Menu (Čeština)

VÝŠE: © ISTOCK.COM, GRIVINA

Na hodinu denně, pět dní v týdnu, myši v Hiroshi Maejima fyziologie laboratoř na Hokkaido University v Sapporu, Japonsko, narazí na běžícím pásu. Cílem výzkumníka v tom, aby zvířata sledovala cvičební rutinu, není měřit jejich svalovou hmotu nebo vytrvalost. Chce vědět, jak cvičení ovlivňuje jejich mozky.

vědci již dlouho uznávají, že cvičení zostřuje určité kognitivní dovednosti., Maejima a jeho kolegové skutečně zjistili, že pravidelná fyzická aktivita zlepšuje schopnost myší rozlišovat nové objekty od těch, které viděli dříve. Za posledních 20 let, vědci začínají dostat na kořen těchto výhod, se studie ukazující na nárůst objemu hipokampu, rozvoj nových neuronů, a infiltrace cév do mozku. Nyní se Maejima a další začínají zabývat epigenetickými mechanismy, které řídí neurologické změny způsobené fyzickou aktivitou.,

V říjnu Maejimův tým oznámil, že mozky hlodavců, které běžely, měly větší než normální acetylaci histonu v hippocampu, oblast mozku považovala za sídlo učení a paměti.1 epigenetické značky vedly k vyšší expresi BDNF, genu pro neurotrofický faktor odvozený od mozku (BDNF). Podporou růstu a zrání nových nervových buněk se předpokládá, že BDNF podporuje zdraví mozku a vyšší jeho hladiny korelují se zlepšeným kognitivním výkonem u myší a lidí.

S množstvím dat na výhody práce z rozvíjejících se od zvířecích a lidských studiích, lékaři začali předepisování cvičení pro pacienty s neurodegenerativními onemocněními jako Parkinsonova a Alzheimerova choroba, jakož i lidé s jinými poruchami mozku, epilepsie úzkost. Probíhá mnoho klinických studií cvičebních intervencí pro neurodegenerativní onemocnění, depresi a dokonce i stárnutí. Slibné výsledky by mohly posílit použití cvičení jako neuroterapie.,

„Nikdo nevěří, že cvičení bude všelékem,“ říká Kirk Erickson, kognitivní psycholog na University of Pittsburgh. „Ale to neznamená, že bychom to neměli dělat.,“

tělo-mozek připojení

V pozdní 1990, a pak-postdoka Henriette van Praag a další členové Rusty Gage lab na Salk Institute for Biological Studies v La Jolla, Kalifornie, byli fascinováni s nedávnými nálezy ze skupiny ukazuje, že u myší, jejichž klece měl hračky a běží kola vyvinula více nových neuronů v hipokampu, oblasti mozku důležité pro učení a paměť, než myši žijící v méně stimulující skříní.

viz „laboratorní hračky“

Van Praag chtěl zjistit, který prvek obohaceného prostředí měl největší vliv na mozek., Měla některé myši naučit plavat ve vodním bludišti, zatímco jiní plavali ve volné vodě, běžel na běžící kola, nebo ve styku s několika dalšími myši. Po 12 dnech byl vývoj nových neuronů největší ve skupině myší, které běžely: měly dvojnásobný počet nových neuronů jako myši v bludišti nebo ve vodě.2

V navazující studii, publikoval o několik měsíců později, van Praag a její kolegové ukázali, že neurogenezi vyvolala běží na volantu koreluje s myší je schopnost zapamatovat si umístění skryté platformy v nádrži vody., Mozky myší, které běžely, měly také větší reorganizaci synaptických spojení než mozky myší, které neběžely, což naznačuje, že cvičení ovlivňuje plasticitu.3 „celá řada výzkumu cvičení a neurogeneze odtud rostla,“ říká van Praag, který začal pravidelně běhat poté, co viděl výsledky.

v posledních dvou desetiletích vědci identifikovali mnoho molekulárních mechanismů, které jsou základem vlivu cvičení na poznání., Cvičení, studie ukázaly, vede k uvolnění bílkovin a dalších molekul od svalové, tukové a jaterní tkáně, které mohou mít vliv na hladiny BDNF a dalších látek, které ostruha neurogenezi, rychlost nové-neuron zrání, podporuje mozkové vaskularizace, a dokonce i zvýšit objem hipokampu u lidí.

účinky cvičení

fyzická aktivita zvyšuje objem hipokampu mozku a zlepšuje učení a paměť u myší a lidí. Studie myší spojily tyto účinky s růstem a dozráváním nových neuronů., Nyní vědci začínají odhalovat molekulární mechanismy, které spojují cvičení s těmito kognitivními přínosy.

MOZKU ODVOZENÝ NEUROTROFICKÝ FAKTOR

Cvičení ovlivňuje hladinu neurotrofiny, proteiny, které podporují proliferaci neuronů a podporují jejich funkci. Fyzická aktivita zvyšuje demetylace DNA v promotorové oblasti genu Bdnf, zvýšení exprese neurogenezi-posílení signalizace faktor., Kromě toho se zdá, že acetylace histonu uvolňuje chromatin, aby posílila transkripci Bdnf.

KREV SIGNÁLY

Cvičení vede k sekreci molekul do svalové a tukové buňky, které ovlivňují hladiny růstových faktorů v mozku, které ovlivňují tvar a funkce hipokampu urychlením nové neuron růst a zvyšuje objem mozkové oblasti.

SPERMIE

spermie samců myší, že cvičení, hojnost některých mikrorna spojené s učení a paměti zvyšuje., Potomci myší vykazují mírné kognitivní výhody ve srovnání s potomky sedavých myší.

otázka se pak stala: jak tyto faktory mění expresi genů v mozku? V roce 2009, neurolog Hans Reul z University of Bristol a kolegy, publikoval jednu z prvních studií, podívat se obecně na epigenetické změny v reakci na cvičení. Tým vystavil krysy stresující výzvě, umístil je do nových klecových prostředí nebo je donutil plavat v kádince s vodou., Po stresující zážitky, zvířata, která měla jezdí pravidelně na kolo, měli vyšší hladiny acetylace histonů celém genomu v buňkách gyrus dentatus, část hipokampu, kde neurogenezi dochází. Aktivní zvířata pak při reexponování do stresového prostředí působila méně stresově než jejich sedavější protějšky. Krysy, které vykonává strávil méně času prozkoumávat nové klece nebo bojovat ve vodě, kde oni místo toho plaval s hlavou nad vodou., Zjištění naznačují, že acetylace vyvolaná kombinací běhu a stresu pomohla zvířatům lépe se vyrovnat s následným stresem.4

Cvičení indukované epigenetické změny „mají pozoruhodnou schopnost regulovat synaptickou a kognitivní plasticita,“ říká Fernando Gomez-Pinilla, neurolog na University of California, Los Angeles, který vedl několik podobných studií.

Od Reul studie, nejméně dvě desítky dalších byly hlášeny acetylace a další epigenetické změny, které spojují cvičení, aby se v mozku hlodavců. Mojžíš Chao, molekulární neurobioložka na New York University School of Medicine, a jeho kolegové nedávno zjistili, že u myší, která vedla často na kolech měli vyšší hladiny BDNF a ketonů, které jsou produktem metabolismu tuků uvolňuje z jater. Injekce ketonu do mozků myší, které neběžely, pomohly inhibovat Histon deacetylázy a zvýšit expresi BDNF v hippocampu., Zjištění ukazuje, jak molekuly mohou cestovat krví, překročit hematoencefalickou bariéru a aktivovat nebo inhibovat epigenetické markery v mozku.5

Zatímco někteří badatelé sonda epigenetické spojení mezi cvičením a kognitivní zdatnost, jiní i nadále odhalit dříve neznámé odkazy. Například v roce 2016, van Praag, teď na Florida Atlantic University Brain Institute, a jeho kolegové zjistili, že protein nazvaný cathepsin B, který je vylučován svalové buňky během fyzické aktivity, bylo nutné pro cvičení na podnět neurogenezi u myší., V tkáňových kulturách dospělých hipokampálních progenitorových buněk neurální, cathepsin B zvýšila expresi Bdnf a úrovní jeho bílkovin a zvýšenou expresi genu zvaného doublecortin (DCX), který kóduje protein potřebný pro neurální migrace. Katepsin B knockout myši neměly po cvičení žádnou změnu v neurogenezi.

nikdo nevěří, že cvičení bude kouzelnou kulkou. Ale to neznamená, že bychom to neměli dělat.,

—Kirk Erickson, University of Pittsburgh

Van Praag tým také zjistil, že primátů a člověka, který běžel na běžecké pásy měl zvýšené hladiny sérové hladiny cathepsin B po výkonu. Následující čtyři měsíce běží na běžeckém pásu tři dny týdně po dobu 45 minut nebo více, účastníci kreslil více-přesné obrázky z paměti, než na začátku studie před tím, než začali cvičit.,6.

několik výzkumných skupin se nyní začali usilovně hledat další molekuly, které se uvolňují během cvičení, která by mohla zvýšit aktivita Bdnf a další mozek-posílení geny, říká van Praag, a to je jasné, že to, co se děje v těle ovlivňuje mozek. „Nemyslíme na to tolik, kolik bychom měli.“

Léčivé akce

Od roku 1980, studium člověka poukázaly na spojitost mezi cvičení a zisky v kognitivní výkonnosti. Pochopení tohoto vztahu má zvláštní význam pro pacienty s neurologickými onemocněními., University of Southern California neurolog Giselle Petzinger byl léčbě pacientů s Parkinsonovou nemocí po desetiletí a zjistila, že ti, kteří cvičení může zlepšit jejich rovnováhu a chůzi. Takové pozorování naznačilo, že mozek si zachovává určitou plasticitu po příznacích onemocnění, říká, s nervovými spojeními, která podporují zisky v motorických dovednostech.

před několika lety Petzinger a její kolegové začali studovat myší model Parkinsonovy nemoci., Tým zjistil, že aktivní myši měli více dopaminové receptory v bazálních gangliích, skupina neuronální struktury důležité pro pohyb, učení a emoce.7 úrovní dopaminových receptorů koreluje s plasticitou mozku a ztráta dopaminových receptorů je jedním z podpisových příznaků Parkinsonovy nemoci. Pomocí antagonista dopaminu jako radioaktivní tracer, tým zjistil, že pacienti, kteří chodili na běžeckém pásu třikrát týdně po dobu osmi týdnů zvýšil počet dopaminových receptorů v bazálních gangliích.,8

Placení dopředu

jak brzy Jako 1990, studium začal vykazovat nepřímé vazby mezi těhotných žen je fyzická aktivita a mozky svých březí děti. Například studie z roku 1996 ukázala, že ve věku pěti let, děti, maminky, kteří vykonávají pravidelně během těhotenství provádí lépe na testy obecné inteligence a ústní jazykové dovednosti, než děti, jejichž matky nebyla vykonávána moc (J Pediatrie, 129:856-63). A výzkum podporující toto sdružení se stále hromadí., V roce 2016, například, jedna studie ukázala, že chlapci se narodili, aby se fyzicky aktivní matek měli vyšší skóre v matematice a jazykových zkouškách než chlapci z sedavý maminky (J Matern Plodu Novorozenecká Med, 29:1414-20).
vědci již dlouho předpokládali, že změny vyvolané cvičením u potomků jsou epigenetické povahy a nedávný výzkum začíná tuto hypotézu podporovat. Jedna skupina v roce 2015 uvedla, že tři měsíce fyzického cvičení změnily vzorce methylace DNA spermií mladých mužů., K vylepšení došlo u genů spojených se schizofrenií, Parkinsonovou chorobou a dalšími poruchami mozku (Epigenomika, doi: 10.2217/epi.15.29).

Vidět „Duchové v Genomu“

dále zkoumat cvičení indukované změny v genové expresi, Anthony Hannan z Florey Institute Neurovědy a Duševní Zdraví v Victoria, Austrálie, a jeho kolegové studovali spermie myší, který běžel na kolech nebo provádí jiné fyzické aktivity. Tým ukázal, že cvičení vyvolalo změny v úrovních exprese několika malých RNA v zárodečných buňkách samčích myší., Je známo, že malé RNA balené do gamet mohou ovlivnit metabolismus potomků a možná i učení a paměť. Myších samců narozených otcové s těmito změnami v jejich spermií snížila úroveň úzkosti, což vede autory k závěru, že rodičovské cvičení může vyvinout transgenerační účinek na potomky emocionální zdraví (Transl Psychiat, 7:e1114, 2017).,
Začátkem tohoto roku, André Fischer, experimentální neuropathologist na německého Centra pro Neurodegenerativní Choroby v Göttingen, a jeho kolegové publikoval jeden z nejvíce přesvědčivé studie, které ukazují, že výhody obohacené prostředí na mozek mohou být předány epigenetically z rodičů na potomky. Tým dal dospělé samčí myši do klecí s běžeckými koly a jinými hračkami, zatímco sada jejich bratranců žila v klecích bez kol nebo hraček., Synaptická spojení se zvýšila u myší v obohaceném prostředí a tým také viděl zvýšené spojení v mozcích potomků aktivních myší—mužů i žen. Potomek naučil trochu rychlejší a měl trochu lepší paměť než myši s rodiči vychováván v tradiční klece, i když rozdíly nebyly statisticky významné (Cell Rep, 23:P546–54, v roce 2018)., Analýza spermií mateřské myši, Fischer a jeho kolegové identifikovali dva mikrorna—miR212 a miR132, oba spojené s neuron rozvoj—, které se objevily ovlivnit kognitivní schopnosti aktivní myši je potomstvo.

zatím není jasné, zda tyto nálezy jsou přeložitelné na člověka, ale Fischer a jeho kolegové píší ve své studii, že výsledky by mohly být důležité pro reprodukční medicínu. „Myšlenka, že . . . vzdělávání v dospělosti poskytuje kognitivní přínos nejen pro jednotlivce, prochází tento postup, ale také jeho potomků, je fascinující.,“

Petzinger myš studie také odhalila další možné mechanismy cvičení výhody pro pacientů s Parkinsonovou nemocí, včetně údržby dendritické trny, malé výstupky, které vystupují z nervové buňky přijímat elektrický vstup z ostatních neuronů v okolí, a synapsí spolu tyto trny.,9 Tyto účinky objeví k úpravě synaptických spojení v rámci myší mozek a upravit zvířat progrese onemocnění, říká Petzinger, kdo je jenom dokončím studii na využití cvičení na cíle kognitivní poruchy u Parkinsonovy nemoci.

cvičení na předpis může být také prospěšné pro pacienty s Alzheimerovou chorobou nebo osoby s rizikem vzniku onemocnění. Některé studie ukazují, že fyzická aktivita může čelit zvýšené riziko vzniku onemocnění mezi jedinci s APOE-ε4 alela—nejčastější varianta genu spojena s pozdním nástupem onemocnění., A novější studie naznačují, že cvičení může bojovat proti poškození mozku spojenému s onemocněním.

studium vlivu cvičení na nervový systém by mohlo vědcům pomoci identifikovat nejlepší a nejúčinnější strategii pro udržení zdraví mozku, jak stárneme.,

—Giselle Petzinger, University of Southern California

V roce 2018, van Praag, spolu s vědci z Harvard Medical School, MIT, Massachusetts General Hospital, Dana-Farber Cancer Institute, a Salk Institute, zveřejnil myši studii, která zjistila, že ani neuroprotektivní lék, ani genová terapie k nadprodukci WNT3, protein, který byl napojen na neurogenezi, zvrátit známky demence. Přesto, když myši mohly cvičit, jejich kognitivní výkon se zlepšil., Když tým v kombinaci neuroprotektivní lék s ošetření overexpress genu Bdnf v mozku myší, které neměli cvičení, zlepšení jejich kognitivní výkon uzavřeno těch myší, které byly dány přístup k běžící kola.10 práce, van Praag říká, může poskytnout cesty k léčbě pacientů s neurodegenerativními chorobami, kteří jsou příliš křehcí na cvičení.

Viz „Cvičení Výhody pro Demence Mohou Být Vyrobeny Chemicky“

výsledek také nabízí podporu pro 58 klinických studií v současné době dělá na cvičení, poznávání a Alzheimerovy choroby., Existuje téměř 100 probíhajících studiích, včetně Petzinger, vyšetřování cvičení úloha ve zmírnění příznaků Pn, a další stovky pohledu na výkon jako zásah proti depresi. Někteří vědci dokonce testují účinky cvičení na stárnutí.

„aktivní životní styl nezmění 70letý mozek na 30letý mozek,“ říká Petzinger. „Ale studium vlivu cvičení na nervový systém by mohlo vědcům pomoci identifikovat nejlepší a nejúčinnější strategii—ať už jde o aktivitu samotnou nebo aktivitu spárovanou s drogami—k udržení zdraví mozku, jak stárneme.,“

1. h. Maejima et al., „Cvičení a low-level GABAA receptorů, inhibice, modulují pohybovou aktivitu a expresi BDNF v doprovodu změny v epigenetické regulace v hipokampu,“ Neurosci Lett, 685:18-23, 2018.
2. h. van Praag et al., „Běh zvyšuje proliferaci buněk a neurogenezi u dospělých myší dentate gyrus,“ Nat Neurosci, 2:266-70, 1999.
3. h. van Praag et al., „Běh zvyšuje neurogenezi, učení a dlouhodobou potenciaci u myší“, PNAS, 96:13427-31, 1999.
4. a. Collins et al.,, „Cvičení zlepšuje kognitivní reakce na psychický stres prostřednictvím posílení epigenetické mechanismy a genové exprese v gyrus dentatus,“ PLOS ONE, 4:e4330, 2009.
5. s. F. Sleiman et al., „Cvičení podporuje expresi neurotrofického faktoru odvozeného od mozku (BDNF) působením β-hydroxybutyrátu ketonového těla,“ eLife, 5:e15092, 2016.
6. H. Y. Moon et al., „Běžící indukovaná systémová sekrece katepsinu B je spojena s funkcí paměti“, Cell Metab, 24:332-40, 2016.
7. B. E. Fisher et al.,, „Zotavení z chování vyvolané cvičením a neuroplasticita v bazálních gangliích myší s 1-methyl-4-fenyl-1,2,3,6-tetrahydropyridin-lesioned,“ J Neuro Res, 77: 378-90, 2004.
8. B. E. Fisher et al., „Běžecký pás cvičení zvyšuje dopaminových D2 receptorů závazné potenciál u pacientů s časnou Parkinsonovou nemocí,“ NeuroReport, 24:509-14, 2013.
9. W.A. Toy et al.,, „Běžecký pás cvičení obrátí dendritické páteře ztráty v přímé a nepřímé striatální středních ostnatých neuronů v 1-methyl-4-fenyl-1,2,3,6-tetrahydropyridine (MPTP) modelu u myší, Parkinsonovy choroby,“ Neurobiol Dis, 63:201-09, 2014.
10. S. H. Choi et al., „Kombinovaná neurogeneze dospělých a mimické účinky cvičení BDNF na poznání v modelu Alzheimerovy myši,“ věda, 361: eaan8821, 2018.