W zdrowym ciele, zdrowy mózg!

W zdrowym ciele, zdrowy mózg!

...czyli o efekcie ćwiczeń fizycznych na metabolizm mózgowy i objętość istoty szarej u starszych dorosłych 

Liczne wnioski płynące zarówno z badań, jak i z obserwacji ukazują pozytywny wpływ aktywności fizycznej na jakość funkcjonowania poznawczego w okresie starzenia. Ćwiczenia fizyczne wydają się czynnikiem przeciwdziałającym rozwojowi zaburzeń funkcji poznawczych i demencji. Aktywność fizyczna usprawnia pracę mózgu, który dzięki niej pozostaje bardziej plastyczny i zwiększa swoje możliwości adaptacyjne. Przekłada się to bezpośrednio na poprawę w zakresie jakości przebiegu procesów mnestycznych i funkcji wykonawczych. W praktyce oznacza to m.in. zmiany w zakresie aktywności hemodynamicznej mózgu oraz plastyczności sieci neuronalnej, do której włączane są nowe komórki powstające w wyniku neurogenezy. Zwiększona plastyczność komórek układu nerwowego, pojawiająca się w odpowiedzi na aktywność fizyczną, wynika prawdopodobnie ze zmian w zakresie metabolizmu mózgowego. Zaobserwowano, że u osób aktywnych fizycznie w obszarze hipokampa zmienia się proces regulacji przemian złożonych białek, odpowiedzialnych za metabolizm energetyczny komórek. Aby przyjrzeć się mechanizmom leżącym u podstaw obserwowanej zależności, grupa naukowców z Niemiec (źródło: Translation Psychiatry (2017) 7, e 1172; doi:10.1038/tp.2017.135) zaplanowała badanie, którego celem było zweryfikowanie poprzez zastosowane wybranych metody badania mózgu (m.in. spektroskopię MR, rezonans funkcjonalny MRI) wpływu aktywności fizycznej na metabolizm i zmiany w strukturze mózgu u osób starszych.

Analizując procesy metaboliczne w trakcie zaplanowanego eksperymentu, odniesiono się do wiedzy, zgodnie z którą zwiększone stężenie pewnych substancji, w tym glutaminianu, kreatyny i N-acetyloasparginianu (NAA), można uznać za czynnik ochronny wobec procesów degeneracyjnych, dzięki m.in. ich udziałowi w procesie neurogenezy, podczas gdy inne związki (głównie cholinę) można łączyć z postępowaniem zmian o charakterze neurodegeneracyjnym. We wcześniejszych badaniach potwierdzono, iż stężenie kreatyny i NAA w układzie nerwowym jest niższe u osób cierpiących na chorobę Alzheimera w porównaniu z osobami zdrowymi. Ponadto uznano, że niższe stężenie tych substancji w organizmie jest predyktorem wystąpienia łagodnych zaburzeń poznawczych w przyszłości. 

W planowanym badaniu odniesiono się również do uprzednich wniosków z analizy wpływu aktywności fizycznej na objętość istoty szarej (GM) w mózgu. Badania te potwierdziły korelację pomiędzy podejmowaniem aktywności fizycznej i brakiem znaczącego spadku objętości GM w układzie nerwowym w wyniku starzenia. Wydaje się, iż może mieć to związek z opisanym powyżej regulacyjnym wpływem aktywności fizycznej na metabolizm białek w komórkach nerwowych, w tym na BDNF i  jego funkcją neurotroficzną.

Procedura badania

W badaniu wzięły udział 62 osoby powyżej 65 roku życia, wyselekcjonowane spośród grupy, która dobrowolnie wyraziła chęć udziału w planowanym przedsięwzięciu. W trakcie trwania badania 7 uczestników z różnych przyczyn zrezygnowało z udziału w badaniu. Potencjalni uczestnicy zostali zdiagnozowani pod kątem występowania zaburzeń poznawczych, motorycznych oraz niewydolności kardiologiczno-oddechowej. Wśród osób, u których nie wykryto niepokojących zmian w zakresie żadnego z wymienionych parametrów, przeprowadzono kolejno badanie z użyciem MR oraz MRI. Następie uczestników podzielono na dwie grupy – grupę eksperymentalną oraz grupę kontrolną. Badani z grupy kontrolnej zostali wprowadzenie w 12-tygodniowy cykl treningowy, zgodnie z których 3 razy w tygodniu wykonywali 30-minutowe sesje ćwiczeń na rowerze ergometrycznym.  Uczestnicy zakwalifikowani do grupy kontrolnej zostali poproszeni o niepodejmowanie żadnej dodatkowej, poza dotychczasową, aktywności fizycznej. Wszystkich badanych poinformowano, że ze względu na rzetelność badania ważne jest utrzymanie dotychczasowego trybu życia i w czasie trwanie eksperymentu niezmienianie w sposób intencjonalny swoich nawyków. Po upływie przewidywanych 3 miesięcy badanych ponownie poddano procedurze diagnostycznej użytej na etapie kwalifikacji do eksperymentu.

Rezultaty badania

Poniżej prezentowane są wyniki przeprowadzonego eksperymentu z uwzględnieniem wszystkich zmiennych obserwowanych przez badaczy.

Parametry fizjologiczne

Potwierdzono korzystny wpływ zastosowanego treningu fizycznego w zakresie pracy serca (mierzono tętno spoczynkowe oraz tętno wysiłkowe) oraz dotlenienia organizmu.

Parametry strukturalne i metaboliczne w badaniach neuroobrazowych

Nie uzyskano wyników istotnych statystycznie pozwalających wnioskować o występowaniu znaczących zmian w zakresie objętości istoty szarej, a także zmiany koncentracji poszczególnych metabolików mózgowych w określonych obszarach mózgu. W tym nie stwierdzono istotnego wzrostu stężenia markerów neurotroficznych.

Jednocześnie została uchwycona różnica (nieistotna statystycznie) w odniesieniu do stężenia choliny. W grupie eksperymentalnej poziom czynnika nie wzrósł znacząco przez okres całego badania, co nastąpiło w grupie kontrolnej.  Obserwacja ta wydaje się istotna ze względu na mechanizm występujący w procesach dementywnych, głównie choroby Alzheimera oraz otępieniu z ciałami Lewe’go, w których przebiegu dochodzi do dysfunkcji w zakresie działania układu cholinergicznego. Podobne (nieistotne statystycznie) wyniki uzyskano w grupie eksperymentalnej w odniesieniu do wzrostu istoty szarej w strukturze hipokampa.

Założono, że wśród przyczyn uzyskania tak niejednoznacznych efektów przeprowadzonego badania prawdopodobnie należy wskazać krótki czas trwania eksperymentu (niedostateczny w stosunku do czasu koniecznego do zainicjowania i utrzymania w stopniu pozwalającym na obserwację istotnych zmian w zakresie metabolizmu mózgowego i w konsekwencji zmian w strukturze układu nerwowego). Przedstawiona hipoteza wydaje się tym bardziej prawdopodobna ze względu na wiek uczestników omawianego badania. Plastyczność komórek mózgowych spada wraz z wiekiem i zachodzącymi procesami starzenia. Procesy adaptacyjne w układzie nerwowym osób starszych przebiegają znacząco wolniej.

Parametry dotyczące jakości przebiegu procesów poznawczych mierzonych w badaniu psychologicznym

Nie stwierdzono istotnej statystycznie poprawy w zakresie wykonania zadań mierzących sprawność przebiegu procesów mnestycznych, ze szczególnym uwzględnieniem pamięci operacyjnej, oraz funkcji wykonawczych i fluencji werbalnej.

Jednocześnie dokonując metaanalizy uprzednich badań, wysunięto wniosek, zgodnie z którym aktywność fizyczna w starszym wieku nie jest przyczyną bezpośrednio poprawiającą sprawność procesów poznawczych. Aktywność fizyczna wydaje się czynnikiem chroniącym przed przedwczesnym rozwojem procesów dementywnych, a więc zabezpieczającym proces naturalnego starzenia się bez nagłej i masywnej utraty dotychczasowej sprawności poznawczej.

Wnioski

Na podstawie przeprowadzonego badania wydaje się, że najistotniejsza z dokonanych obserwacji wiąże się z różnicą koncentracji choliny w układzie nerwowym osób z grupy eksperymentalnej i grupy kontrolnej.  Utrzymanie stałego stężenia choliny w komórkach mózgowych osób poddanych treningowi fizycznemu, w porównaniu do wzrostu koncentracji choliny u uczestników z grupy kontrolnej, wydaje się ważne z uwagi na przyjęcie hipotezy, zgodnie z którą cholinę można uznać za marker procesów neurodegeneracyjnych. W związku z powyższym ćwiczenia fizyczne, także w dojrzałym wieku, można uznać za czynnik ochronny komórek mózgowych przeciwdziałający rozwojowi demencji.

Bibliografia:

‘Effects of areobic exercise on brain metabolism and grey matter volume in older adults: results of randomised controlled SMART trial’ (Translation Psychiatry (2017) 7,e1172; doi:10.1038/tp.2017.135)

S. Matura, J. Fleckenstein, R. Deichmann, T. Engeroff, E.Fuzeki, R. Hattinger, R. Hellweg, B. Lienerth, U. Pilatus, S. Schwarz, VA. Tesky, L. Vogt, W. Banzer and J. Pantel

 

 

 

 

 

 

 

Gadolin jest pierwiastkiem chemicznym posiadającym silne właściwości ferromagnetyczne. Dlatego też lekarze stosują go w przyp... czytaj więcej
Wyobraź sobie, że siedzisz właśnie za kierownicą samochodu. Niespiesznie jedziesz dobrze znaną Ci ulicą. Mijasz budynki, pies... czytaj więcej
Charakterystyczne niebieskie tabletki wprowadzone na rynek pod koniec lat 90. można uznać za jeden z leków, który zrobił najw... czytaj więcej
Udary są jednym z najpoważniejszych i najczęstszych problemów zdrowotnych na całym świecie. W krajach wysoko rozwiniętych pom... czytaj więcej