งานวิจัย: High-intensity interval training evokes larger serum BDNF levels compared with intense continuous exercise สิ่งที่ได้จากการอ่าน

Introduction

• การออกกำลังกาย นอกเหนือจากประโยชน์ในด้านระบบหัวใจและหลอดเลือด ยังมีผลดีต่อสมองด้วย ซึ่งหนึ่งในกลไกหลักต่างๆนั้น ส่วนหนึ่งมาจาก การเพิ่มขึ้นของ Brain-derived neurotrophic factor(BDNF) ในแต่ละส่วนต่างๆของสมอง
  • ซึ่ง BDNF เป็นโปรตีน ประเภท growth factor สำหรับระบบประสาท(neurotrophin) มีผลโดยตรงในเรื่อง
    • การสร้างเซลล์ประสาทใหม่(neurogenesis) โดยเฉพาะในสมองส่วน Hippocampus ซึ่งเกี่ยวข้องกับความจำ
    • การรักษา(neuroprotection) ช่วยป้องการการตายของเซลล์ประสาทจาก สารพิษ ความเครียด
    • การเชื่อมต่อ(synaptic plasticity) ช่วยให้มีการแตกแขนงใยประสาท(synapse) ที่มากขึ้นและแข็งแรงขึ้น ทำให้เรียนรู้สิ่งใหม่ได้เร็วและทักษะคงอยู่นาน สลายช้า
• ในหนูทดลองพบว่า การออกกำลังกายทำให้มีการสร้าง BDNF ขึ้นที่สมองหลายส่วนโดยตรง เช่น Hippocampus, striatum, cerebral cortex(เปลือกสมอง) หลายส่วน แต่สำหรับการทดลองในมนุษย์ เราไม่สามารถตรวจจากสมองโดยตรงได้(เพราะหมายถึงการเปิดกระโหลก ตัดชิ้นส่วนสมองไปตรวจ) แต่อาศัยสมมติฐานที่ว่า BDNF ที่ถูกสร้างจากสมอง และจะสามารถผ่าน blood brain carrier และเข้าสู่กระแสเลือดได้ การตรวจระดับ BDNF ในกระแสเลือดจึงเป็นวิธีมาตรฐานในมนุษย์
  • BDNF เมื่อเข้าสู่กระแสเลือด สามารถถูกเก็บไว้ ใน platelet และสามารถถูกปล่อยออกมาใน serum ในระหว่างกระบวนการแข็งตัวของเลือด ในงานวิจัยหากวัด BDNF ใน serum(เลือดที่มีการทิ้งไว้ให้เกิดกระบวนการแข็งตัวของ platelet clot) จะสูงกว่าใน plasma(เลือดที่ถูกใส่สารป้องกันการแข็งตัว) 200 เท่า
    • การวัดใน BDNF ใน plasma จึงเป็นการวัดBDNF ที่เปลี่ยนไปขณะนั้นที่สร้างจากสมองโดยตรง เพราะ เป็น BDNF ที่ไม่ได้ถูกรบกวนจาก platelet, ส่วนการวัดใน Serum จะเหมือนเป็นการวัด 'ขนาดถังเก็บเสบียง' มักเป็นการวัดผลในระยะยาว
    • BDNF ยังสามารถถูกสร้างได้จากกล้ามเนื้อ(Skeletal muscle cells) แต่ในปัจจุบันเชื่อว่า มันจะไม่สามารถออกมาภายนอกเซลล์ได้ จึงไม่มีผลต่อระดับ BDNF ในกระแสเลือด
• การศึกษามากมายพบว่า การออกกำลังกายแบบรวดเดียว (single bout of exercise) สามารถเพิ่ม BDNF ได้ ทั้งใน plasma และ serum

Material and method

• สำหรับงานวิจัยนี้ ทดลองระหว่าง Continuous exercise(CON) กับ High-Intensity Interval Training(HIIT) ว่าทำให้เกิดการเพิ่มขึ้นของ BDNF แตกต่างกันหรือไม่ โดยวัด BDNF ใน serum นอกจากนี้ ยังวัด lactate, cortisol, ระดับความเหนื่อย สำหรับอาการหอบ(Dyspnea) และ ความล้าที่ขา(leg fatigue) ด้วย Borg CR-10 Scale
• รูปแบบการออกกำลังกาย
  • วัด Maximal work rate(VO2 max) ก่อนในตอนแรก
  • Continuous exercise ออกกำลังกายด้วย 70% ของ Maximal work rate(~85% ของ HR = zone4) อย่างต่อเนื่อง เป็นเวลา 20 นาที
  • HIIT ออกกำลังกายด้วย 90% ของ Maximal work rate เป็นเวลา 1 นาทีสลับพัก(~20% ของ Max work rate คล้ายๆกับการเดิน) เป็นเวลารวมกัน 20 นาที(ออกแรงหนัก 10 นาที พัก 10 นาที)
  • 
• Blood sampling วัดค่า BDNF ในเลือด จาก serum โดยแบ่งเป็น รอบแรก ที่ความถี่ 4-6 นาที เพื่อหาจุดที่ BDNF ขึ้นสูงสุด เพื่อกำหนดเวลาที่จะสิ้นสุดการออกกำลังกาย และ รอบสอง ตรวจเลือด เฉพาะขณะเรื่มต้นและสิ่นสุด ตามจุดเวลาที่เหมาะสมที่ได้จากรอบแรก

Result

• 6 นาทีแรกของการออกกำลังกาย ไม่มีความต่างกันอย่างมีนัยสำคัญ ระหว่าง CON, HIT(แม้กราฟ CON จะดูสูงกว่า แต่กลุ่มทดลองที่ทำ HIT ก็มี BDNF เริ่มต้นต่ำกว่า)
• CON มีค่า peak BDNF ไม่เพิ่มหลังจาก 6 นาที ขณะที่ HIT ยังคงเพิ่มขึ้นเรื่อยๆ
• 20 นาที หลังออกกำลังกาย BDNF ลดลงอย่างรวดเร็ว จนเกือบเท่ากับช่วงก่อนออกกำลังกาย
  • ระดับ BDNF ที่ลดลงอย่างรวดเร็วนี้ AI บอกประมาณว่า BDNF เหมือนปุ๋ยสำหรับกระตุ้นเซลล์ประสาท ที่ไม่จำเป็นต้องสูงค้างตลอดเวลา(ถ้าสูงค้าง อาจเกิดการดื้อต่อสัญญาณ) ส่วนการสร้างเพิ่มจะเกิดหลังจากนี้

• งานวิจัยนี้ศึกษาว่า ระหว่างการออกกำลังกายแบบต่อเนื่อง(continuous exercise) กับ การออกกำลังกายแบบออกแรงสุดกำลังซ้ำๆ สลับพักหลายๆครั้ง(High intensity interval training) แบบไหนจะดีกว่ากัน
• โดยได้ทดลองให้อาสาสมัครออกกำลังกายทั้งสองแบบ ดังนี้
  1. Continuous exercise 20 นาที โดยออกกำลังต่อเนื่องที่ 70% ของ Maximal work rate(VO2 max) = 80-85% ของ HR max(zone4)
  2. HIIT 20 นาที โดยแบ่งเป็น ออกกำลัง 1 นาที ด้วยแรง 90% ของ Maximal work rate สลับพัก 1 นาที สลับไปเรื่อยๆจนครบเวลา
• ผลคือ HIIT ได้ BDNF, lactate มากกว่า อย่างมีนัยสำคัญ และ Cortisol น้อยกว่า

กราฟน่าสนใจ

• ที่ 6 นาที continuous exercise ได้ BDNF มากกว่า HIIT

ผลคือ cortisol กลับน้อยกว่า และยังได้ lactate และ BDNF มากกว่า - หมายความว่า การใส่แรงได้สุดใน HIIT ทำให้ได้ BDNF และ Lactate มากขึ้น แต่กลับหลั่ง Cortisol น้อยลง

• งานวิจัยไม่ได้นับที่ Heart rate เพราะ มันมีตัวแปรรบกวนเยอะ

• Discussion น่าสนใจ