Как спорт влияет на мозг

Среди всех систем, которые у нас есть,
самые сложные — это наши собственные тела

Stephen Hocking

Always, if you win mentally, you can win physically as well.

Haile Gebreselassie

В этой статье мы поговорим о том, каким образом физические нагрузки меняют наше тело и, в частности, влияют на работу, состояние, изменение и развитие головного мозга:

– Как тренировки влияют на головной мозг в начале и в конце жизни человека?

– Что физическая нагрузка может сделать с некоторыми заболеваниями – в первую очередь заболеваниями, затрагивающими головной мозг?

– Почему люди, подвергающие себя длительным нагрузкам, оказываются в состоянии опьянения и эйфории?

– Какая мотивация, что заставляет нас подвергать себя физическим нагрузкам, страдать?

– Как тренировки меняют нашу жизнь?

Как нагрузка влияет на тело?

Запрос в научную медицинскую библиотеку Pubmed выдал примерно 5 миллионов ответов по запросу «Мозг и физическая активность/физические упражнения». Основной вал этих исследований пришелся на последние 30 лет, когда человечество вдруг заинтересовалось, каким образом спорт влияет на мозг.

Есть общие представления, каким образом физическая нагрузка вообще влияет на тело. Нагрузка может быть разной интенсивности и продолжительности. Также нагрузка различается по тому, сколько мышечной массы она охватывает – все тело или совсем локальная. Физическая нагрузка использует основные физические качества – сила, быстрота, ловкость, выносливость.

Есть основные неспецифические реакции основных систем организма на физическую нагрузку. Как правило, она сопровождается учащенным сердцебиением, глубоким и ритмичным дыханием, потому что через легкие надо прокачать больший объем воздуха. Тело греется, и чтобы отвести лишнее тепло, мы потеем. Есть закономерность работы сердца: увеличивается частота сердечных сокращений  – увеличивается ударный объем, то есть объем крови, который сердце прокачивает за одно сокращение. А еще меняется диаметр сосудов – потому что надо мобилизовать резервный объем крови, то есть увеличить объем жидкости, которая циркулирует в системе.

При этом происходит перераспределение кровотока. В несколько раз растет объем крови, которое сердце прокачивает в минуту, и в огромной степени кровоток перенаправляется в работающие мышцы, потому что мышцам нужна кровь, обогащенная кислородом. Поэтому сосуды, которые несут кровь к этим мышцам, увеличиваются в диаметре, пропускная способность растет, и кровь течет к мышцам. Вопрос  – откуда эту кровь можно взять? Ее можно взять там, где она сейчас не нужна, и главным источником этого резерва являются органы брюшной полости: кишечник, почки, печень, селезенка. Во время нагрузки кровь там не нужна. Но есть две локации, в которых ни при каких обстоятельствах кровоток не должен падать – «защищенные статьи бюджета» нашего кровообращения. Это сосуды, которые кровоснабжают сердце – во-первых, потому, что сердце работает, и ему тоже нужно больше крови. И действительно, прирост кровотока по собственным сосудам сердца тоже наблюдается, и он пропорционален увеличению общего кровотока. В состоянии покоя сердце получает 4,5 % общего объема крови. И под нагрузкой сердцу достаются в среднем те же 4,5 % общего объема кровотока. И, что очень важно, не должно страдать кровоснабжение головного мозга, поскольку головной мозг – орган управления. В процентном выражении доля кровотока головного мозга падает. В абсолютном выражении объем кровотока через сосуды головного мозга остается тем же, или тоже слегка прирастает.

Опыты на людях

Что еще происходит с головным мозгом под нагрузкой? Проведено следующее исследование среди студентов 1-2 курсов. 43 человека выполняли упражнение на велоэргометре – 5 минут разогревались и 50 минут крутили велостанок с разной интенсивностью. Затем 5 минут заминки, а потом через 30, 60 и 90 минут выполняли тесты.[i]

Вторая группа 60 минут смотрела сериал про супергероя,  и затем через те же интервалы проходила тесты.

Оказалось, что тех студентов, которые прошли через физическую нагрузку, существенно больше усиливались функции префронтальной коры – это область головного мозга, которая находится впереди на поверхности больших полушарий. Она отвечает за контроль внимания, за подавление ненужных внешних стимулов, обеспечивает краткосрочную память, отвечает за выбор между возможностью сделать то или иное. Участвует в планировании, рассуждении, решении задач. Рациональная деятельность человека в огромной степени обусловлена работой префронтальной коры. И оказалось, что 50 минутное упражнение на эргометре способствовало повышению всех этих функций.

Также и физическая нагрузка, и просмотр сериала угнетали функцию гиппокампа. Это другой отдел мозга, он расположен глубоко, и существенно более древний, чем кора. К его функциям относятся обучение, запоминание, консолидация памяти – то есть переход из краткосрочной памяти в долгосрочную. Гиппокамп отвечает за ориентацию в пространстве, за обусловленное эмоциями поведение. Так что если говорят, что телевизор не способствует обучению, то конкретно данное исследование это подтверждает.

Мыши в колесе

На человеке можно поставить однократный эксперимент, подобный описанному выше, а хронический, долговременный эксперимент на человеке поставить трудно. Поэтому огромный объем информации, связанной с изменениями головного мозга в связи с физической нагрузкой получен в экспериментах на животных. Классическая модель: крыса бегает в колесе. В результате большой массив экспериментальных работ доказывает, что привычка к физической активности беременной крысы положительно влияет на развитие головного мозга ее потомства до и после рождения. Тренировка матери улучшает когнитивные функции мозга ее потомства в раннем возрасте, то есть крысы, которые будучи беременными бегали, приносили потомство, которое больше интересовалось окружающим миром и лучше усваивало новую информацию. Таким образом доказано, что умеренная физическая активность беременных улучшает функцию головного мозга плода и младенцев. А еще физические тренировки самок грызунов повышают выживаемость их потомства.

На крысах же доказано, что физические упражнения в детстве и юношестве улучшают результаты обучения и показателей тестов на интеллект (крысы проходили лабиринт). Грызуны, которые тренировались в подростковом возрасте, живут дольше.

У потомства тренировавшихся крыс и молодых крыс, которые прошли через физические тренировки, выше содержание нейротропных факторов – веществ, которые способствуют развитию головного мозга. В этом и заключается ответ на вопрос – каким образом спорт влияет на мозг. Спорт повышает выработку нейротропных факторов. Позже мы назовем их.

Еще одна вещь, которая выяснилась в экспериментах с крысами: раннее начало физических тренировок приводит к усложнению внутримозговых связей. Когда улучшаются познавательные функции, память – как это выражается материально? По степени связанности разных отделов мозга между собой, по переплетению отростков нейронов. Физические тренировки приводят к усложнению этих связей, их делается больше, переплетение теснее, больше нейронов оказывается друг с другом связанными.[ii]

Изменение головного мозга после тренировок более выражено при их раннем начале. То есть чем раньше вы начнете физические упражнения выполнять, тем лучше.

Самое важное – BDNF

Физическая нагрузка является одним из факторов, который увеличивает производство того, что по английски называется BDNF – связанный с мозгом нейротропный фактор Brain Derived Neurotrophic factor. Этот фактор представляет собой белок, он синтезируется в нескольких отделах головного мозга и еще в нескольких местах человеческого тела. Синтез BDNF увеличивается в результате физических нагрузок – это доказано на мышах, на крысах и на людях. Также синтезу BDNF способствует обогащенная среда – для крыс это наличие в клетке не только кормушки, но и бегового колеса, качелей, а для человека обогащенная среда – это новые впечатления, события, поездки, общение с людьми, то есть все, что делает жизнь интересной. То есть любое обогащение среды способствует развитию головного мозга.[iii]

Где важно действие нейротропного фактора? Оно важно в процессе старения. Присутствие BDNF замедляет старение головного мозга. Угнетение синтеза BDNF наблюдается при болезни Альцгеймера, то есть специфической формы слабоумия, не связанной с поражением сосудов, которая наступает у людей пожилого возраста.

Синтез BDNF падает в состоянии хронического стресса. Регулярная перегрузка стрессом с недостаточным восстановлением очень вредна и для тела, и для мозгов.

Лекарство от слабоумия и депрессии

Теперь посмотрим, что происходит с немолодыми людьми. Известно, что физическая активность обладает лечебным действием. Мы говорим о физической нагрузке, которая оказывается одним из средств лечения болезней, напрямую связанных с головным мозгом. В частности, физическая активность является частью регулярного протокола ведения людей с депрессией, и большой массив исследований, проведенных при депрессии, говорит, что регулярные физические тренировки оказываются по своему действию на пациентов не хуже антидепрессантов.[iv]

Еще одно исследование провели, опрашивая участников знаменитой шведской лыжной гонки Vassaloppet – это гонка на 70 километров классическим стилем, проходит с 1922 года. Исследователи взяли списки участников, начиная с первой гонки, выделили 203 тысячи участников, сравнили их с людьми аналогичного пола и возраста из национального регистра – 203 тысячи лыжников и 500 тысяч не-лыжников. Этих людей сравнивали, подвергая их обследованию и выявлению признаков деменции, то есть слабоумия, которое настигает людей во второй половине жизни. В результате оказалось, что у лыжников проявления слабоумия оказались существенно реже, чем у тех, кто в гонке не участвовал. Мало того, у лыжников, которые бежали в первой половине протокола, то есть быстрее среднего, риск развития деменции был еще меньше. Впрочем, частота развития болезни Альцгеймера у лыжников и не-лыжников одна и та же. То есть регулярно бегая на лыжах и участвуя в 70 километровых гонках, вы снижаете риск слабоумия, но не повлияете на болезнь Альцгеймера.[v]

Разрешенный наркотик

Многие слышали, что бегуна, который долгое время бежит в спокойном разговорном темпе, накрывает эйфория, и он испытывает удовольствие – его радуют и дождь, и снег, и ветер, и лужи под ногами. Почему так происходит? При физической нагрузке в головном мозге выделяются вещества, которые обобщенно называются эндоканнабиоиды. Они действуют ровно на те же рецепторы, на которые действует тетрагидроканнабинол, то есть алкалоид марихуаны. Максимальное выделение эндоканнабиоидов происходит при нагрузке средней интенсивности, хотя при нагрузке очень высокой интенсивности выделение эндоканнабиоидов падает. Выделение эндоканнабиоидов вызывает обезболивание и чувство успокоения, разрешения тревоги, общее чувство благополучия, того, что обобщенно выражается понятием «кайф».[vi]

Вот каким образом спорт материально влияет на головной мозг. Но еще есть и нематериальное выражение этого влияния. Это то, о чем люди думают, то, как они меняются в процессе своих тренировок.

Мысли знаменитых бегунов

Most runners run not because they want to live longer, but because they want to live life to the fullest

If pain weren’t involved, who in the world would ever go to the trouble of taking part in sports like the triathlon or the marathon, which demand such an investment of time and energy? It’s precisely because of the pain, precisely because we want to overcome that pain, that we can get the feeling, through this process, of really being alive–or at least a partial sense of it.

Haruki Murakami

Харуки Мураками говорит, что большинство бегунов бегает вовсе не потому, что они хотят жить дольше, а потому, что они хотят получать ощущение полноты жизни.

Если бы длительный бег не был связан с болью, то, возможно, никто не бегал бы марафоны или полный триатлон с таким расходом сил и энергии. Именно потому что это больно, люди идут на это, чтобы преодолеть себя, окружающих, обстоятельства и почувствовать себя живым, почувствовать себя частью этого живого потока.

Елизавета Осетинская – основатель издания The Bell – однажды сказала: «Бег – это единственный известный мне способ быстро проветрить мозг». И сказала это при таких обстоятельствах: она только что прилетела из Америки, у нее было 3 часа до записи интервью, и вместо того, чтобы час поспать, она пошла бегать. И в ответ на вопрос «почему?» ответила, что это единственный известный ей способ быстро проветрить мозг. Елизавета живет в сумасшедшем ритме, но она при этом бегает. 

В одном из интервью Елизавета Осетинская говорит: «…А ещё спорт очень дисциплинирует. Ты понимаешь, что у тебя в расписании обязательно должно быть время на тренировку. … Ты начинаешь лучше и эффективнее организовывать свою работу и свой день — выбрасываешь ненужное и фокусируешься на нужном. То есть тупёж в фейсбуке и бессмысленный телефонный разговор в эту систему уже не укладываются.»

Любое дело занимает у человека ровно столько времени, сколько он ему отдает. И если ты знаешь, что у тебя сегодня тренировка, то ты устраиваешь свои дела так, что 2 часа на нее у тебя были, ты убираешь ненужное. И это ситуация обратного влияния: наш мозг влияет на наши спортивные достижения. Мы сами выстраиваем свои жизненные обстоятельства, не они лепят нас. У нас всегда есть выбор – что делать и чего не делать. Стратегия – это дорога, которая ведет к цели. И стратегия точно описывает, что мы делаем, и – очень важно – стратегия подразумевает, что мы делаем то, что ведет нас к цели, и не делаем ничего лишнего.

 

[i] Andrea Shang, Meredith Elman, Ryan Karmouta and Wendy A. Suzuki. Acute Exercise Improves Prefrontal Cortex but not Hippocampal Function in Healthy Adults. Journal of the International Neuropsychological Society (2015), 21, 791–801

[ii] Physical activity and brain development. Gomes da Silva S, Arida RM. Expert Rev Neurother. 2015;15(9):1041-51.

[iii] Brain-Derived Neurotrophic Factor, Depression, and Physical Activity: Making the Neuroplastic Connection.

Phillips C. Neural Plast. 2017;2017:7260130

[iv] Exercise and Mental Health: Many Reasons to Move. Andrea Deslandes et al. Neuropsychobiology 2009;59:191–198

[v] Midlife physical activity is associated with lower incidence of vascular dementia but not Alzheimer’s disease. Oskar Hansson et al. Alzheimers Res Ther. 2019 Oct 20;11(1):87

[vi] Exercise-induced endocannabinoid signaling is modulated by intensity. Raichlen DA, Foster AD, Seillier A, Giuffrida A, Gerdeman GL. Eur J Appl Physiol. 2013 Apr;113(4):869-75