BDNF - tajemniczy czynnik, który może poprawić pamięć i zdolność uczenia się

Zdrowe zakupy

Suplementy diety

Andrographis ParActin®

Suplementy diety

Ashwagandha KSM-66 BIO

Suplementy diety

AstaZine® Astaksantyna

Suplementy diety

Koenzym Q10

Suplementy diety

Kolagen UC-II®

Suplementy diety

Kurkuma BCM-95®

Suplementy diety

Żeńszeń fermentowany GS15-4®

W artykułach popularyzujących wiedzę medyczną niezmiennie przewija się grupka celebrytów: witamina D, serotonina, insulina, kortyzol, hormony tarczycy, melatonina. Nie sposób zaprzeczyć ich kluczowej roli dla naszego zdrowia, ale warto też poświęcić chwilę uwagi "szaraczkom" – czynnikom, o których wspomina się znacznie rzadziej, choć ich znaczenie dla prawidłowego funkcjonowania naszego organizmu nie jest wcale mniejsze.

Jednym z takich "szaraczków" jest BDNF, czyli neurotroficzny czynnik pochodzenia mózgowego (brain-derived neurotrophic factor). Jest to związek białkowy zaliczany do grupy neurotrofin, czyli białek odgrywających niezwykle istotną rolę w życiu naszych neuronów. W 1952 r. odkryto pierwszą z neurotrofin – czynnik wzrostu nerwów (NGF). Wyodrębniono go z komórek nowotworowych jako substancję, która powodowała bardzo szybki wzrost nerwów w kierunku guza rakowego.

Odkrycie to pokazało, że neurony potrzebują odpowiednich substancji – neurotrofin – by mogły prawidłowo się rozwinąć i przeżyć. NGF oddziaływał tylko na niektóre rodzaje nerwów, przede wszystkim w obwodowym układzie nerwowym, ale badacze przeczuwali, że muszą istnieć inne tego rodzaju substancje, funkcjonujące w mózgu i ośrodkowym układzie nerwowym. I rzeczywiście, w 1982 r. wyizolowano takie białko z mózgu świni i zgodnie z miejscem jego występowania oraz funkcją nazwano je neurotroficznym czynnikiem pochodzenia mózgowego (BDNF).

Czynnik ten odpowiada przede wszystkim za różnicowanie nowych neuronów z komórek macierzystych, a także za ich wzrost, dojrzewanie i przeżycie. Hamuje też programowaną śmierć, czyli apoptozę dojrzałych neuronów, oraz opóźnia ich starzenie. Chroni neurony przed różnego rodzaju zagrożeniami, takimi jak uszkodzenia oksydacyjne, stany zapalne, niedokrwienie, hipoglikemia oraz działanie ekscytotoksyn, czyli substancji wywołujących nadmierne pobudzenie receptorów mózgowych, prowadzące w konsekwencji do śmierci neuronów.

BDNF jest też niezbędny dla procesów naprawczych w układzie nerwowym. Pomaga regenerować uszkodzenia mózgu poprzez stymulowanie tworzenia nowych neuronów i synaps.

Gdzie powstaje BDNF?

BDNF produkowany jest przede wszystkim w mózgu, w hipokampie i korze mózgowej, ale także m.in. w sercu, wątrobie, jelitach i mięśniach gładkich naczyń krwionośnych. Znaczne jego ilości magazynowane są w płytkach krwi, z których mogą być w razie potrzeby uwalniane.

Wpływ BDNF na mózg

Spośród wszystkich neurotrofin BDNF występuje w mózgu w największej ilości. Może bez trudności przenikać barierę krew-mózg w wyniku różnicy stężeń, więc jego poziom we krwi może do pewnego stopnia informować o poziomie w mózgu. Spośród wszystkich neurotrofin czynnik BDNF ma największe znaczenie dla neuroplastyczności mózgu, czyli zdolności układu nerwowego do reorganizowania swojej struktury, połączeń i funkcji w odpowiedzi na bodźce zewnętrzne lub wewnętrzne.

Neuroplastyczność przejawia się szczególnie wyraźnie w okresach krytycznych, czyli w określonych oknach czasowych we wczesnych fazach rozwoju mózgu, gdy obwody neuronów są szczególnie podatne na stymulację zewnętrzną.

Najważniejszym z takich okien jest okres wczesnego dzieciństwa, gdy w odpowiedzi na bodźce zewnętrzne bardzo szybko powstają nowe połączenia nerwowe, które następnie ulegają wzmocnieniu pod wpływem doświadczeń lub zostaną przycięte, jeżeli nie są używane.

W późniejszym życiu plastyczność neuronów zmniejsza się, ale nowe okna mogą nadal się pojawiać. Otwierają się np. za każdym razem, gdy uczymy się czegoś nowego, zwłaszcza jeśli jest to skomplikowane.

Okno neuroplastyczności otwiera się też na kilka tygodni do kilku miesięcy po uszkodzeniach mózgu, np. po udarze. Wtedy mózg ma szansę przebudować swe połączenia, by inne obszary przejęły, choćby częściowo, funkcje obszarów uszkodzonych.

Neuroplastyczność synaps ma ogromne znaczenie dla procesów zapamiętywania, uczenia się oraz adaptacji do nowych warunków. Rolę neurotrofin w plastyczności mózgu zaobserwowano między innymi w badaniach kory wzrokowej u myszy. Wydzielanie BDNF w tej korze uzależnione jest od stymulacji wzrokowej. Większa ilość bodźców powodowała zwiększenie jego ilości.

Myszy żyjące w ciemności wykazywały niższy poziom tego czynnika, a także opóźnienie rozwoju kory wzrokowej. Natomiast sztuczne podwyższenie poziomu BDNF sprzyjało dojrzewaniu kory wzrokowej, nawet bez udziału wzrokowych bodźców zewnętrznych.

W miarę starzenia w mózgu stopniowo zmniejsza się neurogeneza (tworzenie nowych neuronów) i plastyczność synaps, co prowadzi do spadku zdolności poznawczych, m.in. do pogorszenia pamięci i trudności z uczeniem się. Czynnik BDNF zapobiega tym zmianom, wzmacniając synapsy i ułatwiając przekazywanie sygnałów pomiędzy neuronami. Wiążąc się bezpośrednio z odpowiednimi receptorami (TrkB), uruchamia on ścieżkę sygnalizacyjną, która zapewnia rozwój i przeżycie neuronów oraz plastyczność połączeń mózgowych.

Wpływ BDNF na trzustkę i inne organy

Opieka nad neuronami to nie jedyne zadanie czynnika BDNF. Odgrywa on też ważną rolę w funkcjonowaniu wielu narządów, a jego wyższe stężenie w hipokampie powiązane jest nie tylko z poprawą funkcji poznawczych, ale i zdrowia metabolicznego.

Czynnik BDNF uczestniczy m.in. w ochronie i stymulowaniu wzrostu komórek beta w trzustce. Uruchamia tam ścieżkę prowadzącą do produkcji białek niezbędnych dla przeżycia tych wrażliwych komórek. W ten sposób zapobiega wyczerpaniu komórek trzustki, zmniejsza też glukoneogenezę, czyli produkcję glukozy w wątrobie, obniża poziom glukozy we krwi i poprawia wrażliwość insulinową oraz metabolizm glukozy, zwiększając jej wchłanianie w mięśniach.

Obniżenie poziomu BDNF powoduje upośledzenie metabolizmu glukozy, a badania potwierdzają znacząco niższy poziom tego czynnika u osób z cukrzycą. Potwierdzeniem tego związku mogą być też często notowane u chorych na cukrzycę zaburzenia neurologiczne i poznawcze. Do tej pory jednak wśród badaczy nie osiągnięto jeszcze zgody co do tego, co jest przyczyną, a co skutkiem: czy obniżenie poziomu BDNF jest konsekwencją cukrzycy, czy też odgrywa rolę w jej patogenezie.

BDNF a układ krążenia

Inną sferą działania BDNF jest układ krążenia. Neurotrofiny zwiększają angiogenezę, czyli tworzenie nowych naczyń krwionośnych, a także regulują przeżycie komórek śródbłonka i mięśni gładkich naczyń oraz kardiomiocytów, czyli komórek mięśnia sercowego. BDNF stymuluje też aktywność enzymu znanego jako śródbłonkowa syntaza tlenku azotu (eNOS), co zwiększa produkcję tlenku azotu działającego rozkurczowo na mięśnie gładkie ścian naczyń krwionośnych. W ten sposób BDNF pomaga w regulowaniu ciśnienia krwi i napięcia ścian naczyń.

Czynnik BDNF wywiera również wpływ na nasz nastrój i sen, a także bierze udział w regulowaniu apetytu, nawyków odżywiania oraz wagi ciała. Potwierdzono to w badaniach na szczurach, u których podawanie BDNF przez 3 tygodnie prowadziło do silnego stłumienia apetytu i znaczącego spadku wagi.

Sposób na depresję?

Poziom BDNF we krwi jest odwrotnie powiązany z nasileniem objawów depresyjnych, a więc im jest niższy, tym cięższą obserwuje się depresję. Podobny związek zauważa się pomiędzy poziomem BDNF a zaburzeniami lękowymi. Wiele wskazuje na to, że BDNF może okazać się ogniwem łączącym stres z zaburzeniami depresyjnymi.

Przewlekły stres może aktywować mikroglej, czyli komórki odpornościowe mózgu, stymulując je do zwiększenia produkcji cytokin prozapalnych, co prowadzi do stanu zapalnego tkanki nerwowej. Gdy taki stan się przedłuża, cytokiny hamują syntezę BDNF, a stąd już tylko krok do zapoczątkowania procesów neurodegeneracyjnych, takich jak zmniejszenie liczby neuronów i pogorszenie ich funkcjonowania, zmniejszenie neuroplastyczności i odporności na stres, a także obniżenie nastroju.

W pewnym przeglądzie badań zasugerowano nawet związek pomiędzy obniżeniem poziomu BDNF a samobójstwem. Nie są więc zaskoczeniem rezultaty badań pokazujące, że leki przeciwdepresyjne, takie jak selektywne inhibitory wychwytu zwrotnego serotoniny (SSRI), podnosząc poziom serotoniny stymulują syntezę BDNF, co zwiększa neurogenezę i neuroplastyczność, przynosząc zarówno poprawę funkcjonowania poznawczego, jak i złagodzenie objawów depresji.

Niedobory BDNF a neurodegeneracja

Obniżony poziom BDNF notuje się u osób z chorobą Alzheimera, Parkinsona i Huntingtona. W tym pierwszym przypadku kilka razy uzyskano wprawdzie rezultat przeciwny, ale – jak podejrzewają badacze – wzrost poziomu BDNF może być dowodem działania mechanizmu kompensacyjnego, gdy organizm stara się zwalczyć wczesne zmiany neurodegeneracyjne, zwiększając syntezę czynnika naprawczego.

W późniejszym stadium mechanizm ten jednak zawodzi i poziom czynnika nieubłaganie spada, co powiązane jest z coraz większym gromadzeniem się złogów beta-amyloidu w mózgu, nadmierną fosforylacją i zwyrodnieniem białka Tau, tworzącego patologiczne splątki w neuronach, a także ze stanami zapalnymi i apoptozą (obumieraniem) komórek nerwowych.

Także w chorobie Parkinsona BDNF może odgrywać kluczową rolę, gdyż zasadniczym procesem tej choroby jest degeneracja neuronów produkujących dopaminę, położonych głównie w istocie czarnej w śródmózgowiu. Uszkodzenie i zanik komórek nerwowych na skutek odkładania się w nich nieprawidłowo pofałdowanego białka, znanego jako alfa-synukleina, prowadzi do postępujących zaburzeń ruchowych i poznawczych. U osób cierpiących na tę chorobę notuje się znaczne obniżenie poziomu BDNF, które skorelowano z upośledzeniem poznawczym, depresją i zespołem niespokojnych nóg.

Ogólnie, niższy poziom BDNF był w znaczący sposób powiązany z większą degeneracją neuronów dopaminowych. Wprawdzie BDNF obecny jest w całym ośrodkowym układzie nerwowym, ale jego najwyższy poziom stwierdza się w części mózgu zwanej prążkowiem. Prążkowie jest też obszarem atakowanym przez chorobę Huntingtona – genetycznie uwarunkowaną chorobę neurodegeneracyjną, wywoływaną przez mutację genu kodującego huntingtynę, białko uczestniczące w rozwoju nowych neuronów i połączeń pomiędzy nimi.

Choroba Huntingtona charakteryzuje się niekontrolowanymi ruchami, skurczami mięśni i zmianami zachowania, postępującymi aż do zaburzeń mowy, funkcji poznawczych, połykania i do całkowitej niepełnosprawności pacjenta. Doświadczenia na zwierzętach pokazują, że podwyższenie poziomu BDNF – czy to przez podanie go z zewnątrz, czy też poprzez stymulowanie własnej produkcji organizmu – hamuje obumieranie neuronów, poprawia pamięć i plastyczność mózgu i może stać się obiecującą strategią leczenia tej choroby.

BDNF nie jest jednak magiczną różdżką, która może ożywiać martwe komórki. Jego działanie może być skuteczne tylko wtedy, gdy neurony nie uległy jeszcze całkowitej degeneracji. Dlatego zapobieganie chorobom neurodegeneracyjnym poprzez stymulację wydzielania BDNF powinno rozpoczynać się na długo przed wystąpieniem pierwszych objawów choroby. Zwiększanie produkcji tego czynnika może okazać się skuteczną receptą na zachowanie bystrości umysłu do późnego wieku.

Jak zwiększyć poziom BDNF?

1. Pomocna sktywność fizyczna

Ćwiczenia fizyczne zwiększają syntezę BDNF w mózgu, a także podnoszą jego poziom w krwiobiegu. Miokiny, czyli białka wydzielane podczas kurczenia się mięśni szkieletowych, wpływają na produkcję BDNF w hipokampie. Praca mięśni powoduje też wytwarzanie kwasu mlekowego, który może przekraczać barierę krew-mózg i dodatkowo zwiększać produkcję BDNF.

Ćwiczenia powodują też uwalnianie BDNF z płytek krwi, a także zwiększenie jego produkcji w komórkach śródbłonka naczyń krwionośnych. Jak wynika z badań, już pojedyncza sesja ćwiczeń podnosi poziom BDNF, ale regularne treningi zwiększają uzyskiwaną w ten sposób "dawkę".

Badania prowadzone na zwierzętach pokazują, że już jeden tydzień ćwiczeń poprawia zdolność uczenia się, która powiązana jest z poziomem BDNF, o czym świadczy fakt, iż zablokowanie tego czynnika w hipokampie niweczy efekt ćwiczeń.

Wzrost aktywności BDNF pod wpływem ćwiczeń korzystnie wpływa też na pamięć. Być może, jak przypuszczają badacze, w ten sposób mózg wprowadzany jest w stan gotowości do uplastycznienia. W modelach zwierzęcych ćwiczenia pozwalają cofnąć degenerację hipokampu i spadek wydajności jego połączeń na skutek starzenia, poprawiając jednocześnie funkcjonowanie synaps. Poza ratowaniem neuronów hipokampu wzrost wydzielania BDNF w wyniku ćwiczeń pomaga też zmniejszyć wpływ pewnych stresorów, takich jak oksydacyjne uszkodzenia DNA i zmniejszenie plastyczności synaps na skutek niedostatku snu.

Przegląd badań analizujących wpływ chodzenia na poziom BDNF potwierdził, że poziom tego czynnika wzrasta już po pierwszych 30 minutach dość intensywnego marszu. Poziom ten rośnie jeszcze bardziej, jeżeli marsz odbywa się w upalny dzień.

Regularne marsze uprawiane przez dłuższy czas (8-12 tygodni) nie przynoszą już tak wyraźnego wzrostu BDNF, co może świadczyć o tym, że mózg nie pozwala na magazynowanie go, lecz wykorzystuje go do zwiększania swej neuroplastyczności. Dlatego właściwym sposobem oceny długofalowych skutków treningu powinny być raczej testy sprawności funkcjonalnej mózgu niż tylko badania poziomu BDNF.

Właściwa aktywność BDNF, zapewniająca plastyczność synaps i mózgu, ma kluczowe znaczenie dla rozwoju neurologicznego, a jej zaburzenie notuje się u dzieci z ADHD, zaburzeniami ze spektrum autyzmu, upośledzeniem poznawczym i chorobami psychicznymi. Ćwiczenia fizyczne są bardzo pomocne w zapewnieniu prawidłowego poziomu BDNF w wieku dziecięcym, a szczególne korzyści pod względem neuroplastyczności przynosi taka aktywność fizyczna, która stymuluje też funkcje poznawcze, jak np. sztuki walki, wymagające skomplikowanych schematów ruchu, koordynacji, koncentracji i podejmowania decyzji.

2. Słońce i odprężenie

Jak stwierdzili badacze, stężenie BDNF we krwi podlega istotnym wahaniom w ciągu roku, rosnąc w okresie wiosenno-letnim, a obniżając się jesienią i zimą. Jest też uzależnione od ilości słonecznych godzin. Światło słoneczne synchronizuje nasze rytmy dobowe, a jego zimowy niedostatek może hamować syntezę najważniejszych neuroprzekaźników, co z kolei może odbić się na produkcji BDNF.

Zima zmusza też często – szczególnie osoby starsze – do bardziej siedzącego trybu życia, mniejszej aktywności fizycznej oraz rzadszych kontaktów towarzyskich. Co ciekawe, badając sezonowe zmiany poziomu BDNF u starszych ludzi naukowcy stwierdzili, że osoby o wyższym wyjściowym poziomie BDNF i lepszym funkcjonowaniu poznawczym wykazują większy spadek tego czynnika w okresie zimowym.

Można z tego wnioskować, że zima sprowadza poziom BDNF do wspólnego dla wszystkich niskiego poziomu, a spadek ten jest wyraźniejszy przy wysokim poziomie wyjściowym. Inną przyczyną wahań poziomu BDNF jest stres. Wprawdzie ostry stres podnosi poziom tego czynnika, to jednak stres przewlekły powoduje obniżenie jego produkcji w hipokampie, co prowadzi z czasem do atrofii i zaburzeń funkcjonowania neuronów.

Techniki redukcji stresu mogą natomiast podnosić poziom BDNF, sprzyjając zdrowiu mózgu. W jednym z badań 9-miesięczny trening medytacji uważności i innych praktyk obniżających stres pozwolił podnieść poziom BDNF dzięki obniżeniu aktywności osi podwzgórze-przysadka-nadnercza i zmniejszeniu produkcji kortyzolu.

3. Post – dla ciała i dla mózgu

Podobnie jak aktywność fizyczna, także ograniczenie spożycia kalorii oraz post przerywany mają pozytywny wpływ na tworzenie nowych neuronów oraz wydzielanie BDNF. W badaniach na zwierzętach potwierdzono, że post przerywany stymuluje produkcję BDNF w hipokampie, korze mózgowej i prążkowiu, a także zmniejsza deficyty poznawcze poprzez wsparcie neurotroficzne (wspomagające przeżycie i funkcjonowanie komórek nerwowych) oraz zmniejszenie wydzielania cytokin prozapalnych.

Post przerywany poprawia wrażliwość insulinową, co badacze wiążą również z większą neuroplastycznością i ochroną przed stresem oksydacyjnym. Jak stwierdzono, u dorosłych myszy wzrost poziomu BDNF pod wpływem postu przerywanego zwiększa ilość kolców dendrytycznych (czyli wypustek z synapsami) w neuronach hipokampu, poprawia pamięć przestrzenną i uczenie się, a także sprzyja neurogenezie, czyli tworzeniu nowych neuronów w hipokampie.

Podczas postu następuje przestawienie metabolizmu z pozyskiwania energii z glukozy na pozyskiwanie jej z kwasów tłuszczowych i ketonów. Ketony stają się wtedy ulubionym paliwem dla mózgu, a poza dostarczaniem energii mają też zdolność regulowania czynników transkrypcyjnych w neuronach. Nasila się też autofagia, czyli proces usuwania uszkodzonych lub nieprawidłowych składników neuronów. Dodatkową zaletą przestrzegania stałych godzin okien żywieniowych w poście przerywanym jest regulowanie rytmu dobowego, co również może mieć działanie neuroprotekcyjne.