Jak bieganie wpływa na Twój mózg?

Nie trzeba być uczonym – wystarczy biegać, żeby wiedzieć, że ruch rozjaśnia umysł jak mało co. Jednak naukowcy, na czele z neurobiologami, wiedzą dziś przede wszystkim, jak mało wciąż na ten temat wiedzą. Badania nad wpływem biegania na mózg wciąż są w powijakach i chociaż niektóre z mechanizmów rozumiemy, to wielu wciąż jeszcze nie.

Liczne grono uznanych naukowców stale opracowuje nowe, zmyślne eksperymenty, ale badania bywają ograniczane przez pewne oczywiste bariery. Nie da się np. biegać w aparacie do rezonansu magnetycznego. Nie można też przekroić mózgu biegacza, żeby sprawdzić, ile powstało nowych komórek (w każdym razie nie zgłosiłoby się wielu chętnych). Wciąż jednak, mimo pewnych ograniczeń, ostatnie dekady obfitowały w nową wiedzę. To, co dziś wiemy o mózgach biegaczy, i tak rozsadza umysł.

Od biegania rośnie mózg

W 1999 roku naukowcy z Salk Institute w Kalifornii dokonali zaskakującego odkrycia: myszy, którym dano dostęp do kołowrotka, w którym mogły biegać, rozwinęły większe mózgi niż myszy, które nie biegały. Ich mózgi faktycznie urosły i w konsekwencji wypadały dużo lepiej w testach na pamięć niż pozostałe gryzonie w laboratorium. Od tamtej pory naukowcy próbowali zrozumieć mechanizm, który za to odpowiadał, i dowiedzieć się, jak wygląda to u ludzi.

Bieganie wywołuje łańcuch reakcji w organizmie i mózgu, będących ze sobą we wzajemnej, złożonej zależności: zwiększa się przepływ krwi do mózgu, rozwija sieć naczyń odżywiających go, zwiększają się poziomy niektórych hormonów. Ale najważniejszym procesem są narodziny nowych neuronów – podstawowych jednostek układu nerwowego.

Przyjście na świat takich „bobasów” cieszy tym bardziej, że kilkadziesiąt lat temu nie wierzono, że to może mieć miejsce w organizmie dorosłego człowieka. Dziś wiemy, że nie tylko może, ale też że ćwiczenia ten proces stymulują. Późniejsze badania wykazały, że wysiłek fizyczny podnosi poziom białka – neurotroficznego czynnika pochodzenia mózgowego (BDNF), które stymuluje powstawanie nowych neuronów.

Badania na biegających dwunożnych, prowadzone przez University of Illinois, wykazały, że 9- i 10-letnie dzieci o wyższym poziomie aktywności miały większe hipokampy – struktury w mózgu, kluczowe dla formowania pamięci i nawigacji w przestrzeni, szczególnie podatne na upływ czasu i choroby neurodegeneracyjne. Sprawniejsze dzieci lepiej radziły sobie z zadaniami pamięciowymi i wydaje się, że jest bezpośredni związek między kondycją fizyczną a strukturą i działaniem młodych mózgów przed okresem dojrzewania.

Biegania hamuje demencję

Sprawa dotyczy jednak nie tylko dzieci. Wiele badań pokazuje, że wysiłki aerobowe poprawiają pamięć, koncentrację, umiejętność podejmowania decyzji i radzenia sobie z wieloma zadaniami naraz, a co najważniejsze, nigdy nie jest za późno, żeby odnosić z tego korzyści. Nagroda za wysiłek przychodzi szybko: badania z 2015 roku wykazały wzrost hipokampu u dorosłych po zaledwie 6 tygodniach regularnych ćwiczeń.

Bieganie nie tylko sprawia, że nasz mózg – jak komputer – to lepszy sprzęt, ale też lepsze oprogramowanie, które poprawia szybkie zapamiętywanie. Badania przeprowadzone na osobach studiujących języki pokazały, że ćwiczenia w czasie powtórek materiałów pomogły im utrwalić słownictwo. Jest też wiele dowodów na to, że aktywność pomaga zwalczać związaną z wiekiem demencję.

Naukowcy z Salk Institute odkryli, że trening aerobowy zwiększył rozmiar części hipokampu u starszych dorosłych, prowadząc do 2-procentowej poprawy orientacji przestrzennej. Badania pokazały, że nawet u dorosłych z chorobami degeneracyjnymi, jak choroba Alzheimera, ruch ma korzystny wpływ na funkcje poznawcze.

Prof. Teresa Liu-Ambrose z kanadyjskiego University of British Columbia, prowadząc badania nad wpływem treningu wytrzymałościowego i oporowego na kobiety w wieku 70 i 80 lat, które już doświadczały lekkich oznak demencji, była zaskoczona rezultatami. Naukowcy w najlepszym razie spodziewali się zaobserwowania spowolnienia zmian, ale zamiast nich udokumentowali realną i mierzalną poprawę. Obie aktywne grupy wypadały lepiej w testach pamięci przestrzennej, ale osoby ćwiczące wytrzymałościowo wykazały większą poprawę pamięci werbalnej.

Trenuj mądrze, a będziesz mądrzejszy

Czy zwiększanie kilometrażu może zwiększyć korzyści dla mózgu? Czy powyżej jakiegoś dystansu przestajemy czerpać zyski dla naszych komputerów pokładowych? „Tak właściwie to tego nie wiemy – mówi Liu-Ambrose. – Dowody sugerują, że jest pewna linearna relacja, więc im więcej ćwiczysz, tym więcej być może zyskujesz”. Ale z pewnością jest jakiś punkt, powyżej którego korzyści ubywa albo ryzykujemy mentalne przeciążenie – w przeciwnym razie wszyscy biegacze należeliby do Mensy, a ultramaratończycy prześcigaliby Einsteina.

„Pracowałam ze sportowcami na wysokim poziomie i zawsze istnieje obawa o przetrenowanie, kiedy trening zaczyna być stresorem. Wiemy, że dla zdrowia mózgu potrzebne jest holistyczne podejście do stylu życia: regularne ćwiczenia, wystarczająca ilość dobrej jakości snu, zdrowe odżywianie plus dobre zarządzanie stresem. Częste dawki umiarkowanych ilości aktywności są prawdopodobnie na dłuższą metę najlepsze, a dla maksymalnych benefitów aktywność musi być nawykiem utrzymywanym przez całą długość życia” – mówi Liu-Ambrose.

Oto ekstremalny przykład. W 2012 roku niemieccy naukowcy wykonali rezonans magnetyczny śmiałkom przed Trans Europe Foot Race, wyścigu na dystansie 4487 km, który jego uczestnicy pokonują w 62 dni. Jak można się było spodziewać, biegacze stracili podczas wyzwania znacznie na masie. Bardziej zaskakujące i niepokojące było, że ich mózgi również się skurczyły o średnio 6%. A biorąc pod uwagę, że z wiekiem tracimy ok. 0,2% mózgu rocznie, nie wyglądało to dobrze. Na szczęście wszystko skończyło się happy endem: skany mózgu po 8 miesiącach od wyścigu wykazały, że objętość szarych komórek wróciła do normy i nie zaobserwowano w nich żadnych trwałych zmian.

Nie ma jednoznacznych danych mówiących, jak daleko czy długo biegać, by osiągnąć optimum korzyści, ale wszystko wskazuje na to, że lepiej unikać ekstremum. Niektóre badania sugerują, że nawet nie trzeba się mocno napocić, aby uzyskać neuroprotekcyjne korzyści, ale inne mówią, że im mocniejszy wycisk sobie zafundujesz, tym więcej masz zysku.

To ważny obszar dla przyszłych badań – np. większość dotychczasowych przyglądała się jedynie wysiłkom o umiarkowanej intensywności, a nie treningowi o wysokiej intensywności. Jak na razie pozostaje nam cieszyć się z tego, że – wg badań – jakimkolwiek biegaczem jesteś, to zdecydowanie odnosisz korzyści dla umysłu i ciała. Koniec więc z zastanawianiem się, czy biegać, czy nie.

Euforia biegacza

Każdy biegacz ma swoje własne doświadczenia z osławioną euforią biegacza. Dla niektórych to intensywna chwila uniesienia. Inni doświadczają jej łagodniejszego, ale trwającego dłużej blasku, a część mieszanki obu wrażeń. Wielu biegaczy zna to uczucie odlatywania na długim dystansie: ciało pokonuje trasę, ale umysł szybuje gdzieś indziej. Albo zdarzyło się nam, że pozornie trudny problem nagle gdzieś po drodze znalazł proste rozwiązanie.

Ten stan medytacji, którego doświadczyliśmy w pobliskim parku albo na trasie wymarzonego egzotycznego maratonu, nie jest iluzją, a badaną przez naukowców hipotezą przejściowej hipofrontalności. Pod tym mało chwytliwym szyldem kryje się przypuszczenie, że mózg traktuje priorytetowo obszary potrzebne w trakcie biegu kosztem tych służących analitycznemu myśleniu, zlokalizowanych w korze przedczołowej. Jest ona jeśli nie wyłączana, to wprowadzana w stan uśpienia.

Badania naukowców z University of Arizona skanowały i porównywały mózgi zawodników cross country i ludzi prowadzących siedzący tryb życia, co przyniosło ciekawe dowody na efekt sterowania działaniem mózgu przez bieganie.

„Odkryliśmy różnice w tym, co określamy spoczynkową łącznością funkcjonalną – mówi prof. David Raichlen. – To obszary mózgu, które aktywują się wspólnie. Znaleźliśmy różnice sugerujące, że biegacze mają niektóre połączenia silniejsze, zwłaszcza w rejonach związanych z funkcjami wykonawczymi, planowaniem i podejmowaniem decyzji”.

Były też obszary mózgu biegaczy, które się nie aktywowały, zwłaszcza te znane jako DMN (z ang. default mode network, co tłumaczy się m.in. jako sieć wzbudzeń podstawowych). To struktury, które uruchamiają się, kiedy siedzimy bezczynnie, „bujając w obłokach” – kiedy nasze myśli błądzą, w mózgu zachodzą procesy przetwarzania informacji. Jej częsta aktywność ma związek z niższym poczuciem szczęścia, a nadaktywność tej sieci spoczynkowej może mieć związek z występowaniem depresji. Zatem euforia biegacza może wynikać częściowo z niezwykłej zdolności biegania do odłączania nas od procesów nadmiernego analizowania najdrobniejszych nawet informacji.

Z biochemicznego i neurologicznego punktu widzenia okołowysiłkowe bycie na haju do niedawna wiązano z podwyższonym poziomem endorfin. Są one, co powszechnie wiadomo, uznawane za hormony szczęścia, a kiedy pojawiła się ta teoria, wielu zaczęło traktować bieganie jak jeden z opioidów. Badania z lat 80. wykazały zwiększony poziom endorfin dzięki bieganiu długodystansowemu. Jako że ten wzrost był związany z pozytywną zmianą nastroju, teoria głosiła, że właśnie endorfiny muszą być odpowiedzialne za euforię biegacza.

Było tylko jedno ale. Endorfiny rzeczywiście mogły krążyć żwawiej w ciele, ale ludzie posiadają barierę krew – mózg, oddzielającą mózg od naczyń krwionośnych, co chroni układ nerwowy przed potencjalnymi substancjami toksycznymi. Zatem czy endorfiny pokonywały tę barierę?

Przez długi czas nie było możliwości sprawdzenia tego. Jednak podczas niedawnych niemieckich badań biegaczom podano substancję z radioaktywnym znacznikiem, która wiąże się z receptorami odpowiednimi dla endorfin w mózgu, po czym wysłano ich na dwugodzinny bieg. Za pomocą detektora promieniowania 3D śledzono ilość endorfin absorbowanych do odpowiednich obszarów mózgu, potwierdzając, że endogenne opioidy znajdują się w mózgu po długotrwałym bieganiu, mogąc ściśle korelować z odczuwaną euforią.

Kiedy wydawało się, że sprawa jest zamknięta, do gry weszły inne związki chemiczne. Endokannabinoidy to neurotransmitery przyczepiające się do receptorów kannabinoidowych w mózgu. Kannabinoidy są też substancjami aktywnymi konopii, więc można się domyślić, jaki efekt wywołują: łagodzenie bólu, rozluźnienie i redukcja stresu. Do tego, w odróżnieniu od endorfin, endokannabinoidy nie mają problemu z przekraczaniem bariery krew – mózg.

System endokannabinoidów jest celem badań od stosunkowo niedawna. Jedne z nich, prowadzone przez uniwersytet w Heidelbergu (Niemcy), wykazały, że myszy, które biegały, miały podwyższony poziom obu związków: endorfin i endokannabinoidów. W efekcie gryzonie te były mniej niespokojne, mniej wrażliwe na ból i ogólnie szczęśliwsze.

Naukowcy z Pennsylvania State University postanowili definitywnie rozstrzygnąć, czy euforia biegacza wynika z działania endorfin czy endokannabinoidów. Badacze analizowali mikroRNA – molekuły regulujące w mózgu ekspresję genów w komórkach. Przyglądając się im, naukowcy mogli ustalić, które ścieżki w mózgu rzeczywiście są aktywne podczas biegowego haju. Dr Steven Hicks, były biegacz, zwerbował do badań grupę zawodników wykazujących symptomy euforii biegacza. Zestawiając ich wyniki z grupą 12 badanych niedoświadczających takich stanów, wykazano w próbkach wyraźne różnice.

W sześciu badanych mikroRNA stwierdzono znaczące zmiany – dotyczyły one grupy doświadczającej powysiłkowej euforii, i niektóre z nich związane były z działaniem endorfin. Jednak w innych zaobserwowano procesy z udziałem endokannabinoidów, a w jeszcze innych odpowiedź neurotransmiterów związanych z uspokojeniem czy raczej efektem uspokajającym, który wywołują leki takie jak benzodiazepiny. Mówiąc krótko: wszystkie teorie okazują się być prawdziwe.

Wydaje się więc, że euforia biegacza może mieć różne źródła i u każdego przebiegać indywidualnie. A to, czy w ogóle się pojawi, może wynikać z szeregu czynników: od poziomu wytrenowania i oczekiwań, przez płeć, po profil genetyczny.

Nie dźwigasz na darmo

Jak zapewne dobrze wiesz, trening siłowy może poprawić biegowe wyniki i pomóc zapobiegać kontuzjom lub je rehabilitować, ale wzmacnia nie tylko mięśnie, lecz także umysł. Brazylijscy naukowcy podzielili szczury na grupę biegającą i ćwiczącą siłowo – u obu zaobserwowano poprawę wyników w testach pamięci. Biegające gryzonie miały do tego podwyższony poziom neurotroficznego czynnika pochodzenia mózgowego (BDNF). Grupa poddana ćwiczeniom siłowym miała znacznie wyższy poziom innego białka – insulinopodobnego czynnika wzrostu (IGF), które jak BDNF wspiera powstawanie nowych komórek mózgowych.

Dalsze badania prowadzone na University of British Columbia w Kanadzie wykazały, że zarówno trening aerobowy, jak i siłowy przyniosły zauważalną poprawę u starszych kobiet z pogorszeniem funkcji poznawczych. „Coraz lepiej poznajemy wpływ treningu oporowego na zdrowie mózgu. Jest mniej przebadany, ale to, co do tej pory wykazano, sugeruje, że również przynosi benefity” – mówi autorka badań Teresa Liu-Ambrose.

Chociaż obydwa rodzaje aktywności przynoszą korzyści, to mechanizmy ich działania się różnią. To kolejny dowód na to, że mądrym posunięciem jest zamiana od czasu do czasu butów biegowych na hantle.

Wybiegnij myślą naprzód

Jako biegacze mamy się z czego cieszyć – to, co lubimy robić, ma korzystny wpływ na nasze szare komórki. Ale co z tymi, którzy nie mogą albo nie chcą biegać? Czy badacze będą w stanie zamknąć w formie tabletki benefity dla mózgu, które zapewnia wysiłek? Np. niektóre antydepresanty, jak fluoksetyna (znana szerzej jako prozak), też mogą stymulować powstawanie nowych komórek nerwowych i redukować pewne niepokoje, podobnie jak bieganie. Czy zatem teoretycznie jest możliwość, że jakiś lek będzie w stanie imitować zbawienne efekty biegania? Posłużmy się słowami prof. Teda Garlanda z University of California, który napisał kiedyś w artykule do „New Yorkera”, co powinniśmy robić, by ludzie zaczęli ćwiczyć:

„Pewnie można wynajdować tabletki, które wspomogą nasz system tu i ówdzie. Ale korzyści z aktywności dotykają niemal każdego elementu organizmu. Więc zamiast wykorzystywać wszystkie zasoby na tworzenie tabletek, które będą zastępować coś, co jest tanie i proste do zrobienia, dlaczego nie szukać sposobów, żeby ułatwić ludziom ruszenie się z miejsca? Nie chodzi o to, żeby sprawić, że każdy przebiegnie maraton – najwięcej korzyści wynika ze zmiany z siedzącego na aktywny tryb życia”.

Wciąż jest wiele do zbadania w temacie ćwiczeń i biegania. Prof. David Raichlen mówi: „Wiemy, że możemy zmienić mózg, ćwicząc, ale nie rozumiemy mechanizmów za tym stojących, jak przebiegają te procesy u ludzi. Czy kiedyś w pełni pojmiemy, co się dzieje na poziomie molekularnym, co się dzieje podczas aktywności i jak to wpływa na mózg? To będzie dla nas święty Graal”.

Wciąż też nie wiemy, dlaczego ludzie reagują w różny sposób, jak w eksperymencie dr. Hicksa. Jeśli udałoby się to rozpracować, można by „przepisywać” aktywność jak leki w bardziej indywidualny sposób. Pozostaje też pytanie: dlaczego bieganie jest tak dobre dla szarych komórek? Istnieje ewolucyjna hipoteza, mówiąca, że dla myśliwych-zbieraczy aktywność była częścią codzienności: będąc w ruchu, uruchamiali funkcje poznawcze, nieustannie korzystali z pamięci i orientacji przestrzennej czy nawigacji oraz musieli podejmować decyzje. Może to tłumaczyć, dlaczego bieganie współczesnego człowieka wywołuje szereg takich pozytywnych zmian, i to nie tylko na układ nerwowy.

„Twój układ sercowo-naczyniowy odpowiada na trening aerobowy, bo systematycznie zmuszasz go do poprawiania jego sprawności – mówi Raichlen. – Tak się właśnie adaptuje. Podobnie jest z kośćmi czy mięśniami. Dajesz im coraz większe obciążenia, a one się wzmacniają i do nich przyzwyczajają. Tak samo jest z mózgiem. Mechanizm jest podobny, chociaż w każdym układzie odpowiadają za to różne mechanizmy”.

Jest zatem o czym myśleć podczas kolejnego biegu...

Przemyślany ruch

Oto kluczowe obszary, w których spotykają się bieganie i mózg:

• Kora przedczołowa. To obszar odpowiedzialny za funkcje wykonawcze, jak planowanie i analizowanie. Jego dysfunkcje wiąże się z depresją, a bieganie z kolei z tłumieniem nadmiernej aktywności tego rejonu.

• Hipokamp. Obszar odpowiedzialny za uczenie sięi formowanie pamięci. To również, według niektórych uczonych, miejsce formowania nowych neuronów (neurogenezy), które może być stymulowane przez bieganie.

• Płat ciemieniowy. Rejon związany głównie z orientacją przestrzenną i przetwarzaniem informacji z narządów zmysłu (jak wtedy, kiedy czujesz, że pora zdjąć jedną warstwę) oraz odbieraniem wrażeń bólowych.

• Płat potyliczny. Obszar odpowiedzialny za przetwarzanie danych percepcji wzrokowej, czyli np. nadawanie sensu temu, co widzimy – kluczowe przy nawigowaniu podczas biegu w terenie.

• Móżdżek. Ta struktura odbiera informacje z narządów zmysłu i reguluje funkcje motoryczne, w tym zachowanie postawy, równowagi i koordynacji podczas biegu.

Warto przeczytać:

• Umysł ostrzy się w biegu: zbawienny wpływ sportu na psychikę

• Trening mentalny biegacza: jak ćwiczyć silną wolę?

RW 11-12/2020