Neurobiologische Wirkungen von körperlicher Anstrengung - Neurobiological effects of physical exercise

Neurobiologische Wirkungen von körperlicher Betätigung
Bewegungstherapie  – medizinische Intervention
Eine Frau macht Aerobic-Übungen
ICD-9-CM	93,19
Gittergewebe	D005081
LOINC	73986-2
eMedizin	324583
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Die neurobiologischen Auswirkungen von körperlicher Betätigung sind zahlreich und beinhalten ein breites Spektrum wechselseitiger Auswirkungen auf die Gehirnstruktur, die Gehirnfunktion und die Kognition . Eine umfangreiche Forschung am Menschen hat gezeigt, dass konsequentes aerobes Training (z. B. 30 Minuten täglich) anhaltende Verbesserungen bestimmter kognitiver Funktionen , gesunde Veränderungen der Genexpression im Gehirn und vorteilhafte Formen der Neuroplastizität und Verhaltensplastizität induziert ; Einige dieser Langzeiteffekte umfassen: gesteigertes Neuronenwachstum , erhöhte neurologische Aktivität (z. B. c-Fos- und BDNF- Signalgebung), verbesserte Stressbewältigung, verbesserte kognitive Verhaltenssteuerung , verbessertes deklaratives , räumliches und Arbeitsgedächtnis sowie strukturelles und funktionelles Verbesserungen der Gehirnstrukturen und -wege, die mit der kognitiven Kontrolle und dem Gedächtnis verbunden sind. Die Auswirkungen von Bewegung auf die Kognition haben wichtige Auswirkungen auf die Verbesserung der akademischen Leistung von Kindern und Studenten, die Verbesserung der Produktivität von Erwachsenen, die Erhaltung der kognitiven Funktionen im Alter, die Vorbeugung oder Behandlung bestimmter neurologischer Störungen und die Verbesserung der allgemeinen Lebensqualität .

Bei gesunden Erwachsenen hat aerobes Training nachweislich vorübergehende Auswirkungen auf die Kognition nach einer einzigen Trainingseinheit und anhaltende Auswirkungen auf die Kognition nach regelmäßigem Training über mehrere Monate. Menschen , die regelmäßig Aerobic - Übungen durchführen (zB Laufen, Joggen , zügiges Gehen, Schwimmen und Radfahren) hat eine größere Werte auf neuropsychologische Funktion und Performance - Tests , die bestimmten kognitive Funktionen messen, wie Aufmerksamkeitssteuerung , inhibitorische Kontrolle , kognitive Flexibilität , Arbeitsspeicher Aktualisierung und Kapazität, deklaratives Gedächtnis , räumliches Gedächtnis und Informationsverarbeitungsgeschwindigkeit . Die vorübergehenden Auswirkungen des Trainings auf die Kognition umfassen Verbesserungen der meisten exekutiven Funktionen (z. B. Aufmerksamkeit, Arbeitsgedächtnis, kognitive Flexibilität, hemmende Kontrolle, Problemlösung und Entscheidungsfindung) und die Geschwindigkeit der Informationsverarbeitung für einen Zeitraum von bis zu 2 Stunden nach dem Training.

Aerobes Training induziert kurz- und langfristige Auswirkungen auf Stimmung und emotionale Zustände, indem es positive Affekte fördert , negative Affekte hemmt und die biologische Reaktion auf akuten psychischen Stress verringert . Kurzfristig wirkt aerobes Training sowohl antidepressiv als auch euphorisierend , während konsequentes Training allgemeine Verbesserungen der Stimmung und des Selbstwertgefühls bewirkt .

Regelmäßiges aerobes Training verbessert die Symptome, die mit einer Vielzahl von Störungen des zentralen Nervensystems verbunden sind, und kann als Zusatztherapie für diese Störungen verwendet werden. Es gibt klare Beweise für die Wirksamkeit der Trainingstherapie bei schweren depressiven Störungen und Aufmerksamkeitsdefizit-Hyperaktivitätsstörungen . Die American Academy of Neurology ‚s klinischen Praxis Leitlinie für leichte kognitive Beeinträchtigung zeigt , dass Ärzte sollten regelmäßige Bewegung empfohlen (zweimal pro Woche) für Personen , die mit dieser Krankheit diagnostiziert wurde. Überprüfungen klinischer Evidenz unterstützen auch den Einsatz von Bewegung als Zusatztherapie bei bestimmten neurodegenerativen Erkrankungen , insbesondere bei der Alzheimer-Krankheit und der Parkinson-Krankheit . Regelmäßige Bewegung ist auch mit einem geringeren Risiko für die Entwicklung neurodegenerativer Erkrankungen verbunden. Eine große Anzahl präklinischer Evidenz und neuer klinischer Evidenz unterstützt den Einsatz von Bewegung als Zusatztherapie zur Behandlung und Vorbeugung von Drogensucht . Regelmäßige Bewegung wurde auch als Zusatztherapie bei Hirntumoren vorgeschlagen .

Langzeiteffekte

Neuroplastizität

Neuroplastizität ist der Prozess, bei dem sich Neuronen im Laufe der Zeit an eine Störung anpassen, und tritt am häufigsten als Reaktion auf wiederholte Reizexposition auf. Aerobes Training erhöht die Produktion neurotropher Faktoren (z. B. BDNF , IGF-1 , VEGF ), die Verbesserungen der kognitiven Funktionen und verschiedener Formen des Gedächtnisses vermitteln, indem sie die Blutgefäßbildung im Gehirn, die Neurogenese bei Erwachsenen und andere Formen der Neuroplastizität fördern . Konsequentes aerobes Training über einen Zeitraum von mehreren Monaten führt zu klinisch signifikanten Verbesserungen der exekutiven Funktionen und einem erhöhten Volumen der grauen Substanz in fast allen Regionen des Gehirns, wobei die stärksten Zunahmen in den Gehirnregionen auftreten, die exekutive Funktionen auslösen . Die Gehirnstrukturen, die als Reaktion auf aerobes Training die größten Verbesserungen des Volumens der grauen Substanz zeigen, sind der präfrontale Kortex , der Nucleus caudatus und der Hippocampus ; weniger signifikante Zunahmen des Volumens der grauen Substanz treten im vorderen cingulären Kortex , im parietalen Kortex , im Kleinhirn und im Nucleus accumbens auf . Der präfrontale Kortex, der Nucleus caudatus und der anteriore cinguläre Kortex gehören zu den wichtigsten Gehirnstrukturen im Dopamin- und Noradrenalin-System , die zur kognitiven Kontrolle führen. Belastungsinduzierte Neurogenese (dh die Zunahme des Volumens der grauen Substanz) im Hippocampus ist mit messbaren Verbesserungen des räumlichen Gedächtnisses verbunden . Höhere körperliche Fitnesswerte , gemessen durch VO ₂ max , sind mit einer besseren exekutiven Funktion, einer schnelleren Informationsverarbeitungsgeschwindigkeit und einem größeren Volumen der grauen Substanz des Hippocampus, des Nucleus caudatus und des Nucleus accumbens verbunden. Langfristiges aerobes Training ist auch mit anhaltenden vorteilhaften epigenetischen Veränderungen verbunden, die zu einer verbesserten Stressbewältigung, einer verbesserten kognitiven Funktion und einer erhöhten neuronalen Aktivität ( c-Fos- und BDNF- Signalübertragung) führen.

Strukturelles Wachstum

Bewertungen von Neuroimaging-Studien zeigen, dass konsequentes aerobes Training das Volumen der grauen Substanz in fast allen Regionen des Gehirns erhöht, wobei eine stärkere Zunahme in Gehirnregionen auftritt, die mit Gedächtnisverarbeitung, kognitiver Kontrolle, motorischer Funktion und Belohnung verbunden sind ; die deutlichsten Zunahmen des Volumens der grauen Substanz werden im präfrontalen Kortex, im Nucleus caudatus und im Hippocampus beobachtet, die neben anderen kognitiven Funktionen die kognitive Kontrolle und die Gedächtnisverarbeitung unterstützen. Darüber hinaus scheinen die linke und rechte Hälfte des präfrontalen Kortex, des Hippocampus und des cingulären Kortex als Reaktion auf konsequentes aerobes Training funktioneller miteinander verbunden zu werden. Drei Übersichtsarbeiten weisen darauf hin, dass bei gesunden Erwachsenen, die regelmäßig mehrere Monate lang mit mittlerer Intensität trainieren, deutliche Verbesserungen des präfrontalen und hippocampalen Volumens der grauen Substanz auftreten. Andere Regionen des Gehirns , die während der Bildgebung eine mäßige oder weniger signifikante Zunahme des Volumens der grauen Substanz aufweisen , umfassen den vorderen cingulären Kortex , den parietalen Kortex , das Kleinhirn und den Nucleus accumbens .

Es hat sich gezeigt, dass regelmäßige Bewegung dem Schrumpfen des Hippocampus und Gedächtnisstörungen entgegenwirkt, die im späten Erwachsenenalter natürlich auftreten. Bei sesshaften Erwachsenen über 55 Jahren nimmt das Hippocampusvolumen jährlich um 1 bis 2 % ab. Eine Neuroimaging-Studie mit einer Stichprobe von 120 Erwachsenen ergab, dass die Teilnahme an regelmäßigen Aerobic-Übungen das Volumen des linken Hippocampus um 2,12 % und des rechten Hippocampus um 1,97 % über einen Zeitraum von einem Jahr erhöhte. Probanden in der Gruppe mit geringer Intensität des Dehnens, die zu Beginn ein höheres Fitnessniveau aufwiesen, zeigten einen geringeren Volumenverlust im Hippocampus, was Beweise dafür liefert, dass Bewegung vor altersbedingtem kognitivem Verfall schützt. Im Allgemeinen haben Personen, die über einen bestimmten Zeitraum mehr Sport treiben, ein größeres Hippocampusvolumen und eine bessere Gedächtnisfunktion. Es wurde auch gezeigt, dass aerobes Training ein Wachstum in den Trakten der weißen Substanz im vorderen Corpus callosum induziert , die normalerweise mit dem Alter schrumpfen.

Zu den verschiedenen Funktionen der Gehirnstrukturen, die eine belastungsinduzierte Zunahme des Volumens der grauen Substanz zeigen, gehören:

• Präfrontale und anteriore cinguläre Kortikalis – erforderlich für die kognitive Verhaltenssteuerung, insbesondere: Arbeitsgedächtnis , Aufmerksamkeitskontrolle , Entscheidungsfindung , kognitive Flexibilität , soziale Kognition und hemmende Verhaltenssteuerung; im Zusammenhang mit Aufmerksamkeitsdefizit-Hyperaktivitätsstörung (ADHS) und Sucht
• Nucleus accumbens  – verantwortlich für Anreizsalienz („Wollen“ oder Begehren, die mit Belohnung verbundene Motivationsform ) und positive Verstärkung ; in Sucht verwickelt
• Hippocampus  – verantwortlich für die Speicherung und Konsolidierung des deklarativen Gedächtnisses und des räumlichen Gedächtnisses ; an Depressionen beteiligt
• Kleinhirn  – verantwortlich für motorische Koordination und motorisches Lernen
• Nucleus caudatus  – verantwortlich für das Stimulus-Reaktions-Lernen und die hemmende Kontrolle; an Parkinson und ADHS beteiligt
• Parietaler Kortex  – verantwortlich für Sinneswahrnehmung , Arbeitsgedächtnis und Aufmerksamkeit

Anhaltende Auswirkungen auf die Kognition

In Übereinstimmung mit den funktionellen Rollen der Gehirnstrukturen, die ein erhöhtes Volumen der grauen Substanz aufweisen, hat sich gezeigt, dass regelmäßige Bewegung über einen Zeitraum von mehreren Monaten zahlreiche exekutive Funktionen und verschiedene Formen des Gedächtnisses anhaltend verbessert. Insbesondere hat sich durch konsequentes aerobes Training gezeigt, dass es die Aufmerksamkeitskontrolle , die Geschwindigkeit der Informationsverarbeitung , die kognitive Flexibilität (z. B. Aufgabenwechsel ), die hemmende Kontrolle , die Aktualisierung und Kapazität des Arbeitsgedächtnisses , das deklarative Gedächtnis und das räumliche Gedächtnis verbessert . Bei gesunden jungen Erwachsenen und Erwachsenen mittleren Alters sind die Effektstärken von Verbesserungen der kognitiven Funktion bei Indizes der exekutiven Funktionen am größten und bei Aspekten des Gedächtnisses und der Informationsverarbeitungsgeschwindigkeit klein bis moderat. Es kann sein, dass ältere Erwachsene kognitiv davon profitieren, wenn sie sowohl an aeroben als auch an Widerstandsübungen von mindestens mäßiger Intensität teilnehmen. Personen, die einen sitzenden Lebensstil haben, neigen dazu, im Vergleich zu anderen körperlich aktiven Nicht-Sportlern beeinträchtigte exekutive Funktionen zu haben. Es wurde auch eine wechselseitige Beziehung zwischen körperlicher Betätigung und exekutiven Funktionen festgestellt: Verbesserungen in den exekutiven Kontrollprozessen, wie Aufmerksamkeitskontrolle und Hemmungskontrolle, erhöhen die Bewegungstendenz einer Person.

Wirkungsmechanismus

BDNF-Signalisierung

Eine der bedeutendsten Auswirkungen von Bewegung auf das Gehirn ist die erhöhte Synthese und Expression von BDNF , einem Neuropeptid und Hormon , im Gehirn und in der Peripherie, was zu einer erhöhten Signalübertragung durch seine Rezeptor-Tyrosin-Kinase , Tropomyosin-Rezeptor-Kinase B (TrkB). Da BDNF die Blut-Hirn-Schranke überwinden kann , erhöht eine höhere periphere BDNF-Synthese auch die BDNF-Signalgebung im Gehirn. Belastungsinduzierte Zunahmen der BDNF-Signalgebung sind mit vorteilhaften epigenetischen Veränderungen , verbesserten kognitiven Funktionen, verbesserter Stimmung und verbessertem Gedächtnis verbunden. Darüber hinaus hat die Forschung die Rolle von BDNF bei der hippocampalen Neurogenese, der synaptischen Plastizität und der neuralen Reparatur stark unterstützt. Die Teilnahme an aeroben Übungen mit mittlerer bis hoher Intensität wie Laufen, Schwimmen und Radfahren erhöht die BDNF- Biosynthese durch Myokin- Signalisierung, was zu einem bis zu dreifachen Anstieg des Blutplasmas und des BDNF-Spiegels führt; Die Trainingsintensität korreliert positiv mit dem Ausmaß der erhöhten BDNF-Biosynthese und -Expression. Eine Metaanalyse von Studien, die die Wirkung von Bewegung auf den BDNF-Spiegel untersuchten, ergab, dass konsequente Bewegung auch den BDNF-Spiegel in Ruhe moderat erhöht. Dies hat wichtige Auswirkungen auf Bewegung als Mechanismus zur Stressreduzierung, da Stress eng mit einem verringerten BDNF-Spiegel im Hippocampus verbunden ist. Tatsächlich deuten Studien darauf hin, dass BDNF zur angstreduzierenden Wirkung von Antidepressiva beiträgt. Der Anstieg des BDNF-Spiegels, der durch Bewegung verursacht wird, hilft, den stressbedingten Rückgang des BDNF umzukehren, der kurzfristig Stress vermittelt und langfristig gegen stressbedingte Krankheiten puffert.

IGF-1-Signalisierung

IGF-1 ist ein Peptid und ein neurotropher Faktor , der einige der Wirkungen des Wachstumshormons vermittelt ; IGF-1 ruft seine physiologischen Wirkungen hervor, indem es an eine spezifische Rezeptor-Tyrosinkinase , den IGF-1-Rezeptor , bindet , um das Gewebewachstum und den Umbau zu kontrollieren. Im Gehirn fungiert IGF-1 als neurotropher Faktor, der wie BDNF eine bedeutende Rolle bei der Kognition, der Neurogenese und dem neuronalen Überleben spielt. Körperliche Aktivität ist mit erhöhten IGF-1-Spiegeln im Blutserum verbunden , von dem bekannt ist, dass es aufgrund seiner Fähigkeit, die Blut-Hirn-Schranke und die Blut-Liquor-Schranke zu überwinden , zur Neuroplastizität im Gehirn beiträgt ; Folglich stellte ein Review fest, dass IGF-1 ein wichtiger Mediator der belastungsinduzierten Neurogenese bei Erwachsenen ist, während ein zweiter Review ihn als einen Faktor charakterisierte, der „Körperfitness“ mit „Gehirnfitness“ verbindet. Die Menge an IGF-1, die während des Trainings ins Blutplasma freigesetzt wird, korreliert positiv mit der Trainingsintensität und -dauer.

VEGF-Signalisierung

VEGF ist ein neurotrophes und angiogenes (dh das Wachstum von Blutgefäßen förderndes) Signalprotein , das an zwei Rezeptor-Tyrosinkinasen, VEGFR1 und VEGFR2 , bindet , die in Neuronen und Gliazellen im Gehirn exprimiert werden . Hypoxie oder unzureichende zelluläre Sauerstoffversorgung reguliert stark die VEGF-Expression und VEGF übt eine neuroprotektive Wirkung in hypoxischen Neuronen aus. Wie BDNF und IGF-1 erhöht aerobes Training nachweislich die VEGF-Biosynthese im peripheren Gewebe, das anschließend die Blut-Hirn-Schranke passiert und die Neurogenese und die Bildung von Blutgefäßen im Zentralnervensystem fördert . Es hat sich gezeigt, dass belastungsinduzierte Zunahmen der VEGF-Signalgebung das zerebrale Blutvolumen verbessern und zur belastungsinduzierten Neurogenese im Hippocampus beitragen.

GPLD1

Im Juli 2020 berichteten Wissenschaftler, dass die Leber von Mäusen das Protein GPLD1 ausscheidet , das auch bei älteren Menschen, die regelmäßig Sport treiben , erhöht ist, dass dies mit einer verbesserten kognitiven Funktion bei älteren Mäusen verbunden ist und dass die Menge an GPLD1, die von der Mäuseleber produziert wird, erhöht wird bei alten Mäusen durch Gentechnik könnte viele Vorteile regelmäßiger Bewegung für ihr Gehirn bringen – wie erhöhte BDNF-Spiegel, Neurogenese und verbesserte kognitive Funktionen in Tests.

Irisin

Eine Studie mit FNDC5- Knock-out-Mäusen sowie einer künstlichen Erhöhung des zirkulierenden Irisinspiegels zeigte, dass Irisin positive kognitive Effekte von körperlicher Bewegung hat und dass es bei Mäusen als Trainingsmimetikum dienen kann, bei dem es "sowohl das kognitive Defizit als auch die Neuropathologie verbessern könnte Alzheimer- Mausmodelle". Der Mediator und sein Regulationssystem werden daher auf mögliche Interventionen untersucht, um die kognitive Funktion zu verbessern oder weiter zu verbessern oder die Alzheimer-Krankheit beim Menschen zu lindern. Experimente weisen darauf hin, dass Irisin mit der Regulation von BDNF und Neurogenese bei Mäusen verbunden sein könnte.

Kurzfristige Auswirkungen

Transiente Auswirkungen auf die Kognition

Zusätzlich zu den anhaltenden Auswirkungen auf die Kognition, die aus mehreren Monaten täglicher Bewegung resultieren, hat sich gezeigt, dass akutes Training (dh eine einzelne Trainingseinheit) eine Reihe von kognitiven Funktionen vorübergehend verbessert. Reviews und Metaanalysen der Forschung zu den Auswirkungen von akutem Training auf die Kognition bei gesunden jungen und mittleren Erwachsenen haben ergeben, dass die Informationsverarbeitungsgeschwindigkeit und eine Reihe von exekutiven Funktionen – einschließlich Aufmerksamkeit, Arbeitsgedächtnis, Problemlösung, kognitive Flexibilität, verbale Gewandtheit , Entscheidungsfindung und hemmende Kontrolle – alle verbessern sich für einen Zeitraum von bis zu 2 Stunden nach dem Training. Eine systematische Überprüfung von Studien an Kindern ergab auch, dass einige der belastungsinduzierten Verbesserungen der exekutiven Funktion nach einzelnen Trainingseinheiten sichtbar sind, während andere Aspekte (z. B. Aufmerksamkeitskontrolle) sich erst nach regelmäßigem Training verbessern. Andere Forschungen haben sofortige Leistungssteigerungen während des Trainings vorgeschlagen, wie z.

Sportbedingte Euphorie

Kontinuierliches Training kann einen vorübergehenden Zustand der Euphorie erzeugen  – ein positiv bewerteter affektiver Zustand , der das Erleben von Freude und Gefühlen von tiefer Zufriedenheit, Hochgefühl und Wohlbefinden umfasst – der umgangssprachlich als „ Runner's High “ beim Langstreckenlauf oder als „ Runner's High “ bezeichnet wird. Ruderer hoch " im Rudern . Aktuelle medizinische Gutachten weisen darauf hin, dass mehrere endogene Euphorien für die belastungsbedingte Euphorie verantwortlich sind, insbesondere Phenethylamin (ein endogenes Psychostimulans ), β-Endorphin (ein endogenes Opioid ) und Anandamid (ein endogenes Cannabinoid ).

Auswirkungen auf die Neurochemie

β-Phenylethylamin

Biosynthesewege für Katecholamine und Spurenamine im menschlichen Gehirn L- Phenylalanin L- Tyrosin L- DOPA Adrenalin Phenethylamin p- Tyramin Dopamin Noradrenalin N- Methylphenethylamin N- Methyltyramin p- Octopamin Synephrin 3-Methoxytyramin AADC AADC AADC primärer Weg PNMT PNMT PNMT PNMT AAAH AAAH Gehirn CYP2D6 kleiner Weg COMT DBH DBH Katecholamine und phenethylaminerge Spurenamine werden beim Menschen von der Aminosäure L-Phenylalanin abgeleitet .

β-Phenylethylamin , allgemein als Phenethylamin bezeichnet , ist ein menschliches Spurenamin und ein potenter katecholaminerger und glutamaterger Neuromodulator , der ähnliche psychostimulierende und euphorisierende Wirkungen und eine ähnliche chemische Struktur wie Amphetamin hat . Es hat sich gezeigt, dass 30 Minuten mäßiger bis hoher körperlicher Aktivität einen enormen Anstieg der β-Phenylessigsäure im Urin , dem primären Metaboliten von Phenethylamin , induzieren . Zwei Übersichten stellten eine Studie fest, bei der die durchschnittliche 24-Stunden-Urin- β-Phenylessigsäure- Konzentration bei den Teilnehmern nach nur 30 Minuten intensiver körperlicher Betätigung um 77% im Vergleich zu den Ausgangskonzentrationen bei ruhenden Kontrollpersonen anstieg; Die Übersichtsartikel legen nahe, dass die Phenethylaminsynthese während des Trainings stark ansteigt und während dieser Zeit aufgrund seiner kurzen Halbwertszeit von etwa 30 Sekunden schnell metabolisiert wird. In einem Ruhezustand, Phenethylamin in synthetisierte Katecholamin Neuronen aus L - Phenylalanin durch aromatischen Aminosäure - Decarboxylase (AADC) bei etwa der gleichen Geschwindigkeit , mit der Dopamin erzeugt wird.

Angesichts dieser Beobachtung legen das Originalpapier und beide Übersichtsartikel nahe, dass Phenethylamin eine herausragende Rolle bei der Vermittlung der stimmungsaufhellenden euphorischen Effekte eines Läufer- Highs spielt , da sowohl Phenethylamin als auch Amphetamin starke Euphorien sind.

β-Endorphin

β-Endorphin (kontrahiert von „ endo genous mo rphin e“) ist ein endogenes Opioid - Neuropeptid , dass bindet an Rezeptoren Opioid - u- , wiederum produzieren Euphorie und Schmerzlinderung . Eine metaanalytische Überprüfung ergab, dass Bewegung die Sekretion von β-Endorphin signifikant erhöht und dass diese Sekretion mit verbesserten Stimmungszuständen korreliert. Training mit mäßiger Intensität erzeugt den größten Anstieg der β-Endorphin- Synthese, während Sportarten mit höherer und niedrigerer Intensität mit einem geringeren Anstieg der β-Endorphin- Synthese verbunden sind. Eine Überprüfung zu β-Endorphin und Bewegung ergab, dass sich die Stimmung einer Person für den Rest des Tages nach körperlicher Betätigung verbessert und dass die Stimmung einer Person positiv mit dem gesamten täglichen körperlichen Aktivitätsniveau korreliert. Daten von Nagetieren und Menschen haben jedoch gezeigt, dass die pharmakologische Blockade von endogenen Endorphinen die Entwicklung eines Runner's High nicht verhindert, während die Blockade von Endocannabinoiden dies tut.

Anandamid

Anandamid ist ein endogenes Cannabinoid und ein retrograder Neurotransmitter , der an Cannabinoid-Rezeptoren (hauptsächlich CB ₁ ) bindet , was wiederum Euphorie hervorruft. Es wurde gezeigt, dass aerobes Training einen Anstieg des Plasma-Anandamidspiegels verursacht, wobei dieser Anstieg bei moderater Trainingsintensität am höchsten ist (dh Training bei ~⁠70⁠–⁠80⁠% der maximalen Herzfrequenz). Erhöhte Plasma-Anandamid-Spiegel sind mit psychoaktiven Wirkungen verbunden, da Anandamid die Blut-Hirn-Schranke überwinden und im Zentralnervensystem wirken kann. Da Anandamid ein euphorisierendes Mittel ist und aerobes Training mit euphorischen Effekten verbunden ist, wurde vorgeschlagen, dass Anandamid die kurzfristigen stimmungsaufhellenden Effekte des Trainings (z seine Synthese.

Bei Mäusen wurde gezeigt, dass bestimmte Merkmale des Runner-Highs von Cannabinoid-Rezeptoren abhängen. Eine pharmakologische oder genetische Störung der Cannabinoid-Signalübertragung über Cannabinoid-Rezeptoren verhindert die schmerzstillende und angstreduzierende Wirkung des Laufens.

Cortisol und die psychische Stressreaktion

Das „Stresshormon“ Cortisol ist ein Glucocorticoid , das an Glucocorticoid-Rezeptoren bindet . Psychischer Stress induziert die Ausschüttung von Cortisol aus der Nebenniere, indem er die Hypothalamus-Hypophyse-Nebennieren-Achse (HPA-Achse) aktiviert . Kurzfristige Erhöhungen des Cortisolspiegels sind mit adaptiven kognitiven Verbesserungen verbunden, wie z. B. einer verbesserten inhibitorischen Kontrolle; eine übermäßig hohe Exposition oder längere Exposition gegenüber hohen Cortisolspiegeln führt jedoch zu Beeinträchtigungen der kognitiven Kontrolle und hat neurotoxische Wirkungen auf das menschliche Gehirn. Chronischer psychischer Stress verringert beispielsweise die BDNF- Expression, was sich nachteilig auf das Hippocampusvolumen auswirkt und zu Depressionen führen kann .

Als körperlicher Stressor stimuliert aerobes Training die Cortisolsekretion intensitätsabhängig; es führt jedoch nicht zu einer langfristigen Erhöhung der Cortisolproduktion, da diese durch körperliche Anstrengung verursachte Wirkung auf das Cortisol eine Reaktion auf eine vorübergehende negative Energiebilanz ist . Personen, die kürzlich Sport getrieben haben, zeigen Verbesserungen im Stressbewältigungsverhalten. Aerobes Training erhöht die körperliche Fitness und senkt die neuroendokrine (dh die HPA-Achse ) Reaktivität und reduziert daher die biologische Reaktion auf psychischen Stress beim Menschen (zB reduzierte Cortisolfreisetzung und abgeschwächte Herzfrequenzreaktion ). Bewegung kehrt auch stressbedingte Abnahmen der BDNF- Expression und der Signalübertragung im Gehirn um und wirkt so als Puffer gegen stressbedingte Krankheiten wie Depressionen.

Glutamat und GABA

Glutamat , einer der häufigsten Neurochemikalien im Gehirn, ist ein erregender Neurotransmitter, der an vielen Aspekten der Gehirnfunktion beteiligt ist, einschließlich Lernen und Gedächtnis. Basierend auf Tiermodellen scheint Bewegung die übermäßige Glutamat-Neurotransmission in den Nucleus accumbens zu normalisieren , die bei Drogensucht auftritt. Eine Überprüfung der Auswirkungen von Training auf die neurokardiale Funktion in präklinischen Modellen stellte fest, dass die belastungsinduzierte Neuroplastizität der rostralen ventrolateralen Medulla (RVLM) eine hemmende Wirkung auf die glutamaterge Neurotransmission in dieser Region hat, was wiederum die sympathische Aktivität reduziert ; Die Überprüfung stellte die Hypothese auf, dass diese Neuroplastizität im RVLM ein Mechanismus ist, durch den regelmäßige Bewegung kardiovaskuläre Erkrankungen im Zusammenhang mit Inaktivität verhindert .

Monoamin-Neurotransmitter

Acetylcholin

Auswirkungen bei Kindern

Sibley und Etnier (2003) führten eine Metaanalyse durch, die den Zusammenhang zwischen körperlicher Aktivität und kognitiver Leistung bei Kindern untersuchte. Sie berichteten über einen positiven Zusammenhang in den Kategorien Wahrnehmungsfähigkeit, Intelligenzquotient, Leistung, verbale Tests, mathematische Tests, Entwicklungsstand/akademische Bereitschaft und andere, mit Ausnahme des Gedächtnisses, der nicht mit körperlicher Aktivität in Zusammenhang stand. Die Korrelation war am stärksten für die Altersgruppen 4–7 und 11–13 Jahre. Auf der anderen Seite fanden Chaddock und Kollegen (2011) Ergebnisse, die der Metaanalyse von Sibley und Etnier gegenüberstanden. In ihrer Studie lautete die Hypothese, dass Kinder mit geringerer Fitness bei der exekutiven Kontrolle des Gedächtnisses schlecht abschneiden und im Vergleich zu Kindern mit höherer Fitness ein kleineres Hippocampusvolumen aufweisen. Anstatt dass körperliche Aktivität bei Kindern zwischen 4 und 18 Jahren keinen Bezug zum Gedächtnis hat, kann es sein, dass Präjugendliche mit höherer Fitness ein größeres Hippocampusvolumen haben als Präjugendliche mit geringerer Fitness. Laut einer früheren Studie von Chaddock und Kollegen (Chaddock et al. 2010) würde ein größeres Hippocampusvolumen zu einer besseren exekutiven Gedächtniskontrolle führen. Sie kamen zu dem Schluss, dass das Hippocampusvolumen positiv mit der Leistung bei relationalen Gedächtnisaufgaben verbunden war. Ihre Ergebnisse sind die ersten, die darauf hindeuten, dass aerobe Fitness mit der Struktur und Funktion des menschlichen Gehirns vor der Adoleszenz zusammenhängt. In der Metaanalyse von Best (2010) zur Wirkung von Aktivität auf die exekutive Funktion von Kindern gibt es zwei verschiedene experimentelle Designs, die verwendet werden, um aerobes Training auf die Kognition zu bewerten. Die erste ist das chronische Training, bei dem die Kinder nach dem Zufallsprinzip über mehrere Wochen einem Aerobic-Trainingsplan zugewiesen und später am Ende bewertet werden. Die zweite ist die akute Übung, bei der die unmittelbaren Veränderungen der kognitiven Funktionen nach jeder Sitzung untersucht werden. Die Ergebnisse beider Ergebnisse deuten darauf hin, dass Aerobic-Übungen die exekutive Funktion von Kindern kurzzeitig unterstützen und auch dauerhaftere Verbesserungen der exekutiven Funktion beeinflussen können. Andere Studien haben gezeigt, dass Bewegung nicht mit der schulischen Leistung in Zusammenhang steht, möglicherweise aufgrund der Parameter, die verwendet werden, um genau zu bestimmen, was schulische Leistung ist. Dieser Studienbereich war ein Schwerpunkt von Bildungsausschüssen, die Entscheidungen darüber treffen, ob der Sportunterricht in den Lehrplan der Schulen integriert werden sollte, wie viel Zeit dem Sportunterricht gewidmet werden sollte und wie er sich auf andere akademische Fächer auswirkt.

Eine andere Studie ergab, dass Sechstklässler, die mindestens dreimal pro Woche an intensiver körperlicher Aktivität teilnahmen, im Vergleich zu denen, die an moderater oder gar keiner körperlichen Aktivität teilnahmen, die höchsten Punktzahlen aufwiesen. Die Kinder, die an intensiver körperlicher Aktivität teilnahmen, erzielten bei ihrem akademischen Test, der aus Mathematik, Naturwissenschaften, Englisch und Weltkunde bestand, im Durchschnitt drei Punkte besser.

Tierstudien haben auch gezeigt, dass Bewegung die Gehirnentwicklung früh im Leben beeinflussen kann. Mäuse, die Zugang zu Laufrädern und ähnlichen Trainingsgeräten hatten, hatten ein besseres neuronales Wachstum in den neuronalen Systemen, die am Lernen und Gedächtnis beteiligt sind. Neuroimaging des menschlichen Gehirns hat zu ähnlichen Ergebnissen geführt, wo Bewegung zu Veränderungen der Gehirnstruktur und -funktion führt. Einige Untersuchungen haben bei Kindern mit eingeschränkter Exekutivfunktion bei älteren Erwachsenen ein niedriges Niveau der aeroben Fitness in Verbindung gebracht, aber es gibt immer mehr Hinweise darauf, dass dies auch mit einem Mangel an selektiver Aufmerksamkeit, Reaktionshemmung und Interferenzkontrolle verbunden sein kann.

Auswirkungen auf Erkrankungen des zentralen Nervensystems

Sport zur Vorbeugung und Behandlung von Drogensucht

Klinische und präklinische Beweise weisen darauf hin, dass konsequentes aerobes Training, insbesondere Ausdauertraining (z. B. Marathonlauf ), tatsächlich die Entwicklung bestimmter Drogensucht verhindert und eine wirksame Zusatzbehandlung bei Drogensucht und insbesondere bei Psychostimulanziensucht ist. Konsequentes aerobes Training in Abhängigkeit von der Größe (dh nach Dauer und Intensität) reduziert das Drogensuchtrisiko, das durch die Umkehrung der drogeninduzierten, suchtbedingten Neuroplastizität aufzutreten scheint. Ein Review stellte fest, dass Bewegung die Entwicklung einer Drogensucht verhindern kann, indem die ΔFosB- oder c-Fos- Immunreaktivität im Striatum oder anderen Teilen des Belohnungssystems verändert wird . Außerdem nimmt aerobe Übung Psychostimulantien Selbstverabreichung reduziert die Wiedereinstellung (dh Rückfall) der Drogensucht und induziert entgegengesetzte Wirkungen auf die striatalen Dopaminrezeptor D ₂ (DRD2) Signalisieren (erhöhte DRD2 Dichte) zu den von pathologischen Stimulanzien induziert ( verringerte DRD2-Dichte). Folglich kann konsequentes aerobes Training zu besseren Behandlungsergebnissen führen, wenn es als Zusatzbehandlung bei Drogensucht verwendet wird. Ab 2016 ist noch mehr klinische Forschung erforderlich, um die Mechanismen zu verstehen und die Wirksamkeit von Bewegung bei der Behandlung und Prävention von Drogensucht zu bestätigen.

Zusammenfassung suchtbedingter Plastizität

Form der Neuroplastizität oder Verhaltensplastizität	Art des Verstärkers						Quellen
	Opiate	Psychostimulanzien	Essen mit hohem Fett- oder Zuckergehalt	Geschlechtsverkehr	Körperliche Bewegung (Aerobic)	Umweltanreicherung
ΔFosB- Expression in Nucleus accumbens D1-Typ MSNs	↑	↑	↑	↑	↑	↑
Verhaltensplastizität
Eskalation der Einnahme	Jawohl	Jawohl	Jawohl
Psychostimulanzien -Kreuzsensibilisierung	Jawohl	Unzutreffend	Jawohl	Jawohl	Gedämpft	Gedämpft
Selbstverabreichung von Psychostimulanzien	↑	↑	↓		↓	↓
Psychostimulanzienbedingte Platzpräferenz	↑	↑	↓	↑	↓	↑
Wiederherstellung des Drogensuchtverhaltens	↑	↑			↓	↓
Neurochemische Plastizität
CREB- Phosphorylierung im Nucleus accumbens	↓	↓	↓		↓	↓
Sensibilisierten Dopamin - Reaktion in dem Nucleus accumbens	Nein	Jawohl	Nein	Jawohl
Veränderte striatale Dopamin-Signalgebung	↓ DRD2 , ↑ DRD3	↑ DRD1 , ↓ DRD2 , ↑ DRD3	↑ DRD1 , ↓ DRD2 , ↑ DRD3		↑ DRD2	↑ DRD2
Veränderte striatale Opioid-Signalgebung	Keine Veränderung oder ↑ μ-Opioid-Rezeptoren	↑ μ-Opioid-Rezeptoren ↑ κ-Opioid-Rezeptoren	↑ μ-Opioid-Rezeptoren	↑ μ-Opioid-Rezeptoren	Keine Änderung	Keine Änderung
Veränderungen der striatalen Opioidpeptide	↑ Dynorphin Keine Veränderung: Enkephalin	↑ Dynorphin	↓ Enkephalin		↑ Dynorphin	↑ Dynorphin
Mesokortikolimbische synaptische Plastizität
Anzahl der Dendriten im Nucleus accumbens	↓	↑		↑
Dendritische Wirbelsäule Dichte in dem Nucleus accumbens	↓	↑		↑

Aufmerksamkeits-Defizit-Hyperaktivitäts-Störung

Regelmäßige körperliche Bewegung, insbesondere Aerobic-Übungen, ist eine wirksame Zusatzbehandlung für ADHS bei Kindern und Erwachsenen, insbesondere in Kombination mit stimulierenden Medikamenten (z. B. Amphetamin oder Methylphenidat ), obwohl die beste Intensität und Art von Aerobic-Übungen zur Verbesserung der Symptome nicht derzeit bekannt. Zu den langfristigen Auswirkungen regelmäßiger Aerobic-Übungen bei ADHS-Patienten gehören insbesondere besseres Verhalten und motorische Fähigkeiten, verbesserte exekutive Funktionen (einschließlich Aufmerksamkeit, hemmende Kontrolle und Planung , neben anderen kognitiven Bereichen), schnellere Informationsverarbeitungsgeschwindigkeit und ein besseres Gedächtnis. Die Eltern-Lehrer-Bewertungen der verhaltensbezogenen und sozio-emotionalen Ergebnisse als Reaktion auf regelmäßige Aerobic-Übungen umfassen: bessere Gesamtfunktion, reduzierte ADHS-Symptome, besseres Selbstwertgefühl, weniger Angst und Depression, weniger somatische Beschwerden, besseres Schul- und Unterrichtsverhalten und verbessertes Sozialverhalten. Das Training während der Einnahme von stimulierenden Medikamenten verstärkt die Wirkung von stimulierenden Medikamenten auf die exekutive Funktion. Es wird angenommen, dass diese kurzfristigen Auswirkungen des Trainings durch eine erhöhte Menge an synaptischem Dopamin und Noradrenalin im Gehirn vermittelt werden.

Depression

Eine Reihe medizinischer Gutachten hat gezeigt, dass Bewegung beim Menschen eine ausgeprägte und anhaltende antidepressive Wirkung hat, eine Wirkung, von der angenommen wird, dass sie durch eine verstärkte BDNF- Signalgebung im Gehirn vermittelt wird. Mehrere systematische Übersichtsarbeiten haben das Potenzial von körperlicher Betätigung bei der Behandlung von depressiven Störungen analysiert . Der Cochrane Collaboration Review von 2013 zu körperlicher Bewegung bei Depressionen stellte fest, dass diese aufgrund begrenzter Evidenz wirksamer ist als eine Kontrollintervention und vergleichbar mit psychologischen oder antidepressiven Arzneimitteltherapien. Drei nachfolgende systematische Übersichtsarbeiten aus dem Jahr 2014, die den Cochrane-Review in ihre Analyse einschlossen, kamen zu ähnlichen Ergebnissen: Eine zeigte, dass körperliche Bewegung als Zusatzbehandlung (dh Behandlungen, die zusammen angewendet werden) mit Antidepressiva wirksam ist ; die anderen beiden wiesen darauf hin, dass körperliche Bewegung eine ausgeprägte antidepressive Wirkung hat und empfahlen die Einbeziehung von körperlicher Aktivität als Zusatzbehandlung bei leichten bis mittelschweren Depressionen und psychischen Erkrankungen im Allgemeinen. Eine systematische Übersichtsarbeit stellte fest, dass Yoga bei der Linderung der Symptome einer pränatalen Depression wirksam sein kann . Eine andere Übersichtsarbeit behauptete, dass Beweise aus klinischen Studien die Wirksamkeit von körperlicher Bewegung als Behandlung von Depressionen über einen Zeitraum von 2–4 Monaten belegen . Diese Vorteile wurden auch im Alter festgestellt , wobei eine Überprüfung im Jahr 2019 ergab, dass Bewegung eine wirksame Behandlung für klinisch diagnostizierte Depressionen bei älteren Erwachsenen ist.

Eine Metaanalyse vom Juli 2016 kam zu dem Schluss, dass körperliche Bewegung die allgemeine Lebensqualität von Personen mit Depressionen im Vergleich zu Kontrollpersonen verbessert.

Hirntumore

Leichte kognitive Einschränkung

In der Aktualisierung ihrer klinischen Praxisleitlinie für leichte kognitive Beeinträchtigungen der American Academy of Neurology vom Januar 2018 heißt es, dass Kliniker Personen, bei denen diese Erkrankung diagnostiziert wurde, regelmäßige körperliche Bewegung (zweimal pro Woche) empfehlen sollten. Diese Leitlinien basieren auf einer moderaten Menge hochwertiger Evidenz, die die Wirksamkeit regelmäßiger körperlicher Bewegung (zweimal wöchentlich über einen Zeitraum von 6 Monaten) zur Verbesserung der kognitiven Symptome bei Personen mit leichter kognitiver Beeinträchtigung belegen.

Neurodegenerative Erkrankungen

Alzheimer-Krankheit

Die Alzheimer-Krankheit ist eine kortikale neurodegenerative Erkrankung und die am weitesten verbreitete Form der Demenz , die etwa 65% aller Demenzfälle ausmacht; es ist gekennzeichnet durch eine beeinträchtigte kognitive Funktion, Verhaltensauffälligkeiten und eine verminderte Fähigkeit, grundlegende Aktivitäten des täglichen Lebens auszuführen . Zwei metaanalytische systematische Übersichtsarbeiten zu randomisierten kontrollierten Studien mit einer Dauer von 3–12 Monaten haben die Auswirkungen von körperlicher Betätigung auf die oben genannten Merkmale der Alzheimer-Krankheit untersucht. Die Überprüfungen fanden positive Auswirkungen von körperlicher Betätigung auf die kognitive Funktion, die Rate des kognitiven Rückgangs und die Fähigkeit, Aktivitäten des täglichen Lebens bei Personen mit Alzheimer-Krankheit auszuführen. Eine Übersichtsarbeit legte nahe, dass die kognitiven Auswirkungen von Bewegung auf die Alzheimer-Krankheit basierend auf transgenen Mausmodellen aus einer Verringerung der Amyloid-Plaque- Menge resultieren könnten .

Die Caerphilly Prospektive Studie verfolgte 2.375 männliche Probanden über 30 Jahre und untersuchte unter anderem den Zusammenhang zwischen einem gesunden Lebensstil und Demenz. Analysen der Caerphilly-Studiendaten haben ergeben, dass Bewegung mit einer geringeren Inzidenz von Demenz und einer Verringerung kognitiver Beeinträchtigungen einhergeht. Eine anschließende systematische Überprüfung von Längsschnittstudien ergab auch, dass eine höhere körperliche Aktivität mit einer Verringerung des Demenzrisikos und des kognitiven Verfalls verbunden ist; In dieser Überprüfung wurde ferner festgestellt, dass eine erhöhte körperliche Aktivität in einem ursächlichen Zusammenhang mit diesen verringerten Risiken zu stehen scheint.

Parkinson-Krankheit

Die Parkinson-Krankheit (PD) ist eine Bewegungsstörung, die Symptome wie Bradykinesie , Starrheit, Zittern und Gangstörungen hervorruft .

Ein Review von Kramer und Kollegen (2006) ergab, dass einige Neurotransmittersysteme durch Bewegung positiv beeinflusst werden. Einige Studien berichteten, dass sich die Gesundheit des Gehirns und die kognitive Funktion durch Bewegung verbesserten. Eine spezielle Studie von Kramer und Kollegen (1999) ergab, dass aerobes Training die exekutiven Kontrollprozesse verbessert, die von frontalen und präfrontalen Regionen des Gehirns unterstützt werden. Diese Regionen sind für die kognitiven Defizite bei PD-Patienten verantwortlich, es gab jedoch Spekulationen, dass der Unterschied in der neurochemischen Umgebung in den Frontallappen von PD-Patienten den Nutzen von Aerobic-Übungen hemmen könnte. Nocera und Kollegen (2010) führten eine auf dieser Literatur basierende Fallstudie durch, in der sie Teilnehmern mit Parkinson im frühen bis mittleren Stadium und der Kontrollgruppe kognitive/sprachliche Bewertungen mit Trainingsprogrammen gaben. Die Personen führten 8 Wochen lang dreimal pro Woche 20 Minuten aerobes Training auf einem stationären Trainingszyklus durch. Es wurde festgestellt, dass aerobes Training mehrere Messungen der kognitiven Funktion verbesserte, was den Beweis liefert, dass solche Trainingsprogramme für Patienten mit PD von Vorteil sein können.

Siehe auch

Anmerkungen

Verweise