Spędzamy w pozycji siedzącej po kilka godzin bez przerwy i dopiero po pracy idziemy pobiegać czy popływać. Uważamy, że prowadzimy aktywny tryb życia, ale mózgowi to nie wystarczy. Z Agnieszką Burzyńską, dr psychologii, neurobiologiem, profesor Uniwersytetu Stanowego Colorado, rozmawia Eliza Sarnacka-Mahoney.
W czerwcu magazyn „NeuroImage” opublikował raport z prowadzonych przez zespół pod pani kierunkiem badań „White matter plasticity in healthy older adults: The effects of aerobic exercise” (Istota biała u zdrowych seniorów: efekt ćwiczeń aeorobowych). Co dokładnie wykazały?
To, że u osób po 60. roku życia, które przez sześć miesięcy regularnie, trzy razy w tygodniu, udawały się na żwawy spacer, zaszły pozytywne zmiany w mózgu. Regularne zajęcia taneczne przyniosły podobne zmiany, choć na mniejszą skalę, ale możliwe, że stało się tak dlatego, że grupa tańczących była mniej liczna i stąd słabszy efekt widoczny w badaniach. Ewentualnie dlatego, że podczas tych zajęć było więcej przerw na instrukcje od prowadzących. Tego po prostu do końca nie wiemy. Najważniejsze, że obydwie grupy: i chodząca, i tańcząca wykazały poprawę w pewnych parametrach mózgu, które były stabilne lub pogorszyły się u osób z grupy kontrolnej. Ujmując to inaczej, w grupie kontrolnej zaobserwowaliśmy typowe starzenie się mózgu, podczas gdy u osób, które podjęły regularną aktywność fizyczną, zobaczyliśmy zmiany wskazujące, że ten proces zachodzi wolniej. Niestety, „New York Times” wypuścił w świat informację, że tylko chodzenie, a nie taniec, przynosi nam korzyść. Muszę to sprostować, żeby nie zniechęcać entuzjastów tańca do kontynuowania tej aktywności.
Jak wyglądały badania?
Były to typowe badania kliniczne, które, w uproszczeniu, realizuje się zgodnie z trzema zasadami. Musi być odpowiednia grupa kontrolna, uczestnicy są przydzielani do grup losowo (nie zapisują się nigdzie sami, wybiera za nich komputer) i wszystkim robimy te same pomiary przed i po interwencji lub terapii, w naszym przypadku po sześciomiesięcznym cyklu ćwiczeń. W naszym eksperymencie brały udział trzy grupy: „maszerowiczów”, tancerzy oraz grupa kontrolna. Ta ostatnia spotykała się trzy razy w tygodniu na ćwiczenia rozciągające, które były tak zaprojektowane, by nie zwiększać u jej członków wydolności fizycznej, ale zapewnić im odpowiedni poziom kontaktu z resztą grupy oraz z naszym laboratorium i tym samym wykluczyć efekt placebo. Mózgi wszystkich uczestników badaliśmy metodą rezonansu magnetycznego dwa razy: na samym początku, przed podzieleniem ich na grupy i po zakończeniu cyklu ćwiczeń. Wszystko pod okiem instruktorów. Tak samo dwa razy badaliśmy umiejętności poznawcze naszych uczestników. Maszerującym i tańczącym monitorowaliśmy podczas aktywności parametry życiowe, czyli tętno, oddech, ciśnienie krwi i temperaturę ciała – dla ich bezpieczeństwa, ale też po to, by upewnić się, że ćwiczą dostatecznie intensywnie. Dla eksperymentu było ważne, by poprawić ich wydolność tlenową.
Mamy więc dowód na to, że aktywność fizyczna i poprawa kondycji zmieniają mózg na korzyść. Pani badania były jednak przełomowe i pod innym względem. Wzięliście pod lupę nie tylko słynną materię szarą, lecz białą. Dlaczego?
Bo badań wykazujących korzyści z aktywności fizycznej dla substancji szarej mózgu, czyli tam, gdzie zachodzi przetwarzanie informacji, już trochę mamy, choć to kwestia zaledwie ostatnich kilkunastu lat. Pierwsze raporty na ten temat publikował pionier tego rodzaju badań, psycholog kognitywny Art Kramer, dziś szefujący Centrum Zdrowia Umysłu i Funkcji Poznawczych na Uniwersytecie Northeastern w Bostonie. Jego grupa jako pierwsza wykazała w badaniach klinicznych, że rok regularnych ćwiczeń fizycznych był w stanie odwrócić proces obkurczania się hipokampa – struktury w mózgu odpowiedzialnej za pamięć. Wiemy, że jej kurczenie się jest jednym z typowych procesów w chorobie Alzheimera. Dostaliśmy więc namacalny dowód na to, że ćwiczenia fizyczne, które przyspieszają pracę serca i poprawiają wydolność tlenową organizmu, opóźniają neurodegenerację. Ale przecież mózg to również istota biała. Dane z obrazowania mózgu zbierane podczas poprzednich badań pozwalały przyglądać się również jej. Problem w tym, że analizy typowych parametrów w substancji białej nie przyniosły oczekiwanych wyników, to znaczyło, że efekty działania ćwiczeń na substancję białą były znikome. Te wyniki opublikowaliśmy w 2017 r., a inne grupy prowadzące podobne badania je potwierdziły. Po latach poszukiwań zdecydowaliśmy się jednak spojrzeć na inny rodzaj pomiaru zdrowia substancji białej i to był – jak się okazało – strzał w dziesiątkę. Dzięki temu wykazaliśmy nie tylko postępujące starzenie się substancji białej w grupie kontrolnej, lecz także odwrócenie tych procesów w grupach, które ćwiczyły, a dokładniej: zaobserwowaliśmy zmiany związane z poprawą pamięci. Nasz wynik w odniesieniu do substancji białej w mózgu jest więc zupełnie nowy.
Czym dokładnie są te istoty szara i biała w naszych mózgach?
To dwa podstawowe typy tkanki budującej mózg. Składają się z tych samych komórek: neuronów. W istocie szarej znajdują się ciała komórkowe neuronów i tworzy ona korę mózgu, móżdżku oraz jądra leżące w głębi mózgowia. Istota szara generalnie zachowuje się jak komputer, w którym odbywa się integracja oraz przetwarzanie wszystkich sygnałów. Neurony wysyłają jednak cieniutkie kabelki do innych neuronów w całym mózgu i poza nim, i to z kolei jest istota biała. Nazywa się tak ze względu na dużą zawartość mieliny, czyli osłonek włókien nerwowych, w których skład wchodzą tłuszcze. Otoczki mielinowe otulają te cienkie kabelki (aksony), których zadaniem jest przewodzenie sygnałów elektrycznych w naszym układzie nerwowym. Możemy więc powiedzieć, że substancja biała to podłączone do komputera kabelki. Dodam też, że objętościowo mamy w mózgu więcej istoty białej niż szarej. I jeszcze jedna ciekawostka: ewolucyjnie wzrost objętości substancji białej był dla nas bardziej znaczący niż fałdowanie się kory mózgowej!
Dlaczego więc przez długi czas te „kabelki” były traktowane przez środowisko badawcze po macoszemu?
Wynikało to z logicznego założenia, że komputer odgrywa o wiele ważniejszą rolę, bo to przecież on decyduje o tym, co dzieje się z dostarczanym doń materiałem. Kabelki tylko ten materiał transportują. W rezultacie badania nad funkcją i plastycznością mózgu u osób dorosłych skupiały się prawie wyłącznie na substancji szarej. Tym bardziej, że wiedzieliśmy, że jedne obszary mózgu mogą przejąć funkcje innych, jeśli te zostają uszkodzone np. w wypadku lub po wylewie. Panuje jednocześnie przeświadczenie, że istota biała się nie regeneruje: rozwija się mniej więcej do 18. roku życia i potem nie zmienia się lub zaczyna się starzeć. Efektem mogą być niektóre choroby neurodegeneracyjne, np. stwardnienie rozsiane, w których dochodzi do poważnych zmian w substancji białej i jej regeneracja jest dość ograniczona. Gdy naukowcy zaczęli bliżej przyglądać się substancji białej, najpierw oczywiście u zwierząt, odkryli, że zmiany w niej były krytycznym elementem neuroplastyczności, czyli zmian w mózgu zachodzących podczas nabywania nowych umiejętności. Średnica, długość oraz grubość mieliny i aksonów determinują bowiem prędkość przewodzenia sygnałów elektrycznych. Ważna uwaga: szybciej nie znaczy tu lepiej. Cała sztuka polega na tym, by sygnał docierał do celu dokładnie w momencie, w którym powinien, by zostać zintegrowany z innymi sygnałami i w efekcie dać pożądany skutek, np. umożliwić nam wykonanie jakiejś czynności czy przyswojenie informacji. W sumie okazało się, że parametry substancji białej zmieniają się w zależności od aktywności mózgu i zapotrzebowania ze strony środowiska, podobnie jak w przypadku istoty szarej.
Substancja biała może więc odgrywać rolę w odwracaniu procesów neurodegeneracyjnych?
Właśnie. Nie występuję jeszcze z oficjalną tezą, że lepsze poznanie istoty białej wydatnie pomoże nam w walce ze schorzeniami mózgu. Za mało jeszcze na ten temat wiemy i czekają nas lata badań, bo na razie dysponujemy tylko garstką informacji. Niemniej już one wskazują, że patologie charakteryzujące schorzenia neurodegeneracyjne być może zaczynają się właśnie w istocie białej, m.in. od problemów w transporcie komórkowym. Kto wie, może to jest klucz do rozwiązania zagadki Alzheimera?
Ale przecież właśnie wynaleziono nowy, cudowny lek na tę chorobę! Ma ponoć skutecznie oczyszczać mózg z głównego „winowajcy”, czyli złogów białka (amyloidu) w substancji szarej…
Oj, byłabym bardzo ostrożna z szafowaniem słowem „cudowny”, choć wiem, że chorym i ich rodzinom potrzebne jest światełko nadziei. Po pierwsze, choroba Alzheimera jest bardzo złożona i ma wiele podtypów, a złogi amyloidowe to tylko jedna z obserwowanych w niej patologii. Po drugie, choć FDA (amerykańska Agencja Żywności i Leków) dopuściła lek do użytku, wiemy, że badania kliniczne wykazały bardzo umiarkowane działanie na symptomy choroby, czyli osłabienie się pamięci i innych zdolności kognitywnych, a także zdrowia psychicznego. Po trzecie, lek ma kosmiczną cenę, a jego przyjmowanie łączy się z koniecznością częstego – także bardzo kosztownego – obrazowania mózgu. Potrzebujemy takiej interwencji, która w najlepszej wersji zabijałaby problem w zarodku, czyli nie dopuszczała w ogóle do neurodegeneracji. Czy może się nią okazać rzecz tak prosta i powszechnie dostępna jak odpowiednia dawka ruchu? Możliwe. Mnie samą na trop moich obecnych badań naprowadziły osobiste doświadczenia z aktywnością fizyczną.
No właśnie, jak to się stało, że młodą doktorantkę zafascynowały badania nad starzejącym się mózgiem?
Zaczęło się jeszcze w trakcie studiów doktoranckich w Instytucie Maksa Plancka w Niemczech. Ich przedmiotem było używanie różnych technik obrazowania, by opisywać zmiany zachodzące w starzejącym się mózgu. W tym czasie zaczęłam regularnie uprawiać wspinaczkę ściankową i zauważyłam, że po treningach czułam się o wiele lepiej i fizycznie, i psychicznie. Jednocześnie były to lata, gdy Art Kramer zmieniał oblicze neurobiologii, publikując wyniki swoich pierwszych badań. Niedługo po obronie doktoratu miałam okazję spotkać się z Kirkiem Ericksonem, kolejnym autorytetem w dziedzinie badań nad aktywnością fizyczną i zdrowiem mózgu, bliskim współpracownikiem Arta Kramera, wówczas jeszcze w Instytucie Beckmana na Uniwersytecie Illinois w Urbana-Champaign. Zapytałam go wprost: czy te badania mają przyszłość, czy raczej wszystko, co było do sprawdzenia, już sprawdziliście i nie ma czego dalej szukać? Dopiero rozpoczynałam karierę naukową i wydawało mi się to zbyt piękne, by było możliwe – poświęcić życie badaniom tak ważnym dla każdego z nas, jak przedłużenie młodości naszego umysłu! Kirk zapewnił mnie, że na pewno będę miała co robić. Kilka miesięcy później dostałam się pod jego skrzydła jako postdoktorantka w Instytucie Beckmana, gdzie dołączyłam do kolejnych badań klinicznych. Przyglądaliśmy się m.in. mózgowi fenomenalnej Olgi Kotelko, wówczas 93-letniej sportsmenki, która zaczęła trenować dość późno, bo dopiero jako 65-latka. Najpierw była softballistką, w wieku 77 lat przerzuciła się na lekką atletykę. W ciągu swej sportowej kariery zdobyła ponad 700 złotych medali w swojej kategorii wiekowej! Choć mózg Olgi nosił znamiona starzenia się, m.in. miała obkurczony hipokamp, struktury jej masy białej były w naprawdę świetnym stanie. Jednocześnie w testach na funkcje kognitywne Olga osiągała wyniki typowe dla osób młodszych od niej o dwie dekady. Scementowało to moje zainteresowanie istotą białą w kontekście starzenia się i chorób neurodegeneracyjnych z jednej strony, a aktywności fizycznej z drugiej. Gdy zaczęłam pracę jako samodzielny profesor na Stanowym Uniwersytecie Kolorado, nie miałam wątpliwości, w jakim kierunku chcę kontynuować badania.
Dlaczego nasz mózg lubi, gdy się ruszamy?
Odpowiem na przykładzie pewnego eksperymentu, przeprowadzonego na grupie młodych, zdrowych osób, które położono na jakiś czas do łóżka. Miały absolutnie nic nie robić, wyłącznie „odpoczywać”. Choć intuicja podpowiadałaby, że odpoczynek jest dla nas dobry, okazało się coś zupełnie przeciwnego. Stan przedłużającego się braku aktywności ruchowej wprawił organizmy tych zdrowych ludzi w stan metabolicznego stresu. Szybko zaczęły im rosnąć rozmaite niepożądane markery, w tym zapalne i diabetologiczne, podniósł się im też poziom „złego” cholesterolu. Z drugiej strony wiemy, że wysiłek ruchowy, nawet niewielki, poprawia krążenie, co sprzyja lepszemu dotlenieniu mózgu, długoterminowo obniża ciśnienie krwi, obniża wspomniane markery. W dodatku w odpowiedzi na ruch nasze ciało wydziela specyficzne białko, BDNF (ang. brain-derived neurotrophic factor), które odpowiada za regenerację starych i powstawanie nowych komórek nerwowych. I wreszcie wiemy, że pracujący mięsień potrafi samodzielnie zasysać glukozę, czyli nie dopuszczać do nadmiernego podnoszenia się poziomu cukru we krwi. Nasz organizm nie tylko więc lubi, gdy się ruszamy, on potrzebuje być w ruchu, by zdrowo funkcjonować. A przy okazji wolniej się starzeć. Dotyczy to nie tylko mózgu, lecz wszystkich naszych komórek w ciele.
Co dokładnie daje komórkom ruch?
Z naszym ciałem jest jak ze wszystkim – jeśli się w nim regularnie sprząta i je konserwuje, będzie nam dłużej służyć. A lepsze krążenie to zawsze bardziej efektywne oczyszczanie organizmu z niepożądanych, szkodliwych dla nas produktów ubocznych przemiany materii. Z wiekiem większości z nas wzrasta ciśnienie i pojawia się skleroza aortowa. Naczynia robią się sztywniejsze, przez co uderzenia pulsującej w nich krwi prowadzą do ich mikrouszkodzeń, co może powoli niszczyć nasz mózg, oczy i nerki. Coraz więcej badań dowodzi, że czynnik naczyniowy ma w chorobach neurodegeneracyjnych o wiele większe znaczenie, niż do tej pory sądziliśmy, a jednocześnie wyjaśnia, dlaczego nieleczone wysokie ciśnienie ma tak katastrofalny wpływ na kondycję umysłową. Zaś niższa częstotliwość uderzeń krwi o ścianki naszych sztywniejących z wiekiem naczyń krwionośnych oznacza mniej mikrouszkodzeń, czyli przedłużenie ich żywotności, a z tym – zdrowia innych naszych organów. Sport to naturalny sposób na obniżenie ciśnienia. Oczywiście ważne są i inne elementy naszego stylu życia: jak się odżywiamy, ile śpimy itp. Na pewno nie każdemu uda się żyć, jeść i ćwiczyć dokładnie tak, jak zaleca pani Chodakowska, ani osiągnąć tętna spoczynkowego rzędu 45 uderzeń na minutę jak u Simone Moro, ale powtórzę raz jeszcze: najważniejsze, żebyśmy się w ogóle ruszali i robili to regularnie.
Jak i ile się ruszać, by chronić nasz mózg przed Alzheimerem?
Proponuję zacząć od rachunku sumienia. Ile godzin w ciągu dnia siedzimy, a ile się ruszamy? Wyniki mogą nas zaskoczyć. Wiem z badań, że większość osób zwykle zawyża czas, jaki rzekomo poświęca na ruch, a zaniża swoje parametry stacjonarne. Coraz więcej ludzi pracuje za biurkiem, co znaczy, że spędzamy w pozycji siedzącej nawet po kilka godzin bez przerwy. Dopiero po pracy wstajemy i idziemy pobiegać czy popływać. Wydaje nam się, że dostarczamy organizmowi wystarczającej dawki ruchu, uważamy, że prowadzimy aktywny tryb życia. Niestety, nie z punktu widzenia naszego mózgu. Taka osoba to jednak wciąż odmiana „kanapowca”. Ja nazywam ją „kanapowy ziemniak aktywny”. Nasz organizm może bowiem doświadczać równolegle i dobrodziejstw płynących z aktywności fizycznej, i skutków wielogodzinnej nieaktywności owocującej stresem metabolicznym. Amerykańskie Towarzystwo Kardiologiczne zaleca, by każdy z nas zaliczał tygodniowo minimum 150 min umiarkowanych ćwiczeń. Są to jednak zalecenia dla zdrowia krążeniowego. Dla zdrowia umysłowego mogą być inne i to jeden z obszarów naszych badań. Czy te 150 min wystarczy, czy może warto postarać się jeszcze bardziej? Na pewno jednak lepiej jest dostarczać organizmowi jakiejś formy ruchu w mniejszych odstępach, optymalnie co pół godziny, nawet jeśli miałby to być tylko szybki marsz dookoła domu czy przejście się w tę i z powrotem po schodach. Jeśli mamy problemy z kolanami czy biodrami, nie musimy chodzić. Możemy wsiąść na rower stacjonarny czy choćby tylko się porozciągać. Gdy do tej pory byliśmy nieaktywni, oczywiście polecam skonsultować się najpierw z lekarzem, by mieć pewność, jaka forma i intensywność ruchu będzie dla nas zdrowa.
Czy powinniśmy te ćwiczenia urozmaicać?
To zawsze jest wskazane. Poza tym warto mieć w zanadrzu wiele opcji na okoliczność, gdy np. doznamy kontuzji czy będziemy doświadczać ograniczeń ruchowych związanych z wiekiem. Dlatego jeśli mamy możliwość, warto próbować wielu dziedzin sportu, żeby wybrać dla siebie to, co nam najbardziej odpowiada, a co najważniejsze, daje nadzieję, że utrzymamy nawyk codziennej, regularnej aktywności ruchowej jak najdłużej. Najlepiej do końca życia. ©℗