web analytics

Ini Otak Anda Saat Berpuasa

Analisis pencitraan otak struktural dan fungsional, dikombinasikan dengan analisis komputasi, mengungkapkan daerah yang sangat terhubung, terletak di pusat korteks manusia yang membentuk “inti struktural” otak. Via Gross L (2008) Dari Struktur ke Fungsi: Memetakan Matriks Koneksi Otak Manusia. PLoS Biol 6 (7): e164  https://doi.org/10.1371/journal.pbio.0060164.

Diet ketogenik telah digunakan untuk mengobati epilepsi yang resistan terhadap obat pada anak-anak selama beberapa dekade, dan bukti yang muncul dari model hewan menunjukkan bahwa diet ketogenik mungkin memiliki manfaat terapi untuk sakit kepala, penyakit neurodegeneratif, gangguan tidur, dan bahkan yang berpotensi kanker otak. Namun kita masih tahu sedikit tentang mekanisme dan dampak dari diet ketogenik atau intervensi yang menginduksi ketosis seperti puasa pada otak manusia.

Untuk mempelajari lebih lanjut tentang apa yang kita ketahui tentang bagaimana puasa dan ketosis memengaruhi otak, kami mewawancarai Shelly Xuelai Fan, seorang penulis sains dan seorang ilmuwan saraf yang berspesialisasi dalam peremajaan otak.

Pada 2013, Shelly menulis sebuah artikel untuk blog MIND Scientific American tentang potensi keuntungan dari otak berbahan bakar lemak. Dia juga telah menerbitkan penelitian di Nature Neuroscience dan Annual Review of Neuroscience.

Shelly mempraktikkan jadwal puasa 16/8 terputus-putus (makan hanya 8 jam sehari) selama dua tahun selama penelitian postdoctoral, terutama karena dia tidak ingin menghentikan eksperimen untuk makan siang.

Makan siang membuatnya merasa lebih lamban di sore hari, katanya, meskipun sebaliknya, dia tidak melihat banyak perubahan. Tetapi di dalam kepalanya, puasa intermiten bisa mengubah bagaimana sel-sel otaknya bereaksi terhadap stres, berpotensi dengan kerusakan oksidatif yang lebih sedikit pada komponen seluler termasuk DNA.

Noda Golgi di hippocampus. Noda secara acak memberi label neuron – Anda dapat melihat dendritik duri (di mana sinapsis berada) sebagai tonjolan kecil di sepanjang cabang neuron (kanan bawah). Foto oleh Shelly Fan.
Shelly, author of Neurofantastic, co-founder of Vantastic Media.

LifeOmic: Dapatkah Anda memberi tahu kami tentang penelitian disertasi dan postdoktoral Anda tentang kesehatan otak dan peremajaan? Pertanyaan macam apa yang Anda pelajari, dan apa saja temuan paling mengejutkan Anda?

Shelly: Proyek tesis saya berfokus pada pengembangan pengobatan baru untuk penyakit neurodegeneratif seperti Alzheimer, Huntington, dan Parkinson. Semua penyakit ini memiliki satu kesamaan: sel-sel otak secara bertahap mengakumulasi protein beracun, yang menyumbat mesin molekuler normal sel. Seiring waktu seiring akumulasi protein ini, neuron mati. Ada beberapa bukti bahwa membuang protein beracun membantu kelangsungan hidup neuron dan menunda gejala (setidaknya pada tikus).

Saya memimpin sebuah proyek yang mengembangkan obat peptida modular untuk protein knockdown. Setelah disuntikkan ke dalam darah, terowongan itu menembus penghalang darah-otak, meraih protein toksik targetnya, dan menyeretnya ke sistem pembuangan limbah sel sendiri, sebuah organel yang disebut lisosom. Peptida dapat disesuaikan untuk berbagai jenis protein beracun dengan menukar salah satu modulnya, seperti potongan-potongan Lego. Pada model tikus dari penyakit Huntington dan Parkinson, masing-masing obat peptida menyelamatkan neuron dan memperbaiki gejala.

Seperti yang terjadi, ada juga cara alami untuk mengaktifkan lisosom, sistem pembuangan limbah sel sendiri, sehingga lebih efisien dalam menghilangkan molekul beracun.
Pembatasan kalori dan olahraga adalah dua contoh, dan itulah sebagian cara saya tertarik pada efek olahraga pada kesehatan otak dan penuaan.
Penelitian postdoc saya berfokus pada bagaimana olahraga bermanfaat bagi otak yang menua. Ada pergeseran paradigma di bidang penuaan otak, di mana para ilmuwan semakin menyadari bahwa proses penuaan adalah reversibel. Misalnya, ada banyak bukti yang menunjukkan bahwa pada tikus tua, olahraga meningkatkan plastisitas sinaptik dan meningkatkan pembelajaran dan mengingat, setidaknya untuk jenis memori tertentu. Ada bukti, setidaknya pada tikus, bahwa olahraga meningkatkan kelahiran neuron baru (proses yang disebut neurogenesis dewasa) yang tampaknya membantu menjaga ingatan yang sama tetap terpisah dan menguntungkan suasana hati.

“Peningkatan volume otak yang signifikan, baik di wilayah abu-abu maupun putih, ditemukan sebagai fungsi pelatihan kebugaran untuk orang dewasa yang berpartisipasi dalam pelatihan kebugaran aerobik tetapi tidak untuk orang dewasa yang berpartisipasi dalam peregangan dan mengencangkan (nonaerob) …”

– Latihan Latihan Aerobik Meningkatkan Volume Otak pada Manusia yang Aging (mengalami penuaan), 2006

Tubuh juga sangat memengaruhi seberapa sehat otak tetap selama proses penuaan. Laboratorium saya sebelumnya menemukan bahwa ketika Anda menyuntikkan tikus tua dengan darah tikus muda, sesuatu dalam darah muda membantu fungsi otak tikus tua itu lebih baik.

Catatan Editor: Apakah olahraga dan puasa dapat menstimulasi faktor pro-pemuda yang menunda penuaan otak pada manusia masih merupakan pertanyaan terbuka, meskipun ada mekanisme yang jelas yang menghubungkan intervensi ini dengan pengurangan peradangan otak dan kerusakan oksidatif.

Diagram tentang bagaimana mikrotubulus hancur dengan penyakit Alzheimer. Kredit: Pusat Pendidikan dan Referensi Penyakit Alzheimer, sebuah layanan dari National Institute on Aging.

LifeOmic: Apa artinya, meremajakan otak atau “membuat otak tua kembali muda,” di tingkat sel? Apa penelitian paling meyakinkan yang pernah Anda lihat tentang intervensi yang menunda atau membalikkan penuaan otak?

Shelly: Laboratorium saya terutama mempelajari hippocampus, wilayah otak yang penting untuk memori spasial dan episodik, yaitu, memori peristiwa otobiografi. Youngblood dan manipulasi sistemik lainnya, seperti olahraga, pembatasan kalori, dan metformin (obat diabetes tipe II), tampaknya mengubah hippocampus yang sudah tua dengan dua cara utama.

Transmisi Sinaptik, NIH.

Pertama, perawatan ini meningkatkan komunikasi saraf selama pembelajaran (plastisitas sinaptik, dibuktikan melalui rekaman listrik). Pada tingkat molekuler, perawatan merangsang produksi dan / atau aktivasi protein yang mendukung plastisitas sinaptik, seperti CREB.
Catatan Editor: CREB (protein pengikat elemen respons cAMP) adalah faktor transkripsi yang mampu mengikat DNA dan mengatur ekspresi gen. CREB memiliki peran yang terdokumentasi dengan baik dalam plastisitas neuron dan pembentukan memori jangka panjang di otak. Ada bukti bahwa stimulasi kognitif, olahraga, dan puasa intermiten (pada tikus) dapat meningkatkan faktor neurotropik yang diturunkan dari otak (BDNF) dan pensinyalan serotonin, yang pada gilirannya mengaktifkan faktor transkripsi seperti CREB yang mengatur ekspresi gen yang terlibat dalam plastisitas saraf, resistensi stres, dan sel. bertahan hidup.
Intervensi ini juga menurunkan peradangan otak global, yang dianggap menguntungkan kognisi.
Sejauh ini penelitian paling menarik yang pernah saya lihat di bidang ini terkait dengan olahraga, pembatasan kalori, dan darah muda. Olahraga sejauh ini merupakan bukti terbanyak untuk manfaat pada manusia lanjut usia. Pembatasan kalori sebagai intervensi relatif sulit bagi manusia untuk mengikuti untuk jangka waktu yang lama, dan saya belum melihat studi manusia yang dilakukan dengan baik dalam domain itu. Sebenarnya ada beberapa kontroversi tentang apakah pembatasan kalori bekerja pada primata non-manusia dalam hal meningkatkan healthspan (panjang hidup sehat). Youngblood belum diuji secara ketat pada manusia untuk efek anti-penuaan (ada beberapa “uji coba” yang sedang berlangsung), meskipun penelitian baru-baru ini menggunakannya untuk penyakit Alzheimer tidak menunjukkan manfaat yang signifikan. Tujuan akhirnya adalah untuk mengisolasi faktor-faktor “pro-pemuda” spesifik dari darah muda dan memberikannya dalam bentuk terkonsentrasi.

LifeOmic: Bagaimana otak yang menua terlihat berbeda, secara metabolik atau pada tingkat sel, dibandingkan dengan otak yang masih muda?

Shelly: Otak yang sudah tua terlihat berbeda dalam beberapa cara utama (posting blog di sini). Satu, pabrik energi utama sel, mitokondria, menurun seiring bertambahnya usia baik dalam jumlah maupun fungsi. Metabolisme otak yang terganggu telah dikaitkan dengan penyakit Alzheimer, tetapi perannya dalam penurunan memori yang berhubungan dengan usia normal kurang jelas. Neuron yang sudah tua juga mengalami kesulitan merasakan nutrisi di lingkungannya. Ini terutama berlaku untuk glukosa, yang biasanya merupakan sumber energi utama otak.
Catatan editor: Di sinilah puasa intermiten datang sebagai intervensi yang menarik untuk meningkatkan pensinyalan nutrisi atau sensitivitas insulin.
Neuron yang sudah berumur di hippocampus dan prefrontal cortex juga memiliki sinapsis yang lebih sedikit, walaupun jumlah total neuron tampaknya tidak banyak berubah seiring bertambahnya usia. Akhirnya, otak lanjut usia memiliki neurogenesis yang kecil hingga tidak ada dan peningkatan peradangan, meskipun jika dan bagaimana proses ini berkontribusi terhadap penurunan memori yang berkaitan dengan usia masih belum jelas.
Catatan Editor: Penelitian model hewan menunjukkan bahwa puasa intermiten, atau berkurangnya frekuensi makan, dapat meningkatkan sensitivitas insulin, meningkatkan respons stres seluler dan mengurangi kerusakan oksidatif di otak, dengan cara yang mirip dengan dampak olahraga.

LifeOmic: Apa itu plastisitas sinaptik, dan apa saja cara potensial yang dapat kita lestarikan dalam otak yang menua?

Shelly: Secara umum, plastisitas sinaptik adalah kemampuan otak untuk memperkuat atau melemahkan koneksi antara pasangan neuron yang terhubung secara fungsional. Neuron membentuk sirkuit fungsional melalui simpul khusus yang disebut sinapsis. Sinaps adalah tempat satu neuron berbicara dengan yang lain.
Satu ide sentral dalam ilmu saraf adalah pembelajaran mengaktifkan neuron terpilih. Neuron ini kemudian membentuk semacam klik. Ketika satu neuron diaktifkan kembali (misalnya, ketika Anda ingin mengambil memori), ada kemungkinan jauh lebih tinggi bahwa yang lain di sirkuit yang sama juga akan menyala. Intinya, koneksi sinaptik menguat selama pembelajaran. Demikian pula, kekuatan sinaptik juga dapat melemah. Kemampuan untuk mengubah kekuatan sinaptik disebut plastisitas sinaptik, dan para ilmuwan meyakini hal itu mendasari kemampuan kita untuk belajar dan mengingat berbagai hal.
Saya telah menyebutkan beberapa cara untuk menjaga plastisitas di otak: latihan aerobik seperti berlari dan pembatasan kalori sama-sama lebih “cara alami” untuk melakukannya. Youngblood dan (lebih menjanjikan) metformin mewakili pendekatan yang lebih farmakologis, yang menjadi fokus banyak peneliti.

LifeOmic: Bagaimana kita menstimulasi neurogenesis di otak yang menua? Dalam penelitian dan keahlian Anda, intervensi apa yang menjanjikan (untuk manusia) dalam merangsang neurogenesis?

Shelly: Berlari! Saya dulu pelari jarak jauh di sekolah pascasarjana. Saya menggunakannya untuk manajemen stres tetapi gagal karena Ph.D. Kemudian, di lab, saya benar-benar melihat otak pelari (tikus diberi roda berlari) versus tikus yang tidak bergerak (tikus yang hidup secara normal di kandang kotak sepatu, sehingga mereka masih berlarian dengan normal). Efek berlari pada neurogenesis begitu mencengangkan sehingga saya mulai berlari lagi.

Yang mengatakan, saya perlu menekankan bahwa apakah manusia memiliki neurogenesis atau kelahiran sel neuron baru setelah masa kanak-kanak masih bisa diperdebatkan. Sebuah studi Nature baru-baru ini tidak menemukan tanda-tanda neuron baru di otak donor manusia yang sudah tua (Berita dan Tampilan yang luar biasa di sini), jadi ada kemungkinan bahwa olahraga dan perawatan yang merangsang neurogenesis lainnya bekerja dalam beberapa cara lain untuk memberi manfaat bagi otak yang menua. . Taruhan saya adalah pada plastisitas sinaptik dan peningkatan aliran darah.

LifeOmic: Saat berpuasa, otak mulai menggunakan tubuh keton untuk energi untuk menebus kekurangan glukosa. Bagaimana otak menggunakan tubuh keton, dan bagaimana perbedaannya dari cara otak menggunakan glukosa?

Shelly: Biasanya, otak terutama menggunakan glukosa sebagai sumber energinya. Selama kondisi glukosa rendah, seperti dalam puasa atau diet ketogenik, hati membuat tubuh keton dari asetil CoA yang dihasilkan oleh oksidasi asam lemak. Badan keton ini dapat melewati sawar darah-otak, dan neuron kemudian menggunakannya sebagai bahan bakar.
Dibandingkan dengan glukosa, membakar keton tampaknya memiliki beberapa manfaat bagi kesehatan otak.
Satu, mereka sangat hemat energi. BHB, keton utama, menyediakan lebih banyak energi (atau molekul ATP, yang merupakan mata uang energi sel) daripada glukosa per unit oksigen yang digunakan dalam reaksi biokimia di dalam sel kita. Keton juga merangsang neuron hippocampal untuk membuat lebih banyak mitokondria penghasil energi.

Catatan Editor: Dengan kata lain, keton mendorong sel dan sel otak kita untuk menjadi lebih efisien, karena mereka merasakan masa-masa sulit di masa depan.

Kedua, BHB adalah regulator epigenetik. Ini dapat meningkatkan ekspresi gen tertentu di otak. Di antaranya adalah BDNF (faktor neurotropik yang diturunkan dari otak), protein “nutrisi” utama yang menghambat kematian neuron, meningkatkan plastisitas sinaptik dan neurogenesis. Banyak manfaat olahraga di otak adalah karena BDNF, dan ada kemungkinan bahwa olahraga mempromosikan BHB dalam darah, yang pada gilirannya masuk ke otak untuk melakukan keajaibannya.

“Sekarang jelas bahwa olahraga sukarela dapat meningkatkan kadar faktor neurotropik yang diturunkan dari otak (BDNF) dan faktor pertumbuhan lainnya, merangsang neurogenesis, meningkatkan resistensi terhadap penghinaan otak dan meningkatkan pembelajaran dan kinerja mental.” –

Latihan: intervensi perilaku untuk meningkatkan kesehatan otak dan plastisitas, Tren dalam Neuroscience

Ketiga, keton tampaknya menyeimbangkan kembali eksitasi di otak. Otak menggunakan dua jenis utama neurotransmiter, glutamat, dan GABA, untuk mengirimkan informasi. Glutamat adalah rangsang, merangsang obrolan neuronal, sedangkan GABA meredamnya. Terlalu banyak eksitasi, seperti dalam kasus banyak penyakit neurodegeneratif, dan neuron mati dalam proses yang disebut eksitotoksisitas. Pada orang yang rentan terhadap kejang, keton menurunkan transmisi glutamat sekaligus meningkatkan GABA di sinapsis. Ini tampaknya bagus untuk menghambat kejang (dan berpotensi untuk perlindungan saraf), tetapi Anda harus bertanya-tanya apa pengaruhnya terhadap otak yang berfungsi normal.
Keton juga menghambat produksi radikal bebas, yang mengandung elektron tidak berpasangan yang membuatnya sangat reaktif (dan sangat berbahaya). Peningkatan stres oksidatif dari radikal bebas adalah ciri utama penuaan dan degenerasi saraf. Radikal bebas adalah efek samping yang disayangkan dari metabolisme glukosa. Ketika Anda menurunkan konsumsi glukosa, seperti dalam kasus diet ketogenik [atau saat berpuasa], secara langsung menurunkan jumlah radikal bebas. Terlebih lagi, keton merangsang aktivitas sistem anti-oksidan bawaan kami untuk memerangi molekul-molekul ini.

LifeOmic: Benarkah ketosis menghasilkan peningkatan “kejernihan mental”?

Shelly: Saya tidak yakin bagaimana ini dapat diukur secara ilmiah (misalnya, haruskah kita melakukan tes di domain memori yang berfungsi atau beberapa jenis memori lainnya? Atau kemampuan multitasking?) Sepengetahuan saya, tidak ada bukti konkret untuk ini, meskipun itu pasti pendapat populer di r/keto dan forum lainnya.
Ada sebuah penelitian baru-baru ini menggunakan EEG untuk mengusir pola gelombang otak yang terkait dengan penarikan kata yang sukses versus yang tidak berhasil, dan yang sebelumnya (recall sukses) digambarkan sebagai jenis “kejernihan mental,” sehingga melihat gelombang otak mungkin merupakan tempat untuk memulai .
Catatan Editor: Untuk orang dengan gangguan fungsi metabolisme atau disfungsi mitokondria, ketosis dapat meningkatkan rangsangan saraf dan mengurangi peradangan, yang dapat mengarah pada peningkatan gejala gangguan kognitif yang dapat digambarkan oleh beberapa orang sebagai kejernihan mental. Untuk beberapa orang, puasa intermiten atau diet ketogenik juga dapat menyebabkan penurunan lemak dan peningkatan mood.

LifeOmic: Peran apa yang dapat atau dilakukan intervensi metabolik yang menargetkan jalur insulin dan sel-sel tua, seperti pembatasan kalori dan puasa intermiten, bermain dalam penuaan otak yang sehat?
Shelly: Menargetkan jalur insulin dan sel-sel tua adalah dua cara yang sangat terdokumentasi dengan baik untuk mempertahankan metabolisme neuron, plastisitas sinaptik, dan pembelajaran dan memori di otak yang menua. Misalnya, memodulasi jalur IGF (pensinyalan insulin) dapat meningkatkan neurogenesis dan memori pada tikus tua, tetapi triknya adalah mencari cara untuk mengaktifkan jalur tersebut menggunakan obat kimia kecil tertentu. Baru-baru ini ada jauh lebih banyak minat dalam mengeksplorasi analitik, yang merupakan obat yang menghilangkan sel-sel tua. Bahkan, beberapa ahli penuaan percaya bahwa kelas obat ini mungkin tersedia di pasar dalam dekade berikutnya, dan obat ini telah terbukti meningkatkan fungsi otak pada tikus tua. Meskipun tidak secara langsung berkaitan dengan manipulasi metabolik, senolitik menawarkan bukti-konsep yang sangat kuat bahwa menghilangkan sel-sel tua adalah cara ampuh untuk menjaga otak yang tua tetap sehat.
https://medium.com/lifeomic/this-is-your-brain-on-fasting-a77d9d264de7

Share ke teman-temanmu ya...