«Aktiv kropp, sterk hjerne»

Transkript

1 HVA SKJER I HJERNEN NÅR VI TRENER? Linda Hildegard Bergersen Prodekan for forskning OD Leder «The Brain and Muscle Energy Group» Leder «Elektronmikroskopisk laboratorie», Institutt for Oral Biologi Universitetet i Oslo Senter for sund aldring (Center for Healthy Aging III) Det medisinske fakultet, Københavns Universitet «Aktiv kropp, sterk hjerne»

2

3

4 NYDANNELSE AV NERVECELLER: NEVROGENESE

5 NYDANNELSE AV BLODÅRER I HJERNEN: ANGIOGENESE

6 Generelle effekter av fysisk aktivitet. God fysisk form gir redusert dødelighet Fysisk aktivitet er det viktigste man kan gjøre for å få bedre helse Inaktivitet er en like stor eller større risikofaktor som røyking for tidlig død..

7 Fysisk aktivitet gir en generell helseeffekt reduserer blodtrykk begrenser overvekt motvirke fett og kalkavleiringer i blodårer motvirker depresjon og angst styrker skjelettet motvirker bryst og tarmkreft bedrer søvn minsker skadene ved hjerneslag 7

8 Vi etterspør en treningspille.. for å øke effekten av trening på personer som ikke kan nå anbefalte nivåer av fysisk aktivitet

9 Å være eller ikke være. 9

10 Hjernen må stimuleres. 10

11 EFFEKTER AV FYSISK AKTIVITET PÅ HJERNEN

12 FYSISK AKTIVITET BESKYTTER HJERNEN MOT FOR TIDLIG ALDRING FOREBYGGER OG LINDRER SYMPTOMER VED HJERNESYKDOMMER demens Alzheimers sykdom hjerneslag Parkinsons sykdom

13 Alzheimer s sykdom (AD) AD accounts for 2/3 of all dementia cases 35 million worldwide Early onset familial forms are relatively rare Late onset AD accounts for 95% AD is associated with selective neuronal and synaptic loss

14 Alzheimer s sykdom, den vanligste formen for demens Pathological hallmarks xtracellular enil plaque containing beta amyloid ntracellular: eurofibrillary tangles compoused of hyperphosphorylated tau Vaskulær demens angis som den største demensgruppen etter Alzheimer, og de to gruppene står for nesten alle demenstilfellene. I tillegg er det helt fra gammelt av kjent at hjerner fra demente ofte viser karforandringer ved siden av plakk og nevrofibrilære floker

15 MILD KOGNITIV SVIKT

16

17 COMORBIDITY linking AD and MCI with vascular disorders like: HYPERTENSION HYPERCHOLESTEROLEMI OBISETY TYPE 2 DIABETES Risk factors Lifestyle

18 Fysisk aktivitet styrker hjernen Fysisk aktivitet øker evnen til kunnskapslæring 18

19 Marcus Tullius Cicero ~65 BC -Cicero skrev allerede før Kristi fødsel: Det er mosjon alene som holder humøret oppe, og legemet i vigør 19

20 Henry Ford ( ) Å trene er tull. Hvis du er frisk, trenger du det ikke, og hvis du er syk, skal du ikke gjøre det 20

21 21

22 HVORFOR ER FYSISK AKTIVITET GUNSTIG FOR HJERNEN?

23 Hjernen er alene.. fantastisk Hjernen består av 100 milliarder (10 11 ) nerveceller Hver nervecelle har forbindelse med ~10000 andre Det totale antallet forbindelser i hjernen er ~10 15 som kan sammenlignes med antall blader i regnskogen i Amazonas Vi mister nerveceller hele tiden. 1 nervecelle per sekund. 31 millioner per år. Tilsvarer en reduksjon på gjennomsnittlig 2 % i løpet av et liv.

24 NEVROGENESE NYDANNELSE AV NEVRONER Det lages nye nerveceller i visse deler av hjernen også i voksen alder: Subventrikulærsonen Hippocampus DETTE ER FØRST OG FREMST VIST I FORSØKSDYR MEN OGSÅ I MENNESKER (postmortemstudier hos menensker som er blitt utsatt for nukleotider som inkorporeres i DNA

25 NEVROGENESE Det lages nye nerveceller i visse deler av hjernen også i voksen alder: FYSISK AKTIVITET ØKER NEVROGENESE Subventrikulærsonen Hippocampus EFFEKTEN AV FYSISK AKTIVITET ER OGSÅ FØRST OG FREMST VIST I FORSØKSDYR MEN DET ER INDIREKTE HOLDEPUNKTER FOR DETTE HOS MENNESKER

26 Dersom hippocampus blir ødelagt, kan du lese den samme avisen til frokost hver dag. Du husker hverken hvem du leste om, hva du spiste eller hvor du spiste. 26

27 NEVROGENESE Stamceller i hippocampus gir opphav til nye nerveceller Nye nerveceller som dannes ved fysisk aktivitet finner sin plass i det eksisterende nettverket de nydannede nevronene får en normal funksjon de bidrar til bedre kognitive evner Figure from: Schouten et al., 2012

28 NEVROGENESE I forsøk hvor man hindrer nydannelse av nerveceller i hippocampus, ser man et fall i kunnskapslæring Imayoshi I et at. (2008) Nature Neuroscience Figure from: Schouten et al., 2012

29 HVA ER DET SOM GJØR AT DET DANNES NYE NERVECELLER UNDER FYSISK AKTIVITET? FYSISK AKTIVITET INDUSERER NEVROGENESE OG VEKSTFAKTORER SOM STYRKER NERVECELLENE Vekstfaktoren BDNF (brain derived neurotrophic factor) øker i hjernen ved fysisk aktivitet og sørger for at de nydannede nervecellene overlever Fysisk aktivitet øker også produksjonen av andre vekstfaktorer i hjernen -VEGF (vascular endothelial growth factor)

30 Redusert nevrogenese er forbundet med depresjon Tap av nerveceller i hippocampus hos deprimerte. Serotonin selektive reopptakshemmere (antidepressiva) øker nervrogenesen hos voksne. Fysisk aktivitet har den samme virkningen, øker nevrogenese hos voksne (bivirkningsfritt).

31 Nevrogenese hos voksne bufrer stress og depressiv adferd Mus med nedsatt nevrogenese som blir utsatt for stress har mer depressiv adferd Nevrogenese hos voksne mus har en beskyttende effekt på stress responser og depressiv adferd Normal neurogenesis Depleted neurogenesis Novelty Suppressed Feeding: Hunger/exploration vs. anxiety/stress Normal neurogenesis Depleted neurogenesis Normal neurogenesis Depleted neurogenesis Snyder JC et al. NATURE 2011

32 INDIREKTE HOLDPUNKTER FOR ØKT NEVROGENESE VED FYSISK AKTIVITET HOS MENNESKER Noen få studier har vist at fysisk aktivitet hindrer normal skrumping av hippopcampus og reduserer normal reduksjon i kognitive evner Eldre ca 65 år Lett fysisk aktivitet; 40 min, 3 x uke Exercise training increases size of hippocampus and improves memory Erickson et al PNAS 2011

33 Flere studier viser at fysisk aktivitet bedrer kognitiv funksjon hos eldre mennesker og bedrer mild kognitiv svikt forstadium til Alzheimers sykdom INTERVENSJON MED FYSISK AKTIVITET - UTHOLDENHETSTRENING SOM GIR BEST RESULTAT (1) høyere BDNF dess mer intens den fysisk aktiviteten er (2) bedring i kognisjon ved mild kognitiv svikt og lettere demens / tidlige Alzheimerstadier., men blandede resultater i etablert demens/alzheimers sykdom

34 NÅR MUS BLIR GAMLE BLI DET MINDRE NEVROGENESE MINDRE NEVROGENESE FALL I KOGNISJON UNG GAMMEL Kuhn et al. 1996

35 Løping øker nevrogenesen i gamle mus til et nivå som ligner på de unges.. I tillegg skårer de høyere på hukommelsestester Trening unge mus Trening gamle mus Van Praag et al. 2005

36 ANGIOGENESE I HJERNEN ANGIOGENESE ER FORBUNDET MED PRODUKSJON AV VASKULÆR ENDOTELIAL VEKSTFAKTOR VEGF I HJERNEN OG VEGF STIMULERER OGSÅ NEVROGENESE

37 FYSISK AKTIVITET ØKER IKKE BARE NEVROGENESE, MEN OGSÅ ANGIOGENESE I HJERNEN mus med fri adgang til løping på løpehjul har flere blodårer i hippocampus enn «sedate» mus Og mer nevrogenese / bedre hukommelse Exercise Enhances Learning and Hippocampal Neurogenesis in Aged Mice Henriette van Praag, Tiffany Shubert, Chunmei Zhao and Fred H. Gage J Neurosci 2005

38 FYSISK UTHOLDENHETSTRENING HOS MENNESKER FØRER TIL BEDRE KOGNITIV FUNKSJON OG ØKT BLODFORSYNING TIL HIPPOCAMPUS 3 måneder med utholdenhetstrening hos friske voksne mennesker (30-40 år) 40 min, 4 x uke, intens trening tholdenhetstrening øker blodgjennomstrømming i hippocampus hos mennesker ette kan være forårsaket av angiogenese indusert av fysisk aktivitet. MR-bilder viser økt blodvolum i gyrus dentatus i hippocampus An in vivo correlate of exercise-induced neurogenesisin the adult dentate gyrus Pereira et al PNAS 2007

39 VEGF ER TROLIG VIKTIG FOR DEN ØKTE BLODTILFØRSELEN

40 HVA ER ÅRSAKEN TIL AT VEGF ØKER ANGIOGENESE I HJERNEN? Oppdagelse av en funksjonell melkesyrereseptor i hjernen HCAR1 Linda Hildegard Bergersen s forskergruppe, Brain and Muscle Energy Group.

41 Arbeidende skjelettmuskulatur er den størst produsenten av melkesyre - laktat Laktat øker mye under fysisk aktivitet Reviews: Bergersen LH 2007 Neuroscience Bergersen LH 2015 JCBFM

42 Foto:Vidar Gundersen I hvile eksporteres melkesyre fra hjernen til blodbanen Smith D et al. (2003) J Cereb Blood Flow Metab Rasmussen et al. 2010; van Hall et al. 2010; Dalsgaard MK et al. (2004 ) J Physiol Van Hall et al. (2009) J Cereb Blood Flow Metab Kemppainen J (2005) J Physiology Under fysisk aktivitet produserer skjelettmusklene melkesyre og melkesyre tas opp i hjernen melkesyrekonsentrasjonen i hjernen øker

43 HVA SKJER NÅR LAKTAT HAR KOMMET INN I HJERNEN?..AKTIVERER LAKTATRESEPTOREN HCAR1 SOM STIMULERER PRODUKSJON AV VEGF OG NYDANNELSE AV BLODÅRER ANGIOGENESE I HIPPOCAMPUS

44 Hvilke funksjon har melkesyrereseptoren-hcar1 (GPR81) i hjernen ved fysisk aktivitet?

45 BEHANDLING 5 DAGER I UKA I 7 UKER Morland C, Andersson KA et al Nature Communication 1) Høyintensitets-intervall på tredemølle 2 10 x 4 min på 85-95% av VO 2 max Aktiv hvile 2 min på ~50% VO 2 2) Melkesyre- injeksjoner i fettvevet (10mM) 3) Saltvann-injeksjoner i fettvev

46 Lactatreseptor-aktvering øker en vekstfaktor for nydannelse av blodårer - VEGF A Morland C et al., 2017 Nature Communication

47 Laktatreseptor-aktivering øker tettheten av blodårer i HIPPOCAMPUS Morland C, Andersson KA et al Nature Communication

48 Melkesyrereseptor HCAR1 finnes i blodårer i HIPPOCAMPUS

49 Arbeidet presenterer en ny oppdagelse Effekt av intervalltrening Melkesyrereseptoren HCAR1 øker produksjonen av vekstfaktorer i hjernen Dette fører til økt tetthet av blodårer i hjernen

50 og muligheter for en ny behandling.. En treningspille til å opprettholde hjernens blodårenettverk når du ikke er i stand til å være fysisk aktiv.

51 VISJON

52 NEVROGENESE SKJER IKKE BARE HOS MUS MEN OGSÅ HOS MENNESKER BrdU (bromodeoxyuridin) tymidin-analog injesert i kreftpasienter for å undersøke cancercelleproliferasjon Postmortem hjernevev vister nevrogenese i hippocampus Eriksson et al., 1998