Новое исследование Университета штата Пенсильвания в США показало, что сокращение мышц живота, которое чрезвычайно распространено у людей и даже незаметно, может помочь мозгу удалять отходы, способствуя потоку спинномозговой жидкости, тем самым играя важную роль в поддержании здоровья мозга. Используя эксперименты на мышах и компьютерные модели, исследовательская группа сообщила об этом потенциальном механизме в журнале Nature Neuroscience, предоставив новое физическое объяснение того, «почему физическая активность полезна для мозга».
Исследователи отметили, что когда мышцы живота напрягаются, они сжимают венозную сеть в брюшной полости, соединенную со спинным и головным мозгом, производя эффект, аналогичный «гидравлической системе». Это давление передается вверх вдоль позвоночного венозного сплетения, заставляя мозг слегка двигаться внутри черепа. Это незначительное смещение, по-видимому, способствует потоку спинномозговой жидкости на поверхность мозга и во внутреннее пространство, помогая удалять метаболические отходы, которые могут мешать нормальной функции мозга. Считается, что накопление этих отходов тесно связано с различными нейродегенеративными заболеваниями, такими как болезнь Альцгеймера и болезнь Паркинсона.
Патрик Дрю, автор статьи и профессор инженерных наук, механики, нейрохирургии, биологии и биомедицинской инженерии в Университете штата Пенсильвания, сказал, что предыдущие исследования показали, что такие факторы, как сон и потеря нейронов, могут влиять на поток спинномозговой жидкости в мозге, и это исследование далее объясняет, что «просто движение тела» также может стать важным физиологическим механизмом, способствующим здоровью мозга. Он сравнивает этот процесс с гидравлической системой, в которой сокращение мышц живота действует как «насос». Даже небольшого подготовительного напряжения перед тем, как встать или сделать шаг, достаточно, чтобы через венозную сеть оказать давление на мозг, вызывающее небольшие смещения головного мозга и ускоряющее поток спинномозговой жидкости.
Чтобы непосредственно наблюдать за этим процессом, исследовательская группа использовала два передовых метода визуализации на мышах: двухфотонную микроскопию и микрокомпьютерную томографию (микроКТ). Используя двухфотонную микроскопию, которая позволяет получать изображения с высоким разрешением в условиях жизни, исследователи зафиксировали момент, когда мышь собиралась двигаться и только что напрягла мышцы живота, но прежде чем сделать шаг, мозг слегка «двигался» в черепе. МикроКТ предоставила команде трехмерные изображения внутренних структур, включая позвоночник и венозные сплетения, помогая прояснить механические связи между брюшной полостью и мозгом.
Чтобы подтвердить, что смещение мозга действительно было вызвано давлением в брюшной полости, а не другими факторами движения, исследователи применили контролируемое внешнее давление к животу слегка анестезированных мышей, не вызывая при этом каких-либо активных движений. Эксперименты показали, что мозг мышей все еще заметно смещался, даже когда приложенное давление было ниже, чем уровни давления, используемые в манжетах на руках человека при рутинных измерениях артериального давления. Как только брюшное давление снижается, мозг быстро возвращается в исходное положение, демонстрируя, что изменения брюшного давления могут существенно повлиять на физическое положение мозга в полости черепа за очень короткий период времени.
После установления связи между сокращением мышц живота и движением мозга исследовательская группа обратила внимание на то, как такие смещения влияют на поток спинномозговой жидкости. Современные технологии визуализации по-прежнему трудно полностью отразить быстрое и сложное трехмерное поведение потока спинномозговой жидкости в условиях жизни, поэтому исследователи обратились к компьютерному моделированию под руководством Франческо Костанцо, профессора инженерных наук и механики, биомедицинской инженерии, машиностроения и математики, чтобы построить физическую модель.
Костанзо сказал, что при моделировании жидкости, связанной с мозгом, необходимо одновременно обрабатывать множество независимых и связанных движений, а также особые физические явления, когда частицы жидкости проходят через многослойную мембранную структуру в мозге, что технически очень сложно. Поэтому команда применила упрощенный подход: рассматривала мозг как пористую среду со структурой, похожей на губку — с мягким «скелетом», который позволяет жидкости перемещаться между порами и складками в разных масштабах. В рамках этой концепции исследователи смогли смоделировать, как спинномозговая жидкость течет через различные пространства, когда мозг слегка движется под действием давления в брюшной полости, подобно воде, текущей через губку, которую постоянно сжимают.
Продолжая эту метафору, Костанцо образно называет мозг «грязной губкой». В повседневной жизни люди обычно сжимают губку под краном, чтобы чистая вода могла проникнуть внутрь и удалить грязь. Соответствующее головному мозгу небольшое смещение мозговой ткани, вызванное сокращением брюшных мышц, похоже на циклическое сдавливание этой «губки», способствуя току спинномозговой жидкости по ее поверхности и внутреннему пространству, тем самым способствуя удалению отходов. Результаты моделирования показывают, что действительно ожидается, что этот вид движения улучшит циркуляцию спинномозговой жидкости и эффективность удаления отходов в макроскопическом масштабе времени.
Дрю отметил, что текущие исследования в основном основаны на моделях на мышах, а способ действия и специфические эффекты связанных механизмов на людях все еще нуждаются в подтверждении большим количеством последующих исследований. Однако имеющиеся данные намекают на то, что даже обычные ежедневные движения, такие как естественное напряжение туловища и живота при ходьбе или даже небольшое напряжение для поддержания устойчивости тела, могут незаметно способствовать циркуляции спинномозговой жидкости посредством механического соединения, тем самым обеспечивая некоторую защиту от нейродегенеративных заболеваний, связанных с накоплением отходов. Он считает, что этот результат открывает новое измерение упражнений для улучшения здоровья мозга: не только улучшение сердечно-легочной функции и метаболических показателей, но и прямая механическая связь между мышцами и самим мозгом может быть одним из ключевых звеньев.
Исследовательская статья под названием «Движение мозга обусловлена механической связью с брюшной полостью» была опубликована в журнале Nature Neuroscience 27 апреля 2026 года. Авторы статьи представляют несколько лабораторий и исследовательских центров штата Пенсильвания, включая Институт наук о жизни Хака и Центр количественной визуализации. Несколько постдокторантов, научных сотрудников, аспирантов и студентов участвуют в экспериментах на животных, двухфотонной и микроКТ-визуализации, механическом моделировании и анализе данных.
Это исследование было поддержано грантами Национальных институтов здравоохранения, Департамента здравоохранения Пенсильвании и Американской кардиологической ассоциации. Исследовательская группа заявила, что если дальнейшие данные на людях в будущем подтвердят важность этого «гидравлического пути брюшной полости и мозга», научное сообщество сможет более точно оценить влияние различных типов, интенсивности и частоты физической активности на улучшение циркуляции спинномозговой жидкости и ускорение выведения отходов, тем самым давая более целенаправленные рекомендации по упражнениям для предотвращения таких заболеваний, как болезнь Альцгеймера и болезнь Паркинсона. А пока это исследование, по крайней мере, дает людям новую перспективу: эти, казалось бы, незначительные повседневные действия и небольшие нагрузки, скорее всего, молча выполняют невидимую «работу по очистке» нашего мозга.