DOI: https://doi.org/10.1152/jn.00068.2026
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/42274457
تاريخ النشر: 2026-06-11
المؤلف: Jay M. J. R. Carr وآخرون
الموضوع الرئيسي: إصابة الأعصاب وتجديدها
نظرة عامة
تبحث هذه القسم من ورقة البحث في دور عامل التغذية العصبية المشتق من الدماغ (BDNF) في العمليات العصبية واستجابته للتمارين الحادة. يعتبر BDNF حيويًا للتمايز العصبي والنضوج والبقاء والمرونة المشبكية، وغالبًا ما تُستخدم مستوياته في الدورة الدموية كبديل لمرونة الدماغ بعد التمرين. تقيس الدراسة بشكل فريد كل من BDNF الكلي والمجاني في الدم الشرياني ودم الوريد الوداجي الداخلي، وكذلك في السائل الدماغي الشوكي (CSF) الذي تم الحصول عليه عبر ثقب قطني، قبل وبعد جلسة تمرين بالدراجة لمدة ساعتين.
تؤكد النتائج الفرضية القائلة بأن التمرين يرفع تركيزات BDNF في كل من الدورة الدموية النظامية وCSF. ومن الجدير بالذكر أن الدراسة تشير إلى إطلاق صافي لـ BDNF من الدماغ إلى مجرى الدم، على الرغم من أن تركيزات CSF كانت أقل بكثير. تؤكد هذه الأبحاث على إمكانية استخدام التمارين الحادة كاستراتيجية علاجية لتعزيز صحة الدماغ من خلال زيادة مستويات BDNF، مما يساهم في فهمنا لآليات المرونة العصبية في البشر.
مقدمة
تناقش مقدمة ورقة البحث الدور الحاسم لعامل التغذية العصبية المشتق من الدماغ (BDNF) في الوظائف العصبية مثل التمايز والنضوج والبقاء والمرونة المشبكية. تبرز أن التمرين يرفع بشكل كبير مستويات BDNF في الدورة الدموية النظامية، بشكل أساسي من خلال إطلاقه من الدماغ. يتم تصنيع BDNF في الشبكة الإندوبلازمية العصبية ومعالجته إلى شكله النشط، الذي يتفاعل بعد ذلك مع المشابك والأستروغليا عبر مستقبلاته، كيناز التيروزين B. يعتمد تصنيع BDNF على النشاط، حيث يعزز التمرين الحاد النشاط العصبي وبالتالي يعزز إنتاج BDNF، الذي يرتبط بتحسين الوظائف الإدراكية وتثبيت الذاكرة.
تشير الورقة أيضًا إلى أن مستويات BDNF في الدم يمكن أن تعمل كمؤشرات تنبؤية لمجموعة متنوعة من الحالات العصبية، بما في ذلك مرض الزهايمر والتعافي من السكتة الدماغية. بينما يتم إطلاق BDNF بشكل أساسي من الدماغ، تأتي بعض المساهمات من أنسجة أخرى مثل العضلات الهيكلية. يؤكد المؤلفون أنه على الرغم من انخفاض تركيزات BDNF في السائل الدماغي الشوكي (CSF) مقارنة بالدم، يمكن أن تعكس مستويات CSF نشاط الدماغ. يقدمون نتائج تشير إلى أن التمرين الحاد يزيد من BDNF عبر مجموعات مختلفة، بما في ذلك الدم الشرياني، ودم الوريد الوداجي الداخلي، وCSF، مما يشير إلى آلية جديدة لإطلاق BDNF من الدماغ إلى الدورة الدموية، متجاوزةً على الأرجح CSF.
الطرق
تمت الموافقة على الدراسة من قبل لجنة الأخلاقيات للبحوث السريرية في جامعة كولومبيا البريطانية (رقم H23-02303) والتزمت بإعلان هلسنكي ومعايير سياسة المجلس الثلاثي الكندي. قدم المشاركون موافقة مستنيرة بعد تلقي شروحات مفصلة حول الإجراءات والقياسات المعنية.
شمل البروتوكول التجريبي زيارة أولية لتقييم عتبة اللاكتات لكل مشارك والقدرة الهوائية القصوى قبل أسبوع من جلسة الاختبار الرئيسية. خلال هذه الزيارة، تم تسجيل كتلة الجسم والطول، تلاها اختبار دراجة هوائية تدريجي حتى الإرهاق، والذي استخدم قناع وجه لقياس عتبة اللاكتات والحد الأقصى لاستهلاك الأكسجين ($\dot{V}O_2$) باستخدام نظام Cosmed Quark PFT. في يوم التجربة الرئيسية، وصل المشاركون في الساعة 0800 أو 1600 بعد الامتناع عن الكحول لمدة لا تقل عن 12 ساعة، مع الحفاظ على تناول الكافيين العادي والعادات الغذائية، باستثناء عدم تناول السعرات الحرارية خلال ساعتين من جمع البيانات. خضع المشاركون لعملية قسطرة مع قنيات الشريان الشعاعي والوريد الوداجي الداخلي، تلاها إدخال ترمومتر مستقيمي لتصحيح درجة حرارة غازات الدم الشرياني. بعد ساعة من القسطرة، تم إعطاء الأنسولين (52 وحدة دولية) عن طريق الأنف، وتم رفع تركيز اللاكتات الشرياني من خلال التسريب المحيطي لمحلول لاكتات الصوديوم إلى 4 و8 مليمول لمدد 10 دقائق، قبل ساعة من التمرين.
النتائج
في الدراسة، تم تقييم تركيز عامل التغذية العصبية المشتق من الدماغ (BDNF) المجاني في كل من الدم الشرياني ودم الوريد الوداجي خلال خط الأساس الراحة. أشارت النتائج إلى أن BDNF المجاني شكل فقط 0.8 ± 0.5% من إجمالي BDNF في الدم الشرياني و4.3 ± 7.1% في دم الوريد الوداجي، مما يشير إلى أن BDNF يخضع للتفعيل البيولوجي أثناء مروره عبر الدماغ. وُجد أن الغالبية العظمى من BDNF في مجرى الدم مرتبطة بالصفيحات، مما يقيّد قدرتها على عبور حاجز الدماغ-الدم. ومن الجدير بالذكر أن تركيزات BDNF الكلي في الدم الشرياني كانت أعلى بـ $180,000$ مرة مقارنةً بالسائل الدماغي الشوكي (CSF)، بينما كانت تركيزات BDNF المجاني أعلى بـ $1,500$ مرة.
بعد التمرين، زادت مستويات BDNF في CSF بشكل كبير بمقدار 2.8 مرة (P = 0.008)، حيث أظهر 9 من أصل 13 مشاركًا زيادة، بينما شهد الأربعة المتبقيون انخفاضًا يتراوح بين 4%-30%. على الرغم من عدم اختلاف مستويات BDNF الكلي بين الدم الشرياني ودم الوريد الوداجي الداخلي أو من قبل إلى بعد التمرين، كانت BDNF المجاني، النشط بيولوجيًا، أعلى بشكل ملحوظ في دم الوريد الوداجي الداخلي مقارنةً بالدم الشرياني (P = 0.001) وزادت بعد التمرين (P = 0.009). كانت التغيرات في BDNF المجاني من قبل إلى بعد التمرين أكثر وضوحًا في دم الوريد الوداجي الداخلي (P = 0.014). ومع ذلك، لم تظهر الفروق بين الوريد والشريان في BDNF المجاني، التي تشير إلى الإفراز الدماغي، تغييرات كبيرة من خط الأساس إلى ما بعد التمرين (P = 0.119)، ولم يتم العثور على أي ارتباطات بين تركيزات BDNF في CSF ومستويات BDNF في الدم في أي نقطة زمنية.
المناقشة
في هذه الدراسة، نوضح أن التمرين يرفع بشكل كبير تركيزات عامل التغذية العصبية المشتق من الدماغ (BDNF) في كل من السائل الدماغي الشوكي (CSF) والدم. خضع ثلاثة عشر مشاركًا لياقة هوائية عالية لتمرين مكثف، وقمنا بقياس مستويات BDNF في الدم الشرياني، ودم الوريد الوداجي الداخلي، وCSF قبل وبعد التمرين. تشير نتائجنا إلى أن التمرين لا يزيد فقط من BDNF المجاني، النشط بيولوجيًا، في مجرى الدم، بل تشير أيضًا إلى أن الدماغ يصنع BDNF استجابةً للنشاط البدني، مما يساهم في زيادة المستويات في الدورة الدموية. ومن الجدير بالذكر أنه بينما ظلت الفروق بين الوريد والشريان لـ BDNF المجاني دون تغيير، فإن الزيادة العامة في BDNF في CSF تشير إلى إطلاق صافي من الدماغ أثناء التمرين.
نقترح أن الزيادة الملحوظة في BDNF في CSF تعكس تفاعلًا معقدًا لآليات إنتاج وإفراز BDNF، حيث يدخل BDNF بشكل أساسي إلى الدورة الدموية مباشرة من أنسجة الدماغ، على الأرجح عبر أطراف الأستروغليا. تسلط الدراسة أيضًا الضوء على الحاجة إلى تحسين الدقة الزمنية في قياس ديناميات BDNF، حيث توفر الأساليب الحالية فقط تركيزات “لقطة” قد لا تلتقط بالكامل حركيات إفراز BDNF وامتصاصه. بالإضافة إلى ذلك، نعترف بالتأثير المحتمل لنقص السكر في الدم الشرياني على مستويات BDNF، على الرغم من أن المساهمات المحددة للتمرين مقابل تركيز الجلوكوز لا تزال بحاجة إلى التوضيح. بشكل عام، تؤكد نتائجنا على العلاقة المعقدة بين التمرين وإنتاج BDNF وتوزيعه عبر مختلف الأقسام الفسيولوجية، مما يقترح طرقًا للبحث المستقبلي لفهم أفضل لديناميات BDNF في الدماغ البشري.
DOI: https://doi.org/10.1152/jn.00068.2026
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/42274457
Publication Date: 2026-06-11
Author(s): Jay M. J. R. Carr et al.
Primary Topic: Nerve injury and regeneration
Overview
This section of the research paper investigates the role of brain-derived neurotrophic factor (BDNF) in neuronal processes and its response to acute exercise. BDNF is crucial for neuronal differentiation, maturation, survival, and synaptic plasticity, and its levels in circulation are often used as a proxy for brain plasticity following exercise. The study uniquely measures both total and free BDNF in arterial and internal jugular venous blood, as well as in cerebrospinal fluid (CSF) obtained via lumbar puncture, before and after a two-hour cycling exercise session.
The findings confirm the hypothesis that exercise elevates BDNF concentrations in both systemic circulation and CSF. Notably, the study reports a net release of BDNF from the brain into the bloodstream, despite the CSF concentrations being significantly lower. This research underscores the potential of acute exercise as a therapeutic strategy to enhance brain health through increased BDNF levels, contributing to our understanding of neuroplasticity mechanisms in humans.
Introduction
The introduction of the research paper discusses the critical role of brain-derived neurotrophic factor (BDNF) in neuronal functions such as differentiation, maturation, survival, and synaptic plasticity. It highlights that exercise significantly elevates BDNF levels in systemic circulation, primarily through its release from the brain. BDNF is synthesized in the neuronal endoplasmic reticulum and processed into its active form, which then interacts with synapses and astroglia via its receptor, tyrosine kinase B. The synthesis of BDNF is activity-dependent, with acute exercise enhancing neuronal activity and consequently promoting BDNF production, which is linked to improved cognitive functions and memory consolidation.
The paper also notes that BDNF levels in blood can serve as prognostic indicators for various neurological conditions, including Alzheimer’s disease and stroke recovery. While BDNF is predominantly released from the brain, some contributions come from other tissues like skeletal muscle. The authors emphasize that, despite the lower concentrations of BDNF in cerebrospinal fluid (CSF) compared to blood, CSF levels can reflect brain activity. They present findings indicating that acute exercise increases BDNF across various pools, including arterial blood, internal jugular venous blood, and CSF, suggesting a novel mechanism of BDNF release from the brain into circulation, potentially bypassing the CSF.
Methods
The study was approved by the University of British Columbia’s clinical research ethics board (No. H23-02303) and adhered to the Declaration of Helsinki and Canadian Tri-Council policy standards. Participants provided informed consent after receiving detailed explanations of the procedures and measurements involved.
The experimental protocol involved a preliminary visit to assess each participant’s lactate threshold and maximal aerobic power one week prior to the main testing session. During this visit, body mass and height were recorded, followed by an incremental cycle ergometer test to exhaustion, which utilized a face mask for measuring lactate threshold and maximal oxygen uptake ($\dot{V}O_2$) with a Cosmed Quark PFT system. On the day of the main experiment, participants arrived at either 0800 or 1600 hours after abstaining from alcohol for at least 12 hours, while maintaining normal caffeine intake and dietary habits, except for no caloric intake within 2 hours of data collection. Participants underwent catheterization with radial artery and internal jugular bulb cannulae, followed by a rectal thermistor insertion for temperature correction of arterial blood gases. One hour post-catheterization, insulin (52 UI) was administered intranasally, and arterial lactate concentration was elevated through peripheral infusion of sodium lactate solution to 4 and 8 mmol for 10-minute stages, one hour prior to exercise.
Results
In the study, the concentration of free brain-derived neurotrophic factor (BDNF) was assessed in both arterial and jugular venous blood during a resting baseline. Results indicated that free BDNF constituted only 0.8 ± 0.5% of total BDNF in arterial blood and 4.3 ± 7.1% in jugular venous blood, suggesting that BDNF undergoes bioactivation as it passes through the brain. The majority of BDNF in the bloodstream was found to be bound to platelets, which restricts its ability to cross the blood-brain barrier. Notably, total BDNF concentrations in arterial blood were $180,000$-fold higher than in cerebrospinal fluid (CSF), while free BDNF concentrations were $1,500$-fold higher.
Following exercise, CSF BDNF levels increased significantly by 2.8-fold (P = 0.008), with 9 out of 13 participants showing an increase, while the remaining 4 experienced a decrease of 4%-30%. Although total BDNF levels did not differ between arterial and internal jugular venous blood or from pre- to post-exercise, free, bioactive BDNF was significantly higher in internal jugular venous blood compared to arterial blood (P = 0.001) and increased post-exercise (P = 0.009). The change in free BDNF from pre- to post-exercise was more pronounced in internal jugular venous blood (P = 0.014). However, the veno-arterial difference in free BDNF, indicative of cerebral release, did not show significant changes from baseline to post-exercise (P = 0.119), and no correlations were found between CSF BDNF concentrations and blood BDNF levels at any time point.
Discussion
In this study, we demonstrate that exercise significantly elevates brain-derived neurotrophic factor (BDNF) concentrations in both cerebrospinal fluid (CSF) and blood. Thirteen aerobically fit participants underwent intense exercise, and we measured BDNF levels in arterial blood, internal jugular venous blood, and CSF before and after exercise. Our findings indicate that exercise not only increases free, bioactive BDNF in the bloodstream but also suggests that the brain synthesizes BDNF in response to physical activity, contributing to elevated levels in circulation. Notably, while the veno-arterial difference of free BDNF remained unchanged, the overall increase in CSF BDNF implies a net release from the brain during exercise.
We propose that the observed increase in CSF BDNF reflects a complex interplay of BDNF production and release mechanisms, where BDNF primarily enters circulation directly from brain tissue, likely through astrocytic endfeet. The study also highlights the need for improved temporal resolution in measuring BDNF dynamics, as current methodologies provide only “snapshot” concentrations that may not fully capture the kinetics of BDNF release and uptake. Additionally, we acknowledge the potential influence of arterial hypoglycemia on BDNF levels, although the specific contributions of exercise versus glucose concentration remain to be clarified. Overall, our results underscore the intricate relationship between exercise, BDNF production, and its distribution across different physiological compartments, suggesting avenues for future research to better understand BDNF dynamics in the human brain.