...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