Η άσκηση μπορεί να ενισχύσει έναν διαπερατό αιματοεγκεφαλικό φραγμό, κάτι που ενδέχεται να βελτιώσει την υγεία του εγκεφάλου και, ενδεχομένως, να συμβάλει στην καταπολέμηση της άνοιας, σύμφωνα με μια νέα, φιλόδοξη μελέτη σε ποντίκια σχετικά με την άσκηση και τον νευροεκφυλισμό, η οποία δημοσιεύθηκε στο περιοδικό Cell.
Στα τρωκτικά και στους ανθρώπους, ο αιματοεγκεφαλικός φραγμός — ένα λεπτό στρώμα κυττάρων που προστατεύει τον εγκέφαλο από τοξίνες και παθογόνα — συνήθως εξασθενεί με την πάροδο της ηλικίας, συμβάλλοντας στη νευροφλεγμονή και σε άλλα προβλήματα, όπως ο αυξημένος κίνδυνος άνοιας. Ωστόσο, οι συγγραφείς της μελέτης διαπίστωσαν ότι κατά τη διάρκεια και μετά την άσκηση, τουλάχιστον στα ποντίκια, το ήπαρ απελευθερώνει μια ειδική πρωτεΐνη που μεταφέρεται στον εγκέφαλο και βοηθά στην αποκατάσταση του προστατευτικού κυτταρικού φραγμού εκεί.
Τα αποτελέσματα της πρωτεΐνης της άσκησης ήταν ιδιαίτερα εντυπωσιακά σε ηλικιωμένα ποντίκια που έπασχαν από μια μορφή της νόσου του Αλτσχάιμερ. Η μνήμη και οι μαθησιακές τους ικανότητες βελτιώθηκαν σημαντικά όταν τα επίπεδα της πρωτεΐνης αυξήθηκαν στον εγκέφαλό τους.
Οι ερευνητές εντόπισαν την ίδια πρωτεΐνη στην κυκλοφορία του αίματος ατόμων που ασκούνται σωματικά.
«Αυτά τα αποτελέσματα παρέχουν πειστικές ενδείξεις σε ζωικά μοντέλα ότι τα σήματα που σχετίζονται με την άσκηση και προέρχονται από το ήπαρ μπορούν να βελτιώσουν τη λειτουργία του εγκεφάλου, επιδρώντας στον αιματοεγκεφαλικό φραγμό», δήλωσε η Michelle Voss, καθηγήτρια και διευθύντρια του Εργαστηρίου Υγείας, Εγκεφάλου και Γνωστικής Λειτουργίας στο Πανεπιστήμιο της Αϊόβα.
Τα ευρήματα της μελέτης μπορεί να μας βοηθήσουν να κατανοήσουμε καλύτερα πώς, σε κυτταρικό επίπεδο, η άσκηση αποτρέπει τη γνωστική παρακμή με την ηλικία, τόσο στα ζώα όσο και στους ανθρώπους. Ωστόσο, εγείρουν επίσης σημαντικά ερωτήματα σχετικά με το αν θα είναι σύντομα δυνατό, αξιόλογο ή συνετό να απομονώσουμε και να προσφέρουμε την πρωτεΐνη ως ένα είδος μερικού υποκατάστατου της άσκησης για τη βελτίωση της υγείας του εγκεφάλου σε άτομα για τα οποία η κίνηση αποτελεί δυσκολία.
Πώς προστατεύει ο αθλητισμός τον εγκέφαλο;
Η ιδέα ότι η σωματική άσκηση βοηθά τον εγκέφαλο που γερνάει δεν είναι καθόλου καινούργια. Δεκαετίες έρευνας έχουν δείξει ότι δραστηριότητες όπως το περπάτημα, το κολύμπι, η ποδηλασία, το τρέξιμο και η άσκηση με βάρη συμβάλλουν στη διατήρηση ενός πιο υγιούς και νεανικού εγκεφάλου, καθώς και σε καλύτερες νοητικές ικανότητες σε ηλικιωμένα ζώα και ανθρώπους.
Αλλά γιατί; Τι συμβαίνει κατά τη διάρκεια της άσκησης που αλλάζει τη διάθεση και τον εγκέφαλο;
Πριν από χρόνια, ο Saul Villeda, καθηγητής βιοϊατρικών επιστημών στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνιας στο Σαν Φρανσίσκο και κύριος συγγραφέας της νέας μελέτης, άρχισε να υποψιάζεται ότι αυτό οφειλόταν σε κάτι που ονομάζεται “exerkines”.
Οι exerkines είναι ουσίες, όπως ορμόνες, πρωτεΐνες, πεπτίδια ή άλλα μόρια, που απελευθερώνονται στην κυκλοφορία του αίματος κατά τη διάρκεια και αμέσως μετά την άσκηση. Οι περισσότερες προέρχονται από τους μυς που εργάζονται, οι οποίοι εκκρίνουν εκατοντάδες ή και χιλιάδες μόρια που σχετίζονται με την άσκηση όταν συστέλλονται κατά τη διάρκεια της άσκησης.
Οι exerkines μεταφέρονται μέσω της κυκλοφορίας του αίματος σε άλλα όργανα, όπου ενεργοποιούν πολύπλοκες βιοχημικές αντιδράσεις που συμβάλλουν στη βελτίωση της ευαισθησίας στην ινσουλίνη, στη βελτίωση της αρτηριακής πίεσης, στη μείωση του κινδύνου καρκίνου.
Ο Villeda σκέφτηκε ότι οι exerkines πιθανώς ενισχύουν και τον εγκέφαλο και, σε ένα πείραμα του 2020 που δημοσιεύθηκε στο Science, αποφάσισε να διερευνήσει πώς.
Το τρέξιμο αλλάζει τον τρόπο σκέψης στα ποντίκια
Αυτός και οι συνεργάτες του αρχικά ενθάρρυναν ποντίκια, τόσο νεαρά όσο και ηλικιωμένα, να τρέχουν για έξι εβδομάδες και στη συνέχεια μετέφεραν πλάσμα από την κυκλοφορία του αίματός τους σε άλλα ηλικιωμένα αλλά καθιστικά ζώα. Στη συνέχεια, αυτά τα ηλικιωμένα ποντίκια είχαν σημαντικά καλύτερες επιδόσεις σε τεστ νοημοσύνης σε σύγκριση με τα ζώα ελέγχου της ίδιας ηλικίας, ανεξάρτητα από το αν το πλάσμα που τους μεταγγίστηκε προήλθε από ηλικιωμένα ή νεαρά ποντίκια. Το μόνο που είχε σημασία ήταν ότι τα ποντίκια-δότες έτρεχαν.
Ο Villeda κατέληξε στο συμπέρασμα ότι κάτι στην κυκλοφορία του αίματος των αθλούμενων ζώων μετά την άσκηση είχε βελτιώσει τις γνωστικές λειτουργίες. Τώρα, έπρεπε να το εντοπίσει.
Η ομάδα του χρησιμοποίησε μια τεχνική που ονομάζεται φασματομετρία μάζας και άλλες μεθόδους για να εντοπίσει δεκάδες μόρια που υπάρχουν αποκλειστικά στο αίμα των δρομέων. Τα περισσότερα ήταν ήδη γνωστά, αλλά ένα, μια άγνωστη πρωτεΐνη γνωστή ως GPLD1 δεν είχε μελετηθεί πολύ στο παρελθόν, οπότε άξιζε τον κόπο να απομονωθεί, σκέφτηκε ο Villeda. Επίσης, σε αντίθεση με τις περισσότερες άλλες exerkines, παράγεται από το ήπαρ.
Μήπως, κατά συνέπεια, λειτουργούσε με κάποιο τρόπο στον εγκέφαλο;
Χρησιμοποιώντας γενετική μηχανική, οι επιστήμονες προκάλεσαν τα συκώτια ηλικιωμένων, καθιστικών ποντικών να αρχίσουν να παράγουν επιπλέον GPLD1. Αργότερα, αυτά τα ποντίκια, που παρέμεναν καθιστικά, έκαναν θραύση στις δοκιμασίες μνήμης για τρωκτικά. Τμήματα του εγκεφάλου τους έσφυζαν επίσης από υγιείς, νεογέννητους νευρώνες, ένας δείκτης ισχυρής εγκεφαλικής υγείας.
Υπήρχε όμως ένα πρόβλημα. Οι ερευνητές δεν μπόρεσαν να βρουν ίχνη της GPLD1 μέσα στον εγκεφαλικό ιστό των γενετικά τροποποιημένων ποντικών. Η πρωτεΐνη βελτίωνε τους εγκεφάλους τους, αλλά δεν εισερχόταν σε αυτούς.
Ο ρόλος του αιματοεγκεφαλικού φραγμού
Για τη νέα μελέτη, οι ερευνητές, που βρίσκονταν σε αδιέξοδο, αποφάσισαν να κάνουν ένα μεγάλο βήμα πίσω και να εξετάσουν τι κάνει συνήθως η GPLD1. Η απάντηση είναι: διασπά. Η φυσιολογική της λειτουργία είναι, στην πραγματικότητα, να περιπλανιέται στον οργανισμό, κόβοντας συγκεκριμένους τύπους πρωτεϊνών από την εξωτερική επιφάνεια των κυττάρων, επηρεάζοντας έτσι τον τρόπο λειτουργίας αυτών των κυττάρων.
«Μήπως διακόπτει τη λειτουργία πρωτεϊνών μέσα ή γύρω από τον εγκέφαλο;», αναρωτήθηκαν οι επιστήμονες, «κι αν ναι, με ποιο σκοπό;»
Αυτά τα ερωτήματα τους οδήγησαν, σχεδόν αναπόφευκτα, στον αιματοεγκεφαλικό φραγμό.
Ο αιματοεγκεφαλικός φραγμός αποτελείται από πυκνά συσπειρωμένα, εξειδικευμένα κύτταρα που απαντώνται σε σχεδόν όλα τα θηλαστικά, συμπεριλαμβανομένων των ανθρώπων και περιβάλλουν τα πολυάριθμα αιμοφόρα αγγεία που διατρέχουν τον εγκέφαλο και τον νωτιαίο μυελό.
Ο ρόλος του είναι να εμποδίζει την είσοδο ουσιών που δεν πρέπει να διαπεράσουν τον εγκέφαλο. Ωστόσο, με την πάροδο της ηλικίας τείνει να φθείρεται, να παρουσιάζει διαρροές και να γίνεται λιγότερο αποτελεσματικός.
Προηγούμενες μελέτες σχετικά με την άσκηση και τον εγκέφαλο σπάνια είχαν λάβει υπόψη τον αιματοεγκεφαλικό φραγμό. Τώρα, εξετάζοντας προσεκτικά κύτταρα από τον αιματοεγκεφαλικό φραγμό γηριατρικών ζώων, οι ερευνητές παρατήρησαν ότι μια βλαπτική πρωτεΐνη, γνωστή ως TNAP, πολλαπλασιαζόταν στην επιφάνεια αυτών των κυττάρων σε πολύ μεγαλύτερο αριθμό από ό,τι στα κύτταρα νεαρών ζώων, καθιστώντας τον φραγμό πιο πορώδη. Τα ηλικιωμένα ζώα που ασκούνταν, ωστόσο, παρουσίαζαν πολύ λιγότερη TNAP στον αιματοεγκεφαλικό φραγμό τους σε σύγκριση με τα καθιστικά ποντίκια.
Ομοίως, τα κύτταρα του αιματοεγκεφαλικού φραγμού από ηλικιωμένους, καθιστικούς άνδρες και γυναίκες που είχαν συντηρηθεί σε τράπεζες εγκεφάλων παρουσίαζαν αυξημένα επίπεδα TNAP, σε σύγκριση με ιστό από νεότερους ανθρώπους.
Όμως — και αυτό ήταν το βασικό σημείο της μελέτης — όταν αύξησαν γενετικά την έκκριση της GPLD1 από το ήπαρ ηλικιωμένων, αδρανών ποντικών, σαν να ασκούνταν, η πρωτεΐνη αυτή απομάκρυνε μεγάλο μέρος της περίσσειας TNAP, αφήνοντας τους αιματοεγκεφαλικούς φραγμούς των ζώων σε πολύ καλύτερη κατάσταση.
Αυτά τα ποντίκια, συμπεριλαμβανομένης μιας ομάδας με άνοια τρωκτικών, υπερείχαν στη συνέχεια σε σχέση με άλλα τρωκτικά της ίδιας ηλικίας σε τεστ μάθησης και άρχισαν να αναπτύσσουν νέους νευρώνες σε τμήματα του εγκεφάλου τους, πιθανώς επειδή ο εγκεφαλικός τους ιστός προστατευόταν πλέον καλύτερα από έναν αναζωογονημένο φραγμό.
Μπορούν οι επιστήμονες να δημιουργήσουν τεχνητή άσκηση;
Συνολικά, τα δεδομένα υποδηλώνουν ότι η άσκηση σχεδόν σίγουρα βοηθά την υγεία του εγκεφάλου, εν μέρει επειδή επιδιορθώνει τους γηράσκοντες αιματοεγκεφαλικούς φραγμούς, είπε ο Villeda — τουλάχιστον στα ποντίκια και πιθανώς και στους ανθρώπους.
Και η ποσότητα άσκησης που πιθανώς απαιτείται για να δει κανείς οφέλη δεν είναι αποθαρρυντική, πρόσθεσε ο Gregor Bieri, ο οποίος ηγήθηκε της μελέτης ως μεταδιδακτορικός ερευνητής στο εργαστήριο του Villeda. Βρήκαν υψηλότερα επίπεδα GPLD1 στην κυκλοφορία του αίματος ηλικιωμένων ατόμων που περπατούσαν τακτικά.
Αλλά αυτή είναι μια μελέτη σε ποντίκια, και «πολλές πολλά υποσχόμενες οδοί που σχετίζονται με την άσκηση στα ποντίκια αποδεικνύονται πιο περίπλοκες στους ανθρώπους», είπε ο David Raichlen, εξελικτικός βιολόγος στο Πανεπιστήμιο της Νότιας Καλιφόρνιας, ο οποίος συχνά μελετά την άσκηση και τον εγκέφαλο. Είπε ότι η μελέτη αποτελεί «ένα σημαντικό βήμα προς τα εμπρός» για την καλύτερη κατανόηση των πολύπλοκων μηχανισμών με τους οποίους η άσκηση αναδιαμορφώνει τον εγκέφαλο και τη σκέψη.
Ο Villeda και οι συνεργάτες του ελπίζουν σύντομα να μελετήσουν αυτή τη διαδικασία πιο άμεσα σε ανθρώπους και μάλιστα να αρχίσουν να αυξάνουν πειραματικά τα επίπεδα της GPLD1 σε άτομα που αντιμετωπίζουν σοβαρές δυσκολίες στη σωματική δραστηριότητα, όπως πολλοί ασθενείς με άνοια. Στην ουσία, θα τους παρέχουν τεχνητή άσκηση.
Ο Villeda δήλωσε ότι ελπίζει τα πειράματα σε ανθρώπους να ξεκινήσουν εντός πέντε ετών.
Ωστόσο, σπεύδει να προσθέσει ότι στόχος της ομάδας του «δεν είναι να αντικαταστήσει» την άσκηση για τους περισσότερους ανθρώπους. Κανένα χάπι ή διαδικασία δεν θα μπορέσει ποτέ να αναπαράγει όλα τα οφέλη της άσκησης, συνέχισε, τα οποία περιλαμβάνουν μια πολύπλοκη αλληλεπίδραση εκατοντάδων εξερκινών, που επηρεάζουν ολόκληρο το σώμα και όχι μόνο τον εγκέφαλο.
Η έρευνα της ομάδας του μπορεί κάποια μέρα να βοηθήσει άτομα με κινητικές δυσκολίες να αποκομίσουν ένα μικρό μέρος των οφελών της κίνησης. Όμως, για τους περισσότερους από εμάς, «αν μπορείτε, ασκηθείτε», είπε. «Θα είναι πάντα ένα από τα καλύτερα πράγματα που μπορείτε να κάνετε» για την υγεία σας.
Με πληροφορίες από The Washington Post.
