Menu (Dansk)

OVENFOR: © ISTOCK.COM, GRIVINA

i en time Om dagen, fem dage om ugen, mus i Hiroshi Maejima ‘ s fysiologi lab på Hokkaido University i Sapporo, Japan, ramte løbebånd. Forskerens mål med at få dyrene til at følge øvelsesrutinen er ikke at måle deres muskelmasse eller udholdenhed. Han vil vide, hvordan motion påvirker deres hjerner.

forskere har længe erkendt, at motion skærper visse kognitive færdigheder., Faktisk har Maejima og hans kolleger fundet, at regelmæssig fysisk aktivitet forbedrer musens evne til at skelne nye objekter fra dem, de har set før. I løbet af de sidste 20 år er forskere begyndt at komme til roden af disse fordele, med undersøgelser, der peger på stigninger i hippocampus volumen, udvikling af nye neuroner og infiltration af blodkar i hjernen. Nu begynder Maejima og andre at komme ind på de epigenetiske mekanismer, der driver de neurologiske ændringer, der er forårsaget af fysisk aktivitet.,

i oktober rapporterede Maejimas team, at hjernen hos gnavere, der løb, havde større end normal histonacetylering i hippocampus, hjerneområdet betragtede sædet for læring og hukommelse.1 de epigenetiske mærker resulterede i højere ekspression af Bdnf, genet for hjerneafledt neurotrofisk faktor (BDNF). Ved at støtte væksten og modningen af nye nerveceller menes BDNF at fremme hjernens sundhed, og højere niveauer af det korrelerer med forbedret kognitiv ydeevne hos mus og mennesker.

Med et væld af data om fordelene ved at arbejde ud spirende fra animalske og humane undersøgelser, læger er begyndt at ordinere motion til patienter med neurodegenerative sygdomme som Parkinsons og Alzheimers, samt at mennesker med andre hjernesygdomme, fra epilepsi til angst. Mange kliniske forsøg med træningsinterventioner til neurodegenerative sygdomme, depression og endda aldring er i gang. Lovende resultater kan styrke brugen af motion som neuroterapi.,

“ingen mener, at motion vil være en magisk kugle,” siger Kirk Erickson, en kognitiv psykolog ved University of Pittsburgh. “Men det betyder ikke, at vi ikke skal gøre det.,”

kroppen-hjernen forbindelse

I slutningen af 1990’erne, så-postdoc Henriette van Praag og andre medlemmer af Rustne Gage ‘ s lab på Salk Institute for Biological Studies i La Jolla, Californien, blev fascineret med de seneste resultater fra den gruppe, der viser, at mus, hvis bure havde legetøj og løbehjul udviklet flere nye neuroner i hippocampus, et område, hjernen vigtige for indlæring og hukommelse, end de mus, der bor i mindre stimulerende indhegninger.

se “Lab Toys”

Van Praag ønskede at identificere hvilket element af berigede miljøer, der havde størst indflydelse på hjernen., Hun fik nogle mus til at lære at svømme i en vand labyrint, mens andre svømmede i åbent vand, løb på et løbehjul eller interagerede med flere andre mus. Efter 12 dage var udviklingen af nye neuroner størst i gruppen af mus, der løb: de havde dobbelt så mange nye neuroner som mus i labyrinten eller vandet.2

i en opfølgende undersøgelse, der blev offentliggjort et par måneder senere, viste van Praag og hendes kolleger, at neurogenesen udløste ved at køre på hjulet korreleret med musens evne til at huske placeringen af en skjult platform i en vandtank., Hjernen hos musene, der løb, havde også større omorganisering af synaptiske forbindelser end dem fra mus, der ikke løb, hvilket antyder, at træning påvirker plasticitet.3 ” Hele rækken af forskning i motion og neurogenese voksede derfra,” siger van Praag, der begyndte at jogge regelmæssigt efter at have set resultaterne.

i løbet af de sidste to årtier har forskere identificeret mange molekylære mekanismer, der ligger til grund for øvelsens indflydelse på kognition., Motion, har undersøgelser vist, fører til frigivelse af proteiner og andre molekyler fra muskel, fedt og lever væv, der kan påvirke niveauet af BDNF og andre agenter at anspore neurogenese, hastighed nyt-neuron modning, fremme hjernen vascularization, og endda øge volumen af hippocampus hos mennesker.

træningseffekter

fysisk aktivitet øger mængden af hjernens hippocampus og forbedrer indlæring og hukommelse hos mus og mennesker. Musestudier har knyttet disse effekter til vækst og modning af nye neuroner., Nu, forskere er begyndt at optrævle de molekylære mekanismer, der forbinder motion til disse kognitive fordele.

BRAIN-DERIVED NEUROTROPHIC FACTOR

Udøve indflydelse niveauer af neurotrophins, proteiner, der fremmer udbredelsen af neuroner og støtte deres funktion. Fysisk aktivitet forbedrer DNA-demethylering i promotorområdet af Bdnf-genet, hvilket øger ekspressionen af den neurogeneseforøgende signalfaktor., Desuden ser histonacetylering ud til at løsne kromatin for at styrke BDNF-transkription.

BLOD SIGNALER

Motion fører til sekretion af molekyler ved muskel-og fedtceller, som påvirker niveauer af vækstfaktorer i hjernen, der påvirker form og funktion af hippocampus ved at fremskynde nye neuron vækst og øge mængden af det område af hjernen.

SPERM

i sæd af hanmus, der træner, øges overflod af visse mikroRNA ‘ er forbundet med læring og hukommelse., Musens afkom viser små kognitive fordele sammenlignet med afkom af stillesiddende mus.

spørgsmålet blev derefter: Hvordan ændrer disse faktorer ekspressionen af gener i hjernen? I 2009 offentliggjorde neurovidenskabsmand Hans Reul fra University of Bristol og kolleger en af de første undersøgelser, der bredt kiggede efter epigenetiske ændringer som reaktion på træning. Holdet satte rotter gennem en stressende udfordring, placerede dem i nye burmiljøer eller tvang dem til at svømme i et Bæger med vand., Efter de stressende oplevelser havde dyr, der havde kørt regelmæssigt på et hjul, højere niveauer af histonacetylering over genomet i celler i dentate gyrus, en del af hippocampus, hvor neurogenese forekommer. De aktive dyr handlede derefter mindre stressede end deres mere stillesiddende modstykker, når de blev udsat for de stressende miljøer. Rotterne, der udøvede, brugte mindre tid på at udforske det nye bur eller kæmpe i vandet, hvor de i stedet flød med hovedet over vandet., Resultaterne tyder på, at acetyleringen induceret af kombinationen af løb og stress hjalp dyrene bedre med at klare efterfølgende stress.4

anstrengelsesudløst epigenetiske ændringer “har en bemærkelsesværdig kapacitet til at regulere synaptisk plasticitet og kognitive,” siger Fernando Gomez-Pinilla, en neurolog på University of California, Los Angeles, der har ført flere lignende undersøgelser.

siden Reuls undersøgelse har mindst to dusin andre rapporteret acetylering og andre epigenetiske ændringer, der forbinder motion til hjernen hos gnavere. Moses Chao, en molekylær neurobiolog på New York University School of Medicine, og kolleger har for nylig fundet, at mus, der løb ofte på hjul havde højere niveauer af BDNF og en keton, der er et biprodukt af fedtstofskiftet frigivet fra leveren. Injektion af ketonen i hjernen hos mus, der ikke løb, hjalp med at hæmme histondeacetylaser og øget BDNF-ekspression i hippocampus., Fundet viser, hvordan molekyler kan rejse gennem blodet, krydse blod-hjerne-barrieren og aktivere eller hæmme epigenetiske markører i hjernen.5

mens nogle forskere undersøger den epigenetiske forbindelse mellem træning og kognitiv dygtighed, fortsætter andre med at afsløre tidligere ukendte links. I 2016, for eksempel, van Praag, nu på Florida Atlantic University Hjernen Institut, og kolleger fandt, at et protein kaldet cathepsin B, som udskilles af muskelceller under fysisk aktivitet, var der kræves for motion til at fremme neurogenese i mus., I vævskulturer af voksne hippocampale neurale stamceller øgede cathepsin B ekspressionen af Bdnf og niveauerne af dets protein og forbedrede ekspressionen af et gen kaldet doublecortin (DC.), som koder for et protein, der er nødvendigt til neural migration. Cathepsin B knockout-mus havde ingen ændring i neurogenese efter træning.

ingen tror, at motion bliver en magisk kugle. Men det betyder ikke, at vi ikke skal gøre det.,

—Kirk Erickson, University of Pittsburgh

Van Praag team fandt også, at ikke-humane primater og mennesker, der løb på løbebånd havde forhøjet serum niveauer af cathepsin B efter motion. Efter fire måneders løb på løbebåndet tre dage om ugen i 45 minutter eller mere, deltagerne trak mere nøjagtige billeder fra hukommelsen end i begyndelsen af undersøgelsen, før de begyndte at træne.,6

En håndfuld af forskning grupper er nu begyndt at møjsommeligt lede efter andre molekyler, der er frigivet under motion, der kan øge aktiviteten af Bdnf og andre hjerne-styrkelse af de gener, siger van Praag, og det bliver klart, at hvad der sker i kroppen, påvirker hjernen. “Vi tænker ikke så meget på det, som vi burde.”

Healing action

siden 1980 ‘ erne har undersøgelser af mennesker peget på en forbindelse mellem træning og gevinster i kognitiv ydeevne. Forståelse af dette forhold er af særlig betydning for patienter med neurologiske sygdomme., University of Southern California neurolog Giselle Petzinger har været at behandle patienter med Parkinsons sygdom i årtier, og har observeret, at de, som udøver kan forbedre deres balance og gangart. En sådan observation antydede, at hjernen bevarer en vis plasticitet efter sygdomssymptomer, hun siger, med neurale forbindelser, der dannes for at understøtte gevinsterne i motoriske færdigheder.for nogle år siden begyndte Pet .inger og hendes kolleger at studere en musemodel af Parkinsons sygdom., Holdet fandt, at aktive mus havde flere dopaminreceptorer i de basale ganglier, en gruppe neuronale strukturer, der er vigtige for bevægelse, læring og følelser.7 niveauer af dopaminreceptorer korrelerer med hjernens plasticitet, og dopaminreceptortab er et af signaturtegnene på Parkinsons sygdom. Ved hjælp af en dopaminantagonist som et radioaktivt sporstof fandt teamet, at patienter, der gik på en løbebånd tre gange om ugen i otte uger, øgede antallet af dopaminreceptorer i de basale ganglier.,8

betaler det fremad

allerede i 1990 ‘ erne begyndte undersøgelser at vise indirekte forbindelser mellem gravide kvinders fysiske aktivitet og hjernen hos deres drægtige babyer. For eksempel er en undersøgelse fra 1996 viste, at der i en alder af fem, børn af mødre, der udøves regelmæssigt under graviditeten har klaret sig bedre om test af generel intelligens og mundtlige sprogfærdigheder end børn, hvis mødre ikke havde udøvet meget (J Pædiatri, 129:856-63). Og forskning, der støtter denne forening, fortsætter med at ophobes., I 2016 viste for eksempel en undersøgelse, at drenge født til fysisk aktive mødre havde højere score på matematik-og sprogtest end drenge fra stillesiddende mødre (J Matern Fetal Neonatal med, 29:1414-20).

forskere har længe antaget, at de træningsinducerede ændringer i afkom er epigenetiske, og nyere forskning begynder at understøtte denne hypotese. En gruppe rapporterede i 2015, at tre måneders fysisk træning ændrede DNA-methyleringsmønstre for unge mænds sædceller., De justeringer, der opstod på gener, der er forbundet med skizofreni, Parkinsons sygdom, og andre hjernesygdomme (Epigenomics, doi: 10.2217/epi.15.29).

Se “Spøgelser i Genomet”

for yderligere At undersøge motion-inducerede ændringer i gen-ekspression, Anthony Hannan af Florey Institut for Neurovidenskab og Mental Sundhed i Victoria, Australien, og kolleger undersøgte sædceller mus, der kørte på hjul eller foretages andre fysiske aktiviteter. Holdet viste, at motion ansporede ændringer i ekspressionsniveauerne for flere små RNA ‘ er i kimlinecellerne hos hanmus., Det er kendt, at små RNA ‘ er pakket i gameter kan påvirke metabolismen af afkom, og muligvis også læring og hukommelse. Hanmus, der er født til fædre med disse ændringer i deres sædceller havde reduceret angst niveauer, hvilket forfatterne til at konkludere, at forældrenes motion kan lægge en transgenerational effekt på afkom følelsesmæssige sundhed (Transl Psychiat, 7:e1114, 2017).,
Tidligere i år, André Fischer, en eksperimentel neuropathologist på den tyske Center for Neurodegenerative Sygdomme i Göttingen, og hans kolleger har offentliggjort en af de mest overbevisende studier, som viser, at fordelene ved et beriget miljø på hjernen kan være gået epigenetically fra forældre til afkom. Holdet satte voksne hanmus i bure med løbende hjul og andet legetøj, mens et sæt af deres fætre boede i bure uden hjul eller legetøj., Synaptiske forbindelser steg i musene i berigede miljøer, og holdet så også øgede forbindelser i hjernen hos de aktive Muses afkom—både hanner og hunner. Afkomene lærte lidt hurtigere og havde en smule bedre hukommelsesindkaldelse end mus med forældre opdrættet i traditionelle bur, selvom forskellene ikke var statistisk signifikante (Cell Rep, 23:P546–54, 2018)., Ved at analysere sæd fra forældremusene identificerede Fischer og hans kolleger to mikroRNA ‘ er—miR212 og miR132, begge forbundet med neuronudviklingen—der syntes at påvirke de aktive Muses Afkoms kognitive evner.
det er endnu ikke klart, om disse fund kan oversættes til mennesker, men Fischer og hans kolleger skriver i deres undersøgelse, at resultaterne kan være vigtige for Reproduktiv Medicin. “Ideen om det . . . træning i voksenalderen giver en kognitiv fordel ikke kun for den enkelte, der gennemgår denne procedure, men også for dens afkom er fascinerende.,”

Petzinger ‘ s mus undersøgelser har også vist andre mulige mekanismer for motion fordele for Parkinsons patienter, herunder vedligeholdelse af dendritiske pigge, den lille fremskrivninger, at filial ud af nerveceller til at modtage elektrisk input fra andre neuroner i nærheden, og synapser langs disse pigge.,9 Disse effekter synes at ændre synaptic tilslutning i musenes hjerner og ændre dyrenes sygdommens progression, siger Petzinger, der er blot indpakning op et forsøg på at bruge motion til at målrette kognitiv svækkelse i Parkinsons sygdom.

receptpligtig træning kan også være gavnlig for al .heimers patienter eller personer med risiko for at udvikle sygdommen. Flere undersøgelser viser, at fysisk aktivitet kan modvirke den forhøjede risiko for at udvikle sygdommen blandt personer, der bærer APOE -44-allelen—den mest almindelige genvariant forbundet med sygdommens sene begyndelse., Og mere-nylige undersøgelser tyder på, at motion kan bekæmpe hjerneforringelse forbundet med sygdommen.

at studere træningens effekt på nervesystemet kan hjælpe forskere med at identificere den bedste og mest effektive strategi for at bevare hjernens sundhed, når vi bliver ældre.,

—Giselle Petzinger, University of Southern California

I 2018, van Praag, sammen med forskere fra Harvard Medical School, MIT, Massachusetts General Hospital, Dana-Farber Cancer Institute, og Salk Institute, offentliggjort en mus undersøgelse, der fandt, at hverken en sygdomsdæmpende medicin eller genterapi til at overproducere WNT3, et protein, der har været knyttet til neurogenese, vendt tegn på demens. Men da musene fik lov til at udøve, forbedrede deres kognitive ydeevne., Da holdet kombinerede det neurobeskyttende lægemiddel med behandlinger for at overekspresse Bdnf-genet i hjernen hos mus, der ikke udøvede, matchede forbedringer i deres kognitive ydeevne de mus, der fik adgang til et løbehjul.10 arbejdet, siger van Praag, kan give veje til behandling af patienter med neurodegenerative sygdomme, der er for skrøbelige til at træne.

se “træningsfordele til demens kan laves kemisk”

resultatet giver også støtte til de 58 kliniske forsøg, der i øjeblikket udføres på træning, kognition og Al .heimers sygdom., Der er næsten 100 igangværende forsøg, herunder Pet .inger ‘ s, undersøger øvelsens rolle i at lette Parkinsons symptomer, og hundredvis mere ser på motion som et indgreb mod depression. Nogle forskere tester endda virkningerne af motion på aldring.

“en aktiv livsstil vil ikke gøre en 70-årig hjerne til en 30-årig hjerne,” siger Pet .inger. “Men at studere træningens effekt på nervesystemet kan hjælpe forskere med at identificere den bedste og mest effektive strategi—uanset om det er aktivitet alene eller aktivitet parret med medicin—for at bevare hjernens sundhed, når vi bliver ældre.,”

1. H. Maejima et al., “Motion og lav-niveau GABAA-receptor hæmning modulere motorisk aktivitet og udtryk af BDNF ledsaget af ændringer i den epigenetiske regulering i hippocampus,” Neurosci Lett, 685:18-23, 2018.
2. H. van Praag et al., “Kører øger celleproliferation og neurogenese i den voksne mus dentate gyrus,” Nat Neurosci, 2: 266-70, 1999.
3. H. van Praag et al., “Løb forbedrer neurogenese, læring og langsigtet potentiering hos mus,” PNAS, 96: 13427-31, 1999.
4. A. Collins et al.,, “Træning forbedrer kognitive reaktioner på psykologisk stress gennem forbedring af epigenetiske mekanismer og genekspression i dentate gyrus,” PLOS ONE, 4:e4330, 2009.
5. S. F. Sleiman et al., “Motion fremmer ekspressionen af hjerneafledt neurotrofisk faktor (BDNF) gennem virkningen af ketonlegemet β-hydro .ybutyrat,” eLife, 5:e15092, 2016.
6. H. Y. Moon et al., “Løbende induceret systemisk katepsin B-sekretion er forbundet med hukommelsesfunktion,” celle Metab, 24:332-40, 2016.
7. B. E. Fisher et al.,, “Motion-induceret adfærdsmæssige recovery og neuroplasticity i 1-methyl-4-phenyl-1,2,3,6-tetrahydropyridine–lesioned mus basale ganglier,” J Neuro Res, 77:378-90, 2004.
8. B. E. Fisher et al., “Løbebånd motion hæver striatal dopamin D2 receptor bindende potentiale hos patienter med tidlig Parkinsons sygdom,” NeuroReport, 24:509-14, 2013.
9. W. A. Toy et al.,, “Løbebånd motion vender dendritiske rygsøjlen tab i direkte og indirekte striatal mellemstore spiny neuroner i 1-methyl-4-phenyl-1,2,3,6-tetrahydropyridine (MPTP) mus model af Parkinsons sygdom,” Neurobiol Dis, 63:201-09, 2014.
10. S. H. Choi et al., “Kombineret voksen neurogenese og BDNF efterligner træningseffekter på kognition i en al .heimers musemodel,” videnskab, 361:eaan8821, 2018.