Физические упражнения: ключ к улучшению работы мозга через инсулин

Физические упражнения могут улучшить работу мозга, улучшая реакцию на инсулин, предполагает исследование
Регулярная физическая активность широко признана за свои преимущества для физического здоровья, включая улучшение работы сердца и управление весом. Теперь новое исследование предполагает, что упражнения также могут прямо улучшать работу мозга. В статье, опубликованной в журнале Aging Cell, была выявлена потенциальная механика этого преимущества: упражнения активируют определенные клеточные процессы в мозге, связанные с инсулином, гормоном, необходимым для контроля уровня сахара в крови. Эта находка указывает на то, что физическая активность может улучшить реакцию мозговых клеток на инсулин, что может быть ключевым фактором для поддержания когнитивного здоровья по мере старения.
«Мы считаем, что эта работа важна, поскольку она предполагает, что упражнения могут улучшать когнитивные функции и память, улучшая способности инсулина действовать на мозг», - сказал Стивен Малин, доцент кафедры кинезиологии и здоровья Школы искусств и наук Рутгерса и главный автор исследования.
Чтобы понять это исследование, сначала полезно разобраться с инсулином и нейронными экстрацеллюлярными везикулами. Инсулин - это гормон, вырабатываемый поджелудочной железой. Его основная задача - регулировать уровни сахара в крови, обеспечивая, чтобы наши тела имели стабильный запас энергии. Когда мы едим, особенно продукты, содержащие сахара и углеводы, уровень сахара в крови поднимается. Инсулин помогает перемещать этот сахар, также известный как глюкоза, из кровотока в клетки организма, где он может быть использован для энергии или храниться на потом.
Этот процесс называется чувствительностью к инсулину, что относится к тому, насколько хорошо тело реагирует на инсулин. Когда у кого-то высокая чувствительность к инсулину, его тело эффективно использует инсулин для управления уровнем сахара в крови. Однако при таких состояниях, как преддиабет и диабет 2 типа, клетки становятся менее отзывчивыми на инсулин, что называется инсулинорезистентностью. Это может привести к высоким уровням сахара в крови и различным проблемам со здоровьем.
Хотя инсулин в первую очередь известен своей ролью в управлении уровнем сахара в организме, он также играет значительную роль в мозге. Инсулин может пересекать барьер между кровотоком и мозгом, где он влияет на районы мозга, связанные с мышлением и памятью. Когда мозговые клетки становятся менее отзывчивыми на инсулин, это может отрицательно сказаться на когнитивных функциях. Исследователи все больше интересуются тем, как поддерживать или улучшать чувствительность к инсулину в мозге для поддержки здорового старения мозга.
Нейронные экстрацеллюлярные везикулы - это еще один ключевой элемент в этом исследовании. Это крошечные мешочки, выделяемые мозговыми клетками, в частности нейронами. В течение многих лет эти везикулы считались лишь клеточными отходами, но теперь ученые признают их важными коммуникаторами между клетками. Внешние везикулы действуют как мини-грузовички, переносящие различные молекулы, такие как белки, от одной клетки к другой. В контексте мозга нейронные экстрацеллюлярные везикулы могут транспортировать белки, связанные с инсулиновым сигналингом. Это значит, что изучая эти везикулы, ученые могут получить представление о том, что происходит внутри мозговых клеток в отношении реакции на инсулин, не исследуя непосредственно сам мозг.
В этом исследовании исследователи сосредоточились на везикулах, производимых в мозге, которые переносят белки, участвующие в чувствительности к инсулину, включая белок под названием Akt. Анализируя эти везикулы в образцах крови, ученые надеялись понять, как физические упражнения могут повлиять на сигналинг инсулина в мозге.
В этом исследовании ученые хотели узнать, может ли физическая активность улучшить чувствительность к инсулину в мозге, исследуя нейронные экстрацеллюлярные везикулы. Они набрали 21 добровольца, в основном женщин, с средним возрастом 60 лет, которым был поставлен диагноз преддиабет. Преддиабет - это состояние, при котором уровни сахара в крови выше нормальных, но еще недостаточны для классификации как диабет 2 типа. Все участники были признаны малоподвижными, то есть занимались физической активностью менее 60 минут в неделю и не курили. Они прошли медицинские обследования, чтобы убедиться, что здоровы достаточно для участия и не принимают лекарства, которые могут повлиять на уровень сахара в крови.
Исследование было разработано как краткосрочный эксперимент с физической активностью длительностью две недели. В течение этого периода участники приняли участие в 12 контрольных тренировках, каждая из которых длилась 60 минут. Упражнения проводились на стационарных велосипедах с умеренной до высокой интенсивности. Чтобы обеспечить согласованность, все тренировки проводились под индивидуальным контролем исследователей. Перед и после каждой тренировки, а также в начале и в конце двухнедельного тренировочного периода участники выпивали глюкозный напиток. Этот напиток давался, чтобы стимулировать реакцию инсулина организма.
Чтобы измерить эффект физических упражнений на сигналинг инсулина в мозге, исследователи собирали образцы крови от участников. Образцы крови брались в начале исследования и снова после двухнедельной программы упражнений. Конкретно кровь бралась до глюкозного напитка и через 60 минут после его употребления. Затем исследователи использовали специализированную технику для изоляции нейронных экстрацеллюлярных везикул из образцов крови. Этот процесс изоляции нацеливался на везикулы, происходящие именно от нейронов, используя белковый маркер, найденный на поверхности этих везикул.
После изоляции везикул исследователи анализировали их на наличие и уровень различных белков, участвующих в инсулиновом сигналинге. Они сосредоточились на белках, таких как Akt, который играет жизненно важную роль в том, как клетки реагируют на инсулин. Сравнивая уровни этих белков в везикулах, собранных до и после программы упражнений и до и после глюкозного напитка, исследователи могли оценить, как физическая активность повлияла на сигналинг инсулина в везикулах, полученных из мозга.
Анализ образцов крови показал, что после двухнедельного курса упражнений увеличилось количество нейронных экстрацеллюлярных везикул, содержащих белки, связанные с чувствительностью к инсулину. Особенно выражено было увеличение количества белка Akt в этих везикулах после каждой тренировки. Это увеличение было особенно заметно после того, как участники выпили глюкозный напиток, что предполагает, что физические упражнения усилили реакцию мозга на инсулин при повышении уровня сахара в крови. Другими словами, упражнения, похоже, сделали клетки мозга более отзывчивыми к сигналам инсулина.
Исследователи также заметили улучшение общего контроля уровня сахара в крови у участников. После программы физических упражнений участники продемонстрировали лучшую периферическую чувствительность к инсулину, что означало, что их тела стали более эффективными в использовании инсулина для управления уровнем сахара в крови. Интересно, что изменения в белке Akt в нейронных везикулах были связаны с этими улучшениями в контроле сахара в крови и даже с небольшой потерей веса, которую замечали участники. Это указывает на связь между изменениями в сигналинге инсулина в мозге, вызванными упражнениями, и улучшением обменного здоровья тела в целом.
«Мы впервые показали, что физические упражнения влияют на сигналинг инсулина из нейронных экстрацеллюлярных везикул в связи с клиническими улучшениями уровня сахара в крови», - сказал Малин. «И мы используем эти нейронные экстрацеллюлярные везикулы как индикатор чувствительности к инсулину в мозге».
«Если инсулина в мозге недостаточно, это означает, что не только клетки мозга могут стать потенциально дисфункциональными, но они также могут не суметь правильно взаимодействовать друг с другом», - объяснил он. «Это похоже на игра в телефон с другом. В какой-то момент сообщение теряется, когда мозг становится инсулинорезистентным».
Хотя это исследование предоставляет важные сведения, важно учитывать его ограничения. Исследование охватывало относительно небольшое количество участников, и большинство из них были женщинами. Поэтому полученные результаты могут не быть распространимыми на более крупные, более разнообразные группы населения, включая мужчин и людей разного возраста или состояния здоровья. Кроме того, исследование не включало контрольную группу, которая не занималась физической активностью. Хотя исследователи использовали базовые измерения для сравнения, наличие контрольной группы без физических упражнений укрепило бы выводы. Кроме того, исследование измеряло изменения в белках в нейронных экстрацеллюлярных везикулах как индикатор чувствительности к инсулину в мозге, но не измеряло напрямую работу мозга или когнитивную производительность.
Будущие исследования должны строиться на этих находках, включая более крупные и более разнообразные группы участников, вводя контрольную группу и исследуя влияние различных типов и продолжительности физической активности. Также было бы полезно изучить, как эти изменения в нейронных экстрацеллюлярных везикулах и сигналинг инсулина в мозге соотносятся с фактическими когнитивными улучшениями. Исследования, которые комбинируют анализ кровяных везикул с мерами когнитивной функции и визуализацией мозга, предоставили бы более полное представление о том, как физические упражнения благоприятно влияют на здоровье мозга. Понимание этих связей может проложить путь к разработке более эффективных стратегий физической активности для предотвращения когнитивного ухудшения и содействия здоровому старению мозга, особенно у людей, находящихся в группе риска таких заболеваний, как диабет 2 типа и болезнь Альцгеймера.
Исследование под названием «Две недели физических упражнений изменяют инсулиновые сигнальные белки нейронных экстрацеллюлярных везикул и про-BDNF у пожилых людей с преддиабетом» было написано Стивеном К. Малином, Дэниелом Дж. Баттилло, Михалом С. Берри, Майей Мустафич, Франческой Дельгадо-Пераза и Димитриосом Капогианнисом.