Jak bieganie chroni mózg przed depresją?

To, że bieganie (jak i inne ćwiczenia fizyczne) bardzo efektywnie przeciwdziałają depresji wiemy już od dawna. Do dzisiaj nie wiadomo jednak, jakie mechanizmy się za tym kryją. Czy jest to spowodowane lepszym działaniem układu krążenia? A może działają tu psychologiczne i socjologiczne czynniki związane z byciem zdrowszym, sprawniejszym, częścią grupy? A może są jakieś chemiczne produkty, produkowane w mózgu podczas ćwiczeń, które zwalczają depresję? Okazuje się, że żadne z powyższych. Nadrzędny wpływ mogą mieć produkowane przez mięśnie składniki, które przedostają się do mózgu. A raczej blokują przedostawanie się tam pewnych substancji, chroniąc tym samym przed rozwojem depresji.

Do dziś nie znamy wszystkich dobroczynnych mechanizmy wywoływanych przez ćwiczenia fizyczne, jednak pojawiła się bardzo ciekawa teoria, która stara się wyjaśnić jeden z nich. W badaniach przeprowadzonych przez Instytut Karolinska ze Sztokholmu naukowcy w interesujący sposób wyjaśniają, w jaki sposób ćwiczenia wywołują zmiany w mięśniach szkieletowych. Dzięki temu działaniu odpowiednie enzymy oczyszczają krew z substancji szkodliwych dla mózgu, akumulujących się podczas chronicznego stresu. Co prawda badania przeprowadzono na myszach, a testy na wolontariuszach dopiero są planowane, ale myślę, że dostępne wyniki są warte uwagi. Badania opublikowano w prestiżowym czasopiśmie naukowym „Cell” pod koniec ubiegłego roku.

Depresja jest bardzo złożoną i wieloaspektową chorobą. Istnieje też wiele czynników, które mają na nią wpływ. Główna hipoteza przedstawiana w opisywanych tu badaniach wyznacza zupełnie inną metodę działania, niż podawane wcześniej teorie o produkowaniu w mózgu substancji chemicznych. Wiemy, że istnieją związki chemiczne nazwane kynureninami, produkowane głównie w wątrobie w odpowiedzi na stres. Stamtąd z krwią przedostają się one do mózgu, gdzie powodują (wspólnie z innymi czynnikami) stan zapalny, niszczenie komórek nerwowych, a w konsekwencji depresję. Ćwiczenia fizyczne powodują, że mięśnie zwiększają poziom białek zwanych PGC-1α1, które w efekcie powodują wyższy poziom enzymu zmieniającego kynureninę w kwas kynureninowy. Kluczową różnicą jest to, że ten ostatni związek nie jest w stanie przekroczyć bariery krew-mózg, więc nie może dostać się do mózgu i powodować swoich destrukcyjnych działań.  

W skrócie: stres produkuje kynureninę, która może prowadzić do depresji, ale ćwiczenia pozwalają na zamianę kynureniny w nieszkodliwą substancję. Tym samym ćwiczenia prowadzą do większej odporności na indukowaną stresem depresję. Badania zawierają grafikę, mającą zilustrować ten proces:

KYN oznacza kynurenine, KYNA to kwas kynureninowy.

Badacze z Instytutu Karolinska podają, że myszy z wyższym poziomem PGC-1α1 w mięśniach mają także wyższy poziom enzymu nazywanego aminotransferazą kynureninową (KAT). Białko PGC-1α1 przejawia wiele różnych działań. M. in. promuje wzrost naczyń krwionośnych, zwiększa efektywność użycia energii przez komórki, wspiera oksydację kwasów tłuszczowych, chroni przed atrofią mięśniową.

KAT zamienia substancje wytwarzane podczas stresu (kynureninę) w kwas kynureninowy (KYNA) – substancję która nie może przedostać się z krwi do mózgu. Dokładna funkcja kynureniny (KYN) nie jest znana, ale jej wysoki poziom występuje u pacjentów z zaburzeniami psychicznymi. KYNA natomiast posiada działanie przeciwdrgawkowe i neuroprotekcyjne. Opisywane są także różnice w jego stężeniu w przebiegu takich chorób jak choroba Alzheimera, choroba Parkinsona, choroba Huntingtona, padaczka, choroba afektywna dwubiegunowa, depresja czy schizofrenia. Wyjaśnienie procesów zachodzących w szlaku przemian kwasu kynureninowego może wyjaśnić również, dlaczego depresja jest powszechniejsza u cukrzyków, osób z zaburzeniami nastroju, a także dlaczego wydaje się istnieć silny związek między otyłością i depresją. Myszy chorujące na cukrzycę i otyłe (albo mające jedno i drugie schorzenie) miały niższy poziom PGC-1a1 w swoich mięśniach. Prawdopodobnie brak równowagi pomiędzy poziomem PGC-1a1 i kynureniną może powodować wiele związanych z nim chorób.

„Kopiąc głębiej” odkryto, że gen kodujący białko PGC-1α1 kontroluje etap mięśniowego metabolizmu, gdzie tryptofan jest jednym z jego metabolitów, a kynurenina (KYN) jest przekształcana w kwas kynurenowy (KA). Wcześniejsze badania wykazywały związek KYN ze stanem zapalnym obserwowanym w mózgu, który jest związany z depresją, schozofrenią i ich symptomami. Poza mózgiem, wątroba zamienia tryptofan na KYN w czasie stresu, a KYN może przekraczać barierę krew-mózg powodując odpowiedź zapalną w mózgu.  

Naukowcy starali się tłumaczyć te hipotezy przez kilka odmiennych eksperymentów. Najpierw wystawiono zmodyfikowane genetycznie myszy z wysoką zawartością białek PGC-1α1 (jak i grupę kontrolą zwykłych myszy) na kilka średnio stresujących czynników (hałas, migające światło, zmiany rytmów dobowych – brak snu), aby spowodować u nich efekty depresji. Po pięciu tygodniach łagodnego stresu zwykłe myszy przejawiały zachowania depresyjne, podczas gdy zmodyfikowane genetycznie (z cechami dobrze wytrenowanych mięśni, ale nawet niećwiczące) nie miały symptomów depresyjnych. Dodatkowo, w kolejnym badaniu przez iniekcje kynureniny celowo wywoływano u myszy depresję. Co ciekawe, dzięki ćwiczeniom u myszy zwiększał się poziom enzymów zmieniających kynureniny w kwas kynureninowy, wytwarzając skuteczny mechanizm ochronny. Zwierzęta te nie miały więc zwiększonego poziomu kynureniny we krwi. Udowodniono też, że poziom białka PGC-1α1 wzrasta w mięśniach szkieletowych podczas ćwiczeń. Tłumaczy to działanie ćwiczeń w traktowaniu depresji.

„W kategoriach neurobiologicznych ciągle nie da się precyzyjnie wyjaśnić, czym jest depresja. Nasze badania przedstawiają kolejny element tej zagadki, ponieważ wyjaśniają ochronne działanie  biochemiczne powodowane przez ćwiczenia fizyczne. Mogą one tym samym chronić mózg przed szkodliwymi skutkami stresu” – mówi Mia Lindskog z Zakładu Neurobiologii w Instytucie Karolinska.

„Nasze wstępne hipotezy polegały na tym, że wytrenowane mięśnie produkują substancje, które mają dobroczynny wpływ na działanie mózgu. W rzeczywistości okazało się, że jest na odwrót: dobrze wytrenowane mięśnie produkują enzymy, które oczyszczają ciało ze szkodzących substancji. W tym kontekście funkcje mięśni można porównać do działania nerek lub wątroby” – mówi Jorge Ruas, kierownik projektu w Departamencie Fizjologii i Farmakologii Instytutu Karolińska.

„Możliwe, że otworzy to zupełnie nowe możliwości postępowania farmakologicznego w depresji. Próby powinny kierować się w stronę zwiększania funkcji mięśni szkieletowych, a nie bezpośrednią pracą mózgu. Mięśnie szkieletowe mogą działać detoksykacyjnie, jeśli zostaną odpowiedni aktywowane, chroniąc mózg przed szkodliwym dzianiem stresu i chorób psychicznych” –  mówi dalej Jorge Ruas.

Badania te zdają się potwierdzać odwieczne powiedzenie, że „w zdrowym ciele zdrowy duch”. Może nie są to jeszcze twarde dowody na opisane tu teorie, ale na pewno są to mocne sugestie, jak ruch chroni mózg przed uszkodzeniami i pomaga w walce z depresją. Badania tłumaczą jednocześnie, jak organizm może sobie z tymi zagrożeniami radzić. Wywoływana przez chroniczny stres depresja to ciągle bardzo poważny problem. Jak podaje Światowa Organizacja Zdrowia (WHO), choruje na nią ponad 350 milionów ludzi na świecie. Dzięki tym badaniom mamy kolejny dowód, że ćwiczenia powodują nie tylko wiele korzyści związanych ze sferą umysłu, takich jak wzrost poziomu endorfin, endokannaboidów, BDNF (neurotropowego czynnika pochodzenia mózgowego), poprawę nastroju, ale i mogą pomagać leczyć depresję. Ruch gra też fundamentalną rolę w odporności mózgu na stres. Jeśli badania te potwierdzą się, w niektórych przypadkach będzie można zmniejszyć użycie farmakologii (antydepresantów), a z czasem nawet wyeliminować je. A zanim depresja w ogóle się pojawi, warto jej przeciwdziałać przez regularną aktywność fizyczną,.

Źródła:
Ruas L. et al., Skeletal Muscle PGC-1a1 Modulates Kynurenine Metabolism and Mediates Resilience to Stress-Induced Depression Cell

Karakuła-Juchnowicz K. i wsp. „Nowe perspektywy w leczeniu przeciwpsychotycznym – znaczenie szlaku kynureninowego”  Psychiatr. Pol. 2014; 48(6):1167–1177