Искате да станете по-силни? Мозъкът ви може да се окаже по-важен от мускулите

Когато си представяме как ставаме по-силни, обикновено мислим за мускули – за вдигане на по-големи тежести или изкачване на стълби, без да се задъхваме. Но нови изследвания показват, че подобренията не се случват, ако първо не се промени мозъкът.

В проучване, публикувано в Neuron, мишки, тренирали на бягаща пътека, показват засилена активност в клетките на вентромедиалния хипоталамус. Когато учените блокирали тези клетки след тренировките, мишките не успели да подобрят издръжливостта си. Това подсказва, че тялото разчита на сигнали от мозъка, за да се справи.

Упражненията не просто движат мускулите – те тренират цялото тяло да се адаптира. С времето силата се увеличава, издръжливостта се подобрява, а системите за енергийна регулация стават по-ефективни.

Но и мозъкът се променя вследствие на упражненията, казва неврологът Дж. Никълъс Бетли от Университета на Пенсилвания във Филаделфия. Мишки, които тичат на колела или бягащи пътеки, развиват нови мозъчни клетки в области като хипокампуса, а съществуващите клетки изграждат нови връзки. „Когато тренирате, мускулите ви се укрепват, белите дробове се укрепват, сърцето се укрепва и мозъкът също се укрепва. Това е резултат от упражненията“, казва Бетли.

Това, което прави най-силно впечатление на Бетли и колегите му е колко активен е мозъкът по време на самата тренировка. „В целия мозък, особено в хипоталамуса, виждаме изключително висока активност“, казва той. „Какво прави цялата тази невронна активност?“

По‑специално се наблюдавала повишена активност във вентромедиалната част на хипоталамуса (VMH), зона, разположена дълбоко в центъра на мозъка. Този регион е добре известен с ролята си в метаболизма и управлението на енергията, като контролира функции като телесна температура, глад и жажда.

Тъй като издръжливостта зависи от това как тялото управлява енергията и усилието, Бетли и колегите му предположили, че VMH не просто реагира на упражненията, а може и активно да подпомага способността на тялото да се адаптира към тях.

Бетли и колегите му започнали с мишки, трениращи на бягаща пътека. Само след една тренировка мишките показали повишена експресия на растежни фактори в клетките на VMH, особено в тези, които произвеждат протеина SF‑1. Клетките, които експресират SF‑1, обединяват сигнали от тялото, включително от хормони като инсулин и лептин, и така участват в регулирането на това как тялото използва енергия.

След осем дни упражнения VMH включил повече неврони, съдържащи SF‑1, които били по‑активни от преди. Тези неврони развили и допълнителни синаптични „шипчета“, малки структури, чрез които мозъчните клетки комуникират помежду си. Според Бетли три седмици тренировки „удвояват активността“ на тези клетки. И точно както мишките постепенно успявали да бягат по‑дълго, VMH също бил „трениран“ от упражненията.

За да установят дали тези неврони просто реагират на упражненията или всъщност стоят зад ползите от тях, изследователите селективно заглушили SF‑1 клетките. Когато мозъчните клетки, съдържащи SF‑1, били изключени, мишките все още можели да тренират, но напредъкът им бил значително по‑малък. Те не успявали да бягат нито толкова далеч, нито толкова бързо, колкото животните с нормална SF‑1 сигнализация.

Използвайки метод, наречен оптогенетика, който позволява контрол върху невроните чрез кратки импулси светлина, учените показали, че прекъсването на SF‑1 невроните непосредствено след всяка тренировка възпрепятства развитието на по‑голяма издръжливост. Но засилването на сигнализацията в SF‑1 клетките имало обратния ефект: мишките, които тренирали и получавали светлинни импулси, развивали по‑добра издръжливост.

Отдавна е известно, че мозъкът играе ключова роля в активирането на мускулите, инициирането на сърдечни и белодробни реакции и регулирането на приема и разхода на енергия, казва Марк Харгрийвс, физиолог по упражнения в Университета в Мелбърн, Австралия. „Тези резултати показват, че VMH SF‑1 невроните в централната нервна система също участват в адаптацията към редовни упражнения.“

Това създава цикъл, който носи ползи както за тялото, така и за мозъка. „Тези открития отново подчертават красотата на интегративната физиология“, казва Харгрийвс. „Всички свързани органи и системи работят заедно, за да осигурят адекватен отговор на предизвикателството, което представляват упражненията.“

Резултатите подсказват нова роля за тази мозъчна област, казва Даю Лин, невролог в Медицинския факултет „Гросман“ към Нюйоркския университет. Но тя подчертава, че е важно изводите да се разглеждат в контекста на животинското поведение. „Мишките не спортуват“, казва тя. „Те не си мислят доброволно: ‘Трябва да вляза във форма, за да тичам на колелото.’“

Лин отбелязва, че тази част на хипоталамуса е свързана и с начина, по който животните реагират на хищници. Затова тя се пита дали ефектите от упражненията върху мозъка може да се дължат на факта, че животните тичат по същия начин, по който биха го направили при силен стрес — например при заплаха от хищник.

Бетли и колегите му повторили част от експериментите с мишки, които не използвали бягаща пътека. Вместо това животните имали свободен достъп до бягащи колела в клетките си, без да бъдат принуждавани да тичат. Мишките бягали с ентусиазъм, но когато изследователите блокирали SF‑1 клетките при тях, животните не се възползвали от увеличената активност.

„Науката е на изключително високо ниво, а резултатите – получени с помощта на най-съвременни техники – са важни“, казва Алън Уотс, невролог в Университета на Южна Калифорния в Лос Анджелис. Но той подчертава, че мишките са много по-малки от хората. „Като вид те са лош модел за контрола на енергията при хората“, обяснява Уотс. За да разберем дали човешкият мозък реагира по същия начин, ще са необходими изследвания с хора на бягащи пътеки.

Следващата стъпка, казва Бетли, е да се установи какви точно сигнали обменят хипоталамусът и тялото по време на тренировка. Кои молекули стоят зад изграждането на издръжливостта? Подобно откритие би могло да помогне за разработването на терапии за хора, които не могат да спортуват – например пациенти, възстановяващи се след инсулт, или за предотвратяване на мускулна атрофия.

Но Бетли бързо подчертава, че нито едно лекарство не може да замени самото движение. Той добавя, че изследванията са променили и неговите собствени навици: „След тези експерименти се старая да поддържам по 300 минути [пет часа] упражнения седмично“, казва той. „След 300 минути седмично си съвсем различен човек.“