Araştırmacılar egzersizin, bazı bilişsel yetenekleri keskinleştirdiğini uzun süredir biliyorlardı. Hokkaido Üniversitesi’nden bir araştırma grubu düzenli egzersizin, farenin yeni objeleri, daha önce gördüğü objelerden ayırt etme yeteneğini arttırdığını buldular. Geçtiğimiz 20 yılda araştırmacılar; beyinde hipokampüs (öğrenme ve hafıza ile ilişkili beyin bölgesi) bölgesinin hacmindeki artışın, yeni nöronların gelişiminin ve beyine kan damarları sızışının faydalarını göstermişti. Şimdi ise, Maejima ve meslektaşları, fiziksel aktiviteyle meydana gelen epigenetik değişikliklerin (genlerin kimyasal bileşikler aracılığıyla aktivitesinin değişmesi) nöral değişikliklere neden oluşunu araştırıyorlar.
Maejima’nın grubu sıçan beyinlerindeki hipokampüs bölgesinde normalden fazla asetilasyon (gen aktivitesini uyarmak için DNA’ya bağlı proteinleri asetil grubu eklenmesi reaksiyonu) gördüler. Bu epigenetik işaret, daha fazla miktarda BDNF (beyinde nöron çoğalmasını uyaran bir protein) üretimi ile sonuçlandı. Yeni sinir hücrelerinin gelişmesi ve olgunlaşmasıyla, BDNF’nin beyin sağlığı için önemli olduğu görüldü. Bu proteinin yüksek seviyeleri insanlarda ve farelerde bilişsel performanstaki gelişim ile bağlantılıdır.
İnsan ve hayvanda egzersizin faydaları ile ilgili yapılan çalışmaların sonucunda klinisyenler; epilepsi, kaygı bozukluğu, Parkinson ve Alzheimer hastalarına egzersiz önerir. Nörodejeneratif hastalıklar için egzersize dayalı tedavi için klinik denemeler yapılmaktadır. Elde edilen umut verici sonuçlar, egzersizin bir nöroterapi olarak kullanılma olasılığını arttırmaktadır.
Vücut-Beyin Bağlantısı
1990’ların sonlarında Salk Enstitüsü’nde Rusty Cage’in grubu, kafesinde daha fazla oyuncak ve çark bulunan farelerin hipokampüsünde daha fazla yeni nöron oluşturduğunu buldular. Aynı grup, çevredeki hangi aracın beyinde daha büyük etkiye sahip olduğunu araştırdılar. Bunun için su dolu labirente yüzen bir grup fareyi, açık suda yüzen fareyi ve çarkta koşan fareyi gözlemlediler. 12 gün sonra farelerde yeni nöronların gelişimi koşanlarda, diğerlerine göre iki katına çıktı. Bu çalışmayı takiben, farenin hatırlama yeteneğinde de artış görüldü. Ayrıca koşan faredeki sinaptik (nöronların birbirileri arasında sinyal ilettiği bölgeler) bağlantılar daha iyi şekilde organize oldu.
Geçtiğimiz 20 yılda araştırmacılar, egzersizin bilişsel performans üzerine etkisinin altında yatan moleküler mekanizmaları tanımladılar. Egzersizin; kas , yağ ve karaciğer dokusundan, proteinlerin ve diğer moleküllerin salınımına neden olduğunu gösterdiler. Bu moleküller de; BDNF ve nörogenezisi (nöronların çoğalması) etkileyen diğer faktörlarin seviyesini etkiler. Böylece; yeni nöron oluşumu, beyin damarlanması ve hatta insanlarda hipokampüs bölgesinin büyüklüğünde artış gözlemlenebilir.
Bu faktörler, beyindeki gen aktivitesini nasıl değiştirebilir? 2009’da Bristol Üniversitesi’nden sinirbilimci Hans Reul ve meslektaşları, egzersize cevap olarak meydana gelen epigenetik değişiklilerle ilgili çalışmalarını yayınladı. Araştırma grubu sıçanları; yeni bir kafes ortamına almak ya da yüzmeye zorlamak gibi stresli bir koşula zorladılar. Stresli tecrübeden sonra, çarkta düzenli olarak koşan hayvanlardaki hipokampüs hücrelerinde daha fazla histon (DNA’ya bağlı proteinler) asetilasyonu görüldü. Aktif olan hayvanlar ayrıca daha az stresli oluyorlardı. Koşmanın indüklediği asetilasyon, stresle başa çıkmaya da yardım etmiş olabilir.
Reul’un çalışmasından beri çok sayıda çalışma; kemirgenlerin beynindeki asetilasyonun ve diğer epigenetik değişikliklerin egzersizle bağlantılı olduğunu buldu. New York Üniversitesi Tıp Fakültesi’nden araştırmacıların bulgularına göre, düzenli olarak çarkta koşan farelerde daha fazla miktarda BDNF ve karaciğerden salınan yağ metabolizmasının bir ara ürünü olan bir keton (bir tür organik bileşik) yüksek seviyede bulunur. Fare beynine keton enjeksiyonu, histon deasetilazları baskılayamaz ve BDNF anlatımını arttıramaz. Bulgular; moleküllerin nasıl kanla taşındığı, kan-beyin bariyerini geçtiği ve beyindeki epigenetik markerları aktive ettiğini ya da inhibe ettiğini gösterir.
2016 yılında Florida Atlantik Üniversitesi Beyin Enstitüsü’nde, fiziksel aktivite sırasında kas hücrelerinin sentezlediği cathepsin B adlı bir protein bulundu. Bu protein egzersiz için gereklidir ve farede nörogenezisi başlatır. Aynı araştırma grubu, insan olmayan primatlarda ve insanlarda koştuktuktan sonra, egzersiz sonrası kandaki serumda cathepsin B seviyesinin arttığını gözlemlediler. Her hafta üç gün 45 dakika boyunca çarkta dört boyunca koşmayı takiben hafıza testi yapıldığında, çalışmanın başlangıcına kıyasla, katılımcılar hafızalarından daha doğru resimler çizdiler. Bu gelişmelerden sonra bir grup araştırma grubu, egzersiz sırasında salınan ve BDNF ve diğer beyin gelişimiyle ilgili genlerin aktivitesini arttırabilen diğer molekülleri araştırmaktadır.
İyileşme
1980’lerden beri insanlarla yapılan çalışmalar, egzersiz ve bilişsel performans kazanma arasında bir bağlantıya işaret etti. Bu ilişkiyi anlamak, özellikle nörodejeneratif hastalığa sahip olanlar için önemliydi. Southern California Üniversitesi’nde sinirbilimci Giselle Petzinger, yıllardır Parkinson hastalarını tedavi ediyordu ve egzersizin hastaların dengesini ve hareketini geliştirdiğini gözlemledi. Böyle bir gözlem, hastalık belirtilerinden sonra bile beyinde gelişim olabileceğine dair bir ipucu veriyor. Böylece nöral bağlantıların oluşmasıyla, motor yetenekler gelişim gösteriyor.
Birkaç yıl sonra Petzinger ve arkadaşları Parkinson hastalığı için bir fare modeliyle çalışmaya başladılar. Grup, aktif bir farenin beyninde daha fazla dopamin nöronu olduğunu buldu. Dopamin nöronları da, hareket, öğrenme ve duygular için önemlidir. Dopamin reseptörlerinin seviyesi de, beyin plastisitesi (beynin koşullara göre yenilenme özelliği) ile korelasyon gösterir ve dopamin reseptör kaybı da Parkinson hastalığının en önemli işaretidir. Haftada üç kere çarkta yürüyen hastaların dopamin reseptörlerinin arttığı, bir radyoaktif işaretleme yöntemiyle tespit edildi.
Petzinger’in fare çalışmaları, Parkinson hastalarında egzersizin faydalarıyla ilgili dendritik dallanmanın (nöron bağlantıları) da dahil olduğu diğer muhtemel mekanizmaları ortaya çıkardı. Bu etkiler fare beynindeki bağlantıları değiştirir ve hayvanlardaki hastalık ilerlemesini modifiye eder ve böylece hayvandaki hastalık ilerleyişi değişir. Egzersiz, Alzheimer hastaları ve bu hastalık açısından risk altında olan hastalar için de faydalı olabilir. Birkaç çalışma genetik açıdan, Alzheimer hastalığı riskine neden olan mutasyonu taşıyan hastalarda egzersizin riski azalttığını gösterdi.
2018’de Harvard Üniversitesi’nde yapılan fare çalışmasında, WNT3’ü (beyinde etkinlik gösteren bir protein) arttıran herhangi bir ilaç ya da gen terapi yöntemi denememelerine rağmen, egzersiz sonucunda arttığını ve demans (bunama) belirtilerini geri çevirdiğini gözlemlediler. Ayrıca aynı grup, egzersiz yapmayan farelerde BDNF aktivitesini arttıran bir terapi uyguladıklarında, bilişsel performansları egzersiz yapanlar kadar arttı. Bu nedenle bu strateji de, egzersiz yapamayacak durumda olan hastalar için kullanılabilir.
Elde edilen sonuçlar; Alzheimer hastalığı için şu an yapılan 58 klinik denemeyi desteklemektedir. Ayrıca, depresyon ve Parkinson hastalığının belirtilerini azaltmak için egzersizin kullanıldığı 100 adet klinik deneme vardır. Bazı araştırmacılar da egzersizin, yaşlanma üzerine etkisini araştırmaktadırlar. Aktif bir yaşam şekli, 70 yaşındaki bir beyni 30 yaşına döndüremez. Fakat sinir sisteminde egzersizin etkisini çalışmak, araştırmacıların en uygun stratejiyi bulmasını sağlayacaktır.
Kaynakça:
https://www.the-scientist.com/features/this-is-your-brain-on-exercise-64934
Yazar: Ayça Olcay