Merhaba,

Bu hafta blog yazımda bugünlerde sıklıkla tartışılan egzersizin sinir hücreleri başta olmak üzere tüm beyin morfolojisi ve sağlığı üzerine etkilerine odaklanacağım. Nöro-fizyolojik düzenlemeler açısından egzersiz gerçekten etkili bir strateji midir? Egzersiz uygulamalarının kısa, orta ve uzun vadede nöral kazanımları olduğu iyi dokümante olmuş bir konudur. Bilimsel çalışmalar egzersizin nöral etkileri üzerine nasıl etki ettiğini iki temel nöral mekanizma üzerinden tartışmaktadır. Bunlar, egzersiz yoluyla ortaya çıkan beyin kan akışında ve nörotransmitter salgı aktivitesinde görülen artışlardır. Nöro-fizyolojik olarak ortaya çıkan bu değişimler çoklu seviyelerde beyni etkileyen süreçleri tetiklemektedir. Stillman’a göre egzersiz bu çoklu seviye etkisini mikro, makro ve davranışsal seviye olarak 3’ e ayırmaktadır. Gelin bu seviyeleri anlamaya çalışalım. Mikro seviye, beynin nöron ve sinapslarını içeren küçük yapıları kapsamaktadır. Makro seviye, mikro seviye bileşenlerinin oluşturduğu lokal ve genel yapıları temsil eder. Davranışsal seviye, mikro ve makro seviye bileşenlerinin ortaya çıkardığı kazanımlar ve değişimler yoluyla görülen zihinsel, bilişsel ve duygusal kazanımları ifade eder (1,2,3). Bu noktada anlaşılması gereken en önemli nokta, düzenli egzersiz uygulamalarının mikro, makro ve davranışsal kazanımları ortaya çıkartarak beynin morfolojisini ve fonksiyonunu pozitif etkileme potansiyeli olduğudur. Yazının bu bölümünden sonra egzersizin tüm seviyelerde beyin yapı ve fonksiyonuna nasıl etki etme potansiyeli olduğunu anlatarak devam edeceğim. Rasyonel olarak gerçekten egzersiz beyin sağlığını ve fonksiyonlarını nasıl değiştirmektedir. 

İlk olarak egzersiz uygulamaları mikro seviyede hücresel ve bağlantı gelişimi seviyesinde etkilere sahiptir. Daha önce de ifade ettiğim gibi, egzersiz uygulamaları hem kan akışını hem de nörotransmitter salınım potansiyelini geliştirmektedir. Bilimsel çalışmalarda egzersiz yoluyla ortaya çıkan bu mikro etkiler bazı parametreler ile keşfedilmiştir. Egzersiz yoluyla beyin sağlığını ve fonksiyonunu değiştiren parametreler:

Büyüme Faktörleri: Egzersiz katılımı beyin içi molekülleri, hormonları ve proteinleri arttıran önemli bir araçtır. Bu durum literatürde egzersizin nörotrofik etkisi denilmektedir.

Nörotrofik etkiler sinir büyüme faktörleri, IGF-1, BDNF, VEGF gibi parametreler aracılı ortaya çıkmaktadır. 

Kan Akışı: Egzersiz katılımı türüne ve zorluğuna bağlı olarak beyin kan akışını değiştirme potansiyeline sahiptir. 

Nörotransmitterler: Egzersiz uygulamaları beyin nörokimyasallarının salgı potansiyelini arttırmaktadır. Bu nörotransmitterler dopamin, asetilkolin ve kortizoldur. Egzersiz uygulamalarının hem bu nörokimyasal artışını sağladığı hem de bu kimyasalların ilgili hücrelere girişini sağlayan reseptör geçirgenliğini de geliştirdiği düşünülmektedir.

Beyin Dalgaları: Egzersiz katılımı insan organizması üzerinde uyarıcı bir etkiye sahiptir. Egzersiz sırasında sergilenen bedensel hareketler beyin dalgalarında artışlara neden olmaktadır. Egzersiz yapmayanlarla yapanların kıyaslandığı çalışmalarda egzersiz yapanlar lehine beyin dalgalarında artışların olduğu bilinmektedir. 

Tüm bu mikro seviye etkiler makro seviyedeki daha büyük morfolojik ve fonksiyonel etkilerin oluşmasının öncülü olarak görülmektedir. Makro düzeyde, beynin bölgeleri ve ağları bireysel kas/kas grupları veya kinetik zincirler gibidir. Egzersiz, bir bütün olarak beynin yanı sıra (örneğin, beyaz ve gri madde hacmi) beynin farklı bölgelerinde (örneğin, temporal, frontal loblar, hipokampus ve prefrontal korteks) ve ağlarda (örneğin, merkezi yürütme ağı ve varsayılan bağlantı ağı) beyin yapısında ve işlevinde makro düzeyde değişikliklere neden olabilir. (4,5). Egzersiz

kaynaklı makro düzeydeki başlıca değişiklikler şunlardır:

Beyin fonksiyonu: Daha öncede ifade ettiğim gibi egzersize bağlı beyin değişikliklerinin, beynin belirli bölgelerine veya ağ bağlantılarında işlevsel değişiklikler olarak yansıması daha olasıdır (6). Egzersiz katılımı, beyni belirli görevleri yerine getirmek için enerjiyi kullanmada daha verimli hale getirebilir. Ayrıca, ruh hali ve bilişte yararlı davranış düzeyinde değişikliklere yol açacak şekilde beyin işlevini geliştirebilir.

Beyin yapısı: Beyin fonksiyonunda görülen değişikliklere ek olarak, egzersiz morfolojik açıdan tüm beyin bölgelerine fayda sağlayabilir. Bu faydalar özellikle beyaz maddenin bütünlüğündeki artışlar (sinyallerin iletilmesine yardımcı olur) ve gri maddenin (bilgiyi işleyen) hacmindeki artışlardır. Bu noktaya kadar egzersizin beyin üzerine hem mikro hem makro düzeyde nasıl etki ettiğini ve muhtemel mekanizmalarını anlatmaya çalıştım. Bu noktadan itibaren ise egzersizin makro ve mikro seviye etkilerinden çok daha hızlı bir şekilde ortaya çıkan davranışsal seviyeye etkilerinden bahsedeceğim.

Temelde, egzersiz katılımının davranışsal düzeydeki faydaları egzersiz katılımcıları ve gözlemcileri tarafından makro veya mikro düzeydeki faydalardan daha kolay fark edilir. Beyin davranış düzeyi gelişimi hem bilişsel hem de ruh haliyle ilgili değişiklikleri içerir.

Bilişsellik: Egzersiz, kullanılan egzersiz uygulamasının türüne ve çalışılan popülasyona bağlı olarak bilişsel potansiyelin belirli yönlerini hem akut hem de kronik olarak geliştirebilir. Bu kazanım, dikkat, odaklanma, karar verme ve yürütme işlevlerindeki (çeşitli beyin işlevlerini koordine etmeye yardımcı olan) gelişimleri kapsamaktadır.

Ruh hali, stres ve ruh sağlığı: Egzersizin etkilerini araştıran nörobilim çalışmaları incelediğimizde, egzersiz kaynaklı olumlu ruh hallerinde artışlar, olumsuz ruh hallerinde düşüşler, stres seviyesinde azalmalar ve stres direncinde iyileşmeler olduğu ifade edilmiştir. Ayrıca, depresyon, anksiyete ve diğer mental sorunların semptomlarında klinik olarak anlamlı iyileşmeler olabileceği de rapor edilmiştir. Dahası egzersiz uygulamalarının ruh sağlığını destekleyecek şekilde enerji artışı, daha iyi uyku kalitesi, gelişmiş güven ve benlik saygısı artışı gibi diğer olumlu etkileri olabileceği de bildirilmiştir (7).

Nörobilim alanında yapılan güncel araştırmalar, tek seferlik ya da düzenli olarak yapılan egzersiz uygulamalarının beyin sağlığı, morfolojisi ve fonksiyonu üzerine etki edeceği yönünde hem fikir. Bu bağlamda, beyin sağlığını, morfolojisini ve fonksiyonunu korumak ve sürdürmek için yapmamız gereken tek şey fiziksel aktif olmak ya da düzenli egzersiz yapmaktır. Belki burada bir soru daha akla gelebilir. Bu pozitif etkilerden yararlanmak için hangi tür egzersizleri yapalım?

Literatür bu aşamada herhangi bir egzersiz özelinde bir tavsiye yerine farklı egzersiz türlerinin birlikte yapılmasının hem beyin morfolojisine hem de fonksiyonuna daha yüksek düzeyde katkı sağladığını ifade etmektedir. Literatürün tavsiye ettiği egzersiz türleri:

• Direnç Egzersizleri (ağırlık kaldırmalar, 8,9,10)
• Aerobik Temelli Egzersizler (Koşu, Yüzme, Bisiklet, Kürek vb., 11,12,13)
• Nöromotor Egzersizler (Açık ve kapalı beceri egzersizleri, 14,15,16)
• Beden Zihin Ruh Triadı Egzersizleri (Yoga, Pilates, Tai Chi vb.,17,18,19)
• Karma Egzersiz Desenleri (Aerobik, Direnç ve Nöromotor egzersizlerin birlikte uygulandığı modeller, 20,21).

Sonuç olarak, güncel kanıtlar beyin sağlığını, morfolojisini ve fonksiyonunu korumada ve geliştirmede egzersiz uygulamalarının etkili bir strateji olduğu yönünde hem fikirdir. Bu bağlamda, daha sağlıklı ve fonksiyonel kapasitesi yüksek bir beyin için egzersiz şart. Ertelemeden hemen şimdi kalkın ve başta beyniniz olmak üzere diğer tüm organlarınız için egzersiz yapın.

Sağlıklı ve zinde bir hafta diliyorum. 

Referanslar

1. Bamidis PD, Vivas AB, Styliadis C, Frantzidis C, Klados M, Schlee W, Siountas A, Papageorgiou SG. A review of physical and cognitive interventions in aging. Neurosci Biobehav Rev. 2014 Jul;44:206-20. doi: 10.1016/j.neubiorev.2014.03.019. Epub 2014 Apr 4. PMID: 24705268.
2. Stillman CM, Esteban-Cornejo I, Brown B, Bender CM, Erickson KI. Effects of Exercise on Brain and Cognition Across Age Groups and Health States. Trends Neurosci. 2020Jul;43(7):533-543. doi: 10.1016/j.tins.2020.04.010. Epub 2020 May 11. PMID: 32409017; PMCID: PMC9068803.
3. Stimpson NJ, Davison G, Javadi AH. Joggin' the Noggin: Towards a Physiological Understanding of Exercise-Induced Cognitive Benefits. Neurosci Biobehav Rev. 2018 May;88:177-186. doi: 10.1016/j.neubiorev.2018.0018. Epub 2018 Mar 20. PMID: 29572187.
4. Baniqued PL, Gallen CL, Voss MW, Burzynska AZ, Wong CN, Cooke GE, Duffy K, Fanning J, Ehlers DK, Salerno EA, Aguiñaga S, McAuley E, Kramer AF, D'Esposito M. Brain Network Modularity Predicts Exercise-Related Executive Function Gains in Older Adults. Front Aging Neurosci. 2018 Jan 4;9:426. doi: 10.3389/fnagi.2017.00426. PMID: 29354050; PMCID: PMC5758542.
5. Burdette JH, Laurienti PJ, Espeland MA, Morgan A, Telesford Q, Vechlekar CD, Hayasaka S, Jennings JM, Katula JA, Kraft RA, Rejeski WJ. Using network science to evaluate exercise-associated brain changes in older adults. Front Aging Neurosci. 2010 Jun 7;2:23. doi: 10.3389/fnagi.2010.00023. PMID: 20589103; PMCID: PMC289337
6. Voss MW, Prakash RS, Erickson KI, Basak C, Chaddock L, Kim JS, Alves H, Heo S, Szabo AN, White SM, Wójcicki TR, Mailey EL, Gothe N, Olson EA, McAuley E, Kramer AF. Plasticity of brain networks in a randomized intervention trial of exercise training in older adults. Front Aging Neurosci. 2010 Aug 26;2:32. doi: 10.3389/fnagi.2010.00032. PMID: 20890449; PMCID: PMC294793
7. Mandolesi L, Polverino A, Montuori S, Foti F, Ferraioli G, Sorrentino P, Sorrentino G.Effects of Physical Exercise on Cognitive Functioning and Wellbeing: Biological andPsychological Benefits. Front Psychol. 2018 Apr 27;9:509. doi: 10.3389/fpsyg.2018.00509. PMID: 29755380; PMCID: PMC5934999.
8. Herold F, Törpel A, Schega L, Müller NG. Functional and/or structural brain changes in response to resistance exercises and resistance training lead to cognitive improvements - a systematic review. Eur Rev Aging Phys Act. 2019 Jul 10;16:10. doi: 10.1186/s11556-0190217-2. PMID: 31333805; PMCID: PMC6617693.
9. Best JR, Chiu BK, Liang Hsu C, Nagamatsu LS, Liu-Ambrose T. Long-Term Effects of Resistance Exercise Training on Cognition and Brain Volume in Older Women: Results from a Randomized Controlled Trial. J Int Neuropsychol Soc. 2015 Nov;21(10):745-56. doi: 10.1017/S1355617715000673. PMID: 26581787.
10. Broadhouse KM, Singh MF, Suo C, Gates N, Wen W, Brodaty H, Jain N, Wilson GC, Meiklejohn J, Singh N, Baune BT, Baker M, Foroughi N, Wang Y, Kochan N, Ashton K, Brown M, Li Z, Mavros Y, Sachdev PS, Valenzuela MJ. Hippocampal plasticity underpins long-term cognitive gains from resistance exercise in MCI. Neuroimage Clin. 2020;25:102182. doi: 1016/j.nicl.2020.102182. Epub 2020 Jan 14. PMID: 31978826; PMCID: PMC6974789.
11. Chen D, Zhang Y, Zhang M, Chang J, Zeng Z, Kou X, Chen N. Exercise Attenuates Brain Aging by Rescuing Down-Regulated Wnt/β-Catenin Signaling in Aged Rats. Front Aging Neurosci. 2020 Apr 23;12:105. doi: 10.3389/fnagi.2020.00105. PMID: 32390823; PMCID: PMC7192222.
12. Voss MW, Soto C, Yoo S, Sodoma M, Vivar C, van Praag H. Exercise and HippocampalMemory      Systems.       Trends      Cogn      Sci.       2019       Apr;23(4):318-333.      doi: 10.1016/j.tics.2019.01.006. Epub 2019 Feb 16. PMID: 30777641; PMCID: PMC6422697.
13. Basso JC, Suzuki WA. The Effects of Acute Exercise on Mood, Cognition, Neurophysiology, and Neurochemical Pathways: A Review. Brain Plast. 2017 Mar 28;2(2):127-152. doi: 10.3233/BPL-160040. PMID: 29765853; PMCID: PMC5928534.
14. Mendez Colmenares A, Voss MW, Fanning J, Salerno EA, Gothe NP, Thomas ML, McAuley E, Kramer AF, Burzynska AZ. White matter plasticity in healthy older adults: The effects of aerobic exercise. Neuroimage. 2021 Oct 1;239:118305. doi: 10.1016/j.neuroimage.2021.118305. Epub 2021 Jun 24. PMID: 34174392.
15. Rehfeld K, Lüders A, Hökelmann A, Lessmann V, Kaufmann J, Brigadski T, Müller P, Müller NG. Dance training is superior to repetitive physical exercise in inducing brain plasticity in the elderly. PLoS One. 2018 Jul 11;13(7):e0196636. doi: 10.1371/journal.pone.0196636. PMID: 29995884; PMCID: PMC6040685.
16. Jacini WF, Cannonieri GC, Fernandes PT, Bonilha L, Cendes F, Li LM. Can exercise shape your brain? Cortical differences associated with judo practice. J Sci Med Sport. 2009 Nov;12(6):688-90. doi: 10.1016/j.jsams.2008.11.004. Epub 2009 Jan 14. PMID: 19147406.
17. Gothe NP, Khan I, Hayes J, Erlenbach E, Damoiseaux JS. Yoga Effects on Brain Health: A Systematic Review of the Current Literature. Brain Plast. 2019 Dec 26;5(1):105-122. doi: 10.3233/BPL-190084. PMID: 31970064; PMCID: PMC6971819.
18. Tao J, Liu J, Chen X, Xia R, Li M, Huang M, Li S, Park J, Wilson G, Lang C, Xie G, Zhang B, Zheng G, Chen L, Kong J. Mind-body exercise improves cognitive function and modulates the function and structure of the hippocampus and anterior cingulate cortex in patients with mild cognitive impairment. Neuroimage Clin. 2019;23:101834. doi: 10.1016/j.nicl.2019.101834. Epub 2019 Apr 22. PMID: 31128522; PMCID: PMC6535682.
19. Tsang HW, Fung KM. A review on neurobiological and psychological mechanisms underlying the anti-depressive effect of qigong exercise. J Health Psychol. 2008 Oct;13(7):857-63. doi: 10.1177/1359105308095057. PMID: 18809635.Aquino G, Iuliano E, di Cagno A, Vardaro A, Fiorilli G, Moffa S, Di Costanzo A, De Simone G, Calcagno G. Effects of combined training vs aerobic training on cognitive functions in COPD: a randomized controlled trial. Int J Chron Obstruct Pulmon Dis. 2016 Apr 4;11:711-8. doi: 10.2147/COPD.S96663. PMID: 27110107; PMCID: PMC4831596.
20. Levin O, Netz Y, Ziv G. The beneficial effects of different types of exercise interventions on motor and cognitive functions in older age: a systematic review. Eur Rev Aging Phys Act. 2017 Dec 21;14:20. doi: 10.1186/s11556-017-0189-z. PMID: 29276545; PMCID:PMC5738846.