الجامعــة الوطنيــة الخاصــة
Al-Wataniya Private University
الواحة الأكاديمية للجامعة الوطنية الخاصة
تأثير النشاط البدني على إفراز الهرمون العصبي BDNF ودوره في علاج الاكتئاب ( د. محمد صادق العلواني )
مسابقة أفضل مقالة علمية
مقالات كلية الصيدلة
ملخص
الاكتئاب هو الاضطراب النفسي الذي يصيب معظم الفئات العمرية ولكن بشكل رئيسي البالغين وينعكس سلباً على الحالة الصحية للفرد. والتمارين الرياضية هي استراتيجية غير دوائية للتخفيف من حدة أعراض الاكتئاب. تتنوع الآليات الأساسية التي تؤثر من خلالها التمارين الرياضية على الاكتئاب وإن هرمون النمو العصبي الدماغي أو عامل التغذية العصبية المنتج من قبل الدماغ Brain-derived neurotrophic factor (BDNF) هو أحد عوامل النمو الذي يزداد انتاجه وإفرازه من قبل الدماغ بالتمارين الرياضية وبالتالي تحسن من حالة الاكتئاب. الهدف من هذه المراجعة توفير معلومات حول تأثير التمارين الرياضية على BNDF ومساهمته في تحسين حالة الاكتئاب.
الكلمات المفتاحية: الهرمون العصبي BNDF, علاج الاكتئاب
يعتبر الاكتئاب حاليًا رابع أكثر المشاكل الصحية شيوعًا في جميع أنحاء العالم، وفقًا لمنظمة الصحة العالمية [1]. يصيب المرض بشكل رئيسي البالغين ومعدل الإصابة يعتمد على العمر والمنطقة، حيث يكون عند النساء ضعف معدل حدوثه عند الرجال. أعراض الاكتئاب التي توصف بالحزن المزمن وقلة الاهتمام والمتعة في الأنشطة [1-5]. في العقود الأخيرة، تراكم قدر كبير من المعلومات حول الآليات العصبية المشاركة في الاكتئاب، بما في ذلك تأثير العوامل الالتهابية، ودور أحادي الأمين، وتأثير اضطرابات الأوعية الدموية والوراثة، بغض النظر عن العوامل البيئية، تتطور في النهاية إلى خلل وتلف في شبكات عصبية معينة [6-10]. بالدراسات الحديثة لاحظوا انخفاضًا كبيرًا عند مرضى الاكتئاب في مستويات هرمون النمو العصبيBDNF [21]. ينتمي عامل التغذية العصبية المشتق من الدماغ BDNF إلى عائلة من عوامل نمو الأعصاب NT3,NT4 and NT5 (neurotrophin-3/4/5). يرتبط عامل النموBDNF بمستقبلات التيروزين كيناز (TrkA,TrkB,TrkC) ومستقبلات هرمون النمو العصبي p75 (p75 NTR) .[28,27] ينتج عن تنشيط مستقبلات TrkBتأثير مضاد للموت الخلوي المبرمج، بينما تنشيط p75NTR يسبب موت الخلايا المبرمج وعمليات التنكس العصبي [27،28]. يتم التعبير عن مستقبل TrkB إلى حد كبير في الخلايا العصبية للحصين [31]. حوالي 70-80٪ من إنتاج BDNF في الدماغ أثناء الراحة واستجابة للتمارين الرياضية [32،33]. يتم تصنيع BDNF بشكل رئيسي في القشرة الدماغية، الدماغ المتوسط ، المهاد (الجسم اللوزي)، الوطاء، الجسر، والنخاع الشوكي [34،35]. يتم تخزين BDNF بشكل رئيسي في الصفائح الدموية (99٪) [36،37]، وهو ما يفسر ارتفاع التركيز في مصل الدم مقارنة مع البلازما. تنخفض مستويات BDNF في البلازما مع تقدم العمر وزيادة كتلة الجسم [38،39]. يتم إنتاج BDNF ومستقبلاته من قبل الخلايا التائية والخلايا البائية والوحيدات، وخلايا البطانة [40]. يحفز BDNFعمليات المرونة العصبية، الذي يتجلى في تكوين الخلايا العصبية، وتحفيز افراز هرمون السيروتونين [44]. بالإضافة إلى ذلك فإن BDNF يسهل نمو وبقاء الخلايا العصبية والخلايا الدبقية. كما أنه يشارك في تمايز الخلايا وتقوية إشارة الانتقال والحفاظ على تقوية طويلة الأجل من التعزيز المشبك العصبي [27،28،31،45]. بسبب هذه الخصائص، يعمل BDNF على تحسين الإدراك والمشاركة في العمليات العاطفية والتوجيه المكاني والتعلم والذاكرة وكذلك تنسيق الجسم [31، 44-48].
تسهل ممارسة التمارين الرياضية الحياة اليومية، وتقلل من التعب اليومي، وتؤثر بشكل إيجابي على المزاج والعمليات العاطفية مثل القلق والشعور بالضياع [24]، يوصى بها كإستراتيجية في العلاج والوقاية من الاكتئاب [26]. تم التعرف على تأثيرات التمارين الرياضية على نطاق واسع في وظائف المخ [26]. وقد نُسبت عدة فوائد إلى النشاط البدني عن طريق تحسين وظيفة القلب والرئة، وتحفيز نمو العضلات والهيكل العظمي وأنسجة العظام، وتقليل كتلة الدهون، وتنظيم الهرمون والتمثيل الغذائي للدهون والجلوكوز في الجسم [18،19]. يعمل كمنظم فيزيولوجي لإنتاج BDNF [20،21]، تم الكشف على إن إنتاج BDNF يعمل كمنظم فيزيولوجي كاستراتيجية بديلة للعلاج وخصوصاً علاج المرضى الذين يعانون من اضطرابات الجهاز العصبي بما في ذلك الاكتئاب [22،23]. التمارين الرياضية استراتيجية غير دوائية مفيدة لتحسين وعلاج الاكتئاب [49]. وقد أظهرت بعض الدراسات أن كلا من التحمل [13،17] والمدى القصير للتمارين عالية الكثافة [51-54] يمكن أن تزيد من مستويات BDNF وبالتالي تحسن من حالة مرضى الاكتئاب. إن زيادة مستويات BDNF بعد تمرين واحد تعتمد على المدة الزمنية والشدة ونوع التمرين [55] يتم تحرير BDNF من الدماغ أثناء التمرين [33] وينتج عنه استجابة العضلات للانقباض [32]. وهو مسؤول عن الحديث المتبادل بين العضلات والدماغ [51]. تعزز التمارين الرياضية التكيفات المناسبة في الدماغ من خلال تحسين التعلم والذاكرة والعمليات المعرفية في مريض الاكتئاب، وذلك من خلال تأثيرها المضاد للاكتئاب [52]. ويعتقد أن BDNF هو عامل رئيسي حيث شوهدت مستويات أعلى من BDNF بعد تمارين مختلفة الطرائق والشدة [53]. في مرضى الاكتئاب، زاد التمرين تركيز BDNF في الدم في معظم هذه الدراسات كما ترافق ارتفاع مستويات BDNF مع تحسن في الأداء المعرفي، وسرعة المعالجة والذاكرة وجودة النوم. التأثير الأكثر وضوحًا للتمارين على الدماغ هو أكسجة المخ وبالتالي تحسن نشاط الدماغ [54]. أثبتت التمارين أنها تزيد من إفراز الناقلات العصبية (أحادية الأمين)، عوامل النمو (عامل نمو بطانة الأوعية الدمويةVEGF وBDNF) [55]. كما يتم التخلص من مستقلبات العضلات والهيكل العظمي بزيادة التروية الدموية الدماغية، وهي منتجات ثانوية للتمارين (اللاكتات، هيدروكسي بوتيرات)، وهذا له تأثير كبير على أنسجة المخ [26،56]. يتم نقل هذه المستقلبات إلى الدورة الدموية عبر الحاجز الدموي الدماغي [26]. ومن المثير للاهتمام أن التأثير الأكثر إثارة للتمارين الرياضية المنتظمة هو زيادة نمو الخلايا العصبية في الدماغ نتيجة زيادة انتاج هرمون النمو BDNF [31]، وهو المكون الأكثر أهمية في اللدونة العصبية، الذي يدعم بقاء الخلايا العصبية وتنظيم اللدونة للمشابك العصبية وبالتالي المحافظة على الذاكرة والحماية من نقص الذاكرة مرض الزهايمر [23]. إن إفراز BDNF الناجم عن التمارين له تأثير تنظيمي إيجابي على الآليات المتعلقة بتكوين الخلايا العصبية، وتحفيز نشاط الدماغ، وزيادة حجم الحُصين [47،48]. إن النشاط البدني يحسن إفراز BDNF وبالتالي يساهم في تحسين الإدراك والذاكرة والتعلم وتحسين المزاج العام [55]. إن الزيادة في تركيز هرمون BDNF مؤقتة وسريعة العودة إلى مستويات قيم الراحة أي بعد 10-60 دقيقة من وقف التمرين والتدريب [56,55].
المراجع :
– WHO. Depression. Available online: https://www.who.int/health-topics/depression (1 November 2020).
– Gałecki, P.; Talarowska, M. Inflammatory theory of depression. Psychiatr. Pol. 2018, 52, 437–447.
– Hu, S.; Tucker, L.; Wu, C.; Yang, L. Beneficial effects of exercise on depression and anxiety during the Covid-19 pandemic: A narrative review. Front. Psychiatry 2020, 11, 587557.
– Lim, G.Y.; Tam,W.W.; Lu, Y.; Ho, C.S.; Zhang, M.W.; Ho, R.C. Prevalence of Depression in the Community from 30 Countries between 1994 and 2014. Sci. Rep. 2018, 8, 2861.
– Licinio, J.;Wong, M.L. Advances in depression research: Second special issue, 2020, with high lights on biological mechanisms, clinical features. Mol. Psychiatry 2020, 25, 1356–1360.
– Boku, S.; Nakagawa, S.; Toda, H.; Hishimoto, A. Neural basis of major depressive disorder: Beyond monoamine hypothesis. Psychiatry Clin. Neurosci. 2018, 72, 3–12.
– Bourin, M. Neurogenesis and neuroplasticity in major depression. Adv. Exp. Med. Biol. 2021, 1305, 157–173.
– Jesulola, E.; Micalos, P.; Baguley, I.J. Understanding the pathophysiology of depression: From monoamines to the neurogenesis hypothesis model—Are we there yet? Behav. Brain Res. 2018, 341, 79–90.
– Amadio, P.; Zarà, M.; Sandrini, L.; Ieraci, A.; Barbieri, S.S. Depression and cardiovascular disease: The viewpoint of platelets. Int. J. Mol. Sci. 2020, 21, 7560.
– Mazza, M.G.; De Lorenzo, R.; Conte, C.; Poletti, S.; Vai, B.; Bollettini, I.; Melloni, E.M.T.; Furlan, R.; Ciceri, F.; Rovere-Querini, P.; et al. Brain Behav. Immun. 2020, 89, 594–600.
– Molendijk, M.L.; Spinhoven, P.; Polak, M.; Bus, B.A.; Penninx, B.W.; Elzinga, B.M. Serum BDNF concentrations as peripheral manifestations of depression: Evidence from a systematic review and meta-analyses on 179 associations (N = 9484). Mol. Psychiatry 2014, 19, 791–800.
– Vieira, A.F.; Costa, R.R.; Macedo, R.C.; Coconcelli, L.; Kruel, L.F. Effects of aerobic exercise performed in fasted v. fed state on fat and carbohydrate metabolism in adults: A systematic review and meta-analysis. Br. J. Nutr. 2016, 116, 1153–1164.
– Borror, A.; Zieff, G.; Battaglini, C.; Stoner, L. The Effects of Postprandial Exercise on Glucose Control in Individuals with Type 2 Diabetes: A Systematic Review. Sports Med. 2018, 48, 1479–1491.
– de Assis, G.G.; Hoffman, J.R.; Gasanov, E.V. BDNF Val66Met polymorphism, the allele-specific analysis by qRT-PCR-a novel protocol. Int. J. Med. Sci. 2020, 17, 3058–3064
– de Assis, G.G.; Ci˛eszczyk, P. Exercise A unique endogenous regulator of irisin, BDNF, leptin and cortisol against depression. Baltic J. Health Phys. Act. 2020, 12, 1–8.
– , Phillips, C. Brain-derived neurotrophic factor, depression, and physical activity: Making the neuroplastic connection. Neural Plast. 2017, 2017, 7260130.
– Basso, J.C.; Suzuki,W.A. The effects of acute exercise on mood, cognition, neurophysiology, and neurochemical pathways: A review. Brain Plast. 2017, 2, 127–152.
– Nelson, M.E.; Rejeski, W.J.; Blair, S.N.; Duncan, P.W; King, A.C.; Macera, C.A.; Castaneda-Sceppa, C. Physical activity and public health in older adults: Recommendation from the American College of Sports Medicine and the American Heart Association. Med. Sci. Sports Exerc. 2007, 39, 1435–1445.
– De Sousa, R.A.L.; Rocha-Dias, I.; de Oliveira, L.R.S.; Improta-Caria, A.C.; Monteiro-Junior, R.S.; Cassilhas, R.C. Molecular mechanisms of physical exercise on depression in the elderly: A systematic review. Mol. Biol. Rep. 2021, 48, 3853–3862
– Di Liegro, C.M.; Proia, P.; Di Liegro. Physical Activity and Brain Health. Genes 2019, 10, 720.
– Gibon, J.; Barker, P.A.; Séguéla, P. Opposing presynaptic roles of BDNF and ProBDNF in the regulation of persistent activity in the entorhinal cortex. Mol. Brain 2016, 9, 23.
– Je, H.S.; Yang, F.; Ji, Y.; Nagappan, G.; Hempstead, B.L.; Lu, B. Role of pro-brain-derived neurotrophic factor (proBDNF) to mature BDNF conversion in activity-dependent competition at developing neuromuscular synapses. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 2012, 109, 15924–15929.
– Kowia´ nski, P.; Lietzau, G.; Czuba, E.;Wa´skow, M.; Steliga, A.; Mory´s, J. BDNF: A Key Factor with Multipotent Impact on Brain Signaling and Synaptic Plasticity. Cell Mol. Neurobiol. 2018, 38, 579–593.
– Blum, R.; Konnerth, A. Neurotrophin-mediated rapid signaling in the central nervous system: Mechanisms and functions. Physiology 2005, 20, 70–78.
– Matthews, V.B.; Aström, M.B.; Chan, M.H.; Bruce, C.R.; Krabbe, K.S.; Prelovsek, O.; Akerström, T.; Yfanti, C.; Broholm, C.; Mortensen, O.H.; et al. Brain-derived neurotrophic factor is produced by skeletal muscle cells in response to contraction and enhances fat oxidation via activation of AMP-activated protein kinase. Diabetologia 2009, 52, 1409–1418
– Rasmussen, P.; Brassard, P.; Adser, H.; Pedersen, M.V.; Leick, L.; Hart, E.; Secher, N.H.; Pedersen, B.K.; Pilegaard, H. Evidence for a release of brain-derived neurotrophic factor from the brain during exercise. Exp. Physiol. 2009, 94, 1062–1069.
– Lu, B.; Nagappan, G.; Lu, Y. BDNF and synaptic plasticity, cognitive function, and dysfunction. Handb. Exp. Pharmacol. 2014, 220, 223–250.
– Müller, P.; Duderstadt, Y.; Lessmann, V.; Müller, N.G. Lactate and BDNF: Key mediators of exercise induced neuroplasticity? J. Clin. Med. 2020, 9, 1136.
– Chacón-Fernández, P.; Säuberli, K.; Colzani, M.; Moreau, T.; Ghevaert, C.; Barde, Y.A. Brain-derived neurotrophic factor in megakaryocytes. J. Biol. Chem. 2016, 291, 9872–9881.
– Le Blanc, J.; Fleury, S.; Boukhatem, I.; Bélanger, J.C.;Welman, M.; Lordkipanidzé, M. Platelets selectively regulate the release of BDNF, but not that of its precursor protein, proBDNF. Front. Immunol. 2020, 11, 575607.
– Lommatzsch, M.; Zingler, D., K.; Zingler, C.; Schuff-Werner, P.; Virchow, J.C. The impact of age, weight and gender on BDNF levels in human platelets and plasma. Neurobiol. Aging 2005, 26, 115–123.
– Begliuomini, S.; Casarosa, E.; Pluchino, N.; Lenzi, E.; Centofanti, M.; Freschi, L.; Pieri, M.; Genazzani, A.D.; Luisi, S.; Genazzani, A.R. Influence of endogenous and exogenous sex hormones on plasma brain-derived neurotrophic factor. Hum. Reprod. 2007, 22, 995–1002.
– Gielen, A.; Khademi, M.; Muhallab, S.; Olsson, T.; Piehl, F. Increased brain-derived neurotrophic factor expression in white blood cells of relapsing-remitting multiple sclerosis patients. Scand J. Immunol. 2003, 57, 493–497.
– Carbone, D.L.; Handa, R.J. Sex and stress hormone influences on the expression and activity of brain-derived neurotrophic factor. Neuroscience 2013, 239, 295–303.
– Chan, C.B.; Ye, K. Sex differences in brain-derived neurotrophic factor signaling and functions. J. Neurosci. Res. 2017, 95, 328–335.
– Miranda, M.; Morici, J.F.; Zanoni, M.B.; Bekinschtein, P. Brain-Derived Neurotrophic Factor: A Key Molecule for Memory in the Healthy and the Pathological Brain. Front. Cell Neurosci. 2019, 13, 363.
– Eadie, B.D.; Redila, V.A.; Christie, B.R. Voluntary exercise alters the cytoarchitecture of the adult dentate gyrus by increasing cellular proliferation, dendritic complexity, and spine density. J. Comp. Neurol. 2005, 486, 39–47.
– De Vincenti, A.P.; Ríos, A.S.; Paratcha, G.; Ledda, F. Mechanisms that modulate and diversify BDNF functions: Implications for hippocampal synaptic plasticity. Front. Cell Neurosci. 2019, 13, 135.
– 40. Cunha, C.; Brambilla. A simple role for BDNF in learning and memory? Front. Mol. Neurosci. 2010, 3, 1
– Josefsson, T.; Lindwall, M.; Archer, T. Physical exercise intervention in depressive disorders: Meta-analysis and systematic review. Scand. J. Med. Sci. Sports 2014, 24, 259–272.
– Pereira, D.S.; de Queiroz, B.Z.; Miranda, A.S.; Rocha, N.P.; Felício, D.C.; Mateo, E.C.; Favero, M.; Coelho, F.M., D.A.; et al. Effects of physical exercise on plasma levels of brain-derived neurotrophic factor. Arch Phys. Med. Rehabil. 2013, 94, 1443–1450. [PubMed]
– Antunes, B.M.; Rossi, F.E.; Teixeira, A.M.; Lira, F.S. Short-time high-intensity exercise increases peripheral BDNF in a physical fitness-dependent way in healthy men. Eur. J. Sport Sci. 2020, 20, 43–50.
– Rentería, I.; García-Suárez, P.C.; Martínez-Corona, D.O.; Moncada-Jiménez, J.; Plaisance, E.P.; Jiménez-Maldonado, A. Short-term high-Intensity interval training increases systemic brain-derived neurotrophic factor (BDNF) in healthy women. Eur. J. Sport Sci. 2020, 20, 516–524.
– García-Suárez, P.C.; Rentería, I.; Plaisance, E.P.; Moncada-Jiménez, J.; Jiménez-Maldonado, A. The effects of interval training on peripheral brain derived neurotrophic factor (BDNF) in young adults: A systematic review and meta-analysis. Sci. Rep. 2021, 11, 8937. [PubMed]
– Murawska-Ciałowicz, E.; de Assis, G.G.; Clemente, F.M.; Feito, Y.; Stastny, P.; Zuwała-Jagiełło, J.; Bibrowicz, B.; Wola ´ nski, P. Effect of four different forms of high intensity training on BDNF response to Wingate and Graded Exercise Test. Sci. Rep. 2021, 11, 8599.
– Pedersen, B.K. Physical activity and muscle-brain crosstalk. Nat. Rev. Endocrinol. 2019, 15, 383–392.
– Al-Qahtani, A.M.; Shaikh, M.A.K.; Shaikh, I.A. Exercise as a treatment modality for depression: A narrative review. Alex. J. Med. 2018, 54, 429–435.
– Marinus, N.; Hansen, D.; Feys, P.; Meesen, R.; Timmermans, A.; Spildooren, J. The impact of different types of exercise training on peripheral blood brain-derived neurotrophic factor concentrations in older adults: A meta-analysis. Sports Med. 2019, 49,1529–1546. [PubMed]
– Boström, P.;Wu, J.; Jedrychowski, M.P.; Korde, A.; Ye, L.; Lo, J.C.; Rasbach, K.A.; Boström, E.A.; Choi, J.H.; Long, J.Z.; et al. A PGC1-_-dependent myokine that drives brown-fat-like development of white fat and thermogenesis. Nature 2012, 481, 463–468.
– Evans, M.; Cogan, K.E.; Egan, B. Metabolism of ketone bodies during exercise and training: Physiological basis for exogenous supplementation. J. Physiol. 2017, 595, 2857–2871.
– Szuhany, K.L.; Bugatti, M.; Otto, M.W. A meta-analytic review of the effects of exercise on brain-derived neurotrophic factor. J. Psychiatry Res. 2015, 60, 56–64.
– Małczy´ nska, P.; Piotrowicz, Z.; Drabarek, D.; Langfort, J.; Chalimoniuk, M. The role of the brain-derived neurotrophic factor (BDNF) in neurodegenerative processes. Postepy 2019, 65, 2–8.
– Schmidt-Kassow, M.;, J.; Kaiser, J. Kinetics of serum brain-derived neurotrophic factor following low-intensity versus high-intensity exercise in men and women. Neuroreport 2012, 23, 889–89
الجامعة الوطنية الخاصة
مواقع مرتبطة:
للتواصل :
- سوريا - محافظة حماة - الطريق الدولي حمص حماة
- 0096334589094
- 00963335033
- info@wpu.edu.sy