Физические упражнения являются наиболее эффективной немедикаментозной стратегией улучшения здоровья мозга. Упражнения связаны со снижением стресса и тревожности, а также с улучшением эмоциональной стабильности и качества сна, что приводит к улучшению психологического благополучия.
Физические упражнения предотвращают снижение когнитивных функций, связанное с возрастом, и снижают риск развития нейродегенеративных заболеваний и психических расстройств. У детей упражнения также улучшают обучение, память,
исполнительные функции, внимание.
Положительное влияние физических упражнений на мозг можно объяснить увеличением нейрогенеза гиппокампа, усилением
долговременной потенциации и регуляцией синаптической пластичности. Также было продемонстрировано, что упражнения вызывают церебральный ангиогенез за счет увеличения плотности и прорастания новых капилляров из уже существующих сосудов.
Исследования на животных и людях указывают, что за положительное влияние упражнений на мозг отвечает
нейротрофический фактор мозга (BDNF). Этот
нейротрофин активно вырабатывается в мозге, где он играет ключевую роль 1) в нейрогенезе на всех стадиях развития и созревания нейронов, 2) в установлении и поддержании синаптической пластичности, 3) в ангиогенезе и 4) оказывает нейропротекторное действие.
(Добавим в скобках, что повышенная экспрессия мозгового BDNF в ответ на физические упражнения не ограничивается нейронными клетками, а также наблюдается в эндотелиальных клетках и олигодендроцитах. Участие микроглии и астроцитов в качестве потенциальных источников нейротрофического фактора мозга в ответ на упражнения требует дальнейшего изучения.)
(Также заметим, что хотя BDNF называется нейротрофическим фактором
мозга, он экспрессируется и в других органах, например, скелетных мышцах и сетчатке глаз. Поэтому, следуя тексту статьи-источника, в данной заметке сохраняются уточнения о "мозговом BDNF".)
Считается, что увеличение продукции BDNF в мозге в ответ на физические упражнения обусловлено тремя основными механизмами: 1) повышением нейронной активности, 2) повышением мозгового кровотока и 3) высвобождением экзеркинов из периферических тканей.
I.
Центральный моторный контроль и афферентная обратная связь реагируют на физические упражнения и повышают нейронную активность через передачу сигналов нейротрансмиттерами и приток Ca
2+ .
II. Кроме того, упражнения приводят к усилению гемодинамического ответа после увеличения сердечного выброса, что приводит к повышению мозгового кровотока и повышению
напряжения сдвига жидкости. Следует отметить, что повышение мозгового кровотока также зависит от нейронного взаимодействия.
III. Наконец, периферические ткани, такие как печень и скелетные мышцы, дают свой ответ на физические упражнения и высвобождают в кровоток
экзеркины, способные передавать сигналы в мозг и вызывать повышение BDNF в мозге.
Вопрос об относительном вкладе каждого из этих механизмов в полезные эффекты от увеличения мозгового BDNF, вызванного физическими упражнениями, остается сложным. Предполагается, что каждый путь играет существенную роль, поскольку, как было показано, подавление любого из этих механизмов по отдельности приводит к дефектной экспрессии BDNF и когнитивным нарушениям.
Вероятно, что эти различные механизмы существуют для дифференцированной регуляции или взаимной компенсации. Более того, данные свидетельствуют о том, что эти механизмы тесно взаимосвязаны: нейронная активация сопряжена с регуляцией мозгового кровотока, а
иризин, один из хорошо изученных гуморальных факторов, как было обнаружено, модулирует как вазорелаксацию, так и нейронную активность.
Синергическая взаимосвязь между нейронной активностью и синаптической пластичностью делает BDNF идеальным медиатором клеточных и молекулярных механизмов, лежащих в основе улучшения когнитивных функций и памяти, вызванных физическими упражнениями. Поэтому модуляция молекулярных механизмов, которые приводят к повышению уровня BDNF в головном мозге, может стать привлекательной возможностью для профилактики и лечения различных патологий головного мозга.
Заметим, что описанные выше гемодинамический и гуморальный пути указывают на более осуществимые и достижимые фармакологические стратегии для усиления экспрессии BDNF в мозге по сравнению с путем нейронной активности, поскольку они обходят проблемы доставки лекарств через гематоэнцефалический барьер и их потенциальные побочные эффекты на нейропередачу.