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

O estudo mostra 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 desloque ligeiramente dentro do crânio. Esse movimento suave parece ajudar o líquido cefalorraquidiano a se mover pelo cérebro, o que pode transportar resíduos que podem interferir no funcionamento normal do cérebro.

Uma ligação mecânica entre movimento e saúde cerebral

Patrick Drew, professor de ciências da engenharia e mecânica, neurocirurgia, biologia e engenharia biomédica na Penn State, disse que as descobertas se baseiam em pesquisas anteriores sobre como o sono e a perda de neurônios afetam o tempo do fluxo do líquido cefalorraquidiano no cérebro.

“Nossa pesquisa explica como o simples movimento pode servir como um importante mecanismo fisiológico para promover a saúde do cérebro”, disse Drew, autor correspondente do artigo. “Neste estudo, descobrimos que quando os músculos abdominais se contraem, eles empurram o sangue do abdômen para a medula espinhal, assim como em um sistema hidráulico, aplicando pressão ao cérebro e fazendo-o se mover.

Drew, que também é diretor associado do Huck Institute of the Life Sciences, comparou o processo a um sistema hidráulico. Nesse caso, os músculos abdominais atuam como bomba. Mesmo pequenas ações, como apoiar o núcleo 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 liga o abdômen à cavidade espinhal, o que leva a um leve movimento cerebral.

Imagens revelam movimento cerebral desencadeado por contrações musculares

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

Eles descobriram que o cérebro mudou 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 uma pressão suave e controlada no abdômen 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 com que o cérebro se movesse.

“É importante ressaltar que o cérebro começou a voltar à sua posição inicial imediatamente após o alívio 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 fluir pelo cérebro

Depois de confirmar que as contrações abdominais impulsionam o movimento cerebral, os pesquisadores passaram para a próxima questão: como esse movimento influencia o fluxo de fluidos. Na época, nenhum método de imagem conseguia capturar detalhadamente o comportamento rápido e complexo do líquido cefalorraquidiano.

“Felizmente, nossa equipe interdisciplinar na Penn State foi capaz de desenvolver essas técnicas, incluindo a condução de experimentos de imagens de ratos vivos e a criação de simulações computacionais do movimento de fluidos”, disse Drew. “Essa combinação de conhecimentos é muito importante para a compreensão destes tipos de sistemas complicados e como eles impactam a saúde”.

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

“Modelar o fluxo de fluido dentro e ao redor do cérebro oferece desafios únicos porque existem movimentos simultâneos e independentes, bem como movimentos acoplados dependentes do tempo. A contabilização de todos eles requer a contabilização da física especial que acontece toda vez que uma partícula de fluido atravessa uma das muitas membranas do cérebro”, disse Costanzo. “Então, nós simplificamos. O cérebro tem uma estrutura semelhante a uma esponja, no sentido de que você tem um esqueleto macio e o fluido pode se mover através dele.”

Ao tratar o cérebro como uma esponja, a equipe poderia simular como o fluido viaja através de espaços de diferentes tamanhos, semelhantes às dobras do cérebro ou aos poros de uma esponja.

“Mantendo a ideia do cérebro como uma esponja, também pensamos nele como uma esponja suja – como você limpa uma esponja suja?” Costanza perguntou. “Você o coloca sob uma torneira e o espreme. Em nossas simulações, conseguimos ter uma noção de como o movimento do cérebro após uma contração abdominal pode ajudar a induzir o fluxo de fluido sobre o cérebro para ajudar a limpar os resíduos.”

Implicações para a saúde cerebral e prevenção de doenças

Drew observou que são necessárias mais pesquisas para determinar como essas descobertas se aplicam aos humanos. No entanto, os resultados sugerem que o movimento diário pode ajudar a circular o líquido cefalorraquidiano através do cérebro, auxiliando na remoção de resíduos e possivelmente diminuindo o risco de doenças neurodegenerativas ligadas à acumulação de resíduos.

“Esse tipo de movimento é tão pequeno. É o que é gerado quando você anda ou apenas contrai os músculos abdominais, o que você faz quando pratica 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 de pós-doutorado no laboratório de Drew; Beatrice Ghitti, que era pesquisadora de pós-doutorado supervisionada por Costanzo e Drew na época da pesquisa e agora é pesquisadora na Universidade de Auckland; Qingguang Zhang, que foi professor assistente de pesquisa no laboratório de Drew e agora é professor assistente de fisiologia na Michigan State University; Joseph M. Ricotta, pesquisador de pós-doutorado no laboratório de Drew; Noah Frank, formado em engenharia mecânica pela Penn State; Sara J. Mueller, que liderou o Penn State Center for Quantitative Imaging 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 seu doutorado na Penn State sob co-orientação de Drew e Costanzo; e Marceline Mostafa, estudante de graduação formada em biologia. A imagem de tomografia microcomputadorizada para este projeto foi realizada no Penn State Center for Quantitative Imaging, um centro de pesquisa do Instituto de Energia e Meio Ambiente.

Os Institutos Nacionais de Saúde, o Departamento de Saúde da Pensilvânia e a American Heart Association apoiaram esta pesquisa.