Физические упражнения, особенно силовые тренировки, важны для здорового функционирования мозга и нервной системы. Ряд исследований связывают силу мышц ног, в частности, с различными когнитивными преимуществами. Исследования показывают, что всякий раз, когда вы не можете выполнять упражнения с нагрузкой, вы не только теряете мышечную массу, но на химический состав вашего тела производится воздействие таким образом, что состояние нервной системы и мозга также ухудшается.
Хотя тренировки в первую очередь ценятся за их влияние на физическое здоровье, силу и подвижность, имеются многочисленные свидетельства того, что упражнения, особенно силовые, так же важны для здорового функционирования мозга и нервной системы. Ряд исследований, о которых я расскажу ниже, связывают мышечную силу и, в частности, силу ног, с различными когнитивными преимуществами.
Важность упражнений на ноги для здоровья мозга и нервной системы
Эта захватывающая связь была вновь продемонстрирована в недавнем исследовании, опубликованном в Frontiers in Neuroscience, которое показывает, что здоровье нервной системы зависит как от сигналов от ваших крупных мышц ног, так и от сигналов от мозга к мышцам. Другими словами, это палка о двух концах, и оба из них одинаково важны.
Согласно пресс-релизу, открытие «существенно меняет медицину головного мозга и нервной системы, предоставляя врачам новые сведения о том, почему у пациентов с заболеванием двигательных нейронов, рассеянным склерозом, атрофией мышц позвоночника и другими неврологическими болезнями часто быстро ухудшается умственная деятельность когда их активность ограничивается».
Другими словами, когда вы не в состоянии выполнять упражнения с нагрузкой, вы не только теряете массу из-за мышечной атрофии, это влияет на химию вашего тела таким образом, что работа нервной системы и мозга также начинает ухудшаться.
Чтобы прийти к такому выводу, исследователи не позволяли мышам использовать задние лапы в течение 28 дней. Однако животные все еще могли использовать передние лапы и нормально питаться и умываться, не испытывая стресса.
По прошествии 28 дней была исследована субвентрикулярная зона мозга животных. Это область, ответственная за здоровье нервных клеток. Примечательно, что количество недифференцированных нейронных стволовых клеток, которые могут развиваться как в нейроны, так и в другие клетки головного мозга, уменьшилось на 70 процентов у животных, которые не использовали свои задние лапы, по сравнению с контрольной группой, которой не создавались препятствия.
Нейроны и олигодендроциты (глиальные клетки, которые изолируют нервные клетки) также не смогли полностью созреть в группе воздействия.
Ваше тело было создано для переноски веса
Более того, при отсутствии использования мышц ног, на два гена было оказано неблагоприятное воздействие. Один из них, известный как CDK5Rap1, играет важную роль в здоровье и работе митохондрий, что является еще одной причиной для выполнения упражнений с нагрузкой.
Как вы, возможно, уже знаете, здоровые, хорошо функционирующие митохондрии имеют решающее значение для оптимального здоровья, а митохондриальная дисфункция является основной причиной практически всех хронических заболеваний, включая нейродегенерацию, поскольку вашему мозгу требуется больше энергии, чем любому другому органу — около 20 процентов энергии, вырабатываемой во всем теле.
Как отметил ведущий автор доктор Раффаэлла Адами: «Мы не случайно должны быть активными: ходить, бегать, приседать, сидеть и использовать мышцы ног, чтобы поднимать предметы. Неврологическое здоровье — это не улица с односторонним движением, на которой мозг говорит мышцам «поднимать», «ходить» и т. д. «Предыдущее исследование полностью подтверждает мнение о том, что использование мышц играет чрезвычайно важную роль в здоровье мозга.
Действительно, подъем веса в противовес силе тяжести является важнейшим компонентом жизни, который позволяет человеческому телу и мозгу функционировать оптимально.
Как сильные мышцы приносят пользу вашему мозгу
Предыдущие исследования показали, что физические упражнения являются ключевым способом защиты, поддержания и укрепления здоровья мозга и оптимизации когнитивных способностей. Они даже помогают бороться с деменцией.
За связью тела с мозгом стоит множество различных механизмов. Одним, возможно, ключевым фактором является то, как физические упражнения влияют на нейротрофический фактор мозга (BDNF), присутствующий как в вашем мозге, так и в мышцах.
Упражнения изначально стимулируют выработку белка под названием FNDC5. Этот белок, в свою очередь, запускает производство BDNF, который замечательно омолаживает мозг и мышцы. BDNF помогает сохранить существующие клетки головного мозга, активировать стволовые клетки для преобразования в новые нейроны (нейрогенез) и способствует фактическому росту мозга, особенно в области гиппокампа, связанной с памятью.
В нервно-мышечной системе BDNF защищает от деградации нейромотор, критический элемент в мышцах. Без нейромотора ваши мышцы похожи на двигатель без зажигания. Нейромоторная деградация является частью процесса, объясняющего возрастную атрофию мышц.
Еще один механизм связан с веществом, называемым β-гидроксибутират, который вырабатывается печенью, когда метаболизм оптимизирован для сжигания жира в качестве основного топлива. Когда уровень сахара в крови снижается, β-гидроксибутират служит альтернативным источником энергии. β-гидроксибутират также является ингибитором гистондеацетилазы, которая ограничивает выработку BDNF.
Итак, ваше тело, по-видимому, разработано для улучшения выработки BDNF с помощью ряда различных путей в ответ на физические нагрузки, а перекрестная связь BDNF между мышцами и мозгом помогает объяснить, почему физическая тренировка может оказать такое благоприятное воздействие на мышцы и мозговую ткань.
Это в буквальном смысле помогает предотвратить и даже обратить вспять процесс распада мозга, а также предотвратить и обратить вспять процесс распада мышц при старении. Упражнения также помогают защитить и улучшить работу вашего мозга:
Улучшая и увеличивая приток крови (оксигенацию) к вашему мозгу
Увеличивая производства защищающих нервные клетки соединений
Уменьшая количество вредных бляшек в мозге
Исследования, демонстрирующие связь между мышцами и мозгом
Вот несколько исследований, демонстрирующих захватывающую связь между мышцами и мозгом:
В исследовании 2011 года пожилые люди, которые ходили от 30 до 45 минут три дня в неделю в течение одного года, увеличили объем своего гиппокампа на 2 процента. Как правило, ваш гиппокамп имеет тенденцию сокращаться с возрастом. Результаты побудили авторов заявить, что физические упражнения являются «одним из наиболее перспективных нефармацевтических препаратов для улучшения здоровья мозга».
Исследования также показывают, что физические упражнения помогают сохранить серое и белое вещество в лобной, височной и теменной коре головного мозга, что также помогает предотвратить ухудшение когнитивных функций.
Исследование 2016 года в журнале Gerontology показало, что работа мышц ног помогает поддерживать когнитивные функции по мере старения. По мнению авторов, простое увеличение продолжительности ходьбы может сохранить работу мозга в пожилом возрасте. В исследовании приняли участие 324 двойняшки женского пола в возрасте от 43 до 73 лет. Когнитивные функции, такие как обучение и память, были проверены в самом начале и в конце исследования.
Интересно, что сила ног оказалась лучшим показателем здоровья мозга, чем любой другой фактор образа жизни, который они рассмотрели. Соответственно, близнец с наибольшей силой ног поддерживал более высокое когнитивное функционирование с течением времени по сравнению с более слабым близнецом. Более сильный близнец из пары также испытывал меньше возрастных изменений мозга с течением времени.
Исследование, проведенное в штате Джорджия, показало, что 20-минутные силовые тренировки улучшают долговременную память примерно на 10 процентов. В этом эксперименте 46 добровольцев были случайным образом распределены в одну из двух групп — одну активную и одну пассивную. Изначально все участники просмотрели серию из 90 изображений. После этого их попросили вспомнить как можно больше из них.Затем активной группе было предложено сделать 50 разгибаний ног при максимальном усилии с помощью тренажера сопротивления. Пассивных участников попросили позволить машине двигать ногой, не прикладывая никаких усилий. Через два дня участники вернулись в лабораторию, где им показали 90 оригинальных фотографий и 90 новых.
Интересно, что у тех, кто находился в активной группе, заметно улучшилось вспоминание изображений, даже если с момента выполнения упражнения прошло два дня. Пассивная контрольная группа запомнила около 50 процентов оригинальных фотографий, в то время как активная группа запомнила около 60 процентов. Руководитель проекта Лиза Вайнберг прокомментировала результаты, заявив: «Наше исследование показывает, что людям не нужно тратить большое количество времени, чтобы стимулировать свой мозг».
Другое исследование, опубликованное в 2016 году, также обнаружило связь между физическими упражнениями и улучшенным сохранением долговременной памяти. Здесь они обнаружили, что тренировки через четыре часа после изучения чего-то нового помогают запомнить то, что вы только что изучили в долгосрочной перспективе. Любопытно, что этот эффект не был обнаружен, когда упражнения выполнялись сразу после обучения.
Почему эта четырехчасовая задержка способствует сохранению памяти, до сих пор неясно, но, похоже, это как-то связано с выделением катехоламинов, естественных химических веществ в вашем организме, которые, как известно, улучшают консолидацию памяти. К ним относятся дофамин и норадреналин. Одним из способов повысить уровень катехоламинов является физическая нагрузка, и отсроченная тренировка является частью уравнения.
Исследования на животных также показали, что физические упражнения активируют и стимулируют рост нейронов в гиппокампе, который принадлежит к древней части вашего мозга, известной как лимбическая система, и играет важную роль в консолидации информации из краткосрочной в долговременную память, а также в пространственной навигации.
В одном из таких исследований у тренирующихся мышей выросло в среднем 6000 новых клеток головного мозга гиппокампа на каждый кубический миллиметр пробы ткани. Как и ожидалось, мыши также показали значительное улучшение вспоминания. Похожим образом исследование, проведенное в 2010 году, показало, что упражнения помогли обезьянам освоить новые задачи в два раза быстрее, чем не тренирующимся обезьянам.
В ряде других исследований также изучалось влияние физических упражнений на работу мозга и IQ у студентов и сотрудников.
Главные моменты исследования включают в себя вывод о том, что 40 минут ежедневных упражнений повышают IQ в среднем почти на 4 балла среди учащихся начальной школы; среди шестиклассников наиболее тренированные учащиеся набрали на 30% больше, чем средние по показателям, а менее тренированные — на 20% ниже; среди старшеклассников те, кто занимался энергичными видами спорта, имели 20-процентное улучшение оценок по математике, естественным наукам, английскому языку и социологии; ученики, которые тренировались до занятий, улучшили результаты теста на 17%, а те, кто тренировался в течение 40 минут, улучшили оценку на целый балл.
Работники, которые регулярно тренируются, также на 15 процентов более эффективны, чем те, кто этого не делает, а это значит, что работнику с хорошей физической подготовкой нужно работать всего 42,5 часа в неделю, чтобы выполнять ту же работу, которую средний работник делает за 50.
Множество механизмов, с помощью которых упражнения укрепляют здоровье мозга
Нормализация уровня инсулина и профилактика инсулинорезистентности
Физические упражнения являются одним из наиболее эффективных способов нормализации уровня инсулина и снижения риска инсулинорезистентности. Это не только снижает риск развития диабета, но и помогает защитить когнитивное здоровье, поскольку диабет связан с повышением риска развития болезни Альцгеймера на 65 процентов. На самом деле инсулин играет важную роль в передаче сигналов головного мозга, и когда она нарушается, возникает деменция.
Улучшение притока крови и кислорода к мозгу
Вашему мозгу необходим значительный запас кислорода для правильной работы, что помогает объяснить, почему то, что полезно для вашего сердца и сердечно-сосудистой системы, также полезно для вашего мозга. Усиленный кровоток, возникающий в результате упражнений, позволяет вашему мозгу почти сразу же начать работать лучше. В результате вы, как правило, чувствуете себя более сосредоточенным после тренировки, что может повысить вашу производительность.
Уменьшение образования бляшек
В одном исследовании на животных у тренирующихся мышей было обнаружено значительно меньше повреждающих бляшек и кусочков бета-амилоидных пептидов, связанных с болезнью Альцгеймера, и, изменяя способ, которым повреждающие белки находятся внутри вашего мозга, физические упражнения могут помочь замедлить нейродегенерацию.
Уменьшение костного морфогенетического белка (BMP)
BMP замедляет создание новых нейронов, тем самым снижая нейрогенез. Если у вас высокий уровень BMP, ваш мозг становится все более вялым. Упражнения уменьшают воздействие BMP, тем самым позволяя взрослым стволовым клеткам выполнять свои жизненно важные функции поддержания гибкости мозга. В исследованиях на животных мыши с доступом к колесу для бега снизили BMP в своем мозге вдвое за одну неделю.
Повышение уровня белка noggin — Упражнения также приводят к заметному увеличению уровня другого белка мозга, называемого noggin, антагониста BMP. Таким образом, физические упражнения не только уменьшают пагубные последствия BMP, но и одновременно усиливают и более полезный noggin. Это сложное взаимодействие между BMP и noggin, по-видимому, является мощным фактором, который помогает обеспечить пролиферацию и молодость нейронов.
Уменьшение воспаления
Упражнения снижают уровень воспалительных цитокинов, связанных с хроническим воспалением и ожирением, которые могут негативно повлиять на работу вашего мозга.
Увеличение количества повышающих настроение нейромедиаторов — Упражнения также способствуют увеличению уровня гормонов естественного улучшения настроения и нейротрансмиттеров, связанных с контролем настроения, включая эндорфины, серотонин, дофамин, глутамат и ГАМК.
Метаболизация стрессовых химических веществ
Исследователи также выяснили механизм, с помощью которого физические упражнения помогают снизить стресс и связанную с этим депрессию, которые являются факторами риска развития деменции и болезни Альцгеймера. Хорошо тренированные мышцы имеют более высокий уровень фермента, который помогает метаболизировать стрессовое химическое вещество, называемое кинуренин. Результаты показывают, что тренировка мышц помогает избавить организм от вредных химических веществ, вызывающих стресс.
