Слишком много тренировок — и мозг реагирует иначе, чем после одной нагрузки

У мышей после восьми недель чрезмерных физических нагрузок обнаружили повышенный уровень дофамина в гиппокампе даже во время отдыха. Учёные выясняют, может ли подобная перестройка объяснять усталость, снижение спортивных результатов и нарушения сна при перетренированности.

Обычно физическую усталость связывают с мышцами, расходованием энергетических запасов и необходимостью восстановить силы. Но иногда возникает другая ситуация: человек продолжает тренироваться, а результаты перестают улучшаться или даже ухудшаются. При этом могут появляться проблемы со сном, раздражительность и ощущение постоянного утомления.

Подобное состояние знакомо спортивной медицине. Однако механизмы, связывающие чрезмерные нагрузки с изменениями работы мозга, до сих пор изучены недостаточно.

Восемь недель тренировок, после которых результат начал ухудшаться

Исследователи из Университета Сан-Паулу и Университета Кампинаса решили сравнить, как мозг реагирует на однократное физическое истощение и на продолжительную тренировочную перегрузку.

Для этого использовали две экспериментальные модели на самцах лабораторных мышей.

В первом эксперименте животные выполняли одну интенсивную пробежку на беговой дорожке до истощения. После этого исследователи изучали изменения в гиппокампе — области мозга, участвующей в процессах памяти, обучения и эмоциональной регуляции.

Во втором эксперименте нагрузку увеличивали постепенно на протяжении восьми недель.

Сначала мыши бегали по 15 минут в день. Затем продолжительность и интенсивность тренировок возрастали. На заключительной неделе животные выполняли уже две 75-минутные сессии ежедневно, причём между ними оставалось только четыре часа.

Дополнительную нагрузку создавала беговая дорожка с уклоном вниз.

Такая схема была разработана не для имитации обычной физической активности, а для создания состояния хронической тренировочной перегрузки.

Результаты тестов показали, что к четвёртой неделе физическая работоспособность животных улучшилась, но к восьмой неделе снизилась относительно достигнутого уровня.

Именно на этом фоне учёные обнаружили наиболее интересные изменения в мозге.

Дофамин оставался повышенным во время отдыха

Дофамин часто называют нейромедиатором удовольствия. Но его функции значительно шире.

Это химический посредник, участвующий в передаче сигналов между нервными клетками. Он влияет на мотивацию, обучение, двигательную активность, восприятие усилий и поддержание бодрствования.

В первом эксперименте, после однократной изнуряющей пробежки, содержание дофамина в гиппокампе мышей заметно увеличивалось сразу после нагрузки. В последующие часы этот эффект ослабевал.

При хронической перегрузке картина оказалась другой.

Через 48 часов после заключительного теста исследователи начали собирать образцы мозга, повторяя измерения в разные часы суточного цикла.

У животных, проходивших восьминедельную программу, содержание дофамина было значительно выше, чем у нетренировавшихся мышей, в середине дневного периода отдыха.

Это особенно интересно с учётом того, что мыши преимущественно активны ночью, а днём обычно отдыхают.

Таким образом, различия в содержании дофамина обнаруживались не только непосредственно после физического усилия, но и в период, когда организм уже находился вне тренировочного процесса.

Однако здесь есть существенная оговорка. Исследователи измеряли общее содержание дофамина в ткани гиппокампа, а не его выделение в межклеточное пространство или активность дофаминовых рецепторов. Поэтому говорить о доказанном повышении дофаминовой сигнализации во время сна пока нельзя.

Почему фермент TyrH оказался не менее интересным, чем сам дофамин

Для понимания результатов важен ещё один участник процесса — тирозингидроксилаза (TyrH).

Это фермент, необходимый для синтеза дофамина.

Процесс начинается с аминокислоты тирозина. При участии тирозингидроксилазы она превращается в L-ДОФА, из которой затем образуется дофамин.

Проще говоря, TyrH участвует в одном из ключевых этапов производства этого нейромедиатора.

После однократной изнуряющей нагрузки исследователи обнаружили необычное сочетание: содержание дофамина увеличивалось, а количество тирозингидроксилазы снижалось.

При хронической перегрузке наблюдалась другая картина. Во время отдыха у мышей были повышены и содержание дофамина, и уровень белка TyrH.

Это позволяет предположить, что разовая нагрузка и продолжительный тренировочный стресс запускают разные механизмы регуляции дофаминовой системы.

Но повышенное количество фермента ещё не означает, что производство дофамина ускорилось. Для такого вывода нужно непосредственно измерить активность TyrH, скорость синтеза и обмена дофамина. В данном исследовании этого не делали.

Поэтому наиболее точная интерпретация заключается в том, что хроническая физическая перегрузка сопровождалась изменением дофаминового гомеостаза — механизмов, поддерживающих содержание и регуляцию этого нейромедиатора.

Серотонин не изменился — и это заставляет пересмотреть старую гипотезу усталости

Долгое время исследователи спортивной усталости уделяли особое внимание серотонину.

Согласно одной из известных гипотез, повышение активности серотониновой системы во время продолжительной нагрузки может усиливать ощущение утомления и снижать способность продолжать физическое усилие.

Но результаты нового исследования оказались сложнее.

Ни после однократного истощения, ни после хронической перегрузки учёные не обнаружили статистически значимого повышения содержания серотонина в гиппокампе.

При этом в группе хронической перегрузки соотношение серотонина и дофамина во время отдыха оказалось значительно ниже, чем у контрольных животных.

Именно здесь возникает важный научный вывод.

Для функционирования нервной системы может иметь значение не только количество отдельного нейромедиатора, но и соотношение нескольких систем, регулирующих поведение и физиологические реакции.

Если содержание серотонина существенно не изменяется, а дофамина становится больше, их соотношение сдвигается без обязательного участия серотонинового механизма.

Это не опровергает роль серотонина в физической усталости вообще. Но показывает, что объяснять центральную усталость исключительно его повышением было бы слишком большим упрощением.

Может ли мозг оставаться слишком активным, когда организму нужен сон?

Одна из наиболее интересных гипотез касается сна.

Дофамин участвует в регуляции бодрствования, внимания и активности нервных сетей. Известно, что изменения дофаминовой передачи способны влиять на циклы сна и бодрствования.

Поэтому обнаруженные у мышей изменения в период отдыха заставляют задуматься о возможной связи между чрезмерными тренировками и нарушениями сна у спортсменов.

В спортивной медицине такие нарушения действительно известны. При продолжительной перегрузке некоторые спортсмены сообщают о трудностях с засыпанием, ухудшении качества сна и ощущении недостаточного восстановления.

Возникает гипотеза: возможно, при хроническом тренировочном стрессе изменяется регуляция нейромедиаторов, участвующих в поддержании бодрствования, и это мешает нормальному восстановлению.

Но авторы исследования подчёркивают принципиальное ограничение.

Они не измеряли продолжительность и качество сна у мышей, не оценивали их тревожность после тренировок и не исследовали непосредственно электрическую активность мозга.

Следовательно, работа не доказала, что повышенное содержание дофамина вызывает бессонницу.

Она выявила биохимические изменения, которые потенциально могут быть связаны с подобными нарушениями и требуют дальнейшего изучения.

Не только нейромедиаторы: возможная роль воспаления

Исследователи рассмотрели ещё один механизм, который потенциально может связывать физическую перегрузку с изменениями мозга.

Речь идёт о воспалительных сигнальных молекулах, участвующих в иммунных реакциях.

Используя отдельную генетическую базу данных по 71 линии мышей, авторы обнаружили взаимосвязи между экспрессией гена Th, связанного с производством тирозингидроксилазы, и некоторыми показателями воспалительной активности в гиппокампе.

Более высокая экспрессия этого гена также ассоциировалась с особенностями поведения, которые в экспериментальной нейробиологии рассматриваются как возможные признаки повышенной тревожности и реактивности на стресс.

Это позволяет предложить следующую исследовательскую гипотезу: чрезмерная физическая нагрузка может сопровождаться воспалительными изменениями, которые влияют на регуляцию тирозингидроксилазы и дофамина.

Однако корреляции были получены в отдельной базе данных, а не непосредственно у мышей после восьминедельных тренировок.

Поэтому пока неизвестно, действительно ли воспаление стало причиной обнаруженных дофаминовых изменений.

Перетренированность — не то же самое, что усталость после тяжёлой тренировки

Важно различать обычную тренировочную усталость и синдром перетренированности.

После интенсивной нагрузки работоспособность вполне может временно снижаться. Это нормальная часть тренировочного процесса: организм испытывает стресс, затем восстанавливается и при правильно подобранной нагрузке адаптируется.

В спортивной физиологии существует понятие функциональной перегрузки — временного снижения результатов, после которого достаточное восстановление может привести к улучшению формы.

Другая ситуация возникает, когда нагрузка систематически превышает восстановительные возможности организма.

В таком случае снижение работоспособности может затягиваться, сопровождаясь усталостью, нарушениями настроения и другими физиологическими изменениями.

При выраженном синдроме перетренированности восстановление иногда занимает недели или месяцы.

Важное отличие: этот синдром диагностируется клинически, после оценки тренировочной истории и исключения других причин ухудшения состояния.

Экспериментальная модель на мышах воспроизводит отдельные последствия чрезмерной нагрузки, но не может считаться полноценной моделью человеческого синдрома перетренированности.

Что исследование меняет для людей, которые регулярно тренируются

Главный практический смысл работы не в том, что интенсивные тренировки вредны.

Многочисленные исследования показывают пользу регулярной физической активности для сердечно-сосудистой системы, обмена веществ, когнитивных функций и психического здоровья.

Новое исследование ставит другой вопрос: что происходит, если нагрузка увеличивается быстрее, чем организм успевает к ней адаптироваться?

Пока невозможно сказать, при каком объёме тренировок у человека могут появляться аналогичные изменения в дофаминовой системе. Исследование не определяет безопасного или опасного количества километров, часов занятий либо тренировок в неделю.

Кроме того, в эксперименте участвовали только самцы мышей, а отдельные измерения проводились на небольших группах из четырёх-пяти животных.

Неизвестно также, насколько долго сохраняются обнаруженные изменения и возвращаются ли они к исходным значениям после полноценного восстановления.

Тем не менее результаты согласуются с важным принципом спортивной физиологии: тренировочный эффект зависит не только от величины нагрузки, но и от способности организма восстановиться после неё.

Для человека, который регулярно занимается бегом, велоспортом, силовыми тренировками или другими видами спорта, настораживающим сочетанием могут быть устойчивое снижение результатов, необычная усталость, ухудшение сна и отсутствие улучшения после привычного отдыха.

Такие признаки не доказывают перетренированность и тем более не свидетельствуют о нарушении дофаминового обмена.

Они указывают на необходимость пересмотреть тренировочную нагрузку, восстановление, питание и сон. Если симптомы сохраняются, важно обратиться к врачу и исключить другие причины, включая дефицит энергии, анемию, нарушения функции щитовидной железы и заболевания, не связанные со спортом.

Следующая задача учёных — найти момент, когда полезная нагрузка становится чрезмерной

Бразильская исследовательская группа продолжает изучать биологические механизмы тренировочной перегрузки.

Одна из задач международного проекта, в котором участвуют авторы, заключается в определении систем организма, первыми демонстрирующих отклонения от нормальной адаптации к физическим нагрузкам.

Для этого необходимо выяснить, как соотносятся изменения нейромедиаторов, воспалительные процессы, качество сна и снижение работоспособности.

Особенно важны исследования на людях, которые позволят отличить временные адаптационные реакции от устойчивых нарушений восстановления.

Если такие механизмы удастся установить, в перспективе они могут помочь создавать более точные методы раннего выявления чрезмерной тренировочной нагрузки.

Пока же содержание дофамина в гиппокампе нельзя использовать как диагностический маркер перетренированности у человека.