aktywność fizyczna posiada potwierdzony wpływ na mózg i jego strukturę. Jest to niezwykle silne narzędzie pozwalające zarówno na nagłą jak i chroniczną poprawę naszego samopoczucia. Wysiłek jest bowiem związany z poszczególnymi zmianami w organizmie i stymulacją różnego rodzaju czynników wzrostowych, endokannabinoidów i innych związków wpływających pozytywnie na zdrowie mentalne.
JAK AKTYWNOŚĆ FIZYCZNA WPŁYWA NA MÓZG?
Wysiłek fizyczny to aktywator kaskady procesów warunkujących zestaw procesów adaptacyjnych. Początkowo na skutek aktywności dochodzi do zmian na poziomie molekularnym i komórkowym. Ta pozornie mała odpowiedź, gdy jest skutecznie i progresywnie powtarzana warunkuje strukturalne i funkcjonalne zmiany w mózgu. Różnego rodzaju exerkiny czyli związki stymulowane zarówno bezpośrednio jak i pośrednio wysiłkiem fizycznym posiadają funkcje migrowania do tkanek mózgu działając naprawczo i odżywczo. Działanie to jest zalążkiem wielu zmian behawioralnych i socjoemocjonalnych, które wspólnie warunkują pozytywne oddziaływanie na nasze zdrowie kognitywne.
KWASY OMEGA-3 WSPIERAJĄCE PRACĘ MÓZGU
ZMIANY MOLEKULARNE
Wpływ aktywności fizycznej na proces uczenia się i formowania pamięci w głównej mierze warunkowany jest modulacją głównych czynników wzrostowych odpowiedzialnych za odpowiednie utrzymanie energetyczne i synaptyczną plastyczność mózgu. Dwoma najbardziej przebadanymi w tym zakresie czynnikami jest Neutroficzny czynnik pochodzenia mózgowego (BDNF) oraz Insulinopodobny czynnik wzrostu typu I (IGF-1) [1,2].
Ćwiczenia fizyczne zwiększają ekspresję genów BDNF i IGF-1 oraz ilość tych białek zarówno obwodowo jak i w wielu regionach mózgu, z najbardziej widoczną i długotrwałą zmianą w hipokampie. Sygnalizacja za pośrednictwem wspomnianych neutrofin uważana jest za główny szlak leżący u podstaw poprawy neuropoznawczej warunkowanej wysiłkiem, gdyż czynniki te są niezbędne do zaobserwowania komórkowych zmian na skutek aktywności fizycznej. Gdy eksperymentalnie blokowano sygnalizację tych szlaków komórkowych, obserwowano zmniejszony lub całkowicie eliminowany korzystny wpływ ćwiczeń na szlaki komórkowe związane z długoterminowym wzmocnieniem procesów poznawczych [3]. Istnieją dowody wskazujące, że blokowanie BDNF osłabia uczenie się behawioralne i poprawę pamięci na skutek ćwiczeń fizycznych. Dlatego też, wzrost przynajmniej jednego z tych czynników, warunkowany wysiłkiem, jest bezpośrednio związany ze zmianami komórkowymi i poznawczymi. Oba szlaki działają poniekąd w sposób sekwencyjny, jako że blokowanie sygnalizacji IGF-1 zmniejsza indukowany wysiłkiem wzrost BDNF. Sugeruje to, że oba szlaki zbiegają się w pewnych punktach.
ZMIANY KOMÓRKOWE
Indukcja poszczególnych czynników wzrostowych i szereg kaskad molekularnych prowadzi do zmian komórkowych takich angiogeneza, będąca powstawaniem nowych naczyń krwionośnych oraz neurogeneza czyli proces tworzenia nowych neuronów. Oba procesy uważane są za głównych kandydatów wzmożonych procesów kognitywnych na skutek aktywności fizycznej. Sam wzrost ilości naczyń krwionośnych w mózgu jest procesem poprzedzającym neurogenezą i wydaje się, że może on być czynnikiem stymulującym proliferacje i przeżycie komórek mózgowych.
Proces tworzenia nowych neuronów w strukturze mózgu noszącej nazwę zakrętu zębatego jest jedną z najczęściej widocznych zmian związanych z ćwiczeniami [4]. Po 2-4 tygodniach regularnych ćwiczeń widuje się na modelu zwierzęcym wzrost długości dendrytów i istniejących neuronów oraz proliferację komórek progenitorowych w zakręcie zębatym. Co więcej, wywołany wysiłkiem wzrost liczby neuronów pokrywa się z miejscami ekspresji BDNF i zwiększoną plastycznością synaptyczną. Dodatkowo, zahamowanie tych zmian eliminuje poprawę w aspektach uczenia się i poprawy pamięci, co sugeruje, że neurogeneza i integracja nowych neuronów jest niezbędna do zaobserwowania pozytywnych zmian w funkcjach kognitywnych na skutek aktywności fizycznej.
Należy jednak pamiętać, że większość podstaw teoretycznych pochodzi z modelu zwierzęcego. Jednym z ograniczeń jest to, że wyniki nie zawsze mogą być bezpośrednio ekstrapolowane na ludzi. Dlatego też, w przypadku ludzi choć widuje się duże podobieństwa w odpowiedni wysiłkowej to na poziomie mózgu mechanika reakcji pozostaje nadal niejasna. Dzieje się tak za sprawą ograniczonych technik pomiarowych poszczególnych szlaków komórkowych i molekularnych w ludzkim mózgu.
KREATYNA – SUPLEMENT NEUROPROTEKCYJNY
ZMIANY MAKROSKOPOWE
Dzięki prężnemu rozwojowi neuroobrazowania, dostajemy możliwość zbadania w sposób nieinwazyjny makroskopowych zmian w strukturze i funkcji mózgu oraz jego poszczególnych obwodów w odpowiedzi na wysiłek fizyczny.
Przykładowo, w grupie 49 nieletnich osób, stwierdzono że Ci o wyższym poziomie atletycznym cechowały się większą objętością hipokampu, a to zaś wiązało się z lepszą pamięcią relacyjną. Co więcej, odkryli że obustronna objętość hipokampu pośredniczy w związku pomiędzy sprawnością fizyczną a wykonywaniem zadań pamięciowych. Podobne zależności wykazano w badaniu nad osobami starszymi [6]. Wyniki te są więc zgodne z badaniami wykonywanymi na modelu zwierzęcym.
Ogólnie rzecz biorąc, literatura wykazuje że trening fizyczny zwiększa objętość mózgu, szczególnie w kontekście hipokampu, a zmiany te częściowo odpowiadają za poprawę funkcji poznawczych. W jednym z przełomowych badań na ten temat, 120 nieaktywnych osób zostało losowo przydzielonych do grupy 12-miesięcznego wykonywania marszu w strefie tlenowej lub do grupy kontrolnej, wykonującej jedynie ćwiczenia rozciągające [7]. Po interwencji, grupa wysiłkowa wykazała większą objętość istoty szarej w przednim hipokampie w porównaniu z grupą kontrolną. Odkrycia te stanowią eksperymentalny dowód łączący ćwiczenia fizyczne ze zmianami zarówno objętości istoty szarej jak i wzrostu wydajności poznawczej. Specyfika zmian i regionalnej specyficzności ćwiczeń w kontekście mózgu jest zgodna z tą zauważoną na modelu zwierzęcym.
Ponadto, poza samą kwestią istoty szarej mózgu, wydaje się że integralność istoty białej również może pośredniczyć w poprawie funkcji kognitywnych stymulowanych wysiłkiem. Pierwsza linia dowodów pochodzi z badań pokazujących że integralność istoty białej ma wyraźny związek z wydajnością poznawczą o różnym charakterze. Druga linia dowodów pochodzi z badań wykazujących, że wyższy poziom aktywności fizycznej wiąże się z większą integralnością istoty białej [8]. Mechanizm ten został przetestowany stosunkowo niedawno. W dwóch niezależnych próbach obejmujących łącznie 267 osób starszych, stwierdzono że integralność istoty białej cechuje się związkiem pomiędzy sprawnością sercowo-oddechową (VO2max) a wydajnością przestrzennej pamięci roboczej [9].
AKTYWNOŚĆ FIZYCZNA A FUNKCJONOWANIE MÓZGU
Na skutek aktywności fizycznej dochodzi nie tylko do zmian w strukturze ale również w samym funkcjonowaniu mózgu. Co więcej, zmiany mogą poprzedzać zmiany strukturalne. Możliwe jest również, że sam wpływ aktywności na funkcjonowanie mózgu jest niezależny od zmian w strukturze a więc nie są one jedynie efektem ubocznym. Przykładowo w jednym z badań z 2013 roku [10], przy użyciu fMRI, zaobserwowano że dzieci uczestniczące w 9-miesięcznej interwencji ruchowej 5 dni w tygodniu, wykazały lepszą wydajność w kontroli wykonawczej i zwiększone wzorce aktywacji kory przedczołowej. W innym badaniu z 2014 roku [11] zauważono podobny wzorzec wyników u otyłych dzieci. Po 8-miesięcznej interwencji, badani cechowali się lepszą kontrolą poznawczą i zwiększoną aktywacją obszarów kory przedczołowej. Dodatkowo, ćwiczenia fizyczne zwiększają elektrofizjologiczne wskaźniki elastyczności poznawczej co ma swoje odzwierciedlenie w m.in. pamięci roboczej. Jest więc niezmiernie kluczowe aby u osób młodych implementować różnego rodzaju ćwiczenia fizyczne ze względu na większą aktywację neuronalną w przedczołowych obszarach mózgu co przyczynia się do ogólnej poprawy sprawności poznawczej.
Zmiany nie odnoszą się jedynie do osób młodych. W przypadku osób w podeszłym wieku, 12-miesięczna interwencja ruchowa przyczyniała się do zwiększenia funkcjonalnej łączności między regionami dwóch wieloskalowych sieci mózgowych [12], zaś zwiększona łączność w czołowych sieciach wykonawczych (FEN), obejmujących kilka przedczołowych obszarów mózgu, wiązała się z poprawą wydajności funkcji wykonawczych. Należy zwrócić uwagę, że wraz z wiekiem dochodzi do spadku wydajności i elastyczności wieloskalowych sieci mózgowych stąd wysiłek fizyczny jest nieocenionym zabiegiem sprzyjającym spowolnieniu procesów starzeniowych mózgu.
Na skutek aktywności fizycznej dochodzi nie tylko do zmian w strukturze ale również w samym funkcjonowaniu mózgu. Co więcej, zmiany mogą poprzedzać zmiany strukturalne. Możliwe jest również, że sam wpływ aktywności na funkcjonowanie mózgu jest niezależny od zmian w strukturze a więc nie są one jedynie efektem ubocznym. Przykładowo w jednym z badań z 2013 roku [10], przy użyciu fMRI, zaobserwowano że dzieci uczestniczące w 9-miesięcznej interwencji ruchowej 5 dni w tygodniu, wykazały lepszą wydajność w kontroli wykonawczej i zwiększone wzorce aktywacji kory przedczołowej. W innym badaniu z 2014 roku [11] zauważono podobny wzorzec wyników u otyłych dzieci. Po 8-miesięcznej interwencji, badani cechowali się lepszą kontrolą poznawczą i zwiększoną aktywacją obszarów kory przedczołowej. Dodatkowo, ćwiczenia fizyczne zwiększają elektrofizjologiczne wskaźniki elastyczności poznawczej co ma swoje odzwierciedlenie w m.in. pamięci roboczej. Jest więc niezmiernie kluczowe aby u osób młodych implementować różnego rodzaju ćwiczenia fizyczne ze względu na większą aktywację neuronalną w przedczołowych obszarach mózgu co przyczynia się do ogólnej poprawy sprawności poznawczej.
Zmiany nie odnoszą się jedynie do osób młodych. W przypadku osób w podeszłym wieku, 12-miesięczna interwencja ruchowa przyczyniała się do zwiększenia funkcjonalnej łączności między regionami dwóch wieloskalowych sieci mózgowych [12], zaś zwiększona łączność w czołowych sieciach wykonawczych (FEN), obejmujących kilka przedczołowych obszarów mózgu, wiązała się z poprawą wydajności funkcji wykonawczych. Należy zwrócić uwagę, że wraz z wiekiem dochodzi do spadku wydajności i elastyczności wieloskalowych sieci mózgowych stąd wysiłek fizyczny jest nieocenionym zabiegiem sprzyjającym spowolnieniu procesów starzeniowych mózgu.
KURKUMINA – SUPLEMENT O POTENCJALE ANTYDEPRESYJNYM
AKTYWNOŚĆ FIZYCZNA I POŚREDNI WPŁYW NA MÓZG
Sam bezpośredni wpływ aktywności fizycznej na molekularne i strukturalne zmiany w mózgu to nie jedyny czynnik warunkujący jego zdrowie. Okazuje się, że wysiłek może również optymalizować pracę mózgu również w sposób pośredni.
Przykładowo, uważa się że sen jest kluczowy w kontekście procesów uczenia się i konsolidacji pamięci [13]. Dodatkowo, wiele dowodów przekrojowych i eksperymentalnych potwierdza, że wysoka jakość snu prowadzi do lepszej wydajności wielu cech zdolności kognitywnych.
Z punktu widzenia aktywności fizycznej kluczowe dla nas są dane wykazujące, że wzrost wysiłku fizycznego wpływa w sposób pozytywny na parametry jakości snu. Dla przykładu, 10 tygodniowy plan aktywności fizycznej u osób starszych zwiększał subiektywne poczucie jakości snu w porównaniu z osobami w grupie kontrolnej. W innym ba i zauważono że wydaniu sprawdzającym wysiłek, jakość snu oraz sprawność poznawczą, zauważono wysokie powiązanie pomiędzy ilością aktywności fizycznej a funkcjami kognitywnymi u 109 młodych i starszych osób [14]. Oba parametry badano w sposób obiektywny i zauważono, że ilość wydatku energetycznego związanego z aktywnością fizyczną było pozytywnie skorelowane z efektywnością snu oraz funkcjami wykonawczymi i szybkością przetwarzania informacji.
Upośledzone zdolności poznawcze nierzadko są wypadkową niskiego nastroju, będącego jednym z parametrów oceny objawów depresji. Deficyty pamięci związane z niskim samopoczuciem zwykle manifestują się w domenach funkcji wykonawczych, uwagi oraz pamięci, a więc tych parametrach, na które aktywność fizyczna zdaje się wpływać w największym stopniu [15].
Zwykle zwiększona aktywność fizyczna wiąże się z poprawą nastroju i jest skutecznym narzędziem w redukcji objawów depresji i lęku. Jest ona bowiem coraz częściej stosowana jako leczenie wspomagające w depresji klinicznej. Co ciekawe, istnieją dowody sugerujące na to, że związek między aktywnością fizyczną a nastrojem jest dwukierunkowy, tak że gorszy nastrój może prowadzić do obniżenia poziomu aktywności.
W dwóch opracowaniach naukowych z 2005 [16] i 2014 roku [17] wykorzystano specjalistyczną statystykę w badaniach przekrojowych aby zbadać wpływ kilku czynników społeczno-emocjonalnych takich jak wsparcie społeczne, objawy depresji oraz aktywność poznawczą na związek pomiędzy aktywnością fizyczną a wydajnością kognitywną. Zgodnie z przewidywaniami i wynikami poprzednich prac, istniały pozytywne korelacje pomiędzy aktywnością fizyczną a testami wydajności poznawczej, szczególnie w domenie pamięci, szybkości przetwarzania i funkcjonowania wzrokowo-przestrzennego.
Istnieją również badania, w których wykazano pozytywne zmiany nastroju następujące po aktywności fizycznej ale nie obserwowano efektów poznawczych. Przykładowo, po 4 miesięcznej interwencji ćwiczeń aerobowych u osób starszych badano zmiany w funkcjonowaniu neuropsychologicznym. Uczestnicy w grupie aktywności fizycznej nie wykazali wyraźnego wzorca zmian w testach neuropsychologicznych, jednakże zauważono istotny spadek wyników w zakresie depresji i lęku w porównaniu z grupami kontrolnymi.
LION’S MANE – SUPLEMENT STYMULUJĄCY BDNF
PODSUMOWANIE
Wysiłek fizyczny to lek w czystej postaci. Warunkuje on szereg pozytywnych następstw a jednym z nich jest wpływ na strukturę i funkcjonowanie mózgu. Ćwiczenia fizyczne skutkują odpowiedzią na poziomie molekularnym i komórkowym. Zestaw adaptacji obejmuje indukowanie poszczególnych czynników, w tym czynników wzrostowych migrujących do mózgu.
Neutroficzny czynnik pochodzenia mózgowego (BDNF) oraz Insulinopodobny czynnik typu I (IGF-1) to najbardziej zbadane czynniki wzrostowe indukowane wysiłkiem. Warunkują one procesy neurogenezy, a więc procesy tworzenia nowych neuronów, połączeń między nimi oraz komunikacji. Zmiany te mają realny wpływ na strukturę mózgu w tym w głównej mierze na strukturę hipokampu. Podejmowanie aktywności fizycznej o różnym charakterze przyczynia się do poprawy zdolności kognitywnych w tym procesów wykonawczych czy konsolidowania pamięci. Działa to również w sposób prewencyjny w kontekście chorób neurodegeneracyjnych jak Alzheimer oraz demencja.
Co więcej, samo dobroczynne działanie aktywności fizycznej na mózg jest poniekąd działaniem pośrednim. Wysiłek fizyczny sprzyja poprawie jakości snu, który jest kluczowy dla odpowiedniego zdrowia mózgu. Dodatkowo, ćwiczenia są jedną z interwencji wspomagającej samopoczucie i leczenie objawów depresji.
.
.
.
BIBLIOGRAFIA:
[1] Cotman, C. W., and Berchtold, N. C. (2007). Physical activity and the maintenance of cognition: learning from animal models. Alzheimers Dement. 3(2 Suppl.), S30-7. doi: 10.1016/j.jalz.2007.01.013
[2] Gomez-Pinilla, F., and Hillman, C. (2013). The influence of exercise on cognitive abilities. Compr. Physiol. 3, 403–428. doi: 10.1002/cphy.c110063
[3] Cotman, C. W., Berchtold, N. C., and Christie, L.-A. (2007). Exercise builds brain health: key roles of growth factor cascades and inflammation. Trends Neurosci. 30, 464–472. doi: 10.1016/j.tins.2007.06.011
[4] an Praag, H. (2008). Neurogenesis and exercise: past and future directions. Neuromolecular Med.
[5] Chaddock, L., Erickson, K. I., Prakash, R. S., Kim, J. S., Voss, M. W., VanPatter, M., et al. (2010). A neuroimaging investigation of the association between aerobic fitness, hippocampal volume, and memory performance in preadolescent children. Brain Res. 1358, 172–183.
[6] Makizako, H., Liu-Ambrose, T., Shimada, H., Doi, T., Park, H., Tsutsumimoto, K., et al. (2015). Moderate-intensity physical activity, hippocampal volume, and memory in older adults with mild cognitive impairment. J. Gerontol. A Biol. Sci. Med. Sci. 70, 480–486.
[7] Erickson, K. I., Voss, M. W., Prakash, R. S., Basak, C., Szabo, A., Chaddock, L., et al. (2011). Exercise training increases size of hippocampus and improves memory. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A.
[8] Smith, J. C., Lancaster, M. A., Nielson, K. A., Woodard, J. L., Seidenberg, M., Durgerian, S., et al. (2016). Interactive effects of physical activity and APOE- ε4 on white matter tract diffusivity in healthy elders. Neuroimage 131, 102–112.
[9] Oberlin, L. E., Verstynen, T. D., Burzynska, A. Z., Voss, M. W., Prakash, R. S., Chaddock-Heyman, L., et al. (2016). White matter microstructure mediates the relationship between cardiorespiratory fitness and spatial working memory in older adults. Neuroimage 131, 91–101.
[10] Chaddock-Heyman, L., Erickson, K. I., Voss, M. W., Knecht, A. M., Pontifex, M. B., Castelli, D. M., et al. (2013). The effects of physical activity on functional MRI activation associated with cognitive control in children: a randomized controlled intervention. Front. Hum. Neurosci. 7:72.
[11] Krafft, C. E., Schwarz, N. F., Chi, L., Weinberger, A. L., Schaeffer, D. J., Pierce, J. E., et al. (2014). An 8-month randomized controlled exercise trial alters brain activation during cognitive tasks in overweight children. Obesity 22, 232–242.
[12] Voss, M. W., Prakash, R. S., Erickson, K. I., Basak, C., Chaddock, L., Kim, J. S., et al. (2010). Plasticity of brain networks in a randomized intervention trial of exercise training in older adults. Front. Aging Neurosci. 2:32.
[13] Walker, M. P. (2009). The role of sleep in cognition and emotion. Ann. N. Y. Acad. Sci. 1156, 168–197.
[14] Wilckens, K., Erickson, K. I., and Wheeler, M. E. (in press). Physical activity and cognition: a mediating role of efficient sleep. Behav. Sleep Med
[15] McClintock, S. M., Husain, M. M., Greer, T. L., and Cullum, C. M. (2010). Association between depression severity and neurocognitive function in major depressive disorder: a review and synthesis. Neuropsychology 24, 9–34.
[16] Vance, D. E., Wadley, V. G., Ball, K. K., Roenker, D. L., and Rizzo, M. (2005). The effects of physical activity and sedentary behavior on cognitive health in older adults. J. Aging Phys. Act.
[17] Robitaille, A., Muniz, G., Lindwall, M., Piccinin, A. M., Hoffman, L., Johansson, B., et al. (2014). Physical activity and cognitive functioning in the oldest old: within- and between-person cognitive activity and psychosocial mediators. Eur. J. Ageing 11, 333–347.
