Meniu (Română)

de mai SUS: © ISTOCK.COM, GRIVINA

Pentru o oră pe zi, cinci zile pe săptămână, șoareci în Hiroshi Maejima e laboratorul de fiziologie la Universitatea Hokkaido din Sapporo, Japonia, a lovit banda de alergat. Scopul cercetătorului de a avea animalele să urmeze rutina exercițiilor nu este de a măsura masa musculară sau rezistența lor. Vrea să știe cum le afectează exercițiile creierul.cercetătorii au recunoscut de mult că exercițiile fizice accentuează anumite abilități cognitive., Într-adevăr, Maejima și colegii săi au descoperit că activitatea fizică regulată îmbunătățește capacitatea șoarecilor de a distinge obiecte noi de cele pe care le-au văzut înainte. În ultimii 20 de ani, cercetătorii au început să ajungă la rădăcina acestor beneficii, studiile indicând creșterea volumului hipocampului, dezvoltarea de noi neuroni și infiltrarea vaselor de sânge în creier. Acum, Maejima și alții încep să se acomodeze cu mecanismele epigenetice care conduc modificările neurologice aduse de activitatea fizică.,în octombrie, echipa lui Maejima a raportat că creierul rozătoarelor care au fugit a avut o acetilare histonă mai mare decât cea normală în hipocampus, regiunea creierului considerată sediul învățării și memoriei.1 semnele epigenetice au dus la o expresie mai mare a Bdnf, gena pentru factorul neurotrofic derivat din creier (BDNF). Prin sprijinirea creșterii și maturării celulelor nervoase noi, se crede că BDNF promovează sănătatea creierului, iar nivelurile mai ridicate ale acestuia se corelează cu performanța cognitivă îmbunătățită la șoareci și oameni.

Cu o bogăție de date cu privire la beneficiile de a lucra emergente la animale și umane, studii, medicii au început să prescrie exercițiu la pacienții cu boli neurodegenerative precum Parkinson și Alzheimer, precum și pentru persoanele cu alte tulburari ale creierului, de epilepsie la anxietate. Multe studii clinice de intervenții de exerciții pentru boli neurodegenerative, depresie și chiar îmbătrânire sunt în curs de desfășurare. Rezultatele promițătoare ar putea susține utilizarea exercițiului ca neuroterapie.,”nimeni nu crede că exercițiul va fi un glonț magic”, spune Kirk Erickson, psiholog cognitiv la Universitatea din Pittsburgh. „Dar asta nu înseamnă că nu ar trebui să o facem.,”

corp-creier conexiune

la sfârșitul anilor 1990, atunci-postdoc Henriette van Praag și alți membri ai Ruginit lui Gage laborator de la Institutul Salk pentru Studii Biologice din La Jolla, California, au fost fascinați de descoperirile recente din grupul arată că șoarecii a căror cuști avut jucării și roțile de rulare dezvoltat mai noi neuroni în hipocampus, o zonă a creierului importantă pentru învățare și memorie, decât șoarecii care trăiesc în mai puțin de stimulare incinte. Van Praag a dorit să identifice care element al mediilor îmbogățite a avut cea mai mare influență asupra creierului., Unii șoareci au învățat să înoate într-un labirint de apă, în timp ce alții au înotat în apă deschisă, au alergat pe o roată de alergare sau au interacționat cu alți șoareci. După 12 zile, dezvoltarea de noi neuroni a fost cea mai mare în grupul de șoareci care au fugit: au avut dublu numărul de neuroni noi ca șoareci în labirint sau apă.2

Într-un studiu de follow-up a publicat câteva luni mai târziu, van Praag și colegii ei au arătat că neurogeneza stârnit prin rularea pe roți a corelat cu soareci capacitatea să-și amintească locația de o platformă ascunsă într-un rezervor de apă., Creierul șoarecilor care au alergat a avut, de asemenea, o reorganizare mai mare a conexiunilor sinaptice decât cele ale șoarecilor care nu au alergat, sugerând că exercițiile fizice influențează plasticitatea.3 „întreaga linie de cercetare în exercițiu și neurogeneza crescut de acolo”, spune van Praag, care a început jogging în mod regulat după ce a văzut rezultatele.în ultimele două decenii, cercetătorii au identificat multe mecanisme moleculare care stau la baza influenței exercițiului asupra cunoașterii., Exercițiu, studiile au arătat, duce la eliberarea de proteine și alte molecule de mușchi, grăsime și țesut hepatic care poate afecta nivelurile de BDNF și alți agenți care stimula neurogeneza, viteza de nou-neuron de maturare, de a promova vascularizarea creierului, și chiar creșterea de volum a hipocampului la om.activitatea fizică crește volumul hipocampului creierului și îmbunătățește învățarea și memoria la șoareci și oameni. Studiile de șoarece au legat aceste efecte de creșterea și maturarea noilor neuroni., Acum, cercetătorii încep să descopere mecanismele moleculare care conectează exercițiile fizice la aceste beneficii cognitive.

FACTORUL NEUROTROFIC DERIVAT din CREIER

Exercite influențe niveluri de neurotrofinele, proteine care promovează proliferarea neuronilor și a sprijini funcția lor. Activitatea fizică îmbunătățește demetilarea ADN – ului în regiunea promotorului genei Bdnf, crescând expresia factorului de semnalizare care stimulează neurogeneza., Mai mult, acetilarea histonei pare să slăbească cromatina pentru a susține transcripția Bdnf.

semnale de sânge

exercițiul conduce la secreția de molecule de către celulele musculare și grase care afectează nivelurile factorilor de creștere din creier, influențând forma și funcția hipocampului prin accelerarea creșterii neuronilor noi și creșterea volumului regiunii creierului.

sperma

în sperma șoarecilor masculi care exercită, abundența anumitor micro ARN asociate cu învățarea și memoria crește., Puii șoarecilor prezintă ușoare avantaje cognitive în comparație cu descendenții șoarecilor sedentari.întrebarea a devenit apoi: cum schimbă acești factori expresia genelor în creier? În 2009, neurologul Hans Reul de la Universitatea din Bristol și colegii săi au publicat unul dintre primele studii care au căutat în linii mari modificări epigenetice ca răspuns la exerciții fizice. Echipa a pus șobolanii printr-o provocare stresantă, plasându-i în medii noi de cușcă sau forțându-i să înoate într-un pahar de apă., După experiențele stresante, animalele care au alergat regulat pe o roată au avut niveluri mai ridicate de acetilare histonă în genomul celulelor girusului dentat, o parte a hipocampului unde are loc neurogeneza. Animalele active au acționat apoi mai puțin stresate decât omologii lor mai sedentari atunci când au fost reexpuse în mediile stresante. Șobolanii care au exercitat au petrecut mai puțin timp explorând noua cușcă sau luptându-se în apă, unde în schimb pluteau cu capul deasupra apei., Rezultatele sugerează că acetilarea indusă de combinația de alergare și stres a ajutat animalele să facă față mai bine stresului ulterior.4

schimbările epigenetice induse de exerciții „au o capacitate remarcabilă de a reglementa plasticitatea sinaptică și cognitivă”, spune Fernando Gomez-Pinilla, neurolog la Universitatea din California, Los Angeles, care a condus mai multe studii similare.

de la studiul lui Reul, cel puțin două duzini de alții au raportat acetilare și alte modificări epigenetice care leagă exercițiul cu creierul la rozătoare. Moses Chao, neurobiolog molecular la școala de Medicină a Universității din New York, și colegii au descoperit recent că șoarecii care alergau frecvent pe roți aveau niveluri mai ridicate de BDNF și de o cetonă care este un produs secundar al metabolismului grăsimilor eliberat din ficat. Injectarea cetonei în creierul șoarecilor care nu au rulat a ajutat la inhibarea deacetilazelor histone și la creșterea expresiei Bdnf în hipocampus., Constatarea arată modul în care moleculele pot călători prin sânge, traversează bariera hemato-encefalică și activează sau inhibă markerii epigenetici din creier.5

în timp ce unii cercetători sondează legătura epigenetică dintre exercițiu și priceperea cognitivă, alții continuă să dezvăluie legături necunoscute anterior. În 2016, de exemplu, van Praag, acum la Florida Atlantic University Brain Institute, si colegii sai au descoperit ca o proteina numita catepsin B, care este secretat de către celulele musculare în timpul activității fizice, a fost necesar pentru exercitarea pentru a stimula neurogeneza la șoareci., În culturile de țesuturi ale celulelor progenitoare neuronale hipocampale adulte, catepsina B a amplificat expresia Bdnf și nivelurile proteinei sale și a îmbunătățit expresia unei gene numite doublecortin (DCX), care codifică o proteină necesară migrației neuronale. Șoarecii knockout Cathepsin B nu au avut nicio schimbare în neurogeneză după exercițiu.

nimeni nu crede că exercițiul va fi un glonț magic. Dar asta nu înseamnă că nu ar trebui să o facem.,echipa lui Van Praag a constatat ,de asemenea, că primatele non-umane și oamenii care au alergat pe benzile de alergare au avut niveluri serice crescute de catepsină B după exerciții fizice. Următoarele patru luni ale rulează pe banda de alergat trei zile pe săptămână timp de 45 de minute sau mai mult, participanții au atras mai exacte imagini din memorie decât la începutul studiului, înainte de a începe exercitarea.,6

Un pumn de grupuri de cercetare au început acum să migală uita-te pentru alte molecule eliberate în timpul exercițiului, care ar putea îmbunătăți activitatea de Bdnf și alte stimularea creierului gene, spune van Praag, și devine clar că ceea ce se întâmplă în organism afectează creierul. „Nu ne gândim la asta la fel de mult cum ar trebui.”

acțiune de vindecare

începând cu anii 1980, studiile asupra oamenilor au indicat o legătură între exercițiu și câștiguri în performanța cognitivă. Înțelegerea acestei relații are o importanță deosebită pentru pacienții cu boli neurologice., Universitatea din California de Sud neurologul Giselle Petzinger a tratat pacienții cu boala Parkinson de zeci de ani și a observat că cei care fac exerciții fizice își pot îmbunătăți echilibrul și mersul. O astfel de observație a sugerat că creierul păstrează o anumită plasticitate după ce simptomele bolii s-au stabilit, spune ea, cu conexiuni neuronale care se formează pentru a susține câștigurile în abilitățile motorii.cu câțiva ani în urmă, Petzinger și colegii ei au început să studieze un model de șoarece al bolii Parkinson., Echipa a descoperit că șoarecii activi au avut mai mulți receptori de dopamină în ganglionii bazali, un grup de structuri neuronale importante pentru mișcare, învățare și emoție.Nivelurile 7 ale receptorilor de dopamină se corelează cu plasticitatea creierului, iar pierderea receptorilor de dopamină este unul dintre semnele semnăturii bolii Parkinson. Folosind un antagonist al dopaminei ca trasor radioactiv, echipa a descoperit că pacienții care au mers pe o banda de alergare de trei ori pe săptămână timp de opt săptămâni au crescut numărul de receptori de dopamină din ganglionii bazali.,8

plata înainte

încă din anii 1990, studiile au început să arate legături indirecte între activitatea fizică a femeilor însărcinate și creierul copiilor lor gestanți. De exemplu, un studiu din 1996 a arătat că la vârsta de cinci ani, copiii din mame care au exercitat în mod regulat în timpul sarcinii realizate mai bine la testele de inteligența generală și orală competențe lingvistice decat copiii ale caror mame nu au exercitat mult (J Pediatrie, 129:856-63). Și cercetarea care sprijină această asociație continuă să se acumuleze., În 2016, de exemplu, un studiu a arătat că băieții născuți la activ fizic în care mamele au avut scoruri mai mari la matematica si teste de limba decât băieții de la sedentar mame (J Matern Fetală, Neonatală Med, 29:1414-20).
Oamenii de știință au presupus mult timp că modificările induse de efort la descendenți sunt de natură epigenetică, iar cercetările recente încep să susțină această ipoteză. Un grup a raportat în 2015 că trei luni de exerciții fizice au schimbat modelele de metilare a ADN-ului spermei bărbaților tineri., Trucurile a avut loc la gene asociate cu schizofrenia, boala Parkinson și alte tulburări ale creierului (Epigenomics, doi: 10.2217/epi.15.29).

a se Vedea „Fantome în Genomul”

Pentru a investiga în continuare exercitarea induse de modificări în expresia genelor, Anthony Hannan de Florey Institutul de Neuroștiințe și Sănătate Mintală în Victoria, Australia, si colegii sai au studiat sperma de soareci care a fugit pe roți sau efectuează alte activități fizice. Echipa a arătat că exercițiile fizice au stimulat modificările nivelurilor de Expresie ale mai multor ARN-uri mici în celulele germinale ale șoarecilor masculi., Se știe că ARN-urile mici ambalate în gameți pot influența metabolismul puilor și, eventual, și învățarea și memoria. Soarecii de sex masculin născut la părinții cu aceste schimbări în sperma lor s-a redus nivelurile de anxietate, ceea ce duce la autori să concluzioneze că părintească exercițiu poate exercita o între generații efect asupra puilor este sănătatea emoțională (Transl Psychiat, 7:e1114, 2017).,
la Inceputul acestui an, Andre Fischer, un experimentale neuropatolog la Centrul German pentru Boli Neurodegenerative, în Göttingen, și colegii săi au publicat unul dintre cele mai convingătoare studii arată că beneficiile unui mediu îmbogățit de pe creier poate fi trecut epigenetically de la părinte la urmaș. Echipa a pus șoareci masculi adulți în cuști cu roți de rulare și alte jucării, în timp ce un set de veri trăiau în cuști fără roți sau jucării., Conexiunile sinaptice au crescut la șoareci în medii îmbogățite, iar echipa a văzut, de asemenea, conexiuni crescute în creierul puilor activi ai șoarecilor—atât bărbați, cât și femei. Puii au învățat puțin mai repede și au avut o amintire de memorie puțin mai bună decât șoarecii cu părinții crescuți în cuști tradiționale, deși diferențele nu au fost semnificative statistic (Cell Rep, 23:P546–54, 2018)., Analiza spermei de părinte soareci, Fischer și colegii săi au identificat două microarn—miR212 și miR132, ambele asociate cu neuron de dezvoltare—care a apărut pentru a afecta capacitățile cognitive de active soareci descendenților.
nu este încă clar dacă aceste constatări sunt traductibile la om, dar Fischer și colegii săi scriu în studiul lor că rezultatele ar putea fi importante pentru medicina reproductivă. „Ideea că . . . formarea la vârsta adultă oferă un beneficiu cognitiv nu numai individului care urmează această procedură, ci și descendenților săi este fascinant.,”

© istock.com, gorkemdemir

Petzinger mouse studiile au arătat, de asemenea, alte posibile mecanisme de exercitare beneficiile pentru pacienții cu Parkinson, inclusiv de întreținere de prelungirile dendritice, cu mici proeminențe care se ramifică de celule nervoase pentru a primi electrică de intrare de la alți neuroni din apropiere, și a sinapselor de-a lungul acestor spini.,9 Aceste efecte par a modifica sinaptice conectivitate în șoareci creierul și modifica animalelor progresia bolii, spune Petzinger, care este doar finalul unui proces folosind exerciții pentru a viza tulburări cognitive în boala Parkinson.exercițiul de prescripție poate fi, de asemenea, benefic pentru pacienții cu Alzheimer sau pentru persoanele cu risc de a dezvolta boala. Mai multe studii arată că activitatea fizică poate contracara riscul crescut de a dezvolta boala în rândul persoanelor care poartă alela APOE-ε4—cea mai frecventă variantă genică legată de debutul tardiv al bolii., Și mai mult-studii recente sugerează exercitarea poate combate deteriorarea creierului asociate cu boala.studiul efectului exercițiului asupra sistemului nervos ar putea ajuta cercetătorii să identifice cea mai bună și mai eficientă strategie de menținere a sănătății creierului pe măsură ce îmbătrânim.,

—Giselle Petzinger, Universitatea din California de Sud

În 2018, van Praag, împreună cu cercetători de la Școala Medicală Harvard, MIT, Massachusetts General Hospital, la Dana-Farber Cancer Institute, și Institutul Salk, a publicat un studiu mouse-ul, care a constatat că nici un medicament neuroprotector nici o terapie genetică pentru a overproduce WNT3, o proteina care a fost legată de neurogeneză, inversat semne de demență. Cu toate acestea, când șoarecii au fost lăsați să-și exercite, performanța lor cognitivă sa îmbunătățit., Atunci când echipa combinat de droguri neuroprotector cu tratamente la supraexprimă gena Bdnf în creierele unor șoareci care nu exercita, îmbunătățiri în performanțele lor cognitive cu cele de la soareci care au primit acces la o roata de rulare.10 lucrarea, spune van Praag, poate oferi căi spre tratarea pacienților cu boli neurodegenerative care sunt prea fragile pentru a-și exercita.

Vezi „beneficiile exercițiului pentru demență pot fi făcute chimic”

rezultatul oferă, de asemenea, suport pentru cele 58 de studii clinice care se desfășoară în prezent pe exerciții fizice, cunoaștere și boala Alzheimer., Există aproape 100 de procese în curs de desfășurare, inclusiv Petzinger e, investigarea și exercite rolul în relaxarea simptome Parkinson, și mai multe sute uita la exercițiu ca o intervenție împotriva depresiei. Unii cercetători testează chiar efectele exercițiilor fizice asupra îmbătrânirii.”un stil de viață activ nu va transforma un creier de 70 de ani într-un creier de 30 de ani”, spune Petzinger. „Dar studierea efectului exercițiului asupra sistemului nervos ar putea ajuta cercetătorii să identifice cea mai bună și mai eficientă strategie—fie că este vorba de activitate singură, fie de activitate asociată cu medicamente—pentru a menține sănătatea creierului pe măsură ce îmbătrânim.,”

1. H. Maejima și colab.. „Exercitarea și inhibarea receptorului GABAA la nivel scăzut modulează activitatea locomotorie și expresia BDNF însoțită de modificări ale reglementării epigenetice în hipocampus”, Neurosci Lett, 685:18-23, 2018.
2. H. van Praag și colab.. „Rularea crește proliferarea celulară și neurogeneza în girusul dentat al mouse-ului adult”, Nat Neurosci, 2:266-70, 1999.
3. H. van Praag și colab.. „Rularea îmbunătățește neurogeneza, învățarea și potențarea pe termen lung la șoareci”, PNAS, 96:13427-31, 1999.
4. A. Collins și colab.,, „Exercițiul îmbunătățește răspunsurile cognitive la stresul psihologic prin îmbunătățirea mecanismelor epigenetice și a expresiei genelor în gyrusul dentat”, PLOS ONE, 4:e4330, 2009.
5. S. F. Sleiman și colab., „Exercițiul promovează expresia factorului neurotrofic derivat din creier (BDNF) prin acțiunea corpului cetonic β-hidroxibutirat”, eLife, 5:e15092, 2016.
6. H. Y. Moon și colab., „Secreția sistemică de catepsină B indusă de rulare este asociată cu funcția de memorie”, Metab Cell, 24: 332-40, 2016.
7. B. E. Fisher și colab.,, „Exercitarea induse comportamentale de recuperare și neuroplasticitate în 1-metil-4-fenil-1,2,3,6-tetrahydropyridine–lesioned mouse-ul bazali,” J Neuro Res, 77:378-90, 2004.
8. B. E. Fisher și colab.. „Exercitarea benzii de alergare ridică potențialul de legare a receptorilor striatali de dopamină D2 la pacienții cu boală Parkinson precoce”, NeuroReport, 24:509-14, 2013.
9. W. A. Toy și colab.,, „Banda de alergare exercițiu inversează dendritice coloanei vertebrale pierderea în directe și indirecte striat de mediu spinoase neuroni în 1-metil-4-fenil-1,2,3,6-tetrahydropyridine (MPTP) model de mouse-ul de boala Parkinson,” Neurobiol Dis, 63:201-09, 2014.
10. S. H. Choi și colab.. „Neurogenesis combinat pentru adulți și BDNF mimează efectele exercițiilor fizice asupra cunoașterii într-un model de șoarece Alzheimer”, știință, 361:eaan8821, 2018.