Os cientistas descobriram que o cérebro está mais conectado fisicamente ao corpo do que se pensava anteriormente. Nos resultados divulgados em 27 de abril Natureza é neurociênciaOs pesquisadores usaram experimentos em ratos com simulações de computador para descobrir uma possível razão pela qual a atividade física apoia a saúde do cérebro.
Estudos demonstraram que, quando os músculos abdominais se contraem, eles pressionam os vasos sanguíneos que se conectam à medula espinhal e ao cérebro. Essa pressão faz com que o cérebro se mova ligeiramente dentro do crânio. Este movimento suave parece ajudar a mover o líquido cefalorraquidiano por todo o cérebro, que pode transportar resíduos que podem interferir no funcionamento normal do cérebro.
Uma ligação mecanicista entre movimento 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 engenharia e mecânica, neurocirurgia, biologia e engenharia biomédica na Penn State.
“Nossa pesquisa ilustra como a simples movimentação pode servir como um importante mecanismo fisiológico para melhorar 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 coluna, assim como em um sistema hidráulico, aplicando pressão ao cérebro e fazendo-o se mover. Simulações mostram que esses movimentos suaves do cérebro irão conduzir o fluxo de fluido dentro e ao redor do cérebro. Acredita-se que o movimento de fluidos no cérebro seja importante na prevenção de doenças neurodegenerativas, e nossa pesquisa mostra. Um pouco de movimento é bom, e outra razão pela qual o exercício é bom para a saúde do cérebro. pode.”
Drew, que também é diretor associado do Instituto Huck de Ciências da Vida, comparou o processo a um sistema hidráulico. Neste caso, os músculos abdominais atuam como bombas. Mesmo pequenas ações, como apoiar o núcleo antes de se levantar ou dar um passo, podem criar esse efeito. A pressão é transmitida através do plexo venoso espinhal, uma rede de veias que conecta o abdômen à cavidade espinhal, levando a um leve movimento cerebral.
A imagem revela o movimento do cérebro desencadeado pela contração muscular
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 descobriram que o cérebro mudou pouco antes dos animais começarem a se mover, logo após os músculos abdominais ficarem tensos para iniciar o movimento.
Para confirmar que a pressão abdominal foi a principal causa, a equipe aplicou uma pressão suave e controlada nos estômagos de camundongos levemente anestesiados. Não esteve envolvido em nenhum outro movimento. O nível de pressão era inferior ao que uma pessoa sentiria durante um teste de pressão arterial, mas ainda permitia que o cérebro se movesse.
“É importante ressaltar que assim que a pressão abdominal é aliviada, o cérebro começa a retornar à sua posição inicial”, disse Drew. “Isso sugere que a pressão abdominal pode alterar rápida e significativamente a posição do cérebro dentro do crânio”.
A simulação mostra como o fluido pode fluir através do cérebro
Depois de confirmar que as contrações abdominais impulsionam o movimento cerebral, os pesquisadores passaram para a próxima questão: como esse movimento afeta o fluxo de fluidos. Naquela 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. “A combinação de competências é fundamental para compreender estes tipos de sistemas complexos e como eles afetam a saúde.”
Francesco Costanzo, professor de engenharia e mecânica, engenharia biomédica, engenharia mecânica e matemática, liderou o trabalho 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 eles requer a contabilização da física especial que ocorre cada vez que o cérebro atravessa uma das muitas membranas”, disse Costanzo. “Então, nós simplificamos. O cérebro tem uma estrutura semelhante a uma esponja, no sentido de que você tem um esqueleto macio e o fluido pode passar através dele.”
Ao tratar o cérebro como uma esponja, a equipe poderia simular como o fluido viaja através de espaços de diferentes formatos, como as dobras do cérebro ou os poros de uma esponja.
“Com a ideia do cérebro como uma esponja, também pensamos nele como uma esponja suja – como você limpa uma esponja suja?” — perguntou Costanzo. “Você o coloca sob uma torneira e o espreme. Em nossas simulações, entendemos como o cérebro pode ajudar a induzir o fluxo de fluido sobre o cérebro para ajudar a limpar os resíduos que se deslocam de uma contração do estômago.”
Implicações para a saúde do cérebro e 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 a caminhada diária pode ajudar a circular o líquido cefalorraquidiano através do cérebro, ajudar na remoção de resíduos e possivelmente reduzir o risco de doenças neurodegenerativas associadas à acumulação de resíduos.
“Esse tipo de movimento é muito pequeno. Ele é criado quando você anda ou apenas contrai os músculos abdominais, o que acontece quando pratica qualquer atividade física. Pode fazer uma grande diferença na saúde do seu cérebro”, disse Drew.
Equipe de pesquisa e financiamento
Entre os coautores estão C. Spencer Gerborg, pesquisador de pós-doutorado no laboratório de Drew; Beatrice Ghitty, que foi pesquisadora de pós-doutorado sob a supervisão de Costanzo e Drew durante o estudo e agora é pesquisadora na Universidade de Auckland; Qingguang Zhang, que foi professor assistente de pesquisa no laboratório de Drew e agora é professor assistente de fisiologia na Michigan State University; Joseph M. Ricotta, pesquisador de pós-doutorado no laboratório de Drew; Noah Frank, formado em engenharia mecânica pela Penn State; Sarah J. Mueller, que liderou o Penn State Center for Quantitative Imaging na época do estudo e agora é diretora executiva da Wildlife Leadership Academy; Denver L. Greenwalt e Hyunseok Lee, estudantes de pós-graduação na Penn State; Kevin L. Turner e Robbie T. Kedarsetty, que obteve seu doutorado na Penn State sob a co-orientação de Drew e Costanzo; e Marceline Mostafa, estudante de pós-graduação em biologia. A imagem de tomografia microcomputadorizada para este projeto foi realizada no Penn State Center for Quantitative Imaging, um centro de pesquisa do Instituto de Energia e Meio Ambiente.
A pesquisa foi apoiada pelos Institutos Nacionais de Saúde, pelo Departamento de Saúde da Pensilvânia e pela American Heart Association.
