Muovere il corpo potrebbe “purificare” silenziosamente il cervello e contribuire a mantenerlo sano.

Lo studio dimostra che quando i muscoli addominali si contraggono, premono sui vasi sanguigni collegati al midollo spinale e al cervello. Questa pressione provoca un leggero spostamento del cervello all’interno del cranio. Questo lieve movimento sembra favorire la circolazione del liquido cerebrospinale nel cervello, che potrebbe rimuovere le scorie che possono interferire con le normali funzioni cerebrali.

Un collegamento meccanico tra movimento e salute del cervello

Patrick Drew, professore di ingegneria e meccanica, neurochirurgia, biologia e ingegneria biomedica alla Penn State, ha affermato che i risultati si basano su precedenti ricerche su come il sonno e la perdita di neuroni influenzino la tempistica del flusso del liquido cerebrospinale nel cervello.

“La nostra ricerca spiega come il semplice movimento possa rappresentare un importante meccanismo fisiologico a supporto della salute cerebrale”, ha affermato Drew, autore corrispondente dello studio. “In questa ricerca, abbiamo scoperto che quando i muscoli addominali si contraggono, spingono il sangue dall’addome al midollo spinale, proprio come in un sistema idraulico, esercitando pressione sul cervello e provocandone il movimento. Le simulazioni mostrano che questo lieve movimento cerebrale favorisce il flusso di fluidi all’interno e intorno al cervello. Si ritiene che il movimento dei fluidi nel cervello sia importante per eliminare le scorie e prevenire le malattie neurodegenerative. La nostra ricerca dimostra che un po’ di movimento fa bene e potrebbe essere un’ulteriore ragione per cui l’esercizio fisico è benefico per la salute del nostro cervello.”

Drew, che è anche vicedirettore degli Huck Institutes of the Life Sciences, ha paragonato il processo a un sistema idraulico. In questo caso, i muscoli addominali agiscono come una pompa. Anche piccole azioni, come contrarre i muscoli addominali prima di alzarsi o fare un passo, possono creare questo effetto. La pressione viene trasmessa attraverso il plesso venoso vertebrale, una rete di vene che collega l’addome alla cavità spinale, provocando lievi movimenti cerebrali.

Le immagini rivelano movimenti cerebrali innescati da contrazioni muscolari

Per osservare questo processo, i ricercatori hanno studiato topi in movimento utilizzando due tecniche di imaging avanzate. La microscopia a due fotoni ha fornito immagini dettagliate di tessuti viventi, mentre la microtomografia computerizzata ha offerto visualizzazioni 3D ad alta risoluzione di interi organi.

Hanno scoperto che il cervello si spostava appena prima che gli animali si muovessero, immediatamente dopo che i muscoli addominali si contraevano per dare inizio al movimento.

Per confermare che la pressione addominale fosse il fattore chiave, il team ha applicato una pressione delicata e controllata sull’addome di topi leggermente anestetizzati. Non è stato effettuato alcun altro movimento. Il livello di pressione era inferiore a quello sperimentato da una persona durante una misurazione della pressione sanguigna, eppure ha comunque provocato il movimento del cervello.

“È importante sottolineare che il cervello ha iniziato a tornare alla sua posizione di base immediatamente dopo la cessazione della pressione addominale”, ha affermato Drew. “Questo suggerisce che la pressione addominale può alterare rapidamente e significativamente la posizione del cervello all’interno del cranio.”

Le simulazioni mostrano come un fluido potrebbe fluire attraverso il cervello.

Dopo aver confermato che le contrazioni addominali inducono il movimento cerebrale, i ricercatori si sono concentrati sulla domanda successiva: in che modo questo movimento influenza il flusso dei fluidi? All’epoca, nessun metodo di imaging era in grado di catturare in dettaglio il comportamento rapido e complesso del liquido cerebrospinale.

“Fortunatamente, il nostro team interdisciplinare alla Penn State è stato in grado di sviluppare queste tecniche, tra cui condurre esperimenti di imaging su topi vivi e creare simulazioni computerizzate del movimento dei fluidi”, ha affermato Drew. “Questa combinazione di competenze è fondamentale per comprendere questi tipi di sistemi complessi e il loro impatto sulla salute.”

Francesco Costanzo, professore di ingegneria e meccanica, ingegneria biomedica, ingegneria meccanica e matematica, ha diretto il lavoro di modellazione.

“Modellare il flusso di fluidi all’interno e intorno al cervello presenta sfide uniche perché vi sono movimenti simultanei e indipendenti, così come movimenti accoppiati e dipendenti dal tempo. Tenere conto di tutti questi aspetti richiede di considerare la fisica specifica che si verifica ogni volta che una particella di fluido attraversa una delle numerose membrane cerebrali”, ha affermato Costanzo. “Quindi, abbiamo semplificato il modello. Il cervello ha una struttura simile a una spugna, nel senso che ha uno scheletro morbido attraverso il quale il fluido può muoversi.”

Trattando il cervello come una spugna, il team è riuscito a simulare il modo in cui un fluido si muove attraverso spazi di diverse dimensioni, simili alle pieghe del cervello o ai pori di una spugna.

“Rimanendo fedeli all’idea del cervello come una spugna, lo abbiamo anche immaginato come una spugna sporca: come si pulisce una spugna sporca?”, ha chiesto Costanzo. “La si mette sotto il rubinetto e la si strizza. Nelle nostre simulazioni, siamo riusciti a capire come il movimento del cervello dovuto a una contrazione addominale possa favorire il flusso di fluidi sul cervello, contribuendo così all’eliminazione delle scorie metaboliche.”

Implicazioni per la salute del cervello e la prevenzione delle malattie

Drew ha osservato che sono necessarie ulteriori ricerche per determinare come questi risultati si applichino agli esseri umani. Tuttavia, i risultati suggeriscono che il movimento quotidiano potrebbe favorire la circolazione del liquido cerebrospinale nel cervello, contribuendo all’eliminazione delle scorie e potenzialmente riducendo il rischio di malattie neurodegenerative legate all’accumulo di scorie.

“Questo tipo di movimento è piccolissimo. È quello che si genera quando cammini o semplicemente contrai i muscoli addominali, cosa che fai quando svolgi qualsiasi attività fisica. Potrebbe fare davvero la differenza per la salute del tuo cervello”, ha detto Drew.

Gruppo di ricerca e finanziamenti

Tra i coautori figurano C. Spencer Garborg, ricercatore post-dottorato nel laboratorio di Drew; Beatrice Ghitti, che all’epoca della ricerca era ricercatrice post-dottorato sotto la supervisione sia di Costanzo che di Drew e ora è ricercatrice presso l’Università di Auckland; Qingguang Zhang, che era professore assistente di ricerca nel laboratorio di Drew e ora è professore assistente di fisiologia presso la Michigan State University; Joseph M. Ricotta, che era ricercatore post-dottorato nel laboratorio di Drew; Noah Frank, che ha conseguito la laurea in ingegneria meccanica presso la Penn State; Sara J. Mueller, che all’epoca della ricerca dirigeva il Penn State Center for Quantitative Imaging e ora è direttrice esecutiva della Wildlife Leadership Academy; Denver L. Greenawalt e Hyunseok Lee, studenti laureati presso la Penn State; Kevin L. Turner e Ravi T. Kedarasetti, che hanno conseguito il dottorato presso la Penn State sotto la supervisione congiunta di Drew e Costanzo; e Marceline Mostafa, una studentessa universitaria che ha conseguito una laurea in biologia. Le immagini di microtomografia computerizzata per questo progetto sono state acquisite presso il Penn State Center for Quantitative Imaging, una struttura di ricerca centrale dell’Institute of the Energy and the Environment.

Questa ricerca è stata finanziata dai National Institutes of Health, dal Dipartimento della Salute della Pennsylvania e dall’American Heart Association.