Как диеты и упражнения влияют на активность и здоровье мозга 

О диетах, правильном питании и физической активности чаще всего говорят в связи с проблемами, связанными с лишним весом, профилактикой различных заболеваний, продолжительностью жизни и т.п. А вот тому, как особенности питания и физические упражнения влияют на работу мозга, уделяется намного меньше внимания. Старший научный сотрудник Института когнитивных нейронаук НИУ ВШЭ Оксана Зинченко рассказывает, что происходит в мозге во время наслаждения вкусной едой, какая диета для него наиболее полезна и какого рода физическая активность точно помогает оставаться мозгу «в тонусе». 

Еда часто выполняет функцию не только насыщения и утоления голода, но и источника положительных эмоций, своеобразной награды (например, когда мы пытаемся «заесть» стресс). Система базальных ганглиев – структур, расположенных под корой головного мозга, отвечает за переживание этого вознаграждения. Вкусная еда является для человека таким же мощным подкрепляющим стимулом, как деньги или сексуальные раздражители, что подтверждается активацией базальных ганглиев. Но при этом обнаруживаются специфические реакции мозга именно на пищевые стимулы - активируется правый островок, структура, отвечающая за синтез наших внутренних, интероцептивных ощущений. Когда мы наслаждаемся каждым кусочком нового блюда, мы анализируем все оттенки вкуса, что и вызывает активацию правого островка.

Еда не только воспринимается в мозге особым образом, но и способна оказывать влияние на его функционирование. В рационе современного человека в основном преобладают углеводы, как простые, так и сложные, среди которых одним из наиболее известных простых углеводов (моносахаридов) является глюкоза. Нейроны и мышечные клетки являются наиболее активными потребителями глюкозы среди всех клеток организма. Чтобы клетки могли усваивать глюкозу, необходим инсулин — гормон, вырабатываемый поджелудочной железой. Однако в некоторых случаях клетки теряют чувствительность к инсулину и становятся невосприимчивыми к нему. К способствующим этому факторам относятся генетическая предрасположенность, абдоминальное ожирение и артериальная гипертензия. В таких ситуациях усвоение глюкозы клетками происходит недостаточно эффективно, что приводит к повышению ее уровня в крови. В ответ на это поджелудочная железа начинает вырабатывать инсулин в большем объеме, что является защитной реакцией организма. Это состояние называется инсулинорезистентностью.

Только в 50-е годы XX века было установлено, что мозг также чувствителен к инсулину. Более того, выяснилось, что инсулин влияет на нейропластичность — способность мозга к перестройкам. Он также замедляет процесс апоптоза (программируемой клеточной смерти, который может запускаться автоматически в клетках с серьезно поврежденной ДНК), может модулировать тонус сосудов и воздействовать на воспалительные реакции через глиальные клетки — «вспомогательные» клетки мозга. Например, исследование «Северного Манхэттена» (NOMAS), посвященное изучению факторов риска сосудистых заболеваний у пожилых людей, показало, что за 9 лет у 180 из 1509 пациентов без диабета, но с инсулинорезистентностью  развилось заболевание: 46 человек перенесли ишемический инсульт, 45 — инфаркт миокарда, а 121 пациент скончался по другим причинам, связанным с сердечно-сосудистыми заболеваниями.

Научные исследования диет и их влияния на здоровье активно проводятся. В частности, изучались такие популярные диеты, как средиземноморская и кетогенная, а также пищевые привычки в Европе и США. Исследования начали активно развиваться после масштабных когортных скрининговых исследований факторов риска инсульта, таких как исследование REGARDS (The Reasons for Geographic and Racial Differences in Stroke study), которое проводилось в США с 2003 по 2007 год и охватило 30 000 участников. Результаты показали, что наибольший риск смертности после инсульта наблюдался у тех, кто придерживался диеты, богатой жареной пищей и сладкими напитками, и бедной овощами и фруктами.

Полученные данные о питании и образе жизни продолжают анализироваться. Ученые из университета Эмори, следуя современным гипотезам о негативном воздействии хронического воспалительного фона на течение заболеваний, определили конкретные индексы продуктов и привычек, влияющих на уровень маркеров воспаления в крови, таких как С-реактивный белок и интерлейкины 6, 8 и 10. Например, употребление помидоров по этой шкале имеет значение -0.78 благодаря содержанию бета-каротина, витамина С и антиоксиданта ликопина. В то же время добавление бекона к яичнице дает +0.68, так как омега-6-жирные кислоты влияют на экспрессию интерлейкинов 6 и 8.

Самой полезной для мозга диетой оказалась средиземноморская. Влияние средиземноморской диеты изучалось в Испании: более 7000 участников в возрасте 55-80 лет в течение почти 5 лет придерживались классической средиземноморской диеты с увеличенным количеством оливкового масла (минимум 4 столовые ложки в день) или орехов (минимум 3 порции в неделю), и их результаты сравнивались с группой, которая придерживалась диеты с низким содержанием жира. При этом питание групп со средиземноморской диетой включало как минимум три порции овощей и две порции фруктов в день, а также трижды в неделю - морепродукты или рыбу, бобовые. Блюда из красного мяса рекомендовалось заменять на белое мясо. Результаты исследования показали, что у участников, придерживавшихся средиземноморской диеты, отмечалась более низкая частота сердечно-сосудистых заболеваний.

Когда в рационе отсутствуют продукты, богатые, например, омега-3-жирными кислотами, многие пытаются решить эту проблему приемом витаминных добавок. Оказывается, практически единственные, кому прием таких витаминов может принести пользу, - это люди с дефицитом витамина B12 или B9 (и при других видах дефицита). Перед запуском нового витаминно-минерального комплекса крайне редко проводятся масштабные исследования, доказывающие их эффективность; большая часть представленных на мировом рынке витаминов, направленных на «здоровье мозга», несмотря на их распространенность, не дают значимого эффекта и не могут быть использованы для улучшения когнитивных способностей или уменьшения возрастного или патологического когнитивного снижения.

Тем не менее, когда речь идет о здоровом образе жизни, упоминаются не только «правильное питание», но и физическая активность. Физические упражнения, помимо общего укрепления организма, оказывают непосредственное влияние на мозг. Способность мозга к изменениям характеризуется такой особенностью, как синаптическая пластичность — изменение силы синапсов, то есть связей между нейронами. Долговременная память человека зависит от создания обновляемой динамической системы этих связей. Некоторые химические вещества оказывают прямое воздействие на пластичность мозга. Например, нейротрофический фактор — это особый белок, который стимулирует развитие нейронов и их связей, а также способствует образованию новых нейронов в гиппокампе (ключевой структуре мозга, отвечающей за перенос информации в долговременную память).

Впервые положительная связь между ежедневными физическими упражнениями и увеличением уровня нейротрофического фактора была продемонстрирована на крысах: если крыса бегала в колесе каждый день или через день, уровень нейротрофического фактора увеличивался до 160–174 процентов от исходного уровня и рос пропорционально времени, проведенному в нагрузке. При этом рост уровня фактора продолжался даже после трех месяцев «тренировок». Если же упражнения внезапно прекращались, уровень фактора начинал снижаться только через несколько дней отдыха. Хотя «точное расписание» для человека еще не установлено, подчеркивается, что наибольшее влияние оказывают именно регулярные аэробные тренировки, а не силовые.

Этот эффект сохраняется даже в зрелом и пожилом возрасте: у людей в возрасте 55–80 лет, которые на протяжении года участвовали в исследовании влияния регулярных аэробных нагрузок, объем гиппокампа увеличился на 2%, а пространственное запоминание улучшилось по сравнению с контрольной группой.

Также стоит отметить, что режим питания с высоким содержанием простых углеводов и обработанных продуктов негативно сказывается на уровне нейротрофического фактора. Исследование, проведенное на пациентах с клиническим диагнозом ожирения, показало, что диета продолжительностью три месяца, исключающая рафинированный сахар и уменьшающая общий объем потребляемых калорий на 25 процентов (что считается «безопасным» уровнем), привела к увеличению уровня нейротрофического фактора, даже при наличии инсулинорезистентности.

Подведем итоги: помимо сбалансированного питания, которое исключает рафинированный сахар и ограничивает или исключает обработанное мясо (например, сосиски, бекон и тушенку), важна физическая активность — они взаимно дополняют друг друга. Всемирная организация здравоохранения  определила минимальный уровень физической активности, необходимый для поддержания здорового образа жизни: 150 минут умеренной физической активности в неделю для взрослых. Активным образом жизни считается, если человек проходит не менее 7500 шагов в день. Для тех, кто не представляет себя в спортзале, также есть альтернативы — к умеренной физической активности относятся танцы, активные прогулки с собакой и быстрая ходьба.

Также читайте:

• Когнитивный резерв: страховка от старения мозга
• Как танец связан с работой мозга

С другими статьями Оксаны Зинченко можно также ознакомиться в научно-популярном блоге «Мозги в банке», посвященном нейроэкономике и прикладным аспектам когнитивной психологии для бизнеса, менеджмента и маркетинга.