Os cientistas descobriram que o cérebro está mais conectado fisicamente ao corpo do que se pensava anteriormente. Nas conclusões publicadas em 27 de abril em Neurociência da naturezaos pesquisadores usaram experimentos com ratos junto com simulações de computador para descobrir uma possível razão pela qual a atividade física apoia a saúde do cérebro.
A pesquisa mostra que quando os músculos abdominais se contraem, eles pressionam os vasos sanguíneos conectados à medula espinhal e ao cérebro. Essa pressão faz com que o cérebro se desloque ligeiramente dentro do crânio. Esse movimento suave parece ajudar o líquido cefalorraquidiano a se mover pelo cérebro, o que pode transportar resíduos que podem interferir no funcionamento normal do cérebro.
Uma ligação mecanicista entre movimento e saúde cerebral
Patrick Drew, professor de ciências da engenharia e mecânica, neurocirurgia, biologia e engenharia biomédica na Penn State, disse que as descobertas se baseiam em pesquisas anteriores sobre como o sono e a perda de neurônios afetam o momento do fluxo do líquido cefalorraquidiano no cérebro.
“Nosso estudo explica como o simples movimento pode servir como um importante mecanismo fisiológico que promove 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 um sistema hidráulico, pressionando o cérebro e fazendo-o se mover. Simulações mostram que esse movimento suave do cérebro controlará o fluxo de fluido dentro e ao redor do cérebro. Acredita-se que o movimento de fluidos no cérebro seja importante para a remoção de resíduos e prevenção de doenças neurodegenerativas. Nossa pesquisa mostra que um pouco de movimento é bom, e esta pode ser outra razão pela qual o exercício é bom para a saúde do cérebro.”
Drew, que também é diretor associado do Hack Institute for Life Sciences, comparou o processo a um sistema hidráulico. Nesse caso, os músculos abdominais desempenham o papel de bomba. Mesmo pequenas ações, como alongar o corpo antes de se levantar ou dar um passo, podem criar esse efeito. A pressão é transmitida através do plexo venoso vertebral, uma rede de veias que conecta a cavidade abdominal à cavidade espinhal, resultando em um leve movimento do cérebro.
A imagem mostra o movimento do cérebro causado por contrações musculares
Para observar esse processo, os pesquisadores estudaram ratos em movimento usando duas técnicas modernas de imagem. A microscopia de dois fótons forneceu imagens detalhadas de tecidos vivos, enquanto a tomografia microcomputadorizada ofereceu visualizações 3D de alta resolução de órgãos inteiros.
Eles descobriram que o cérebro mudou pouco antes dos animais se moverem, logo após os músculos abdominais ficarem tensos para iniciar o movimento.
Para confirmar que a pressão intra-abdominal era o fator chave, a equipe aplicou uma pressão suave e controlada no abdômen dos ratos sob anestesia leve. Não houve outro movimento. O nível de pressão era inferior ao que uma pessoa experimentaria durante uma medição da pressão arterial, mas ainda assim fazia o cérebro se mover.
“É importante ressaltar que o cérebro começou a retornar à sua posição original imediatamente após o alívio da pressão abdominal”, disse Drew. “Isso sugere que a pressão abdominal pode alterar rápida e significativamente a posição do cérebro no crânio”.
A simulação mostra como o fluido pode fluir através do cérebro
Depois de confirmar que a contração da cavidade abdominal provoca o movimento do cérebro, os pesquisadores passaram para a próxima questão: como esse movimento afeta o fluxo de fluido. Naquela época, nenhuma técnica de imagem conseguia descrever em detalhes o comportamento rápido e complexo do líquido cefalorraquidiano.
“Felizmente, nossa equipe interdisciplinar na Penn 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 essencial para a compreensão desses sistemas complexos e como eles afetam a saúde.”
Francesco Costanza, professor de ciências da 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 relacionados ao tempo. A contabilização de todos eles requer levar em conta a física especial que ocorre toda vez que uma partícula de fluido atravessa uma das muitas membranas do cérebro”, disse Costanza. “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 se mover através dele.”
Ao ver o cérebro como uma esponja, a equipe poderia modelar como o fluido se move através de espaços de tamanhos variados, semelhantes às dobras do cérebro ou aos poros de uma esponja.
“Ao mesmo tempo em que apoiamos a ideia do cérebro como uma esponja, também pensamos nele como uma esponja suja – como você limpa uma esponja suja?” – perguntou Costanza. “Você o coloca sob uma torneira e o espreme. Em nossas simulações, fomos capazes de entender como o movimento do cérebro a partir das contrações abdominais pode ajudar a desencadear o fluxo de fluido no cérebro para eliminar os resíduos.”
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, as descobertas sugerem que o exercício diário pode promover a circulação do líquido cefalorraquidiano no cérebro, ajudando a remover resíduos e possivelmente reduzindo o risco de doenças neurodegenerativas associadas à acumulação de resíduos.
“Esse movimento é muito pequeno. É o que é criado quando você anda ou apenas contrai os músculos abdominais, o que acontece quando pratica qualquer atividade física. Pode ter um grande impacto na saúde do cérebro”, disse Drew.
Equipe de pesquisa e financiamento
Os co-autores incluem K. Spencer Garborg, pós-doutorado no laboratório de Drew; Beatrice Gitti, que foi estudante de doutorado com Costanza e Drew durante a pesquisa 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, que fez pós-doutorado no laboratório de Drew; Noah Frank, formado em engenharia mecânica pela Pensilvânia; Sarah J. Mueller, que liderou o Centro de Imagens Quantitativas da Penn State durante o estudo e agora é diretora executiva da Wildlife Leadership Academy; Denver L. Greenawalt e Hyunseok Lee, estudantes de pós-graduação na Pensilvânia; Kevin L. Turner e Ravi T. Kedarasetty, que receberam seu doutorado na Penn sob a supervisão conjunta de Drew e Costanza; e Marceline Mostafa, estudante de biologia. A tomografia microcomputadorizada para este projeto foi realizada no Penn State Center for Quantitative Imaging, um importante centro de pesquisa do Instituto de Energia e Meio Ambiente.
Os Institutos Nacionais de Saúde, o Departamento de Saúde da Pensilvânia e a American Heart Association apoiaram este estudo.
