Текст книги "Зажги себя! Жизнь – в движении. Революционное знание о влиянии физической активности на мозг"

То, что вас никогда не убьет

Хорошо известно, что одним из способов нарастить мускулатуру считается чередование ее напряжения и отдыха. Та же парадигма применима и к нервным клеткам, которые располагают встроенным механизмом самовосстановления, запускающимся благодаря умеренным стрессам. Замечательное свойство двигательной активности – как раз она-то и «включает» восстановление в мышцах и нейронах. После занятий наше тело и мозг становятся сильными и гибкими, лучше приспособленными для встречи с новыми вызовами, более устойчивыми и легко адаптирующимися к изменениям.

Регулярные аэробные занятия успокаивают тело. В результате оно оказывается готовым к восприятию стрессовых ситуаций еще до того, как в организм выбрасываются «гормоны стресса», а сердце начинает учащенно биться. Физические упражнения повышают порог реакций тела. В мозге умеренный стресс от двигательных нагрузок укрепляет инфраструктуру нейронной сети, заставляя гены продуцировать определенные белки, которые защищают нервные клетки от болезней и разрушения. Таким образом, это тоже повышает порог сопротивляемости нейронов различным стрессам.

Динамические процессы преодоления клетками стрессов и восстановления после этого идут по трем главным направлениям: окисления, обмена веществ и возбуждения.

Когда начинает работать нервная клетка, механизм обмена веществ в ней включается так же, как поджиг в металлургической печи. По мере того как глюкоза поступает в клетку, митохондрия превращает ее в аденозинтрифосфат (АТФ)[24]24
  Аденозинтрифосфат выполняет важную роль в обмене энергии и веществ в организмах. Это универсальный источник энергии для всех биохимических процессов живых систем. Прим. перев.


[Закрыть], который служит для клетки главным «топливом». При этом, как и в любом процессе химической трансформации, появляются сопутствующие побочные вредные агенты. Для клетки это окислительный, или оксидативный, стресс. В нормальных условиях она продуцирует энзимы, задача которых состоит в очистке клеточной структуры от свободных радикалов, то есть активных молекул с одним или несколькими непарными электронами, которые нарушают структуру клетки, «захватывая» электроны других молекул. Эти защитные энзимы – наши врожденные антиоксиданты.

Метаболический стресс возникает, когда клетки оказываются не в состоянии производить достаточное количество аденозинтрифосфата либо из-за недостатка глюкозы, либо из-за нарушения механизмов ее поступления.

Стресс от перевозбуждения нервных клеток (эксайтотоксический стресс) возникает, когда имеет место гиперактивность нейромедиаторов, для которой не хватает АТФ. Нейронам мало энергии, чтобы справиться с чрезвычайным потоком входящих сигналов. Если такая ситуация слишком долго продолжается без перерыва и восстановления, это грозит нервной клетке проблемами. Она близится к своей гибели, вынужденная работать без достаточного питания и самовосстановления. Ответвления нейронов уменьшаются в размерах и как бы «сохнут», что в итоге губит клетку. Это процесс нейродегенерации, лежащий в основе болезней Альцгеймера и Паркинсона и старения вообще. Именно благодаря углубленному изучению этих заболеваний ученые открыли естественные механизмы, с помощью которых организм противодействует этому процессу.

Исследование таких механизмов привело руководителя лаборатории нейрофизиологии Национального института геронтологии Марка Мэттсона к тому, что он начал «экономить» пищу для своих лабораторных крыс. Марк провел многочисленные эксперименты, в ходе которых целенаправленно сажал подопытных животных на диету. Он намеревался вызывать у них умеренный стресс на клеточном уровне – то есть заставлять организм производить относительно малое количество глюкозы и аденозинтрифосфата. И вот что обнаружил ученый: те мыши и крысы, которые потребляли ¹⁄₃ калорий по сравнению с обычными, жили в среднем на 40 % дольше. Работы Мэттсона помогли идентифицировать защитные молекулы, вырабатывающиеся в теле человека как противодействие различным видам стресса, включая и аэробные упражнения.

Самыми мощными составляющими в этих защитных молекулах оказались производимые мозгом нейротрофины, инсулиноподобный фактор роста, фактор роста эндотелия сосудов и фактор роста фибробластов, о которых я рассказывал в главе 2. Для исследователей природы стресса нейротрофины представляют особый интерес, поскольку выполняют в организме двойную функцию – обеспечивают его энергией при обмене веществ и создают синаптическую пластичность. Синтез нейротрофинов косвенно активируется глутаматом, а тот, в свою очередь, производит в клетках антиоксиданты и защитные белки. Кроме того, как я уже отмечал, нейротрофины стимулируют долговременную потенциацию и рост новых клеток, усиливая таким образом мозг в борьбе со стрессами. Важность физической активности как средства для создания «иммунитета» против стрессов заключается в том, что она повышает производство факторов роста больше, чем какие-либо другие стимулы. Вдобавок к тому, что фактор роста эндотелия сосудов и фактор роста фибробластов вырабатываются в мозге, они генерируются еще и в результате мышечных сокращений, а затем по кровеносным сосудам попадают в мозг для укрепления нейронов. Это процесс – блестящий пример того, как наше тело влияет на мозг.

Факторы роста представляют собой основное связующее звено между стрессом, обменом веществ и памятью. «Сложность функционирования мозга росла прежде всего под воздействием необходимости бороться за ограниченные ресурсы, – говорит Мэттсон. – Вполне логично, что в ходе эволюции человеческие существа должны были с помощью разума конкурировать между собой за поиск источников пищи».

Последние работы Мэттсона меняют наши представления о здоровой пище. Для производства продуктов питания, которые содержат антиоксиданты и, таким образом, предотвращают риск раковых заболеваний, создана целая гигантская индустрия. Нас убеждают, что если есть больше брокколи, богатой антиоксидантами, мы сможем прожить более долгую и здоровую жизнь. Возможно, это и так, но только не по тем причинам, в которые вас хотели бы заставить верить маркетологи.

Оказывается, подобные продукты питания особенно полезны для нас не только потому, что действительно содержат антиоксиданты, но еще и потому, что имеют некоторые токсины. «Многие полезные вещества, входящие в состав растений – овощей и фруктов, эволюционировали таким образом, чтобы включать в себя и небольшое количество токсинов, призванное защищать их от вредных насекомых и других таких же живых организмов типа бактерий, – поясняет Мэттсон. – Такие вещества вызывают в клетках умеренный, приемлемый стресс. Например, в составе брокколи есть органическое соединение растительного происхождения сульфорафан[25]25
  Сульфорафан – органическое соединение растительного происхождения, обладающее противораковым и антибактериальным эффектами. Предшественник сульфорафана глюкорафанин находится в овощах семейства капустных, таких как брокколи, капуста, цветная капуста, кольраби, кресс-салат и др. Наиболее богаты глюкорафанином побеги брокколи и цветной капусты.


[Закрыть]. Оно активизирует производство клетками энзимов-антиоксидантов. В брокколи тоже имеются антиоксиданты, но при обычном ее употреблении они не функционируют в таком качестве».

Как и в случае с рабочими с верфи, строящей атомные суда, умеренное воздействие токсинов на клетки вызывает антистрессовую реакцию, которая эти клетки укрепляет. Нечто подобное происходит и при соблюдении достаточно ограниченной диеты на фоне повышенной физической активности. Название одной из статей Мэттсона, опубликованной в солидном научном журнале, говорит само за себя: «Защита нейронов и стареющий мозг: уберите от меня еду и дайте возможность бегать».

Пластичность мозга укрепляется благодаря активному созданию нашим организмом этих защитных факторов, или нейропротекторов[26]26
  Нейропротекторы – это средства, которые предупреждают повреждение нейронов мозга, обусловленное действием патогенного фактора.


[Закрыть], а также белков, которые замедляют запрограммированное природой старение клеток. Я люблю представлять эти нейропротекторы в качестве своеобразного войска, стоящего на страже, чтобы отбить атаку очередного стресса. Лучший способ повысить уровень нейропротекторов в мозге – подвергать его умеренным перенапряжениям: больше учиться, ограничивать количество потребляемых калорий, быть физически активными и, как напоминают Мэттсон и наши мамы, есть достаточное количество овощей. Все это может служить для клеток определенным вызовом и создавать побочные эффекты, которые будут для них стресс-факторами. Парадокс в том и заключается, что наша замечательная способность адаптироваться и развиваться не способна реализовываться без стресса – мы не можем получать хорошее без толики плохого.

Важно соблюдать чувство меры

Как и во всем, касающемся мозга, его реакция на стресс зависит от сбалансированности всех воздействующих на него факторов, которые я упоминал выше (и еще очень многих, которых пока не касался). Если даже умеренный стресс приобретает хронический характер, непрекращающееся поступление в мозг кортизола вызывает генетически присущую нам реакцию, в результате которой нарушаются синаптические связи между нейронами, их ответвления атрофируются и нервные клетки погибают. В конце концов гиппокамп сморщивается и становится похожим на изюм.

Есть несколько ситуаций, когда организм не в силах остановить постоянный приток «гормонов стресса». Наиболее очевидная из них – состояние перманентного стресса. Если мы не получаем в нем перерыва, нейронная сеть не может восстановиться. Миндалевидное тело продолжает «выстреливать» в мозг кортизол, и его уровень превышает допустимые для нормального состояния пределы. Иногда рычажок реакции «бей или беги» остается постоянно в положении «включен». Как показывают исследования, причины этого могут скрываться на генетическом уровне. Когда случайно подобранных участников эксперимента ставили в стрессовую ситуацию, связанную с выступлением перед большой аудиторией, то у тех, родители которых страдали артериальной гипертензией, обнаруживался повышенный уровень кортизола даже спустя сутки после доклада. Также причина может быть в условиях развития живого организма. Установлено, что крысы, родившиеся у самок, которые испытывали перенапряжение во время беременности, имели более низкий порог стрессоустойчивости по сравнению с соплеменниками. То есть легче впадали в состояние стресса и физически, и с точки зрения работы их мозга.

Люди с низкой самооценкой обычно тоже имеют низкий порог стрессоустойчивости, хотя ученые не до конца уверены в том, что здесь причина, а что следствие. И любой человек, независимо от своего характера и воспитания, будет проявлять негативные результаты хронического стресса, если не располагает путем для вывода копящегося в нем раздражения, не контролирует ситуацию и лишен поддержки окружающих. Если мы не видим надежды, мозг отказывается бороться со стрессом.

У каждого из нас разный порог стрессоустойчивости, и он может меняться под влиянием окружающей среды, генетического кода, поведения или комбинации всех этих факторов. Иногда – под влиянием нейрохимической картины мозга. Хотя естественное старение понижает порог стрессоустойчивости, можно существенно приподнять его посредством аэробных упражнений. Ученые до сих пор не в силах точно определить те точки, в которых нарастание стрессовой нагрузки меняется на ее ослабление. Но они с определенностью видят симптомы стрессового состояния.

Разъедающий эффект стресса

Стресс заставляет нашу память запечатлевать моменты, важные с точки зрения выживания, но слишком большая стрессовая нагрузка может уничтожить саму структуру, выполняющую такое запоминание. В начале возникновения стресса кортизол активизирует процесс долговременной потенциации, направляя в гиппокамп больше глутамата, нейротрофинов, серотонина, инсулиноподобного фактора роста и других нейрохимических веществ, но одновременно с этим активизирует и гены (то есть определенные участки ДНК), которые препятствуют поступлению сигналов в нейронные цепи мозга. В результате нервная система становится менее гибкой, задействуя все более жесткие цепочки.

Избыток глутамата становится причиной физического ущерба гиппокампа. Этот нейромедиатор позволяет ионам кальция, «охотящимся» на электроны, проникать в клетку и создавать свободные радикалы. В условиях нехватки антиоксидантов все возрастающее число свободных радикалов пробивает «дыры» в межклеточных мембранах, в результате чего клетки разрушаются и гибнут.

Патологические процессы начинаются и в ответвлениях нейронов. Если они слишком долго находятся в условиях неконтролируемого хронического стресса, то сжимаются – как «черепаха вжимает голову в панцирь» (выражение Макьюэна), стараясь предотвратить гибель клетки. А из-за того, что факторы роста и серотонин не продуцируются, прерывается нейрогенез. Новые стволовые клетки, появляющиеся каждый день, не превращаются в нейроны, и нейронной сети не хватает строительного материала, чтобы создать очередные цепочки и разорвать патологический процесс.

Моника Старкман из Мичиганского университета изучает синдром Кушинга – дисфункцию эндокринной системы, при которой в организме безостановочно производится кортизол. Научное наименование этого недуга говорит само за себя – гиперкортицизм. Его симптомы устрашающе походят на признаки хронического стресса: тот же набор веса в средней части туловища; уменьшение мышечной массы и ее замена жировой тканью; инсулинорезистентность (нечувствительность к инсулину) и возможное развитие диабета; приступы страха, тревожные и депрессивные состояния и повышенный риск сердечно-сосудистых заболеваний. Среди многих прочих интересных открытий Старкман удалось обнаружить, что степень сжатия гиппокампа и утраты памяти прямо пропорциональны повышению уровня кортизола.

Если хронический стресс расправляется с гиппокампом, убивая в нем нейроны, сжимая их ответвления и противодействуя нейрогенезу, то миндалевидное тело в это время, кажется, процветает. Стрессы создают больше нейронных связей в этом органе мозга, который все время требует новых порций кортизола, хотя его и так уже в избытке. Таким образом негативная ситуация подпитывает саму себя. Чем больше сигналов направляет миндалевидное тело, тем сильнее оно становится. В конечном счете оно берет верх в своих прежде партнерских отношениях с гиппокампом и подавляет последний. Восприятие человеком окружающего мира искажается, а его память переполняется страхами. Стресс становится всеобщим и превращается в постоянное ощущение опасности, которое становится устойчивым тревожным состоянием личности. Кажется, что все окружающее наполнено стресс-факторами и раздражителями. Это вызывает еще большее напряжение. «Человек превращается в некое существо, которое охватывают все более острые тревожные состояния, а его мыслительные способности нарушаются».

Страдая от хронического стресса, человек утрачивает способность сравнивать текущую ситуацию с тем, что хранится в памяти. Он не в силах вспомнить, что всегда может схватиться за спасательный круг и сбежать от стресса – что у него есть друзья, с которыми он может поговорить, и конец света пока не наступил. Человеку становится труднее генерировать позитивные и реальные мысли. В конце концов нейрохимическая картина его мозга может измениться в сторону перманентного беспокойства и депрессии.

Хронический стресс – не единственная причина психических расстройств и депрессий. И он не обязательно приводит к этим недугам. Но очевидно, что он лежит в основе многих наших страданий, как физических, так и психологических. На протяжении последующих глав я постоянно буду возвращаться к его биологии.

То, что хронический стресс оказывается причиной многих проблем, в какой-то степени позитивно, потому что мы понимаем: от умения реагировать на перенапряжение серьезно зависит состояние тела и мозга. Большая часть эволюции человечества проходила в условиях, когда предки занимались охотой и собирательством. И хотя изменить мы ничего не можем, это знание дает многое. Как пишет Макьюэн в книге The End of Stress as We Know It («Конец стресса, который мы знаем»): «Совершенно не обязательно и совсем ненормально, чтобы те природные механизмы, которые призваны нас защищать, стали бы для нас угрозой».

Наука о «сжигании» стресса

Вы уже знаете, что главная функция мозга – передавать сигналы, то есть информацию, от одного нейронного синапса к другому. Будучи мощным инструментом активизации обменных процессов в организме, физические упражнения существенно влияют на синаптическую активность, а следовательно, на то, что мы думаем и чувствуем. Движения усиливают кровоток и увеличивают выработку глюкозы, что очень важно для жизнедеятельности клеток. Более мощный приток крови приносит органам больше питания и кислорода, который нужен для превращения глюкозы в аденозинтрифосфат. Мозг переключает кровоток с префронтальной коры на области среднего мозга, где расположены органы, о которых мы много говорили, – миндалевидное тело и гиппокамп. Подобная расстановка мозгом приоритетов может объяснять то, что многие исследователи во время активных упражнений обнаруживают некоторое замедление у человека высших форм мыслительной деятельности.

А вот после них работа мозга оптимизируется. Вдобавок к тому, что у человека повышается порог стрессоустойчивости в формуле «бей или беги», физические занятия включают восстановление нервных клеток, о котором я рассказывал. Упражнения увеличивают эффективность генерации энергии на межклеточном уровне, позволяя нейронам удовлетворять свои потребности в ней без роста стрессовой нагрузки в виде токсичных оксидантов. У нас растет производство побочных веществ, но одновременно с этим усиливается и выработка энзимов, которые эти вещества уничтожают. Они же «чистят» организм на клеточном уровне от разрушенных участков ДНК и других «отходов» нормальной работы и старения клетки. Это, как полагают ученые, помогает предотвращать возникновение рака и нейродегенеративных процессов. Если физическая активность человека находится на приемлемом уровне, это позволяет не переполнять его нервную систему «гормоном стресса» – кортизолом.

Одним из путей, которыми физические упражнения оптимизируют расход энергии в мозге, становится формирование дополнительных инсулиновых рецепторов. Наличие большего их числа означает способность организма лучше использовать глюкозу, содержащуюся в крови, и создавать более здоровые клетки. При этом очень важно, что эти рецепторы долго сохраняют свою жизнеспособность. В результате эффективность использования запасов глюкозы возрастает. Если вы занимаетесь упражнениями регулярно и у вас увеличивается количество рецепторов инсулина, то даже при снижении уровня сахара в крови или мощности кровотока клетки все равно будут в состоянии «выжимать» из них достаточно глюкозы, чтобы продолжить эффективно работать. Кроме того, двигательная активность повышает уровень инсулиноподобного фактора роста, что помогает инсулину регулировать сахар.

В мозге инсулиноподобный фактор роста не так активен в доставке энергии клеткам, как в поддержании оптимального уровня глюкозы во всем теле. Удивительно, но инсулиноподобный фактор роста увеличивает долговременную потенциацию, нейропластичность и нейрогенез в гиппокампе. Это еще один путь, по которому физические нагрузки помогают нейронам укреплять связи между собой. Двигательная активность приводит также к активной выработке фактора роста эндотелия сосудов и фактора роста фибробластов, благодаря чему создаются новые капилляры и расширяется сосудистая система мозга. Увеличенное количество более широких и гладких «дорог» означает более эффективный кровоток.

Аэробные упражнения также активизируют выработку нейротрофинов. Эти белки объединяют усилия, чтобы обеспечить процветание мозга и предотвратить разрушительные эффекты от хронических стрессов. В дополнение к активизации механизмов самовосстановления клеток они регулируют уровень кортизола и увеличивают секрецию «хороших» нейромедиаторов – серотонина, норэпинефрина и дофамина.

На механическом уровне физические упражнения приводят к расслаблению напряженных нервно-мышечных веретенец, что дает эффект разрыва «порочного круга», когда стресс путешествует из мозга к мышцам и обратно. Когда тело не напряжено, мозг решает, что тоже может немного расслабиться. Регулярные занятия со временем повышают эффективность работы сердечно-сосудистой системы, снижая артериальное давление. Совсем недавно кардиологи обнаружили, что гормон под названием предсердный натрийуретический пептид (ПНП), который синтезируется в мышечных клетках предсердий, снижает остроту стрессовых реакций организма, снижая активность гипоталамо-гипофизарно-надпочечниковой оси и уменьшая действие посторонних раздражителей на мозг. Интересно, что уровень ПНП повышается с увеличением частоты сердечных сокращений во время физических занятий. Это наглядно иллюстрирует еще один путь, по которому двигательная активность снижает стрессовую нагрузку и реакцию организма на нее.

Стресс от физических упражнений предсказуем и поддается контролю, поскольку мы сами его инициируем. И это очень важно с точки зрения психологии. Занимаясь упражнениями, вы приобретаете навыки, мастерство и уверенность в себе. По мере того как вы осознаете способность управлять своими стрессовыми состояниями и не зависеть от негативных методов борьбы с перенапряжением, вы оттачиваете умение «выскальзывать из его объятий», если можно так выразиться. Вы учитесь верить, что можете справляться со стрессом, – и это исключительно важный фактор для моей пациентки Сьюзан. Занимаясь со скакалкой, она сдерживает стресс и негативные реакции мозга, которые могут его сопровождать. «Самое замечательное, что теперь я понимаю нейрохимические механизмы работы своего мозга, – говорит Сьюзан. – И я мотивирована, чтобы сделать их наиболее действенными для меня. Чем лучше я себя чувствую, тем эта мотивация легче – и упражнения со скакалкой почти превращаются для меня в потребность».

Сьюзан достигла того уровня понимания проблемы, которого я желал бы для каждого читающего эту книгу. На всех уровнях – от клеточного до общего психологического состояния – физические упражнения не только защищают от вредных последствий хронического стресса, но и способны повернуть его вспять. Исследования указывают: когда ученые заставляют грызунов в состоянии хронического стресса заниматься двигательной активностью, это вынуждает гиппокамп восстанавливаться до размеров, которые он имел до усыхания. Механизмы, благодаря которым тренировки изменяют наши мысли и чувства, гораздо эффективнее любых пончиков, лекарств или вина. Когда вы говорите, что ощущаете меньшую стрессовую нагрузку после того, как поплавали в бассейне или просто бодро прошлись, это действительно так.