Wyniki badań naukowych informują nas, że ćwiczenia fizyczne łagodzą przebieg chorób neurodegeneracyjnych, takich jak choroba Alzheimera i Parkinsona, a także znoszą objawy depresji. Ćwiczenia, jak się okazuje, wywierają te korzystne oddziaływania poprzez indukcję procesu neurogenezy oraz aktywację procesów uczenia się i zapamiętywania. W pozytywnych zmianach obserwowanych w mózgu po wysiłku, jak ustalono w tych badaniach, pośredniczy indukcja ekspresji w hipokampie neurotroficznego czynnika pochodzenia mózgowego (BDNF, z ang. brain-derived neurotrophic factor) oraz aktywacja jego receptora, znanego jako receptor kinazy tropomiozyny B (TRKB). I rzeczywiście, jak wykazano w badaniach, blokowanie sygnalizacji BDNF w hipokampie osłabia pozytywny wpływ wysiłku fizycznego na poprawę zdolności uczenia się i tworzenia szlaków pamięciowych.

BDNF jest silnie wytwarzany w mózgu, gdzie reguluje przeżycie, wzrost i różnicowanie neuronów podczas rozwoju ośrodkowego układu nerwowego. BDNF pośredniczy również w tworzeniu rdzenia kręgowego i plastyczności neuronalnej, a także promuje zdolności uczenia się i zapamiętywania. I rzeczywiście, zmiany w sygnalizacji BDNF/TRKB obserwowane są w różnych zaburzeniach ośrodkowego układu nerwowego. Biorąc więc pod uwagę ważną rolę, jaką odgrywa BDNF w zdrowiu mózgu, identyfikacja nowych cząsteczek i szlaków indukujących ten czynnik może mieć bezpośrednie przełożenie na ich wykorzystanie terapeutyczne.

Od dawna już było widomo, że ćwiczenia fizyczne zwiększają poziomy BDNF i aktywują jego szlaki sygnalizacyjne w hipokampie mózgu, co skutkuje poprawą zdolności uczenia się i możliwości tworzenia szlaków pamięciowych oraz łagodzeniem objawów chorób neurodegeneracyjnych. Jednak szlaki molekularne, odpowiedzialne za indukcję BDNF na skutek wysiłku fizycznego, pozostawały jeszcze do niedawna niewyjaśnione. W ostatnim czasie poczyniono jednak pewne postępy w śledzeniu tych szlaków. Otóż przykładowo wykazano, że jeden ze związków ketonowych, β-hydroksymaślan, wytwarzany podczas wysiłku w wątrobie, jest uwalniany do krwi a następnie gromadzi się w hipokampie, gdzie indukuje ekspresję czynnika BDNF.

Dlatego też w niedawno wykonanej pracy z wykorzystaniem samców myszy (Hayek, 2019), naukowcy starali się zidentyfikować nowe cząsteczki wytwarzane podczas ćwiczeń, które mogłyby indukować ekspresję genu BDNF w hipokampie. Identyfikacja takich czynników wysiłku fizycznego, jak nazwali autorzy badania tego typu cząsteczki, przenoszonych z narządów obwodowych przez krew do ośrodkowego układu nerwowego, które pośredniczą w utrzymaniu zdrowia mózgu, może mieć, zdaniem tych naukowców, kluczowe znaczenie dla pełnego wykorzystania terapeutycznego potencjału ćwiczeń fizycznych.

Otóż jedną z cząsteczek uwalnianych przez pracujące mięśnie jest kwas mlekowy, nazywany krócej mleczanem, który przenika przez barierę krew-mózg, przenoszony przez śródbłonkowe transportery monokarboksylanów (MCT), służąc za źródło energii dla neuronów mózgu i działając na nie jako ochronny czynnik neuroprotekcyjny. Z uwagi na te efekty, wspomniani wyżej naukowcy postawili hipotezę badawczą, mówiącą o tym, że mleczan jest właśnie tym czynnikiem wysiłku, który indukuje ekspresję BDNF w hipokampie i pośredniczy w pozytywnym wpływie aktywności ruchowej na procesy uczenia się i zapamiętywania.

A w efekcie swojej pracy wykazali, że ćwiczenia fizyczne indukują akumulację mleczanu w hipokampie, gdzie ten promuje zdolność uczenia się i tworzenia szlaków pamięciowych, poprzez stymulację ekspresji BDNF w sposób zależny od enzymów regulatorowych typu SIRT1 z grupy sirtuin.

W tym miejscu należy wyjaśnić, że rodzina sirtuin (SIRT) to intensywnie badana w ostatnim czasie grupa enzymów o właściwościach przeciwstarzeniowych. Niedawno potwierdzono, że niedobory sirtuiny 1 [SIRT1) są powiązane z różnymi problemami wieku późnego, takimi jak otyłość, cukrzyca typu 2, choroby układu krążenia, nowotwory, osteoporoza (zrzeszotnienie kości) i osteoartroza (choroba zwyrodnieniowa stawów), a także właśnie demencja starcza.

Jak więc zauważają autorzy badania, ciągła identyfikacja czynników aktywujących SIRT1 ma ogromne znaczenie dla osób dotkniętych chorobami neurodegeneracyjnymi lub depresją, które najprawdopodobniej odniosą korzyści z wdrożenia do swojego stylu życia ćwiczeń fizycznych, stymulujących w mózgu ścieżkę sygnalizacyjną BDNF. Warto jednak dodać, że identyfikacja aktywatorów SIRT1 może mieć jeszcze większe znaczenie dla takich osób, które nie mogą podejmować aktywności ruchowej z powodu towarzyszących neurodegeneracji i depresji, innych schorzeń czy problemów zdrowotnych, skutkujących ich unieruchomieniem.

Sławomir Ambroziak