Фізичні вправи та головний мозок

фізичні

У кожного з нас у житті бувають моменти занепокоєння та складні періоди. З цієї книги ви дізнаєтесь, як їх пережити та звести до мінімуму за допомогою «перепрограмування» свого мозку. Джон Арден, лікар з величезним досвідом, розповідає про останні досягнення та відкриття в галузі нейрофізіології, докладно описує, як застосовувати їх у різних сферах життя для досягнення успіху та процвітання. Ви навчитеся корисним звичкам, які дозволять довше зберігати активність головного мозку та вести насичене життя без обмежень, які ви самі на себе накладаєте.

Це книга для всіх, хто хоче дізнатися більше про свій мозок і підвищити якість життя.

Українською мовою публікується вперше.

Приборкання амігдали та інші інструменти тренування мозку

Фізичні вправи та головний мозок

Фізичні вправи та головний мозок

Фізичні вправи прямо і негайно впливають на фізичні та емоційні симптоми стресу. Вправи знімають залишкову напругу в нервово-м'язовому веретені, у результаті переривається петля реакцію стрес із боку мозку. Уриваючи петлю реакції на стрес, ви даєте мозку зрозуміти, що організм більше не відчуває стрес і можна розслабитися.

Раніше вважалося, що фізичні навантаження сприяють зміцненню здоров'я через сприятливий вплив на систему кровообігу та серця. Нещодавні дослідження не лише підтвердили це твердження, але й довели, що вправи сприяють активному постачанню мозку киснем та зміцненню дрібних кровоносних судин – капілярів.

Фізичні вправи знижують кров'яний тиск за рахунок підвищення працездатності серцево-судинної системи. При збільшенні частоти серцебиття починається синтезпередсердного натрійуретичного гормону(ПНГ) у передсердях. Цей гормон стримує реакцію організму на стрес, загальмовуючи функцію осі ГГН та її реакції «бий або біжи».

Це відбувається за рахунок того, що ПНГ долає гематоенцефалічний бар'єр та приєднується до рецепторів гіпоталамуса, що послаблює активність осі ГГН. Тим часом, інші області мозку, включаючи мигдалеподібне тіло, синтезують ПНГ. Цей гормон пригнічує кортикотропін-рилізинг фактор, про який йшлося в розділі 2 і який є частиною ланцюжка нейрохімічних процесів, що стимулюють реакцію «бий або біжи» і виникнення паніки. Таким чином, ПНГ блокує один із найбільш вагомих факторів розвитку панічного стану. Він також зупиняє викид адреналіну та знижує рівень серцебиття, пригнічуючи ще одну причину панічної атаки. Уся ця діяльність ПНГ допомагає зберігати спокій.

Аеробні вправи знижують тривожність. Психологічні зміни, що відбуваються під час занять спортом, перевищують негативний ефект психологічних чинників, сприяють підвищенню тривожності. Наприклад, під час одного з досліджень учасникам було введено тетрапептид холецистокініну (CCK-4) фрагмент гормону холецистокініну, характерний своєю здатністю викликати тривогу навіть у здорових та психологічно стійких дорослих людей. Було зазначено, що якщо учасники експерименту до введення речовини протягом 30 хвилин займалися фізичними вправами, то рівень тривоги у них був нижчим, ніж вони просто відпочивали перед введенням речовини.

Фізичні вправи сприяють зниженню стресу завдяки тому, що вони:

• знижують м'язову напругу;

• підтримують ресурси мозку (нейропластичність та нейрогенез);

• підвищують синтез ГАМК та серотоніну;

• покращують стресостійкість та самоконтроль;

• мобілізують почуття для здійснення дій.

Результати одного з досліджень показали, що програма аеробних вправ із 12 занять сприяє зниженню деяких симптомів посттравматичного стресового розладу (ПТСР). Це значне досягнення, оскільки симптоми ПТСР довгострокові та нерегулярні. Фізичні вправи повинні входити до комплексної стратегії профілактики та лікування загальної тривожності та ПТСР. Фізичні вправи підвищують рівень специфічних нейромедіаторів, які мають антидепресивний ефект. Ось одна із схем того, як це відбувається: завдяки фізичним вправам підвищується синтез нейромедіаторів ГАМК та серотоніну. Найпростіші рухи тіла викликають викид ГАМК, основного інгібіторного нейромедіатора. Антидепресанти у формі лікарських препаратів, такі як «Валіум» або «Ативан», впливають на рецептори ГАМК, щоб заспокоїти людину, але вони мають серйозні побічні ефекти, включаючи розвиток депресії. З іншого боку, вони викликають залежність. Як тільки людина перестає приймати ці препарати, симптоми тривожності повертаються та посилюються.

Фізичні вправи підвищують рівень серотоніну, тоді як його низький рівень пов'язують із депресією та занепокоєнням. Рівень серотоніну підвищується, коли організм розщеплює жирні кислоти, які є «паливом» для м'язів. Ці жирні кислоти конкурують з амінокислотою триптофаном (що бере участь у синтезі серотоніну) за місце на транспортних білках, що підвищує концентрацію жирних кислот у крові. Після подолання гематоенцефалічного бар'єру триптофан починає брати участь у синтезі серотоніну. Синтез серотоніну також підвищується під дією білка BDNF, на кількість якого впливають у тому числі фізичнівправи.

У своїй книзі Spark: The Revolutionary New Science of Exercise and the Brain («Іскра: Революційно нова наука про фізичні вправи і мозок») Джон Реті зазначає, що регулярне аеробне навантаження заспокійливо діє на організм і підвищує стійкість до стресів. Аеробні вправи підвищують поріг фізичних реакцій. Вони сприяють зміцненню інфраструктури нейронів мозку за рахунок активації генів, відповідальних синтез особливих білків, захищають клітини від ушкоджень і хвороб.

Фізичні вправи підвищують поріг стійкості до стресів нейронів. Деякі люди скаржаться, що втомлюються, виконуючи вправи. На це завжди відповідаю, що це дуже добре. Фактично цього варто прагнути, займаючись спортом, тому що ви точно знаєте, що отримуєте натомість. Ви виходите із зони комфорту і стаєте сильнішими. Реті зазначає, що фізичні вправи стимулюють процес «стрес-відновлення», який сприяє зміцненню тіла та мозку. На клітинному рівні цей процес відбувається за трьома напрямками:

• реакція подразнення (збудження).

Оксидативний стрес відбувається у клітинах під час перетворення глюкози на енергію, що дозволяє клітинам «спалювати паливо». При поглинанні глюкози клітинами виділяються побічні речовини.Мітохондрії, які називають «енергетичними станціями» клітини, забезпечують синтез із глюкозиаденозинтрифосфату(АТФ) універсального джерела енергії для всіх біохімічних процесів, що протікають у живих системах. В результаті цього відбувається утворення вільних радикалів, про що розповідалося в розділі 5. Як правило, клітини виробляють захисні ензими як внутрішні антиоксиданти, які ліквідують побічні продукти. Коли клітини не в змозі синтезувати достатнюкількість АТФ, відбувається метаболічний стрес: у клітин немовби закінчується «паливо». Це відбувається або через нестачу глюкози, або через те, що глюкоза не може потрапити в клітину. Нарешті, коли в клітинах синтезується недостатньо АТФ, щоб підтримати збільшену потребу енергії через надмірну активність глутамінової кислоти, настає ексайтотоксичний стрес.

На щастя, фізичні вправи забезпечують механізми відновлення, здатні впоратися з різними типами стресів. Ці механізми відновлення зміцнюють весь організм, включаючи мозок. Процес «стрес-відновлення» виходить за рамки простого зміцнення та сприяє фактичній перебудові на різних рівнях.

Назви молекул, що найбільше беруть участь у відновлювальних процесах, звучать як набори літер, але ці молекули виконують надзвичайно важливі функції. Наприклад, фізичні вправи стимулюють вироблення наступних білків:

• інсуліноподібний фактор росту-1 (ІФР-1 або IGF-1);

• фактор зростання ендотелію судин (VEGF);

- фактор зростання фібробластів (FGF-2).

ІФР-1 – білок, синтез якого здійснюється у м'язах, коли клітини потребують енергії під час фізичної активності. Він підвищує утворення рецепторів прийому інсуліну. Оскільки глюкоза – основне джерело енергії для мозку, ІФР-1 бере участь у процесі доставки глюкози до клітин мозку і керує рівнем глюкози. ІФР-1 взаємодіє з білком BDNF, кількість якого в мозку підвищується під час фізичних вправ, і разом вони активують нейрони для синтезу серотоніну та глутамінової кислоти. Незважаючи на те, що при хронічному стресі підвищується рівень кортизолу і знижується рівень ІФР-1, фізичні вправи змінюють цю ситуацію на зворотну.

Постачання клітин"паливом" для вироблення енергії - процес надзвичайно важливий. Фізичні вправи – один із способів зміцнення судинної системи та зростання нових судин. Сигнальний білок VEGF виробляється клітинами для стимулювання зростання нових судин у існуючій судинній системі в організмі та мозку. VEGF підвищує проникність гематоенцефалічного бар'єру, що дозволяє речовинам, необхідним для процесу нейрогенезу, потрапляти до клітин мозку під час фізичних вправ.

Нарешті, чинники зростання фібробластів грають ключову роль процесі нейрогенеза. Вони стимулюють регенерацію та зростання тканин в організмі, а перебуваючи в мозку, беруть участь у процесі довгострокової потенціації (Ratey, 2008).

У сукупності ці відновлюючі фактори запобігають руйнівному впливу хронічного стресу, контролюють рівень гормону стресу кортизолу, а також підвищують вироблення регулюючих нейромедіаторів (серотоніну, дофаміну та норадреналіну), завдяки чому людина зберігає спокій та позитивний настрій та почуття. Крім того, доведено, що фізичні вправи стимулюють деякі генетичні процеси, що зміцнюють здоров'я, довговічність та імунологічні функції мозку. Викликана фізичними вправами транскрипція – генетичний процес біосинтезу молекул РНК на відповідних ділянках ДНК – допомагає забезпечувати властивість нейропластичності головного мозку, включаючи стимулювання вироблення білка BDNF, що сприяє покращенню пам'яті, а також процесу нейрогенезу в гіпокампі.

Коли під час фізичних вправ збільшується циркуляція крові, запаси білка BDNF, що скупчилися біля синапсів, звільняються. Під час фізичних вправ ІФР-1, VEGF та FGF-2 проникають через гематоенцефалічний бар'єр, через мережу капілярів,а також через шар захисних клітин, що запобігають, наприклад, проникненню в клітини бактерій. Ці три білки взаємодіють з BDNF для стимулювання на молекулярному рівні процесів, які відповідають за навчання та запам'ятовування.

Стовбурові клітини здатні диференціюватися в нейрони та клітини глії в ході процесу, що активізується завдяки фізичним вправам. Проте одні лише фізичні навантаження не забезпечать підтримки нових нейронів. Як показують результати досліджень, для цього необхідне також інтелектуальне середовище. Іншими словами, для збереження функціональності нових нейронів потрібно поєднувати розумову діяльність із фізичними навантаженнями. Мабуть, тому деякі професійні спортсмени відрізняються інтелектом, а деякі не блищать.

Доведено, що фізичні вправи, особливо при виконанні їх у новій, стимулюючій обстановці, сприяють процесу нейрогенезу. Навчання чогось нового – важлива умова, оскільки розвиток нових нейронів відбувається у галузі гіпокампа, відповідального функції навчання (пам'яті). Таким чином, фізичні вправи та навчання чогось нового в сукупності стимулюють нейрогенез. Завдяки фізичним вправам нові нейрони утворюються, а завдяки навчанню вони виживають. Тому найбільш ефективними можна назвати фізичні вправи, при яких відбувається підвищення активності серцево-судинної системи та навчання якоїсь нової навички.

Найкращих результатів досягає людина, яка добровільно та усвідомлено вирішує регулярно займатися спортом. В цьому випадку він не відчуває стресу, а в його мозку продукуються ця-хвилі, що з'являються, коли мозок зосереджений на одному джерелі інформації. Тета-ритм не продукується, коли людина їсть, п'є чи автоматично виконуєякісь дії. Заняття спортом – це те, що людина виконує механічно, через звички; це усвідомлене рішення. Так як за прийняття рішень відповідає лобова частка, активація цієї області головного мозку - основна частина процесу нейрогенезу. Іншими словами, неможливо навчитися чогось нового, якщо не докласти до цього зусиль і не зосередити на цьому увагу.

Підіб'ємо підсумки сказаного: існують переконливі докази, що фізичні вправи стимулюють процес навчання. Однак цей ефект проявляється після заняття фізичними вправами, тому що під час інтенсивних вправ кров відливає від префронтальної кори, щоб допомогти організму впоратися з фізичним навантаженням. Оскільки префронтальна кора є центром виконавчих функцій мозку, без її участі процес навчання неможливий. Після завершення фізичних вправ кров знову приливає до префронтальної кори, а людина отримує підвищену здатність до концентрації. Тож, як радив Джон Реті, не варто готуватися до вступу на юридичний факультет, не відриваючись від еліптичного тренажера у спортзалі. Для максимального результату почніть вивчати навчальну літературу після того, як займаєтеся спортом.

Результати експерименту зумовлені багатьма факторами. Однією з них може бути те, що у 6 % класів старшої школи США проводяться уроки фізичної культури чи заняття у спортзале. Іншим фактором може бути те, що американські школярі проводять у середньому п'ять годин на день перед екраном телевізора, монітора комп'ютера чи мобільного пристрою. Позитивний вплив фізичних вправ на навчання привернув увагу департаментів освіти деяких штатів. Згідно з даними департаменту освіти Каліфорнії, школярі з більшвисокими показниками рівня фізичної підготовки також мають більш високі результати тестів, крім того, фізичні вправи в цілому позитивно впливають на пам'ять учнів, концентрацію та поведінку в класі.