Работа мозга во время физических упражнений

Введение

Мозг – центральный отдел нервной системы человека. Он чрезвычайно сложен и обрабатывает огромное количество информации. От степени развития мозга во многом зависит память и интеллект человека. Общее состояние человека напрямую зависит от деятельности его мозга. Без сомнения, что регулярные физические нагрузки позволяют укрепить мышцы, улучшить сердечно-сосудистую систему, чем, непременно, способствуют продлению жизни. Поскольку мозг является одним из главных элементов организма, то физическая активность непосредственно способствует продуктивной работе памяти и мозга.

Актуальность

В данный момент широко распространена проблема здоровья среди человечества. Опираясь на множество исследований, можно прийти к выводу, что люди всё реже прибегают к физическим нагрузкам. Этому способствует колоссальное развитие цифровых технологий, снижение двигательной активности по причине перемещения на автомобильном транспорте, автоматизация рабочих мест и домашнего быта. В данных условиях организм не получает достаточное количество кислорода, ослабляется память и качество мыслительных процессов. Физическая нагрузка позволяет не только положительно влиять на всё тело человека, но также она способствует более эффективному насыщению крови кислородом, а это благоприятно сказывается на здоровье мозга. Следовательно ходьба и прогулки на свежем воздухе очень полезны нашему организму

Цель – выявить воздействие физических нагрузок на мозговую деятельность человека.

Задачи:

1. Провести анализ исследований самых доступных и популярных видов спорта на мозговую деятельность человека;
2. Раскрытие положительной тенденции влияния физических упражнений на умственную деятельность и общее состояние организма.

Научная новизна

Заключается в том, что помимо анализа действующих исследований, которые направлены на изучение влияния физических нагрузок на мозговую деятельность человека, в данной статье приводятся результаты собственных исследований, проводимых на протяжении двух недель на пяти пожилых людях возрастом 70 лет и пяти студентах возрастом 20 лет.

Основная часть

Бытует мнение, что умственные нагрузки могут увеличить работоспособность мозга в гораздо большей степени, чем физическая активность. Однако такой подход не всегда работает. Для того чтобы мышечная масса росла, её необходимо стимулировать физическими нагрузками. Выявлено, что во время бега, ходьбы, катания на коньках и лыжах создаётся сокращение и напряжение мышц, что в свою очередь вызывает нервные импульсы, которые активизируют наш мозг, давая возможность держать его в тонусе.

При физических нагрузках и частых тренировках в определенных отделах мозга идет нарастание клеток. Оно происходит в гиппокампе, который участвует в эмоциональных реакциях и механизме памяти. От его развития напрямую зависит долгосрочная память. Это, по сути, центр памяти.

Исследование связей, которые проводились среди физического и умственного здоровья, выявили, следующее: сила запоминания растет после физических нагрузок силовых и размеренных, так же они улучшают дыхание и укоряют сердцебиение. К таким нагрузкам, например относятся ходьба с ускорением скорости и продолжительностью тренировки, а также бег, прыжки на скакалке, езда на велосипеде и занятия на тренажёрах. За концентрацию, реакцию и сдержанность отвечает другой отдел головного мозга — префронтальная кора. Физические упражнения и аэробные занятия стимулируют её рост из-за более эффективного кровообращения и повышенного потребления кислорода. Для продуктивных занятий спортом нужна мотивация, за нее и отвечает префронтальная кора головного мозга. Мотивация непременно увеличится, при занятии любимым видом спорта. Эмоциональный эффект и хороший настрой чрезвычайно значимы во время различных тренировок и физических нагрузках.

Во время постоянных тренировок совершенствуется высшая деятельность коры головного мозга и функции нервной системы. Гораздо лучше происходит взаимодействие процессов возбуждения и глушение разных нервных центров. Улучшаются функции анализаторов. Они более дифференцированно выполнят опорно-двигательные функции.

Пластичность мозга или нейропластичность – дает возможность приспособиться к новому и познать неизведанное. Улучшению нейропластичности помогают добиться тренировки, нацеленные на возможность выполнения знакомых упражнений или действий новым способом. Методы правильной стимуляции мозга способствуют образованию новых нервных путей, позволяют лучше адаптироваться в окружающей обстановке и должным способом отреагировать на неё, а также улучшают память и понимание незнакомой информации что позволяет нам справляться со сложными и не стандартными задачами.

Малоподвижный образ жизни, хронический недоcып, депрессия, плохое питание и вредные привычки такие как алкоголь и курение ощутимо снижают дееспособность и качество жизни. Следовательно, всем людям нужны физические нагрузки, способствующие укреплению сосудов головного мозга. Среди способов терапии и профилактики рекомендуются правильные физические упражнения, дыхательные методики, релаксация. В йоге есть много полезных и нужных упражнений для головы. Для лучшего результата необходимо правильно настроить себя и расслабиться, прогнать все тревожные мысли. Если задержать дыхание активизируется более эффективная циркуляция крови и очищает кровь, идущую в отдел головного мозга. Что бы достичь лучшей эластичности кровеносных сосудов, которые насыщают головной мозг, нужны тренировки с поворотами и наклонами головы, дыхательные упражнения, экспресс-гимнастика. Тем самым увеличится поток крови к клеткам головного мозга и стимулирует создание новых нейронных связей, активизирует умственную работоспособность.

Всего несколько упражнений в день выделенных на гимнастику для профилактики и улучшения кровообращения головного мозга даст весьма положительное влияние на работоспособность и общее состояние организма.

Мы собрали для исследований 5 человек возрастом 65–70 лет и 5 человек возрастом 20 лет, они были поделены на две группы по критерию «возраст». Группы выполняли занятия по заполнению простых тестов на запоминание [2]. Сначала тестируемые решали тесты до занятий физическими упражнениями, на следующий день через 45 минут после занятий физическими упражнениями средней тяжести. Старшая группа занималась скандинавской ходьбой, группа студентов на уроке физической культуры в университете.

В ходе исследования было выявлено, что после физических упражнений результаты по тестированию стали выше, чем без них. На основе полученных данных сформирована диаграмма зависимости физических упражнений на работу человеческого мозга.

Обе группы показывают положительное влияние физических нагрузок на мозговую деятельность. Спорт способствует увеличению частоты сердечных сокращений и поступлению большего количества крови, как в мышцы, так и в головной мозг, что очень хорошо для людей как преклонного возраста (для профилактики деменции), так и для молодых людей. Эффективная работа сердечно-сосудистой и дыхательной систем, обеспечивая доставку кислорода к тканям и органам, положительно влияет на центральную нервную систему, которая более четко координирует работу функциональных систем организма [3].

Из-за регулярных физических упражнений нейронные связи в мозге становятся более крепкими, они отвечают за совершение нами действий, влияют на развитие памяти и обучение. Не оспоримым фактом является то, что из-за регулярных и активных физических упражнений наш мозг увеличивает свой объём.

Каждая регулярная физическая нагрузка положительно влияет на весь организм, меняет мозг и разум человека. Для улучшения и сохранения когнитивных функций мозга (восприятие, внимание, логика) советуют одновременно проводить интеллектуальные и силовые упражнения на специальных тренажерах. Например, компьютеризированная когнитивная тренировка (просмотр видео) одновременно с силовыми упражнениями. Для развития дивергентного мышления полезны велотренировки как на тренажере, так и на обычном велосипеде. В качестве аэробных упражнений можно использовать велотренажер, т.к. есть данные, что даже небольшие нагрузки способствуют активизации функций головного мозга. Во время плавания усиливается циркуляция крови в организме, тренируются мышцы, укрепляются сосуды, снабжающие мозг кровью.

Командные игровые виды спорта (волейбол, баскетбол, футбол, хоккей, водное поло, лапта и другие) тренируют внимание, скорость реакции, способствуют развитию аналитического мышления.

И в заключение хочется напомнить изречение Гиппократа: «Гимнастика, физические упражнения, ходьба должны прочно войти в повседневный быт каждого, кто хочет сохранить работоспособность, здоровье, полноценную и радостную жизнь».

Позитивный настрой и хорошее настроение безусловно необходимы во время активных занятий. Регулярные занятия принесут больше пользы организму, чем стрессовые тренировочные усилия.

Как физические упражнения улучшают когнитивные способности и здоровье мозга в целом

Наверное, нет нужды доказывать кому-либо, что регулярные физические упражнения укрепляют сердечно-сосудистую систему, помогают поддерживать правильный вес и укрепляют мышцы, что способствует продлению активной жизни.

Также, вероятно, никто не будет спорить с тем, что регулярно упражняя мозг, мы повышаем его когнитивный резерв, формируем новые и упрочняем старые нейронные связи.

Однако поскольку мозг является неотъемлемой частью человеческого организма, физические упражнения также улучшают его когнитивные способности. Пользу упражнений для мозга можно конкретизировать, и разбить на пять категорий:

1. Улучшение работы мозга и памяти.
2. Улучшение и защита мыслительных процессов.
3. Повышение концентрации.
4. Уменьшение стресса, депрессии и беспокойства.
5. Улучшение качества сна.

Физические упражнения несут в себе физиологические преимущества как для тела, так и для мозга. Упражнения укрепляют память и улучшают качество мыслительных процессов – как прямо, так и косвенно.

Упражнения непосредственно влияют на тело, вызывая такие физиологические отклики, как изменение уровня инсулина и выработка эндорфинов. Кроме того, они способствуют производству факторов роста. Это естественные соединения, способные стимулировать рост, пролиферацию и/или дифференцировку живых клеток (пептиды или стероидные гормоны). Факторы роста — это сигнальные молекулы, служащие для взаимодействия между клетками. Они влияют на рост новых клеток мозга, что непосредственно связано с его здоровьем в целом.

Непрямое положительное влияние физических упражнений на когнитивные способности связано с тем, что первые улучшают настроение, качество сна, а также снижают стресс и нервозы. Всё это приводит к тому, что человек меньше отвлекается от работы, и способен лучше концентрироваться на задачах.

Существуют исследования, подтверждающие, что у людей, регулярно занимающихся физическими упражнениями, увеличены части мозга, отвечающие за управление памятью и высшей нервной деятельностью. В исследовании, опубликованном в журнале Neurology, описана корреляция плохой физподготовки в зрелом возрасте с уменьшением размера мозга в старости.

Здоровый образ жизни и здоровое питание могут помочь вашему мозгу достичь своего максимума работоспособности. Людям в возрасте упражнения необходимы для того, чтобы притормозить возрастное ухудшение когнитивных способностей.

Когда лучше всего заниматься физическими упражнениями?

Лучше всего ими заниматься – и не отлынивать только на том основании, что ваш график не позволяет, например, бегать по утрам. Даже если вы можете уделить упражнениям по 20 минут в день перед сном – уделяйте. Правда, чем позже вечером вы планируете физическую нагрузку, тем больше шансов, что вы не доберётесь до этой задачи.

Физическая нагрузка по утрам благоприятно влияет на циркадные ритмы и качество сна. Однако у упражнений вечером тоже есть свои плюсы – вам нужно меньше разминаться, температура тела становится чуть выше утренней, вечерняя нагрузка лучше помогает справляться со стрессом, а выделяющиеся эндорфины облегчают засыпание.

В конечном итоге исследования говорят, что лучшее время дня для упражнений – это время, которое вы можете выделять для этого на регулярной основе. Регулярные упражнения не только положительно влияют на мозг – они помогают оставаться в форме и убирать лишний вес, что не менее приятно.

Как часто стоит заниматься физическими упражнениями?

Учёные из Йельского и Оксфордского университетов с 2011 по 2015 годы провели чрезвычайно масштабное исследование, затронувшее 1,2 млн американцев. Участники исследования регулярно отвечали на вопросы о своём настроении и самочувствии, и вели дневники физических упражнений. Причём, в отличие от большинства исследований, где учитываются только простейшие нагрузки на организм, вроде ходьбы или бега, в данном случае участникам предлагали выбор из 75 вариантов активностей – от стрижки газона и заботы о детях до более привычных спортивных упражнений.

Выяснилось, что в среднем у людей, регулярно занимавшихся физическими упражнениями, количество «плохих» дней (с точки зрения сильных отрицательных эмоций, стресса и проч.) в году бывает примерно в два раза меньше, чем у людей, ведущих «неподвижный» образ жизни.

Параллельно исследователи выяснили, что регулярные физические упражнения приносят примерно столько же радости, сколько хорошее финансовое положение. Иными словами, если вы ушли в работу, и считаете, что деньги принесут вам счастье, вам нужно зарабатывать довольно приличную сумму (в США оптимизм физически активных людей приравняли к оптимизму людей, зарабатывающих не менее $25 000 в год).

И в данном случае, как это часто бывает в жизни, больше – не значит лучше. Идеальные регулярные физические нагрузки, согласно данным исследования – это от трёх до пяти сессий в неделю длительностью от 30 до 60 минут. При превышении этих параметров оптимизм и самочувствие людей падают точно так же, как у тех, кто не дотягивает до этих цифр.

Федеральное агентство министерства здравоохранения США «Центры по контролю и профилактике заболеваний» (CDC) рекомендует заниматься аэробными упражнениями средней интенсивностью (например, активной ходьбой) не менее 150 минут в неделю (и не более 300, если учитывать предыдущее упомянутое исследование).

Иначе говоря, не страшно пропустить тренировку в один из дней, если вы наверстаете её в следующий.

Как именно упражнения положительно влияют на работу мозга и когнитивные способности

Улучшение работы мозга и памяти

Упражнения стимулируют работу кровеносной и лимфатической систем, отвечающих за питание клеток организма и избавление от отработанного материала. Упражнения увеличивают пульс, и в результате к мозгу поступает больше кислорода. Физическая активность стимулирует производство гормонов роста, помогающих создавать новые клетки мозга.

Исследователи из университета Британской Колумбии обнаружили, что аэробные упражнения, благодаря которым ускоряется сердцебиение и увеличивается потоотделение, увеличивают размер гиппокампа – участка мозга, отвечающего за память и вербальное обучение.

Во многих исследованиях было подтверждено, что упражнения помогают увеличивать секрецию белков, отвечающих за нейропротекцию – процесс, препятствующий и замедляющий повреждение ткани мозга, а также способствующий восстановлению нейронов и их окружения. Всё это приводит к улучшению общего здоровья мозга.

Улучшение и защита мыслительных процессов

Физические упражнения играют важнейшую роль в вопросе защиты мозга и улучшения работы памяти. Особенно регулярные занятия полезны для взрослых и пожилых людей. Процесс старения вкупе с окислительной нагрузкой и воспалительными процессами приводят к изменениям в структуре мозга, ухудшающим когнитивные способности.

Конкретно упражнения уменьшают риски возникновения когнитивной дисфункции, в особенности деменции и болезни Альцгеймера. Деменция – это приобретённое слабоумие, снижение познавательной деятельности с утратой ранее усвоенных знаний и практических навыков. Приобретённую с возрастом деменцию называют сенильной.

Одним из наиболее распространённых типов сенильной деменции является болезнь Альцгеймера. По статистике в США каждые 65 секунд у одного из пожилых людей появляются симптомы этого заболевания. Точные причины его возникновения неизвестны, и на сегодня существуют четыре конкурирующие гипотезы – пониженная выработка нейромедиатора ацетилхолина, отложения бета-амилоида, отклонения в структуре тау-белка и инфекционная гипотеза. Как бы там ни было, показано, что регулярные физические упражнения коррелируют с изменениями в мозге, приводящими к возникновению болезни Альцгеймера и шизофрении. Упражнения предотвращают эти изменения.

Повышение концентрации

В одном исследовании было показано, что утренние упражнения помогают увеличить способности к концентрации в течение дня. Всего 20 минут занятий йогой по утрам значительно увеличивают скорость и точность выполнения тестов, связанных с памятью.

Правда, выборка в этом исследовании была совсем небольшой – всего 30 женщин. Тем не менее, глубокое дыхание лучше снабжает мозг необходимым ему кислородом.

В другом исследовании, в котором принимали участие 144 человека в возрасте от 19 до 93 лет, обнаружили, что 15-минутные упражнения на велотренажёре приводят к улучшению когнитивных функций и памяти для всех возрастов.

Уменьшение стресса, депрессии и беспокойства

Регулярные упражнения помогают вам лучше справляться с вызовами, которые бросает вам жизнь. Они влияют на процесс мышления и работу памяти опосредованно – улучшая общее настроение, уменьшая влияние стресса, депрессии и волнения.

Перечисленные проблемы коррелируют с мыслительным процессом и памятью. У хронического стресса есть масса неприятных последствий для мозга:

• Увеличение риска возникновения психологических заболеваний.
• Изменение структуры мозга.
• Уменьшение объёма мозга.
• Отмирание нервных клеток.
• Ухудшение работы памяти.

Показано, что регулярные упражнения уменьшают риск возникновения депрессии, волнений и стресса, и вызывают в мозге изменения, ответственные за борьбу с этими симптомами.

Упражнения повышают чувствительность мозга к серотонину. Это один из основных нейромедиаторов, который часто называют «гормоном хорошего настроения» и «гормоном счастья». Дефицит или ингибирование серотонинергической передачи является одним из факторов формирования депрессивных состояний, навязчивых расстройств и тяжёлых форм мигрени.

Также упражнения могут увеличивать уровень эндорфинов в теле. Эти химические соединения по способу действия похожи на опиаты. Они вырабатываются в нейронах головного мозга естественным путём и обладают способностью уменьшать боль и положительно влиять на эмоциональное состояние.

При этом из исследований получается, что интенсивность и нагрузка во время тренировок не имеют решающего значения – ваше настроение будет увеличиваться в любом случае. В одном исследовании, где участвовали 24 женщины в депрессивном состоянии, было обнаружено, что упражнения любой интенсивности значительно уменьшили депрессивные ощущения.

Улучшение качества сна

Людям с нарушениями сна показаны регулярные физические упражнения. Они способствуют расслаблению и улучшению качества сна. А после качественного сна человек становится более внимательным и способен сохранять концентрацию на более длительных временных промежутках.

Вечерняя физическая активность повышает температуру тела, а это расслабляет разум. В одном из исследований было обнаружено, что 150 минут активных упражнений средней и высокой эффективности в неделю улучшают качество сна до 65%.

В другом было показано, что после 16 недель регулярных занятий у 17 людей, страдавших от бессонницы, улучшилось качество сна и увеличилось его время. Также это способствовало приливу энергии в дневные часы. При этом качество сна улучшают как аэробные, так и силовые нагрузки. Особенно они полезны для пожилых людей, среди которых расстройство сна встречается чаще.

Из всего этого следует, что даже умеренных нагрузок будет достаточно для улучшения когнитивных способностей, как прямого, так и опосредованного. При этом вам не потребуется выполнять никаких сложных упражнений или получать доступ к специализированному оборудованию.

Статья на конкурс «Био/Мол/Текст»: Нам с самого детства твердят, что спорт — это жизнь, а какая это жизнь и почему именно спорт является чем-то очень важным, так никто и не объяснил. Забегая вперед, скажу, что нам кое-что удалось узнать о влиянии ежедневных умеренных физических нагрузок на работу головного мозга — и даже о том, как работа наших мышц во время спортивных тренировок связана с профилактикой нейродегенерации. Может быть, поэтому спорт важен не только для жизни отдельного человека, но и для общественного здравоохранения в целом. Речь пойдет о впечатляющем «суперсемействе» нейротрофинов — белках, участие которых так важно в развитии и работе нейронов на протяжении всей человеческой жизни. Но в этой статье из всего обширного разнообразия нейротрофинов хотелось бы выделить и более подробно рассказать о нейротрофине BDNF (brain-derived neurotrophic factor) , который и является связующим звеном между нейронами и спортом.

Структура и функции BDNF

В 1982 году исследователями из Института психиатрии Макса Планка Ивом-Аленом Барде и Хансом Тоененом при проведении опытов на мозге свиньи был получен нейротрофический фактор мозга — brain-derived neurotrophic factor (BDNF) (рис. 1), — который поддерживал выживание и рост нервных клеток из культивируемых эмбриональных сенсорных нейронов цыплят (рис. 2) [1]. Немного позже Джеймс Лейброк определил биохимическую структуру белка BDNF уже у человека [2]. В течение последующих нескольких лет открытие нейротрофинов происходило каждый год, и на сегодняшний день описано около 20 нейротрофических факторов, различающихся по строению и функциям.

Однако мы заострим наше внимание на BDNF. Чем же он все-таки так интересен? При ответе на этот вопрос попробуем обратиться к его структуре и функциям. BDNF является широко распространенным в центральной нервной системе (ЦНС) нейротрофином и принадлежит к семье нейротрофинов, включающей также фактор роста нервов (NGF), нейротрофины NT-3 и NT-4. Эти четыре нейротрофина имеют схожую структуру белковых цепей и осуществляют свои функции, активируя рецепторы двух типов: тропомиозин-киназу B (TrkB) и рецептор фактора роста нервов (p75) [3]. BDNF представляет из себя димер с общей молекулярной массой 27,2 кДа, каждый мономер которого состоит из 120 аминокислот. BDNF высококонсервативен по своей структуре. Другими словами, в этом белке присутствуют схожие или идентичные последовательности аминокислот. Кроме того, этот белок на 50% идентичен по своей структуре с другими нейротрофинами: NGF, NT-3, NT-4 [4].

TrkB, основной рецептор BDNF, который обладает специфичностью к BDNF и нейротрофину-4, подходит к ним, как ключ к замку. Взаимодействие BDNF с TrkB запускает целый каскад событий, активируя сигнальные пути, участвующие в сохранении структуры нейронов и восстановительных эффектах. Рецептор p75 связывается со всеми нейротрофинами и обладает проапоптотическим эффектом, то есть в отсутствие рецептора TrkB может запускать запрограммированную клеточную гибель [5].

Как показали исследования структуры и функций BDNF, он имеет тесную связь с нормальной деятельностью нервной системы и познавательными процессами, такими как память, внимание, мышление и др. BDNF является одним из ключевых звеньев в работе головного мозга взрослого человека. Поддержание жизнеспособности и обмена веществ нейронов, а также участие в процессах образования новых нервных клеток осуществляется благодаря работе нейротрофического фактора головного мозга [6].

Нейротрофический фактор головного мозга играет важную роль в образовании миелиновой оболочки нейронов ЦНС, которая участвует в проведении нервного импульса и выполняет защитную функцию. Недавние исследования с участием мутантных мышей с нокаутом BDNF в сравнении с мышами, у которых нарушена функция выработки миелина, продемонстрировали, что BDNF усиливает образование миелина в центральной нервной системе в процессе развития и ускоряет процесс восстановления при повреждении миелиновой оболочки. Так, BDNF, участвуя в сохранении целостности нейронов, выполняет свою нейропротекторную функцию для нейронов ЦНС [7].

В головном мозге BDNF активен в гиппокампе, коре и отделах переднего мозга — областях, являющихся основой процессов запоминания и хранения информации, включая обучение и поведение. Группа китайских ученых оценила влияние BDNF на нейроны головного мозга у животных. В эксперименте крыс сравнивали по содержанию BDNF в ЦНС в зависимости от степени выполняемой физической нагрузки, такой как упражнение на беговой дорожке. По результату сравнения уровень BDNF у крыс, занимающихся на беговой дорожке, был выше по сравнению с группой крыс, не подвергавшихся физической нагрузке. Как следствие, высокий уровень нейротрофина в группе физических упражнений привел к образованию большего количества дендритных шипиков на нейронах гиппокампа, что является основным механизмом процесса запоминания, в связи с чем крысы лучше справлялись с тестом водного лабиринта [8].

В ЦНС нейроны являются основным источником BDNF, другим потенциальным источником могут быть вспомогательные клетки нервной ткани — клетки нейроглии. Однако как же нам добраться до BDNF, если он находится в головном мозге? Неужели придется сверлить кости черепа, чтобы добраться до тканей мозга? К счастью, нет, так как этот нейротрофин присутствует не только в мозге, но также его можно обнаружить и в крови человека. Циркулирующий в крови BDNF существует в двух разных формах: связанный с тромбоцитами и свободный. И содержание BDNF в сыворотке крови в сравнении с плазмой превышает более чем в 50 раз. Это объясняется тем, что в сыворотке за счет высвобождения BDNF при распаде тромбоцитов и свертывании крови он определяется в бóльших количествах. Также стоит отметить, что уровень BDNF в сыворотке крови имеет взаимосвязь с целостностью коры головного мозга, что подтверждает значимость нейротрофина для нормальной работы ЦНС [9].

Выработка и выделение BDNF происходит строго «по требованию» — другими словами, в условиях возбуждения нейрона. Раздражитель (фактор внутренней или внешней среды, например, окислительный и метаболический стресс, физическая активность), действуя на рецепторы, вызывает возбуждение нейронов, что может привести к активации рецептора NMDA, вызывая приток ионов кальция. NMDA-рецептор запускает высвобождение регуляторных белков, которые, в свою очередь, запускают транскрипцию генов BDNF в ответ на приток кальция. Это показано в экспериментах европейских и американских ученых, где при воздействии стресса или физической нагрузки наблюдалось немедленное увеличение белка BDNF в плазме крови [10], [11].

Метаболический стресс

истощение питательных веществ, вызывающее ряд адаптивных реакций для восстановления динамического гомеостаза и поддержания клеточной функции [12].

Окислительный стресс

 это резкое усиление окислительных процессов в организме, которое вызывает повреждения клетки.

Роль BDNF при болезнях головного мозга

Как уже говорилось ранее, синтез BDNF происходит «по требованию» и потому чувствителен к таким воздействиям, как стресс, травма, гипогликемия, ишемия и повреждения мозга [13]. В 2016 году американские ученые обнаружили уменьшение концентрации BDNF в сыворотке и плазме крови у пациентов с болезнью Альцгеймера (БА) по сравнению со здоровыми людьми [14]. Впрочем, все оказалось не так однозначно. Группа ученых из Китая описала интересное явление: у людей с умеренными когнитивными расстройствами концентрация BDNF в крови оказалась значительно ниже, чем у людей, больных Альцгеймером. По результатам исследования стало ясно, что концентрация BDNF напрямую зависит от тяжести деменции — на ранних стадиях болезни Альцгеймера наличие BDNF в крови может увеличиваться, а уменьшение происходит только на поздних стадиях болезни. Одной из причин уменьшения концентрации BDNF является подавление выработки этого нейротрофина дендритными клетками мозга под влиянием белка бета-амилоида. Этот белок вызывает разрушительное действие на нервные клетки головного мозга за счет выработки свободных радикалов — частиц, являющихся токсичными для организма [15].

Развитие другого нейродегенеративного заболевания — Болезни Паркинсона (БП), известного еще как дрожательный паралич, также зависит от концентрации BDNF в крови. Болезнь Паркинсона вызвана гибелью специализированных нервных клеток черной субстанции среднего мозга, производящих дофамин; вместе с тем, в этой области наблюдается значительное уменьшение выработки BDNF при паркинсонизме [16]. В исследовании, проводившемся на пациентах с БП, обратили внимание на взаимосвязь уровня BDNF с длительным течением заболевания и степенью его тяжести, аналогично исследованиям на больных с Альцгеймером, но у людей с паркинсонизмом все с точностью до наоборот. На ранних стадиях паркинсонизма концентрация BDNF в крови уменьшалась, и предполагается, что более низкие уровни BDNF на ранних стадиях заболевания связаны с патологическим течением БП, а увеличение концентрации BDNF на более поздних стадиях болезни, вероятно, связано с попытками мозга восполнить утраченные нейроны [17].

Нейродегенеративные заболевания

группа в основном медленно прогрессирующих, наследственных или приобретенных заболеваний нервной системы. Общим для этих заболеваний является прогрессирующая гибель нервных клеток (нейродегенерация), ведущая к различным неврологическим симптомам — прежде всего, к деменции и нарушению движений.

С болезнями дегенерации нервной системы понятно, а как же обстоят дела с сердечно-сосудистыми заболеваниями? Упомянутые выше нейродегенеративные заболевания отличаются медленной и постепенной гибелью нервных клеток, ведь между ранней и поздней стадией может пройти несколько лет. Инсульт, в свою очередь, чаще всего возникает внезапно, а по масштабам повреждения тканей мозга совершенно не уступает деменции. Пораженный инсультом участок головного мозга перестает кровоснабжаться из-за разрыва стенок сосуда или его закупорки, следовательно, происходит отмирание нервных клеток поврежденного участка. Недостаток кислорода в клетках мозга при инсульте запускает многие патологические процессы. Например, эксайтотоксичность, когда в поврежденных клетках накапливается большое количество глутамата, что повышает активацию NMDA-рецепторов и приток кальция. Увеличение концентрации кальция в местах повреждения приводит к незамедлительной гибели нейронов. Ученые задумались об использовании BDNF в качестве биомаркера для диагностики восстановления функций мозга, чтобы проследить за выздоровлением пациентов после инсульта. Им удалось обнаружить увеличение уровня BDNF в поврежденных тканях мозга в течение первой недели после приступа, что может быть связано с процессами нейрогенеза, образования новых нервных клеток в пораженных инсультом местах. А низкая концентрация сывороточного BDNF, наоборот, считается показателем долгого и тяжелого восстановления поврежденных участков, что может сказаться на поправке больного в будущем [18].

Другое острое состояние нервной системы — черепно-мозговая травма (ЧМТ). Вспомним, что ЧМТ представляет собой сильное механическое повреждение костей черепа, мозга и его оболочек. ЧМТ впоследствии приводит к нарушению памяти, мышления, восприятия, резким перепадам настроения, ухудшению мелкой моторики — и даже к дрожанию конечностей. Согласно литературным данным, после ЧМТ в иммунных клетках нервной системы — микроглии — увеличивается экспрессия генов про- и противовоспалительных цитокинов, белковых молекул, стимулирующих иммунный ответ. А также увеличивается образование нейротрофических факторов, способствующих нейропротекции и восстановлению после повреждения [19]. В исследовании российских ученых показано сравнение уровня BDNF до лечения лекарственными препаратами и после. У больных с ЧМТ изучили уровень сывороточного BDNF, который значительно не отличался от группы здоровых людей. После лечения у пациентов с ЧМТ значения BDNF увеличились, что соответствовало улучшению их общего состояния после перенесенной травмы [20].

И, наконец, рассмотрим последний пример необычного нейродегенеративного заболевания — болезнь Хантингтона (БХ). Это наследственное прогрессирующее нейродегенеративное заболевание, характеризующееся хаотичными непроизвольными движениями рук и ног, нарушением походки, невнятностью речи, проблемами с памятью и абстрактным мышлением [21]. Экзотичность заболевания, не побоимся этого слова, заключается в проявлении психиатрических симптомов: тревога, социальная замкнутость, депрессия и импульсивность, — они часто могут присутствовать уже на ранних стадиях заболевания. В ранней диагностике болезни Хантингтона BDNF может являться одним из маркеров. В исследовании Gutierrez сравнивались пробы на BDNF в группе больных БХ и группе здоровых людей. Ученым удалось выявить уменьшение количества нейротрофина в полосатом теле головного мозга у людей, страдающих от этого заболевания, и сделать вывод, что малые концентрации BDNF играют решающую роль в течении болезни Хантингтона [22].

BDNF и физический тренинг

BDNF, будучи вовлеченным в механизм возникновения и развития нейродегенеративных заболеваний, вследствие его нейропротекторного действия стал одним из кандидатов для разработки лекарственных средств, поскольку BDNF способен проникать через гематоэнцефалический барьер [23]. Однако стоит заметить, что на создание лекарственных препаратов порой уходят годы, и последующие их испытания тоже требуют много времени. Тогда, может, существуют другие способы лечения, например, доставка BDNF прямо в нарушенные участки мозга может быть выходом из ситуации? К сожалению, пока нет достоверных сведений об эффективности и безопасности такой терапии при борьбе с нейродегенеративными заболеваниями [24]. Вместе с тем, в настоящий момент физические упражнения широко применяются как простой и проверенный способ восстановления здоровья пациентов, однако в большей степени используются для пациентов с сердечно-сосудистыми заболеваниями.

Сведения о том, что физические упражнения способны быстро (недели—месяцы) увеличивать экспрессию нейротрофических генов, в ходе которой наследственная информация преобразуется в конечный продукт — белок BDNF, как раз-таки смогли заинтересовать исследователей. В связи с чем начали активно проводиться эксперименты на животных, где американские и европейские ученые дали успешный старт работам по взаимосвязи физического тренинга и уровня BDNF.

Для подтверждения зависимости физической нагрузки и уровня BDNF дальнейшие исследования проводились на животных с заболеваниями головного мозга. Так, в исследовании корейских ученых, у крыс, выполняющих упражнение на беговой дорожке, до того, как им вызывали постоянную ишемию головного мозга, очевидно выражается нейропротекторный эффект против ишемического повреждения головного мозга, который проявляется в сохранении нейронов гиппокампа и последующем быстром восстановлении двигательной функции [25].

Впечатляющие результаты в экспериментах на крысах с ишемией мозга смогли дать толчок исследованиям по влиянию физических нагрузок на уровень BDNF уже у человека. Так, в работе российских ученых с участием пациентов, перенесших хирургическое вмешательство на сердце, рассматривалось влияние короткого предоперационного курса физической реабилитации на мозговые функции. Об эффективности курса судили с помощью ряда нейропсихологических тестов для оценки внимания, памяти и мышления. Еще до проведения операции, после окончания курса физической реабилитации сывороточный BDNF значимо увеличился. Однако после проведения операции уровень снизился в течение первых 24 ч и немного увеличился на 7–10 день после операции. По результатам исследования было обнаружено снижение частоты послеоперационных нарушений мозговых функций на треть, что говорит о важности физической нагрузки не только после операции, но и до хирургического вмешательства [26].

Неужели простая физическая нагрузка может решить все проблемы с нарушенными мозговыми функциями? К сожалению, не все так просто. В первую очередь, не вся физическая нагрузка будет нам полезна. В частности, нас интересует аэробная нагрузка. А что значит «аэробная» и почему она имеет такое важное значение? Не поленимся и обратимся к терминологии. Аэробная нагрузка — это те физические упражнения, где кислород используется как основной источник энергии для поддержания мышечной двигательной активности. Отлично, с терминологией разобрались, но какие же упражнения входят в список «аэробные»? Бег, плаванье, большинство командных видов спорта, таких как баскетбол, футбол, волейбол. Также сюда же можно отнести танцы и греблю. Другими словами, все, что подходит под характеристики «ритмичность» и «длительность», будет относиться к аэробной нагрузке. Раз мы упомянули спорт, то стоит рассмотреть исследования, посвященные изучению уровня BDNF у спортсменов. В работе итальянских ученых сравнивали уровни BDNF у профессиональных спортсменов и здоровых нетренированных людей. Выяснилось, что BDNF в сыворотке крови у неспортсменов был значимо ниже, чем у профессиональных спортсменов. В том же исследовании спортсменов разделяли на тех, которые готовились к соревнованиям и тех, кто находился вне соревновательного режима. При сравнении двух групп наблюдались различия в концентрациях BDNF. Как оказалось, группа, готовившаяся к соревнованиям, имела более высокие значения белка [27]. Аналогичные результаты были получены в исследовании ученых из Копенгагенского университета: здоровые испытуемые были случайным образом распределены две группы. В первую группу входили участники, выполнявшие высокоинтенсивные упражнения, вторая группа была контрольной. Перед выполнением упражнений и после них были взяты пробы крови на BDNF. По результатам исследования у первой группы, проходившей комплекс высокоинтенсивных упражнений, концентрации BDNF была выше, чем у контрольной группы [28].

Несомненно, физические нагрузки часто ассоциируется со стройным телом и крепким здоровьем. Однако и тут не стоит забывать, что у всего должна быть норма, и спорт не исключение. Поэтому, чтобы не нанести вред своему здоровью, следует придерживаться некоторых рекомендаций по выполнению физических упражнений. За этот вопрос как раз-таки решила взяться группа ученых из университета Квинсленда. Изучив многочисленные исследования по взаимосвязи уровня BDNF и аэробной нагрузки, им удалось выделить общие рекомендации по выполнению физических упражнений для пациентов с хроническими заболеваниями: сеансы физического тренинга должны проводиться в среднем четыре раза в неделю с продолжительностью занятия не менее 30 минут, при этом интенсивность соответствует 60–70% от максимальной частоты сердечных сокращений. По итогу, эта методика хорошо себя показала у пациентов с инсультом [29]. Однако можно ли утверждать, что такая программа будет действительно эффективной и безопасной для людей с заболеваниями сердца, сказать трудно.

Заключение

Итак, подведем итоги нашего мини-исследования роли нейротрофического фактора BDNF в нервной системе и его связи с физической нагрузкой. Нейротрофин BDNF является своего рода посредником, барьером между нормой и патологией. Его нейропротективные свойства помогают восстановиться поврежденным нейронам при повреждениях или заболеваниях головного мозга. Кроме того, непосредственное участие в процессе миелинизации подтверждает защитную функцию белка. Соотношение BDNF на разных этапах нейродегенеративных заболеваний можно использовать как маркер нормальной деятельности головного мозга, что важно при постановке диагноза и назначении лечения. Связь BDNF и физической нагрузки позволяет нам взглянуть с другой стороны на физические тренинг и реабилитацию.

Прочитав об особенностях BDNF, можно однозначно ответить на вопрос, почему спорт — это жизнь. В первую очередь, конечно, стоит понять, что спорт может и должен быть неотъемлемой частью нашей жизни и, возможно, для кого-то он уже оказывается повседневной привычкой, как чистить зубы по утрам. Поэтому, чтобы ощутить эффект «чудодейственных» возможностей спорта, не забывайте уделять ему время.

Как физические нагрузки влияют на работу мозга

Чем на самом деле отличаются активное и пассивное поведение, что ученые говорят о сидячем образе жизни и стоячих рабочих местах, а также какой спорт помогает улучшить работу мозга и при этом не навредить здоровью.

Все знают, что сидячий образ жизни плохо сказывается на здоровье, но как именно, почему и что с этим делать, понятно далеко не всем. На все эти важные вопросы отвечает сайт проекта Homo Sedens . Например, на нем можно узнать, что понятия сидячего образа жизни в науке и медицине не существует — есть термин «пассивное поведение». Именно оно может ухудшать работу разных систем организма, в том числе мозговую деятельность. Вместе с Homo Sedens мы решили разобраться, как стать более активным в условиях офисной жизни, какие физические нагрузки нужны нашему мозгу, можно ли с ними переборщить и как помочь телу войти в спортивный режим.

Мозг и пассивное потребление

Не всякое сидение и лежание можно отнести к пассивному поведению. Мы пассивны только в том случае, когда тратим очень мало энергии: например, смотрим телевизор, листаем ленту инстаграма, занимаемся какой-то монотонной работой. В общем, буквально не двигаемся. Уровень активности любой деятельности измеряется в МЕТ – метаболическом эквиваленте, который, грубо говоря, показывает разницу нашего расхода энергии в состоянии покоя и при физических нагрузках. Если вы тратите на что-то меньше 1,5 МЕТ (чтение книги или сидение на лавочке) — вы в данный момент пассивны. А вот игра в приставку или просмотр какого-то ужастика, когда вы каждую минуту подпрыгиваете и вжимаетесь в кресло, расходует больше энергии — до 4,5 МЕТ.

Для нашего мозга, конечно, полезней состояние активности и вовлеченности в процесс. Пассивное потребление контента ухудшает память, концентрацию, способность переключаться между задачами, планировать и рассуждать логически. Поэтому, если уж вы сидите в социальных сетях, старайтесь быть буквально более активными: создавайте посты, оставляйте комментарии и общайтесь. Это отличная тренировка для мозга. Сериалы смотрите во время уборки, а на прогулках слушайте подкасты и аудиокниги.

Мозг и сидячий стресс

Возможно, вы слышали об «активных рабочих станциях» или даже пробовали работать за одной из них. Столы, за которыми можно стоять, ходить и даже бегать, появились в офисах как панацея от сидячего образа жизни и его негативного влияния на работоспособность сотрудников. Исследования показали, что такие станции могут быть полезными для здоровья, но при этом не снижают профессионального выгорания и не повышают продуктивность. Потому что проблема с офисной работой не столько в том, что мы сидим, сколько в ее продолжительности и стрессе, который она может вызывать.

На самом деле, сидеть все восемь часов рабочего дня необязательно — встать со стула нам мешают загруженность, попытки сделать больше за короткое время и гонка за результатом. Такая приверженность делу может выйти боком — и работодателю, и сотруднику. Потому что высокий уровень кортизола (который активно вырабатывается во время стресса) снижает когнитивные способности, мешает сосредоточиться и качественно выполнить работу.

Старайтесь как можно чаще двигаться в рабочее время: не пропускайте ланч (высококалорийные перекусы — верный путь к ожирению), общайтесь с коллегами лично, а не по телефону, хотя бы раз в день устраивайте себе 10-минутную прогулку на улице или даже внутри офиса, разминайте спину и ноги. Постарайтесь не засиживаться допоздна и включите в свое расписание регулярные тренировки. Потому что нет лучше профилактики пассивного поведения, чем умеренный спорт.

Мозг и разумный спорт

Регулярные тренировки невероятно полезны для всего организма и мозга в том числе. Они помогают нормализовать сон (во время которого образуются новые нейронные связи), притупляют реакцию на стресс, улучшают память и когнитивные способности. Необязательно каждый день тягать веса и бегать марафоны. Главное — заниматься спортом регулярно и постараться не перегружать себя. Особенно если есть проблемы с сосудами и заболевания вен. Невероятно, но наиболее подвержены варикозу не только люди, ведущие малоподвижный образ жизни, но также профессиональные спортсмены или, например, грузчики — то есть те, кто испытывает интенсивные физические нагрузки.

Чтобы улучшить когнитивные способности, нивелировать последствия сидения в офисе и при этом не навредить здоровью, стоит выбирать тренировки средней интенсивности с небольшой нагрузкой на ноги. Идеально подойдет гимнастика, легкая йога, упражнения, которые делаются лежа и сидя, долгие прогулки и плаванье. 

Записаться к специалисту

×