In de drukke tijd waarin ze aan de University of Chicago afstudeerde, voelde Constanza Cortes Rodriguez zich voortdurend uitgeput. ‘In het lab deden veel apparaten het niet en was ik heel erg gestrest,’ herinnert ze zich. Maar toen werd ze lid van de Ballroom and Latin Dance Association van de universiteit – en verliefd op salsa en bachata. Al snel oefende ze negen uur of langer per week om haar dansbewegingen op superhoge hakken zo vlekkeloos mogelijk uit te voeren.
Door het dansen kon Cortes Rodriguez uren minder aan haar onderzoekswerk besteden, maar inmiddels is ze neurobiologe aan de University of Alabama. Destijds realiseerde ze zich dat al dat gedans haar tot een betere wetenschapper maakte. ‘Ik besteedde mijn uren in het lab veel efficiënter en ik merkte dat ik anders dacht en me dingen veel beter kon herinneren.’
Haar ervaringen belichten een opkomende trend in onze kennis over cognitieve gezondheid: moleculen die door bewegende spieren worden uitgescheiden, beïnvloeden de samenstelling en gezondheid van de hersenen.
Van oudsher dachten wetenschappers dat de hersenen het lichaam besturen, en hoewel het lichaam op zijn beurt zintuiglijke signalen naar de hersenen stuurt, werd ons brein gezien als een geïsoleerd en controlerend orgaan. Maar onderzoek in de laatste jaren heeft die zienswijze letterlijk op zijn kop gezet.
Volgens Christoph Handschin, spieronderzoeker en professor in de farmacologie aan de Universität Basel in Zwitserland, is uit onderzoek duidelijk gebleken dat de hersenen hun commando’s niet in een soort éénrichtingverkeer aan de rest van het lichaam uitdelen. ‘Er is veeleer sprake van een voortdurend gesprek tussen deze systemen,’ zegt hij. En het groeiend aantal aanwijzingen op dit punt heeft grote gevolgen voor de wijze waarop we lichaamsbeweging kunnen inzetten voor het behoud van onze cognitieve gezondheid.
‘We staan nog maar aan het begin van dit onderzoek, maar het is reuze spannend dat we nu onderzoek doen naar enkele van de epidemiologische verbanden tussen activiteit, de gezondheid van de hersenen, neurodegeneratieve ziekten, depressie en stemmingsstoornissen – allemaal verbanden die we tot nu toe helemaal niet goed begrepen,’ zegt Handschin.
Saul Villeda, een neuroloog die aan de University of California in San Francisco onderzoek doet naar stoffen in het bloed die de hersenen verjongen, is het met Handschin eens. ‘Het lichaam van een 20-jarige is per definitie anders dan dat van een 70-jarige. Maar op een of andere manier komt lichaamsbeweging mensen van alle leeftijden ten goede.’ Volgens Villeda draait het erom dat de invloed van lichaamsbeweging op het brein zich op meerdere punten manifesteert: het lijkt erop dat spieractiviteit ervoor zorgt dat de er in de hersenen meer zenuwcellen worden vernieuwd, ontstekingen beter worden geremd en de communicatie tussen zenuwcellen wordt versterkt.
Volgens de opiniepeiling ‘Second Half of Life’, die werd uitgevoerd door de AARP (American Association of Retired People; ‘Amerikaanse Associatie van Gepensioneerden’) en National Geographic, erkennen mensen in de zestig, zeventig en tachtig dat geregelde lichaamsbeweging erg belangrijk is om zowel geestelijk als lichamelijk alert en onafhankelijk te blijven. Uit de peiling, die online en via de telefoon onder 2580 volwassenen van achttien jaar en ouder werd uitgevoerd, bleek dat mensen in die oudere leeftijdsgroepen meer waardering hadden voor het belang van lichaamsbeweging dan mensen in de dertig, veertig en vijftig. Uit de antwoorden bleek daarnaast dat cognitieve gezondheid een van de voornaamste zorgen van mensen in alle leeftijdsgroepen is.
Onderzoekers zijn nu hard op zoek naar een antwoord op de vraag hoe en waarom lichaamsbeweging het functioneren van de hersenen verbetert, zodat ze vandaaruit betere aanbevelingen en behandelingen kunnen ontwikkelen.
‘Het ultieme doel is de ontwikkeling van een medicijn dat de gunstige uitwerking van lichaamsbeweging op de hersenen kan nabootsen,’ zegt Cortes Rodriguez. Dat is vooral belangrijk voor individuen die niet zo snel op een hometrainer zullen stappen, zoals ouderen en mensen die slecht ter been zijn.
Voordelen van fitheid
Al tientallen jaren wordt er een verband gelegd tussen enerzijds fysieke activiteit en lichaamsbeweging en anderzijds positieve veranderingen in de hersenen onder verschillende omstandigheden.
Zo wordt fysieke activiteit bij kinderen direct gelinkt aan betere cognitieve testresultaten, bijvoorbeeld bij IQ-tests en schoolprestaties. Uit epidemiologische studies onder oudere volwassenen blijkt dat geregelde lichaamsbeweging het risico op het ontwikkelen van de ziekte van Alzheimer verlaagt. En hersenscans hebben bevestigd dat de omvang van de hippocampus – het gebied in de hersenen dat een sleutelrol speelt in leerprocessen en het geheugen – groter is bij mensen met een betere lichaamsconditie dan ouderen die een overwegend zittend bestaan leiden. De onderzoekspersonen – in de leeftijd van 59 tot 81 jaar – voerden ook tests op het gebied van ruimtelijk geheugen beter uit.
Bovendien komt lichaamsbeweging patiënten ten goede wier cognitieve functie al aan het verslechteren is: bij mensen met vroege symptomen van Alzheimer, schizofrenie of hersenbeschadiging leidt extra beweging tot verbeteringen op het gebied van leerprocessen, alertheid en het geheugen. En ook psychologen hebben gemerkt dat lichaamsbeweging goed is voor hun patiënten.
‘Lichaamsbeweging kan symptomen als overbezorgdheid en depressie aanzienlijk verminderen,’ zegt Juli Fraga, een psychologe uit San Francisco. ‘Lichaamsbeweging is zó weldadig dat psychotherapeuten het vaak aan hun patiënten voorschrijven; sommige therapeuten bieden zelfs ‘wandel-en-praat’-sessies aan.’
Ondanks het groeiende bewijs voor de positieve invloed van lichaamsbeweging op onze cognitieve gezondheid is het vinden van een verklaring voor het mechanisme erachter nog niet zo eenvoudig. Maar naarmate wetenschappers meer inzicht beginnen te krijgen in de processen die zich in het ouder wordende brein afspelen, en in hersenen die zichzelf als gevolg van neurodegeneratieve aandoeningen zelf beginnen af te breken, zijn er enkele spannende nieuwe hypotheses over de positieve invloed van lichaamsbeweging op dit zo belangrijke orgaan opgeworpen.
Hoe spieren het brein beïnvloeden
Bij lichaamsbeweging worden moleculen uitgescheiden die een directe invloed hebben op het ouder wordende brein. Het onderzoek naar dat proces kwam 25 jaar geleden pas goed op gang met de publicatie van een tweetal studies van Henriette van Praag, postdoctotaalonderzoekster aan het Salk Institute for Biological Studies in Californië. In de papers beschreef Van Praag haar onderzoek naar de hersenen van volwassen muizen die veel tijd in een tredmolentje hadden doorgebracht en van muizen die dat niet hadden gedaan. Uit de resultaten bleek voor het eerst dat zoogdieren die voldoende lichaamsbeweging kregen, veel nieuwe zenuwcellen aanmaakten, een proces dat neurogenese wordt genoemd. De waargenomen veranderingen gingen gepaard met verbeteringen van het ruimtelijk geheugen en van leerprocessen.
Volgens Van Praag, inmiddels assistent-professor aan het Stiles-Nicholson Brain Institute van de Florida Atlantic University, was haar ontdekking mede het resultaat van toeval. Tijdens een eerder onderzoek hadden wetenschappers aanwijzingen gezien die erop wezen dat muizen die aan een ‘verrijkte’ omgeving waren blootgesteld (waarin ze meer en verschillende stimulansen kregen, zoals plekjes om zich te verschuilen en speelgoed), meer nieuwe zenuwcellen aanmaakten. Van Praag wilde weten wat bij deze muizen de doorslag gaf. ‘Het rennen in een tredmolentje was slechts één van de controlepunten die in dat onderzoek werden bekeken,’ lacht zij.
‘Van Praags werk is baanbrekend geweest in het vaststellen van een verband tussen neurogenese en een verbeterde cognitieve functie. Dat is niet alleen erg belangrijk voor de neurologie, maar het heeft ook de weg geëffend voor onderzoekers op het gebied van lichaamsbeweging en spierwetenschappers die de wisselwerking tussen training, spieren en de hersenen bestuderen,’ zegt Handschin.
In 2002 was Bruce Spiegelman, celbioloog aan het Dana-Farber Cancer Institute en de Harvard Medical School, bezig aan een onderzoek naar een eiwit met de naam ‘PGC-1α’, dat de stofwisseling van het lichaam reguleert door bepaalde genen aan- en uit te schakelen. Bij muizen die meer van dit eiwit kregen toegediend, zo ontdekte Spiegelman, werden de spieren sterker, roder en beter dooraderd; het was alsof de knaagdiertjes keihard hadden getraind, zonder dat ze ook maar één pootje in de tredmolen hadden gezet.
Rond dezelfde tijd begonnen wetenschappers te beseffen dat bewegende spieren allerlei hormonen en andere moleculen genaamd myokinen in de bloedbaan afscheiden, waarna deze stoffen in allerlei organen van nut konden zijn. Door zijn onderzoek naar het PGC-1α-eiwit stelde Spiegelman zich de volgende vraag: als spieren dankzij dit eiwit deden denken aan spieren die hard waren getraind, ‘zou PGC-1α spieren er misschien toe kunnen aanzetten om stoffen uit te scheiden die tijdens lichaamsbeweging worden aangemaakt?’ Hij gebruikte het eiwit om de moleculen te vinden die verantwoordelijk zijn voor de positieve veranderingen in de stofwisseling en de immuunrespons die door lichaamsbeweging worden veroorzaakt.
De jacht op deze moleculen had in 2012 resultaat, toen Spiegelman en zijn collega’s de stof irisine ontdekten, een myokine die door bewegende spieren wordt uitgescheiden. De onderzoekers wisten aan te tonen dat irisine wit vetweefsel in bruin vetweefsel weet om te toveren. Omdat in bruin vetweefsel calorieën worden verbrand (terwijl in wit vetweefsel calorieën worden opgeslagen), meende Spiegelman dat irisine weleens de sleutel zou kunnen zijn tot de mogelijkheid om zwaarlijvigheid en diabetes met behulp van lichaamsbeweging te bestrijden.
Het jaar daarop vielen nog meer puzzelstukjes op hun plaats, toen Christiane Wrann, destijds een postdoctoraalonderzoekster die met Spiegelman samenwerkte, wist aan te tonen dat spieren tijdens lichaamsbeweging met de hersenen ‘praatten’. Wanneer spiercellen irisine produceren, versterken ze daarmee de aanmaak van een ander eiwit met de aanduiding ‘brain-derived neurotrophic factor’ (BDNF) in de hippocampus, een van de eerste regio’s in de hersenen die bij neurodegeneratieve aandoeningen veranderingen ondergaat.
In de hippocampus bevordert BDNF de gezondheid en groei van synapsen en zenuwcellen, zorgt ervoor dat deze cellen tot volle wasdom komen en verbetert de synaptische plasticiteit in het orgaan.
Vorig jaar testte Wrann, inmiddels neurologe bij het Massachusetts General Hospital en de Harvard Medical School, de rol van irisine bij lichaamsbeweging en cognitieve functies. Haar team vergeleek muizen die op genetische wijze waren aangepast en daardoor geen irisine konden produceren met muizen in een controlegroep die het molecuul wél aanmaakten. De muizen uit de controlegroep waren na een periode van lichaamsbeweging beter in het uitvoeren van taken op het gebied van ruimtelijk geheugen en leren dan de muizen die geen irisine konden aanmaken, wat erop wijst dat irisine de stof is die deze cognitieve vaardigheden bevordert.
Toen het team van Wrann de hersenen van de knaagdieren nader onderzocht, bleek dat beide groepen muizen als reactie op lichaamsbeweging nieuwe zenuwcellen hadden aangemaakt, maar dat de zenuwcellen in de muizen zonder irisine afwijkend waren: ze waren niet in staat om de gebruikelijke connecties te maken. Toen de onderzoekers het gen dat verantwoordelijk is voor de productie van irisine in de hersenen van de irisine-loze muizen weer toevoegden, konden deze muizen veel gemakkelijker onderscheid maken tussen twee soortgelijke patronen – een vaardigheid die mensen bijvoorbeeld gebruiken als ze hun auto op een parkeerplaats moeten terugvinden.
Neurodegeneratieve ziekten
Wranns team ontdekte ook dat irisine waarschijnlijk een rol speelt bij de bescherming tegen neurodegeneratieve aandoeningen. De onderzoekers fokten muizen die geen irisine konden aanmaken en tegelijkertijd al symptomen van Alzheimer hadden. De muizen met deze dubbele handicap kregen sneller last van neurodegeneratieve symptomen dan muizen die alleen Alzheimer hadden. Bovendien vertoonden ze tekenen van cognitieve verbetering nadat hun aanmaak van irisine was hersteld.
Wrann vermoedt dat een van de manieren waarop irisine deze dieren ten goede kwam, is gelegen in het feit dat de stof ontstekingsreacties tegengaat die door een storing van het immuunstelsel van de hersenen ontstaan. Dat stelsel bestaat voornamelijk uit zogenaamde microglia en astrocyten. Deze glia-cellen dienen normaliter om ontstekingen in de hersenen af te remmen en afvalstoffen na verwondingen op te ruimen. Maar naarmate zoogdieren verouderen, kunnen deze cellen actief blijven nadat het acute gevaar is geweken, waardoor ze zenuwfuncties in de hersenen gaan verstoren – eerst door de verbindingen tussen zenuwcellen te vernietigen en daarna door de zenuwcellen zelf uit te schakelen.
Door deze activiteit ontstaan de chronische ontstekingen in de hersenen die in verband worden gebracht met talloze neurodegeneratieve ziekten, waaronder Alzheimer en Parkinson. Maar laboratoriummuizen die met irisine waren behandeld, hadden minder last van ontstekingen in hun hippocampus, terwijl ook het aantal microglia en astrocyten in deze regio afnam, wat erop wijst dat irisine hielp om de verstoorde immuunafweer weer onder controle te brengen.
Zouden deze resultaten ook van toepassing kunnen zijn op mensen? Misschien, zo blijkt uit voorlopig onderzoek van het laboratorium van Wrann en van andere teams. Irisine heeft bij muizen en mensen een identieke moleculaire structuur, zegt zij, wat erop wijst dat de stof bij beide soorten dezelfde rol vervult.
De implicaties van dit onderzoek zijn veelbelovend, want het toont aan dat mensen na een fitnesstraining een verhoogd niveau aan irisine in hun bloed hebben. En uit analyses van het hersenweefsel van overleden Alzheimer-patiënten blijkt dat hun hersenweefsel zeventig procent minder van de voorloper-molecule van irisine bevat, vergeleken met individuen in dezelfde leeftijdsgroep. Daaruit kan worden opgemaakt dat irisine beschermt tegen neurodegeneratieve aandoeningen.
Vanuit een klinisch perspectief is ‘irisine zeker veelbelovend,’ zegt Handschin, ‘vooral gezien de resultaten met betrekking tot de werking van deze stof in de hersenen.’ Maar hij blijft voorzichtig: irisine is nog niet onderworpen aan de lange reeks van spitsroeden die het op weg naar een eventuele toepassing als medicijn zal moeten doorstaan. ‘Het is nog niet te zeggen of irisine uiteindelijk voor menselijke patiënten gebruikt kan worden.’
Depressie en stemmingswisselingen
Handschin is persoonlijk geïnteresseerd in de wisselwerkingen tussen spieren, lichaamsbeweging, stemmingen en motivatie. Voor een nog niet gepubliceerde studie heeft zijn groep onderzoek gedaan naar de uitwerking van bepaalde moleculen die door spierbewegingen vrijkomen. Uit hun onderzoek blijkt dat muizen die deze moleculen niet kunnen aanmaken, geen behoefte hebben om in een tredmolentje te gaan rennen terwijl ze dat wel zouden kunnen – gedrag dat bij muizen ongebruikelijk is, want normaliter rennen de knaagdieren bijna tien kilometer per dag.
‘Er moet zich iets in de spieren van deze muizen afspelen waardoor deze aandrang – om voor de lol een eindje te gaan rennen – op een of andere wijze is verdwenen,’ zegt Handschin.
De veelbelovende mogelijkheden voor nieuwe behandelingen van stemmingsstoornissen – met name ernstige depressies – is wat ook Spiegelman interesseert. Hij beschouwt dit soort aandoeningen als een van de minst behandelde stoornissen in de geneeskunde. ‘Ernstige depressie is de voornaamste oorzaak van zelfmoord en komt vooral bij jonge mensen voor,’ zegt hij. Momenteel evalueren hij en zijn collega’s in een laboratoriumonderzoek op muizen de uitwerking van irisine op depressie.
De activiteiten die tijdens lichaamsbewegingen in de hersenen plaatsvinden, zijn niet beperkt tot het ‘praten’ met spieren. Door de wisselwerking tussen allerlei moleculen – voornamelijk eiwitten – die door de lever, vetweefsels en beendermerg worden uitgescheiden – kunnen de hersenen geconcentreerder nadenken. Ook voorkomen ze het optreden van depressies en andere stoornissen.
Nu wetenschappers veelbelovende kandidaat-geneesmiddelen als irisine en andere stoffen op het spoor zijn, denkt Cortes Rodriguez van de University of Alabama dat ‘we op de drempel van een geweldig tijdperk van ontdekkingen staan, ontdekkingen die zich eindelijk naar de klinische praktijk laten vertalen.’
Maar Karina Alviña, assistent-professor neurologie aan de medische faculteit van de University of Florida, waarschuwt ervoor dat de explosief toenemende hoeveelheid onderzoek naar de wisselwerking tussen spieren en hersenen niet alleen met resultaten maar ook met allerlei problemen gepaard gaat. De betrokken moleculen hebben talloze verschillende uitwerkingen op meerdere systemen, wat betekent dat het potentieel ervan weliswaar enorm is, maar ook dat het ontcijferen van al die wisselwerkingen een complexe taak is. Volgens haar zal het ontwerpen van een geneesmiddel zonder onbedoelde bijwerkingen nog een grote uitdaging zijn.
Niettemin ziet Alviña het onderzoek dat zij en anderen doen met het nodige zelfvertrouwen tegemoet. Uit dat onderzoek blijkt namelijk dat ‘de omgeving en de keuzes die we in onze levensstijl maken, van grote invloed kunnen zijn op de manier waarop we ouder worden,’ zegt zij. Het is dus mede aan onszelf om op een gezondere manier ouder te worden en tot op gevorderde leeftijd een hogere levenskwaliteit te behouden.
‘Als ik er iets over kan zeggen, dan is het dat we actief moeten blijven, zelfs als je maar een paar minuten per dag wandelt. Als je daartoe in staat bent, moet je dat zeker doen.’
Dit artikel werd oorspronkelijk in het Engels gepubliceerd op nationalgeographic.com
