Is bewegen goed voor het brein? (verslag gespreksavond 10/12/15)

Sporten en bewegen wordt steeds vaker aangeraden binnen onze sedentaire leefwereld. Bovendien wordt ook wel eens gezegd dat bewegen goed is voor ons brein. Is dat effectief zo? En hoe komt dat dan precies? Is dat in alle omstandigheden het geval? Veel geïnteresseerden zagen graag een antwoord op deze vragen, want de laatste gespreksavond van het Breinwijzer-jaar kende een bomvolle zaal met luisteraars van jong en oud. Prof. Romain Meeusen kwam duiding brengen met veel enthousiasme.

Bewegen en cognitie

Het is reeds geweten dat sport en bewegen een positieve invloed hebben op “bevolkingsziekten” zoals overgewicht, suikerziekte, hart aandoeningen, hoge bloeddruk, etc. Daarnaast heeft bewegen ook een positief effect op neuro(degeneratieve) aandoeningen (letterlijk: aftakeling van het zenuwstelsel) zoals Parkinson, Alzheimer en hersenbloedingen. In het algemeen kunnen we stellen dat bewegen goed is voor onze ‘cognitie’. Met cognitie bedoelen we dan de onderliggende processen die door het centrale zenuwstelsel gebruikt worden om informatie te verwerken. Voorbeelden hiervan zijn onder andere het geheugen, aandacht, reactietijd en de snelheid van handelingen en bewegingen.

Om een eerste concreet voorbeeld te geven: men heeft de relatie tussen bewegen en schoolprestaties onderzocht (1). De onderzoekers vonden een positieve relatie tussen de twee, met andere woorden, meer beweging ging gepaard met betere schoolprestaties. Anderzijds vonden ze dan weer een negatieve relatie tussen het BMI (body mass index) van iemand en diens schoolprestaties, met andere woorden: hoe hoger het BMI, hoe lager de schoolprestaties. En men ging zelf nog een stapje verder, de onderzoekers konden aantonen dat de neurale netwerken die hierbij een rol spelen voornamelijk gelokaliseerd zijn in de ‘prefrontale cortex’ en de ‘parietale cortex’. Bovendien vond een follow-up studie een duidelijk verband tussen beweging en het volume van de ‘basale ganglia’ bij pre-adolescente kinderen (2) (Figuur 1). De basale ganglia zijn ‘subcorticale’ structuren (letterlijk: structuren die onder de hersenschors gelegen zijn) waarvan we weten dat ze betrokken zijn bij het reguleren van motorische activiteit. Niet volledig verwonderlijk dus dat er effectief een verband is tussen beiden.

Figuur 1: De relatie tussen volume basale ganglia en beweging (bron: Chaddock et al., 2010)

In een recentere studie bij meer dan 200 kinderen tussen 7 en 9 jaar werd gekeken naar het effect van fysieke activiteit op ‘executieve functies’, ook wel de hogere controle functies van onze hersenen genoemd (o.a. werkgeheugen, probleemoplossend vermogen en redeneren) (3). Tegelijkertijd ging men ook de breinactiviteit meten. Je kan het al raden: bewegen had ook hier een positieve invloed. De resultaten op de cognitieve testen, aandacht en cognitieve flexibiliteit gingen allemaal omhoog. En bovendien ging ook de breinactiviteit omhoog in regio’s waarvan we weten dat ze betrokken zijn bij executieve functies, wat dus de flexibiliteit van ons brein aantoont.

Gezond alternatief voor onze sedentaire levensstijl

Onze sedentaire levensstijl zou dus wel eens een stokje voor die gunstige invloed op ons brein kunnen steken. Maar, dat is buiten beschouwing van Prof. Meeusen en zijn team gerekend die immers een interessant alternatief hebben: “actieve werkstations” (4) (Figuur 2). Zoals de naam al doet vermoeden zijn het bureaus maar dan met een actieve component, bijvoorbeeld een fietsbureau. Terwijl je les volgt of aan je bureau zit te werken, kan je bewegen door te trappen. Twee vliegen in 1 klap zo blijkt, want de proefpersonen aan het onderzoek deden niet enkel aan sport, maar dit had ook nog eens een gunstig effect op hun cognitieve capaciteiten: snellere reactietijd en verhoogde concentratie. En dit was ook te zien in het brein van deze proefpersonen: meer beweging = meer breinactiviteit ofte meer actieve hersenen.

Figuur 2: Een voorbeeld van actieve werkstations: een cycling desk. (bron: Prof. Meeusen)

Het oudere brein en beweging

Hoe zit dat nu bij ouderen? Wel, het is algemeen geweten dat de cognitieve prestaties dalen met de leeftijd (5), o.a. door ‘atrofie’ (= het afnemen in volume) van de hersenen. Een grote studie van alle onderzoeken op dat vlak heeft aangetoond dat ook bij ouderen beweging een positieve invloed heeft op cognitie en het brein. Bovendien heeft een grootschalige studie bij ouderen rond de 65 jaar ook aangetoond dat zowel wandelen en stretchen voor 2 à 3 keer in de week gunstige effecten hebben op ons denkvermogen (6). En dit konden we ook weer terugvinden in het brein: de ‘hippocampus’, een belangrijke kernregio in onze hersenen voor geheugen, blijft ‘plastisch’ en dus “aanpasbaar”, zelfs op latere leeftijd (Figuur 3).

Figuur 3: Het volume van de hippocampus bij 2 verschillende vormen van beweging, namelijk wandelen en stretchen.

Mechanismen – neurogenese

Bovenstaande studies tonen aan dat fysieke activiteit beschermt tegen cognitieve achteruitgang en bovendien een gunstig effect heeft op verschillende leerprocessen en het geheugen. Maar welke mechanismen ondersteunen deze gunstige invloed dan juist?

Voorbeelden zijn de ‘cerebrale circulatie’ (bloeddoorstroming), neuronale efficiëntie of glucose regulatie. Allen zijn immers ‘neurotrofische’ factoren, ofte allen factoren die het zenuwstelsel voeden. Bovendien is het zo dat er dagelijks duizenden nieuwe cellen toegevoegd worden aan het brein van zoogdieren. Dit toont aan dat er wel degelijk structurele verandering mogelijk is. Echter, in bepaalde situaties treedt er ook een vermindering op in het aantal neuronen. Voorbeelden hiervan zijn stress, veroudering, alcohol- of druggebruik en verschillende ‘neurodegeneratieve’ aandoeningen zoals de ziektes van Parkinson en Alzheimer.

Studies bij ratten en muizen hebben aangetoond dat de hersencellen die op volwassen leeftijd aangemaakt worden (met een moeilijk woord ook wel ‘neurogenesis’ genoemd), voornamelijk gelokaliseerd zijn in de ‘hippocampus’ en dus betrokken zijn bij leerprocessen en het geheugen. Een belangrijk aspect hiervan is de ‘Brain Derived Neurotrophic Factor’, afgekort BDNF. BDNF is een groeifactor in de hersenen en het bevordert bijgevolg de groei en het onderhoud van verschillende neuronale systemen. BDNF is dus ook betrokken bij leerprocessen. Meer bepaald, studies bij ratten en muizen in een ‘enriched environment’ (= verrijkte omgeving) hebben aangetoond dat de expressie van BDNF een positieve correlatie kent met de afstand die de dieren ’s nachts aflegden (7). Met andere woorden: hoe meer beweging bij de dieren, hoe meer BDNF expressie.

Figuur 4: Voorbeeld van een enriched environment met speeltjes, loopwielen, tunnels … (Bron: Prof. Meeusen)

Soortgelijke studies werden ook uitgevoerd bij mensen: zowel bij jongeren als ouderen werd het effect van krachttraining op de expressie van BDNF bekeken. We wisten echter al van eerdere studies (zie hierboven) dat beweging een gunstig effect heeft op cognitie. Kan dit verklaard worden door een toename van BDNF? Het blijkt zo van niet: recente studies toonden aan dat noch één trainingssessie (8), noch een trainingsprogramma van 10 weken een significante invloed hadden op BDNF expressie (9) en dit zowel bij jongeren als bij ouderen (10).

Figuur 5: Krachttraining (aangeduid met PST) had geen significante invloed op BDNF expressie bij ouderen na een training van 12 weken. (Bron: Forti et al, 2014)

Misschien heeft het soort beweging wel een invloed op de onderliggende mechanismen? Prof Meeusen en collega’s onderzochten dit door het effect van 8 weken aerobics op het ruimtelijk geheugen te vergelijken met het effect van 8 weken uithoudingstraining bij ratten (11). Men vond bij beide soorten beweging een positief effect op het ruimtelijk geheugen en dus cognitie, echter wel door andere onderliggende mechanismen. Bij aerobics was de positieve invloed op cognitie vooral te wijten door toename in BDNF (meer specifiek BDNF-TrKB en –CamKII), terwijl dit bij uithoudingstraining voornamelijk tot stand kwam door op het zenuwstelsel in te spelen via verschillende pathways (meer specifiek IGF-1/IGF-1R en AKT). Beide manieren van bewegen leidden echter wel tot een ‘synaptische plasticiteit’, wat nogmaals aantoont dat bewegen het brein kan moduleren op een positieve manier.

Bewegen heeft een positieve invloed op het brein en bevordert de cognitieve zowel op jongere als op oudere leeftijd, zelfs in die mate dat beweging het dalen van cognitie en andere hersenfuncties kan tegengaan. Verschillende studies hebben immers aangetoond dat bewegen tot de aanmaak van nieuwe neuronen en dus plasticiteit leidt en dat BDNF expressie hierin een belangrijke rol speelt. Maar, is dit altijd het geval?

Bewegen en cognitie: de impact van pollutie

Pollutie (vervuiling) is helaas een prominent gegeven in onze moderne wereld en studies hebben reeds aangetoond dat luchtvervuiling kan leiden tot hart- en longziekten en zelfs tot ‘mild cognitive impairment’ (MCI) (12), en dit door directe mechanismen die inwerken op het zenuwstelsel en onrechtstreeks via ‘perifere’ (= niet met het zenuwstelsel te maken) mechanismen (13).

Figuur 6: De directe en perifere mechanismen van luchtvervuiling op het zenuwstelsel. (Bron: Block et al, 2009)

Prof. Meeusen was betrokken bij een hele reeks studies die het precieze effect van luchtvervuiling op bewegen en het brein onderzochten. Zo voerden ze bijvoorbeeld een studie uit die het effect van aerobic training in een stedelijke omgeving naging. Men onderzocht of de meer vervuilde omgeving van de stad een invloed had op cognitie, respiratoire parameters, BDNF expressie en de hoeveelheid ultrafijne partikels (UFP) (14). Men vond wel een verbetering van conditie, maar ook een toename in UFP wanneer men de stedelijke omgeving met een meer rurale omgeving vergeleek. Bovendien zag men ook indicaties voor inflammatie op de respiratoire parameters en bovendien: geen verbetering op de cognitieve testen. Bewegen is dus goed voor het brein, maar het is beter om vervuilde omgevingen zoals steden en gebieden naast snelwegen te mijden.

Als afsluitende tips gaf Prof. Meeusen nog mee dat bewegen altijd beter is dan niet bewegen en dat alle soorten bewegen meetellen en niet enkel de uithoudings- en krachtsporten.

Met andere woorden: voer voor de goede voornemens en en passant de feestkilootjes weer kwijt te geraken.

Referenties

Buck SM, Hillman CH, Castelli, DM: The relation of aerobic fitness to stroop task performance in preadolescent children. Med Sci Sports Exerc. 2008 Jan;40(1):166-72.
Chaddock L, Erickson KI, Prakash RS, Van Patter M, Voss MW, Pontifex MB, Raine LB, Hillman CH, Kramer AF: Basal ganglia volume is associated with aerobic fitness in preadolescent children. Dev Neurosci. 2010 Aug;32(3):249-56.
Khan NA, Raine LB, Drollette ES, Scudder MR, Pontifex MB, Castelli DM, Donovan SM, Evans EM, Hillman CH: Impact of the FITKids physical activity intervention on adiposity in prepubertal children. Pediatrics. 2014 Apr;133(4):e875-83.
Torbeyns T, Bailey S, Bos I, Meeusen R: Active workstations to fight sedentary behavior. Sports Med. 2014;44:1261-1273.
Hedden T, Gabrieli JD: Insights into the ageing mind: a view from cognitive neuroscience. Nat Rev Neurosci. 2004;5(2):87-96.
Erickson KI, Voss MW, Prakash RS, Basak C, Szabo A, Chaddock L, Kim JS, Heo S, Alves H, White SM, Wojcicki TR, Mailey E, Vieira VJ, Martin SA, Pence BD, Woods JA, McAuley E, Kramer AF: Exercise training increases size of hippocampus and improves memory. Proc Natl Acad Sci USA. 2011;108(7):3017-22.
Cotman CW, Berchtold NC: No influence of noradrenaline manipulation on acute exercise-induced increase of brain-derived neurotrophic factor. Trends Neurosci. 2002;25(6):295-301.
Goekint M, Heyman E, Roelands, B, Njemini R, Bautmans I, Mets T, Meeusen R: Exercise: a behavioural intervention to enhance brain health and plasticity. Med Sci Sports Exerc. 2008;40(11):1990-6.
Goekint M, De Pauw K, Roelands B, Njemini R, Bautmans I, Mets T, Meeusen R: Strength training does not influence serum brain-derived neurotrophic factor. Eur J Appl Physiol. 2010;110(2):285-93.
Forti LN, Njemini R, Beyer I, Eelbode E, Meeusen R, Mets T, Bautmans I: Strength training reduces circulating interleukin-6 but not brain-derived neurotrophic factor in community-dwelling elderly individuals. Age. 2014;36(5):9704.
Cassilhas RC, Lee KS, Fernandes J, Oliveira MG, Tufik S, Meeusen R, de Mello MT: Spatial memory is improved by aerobic and resistance exercise through divergent molecular mechanisms. Neuroscience. 2012;202:309-17.
Ranft U, Schikowski T, Sugiri D, Krutmann J, Krämer U: Long-term exposure to traffic-related particulate matter impairs cognitive function in the elderly. Environ Res. 2009;109(8):1004-11.
Block ML, Calderon-Garciduenas L: Air pollution: mechanisms of neuroinflammation and CNS disease. Trends Neurosci. 2009;32(9):506-16.
Bos I, De Boever P, VanParijs J, Pattyn N, Int Panis L, Meeusen R: Subclinical effects of aerobic training in urban environment. Med Sci Sports Exerc. 2013; 45(3):439-447.