Мозг оказался куда теснее связан с телом механически, чем считалось прежде. Исследование, опубликованное в журнале Nature Neuroscience, показывает: сокращения мышц брюшного пресса действуют как гидравлический насос — они сжимают кровеносные сосуды, связанные со спинным мозгом, заставляя мозг слегка покачиваться внутри черепа. Это движение прокачивает спинномозговую жидкость по поверхности мозга и, по всей видимости, вымывает токсичные продукты нейронного обмена, накопление которых связывают с нейродегенеративными заболеваниями, в том числе болезнью Альцгеймера.

Гидравлическая связь между кишечником и мозгом

Исследователи из Университета Пенсильвании под руководством Патрика Дрю имплантировали мышам электроды для электромиографии и выяснили, что движения мозга неизменно запаздывают относительно сокращений мышц брюшного пресса на доли секунды. Механизм действует через позвоночное венозное сплетение — сеть бесклапанных вен, соединяющих брюшную полость со спинномозговым каналом. При сокращении мышц живота давление внутри брюшной полости повышается, вытесняя кровь в эти вены. Возросший объем крови сужает дуральный мешок вокруг спинного мозга, выталкивая спинномозговую жидкость вверх и смещая мозг вперёд на несколько микрон внутри черепа.

«Когда мышцы брюшного пресса сокращаются, они выталкивают кровь из брюшной полости в спинной мозг — совсем как в гидравлической системе, создавая давление на мозг и заставляя его двигаться», — пояснил Дрю.

Подтверждение насосного механизма

Чтобы исключить артефакты произвольных движений, исследователи обернули слегка анестезированных мышей специальным пневматическим поясом и на две секунды накачали его вокруг живота. Мозг смещался в ростральном направлении — точно так же, как при ходьбе, — и сразу же возвращался в исходное положение после сброса давления. Учёные также применили двухфотонную микроскопию и компьютерное моделирование, чтобы воспроизвести, каким образом повторяющиеся сокращения брюшной полости перемещают спинномозговую жидкость. Оказалось, что даже микросокращения, возникающие при каждом отдельном шаге, достаточны для запуска этого эффекта.

Моделирование показало, что движения мозга выталкивают объем интерстициальной жидкости сквозь мозговое вещество и далее — в субарахноидальное пространство со скоростью, в несколько раз превышающей скорость ее выработки.

Влияние на здоровье мозга

Результаты исследования дают конкретное биологическое объяснение тому, почему даже легкая физическая активность считается полезной для мозга. Сокращения мышц живота при этом минимальны — такое же напряжение корпуса возникает, когда мы садимся или меняем позу в кресле.

«Подобные движения совсем незначительны. Они возникают при ходьбе или просто при напряжении мышц живота — что происходит при любой физической активности», — сказал Дрю. — «Но они могут иметь огромное значение для здоровья вашего мозга».

Дрю предупредил, что необходимы дальнейшие исследования, чтобы понять, как этот механизм работает в организме человека — в частности, каким образом он обеспечивает циркуляцию спинномозговой жидкости вокруг мозга и помогает защититься от нейродегенеративных заболеваний.