Улучшение когнитивных функций сбалансированным питанием

Головной мозг – один из органов, потребляющих рекордное количество энергии. Актуальными остаются вопросы регулярного питания, обеспечивающего необходимый достаточный уровень энергии для функции головного мозга. Поиск универсальных источников энергии для головного мозга направлен на решение многих задач: от пролонгации работоспособности в течение рабочего дня, дополнительного допинга для спортсменов до поддержания когнитивных функций при некоторых заболеваниях головного мозга, таких как, например, болезнь Альцгеймера.

Питание обеспечивает головной мозг строительным материалом для формирования и функционирования нейронных связей. Именно пищевой фактор в основном влияет на пластичность нейронов – одну из важнейших защитных функций, позволяющих нейронам головного мозга восстанавливать структуру после повреждения. Так, например, некоторые диеты с высоким содержанием морепродуктов и водорослей снабжают организм необходимыми жирными омега-3 кислотами, влияющие на пластичность нейронов, что сказывается и на когнитивной функции. Другие диеты, богатые глюкозой и  насыщенными жирами, с высоким содержанием калорий, повышают уровень окислительного стресса и снижают синаптическую нейронную пластичность и когнитивные функции. Именно адекватная диета влияет на функциональные способности головного мозга. Помимо регулярного питания, представляют собой интерес рекомендации по применению дополнительных стимуляторов для работы головного мозга, а именно пищевых добавок и растительных экстрактов.

Функционирование человеческого организма напрямую связано с энергетическим балансом. Повышение нагрузок, как физических, так и умственных, приводит к переутомлению. Различают переутомление и усталость на периферическом (физическая усталость) и на центральном уровнях (умственное переутомление). Именно регулярное центральное переутомление может приводить к нарушению когнитивных функций. Изучение энергетического баланса, периферической и центральной концентрации внимания, влияние усталости на когнитивные функции довольно глубоко исследовано в спортивной медицине.

Представляет собой интерес исследование влияния питания и пищевых добавок на функцию головного мозга у спортсменов (Romain Meeusen and Lieselot Decroix «Nutritional Supplements and the Brain» International Journal of Sport Nutrition and Exercise Metabolism, 2018, 28). Так, результаты в большинстве видов спорта зависят от многих составляющих: 

• физическая форма;

• физическая выносливость;

• работоспособность;

• точность навыков;

• скорость принятия решений;

• двигательный контроль.

Так или иначе, спортивные результаты напрямую связаны с координацией центральной нервной системы (головного мозга) с периферией. Соответственно, утомление происходит не только на периферии (мышечная и суставная усталость), но и затрагивает центральную нервную систему, влияя на когнитивные функции. Когнитивные функции в спорте отражаются в способности спортсменов реагировать в динамично меняющейся, часто непредсказуемой внешней среде. Это в основном командные виды спорта. Эти виды спорта требуют напряжения зрительного внимания, быстрой исполнительной реакции, полагаются на рабочую память для принятия моментальных решений (Pesce et al., 2007). Многие источники литературы указывают, что и физическая, и умственная усталость могут ухудшать выполнение когнитивных задач и снижают спортивные результаты (Goble & Christy, 2017). Но как измерить когнитивные способности в спорте? Большинство таких показателей тестируются в стандартизированных компьютерных тестах, что не всегда соответствует непредсказуемым спортивным ситуациям. Поэтому в спорте часто прибегают к следующим тестам:

•  смоделированные действия в гольфе;
•  бдительность и время реакции в футболе;
•  оценка владения мячом; 
•  точность передачи в командных видах спорта;
•  теннисная подача.

Влияние обезвоживания на когнитивные функции

Влияние статуса гидратации довольно хорошо изучено как в спортивной медицине, так и в других клинических дисциплинах. Суть полученных результатов сводится к тому, что обезвоживание и гипертермия приводят:

• к кратковременному нарушению гематоэнцефалического барьера, что в свою очередь влияет на стабильность во время физических упражнений;

• к увеличению нейронной активности для попытки сохранения устойчивых результатов;

• к снижению бдительности и рабочей памяти;

• к напряжению;

• к беспокойству;

• к усталости; 

• к снижению зрительно-пространственной обработки;

• к нарушению планирования.

Аминокислоты, углеводы и другие активные вещества

Изменения диеты, добавка тех или иных аминокислот открывает возможность «манипулировать» центральной нервной системой, усиливая производительность головного мозга. Такими свойствами обладают аминокислоты с разветвленной цепью (BCAA - branched-chain amino acids), тирозин, карбогидраты (carbohydrates) и кофеин. Пероральные дозы тирозина повышают циркулирующие концентрации адреналина (A), норадреналина (NА) и дофамина (DА) как в центральной нервной системе, так и на периферии. Эти вещества активизируют функции организма во время физических нагрузок и упражнений. Добавление тирозина предотвращает снижение когнитивных нарушений, связанное со стрессом, также возникающих и в военное время (Lieberman, 2003).

Другой стратегией влияния на центральную усталость является питание углеводами. Доказано, что гипогликемия негативно влияет на функцию мозга и когнитивные функции. Известно, что мозг потребляет около 130 г глюкозы в сутки и в состоянии покоя большая часть доступной глюкозы будет использована мозгом. Глюкоза аккумулируется в виде гликогена в астроцитах (клетки нервной ткани, поддерживающие нейроны) и подвергается расщеплению во время внезапного «запроса» организма в периоды повышенной активности нейронов, при длительных упражнениях на выносливость (Brown & Ransom, 2007). Также при высокой активности мозга астроциты могут преобразовывать глюкозу до лактата (продукт анаэробного метаболизма глюкозы), который в свою очередь также может служить дополнительным топливом для головного мозга. Глюкоза играет значительную роль в регуляции когнитивной функции, когда внимание распределяется между двумя задачами или сложность задачи увеличивается. Изменения эпизодической памяти также является следствием нарушения регуляции уровня глюкозы, что чаще случается у пожилых людей, запуская и другие процессы старения.

При низком уровне углеводов в печени из жирных кислот синтезируются кетоновые тела (ацетоацетат и бета-гидроксибутират), которые используются как резервное топливо для мозга. Такая картина наблюдается при голодании (Holdsworth et al., 2017). Поэтому предполагается, что пищевые добавки с триглицеридами (TAG - triacylglyceride) улучшают когнитивные функции, снабжая мозг энергией в виде кетонов (продукты расщепления жира), (Holdsworth et al., 2017; Volek et al., 2015).

Безусловный интерес представляют исследования, в которых изучались влияние пищевого кетоза (состояние углеводного голодания клеток) на когнитивные результаты при болезни Альцгеймера. Низкое потребление углеводов может улучшить функцию памяти у пожилых людей с повышенным риском развития болезни Альцгеймера (Volek et al., 2015).

Кофеин

Кофеин давно признан эргогенным средством (режим питания, улучшающий показатели при выполнении физических упражнений). По своей структуре похож на аденозин. Кофеин легко проникает через гематоэнцефалический барьер и быстро нейтрализует большинство ингибирующих эффектов аденозина на нейровозбудимость и возбуждение. Поэтому в противоположность аденозину, кофеин вызывает повышение концентрации дофаминовой кислоты, что в свою очередь проявляется такими эффектами как:

• улучшение бдительности; 

• усиление внимания;  

• сокращение времени реакции;

• улучшение производительности;

• эргогенное действие при длительных упражнениях на выносливость;

• улучшение исполнительного контроля;

• повышение рабочей памяти;

• сокращение времени простой реакции в задачах на рабочую пам'ять;

• улучшение мышечной выносливости;

• повышение настроения;

• понижение чувства тревоги.

Менее выраженное воздействие кофеина наблюдается на память и такие исполнительные функции, как суждение и принятие решений. Было показано, что кофеин эффективен в низких дозах (3 мг на кг массы тела). В недавних исследованиях Beaumont et al.., 2017 было показано, что хронический прием низких доз кофеина вызывает толерантность к преимуществам кофеина у тех, кто не употребляет его. А у некоторых людей, ранее не употреблявших кофеин, он может вызвать такие побочные эффекты, как тахикардия, нервозность, головокружение и желудочно-кишечные симптомы. Все это может отрицательно сказываться на работоспособности.