Cientistas descobrem um efeito oculto de limpeza do cérebro desencadeado pelo movimento

O estudo revela que, quando os músculos abdominais se contraem, eles pressionam os vasos sanguíneos conectados à medula espinhal e ao cérebro. Essa pressão faz com que o cérebro se mova ligeiramente dentro do crânio. Esse movimento sutil parece ajudar o fluxo do líquido cerebrospinal pelo cérebro, o que pode remover resíduos que interferem na função cerebral normal.

Uma Conexão Mecânica Entre Movimento e Saúde Cerebral

Patrick Drew, professor de ciência e mecânica de engenharia, neurocirurgia, biologia e engenharia biomédica na Penn State, afirmou que os achados ampliam pesquisas anteriores sobre como o sono e a perda de neurônios afetam o tempo de fluxo do líquido cerebrospinal no cérebro.

“Nossa pesquisa explica como simplesmente se movimentar pode servir como um importante mecanismo fisiológico que promove a saúde cerebral,” disse Drew, autor correspondente do artigo. “Nesse estudo, descobrimos que, quando os músculos abdominais se contraem, eles empurram sangue da abdomen para a medula espinhal, assim como em um sistema hidráulico, aplicando pressão no cérebro e fazendo-o mover-se. Simulações mostram que esse movimento sutil do cérebro impulsiona o fluxo do líquido no interior e ao redor do cérebro. Acredita-se que o movimento do líquido no cérebro é crucial para remover resíduos e prevenir distúrbios neurodegenerativos. Nossa pesquisa mostra que um pequeno movimento é benéfico e pode ser outro motivo pelo qual o exercício é bom para a saúde do nosso cérebro.”

Drew, que também é diretor associado do Huck Institutes of the Life Sciences, comparou o processo a um sistema hidráulico. Neste caso, os músculos abdominais atuam como a bomba. Mesmo pequenas ações, como contrair o abdômen antes de se levantar ou dar um passo, podem criar esse efeito. A pressão é transmitida através do plexo venoso vertebral, uma rede de veias que conecta o abdômen à cavidade espinhal, o que resulta no leve movimento do cérebro.

Imagens Revelam o Movimento Cerebral Induzido por Contrações Musculares

Para observar esse processo, os pesquisadores estudaram camundongos em movimento utilizando duas técnicas de imagem avançadas. A microscopia de dois fótons forneceu imagens detalhadas de tecidos vivos, enquanto a microtomografia computadorizada ofereceu visualizações em 3D de alta resolução de órgãos inteiros.

Descobriram que o cérebro se deslocou pouco antes dos animais se moverem, imediatamente após os músculos abdominais se contraírem para iniciar o movimento.

Para confirmar que a pressão abdominal era o fator chave, a equipe aplicou pressão suave e controlada nos abdômenes de camundongos levemente anestesiados. Nenhum outro movimento estava envolvido. O nível de pressão era inferior ao que uma pessoa experimenta durante um teste de pressão arterial, mas ainda assim fez o cérebro se mover.

“Importante, o cérebro começou a retornar à sua posição original imediatamente após a liberação da pressão abdominal,” disse Drew. “Isso sugere que a pressão abdominal pode alterar rápida e significativamente a posição do cérebro dentro do crânio.”

Simulações Mostram Como o Fluido Pode Circular Pelo Cérebro

Após confirmar que as contrações abdominais impulsionam o movimento cerebral, os pesquisadores se voltaram para a próxima questão: como esse movimento influencia o fluxo de fluido. Naquele momento, nenhum método de imagem conseguia capturar o comportamento rápido e complexo do líquido cerebrospinal em detalhes.

“Felizmente, nossa equipe interdisciplinar na Penn State conseguiu desenvolver essas técnicas, incluindo a realização de experimentos de imagem em camundongos vivos e a criação de simulações computacionais do movimento do fluido,” disse Drew. “Essa combinação de especializações é essencial para entender esses tipos de sistemas complicados e como eles impactam a saúde.”

Francesco Costanzo, professor de ciência e mecânica de engenharia, engenharia biomédica, engenharia mecânica e matemática, liderou o trabalho de modelagem.

“Modelar o fluxo de fluido dentro e ao redor do cérebro apresenta desafios únicos, pois existem movimentos simultâneos e independentes, além de movimentos acoplados dependentes do tempo. Levar em conta todos eles requer considerar a física especial que ocorre sempre que uma partícula de fluido atravessa uma das muitas membranas no cérebro,” disse Costanzo. “Então, simplificamos. O cérebro tem uma estrutura semelhante a uma esponja, no sentido de que possui um esqueleto macio e o fluido pode se mover através dele.”

Ao tratar o cérebro como uma esponja, a equipe pôde simular como o fluido se desloca por espaços de tamanhos diferentes, semelhantes às dobras do cérebro ou aos poros de uma esponja.

“Mantendo a ideia de que o cérebro é uma esponja, também pensávamos nele como uma esponja suja – como você limpa uma esponja suja?” questionou Costanzo. “Você a coloca sob uma torneira e a espreme. Em nossas simulações, fomos capazes de entender como o movimento do cérebro a partir de uma contração abdominal pode ajudar a induzir o fluxo de fluido sobre o cérebro para ajudar a eliminar produtos residuais.”

Implicações Para a Saúde Cerebral e Prevenção de Doenças

Drew observou que mais pesquisas são necessárias para determinar como esses achados se aplicam aos humanos. No entanto, os resultados sugerem que o movimento cotidiano pode ajudar a circular o líquido cerebrospinal através do cérebro, auxiliando na remoción de resíduos e possivelmente reduzindo o risco de doenças neurodegenerativas associadas ao acúmulo de resíduos.

“Esse tipo de movimento é tão pequeno. É o que se gera ao caminhar ou simplesmente contrair os músculos abdominais, algo que acontece durante qualquer comportamento físico. Isso pode fazer uma grande diferença para a saúde do seu cérebro,” disse Drew.

Equipe de Pesquisa e Financiamento

Os co-autores incluem C. Spencer Garborg, pesquisador pós-doutoral no laboratório de Drew; Beatrice Ghitti, que era uma pesquisadora pós-doutoral supervisionada tanto por Costanzo quanto por Drew durante a pesquisa e agora é bolsista de pesquisa na Universidade de Auckland; Qingguang Zhang, que era professor assistente de pesquisa no laboratório de Drew e agora é professor assistente de fisiologia na Universidade Estadual de Michigan; Joseph M. Ricotta, que era pesquisador pós-doutoral no laboratório de Drew; Noah Frank, que se formou em engenharia mecânica pela Penn State; Sara J. Mueller, que liderou o Centro de Imagem Quantitativa da Penn State na época da pesquisa e agora é diretora executiva da Wildlife Leadership Academy; Denver L. Greenawalt e Hyunseok Lee, estudantes de pós-graduação na Penn State; Kevin L. Turner e Ravi T. Kedarasetti, que obtiveram seus doutorados na Penn State sob supervisão compartilhada de Drew e Costanzo; e Marceline Mostafa, uma estudante de graduação que se formou em biologia. A imagem da microtomografia computadorizada para este projeto foi realizada no Centro de Imagem Quantitativa da Penn State, uma instalação de pesquisa central do Instituto da Energia e do Meio Ambiente.

Os Institutos Nacionais de Saúde, o Departamento de Saúde da Pensilvânia e a Associação Americana do Coração apoiaram esta pesquisa.