Чрезмерные физические нагрузки могут изменить химический состав мозга

Фото из открытых источников

Чрезмерные физические нагрузки могут изменять химический состав мозга, повышая уровень дофамина в состоянии покоя и давая подсказки относительно проблем со сном, связанных с перетренировкой. Результаты исследования опубликованы в журнале Neuroscience.

Пропуск дня отдыха может показаться хорошим способом получить больше пользы от тренировки. Но чрезмерная нагрузка на организм может также изменить процессы, происходящие в мозге.

У мышей, которые в течение восьми недель выполняли упражнения на беговой дорожке с постепенно возрастающей интенсивностью, уровень дофамина в области мозга, отвечающей за память и настроение, был выше, чем у нетренированных мышей.

Разница проявилась во время их обычного периода отдыха, когда это химическое вещество, помогающее регулировать бдительность и мотивацию, может влиять на их способность успокаиваться.

Уровень серотонина, еще одного химического вещества в мозге, связанного с усталостью после физических упражнений, не показал существенных различий между группами.

Полученные данные могут дать ключ к пониманию того, почему некоторые спортсмены, перетренированные во время тренировок, сообщают о плохом сне и тревожности, хотя исследователи не измеряли ни то, ни другое.

«Наши исследования показывают, что чрезмерные физические нагрузки влияют не только на скелетные мышцы, но и оказывают существенное воздействие на мозг», — сказал Алиссон Луис да Роша из Школы физического воспитания и спорта Университета Сан-Паулу в Рибейран-Прету.

Сначала мыши пять дней привыкали к беговой дорожке. Они бегали по 10 минут в день со скоростью шесть метров в минуту. В первую неделю они бегали по 15 минут со скоростью, составляющей 60% от их максимальной скорости. К пятой неделе беговая дорожка стала иметь уклон 14% вниз, что создает большую нагрузку на мышцы, чем бег по ровной поверхности.

Продолжительность сеансов увеличивалась, а время восстановления сокращалось. К восьмой неделе мыши бегали дважды в день по 75 минут каждый раз, с перерывом всего в четыре часа между сеансами.

Проведение тестов в начале, через четыре недели и в конце программы показало, как этот график повлиял на физическую форму мышей. К середине программы состояние мышей улучшилось, но к концу эти результаты были утрачены.

Через два дня после заключительного теста по бегу исследователи взяли образец ткани из области мозга, называемой гиппокампом. Он отвечает за память и настроение и реагирует на физические нагрузки, в том числе путем роста новых клеток.

Образцы собирали в 18:00, полночь, 6:00 и полдень, используя по четыре мыши из каждой группы в каждое из этих временных промежутков. Лабораторные лампы горели с 6 утра до 6 вечера, освещая дневные часы, когда эти ночные животные обычно отдыхают.

В полдень у мышей, подвергшихся чрезмерной тренировке, в гиппокампе было больше дофамина, чем у нетренированных мышей. У них также было больше тирозингидроксилазы, фермента, который помогает вырабатывать дофамин.

Уровень серотонина оставался примерно одинаковым в обеих группах, поэтому баланс между этими двумя химическими веществами сместился в сторону дофамина. Замеры, проведенные в полдень, показали разницу через 48 часов после заключительного теста, но они не подтвердили, что уровень дофамина оставался высоким в течение этих двух дней.

Отдельная группа из 20 мышей совершила всего один забег ранним вечером. Они бежали со скоростью, составляющей 60% от их максимальной скорости, пока не смогли больше успевать за беговой дорожкой. Уровень дофамина у них также сразу после этого повысился.

Однако уровень фермента, участвующего в выработке дофамина, снизился, как и активность гена, ответственного за его синтез. Исследователи полагают, что такое сочетание может отражать усталость, когда потребность в дофамине опережает работу механизмов, которые его производят.

Они не смогли подтвердить это объяснение, потому что измеряли количество вещества в тканях мозга, а не скорость его выработки мозгом.

После восьми недель интенсивной нагрузки уровень дофамина и фермента повысился через два дня после тестирования. Авторы рассматривают это как возможный признак более длительных изменений, выходящих за рамки непосредственных последствий одной напряженной тренировки.

Идея о том, что серотонин вызывает усталость во время физических упражнений, появилась в 1987 году. Британский биохимик предположил, что повышение уровня серотонина во время длительных тренировок делает нагрузку более ощутимой и побуждает спортсмена остановиться.

Команда ожидала повышения уровня серотонина, или, по крайней мере, его увеличения относительно дофамина. Ни того, ни другого не произошло ни в эксперименте с однократным воздействием, ни в восьминедельной программе.

Чтобы уменьшить вероятность разрушения химического вещества во время работы, исследователи заморозили каждый гиппокамп в течение пяти минут. Исследование на крысах 1989 года, проведенное аналогичным методом, также не выявило изменений в уровне серотонина.

Исследования на людях также вызвали вопросы. Когда финские исследователи провели сканирование сильно перетренированных спортсменов с интервалом в год, они обнаружили схожие закономерности в том, как их мозг обрабатывает серотонин.

Команда также изучила общедоступные генетические данные 71 штамма лабораторных мышей. Они искали закономерности, связанные с геном, который помогает вырабатывать фермент, отвечающий за синтез дофамина. Штаммы с большей активностью этого гена также демонстрировали большую активность генов, участвующих в воспалении.

Мыши этих линий дольше замирали во время теста на страх и проводили меньше времени в открытых участках лабиринта — поведение, которое исследователи связывают с тревожностью. Эти мыши также хуже справлялись с заданием на вращающемся стержне, используемом для проверки равновесия. Такой результат может указывать на ухудшение координации движений.

Однако эти данные были получены от других мышей в состоянии покоя. Команда не измеряла воспаление или поведение у своих тренированных мышей, поэтому этот анализ не может показать, что перетренировка стала причиной этих проблем.

Исследователи не измеряли сон, тревожность или бдительность у мышей, подвергшихся чрезмерной тренировке. Повышенный уровень дофамина в обычный период отдыха может дать ключ к пониманию симптомов у спортсменов, но эта связь еще нуждается в проверке.

Группы были небольшими, по четыре-пять животных в каждый момент отбора проб. Все животные были самцами, а пол может влиять как на регуляцию дофамина, так и на биологические часы. Химические анализы также имели свои ограничения. Они измеряли дофамин в тканях, не показывая, сколько его перешло между клетками мозга или как быстро мозг его расщепил.

Синдром перетренировки — это состояние, диагностируемое у людей. Программа для моделирования бега у мышей имитирует некоторые его аспекты, но не может полностью воспроизвести это состояние.

Серотонин выполняет множество функций в головном мозге, в том числе помогает регулировать сон. Данное исследование предполагает, что исследователям следует также изучить его баланс с дофамином при изучении последствий чрезмерных тренировок.

Другие исследования связывают сигналы мозга с тем, как долго люди могут продолжать тренироваться, часто в течение нескольких минут. Данная работа поднимает другой вопрос: что происходит с химическим составом мозга после нескольких недель тренировок без достаточного восстановления?

Координатор исследования Аделино Санчес Рамос да Силва заявил, что аналогичные изменения у людей могут помочь объяснить связь между чрезмерными тренировками, регуляцией работы мозга и проблемами со сном.

В настоящее время его группа работает над международным проектом по выявлению того, какие биологические системы первыми перестают получать привычную пользу от физических упражнений.

* Информация представлена исключительно в ознакомительных целях и не служит рекомендацией для лечения заболеваний