Os cientistas estão descobrindo que o cérebro e o corpo estão mais conectados fisicamente do que se pensava anteriormente. Os resultados da pesquisa publicada em 27 de abril mostram Neurociência da NaturezaOs pesquisadores usaram experimentos com ratos e simulações de computador para descobrir possíveis razões pelas quais a atividade física apoia a saúde do cérebro.
A pesquisa mostra que quando os músculos abdominais se contraem, eles podem comprimir os vasos sanguíneos que conectam a medula espinhal ao cérebro. Essa pressão faz com que o cérebro se mova ligeiramente dentro do crânio. Este movimento suave parece ajudar o líquido cefalorraquidiano a fluir através do cérebro, eliminando resíduos que podem interferir no funcionamento normal do cérebro.
Ligação mecânica entre exercício e saúde cerebral
As descobertas baseiam-se em pesquisas anteriores sobre como o sono e a perda de neurônios afetam o tempo do fluxo do líquido cefalorraquidiano no cérebro, disse Patrick Drew, professor de ciências de engenharia e mecânica, neurocirurgia, biologia e engenharia biomédica na Penn State.
“Nosso estudo explica como o exercício pode ser um mecanismo fisiológico importante para promover a saúde do cérebro”, disse Drew, autor correspondente do artigo. “Neste estudo, descobrimos que quando os músculos abdominais se contraem, eles empurram o sangue do abdômen para a medula espinhal, como em um sistema hidráulico, pressionando o cérebro e fazendo-o se mover. Simulações mostraram que esse movimento suave do cérebro empurrará o fluido para dentro e ao redor do cérebro. Acredita-se que o movimento do fluido no cérebro seja importante para remover resíduos e prevenir doenças neurodegenerativas.
Drew, que também é diretor associado do Harker Institute for Life Sciences, compara o processo a um sistema hidráulico. Nesse caso, os músculos abdominais atuam como uma bomba. Mesmo pequenos movimentos, como apoiar o núcleo antes de se levantar ou dar um passo, podem ter esse efeito. A pressão é transmitida através do plexo venoso vertebral, uma rede de veias que conecta o abdômen à cavidade espinhal, fazendo com que o cérebro se mova ligeiramente.
Imagens mostram movimentos cerebrais desencadeados por contrações musculares
Para observar esse processo, os pesquisadores estudaram ratos em movimento usando duas técnicas avançadas de imagem. A microscopia de dois fótons fornece imagens detalhadas de tecidos vivos, enquanto a tomografia microcomputadorizada fornece visualizações 3D de alta resolução de órgãos inteiros.
Eles encontraram mudanças no cérebro imediatamente antes dos animais se moverem e imediatamente após os músculos abdominais se contraírem para iniciar o movimento.
Para confirmar que a pressão abdominal era o fator chave, a equipe aplicou uma pressão suave e controlada no abdômen de camundongos levemente anestesiados. Nenhum outro esporte esteve envolvido. O nível de estresse é inferior ao que uma pessoa experimentaria durante um teste de pressão arterial, mas ainda faz com que o cérebro se mova.
“É importante ressaltar que assim que a pressão abdominal é aliviada, o cérebro começa a retornar à sua posição inicial”, disse Drew. “Isso mostra que a pressão abdominal pode alterar rápida e significativamente a posição do cérebro dentro do crânio”.
Simulação mostra como o fluido flui pelo cérebro
Depois de confirmar que a contração abdominal impulsiona o movimento cerebral, os pesquisadores passaram para a próxima questão: como esse movimento afeta o fluxo de fluidos. Na época, nenhum método de imagem conseguia capturar detalhadamente o comportamento rápido e complexo do líquido cefalorraquidiano.
“Felizmente, nossa equipe interdisciplinar na Penn State foi capaz de desenvolver essas técnicas, incluindo a realização de experimentos de imagem em ratos vivos e a criação de simulações computacionais do movimento de fluidos”, disse Drew. “Esta combinação de conhecimentos é importante para a compreensão destes tipos de sistemas complexos e como eles impactam a saúde.”
Francesco Costanzo, professor de ciências da engenharia e mecânica, engenharia biomédica, engenharia mecânica e matemática, liderou o esforço de modelagem.
“Modelar o fluxo de fluido dentro e ao redor do cérebro apresenta desafios únicos porque existem movimentos simultâneos e independentes, bem como movimentos acoplados dependentes do tempo. A contabilização de todos esses movimentos requer a contabilização da física única que ocorre cada vez que uma partícula de fluido atravessa uma das muitas membranas do cérebro”, disse Costanzo. “Então, nós simplificamos. A estrutura do cérebro é semelhante a uma esponja, no sentido de que você tem um esqueleto macio através do qual o fluido pode se mover.”
Ao tratar o cérebro como uma esponja, a equipe poderia modelar como os fluidos se movem através de espaços de tamanhos diferentes, semelhantes às dobras de um cérebro ou aos poros de uma esponja.
“De acordo com a ideia do cérebro como uma esponja, também pensamos nele como uma esponja suja – como você limpa uma esponja suja?” Costanza perguntou. “Você pode colocá-lo sob uma torneira e espremê-lo. Em nossas simulações, pudemos ver como o movimento do cérebro devido às contrações abdominais ajuda a induzir o fluxo de fluido através do cérebro para ajudar a remover resíduos.”
Impacto na saúde do cérebro e na prevenção de doenças
Drew observou que são necessárias mais pesquisas para determinar como essas descobertas se aplicam aos humanos. No entanto, os resultados sugerem que o exercício diário pode ajudar o líquido cefalorraquidiano a circular no cérebro, ajudando a remover resíduos e pode reduzir o risco de doenças neurodegenerativas associadas à acumulação de resíduos.
“Esse movimento é tão pequeno. É feito quando você anda ou contrai os músculos abdominais, que é o que você faz quando realiza qualquer atividade física. Pode ter um impacto muito grande na saúde do seu cérebro”, disse Drew.
Equipe de pesquisa e financiamento
Os co-autores incluem C. Spencer Garborg, pesquisador de pós-doutorado no laboratório de Drew; Beatrice Ghitti, que era pesquisadora de pós-doutorado com Costanzo e Drew na época do estudo e agora é pesquisadora da Universidade de Oakland; Qingguang Zhang, que foi professor assistente de pesquisa no laboratório de Drew e agora é professor assistente de fisiologia na MSU; Joseph M. Ricotta, pesquisador de pós-doutorado no laboratório de Drew; Frank, que se formou em engenharia mecânica pela Penn State; Sara J. Mueller, que dirigiu o Penn State Quantitative Imaging Center na época em que este estudo foi realizado e agora é diretora executiva do Wildlife Leadership Institute; Denver L. Greenawalt e Hyunseok Lee, estudantes de pós-graduação na Penn State; Kevin L. Turner e Ravi T. Kedarasetti, estudante de biologia e ciências sob a co-supervisão de Drew e Corew, Coozo State Ph.D.;
Os Institutos Nacionais de Saúde, o Departamento de Saúde da Pensilvânia e a American Heart Association apoiaram o estudo.
