Cientistas descobriram que o cérebro tem conexões físicas com o corpo mais significativas do que se pensava anteriormente. Em um estudo publicado em 27 de abril na Nature Neuroscience, pesquisadores utilizaram experimentos em camundongos, juntamente com simulações computacionais, para elucidar uma possível explicação de por que a atividade física beneficia a saúde cerebral.
A pesquisa revela que, quando os músculos abdominais se contraem, eles pressionam os vasos sanguíneos conectados à medula espinhal e ao cérebro. Essa pressão provoca um leve movimento no cérebro dentro do crânio. Este movimento suave parece facilitar a circulação do líquido cerebrospinal pelo cérebro, o que pode ajudar na remoção de resíduos que podem interferir no funcionamento normal do cérebro.
Uma Conexão Mecânica Entre Movimento e Saúde Cerebral
Patrick Drew, professor de ciência e mecânica de engenharia, neurocirurgia, biologia e engenharia biomédica na Penn State, afirmou que os resultados ampliam pesquisas anteriores sobre como o sono e a perda de neurônios afetam o tempo de fluxo do líquido cerebrospinal no cérebro.
“Nossa pesquisa explica como apenas se mover pode atuar como um mecanismo fisiológico importante que promove a saúde cerebral”, disse Drew, autor correspondente do artigo. “Neste estudo, descobrimos que, quando os músculos abdominais se contraem, eles empurram o sangue do abdômen para a medula espinhal, como em um sistema hidráulico, aplicando pressão no cérebro e fazendo-o se mover. As simulações mostram que esse movimento suave do cérebro impulsiona o fluxo de líquido ao redor e dentro do cérebro. Acredita-se que o movimento do líquido no cérebro seja essencial para a remoção de resíduos e para evitar distúrbios neurodegenerativos. Nossa pesquisa demonstra que um pouco de movimento é benéfico e pode ser mais uma razão pela qual o exercício é bom para a saúde do nosso cérebro.”
Drew, que também é diretor associado dos Huck Institutes of the Life Sciences, comparou o processo a um sistema hidráulico. Neste caso, os músculos abdominais atuam como a bomba. Mesmo ações pequenas, como contrair o abdômen antes de ficar em pé ou dar um passo, podem criar esse efeito. A pressão é transmitida através do plexo venoso vertebral, uma rede de veias que liga o abdômen à cavidade espinhal, provocando um leve movimento no cérebro.
Imagens Revelam o Movimento do Cérebro Induzido por Contrações Musculares
Para observar esse processo, os pesquisadores estudaram camundongos em movimento utilizando duas técnicas avançadas de imagem. A microscopia de dois fótons forneceu imagens detalhadas de tecidos vivos, enquanto a microtomografia computadorizada ofereceu vistas em 3D de alta resolução de órgãos inteiros.
Eles descobriram que o cérebro se deslocava logo antes de os animais se moverem, imediatamente após a contração dos músculos abdominais para iniciar o movimento.
Para confirmar que a pressão abdominal era o fator chave, a equipe aplicou pressão suave e controlada nos abdômenes de camundongos levemente anestesiados. Não houve outro movimento envolvido. O nível de pressão foi inferior ao que uma pessoa experimenta durante um teste de pressão arterial, mas mesmo assim provocou o movimento do cérebro.
“É importante notar que o cérebro começou a voltar à sua posição original imediatamente após a liberação da pressão abdominal”, disse Drew. “Isso sugere que a pressão abdominal pode alterar rápida e significativamente a posição do cérebro dentro do crânio.”
Simulações Mostram Como o Líquido Pode Fluir Através do Cérebro
Depois de confirmar que as contrações abdominais provocam movimento cerebral, os pesquisadores se voltaram para a próxima questão: como esse movimento influencia o fluxo de líquido. Naquele momento, nenhum método de imagem conseguia capturar o comportamento rápido e complexo do líquido cerebrospinal em detalhe.
“Felizmente, nossa equipe interdisciplinar na Penn State conseguiu desenvolver essas técnicas, incluindo a realização de experimentos de imagem em camundongos vivos e a criação de simulações computacionais do movimento do líquido”, disse Drew. “A combinação de expertise é fundamental para entender esses tipos de sistemas complicados e como eles impactam a saúde.”
Francesco Costanzo, professor de ciência e mecânica de engenharia, engenharia biomédica, engenharia mecânica e matemática, liderou o trabalho de modelagem.
“Modelar o fluxo de líquido dentro e ao redor do cérebro apresenta desafios únicos, pois há movimentos independentes simultâneos, assim como movimentos acoplados e dependentes do tempo. Considerar todos eles requer levar em conta a física especial que ocorre toda vez que uma partícula de líquido atravessa uma das muitas membranas no cérebro,” Costanzo comentou. “Portanto, simplificamos o modelo. O cérebro possui uma estrutura semelhante a uma esponja, onde há um esqueleto macio e o líquido pode se mover através dele.”
Tratando o cérebro como uma esponja, a equipe pôde simular como o líquido viaja por espaços de tamanhos diferentes, semelhantes às dobras do cérebro ou aos poros de uma esponja.
“Seguindo a ideia de que o cérebro é como uma esponja, também o concebemos como uma esponja suja – como você limpa uma esponja suja?” questionou Costanzo. “Você a coloca embaixo de uma torneira e a aperta. Em nossas simulações, conseguimos entender como o movimento do cérebro, induzido pela contração abdominal, pode ajudar a promover o fluxo de líquido sobre o cérebro para ajudar na remoção de produtos de desperdício.”
Implicações para a Saúde do Cérebro e Prevenção de Doenças
Drew destacou que mais pesquisas são necessárias para determinar como esses achados se aplicam aos humanos. No entanto, os resultados sugerem que movimentos cotidianos podem ajudar a circular o líquido cerebrospinal pelo cérebro, auxiliando na remoção de resíduos e possivelmente diminuindo o risco de doenças neurodegenerativas ligadas ao acúmulo de resíduos.
“Esse tipo de movimento é tão pequeno. É o que é gerado quando você caminha ou simplesmente contrai os músculos abdominais, algo que você faz ao se envolver em qualquer comportamento físico. Isso poderia fazer uma grande diferença para a saúde do seu cérebro,” afirmou Drew.
Equipe de Pesquisa e Financiamento
Os co-autores incluem C. Spencer Garborg, pesquisador pós-doutoral no laboratório de Drew; Beatrice Ghitti, que foi pós-doutoranda supervisionada por Costanzo e Drew durante a pesquisa e agora é bolsista de pesquisa na Universidade de Auckland; Qingguang Zhang, que foi professor assistente de pesquisa no laboratório de Drew e agora é professor assistente de fisiologia na Universidade Estadual de Michigan; Joseph M. Ricotta, que foi pesquisador pós-doutoral no laboratório de Drew; Noah Frank, que obteve seu diploma de engenharia mecânica na Penn State; Sara J. Mueller, que liderou o Centro de Imagem Quantitativa da Penn State na época da pesquisa e agora é diretora executiva da Wildlife Leadership Academy; Denver L. Greenawalt e Hyunseok Lee, estudantes de pós-graduação na Penn State; Kevin L. Turner e Ravi T. Kedarasetti, que obtiveram seus doutorados na Penn State sob co-supervisão de Drew e Costanzo; e Marceline Mostafa, uma estudante de graduação que se formou em biologia. A microtomografia computadorizada para este projeto foi realizada no Centro de Imagem Quantitativa da Penn State, uma instalação de pesquisa central do Instituto de Energia e Meio Ambiente.
A pesquisa foi apoiada pelos Institutos Nacionais de Saúde, pelo Departamento de Saúde da Pensilvânia e pela Associação Americana do Coração.
