Обнаружена связь между обычными движениями тела и здоровьем мозга: каждый раз, когда вы, даже немного, напрягаете мышцы живота, ваш мозг может слегка раскачиваться внутри черепа. Похоже, что это, почти неуловимое, движение (вызванное изменением давления в кровеносных сосудах) связано с циркуляцией спинномозговой жидкости вокруг мозга, «вымывающей» ненужные вещества.
Учёные обнаружили, что мозг в физическом смысле больше связан с туловищем, чем считалось ранее. В исследовании, материалы которого опубликованы 27 апреля в журнале Nature Neuroscience, сообщается, что в экспериментах на мышах, а также в компьютерной модели показана вероятная основа связи физической активности и здоровья мозга.
Исследование показывает, что при напряжении мышц живота, они сжимают кровеносные сосуды, связанные со спинным и головным мозгом. Это давление приводит к незначительным перемещениям мозга внутри черепа. Похоже, что это лёгкое движение помогает спинномозговой жидкости протекать через мозг, и таким образом она может уносить отходы, которые мешают нормальному функционированию мозга.
Механическая связь между движением и здоровьем мозга
Патрик Дрю, профессор инженерии и механики, нейрохирургии, биологии и биомедицинского инжиниринга в Университете штата Пенсильвания, заметил, что результаты базируются на предыдущем исследовании, в котором изучалось влияние сна и утраты нейронов на время прохождения спинномозговой жидкости через мозг.
«Наше исследование объясняет, как простое перемещение тела может служить в качестве важного физиологического механизма, способствующего здоровью мозга», — говорит Дрю, ответственный автор статьи. «В этом исследовании мы обнаружили, что, когда мышцы живота сокращаются, они толкают кровь из живота в спинной мозг, подобно гидравлической системе, оказывая давление на мозг и заставляя его двигаться. Компьютерные модели показывают, что это лёгкое движение мозга проводит к продвижению жидкости сквозь мозг и вокруг его. Считается, что движение жидкости через мозг важно для удаления отходов и профилактики нейродегенеративных расстройств. Наше исследование показывает, что немного подвигаться не помешает, и это может быть ещё одной причиной тому, почему физические нагрузки полезны для здоровья нашего мозга».
Профессор Дрю, заместитель директора Институтов наук о жизни Хака, сравнил этот процесс с гидравлической системой. В этой аналогии мышцы живота выступают в роли насоса. Даже небольшая активность, вроде напряжения в центральной части тела, перед тем как встать или сделать шаг, может создать этот эффект. Давление передаётся через венозное сплетение позвоночника, сеть из вен, связывающую живот с позвоночным каналом, что и приводит к небольшому движению мозга.
Визуализация показывает движение мозга, вызванное сокращением мышц
Чтобы пронаблюдать за процессом, исследователи изучали движущихся мышей, используя два передовых метода визуализации. Двухфотонная микроскопия обеспечила подробные снимки живой ткани, а компьютерная микротомография предоставила трёхмерные виды целых органов в высоком разрешении.
Исследователи обнаружили, что мозг смещался непосредственно перед тем, как животные двигались, сразу после того, как напрягались брюшные мышцы.
Чтобы подтвердить то, что именно давление мышц живота было ключевым фактором, учёные (этично: не сильно и контролируемо) нажимали на животы мышей под лёгким обезболиванием. Степень давления была меньше, чем та, которую испытывает человек во время проведения теста на артериальное давление, и всё-таки при этом мозг двигался.
«Важно отметить, что мозг начинал перемещаться в исходное положение незамедлительно после снижения давления на живот», — говорит Дрю. «Это предполагает, что давление на живот может быстро и в значительной степени изменять положение мозга в черепной коробке».
Компьютерные модели демонстрируют, каким образом может происходить ток жидкости в мозге
Подтвердив, что сокращения мышц живота управляют движением мозга, исследователи обратили своё внимание на следующий вопрос: как это движение влияет на ток жидкости. На тот момент никакие методы визуализации не могли в подробностях зафиксировать быстрое и сложное поведение спинномозговой жидкости.
«К счастью, наша междисциплинарная группа в Университете штата Пенсильвания смогла разработать эти методы, включая проведение экспериментов по визуализации на живых мышах и создание компьютерных моделей движения жидкости», — поясняет Дрю. «Это сочетание опыта очень важно для понимания этих типов сложных систем и того, как они влияют на здоровье».
Работой по созданию компьютерных моделей руководил Франческо Констанцо, профессор инжиниринговой науки и механики, биомедицинского инжиниринга и математики.
«Моделирование потока жидкости внутри и вокруг мозга представляет собой уникальный вызов, поскольку существуют одновременные независимые токи, а также зависимые от времени спаренные токи. Объяснение всех из них требует объяснения особой физики, имеющей место каждый раз, когда частица жидкости проходит через одну из множества мембран мозга», — говорит Констанцо. «Поэтому мы это упростили. Мозг обладает структурой, похожей на губку, в том смысле, что у вас имеется мягкий скелет, и жидкость может проходить сквозь неё».
Такое упрощение позволило построить модель движения жидкости сквозь полости разных размеров, подобных складкам мозга или порам в губке.
«Придерживаясь той идеи, что мозг — это губка, мы также думали о том, что это грязная губка — как очистить грязную губку?» — спрашивет Констанцо. «Вы держите её под краном и выжимаете её. В
наших компьютерных моделях мы смогли понять каким образом движение мозга под воздействием сокращений живота может способствовать тому, чтобы запустить ток жидкости через мозг и помочь вымыть отработанные продукты».
Значение для здоровья мозга и профилактики заболеваний
Профессор Дрю отметил, что требуются дальнейшие исследования, направленные на то, чтобы определить, как результаты его работы применимы к человеку. Однако уже сейчас есть основания полагать, что повседневное движение может способствовать циркуляции спинномозговой жидкости в мозге, помогая удалять отходы и, вероятно, снижая риск развития нейродегенеративных заболеваний, связанных с накоплением отходов.
«Такого рода движение очень незначительно, Это то, что происходит, когда вы ходите или просто сжимаете мышцы живота, когда вы занимаетесь физической активностью. Для вашего здоровья это может быть очень и очень важно», — заключает профессор.
