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)
  • 
  • มีการสลับทำระหว่าง CON และ HIT ในแต่ละผู้เข้าร่วมการทดลอง โดยเว้นระยะระหว่างกัน 1 สัปดาห์
• Blood sampling วัดค่า BDNF ในเลือด จาก serum โดยแบ่งเป็น รอบแรก ที่ความถี่ 4-6 นาที เพื่อหาจุดที่ BDNF ขึ้นสูงสุด เพื่อกำหนดเวลาที่จะสิ้นสุดการออกกำลังกาย และ รอบสอง ตรวจเลือด เฉพาะขณะเรื่มต้นและสิ่นสุด ตามจุดเวลาที่เหมาะสมที่ได้จากรอบแรก

Result

• ช่วง 6 นาทีแรกของการออกกำลังกาย ไม่มีความต่างกันอย่างมีนัยสำคัญ ระหว่าง CON, HIT(แม้กราฟ CON จะดูสูงกว่า แต่กลุ่มทดลองที่ทำ HIT ก็มี BDNF เริ่มต้นต่ำกว่า)
• หลังจาก 6 นาทีแรก CON มีค่า peak BDNF ไม่เพิ่ม ขณะที่ HIIT ยังคงเพิ่มขึ้นเรื่อยๆตลอด จนถึง 37.7% จวบจนหมดเวลา
  • เมื่อคำนวณค่าเฉลี่ย BDNF ของผู้เข้าร่วมทดลองทั้งหมด พบว่า HIIT มีแนวโน้มได้ BDNF มากกว่า CON
• 20 นาที หลังออกกำลังกาย BDNF ลดลงอย่างรวดเร็ว จนเกือบเท่ากับช่วงก่อนออกกำลังกาย
  • ระดับ BDNF ที่ลดลงอย่างรวดเร็วนี้ AI บอกประมาณว่า BDNF เหมือนปุ๋ยสำหรับกระตุ้นเซลล์ประสาท ที่ไม่จำเป็นต้องสูงค้างตลอดเวลา(ถ้าสูงค้าง อาจเกิดการดื้อต่อสัญญาณ) ส่วนการสร้างเพิ่มจะเกิดหลังจากนี้ โดยเฉพาะตอนนอนหลับ
• จากการทดลองพบว่า ในคนส่วนใหญ่ เมื่อทำ HIIT จะได้ BDNF มากกว่า CON และ HIIT ยังได้ BDNF, lactate, work rate มากกว่า อย่างมีนัยสำคัญ และ Cortisol น้อยกว่า(แต่ไม่มีนัยสำคัญ)

Discussion

• การทดลองนี้วัดที่ระยะเวลา 20 นาที ซึ่งสำหรับ HIIT ยังคงทำให้ BDNF สูงขึ้นเรื่อยๆ จวบจนนาทีสุดท้าย คือ เพิ่ม 37.7% (เมื่อดูจากกราฟ Fig.2) แต่ทั้งนี้ผู้เขียนอ้างอิงว่า จุด peak BDNF อาจอยู่ที่นาทีที่ 20 ตามการทดลองของ Schmidt-Kassow et al ซึ่งเป็นการทดลองทำ High intensity exercise (แต่เป็นแบบ Continuous ไม่ใช่ HIIT แบบการทดลองนี้) ที่ HR ประมาณ 150bpm(zone3-4) พบว่า BDNF ไม่ได้ขึ้นสูงขึ้นเรื่อยๆ แต่จะ peak สุดที่ 15-20 นาที และค่อยๆลดลง แม้ว่าจะยังออกแรงคงที่เท่าเดิม
  • ก็ยังสรุปไม่ได้ว่า HIIT ทำให้ได้ BDNF peak ที่เวลาใด เพราะ ในงานวิจัยนี้ทดลองแค่ 20 นาที แต่ถ้าทำนานกว่านี้ ผู้ทดลองก็อาจไม่ไหว เพราะ ออกแรงถึง 90% ของ maximum work load
• การศึกษาพบว่า BDNF ใน serum เพิ่มขึ้น 10-30% ช่วยให้การเรียนรู้ศัพท์จากนิยายดีขึ้น 20% รวมทั้งการทดสอบ Stroop test ดีขึ้น(แบบฝึกหัดในการแยก สีของคำศัพท์ ออกจาก คำศัพท์ที่เรียกชื่อสี ที่ขัดแย้งกัน), จำชื่อคนและหน้าตาได้ดีขึ้น(face-name recognition)