Acute effects of exercise at different intensities on mood and brain function

Publikation: Buch/BerichtDissertationsschrift

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Abstract

In den letzten drei Jahrzehnten konnten Studien die enorme Bedeutung körperlicher Aktivität für bestimmte Erkrankungen wie Herzkrankheiten, Schlaganfall, Diabetes und verschiedene onkologische Erkrankungen aufzeigen. Sport kann sowohl präventiv eingesetzt werden, wie auch den Verlauf der Erkrankungen positiv beeinflussen. Darüber hinaus verbessert Sport die psychische Gesundheit, Lebensqualität und das Wohlbefinden. Insbesondere die psychische Gesundheit nimmt im Alltag eine wichtige Rolle ein, da sich ein psychisches Ungleichgewicht auf viele Lebensbereiche wie die Schule/Arbeit, soziale Kontakte, etc. negativ auswirken kann. Die aktuelle Literatur zeigt, dass sich die positiven Effekte von Sport auf die Stimmung bereits nach einer einzelnen Trainingseinheit, wie auch nach einem wochen-/monatelangen Training zeigen. Auch bei Patienten mit Depressionen und Angststörungen konnte eine sportinduzierte Abnahme krankheitstypischer Symptome nachgewiesen werden. Die neuronalen Grundlagen dieser sportinduzierten Stimmungsänderungen sind jedoch kaum erforscht. Aus diesem Grund wurden im Rahmen der vorliegenden kumulativen Dissertation die Effekte akuter Ausdauerbelastungen unterschiedlicher Intensitäten auf die Stimmung und das Gehirn untersucht.
Hierzu wurden ausschließlich junge gesunde männliche Hobbysportler rekrutiert (N = 22, Alter: 27 ± 4 Jahre, Größe: 182 ± 6 cm, Gewicht: 78 ± 7 kg) und mittels funktioneller Magnetresonanztomographie (fMRT) vor und nach einer 30-minütigen Trainingseinheit auf dem Laufband untersucht. Das fMRT beinhaltete sowohl ein aufgabenbasiertes fMRT, indem die Probanden emotionale Gesichter (glücklich, ängstlich und neutral) zuordnen sollten, wie auch ein Ruhe-fMRT. Dabei durchliefen die Probanden an unterschiedlichen Tagen drei verschiedene Bedingungen (leichte, hohe und selbstgewählte Intensität) in randomisierter Reihenfolge, wovon jedoch nur die leichte und hohe Intensität Gegenstand dieser Dissertation sind. Zusätzlich zu den fMRT-Aufnahmen wurde ein Stimmungsfragebogen erfasst (Positive and Negative Affect Schedule; PANAS).
Im Rahmen der Studie sollten die folgenden Punkte untersucht werden: der akute Effekt von Trainingseinheiten unterschiedlicher Intensität auf 1) die Stimmung, 2) die funktionelle Konnektivität (FK) der Ruhe-Netzwerke im Gehirn, 3) die FK im emotionalen Gehirn im Ruhezustand und deren Korrelation mit den Veränderungen in der Stimmung der Probanden, und 4) die Verarbeitung emotionaler Gesichter.
Eines der Hauptergebnisse dieser Studie ist, dass unterschiedlich intensive Trainingseinheiten die FK in unterschiedlichen Ruhe-Netzwerken beeinflussen (Publikation 1). So zeigte sich, dass die FK nach einer Trainingseinheit mit niedriger Intensität in eher kognitiven Ruhenetzwerken wie dem rechten fronto-parietalen Netzwerk erhöht wird, und zwar im superioren frontalen Gyrus. Eine Trainingseinheit mit hoher Intensität wirkte sich stärker auf die die FK im affektiven Netzwerk (dem rechten Affekt und Belohnungs-Netzwerk) aus, in dem sich eine erhöhte FK in der rechten Insula zeigte.
Bei der spezifischen Untersuchung der FK im emotionalen Gehirn im Ruhezustand (Publikation 2), ließen sich signifikante Änderungen der FK nur nach der hoch-intensiven Trainingseinheit nachweisen. Es zeigte sich eine Zunahme der FK zwischen der bilateralen Amygdala und der rechten anterioren Insel. Diese Änderung der FK wurde zusätzlich mit dem PANAS (positive Stimmung) korreliert, der nach beiden Bedingungen (niedrige und hohe Intensität) eine Zunahme der positiven Stimmung zeigte. Die Korrelationsanalyse zeigte, dass nur die Änderungen durch die hoch-intensive Trainingseinheit signifikant korrelierten: Die Zunahme der positiven Stimmung korrelierte mit dem Anstieg der FK zwischen der bilateralen Amygdala und der rechten anterioren Insel. Diese Korrelation konnte nach der leichten Trainingseinheit nicht nachgewiesen werden.
Bei der Untersuchung der Hirnaktiviät mit einem aufgabenbasierten fMRT (Publikation 3), bei dem ein Identitätsmatching von Personen mit unterschiedlichen emotionalen Ausdrücken durchgeführt werden musste, zeigte sich ausschließlich für die Verarbeitung ängstlicher Gesichter ein signifikanter Effekt im Gehirn. So konnte eine Abnahme der Aktivierung im rechten und teilweise linken Nucleus Caudatus sowie im rechten ventralen anterioren Putamen nach der hoch-intensiven Trainingseinheit beobachtet werden, während sich nach der leichten Trainingseinheit eine signifikante Abnahme der Aktivierung im posterioren cingulären Gyrus/Precuneus beobachten ließ.
Die vorliegende Dissertationsschrift liefert als erste grundlegende Informationen über akute neuronale Veränderungen mittels fMRT im Kontext sportinduzierter Stimmungsänderungen bei Hobbysportlern in Abhängigkeit unterschiedlicher Trainingsintensitäten. Die Ergebnisse dieser Arbeit deuten eindeutig auf emotionsspezifische Effekte sowie auf unterschiedliche Modulationsmechanismen nach geringer und hoher Trainingsintensität hin und ermöglichen ein besseres Verständnis über die Zusammenhänge zwischen neuronalen Änderungen und den Veränderungen auf der Verhaltensebene. Die niedrigen und hohen Trainingsintensitäten wirken sich unterschiedlich auf die aufmerksamkeitsbezogenen/kognitiven und affektiven/belohnungsbezogenen Netzwerke aus. Die Auswirkungen unterschiedlicher Intensitäten lassen sich sowohl in Ruhe als auch bei aufgabenbezogenen Aktivierungen im Gehirn nachweisen. Die nachgewiesene Korrelation zwischen den subjektiv erfassten Simmungsänderungen und den objektiv erfassten Änderungen der FK in den emotionsbezogenen Hirnregionen bestätigt die Beteiligung der amygdalar-insulären FK für die affektive Modulation.
Patientenstudien zeigten, dass Erwachsene mit Depressionen charakteristisch eine geschwächte FK zwischen der Amygdala und der bilateralen Insula in Ruhe aufweisen. Publikationen 1 und 2 liefern erste Hinweise darauf, wie Bewegung den charakteristischen FK-Veränderungen bei affektiven Störungen entgegenwirken könnte. Möglicherweise werden diese Wirkungen durch die Freisetzung endogener Opioide vermittelt, da in Positronen-Emissions-Tomographie-Studien eine lokale, trainingsinduzierte Opioid Freisetzung in der anterioren Insel nach dem Training nachgewiesen werden konnte. Darüber hinaus werden affektive Erkrankungen wie Angststörungen und Depression durch Störungen der Gesichterverarbeitung charakterisiert. In Publikation 3 konnte gezeigt werden, dass Sport modulierend in die neuronalen Prozesse der Gesichterverarbeitung, insbesondere bei Gesichtern mit negativem emotionalem Ausdruck, eingreifen kann. Diese Effekte sollten in Zukunft in speziellen Patientenpopulationen experimentell validiert werden. Diese Informationen werden helfen, Bewegung als therapeutisches Mittel zur Vorbeugung und/oder Behandlung von affektiven Störungen einzusetzen. Dabei geht es jedoch nicht nur um die Behandlung von Krankheiten, sondern auch um das Potenzial, die Stimmung und die Stressresistenz in der gesunden Bevölkerung zu verbessern.
OriginalspracheEnglisch
ErscheinungsortKöln
VerlagDeutsche Sporthochschule Köln
Seitenumfang99
PublikationsstatusVeröffentlicht - 2022

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