Budujesz formę? Bez „zgody” mózgu twoje wysiłki mogą pójść na marne

Kiedy budujemy formę, zazwyczaj wyobrażamy sobie coraz lepsze działanie mięśni: podnoszenie coraz większych ciężarów albo wchodzenie po schodach bez zadyszki. Jednak najnowsze badania sugerują, że te postępy nie następują, dopóki w pierwszej kolejności nie zajdą zmiany w mózgu.

W badaniu opublikowanym 12 lutego w czasopiśmie „Neuron” wykazano, że u myszy trenujących na bieżniach nastąpił wzrost aktywności komórek w części podwzgórza w mózgu. Gdy po zakończeniu ćwiczeń zablokowano te komórki, myszy nie odnotowały poprawy wydolności mimo odbytego treningu. Wyniki sugerują, że organizm polega na sygnałach płynących z mózgu, aby móc budować formę fizyczną.

Trening mózgu czy mięśni?

Ćwiczenia nie ograniczają się do wprawiania mięśni w ruch – uczą organizm adaptacji do wysiłku. Z czasem rośnie siła, poprawia się wytrzymałość, a układy odpowiedzialne za regulację energii działają coraz sprawniej. Jednak – jak podkreśla J. Nicholas Betley, neurobiolog z Uniwersytetu Pensylwanii w Filadelfii – ćwiczenia zmieniają także mózg. U myszy biegających w kołowrotkach lub na bieżniach powstają nowe komórki nerwowe w takich obszarach jak hipokamp, a już istniejące neurony tworzą nowe połączenia.

– Ćwiczysz, a twoje mięśnie, płuca i serce stają się silniejsze; tak samo wzmacnia się Twój mózg – i jest to bezpośrednia konsekwencja wysiłku fizycznego – mówi prof. J. Nicholas Betley. Tym, co szczególnie uderzyło prof. Betleya i jego zespół, była skala aktywności mózgu podczas wysiłku. – W całym mózgu, a zwłaszcza w podwzgórzu, obserwujemy ogromne zaangażowanie w trakcie ćwiczeń – mówi naukowiec. – Co u licha robi ta cała aktywność neuronalna?

Szczególnie wyraźny był wzrost aktywności w brzuszno-przyśrodkowej części podwzgórza (VMH), obszarze położonym głęboko w centralnej części mózgu. Region ten jest najlepiej znany ze swojej roli w metabolizmie i gospodarce energetycznej, kontrolując m.in. temperaturę ciała, głód oraz pragnienie.

Ponieważ wytrzymałość zależy od tego, jak organizm zarządza energią, prof. Betley i jego zespół podejrzewali, że VMH nie tylko reaguje na ćwiczenia, lecz także aktywnie wspiera zdolność organizmu do przystosowywania się do treningu.

Neurony SF-1: „przełącznik” wytrzymałości w mózgu?

Betley i jego współpracownicy rozpoczęli badania od myszy trenujących na bieżniach. Już po jednej sesji ćwiczeń u zwierząt zaobserwowano zwiększoną ekspresję czynników wzrostu w komórkach VMH, szczególnie w tych, które wytwarzają białko SF-1.

Komórki ekspresjonujące SF-1 pomagają integrować sygnały płynące z organizmu, m.in. informacje od hormonów takich jak insulina i leptyna, regulując to, w jaki sposób ciało wykorzystuje energię.

Po ośmiu dniach treningu w obrębie VMH zaangażowanych było więcej neuronów zawierających SF-1, a ich aktywność wyraźnie wzrosła. Komórki te wytworzyły także dodatkowe „kolce” synaptyczne – maleńkie struktury umożliwiające komunikację między komórkami mózgowymi.

Betley zauważa, że trzy tygodnie treningu wytrzymałościowego u myszy skutkują podwojeniem aktywności tych komórek. Wraz z tym, jak zwierzęta mogły biegać na coraz dłuższe dystanse, również VMH ulegało swoistemu „wytrenowaniu” pod wpływem wysiłku.

Aby sprawdzić, czy neurony te jedynie reagują na ćwiczenia, czy też aktywnie generują płynące z nich korzyści, naukowcy selektywnie wyciszyli komórki SF-1. Bez aktywności tych specyficznych komórek mózgowych myszy mogły trenować, jednak ich postępy były znacznie mniejsze. Nie biegały tak daleko ani tak szybko, jak zwierzęta z prawidłową sygnalizacją SF-1.

Korzystając z metody zwanej optykogenetyką, która pozwala kontrolować aktywność neuronów SF-1 za pomocą impulsu światła, badacze wykazali, że wyłączenie tych komórek bezpośrednio po każdej sesji treningowej uniemożliwiało rozwój większej wytrzymałości. Z kolei wzmocnienie sygnalizacji komórek SF-1 przynosiło efekt odwrotny — zwierzęta poddane zarówno treningowi, jak i stymulacji światłem osiągały lepsze wyniki w zakresie wydolności.

Bez decyzji mózgu nie ma sportowych postępów

Naukowcy od dawna wiedzą, że mózg odgrywa kluczową rolę w aktywowaniu mięśni, pobudzaniu reakcji serca i płuc oraz kontrolowaniu poboru i wydatkowania energii – zauważa Mark Hargreaves, fizjolog wysiłku fizycznego z Uniwersytetu w Melbourne w Australii.

– Wyniki te sugerują, że neurony SF-1 w VMH w obrębie ośrodkowego układu nerwowego również uczestniczą w procesie adaptacji do regularnej aktywności fizycznej. To zamknięta pętla, która przynosi korzyści zarówno ciału, jak i umysłowi.

– Wyniki te po raz kolejny podkreślają piękno fizjologii integracyjnej – mówi prof. Mark Hargreaves. – Wszystkie istotne układy narządów współpracują ze sobą, aby zapewnić odpowiednią reakcję organizmu na wyzwanie, jakim są ćwiczenia – dodaje.

Myszy to nie ludzie

Wyniki wskazują na nową rolę tego obszaru mózgu — mówi Dayu Lin, neurobiolożka z NYU Grossman School of Medicine w Nowym Jorku. Zaznacza jednak, że należy interpretować je z perspektywy zwierząt, a nie ludzi. – Myszy nie ćwiczą – podkreśla. – Nie myślą dobrowolnie: „muszę poprawić formę, więc wskoczę na kołowrotek.

Lin zauważa, że ten obszar podwzgórza jest również powiązany ze sposobem, w jaki zwierzęta reagują na drapieżniki. Badaczka zastanawia się, czy wpływ ćwiczeń na mózg nie wynika z faktu, że zwierzęta biegają tak, jak robiłyby to w warunkach ekstremalnego stresu wywołanego atakiem drapieżnika.

Prof. Betley i jego współpracownicy powtórzyli część eksperymentów na myszach, które nie biegały na bieżniach. Zamiast tego zwierzęta miały w klatkach swobodny dostęp do kołowrotków, nie były jednak zmuszone do wysiłku. Myszy biegały z wyraźnym zapałem, a badacze wykazali, że gdy zablokowano u nich komórki zawierające SF-1, nie czerpały korzyści ze zwiększonej aktywności ruchowej.

– To badania na najwyższym poziomie, a wyniki – uzyskane z wykorzystaniem najnowocześniejszych technik – są istotne – mówi Alan Watts, neurobiolog z Uniwersytetu Południowej Kalifornii w Los Angeles. Zauważa jednak, że myszy są znacznie mniejsze od ludzi. – Jako gatunek myszy bardzo słabo sprawdzają się jako model kontroli gospodarki energetycznej u człowieka – dodaje.

Naukowcy ostrzegają przed prostymi wnioskami

Aby sprawdzić, czy nasze mózgi działają w podobny sposób, to ludzie będą musieli wejść na bieżnie i poddać się analogicznym testom.

Kolejnym krokiem będzie precyzyjne ustalenie, jak wyglądają sygnały wymieniane między podwzgórzem a ciałem podczas ćwiczeń. Jakie konkretnie cząsteczki stanowią fundament wytrzymałości? Odpowiedź na to pytanie mogłaby pomóc naukowcom w opracowaniu metod leczenia dla osób niezdolnych do aktywności fizycznej, na przykład pacjentów wracających do zdrowia po udarach, lub w zapobieganiu zanikowi mięśni.

Prof. Betley podkreśla jednak, że żaden lek nie zastąpi ruchu – i przyznaje, że te badania wpłynęły także na jego własne nawyki. – Po tych eksperymentach staram się trzymać 300 minut (czyli pięciu godzin) ćwiczeń tygodniowo – mówi. – Po 300 minutach tygodniowo jesteś zupełnie innym człowiekiem.

Źródło: National Geographic