Fysisk trening bevarer hjernekapasiteten gjennom livet

Omfattende forskning viser at fysisk aktivitet, særlig utholdenhetstrening, stimulerer hjernen. Faktisk er hjernen avhengig av at kroppen brukes – ellers brytes den gradvis ned i løpet av livet. Fysisk inaktivitet er derfor en trussel mot vår hjernes helse. Dypest sett kan det bidra til kognitiv svikt og i verste fall til utvikling av demens.

Tekst Iver Mysterud . Foto Shutterstock

Kort fortalt

To forskere fra USA har utviklet en modell som stipulerer at hjernen reagerer på stress og belastninger av kroppen ved å øke kapasiteten, mens inaktivitet fører til en tilsvarende reduksjon i hjernekapasiteten. Bakgrunnen for modellen har sin rot i våre forgjengeres livsstil som jegere og sankere. Å skaffe mat fra naturen er en kompleks atferd som omfatter en rekke kognitive prosesser samtidig som man bruker kroppen fysisk. De delene av hjernen som i størst grad blir aktivert i løpet av en kompleks aktivitet som å skaffe seg mat, er områder som spiller en nøkkelrolle for hukommelse og funksjoner som problemløsning og planlegging. De samme områdene ser i studier ut til å ha nytte av fysisk trening. Omfattende forskning underbygger at bruk av kroppen både stimulerer og bevarer hjernens struktur og funksjon, mens fysisk inaktivitet bidrar til dårligere kognitiv funksjon desto eldre man blir. Man ser størst positive effekter på hjernen hos forsøksdyr og mennesker dersom fysisk aktivitet kombineres med kognitive utfordringer der hjernen aktiveres og brukes til andre oppgaver enn bare til den fysiske aktiviteten.

Hvorfor er egentlig hjernen avhengig av fysisk aktivitet? For å forstå det bør vi gå tilbake i forhistorien og vurdere mennesket i evolusjonært perspektiv. To amerikanske forskere – antropologen David A. Raichlen og psykologen Gene E. Alexander – har framsatt en overbevisende modell for hjernen sett i lys av det livet våre forgjengere levde som jegere og sankere.¹

For rundt to millioner år siden endret våre forgjengere livsstil fra en relativt sedat, menneskeapeliknende livsstil til en mer fysisk krevende livsstil som jegere og sankere der aktiv felling av dyr inngikk. Den nye måten å skaffe mat på omfattet en rekke oppgaver som på samme tid var både fysisk og mentalt krevende. Dette kan være bakgrunnen for at fysisk aktivitet og hjernen ble så tett bundet sammen. De to forskerne fremmer hypotesen om at vår fysiologi utviklet seg som respons på en slik økning i fysisk aktivitetsnivå, der de fysiologiske tilpasningene inkluderte alt fra skjelett og muskler til ryggmargen og hjernen. De delene av hjernen som blir mest belastet i løpet av en kompleks aktivitet som å skaffe seg mat ute i naturen, er områder som spiller en nøkkelrolle for hukommelse og utøvende funksjoner, for eksempel problemløsning og planlegging. Dette er de samme områdene som i studier ser ut til å ha nytte av fysisk trening av kroppen.

Jakt, fiske og sanking av mat er meget komplekse aktiviteter som krever gode kognitive evner. Man forflytter seg i landskapet, bruker hukommelsen både for å vite hvor man skal gå og finne veien tilbake, samtidig som man må være oppmerk på omgivelsene og mulige farer. Dette krever at man må holde orden på en rekke oppgaver samtidig ved at man tar avgjørelser om valg av byttedyr og matplanter samtidig som man søker å unngå truende rovdyr, giftige slanger og farlig terreng. Samtidig med at man forflytter seg i et variert landskap, holder hjernen kontroll over pusten, muskel- og skjelettsystemet. Dette betyr at man kombinerer fysisk bruk av kroppen med motorisk kontroll, hukommelse, romlig navigering og andre utøvende funksjoner.

Når man skaffer mat på denne måten, engasjeres primært en moderat aerob arbeidskapasitet som benyttes i lange tidsperioder. Dette vil si at man bruker kroppen mens hjerteraten varierer mellom 40 og 85 prosent av det maksimale. Ifølge de amerikanske forskerne kan vi derfor forvente at vår fysiologiske tilpasning primært er innstilt på et slikt spenn av fysisk intensitet.

Figur 1. Modell for hvordan hjernen påvirkes av fysisk aktivitet.¹ Mennesket er tilpasset livslang fysisk aktivitet, altså utgangspunktet øverst i figuren. Stiplete linjer angir det voksne livsløpet før man kan registrere kognitiv nedgang grunnet aldring eller nedbrytende sykdommer i nervesystemet (nevrodegenerative sykdommer), for eksempel Alzheimers sykdom. Ubrutte linjer indikerer perioder av potensielt observerbar kognitiv nedgang. Ferskenfargete linjer representerer individer med lav risiko for sykdommer i nervesystemet ved høy alder, mens blå linjer representerer de med høy risiko. Røde linjer med piler indikerer tilpasning til kognitivt utfordrende aerob trening eller til inaktivitet. Modellen forutsier at individer som bedriver kognitivt utfordrende aerob aktivitet vil opprettholde hjernestrukturen gjennom mye av livet fordi dette representerer hjernens naturlige tilstand. Ved perioder med inaktivitet vil hjernen til voksne mennesker respondere og få lavere kapasitet for å spare energi, noe som fører til redusert struktur og funksjon. Dette kan observeres ved at deler av hjernen krymper (atrofierer) med økende alder. Hvis en person etter en periode med inaktivitet kommer i gang med kognitivt utfordrende aerob aktivitet, kan hjernens kapasitet øke, og dermed motvirkes kognitiv nedgang og økt risiko for nedbrytende sykdommer i nervesystemet.

Fysisk inaktivitet

Å skaffe mat som jeger og sanker gir altså livslang stimulering av hjernen. Hva skjer med hjernen til mennesker som er lite fysisk aktive eller endog inaktive? Siden deres hjerne ikke får like stor, livslang stimulering, vil den gradvis få redusert kapasitet gjennom livet. Dette ser ut til å være en generell trend i moderne samfunn. Jo eldre man blir, desto dårligere kognitiv funksjon. Dette skjer parallelt med at de fleste er mindre fysisk aktive i hverdagen.

Poenget til de to forskerne er at hjernen svekkes dersom kroppen ikke brukes. Dette er en arv fra to millioner års eksistens som jegere og sankere. Når kroppen brukes aktivt i naturen, blir hjernen samtidig stimulert, noe som gjør at hjernens struktur og kognitive kapasitet utvikles og videreføres. Når kroppen er inaktiv, blir ikke hjernen stimulert, og hjernen kan da redusere kapasiteten etter prinsippet: bruk det eller tap det. Det som ikke brukes aktivt, blir borte fordi kroppen da kan spare energi.

Tenk på en person som blir sengeliggende på et sykehus i lang tid. Musklene svinner hen fordi de ikke brukes – man mister muskelmasse og styrke. Ved inaktivitet kan også hjertet klare seg med å pumpe mindre blod per slag (dårligere slagvolum), og hjertemuskelen blir mindre. Forskerne mener at tilsvarende skjer med hjernen hvis kroppen ikke må drive fysiske aktiviteter som å gå eller løpe. En del av det vi opplever som en naturlig del av aldringsprosessen, er ifølge deres nye modell egentlig en respons på at kroppen ikke brukes. Med andre ord er ikke svekkede kognitive evner noe som er uunngåelig med alderen. Ved siden av kostholdet kan blant annet regelmessig fysisk aktivitet gjennom livet bidra til at hjernens kapasitet holder seg bedre.

Fysisk aktivitet som premiss

Modellen som de amerikanske forskerne har presentert, skiller seg fra tidligere modeller om interaksjoner mellom livsstil og hjerne ved å ha en annen grunnleggende forutsetning, nemlig at vårt atferdsmessige utgangspunkt er livslang fysisk aktivitet. I stedet for å tenke seg at man bygger opp hjernekapasitet med et sedat liv som utgangspunkt, foreslår forskerne at menneskekroppen responderer på treningsindusert stimulering med å opprettholde hjernekapasiteten. Motsvarende oppfattes manglende fysisk stimulans som en mulighet for hjernen til å spare energi ved å redusere hjernekapasiteten. Dette er skissert i figur 1.

Støtte for modellen

De to forskerne går i sin artikkel grundig gjennom publisert forskning på dyr og mennesker for å vurdere hvorvidt deres modell holder vann. Det gjør den, selv om det naturlig nok vil være behov for mer forskning på en rekke områder. La oss her gi eksempler på forskning som støtter modellen.

Enkelt sagt forventer modellen å finne at de som belaster kroppen gjennom aerob trening/aktivitet, i større grad bevarer hjernens struktur og funksjon enn andre. Hvis denne aktiviteten foregår i nye miljøer og på måter som gir kognitive utfordringer, vil fordelene for hjernen bli enda større. I tillegg forventer modellen at fysisk aktive dyr og mennesker får stimulert visse hjerneområder, for eksempel hippocampus, som er en nøkkelregion for hukommelse.

Det er faktisk overveldende støtte i faglitteraturen på at aerob trening kan stimulere hjernen – føre til såkalt nevroplastisitet – hos både forsøksdyr og mennesker. Dyreforsøk har gang på gang vist at aerob trening fører til nydanning av celler i hippocampus, noe som igjen er koblet til bedre prestasjoner på kognitive oppgaver. Nydanning av celler skjer primært ved at trening oppregulerer såkalte nevrotropiner og vekstfaktorer for nervevev, særlig BDNF (brain-derived neurotropic factor). I tillegg fører trening til andre fordelaktige endringer i hjernen, slik som nydanning av blod-
årer (angiogenese) og økt blodgjennomstrømming i hjernen. Det er også støtte i studier av mennesker for alt dette.

I dyrestudier er det også påvist at nye nerveceller i hippocampus dannet under trening har større sannsynlighet for å overleve hvis treningen etterfølges av en eller annen kognitiv utfordring. Sistnevnte kan bety at miljøet i buret er beriket med stimulanser på en eller annen måte eller at miljøet er blitt endret, slik at forsøksdyra må bruke mer av hjernen for å orientere seg. Både trening alene og kognitive utfordringer alene øker overlevelsen av celler i hippocampus, men kombinasjonen er best.

Dyrestudier har også påvist at både romlig hukommelse og nydanning av celler i hippocampus styrkes av trening med moderat belastning, men ikke ved svært høy belastning. Dette støtter at også hos forsøksdyr er moderat intensitet, slik som å finne mat, det som best stimulerer hjernen.

Samlet sett gir studier av forsøksdyr sterk støtte for at kombinasjoner av aerob trening og kognitive utfordringer virker stimulerende på hjernen.

Menneskestudier

I studier av mennesker er effekten på hjernen av fysisk aktivitet og kognitiv trening testet separat med avstand mellom aktiviteten og treninga på alt fra noen timer til dager. Det har vist seg at kombinasjonen fysisk aktivitet og kognitiv trening er mer effektivt enn fysisk aktivitet alene. Kombinasjonen er like effektiv som kun å løse kognitive utfordringer. Studier der forsøkspersonene trener nært i tid eller samtidig som de får kognitive utfordringer, viser at effekten på hjernen er sterkest dersom fysisk og kognitiv trening gjøres nært i tid. Dette samsvarer altså med modellen til de to forskerne.

Selv om det kreves mer forskning, er studier av ulike kombinasjoner av fysisk aktivitet og kognitive utfordringer spesielt lovende. Det gjelder hvis den kognitive utfordringen er tematisk relatert til aktiviteten. Et eksempel er studier av folk som sykler på en stasjonær sykkel inne (ergometersykkel, spinningsykkel).
Hvis de i tillegg blir kognitivt engasjert i en virtuell sykkeltur, for eksempel
ved å følge med på en spesifikk sykkeltur ute på en skjerm i treningslokalet, blir stimuleringen av hjernen større enn hos dem som kun sykler. Nivåene av vekstfaktoren BDNF økte mest hos de som kombinerte sykling med å følge en sykkeltur på skjerm.

I andre typer forsøk får man ulike mentale oppgaver samtidig som man trener. I ett eksperiment skulle forsøkspersonene huske ord på et fremmedspråk. De som syklet på en stasjonær sykkel, husket i ettertid bedre enn de som kun øvde på ordene mens de var fysisk inaktive.

Andre forsøk har vist at aktiviteter som dans, ballett eller turn er særlig gunstige også for å øke kognitiv ytelse. Poenget er å utføre aktiviteter som både krever fysisk og kognitiv innsats for å mestres.

Ser man alle typer studier og forsøksdesign samlet, er det sterk støtte for at kombinasjonen av fysisk aktivitet og kognitivt krevende oppgaver kan ha større effekt på menneskehjernen enn aerob trening alene. Timingen på trening og kognitive utfordringer er viktig, og lange tidsforsinkelser, for eksempel ved å utføre oppgavene på forskjellige dager, har ikke like sterk påvirkning på hjernen. For noen typer kognitive områder vil samtidig fysisk og kognitiv trening ha størst positiv effekt. Alt dette støtter modellen til de amerikanske forskerne.

Implikasjoner

Mye tyder på at modellen til de amerikanske forskerne er holdbar. Dette har en rekke implikasjoner for hvordan man kan få en god aldringsprosess når det gjelder hjernens funksjon. Et livslangt fysisk aktivt liv motvirker at hjernen fungerer dårligere med høyere alder. Selv om styrketrening er viktig for blant annet å bevare muskelmasse og knokkeltetthet, kan aerob trening i større grad gi hjernen den stimulansen den er avhengig av for å bevare sin kapasitet. Poenget er å bevege kroppen over tid, enten ved å gå, løpe, sykle, drive ballspill, svømme, danse eller å drive med andre aktiviteter man liker og klarer. Fysiske aktiviteter i et variert miljø ute i naturen – på fjellet, i skog og mark – er mer stimulerende for hjernen enn om man driver aktivitet i et mer monotont miljø, for eksempel løper på en friidrettsbane. Selv om dette ikke er spesifikt testet i forskning, vil det fra et hjernehelse-perspektiv være bedre å løpe orientering (navigere med kart og kompass ute i naturen) enn kun å løpe. Jo mer man stimulerer og bruker hjernen samtidig som man er fysisk aktiv, desto bedre blir effekten på hjernen.

Det vil kanskje ha større effekter på hjernen å danse tango, spille tennis, badminton eller squash enn bare å løpe. Det vil framtidig forskning kunne avklare. Uansett er det per i dag støtte for den praktiske implikasjonen å velge fysisk aktivitet som i størst mulig grad også aktiverer og stimulerer hjernen.

Stimulering av hjernen ved hjelp av fysiske aktiviteter er ikke bare gunstig for kroppen, men vil fungere som en forebyggende strategi mot kognitiv svikt og etterfølgende utvikling av demens. Selv om fysisk inaktivitet er en risikofaktor for demens, virker også en rekke andre faktorer, slik som kosthold og stillesittende aktiviteter som å spille et instrument, spille sjakk eller bridge.² Det er derfor hensiktsmessig å sette i gang en rekke parallelle tiltak i eget liv dersom man vil forsøke å unngå demens. Fysisk aktivitet bør være en av dem.

Kilder:

1. Raichlen DA, Alexander GE. Adaptive capacity: an evolutionary neuroscience model linking exercise, cognition, and brain health. Trends in Neurosciences 2017; 40: 408–21. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/28610948

2. Mysterud I. Håp ved demens og Alzheimers sykdom: Hva alle bør vite. Oslo: Forlaget Lille Måne, 2018.