Jak wykazali naukowcy z Pennsylvania State University (Penn State, USA) mózg jest silniej niż sądzono mechanicznie połączony z ciałem. Badania (https://www.nature.com/articles/s41593-026-02279-z) na myszach oraz symulacje pozwoliły odkryć potencjalny mechanizm biologiczny leżący u podstaw przekonania, że ćwiczenia fizyczne korzystnie wpływają na mózg. Skurcze brzucha uciskają naczynia krwionośne połączone z rdzeniem kręgowym i mózgiem, umożliwiając narządowi nieznaczne poruszanie się w obrębie czaszki. Te ruchy ułatwiają przepływ płynu mózgowo-rdzeniowego, potencjalnie wypłukując z mózgu zbędne produkty przemiany materii, które mogłyby powodować problemy.

Badania prof. Patricka Drewa z Penn State opierają się na wcześniejszych pracach szczegółowo opisujących, w jaki sposób sen i utrata neuronów mogą wpływać na to, jak i kiedy płyn mózgowo-rdzeniowy przepływa przez mózg.

„Nasze badania wyjaśniają, jak samo poruszanie się może być ważnym mechanizmem fizjologicznym sprzyjającym zdrowiu mózgu – powiedział Drew, autor korespondencyjny. - Odkryliśmy, że skurcze mięśni brzucha powodują przepływ krwi z brzucha do rdzenia kręgowego, podobnie jak w układzie hydraulicznym, wywierając nacisk na mózg i wprawiając go w ruch. Symulacje pokazują, że ten delikatny ruch mózgu napędza przepływ płynu w mózgu i wokół niego. Uważa się, że ruch płynu w mózgu jest ważny dla usuwania produktów przemiany materii i zapobiegania chorobom neurodegeneracyjnym. Nasze badania pokazują, że odrobina ruchu jest korzystna i może być kolejnym powodem, dla którego ćwiczenia fizyczne są korzystne dla zdrowia mózgu”.

Jak tłumaczył Drew, w układzie hydraulicznym pompa wytwarza ciśnienie, które napędza przepływ płynu. W tym przypadku pompą jest skurcz brzucha — nawet tak lekki, jak napięcie przed siadaniem lub zrobieniem kroku. Skurcz wywiera nacisk na żylny splot kręgowy, sieć żył łączących jamę brzuszną z kręgosłupem, powodując ruch mózgu.

Naukowcy zwizualizowali ten proces u poruszających się myszy za pomocą dwóch zaawansowanych technologii obrazowania: mikroskopii dwufotonowej – która umożliwia obrazowanie żywej tkanki w wysokiej rozdzielczości – oraz mikrotomografii komputerowej, pozwalającej na trójwymiarowe badanie całych narządów w wysokiej rozdzielczości. Zaobserwowali przesunięcie mózgu na chwilę przed ruchem myszy, ale tuż po napięciu mięśni brzucha, niezbędnym do pobudzenia ciała do dalszego ruchu.

Aby potwierdzić, że to skurcze brzucha, a nie inne ruchy działały jak pompa, naukowcy zastosowali delikatny i kontrolowany nacisk na brzuchy znieczulonych myszy. Ich mózgi przesunęły się, gdy nie występował żaden inny ruch poza miejscowym mechanicznym naciskiem, mniejszym niż ten, którego doświadczyłby człowiek z mankietem do pomiaru ciśnienia krwi.

„Co ważne, mózg zaczął powracać do pozycji wyjściowej natychmiast po ustąpieniu nacisku w jamie brzusznej – powiedział Drew. - Sugeruje to, że nacisk w jamie brzusznej może szybko i znacząco zmienić położenie mózgu w czaszce”.

Po potwierdzeniu związku między skurczami brzucha a ruchem mózgu kolejnym krokiem było zrozumienie ruchu płynu w mózgu i sprawdzenie, czy ruch mózgu może indukować przepływ płynu. Jednak wcześniej nie istniały żadne techniki obrazowania pozwalające na wizualizację szybkiej, zniuansowanej dynamiki takich przepływów płynu.

„Na szczęście interdyscyplinarny zespół Penn State był w stanie opracować te techniki, w tym przeprowadzić eksperymenty z obrazowaniem na żywych myszach i stworzyć komputerowe symulacje ruchu płynu” – wskazał Drew.

Modelowaniem obliczeniowym profesor kierował prof. Francesco Costanzo. „Modelowanie przepływu płynu w mózgu i wokół niego stwarza wyjątkowe wyzwania - podkreślił Costanzo - ponieważ występują ruchy jednoczesne, niezależne, a także ruchy zależne od czasu i sprzężone. Uwzględnienie ich wszystkich wymaga uwzględnienia szczególnych praw fizyki, które zachodzą za każdym razem, gdy cząsteczka płynu przechodzi przez jedną z wielu błon mózgowych. Dlatego to uprościliśmy. Mózg ma strukturę podobną do gąbki - miękki szkielet, przez który może przepływać płyn”.

Upraszczając geometrię mózgu do geometrii gąbki, zespół mógł modelować przepływ płynu przez strukturę o zróżnicowanych przestrzeniach, takich jak pofałdowania mózgu czy pory w gąbce.

„Kontynuując ideę mózgu jako gąbki, myśleliśmy o nim również jak o brudnej gąbce – Jak wyczyścić brudną gąbkę? – wskazał Costanzo. - Puszcza się na nią wodę z kranu i wyciska. W naszych symulacjach udało się zrozumieć, jak ruch mózgu wywołany skurczem brzucha może pomóc w indukowaniu przepływu płynu przez mózg, co wspomaga usuwanie produktów przemiany materii”.

Drew podkreślił, że chociaż potrzebne są dalsze badania, dotychczasowe wyniki sugerują, że nawet niewielki ruch ciała przy chodzeniu czy choćby napięcie mięśni brzucha może wspomagać krążenie płynu mózgowo-rdzeniowego w mózgu, usuwając produkty przemiany materii i pomagając chronić przed chorobami neurodegeneracyjnymi związanymi z gromadzeniem się produktów przemiany materii.

Paweł Wernicki (PAP)

pmw/