Механическая связь между брюшными мышцами и мозгом у мышей

Учёные из Университета штата Пенсильвания провели исследование на мышах, результаты которого были опубликованы в журнале «Nature Neuroscience». Работа выявила механическую, гидравлического типа связь между брюшной полостью и центральной нервной системой. Эта связь может частично объяснять взаимосвязь между двигательной активностью тела и состоянием мозга.

Движение мозга перед шагом

Используя двухфотонную микроскопию — метод, позволяющий получать высокоточные изображения живых тканей, — исследователи наблюдали за мозгом пробуждённых мышей в момент начала движения. Было зафиксировано, что мозг совершает небольшое смещение внутри черепа непосредственно перед тем, как мышь начинает ходить. Сопоставление временных параметров показало: сокращение брюшных мышц предшествует этому смещению. При этом аналогичной корреляции с сердечными сокращениями или естественным дыханием у пробуждённых мышей обнаружено не было.

Эксперимент с внешним давлением

Для подтверждения роли брюшного давления исследователи применили лёгкое фармакологическое угнетение ЦНС и поместили на животы мышей компрессионный пояс. Давление, меньшее по величине, чем то, которое создаётся при измерении артериального давления у человека, вызывало смещение мозга. После снятия пояса мозг возвращался в исходное положение.

Гидравлический механизм внутри тела

Согласно предложенной модели, сокращение брюшных мышц повышает давление в брюшной полости, что приводит к перемещению части крови в позвоночную венозную сплетение — сеть вен, окружающих позвоночник. Увеличение объёма крови в спинномозговом канале оказывает давление на твёрдую мозговую оболочку, в результате чего цереброспинальная жидкость смещается в направлении головного мозга. Эта волна повышает внутричерепное давление в ограниченной степени и вызывает мягкое смещение мозга.

Ведущий исследователь Патрик Дро сравнил данный механизм с гидравлической системой, где сокращения брюшных мышц выполняют функцию насоса, передающего давление через сосуды и жидкости от одной части тела к другой. По мнению авторов, для запуска этого процесса не требуются интенсивные физические нагрузки: брюшные мышцы могут начинать сокращаться ещё до вставания со стула или первого шага — в качестве подготовки к стабилизации центра тяжести тела.

Потенциальное влияние на очистку мозга

Прямое визуализирование движения жидкостей в тканях мозга оказалось невозможным, поэтому учёные использовали компьютерное моделирование. Расчёты показали, что незначительное смещение мозга может способствовать вытеснению межклеточной жидкости в субарахноидальное пространство. Направление этого потока противоположно тому, который регистрируется во время сна, когда жидкость проникает в мозговые ткани по путям, связанным с глимфатической системой. Научное сообщество предполагает, что такие потоки участвуют в удалении метаболических отходов клеточной деятельности, однако роль сокращений брюшных мышц в этом процессе пока не установлена окончательно.

Авторы подчёркивают, что все эксперименты проведены на мышах, а выводы о движении жидкостей основаны на упрощённой компьютерной модели. Исследование не доказывает, что тренировки брюшного пресса защищают людей от деменции или других неврологических заболеваний, и не содержит медицинских рекомендаций. Вместе с тем оно опровергает представление о мозге как о механически изолированном органе и демонстрирует, что обыденное движение может инициировать волну давления, распространяющуюся от брюшной полости через позвоночник к жидкостям, окружающим наиболее сложный орган человеческого тела.