Всем привет! Это уже вторая часть моего обзора на зарубежную статью (DOI: 10.1073/pnas.1205535109), посвященную изучению механизмов изменения мозговой активности добровольными физическими упражнениями, в частности - бегом. В прошлой части мы говорили о нейропластичности и нейрогенезе, а сегодня рассмотрим, как бег оказывает антидепрессивное воздействие на мозг.
Для начала разберемся с самим понятием депрессии. Это состояние, характеризующееся устойчиво угнетенным настроением и снижением психической активности. Стоит сказать, что в настоящее время в научном пространстве нет согласия в вопросе точного описания патогенеза депрессивного расстройства человека.
Однако мы будем рассматривать изложенную в статье информацию в рамках самой жизнеспособной на мой взгляд гипотезы развития этого заболевания - а именно, нейротрофической гипотезы.
В прошлой части мы рассматривали механизмы нейропластичности, которые развиваются в мозге при ежедневных добровольных беговых упражнениях. Если вы не читали первую часть, то настоятельно рекомендую с ней ознакомиться. В кратце под нейропластичностью понимается увеличение количества нейронов, т.е. нейрогенез, а также дендритное ветвление, т.е. разрастание дендритов - отростков нервных клеток, образующий связи с другими нейронами.
Итак, мы уже выяснили, что в у экспериментальных крыс, бегавших в колесе на протяжении 28 дней, в мозге повышалась экспрессия двух нейротрофический факторов: Mif (macrophage migration inhibitory factor = фактор, ингибирующий миграцию макрофагов) и Bdnf (brain-derived neurotrophic factor = нейротрофический фактор мозга).
Еще раз коротко поясню терминологию. Экспрессией в биологии называют реализацию наследственной информации. Эта информация закодирована в определенной последовательности нуклеотидов в ДНК (как двоичный код, только в данном случае он четвертичный). Расшифровкой кода занимаются молекулы РНК, которые считывают информацию с ДНК и переносят ее из ядра клетки, где она хранится, в "сборочный цех" за пределами ядра - на рибосомы. РНК "показывает" рибосомам шаблон необходимого клетке продукта, после чего происходит его синтез. Далее для наглядности привожу схему:
Как видно из схемы, экспрессия состоит из двух этапов: транскрипции и трансляции. Соответственно, индукция экспрессии - это увеличение продукта на каждом из них (т.е. и увеличение количества РНК, и ускорение сборки белка на рибосомах).
Теперь вернемся к патогенезу депрессии. Нейротрофическая гипотеза гласит, что дефицит различных нейротрофических факторов вызывает разрыв нейронных связей в головном мозге. В частности, нарушается связь, а следовательно обмен информацией между тремя основными отделами мозга: префронтальной корой, миндалевидным телом и гиппокампом. Для понимания процесса немного упростим функционал этих структур и скажем, что Гиппокамп отвечает за память, Миндалина - за чувства страха и тревоги, а Префронтальная кора - за обработку информации и формирование адекватного поведенческого ответа на основе опыта и сформированных самим человеком инструкций.
Соответственно, при недостатке нейротрофинов, возникающим по разным причинам, обрываются связи между этими отделами мозга, и их функционирование становится неадекватным.
Более того, при недостатке нейротрофинов нарушается межнейрональная передача в и без того малочисленных цепочках нервных клеток. Дело в том, что нейроны контактируют между собой при помощи своих отростков: дендритов и аксона. Само место контакта отростков двух соседних клеток называется синапс.
Синапс представлен двумя клеточными мембранами и синаптической щелью. Передача сигнала происходит посредством выброса специальных химических соединений - медиаторов через мембрану "говорящего" нейрона в синаптическую щель. На мембране "слушающего" нейрона находятся специальные рецепторы к медиаторам, при контакте с которыми происходит активация нервной клетки и передача сигнала далее. Схема синапса:
Итак, при депрессивном расстройстве в оставшихся нейронных контактах выделяется мало нейромедиаторов, таких как Серотонин. Соответственно, возбуждение не проходит по цепочке нейронов из-за того, что выбрасываемого количества серотонина недостаточно для возбуждения следующей клетки.
Стоит сказать, что большинство существующих антидепрессантов, например Флуоксетин, направлены как раз на то, чтобы просто увеличить количество медиатора в синаптической щели. То есть не на причину, а на следствие!
В прошлой части мы уже разобрались, что Mif и Bdnf, экспрессия которых увеличивается при добровольном беге, запускают процессы нейрогенеза и дендритного ветвления. Это значит, что эти нейротрофины противодействуют разрыву связей между нейронами, а также стимулируют образование новых.
Однако в исследовании также было доказано, что Mif дополнительно активирует биохимические реакции производства новых нейромедиаторов, в частности Серотонина. Происходит это путем индукции экспрессии ферментов, необходимых для его синтеза, в частности Tph2 (Триптофангидроксилаза-2).
На диаграмме показаны уровни экспрессии ключевого фермента в синтезе Серотонина - Tph-2, у крыс, которые вели сидячий образ жизни (черный столбик) и ежедневно бегавших в колесе (белый). Наглядно видно, что бег приводил к увеличению экспрессии этого фермента.
При чем нейротрофин Mif играет ключевую роль в индукции экспрессии этого фермента, что доказывается опытом, в котором Mif был заблокирован препаратами.
Из диаграммы видно, что уровень экспрессии Tph-2 у Mif-отрицательных крыс был одинаковый у сидячей и тренировавшейся группы и при этом заметно ниже, чем у Mif-положительных крыс.
Кроме того, были проведены измерения уровня самого Серотонина в клеточной культуре, после инъекции Mif. Установлено, что концентрация нейромедиатора постепенно повышается и достигает пика через 36 часов после введения нейротрофина. Это означает, что Mif вызывает долгосрочные изменения в ферментной системе клеток, направленные на увеличение синтеза медиатора.
И на последок для доказательства антидепрессивного действия Mif был проведен тест на принудительное плавание по Порсолту (или поведенческий тест на отчаяние). Суть его заключается в том, что крысу на 5 минут помещают в глубокий цилиндр, наполненный водой, из которого она не может выбраться самостоятельно. После этого засекают время, в течение которого крыса "барахтается", пытаясь выбраться (Mobility). В какой-то момент животное "сдается" и оставляет попытки выбраться, оставаясь неподвижным на поверхности воды (Immobility).
Смысл теста в том, что чем сильнее антидепрессивное действие препарата или, как в нашем случае, бега, тем дольше крыса будет барахтаться, пытаясь выбраться.
Для этого теста животных разделили на 2 группы, по 2 подгруппы в каждой:
KO - Mif-отрицательные крысы, т.е. животные у которых Mif был заблокирован препаратами
Sedentary - ведущие сидячий образ жизни
Exercise - ежедневно бегавшие в колесе на протяжении 28 дней
WT - Mif-положительные крысы, т.е. обычные
Sedentary - ведущие сидячий образ жизни
Exercise - ежедневно бегавшие в колесе на протяжении 28 дней
Результат теста показал, что группа KO, т.е. крысы с заблокированным нейротрофином Mif, меньше всех оставались подвижными и быстро "отчаивались", переставая плавать.
Их конкуренты из группы WT показали куда лучшие результаты. При чем ежедневно бегавшая группа оставалась подвижна куда дольше чем ведущая сидячий образ жизни (150 секунд против 100 соответственно).
Это говорит о том, что бег действительно оказывает антидепрессивное действие на мозг, что укладывается в нейротрофическую гипотезу депрессии.
Согласно нейротрофической гипотезе патогенез депрессии вызывается дефицитом нейротрофических факторов (таких как Mif и Bdnf);
Дефицит нейротрофинов приводит к разрыву связей в мозге, а также к недостатку нейромедиаторов, что проявляется неадекватной работой отделов головного мозга;
Ежедневные добровольные физические упражнения влекут за собой увеличение экспрессии нейротрофинов, главным образом - Mif;
Это приводит к прямому антидепрессивном эффекту, который согласуется с положениями нейротрофической гипотезы и подтверждается поведенческим тестом по Порсолту.
Друзья, спасибо, что дочитали до конца. Статья показалась мне интересной, поэтому я написал на нее обзор. Надеюсь вам было все понятно, я постарался изложить материал доступным и популярным языком.
