Post-stroke BDNF Concentration Changes Following Physical Exercise: A Systematic Review

Carolina Carmona Alcântara, Luisa Fernanda Garcia Salazar, Marcela Abreu Silva-Couto, Gabriela Lopes Santos, Darcy Reisman, Thiago Luiz Russo

Research output: Contribution to journalArticle

5 Citations (Scopus)

Abstract

Background: Research over the last two decades has highlighted the critical role of Brain-derived neurotrophic factor (BDNF) in brain neuroplasticity. Studies suggest that physical exercise may have a positive impact on the release of BDNF and therefore, brain plasticity. These results in animal and human studies have potential implications for the recovery from damage to the brain and for interventions that aim to facilitate neuroplasticity and, therefore, the rehabilitation process.

Purpose: The aim of this study was to carry out a systematic review of the literature investigating how aerobic exercises and functional task training influence BDNF concentrations post-stroke in humans and animal models.

Data Sources: Searches were conducted in PubMed (via National Library of Medicine), SCOPUS (Elsevier), CINAHL with Full Text (EBSCO), MEDLINE 1946—present with daily updates (Ovid) and Cochrane.

Study Selection: All of the database searches were limited to the period from January, 2004 to May, 2017.

Data Extraction: Two reviewers extracted study details and data. The methodological quality of the studies that used animal models was assessed using the ARRIVE Guidelines, and the study that evaluated human BDNF was assessed using the PEDro Scale.

Data Synthesis: Twenty-one articles were included in this review. BDNF measurements were performed systemically (serum/plasma) or locally (central nervous system). Only one study evaluated human BDNF concentrations following physical exercise, while 20 studies were experimental studies using a stroke model in animals. A wide variation was observed in the training protocol between studies, although treadmill walking was the most common type of intervention among the studies. Studies were of variable quality: the studies that used animal models scored from 8/20 to 15/20 according to the ARRIVE Guidelines. The only study that evaluated human subjects scored 5/10 according to the PEDro scale and, which indicates a quality classified as “fair”.

Conclusions: The results of the current systematic review suggest that aerobic exercise promotes changes in central BDNF concentrations post-stroke. On the other hand, BDNF responses following functional exercises, such as reaching training and Constraint Induced Movement Therapy (CIMT), seem to be still controversial. Given the lack of studies evaluating post-stroke BDNF concentration following physical exercise in humans, these conclusions are based on animal work.
Original languageEnglish
Article number637
JournalFrontiers in Neurology
Volume9
Issue number637
DOIs
StatePublished - Aug 28 2018

Cite this

Alcântara, Carolina Carmona ; Garcia Salazar, Luisa Fernanda ; Silva-Couto, Marcela Abreu ; Santos, Gabriela Lopes ; Reisman, Darcy ; Russo, Thiago Luiz. / Post-stroke BDNF Concentration Changes Following Physical Exercise: A Systematic Review. In: Frontiers in Neurology. 2018 ; Vol. 9, No. 637.
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abstract = "Antecedentes: La investigaci{\'o}n de las {\'u}ltimas dos d{\'e}cadas ha puesto de relieve el papel fundamental del factor neurotr{\'o}fico derivado del cerebro (BDNF, por sus siglas en ingl{\'e}s) en la neuroplasticidad cerebral. Los estudios sugieren que el ejercicio f{\'i}sico puede tener un impacto positivo en la liberaci{\'o}n de BDNF y, por lo tanto, en la plasticidad cerebral. Estos resultados en estudios en animales y humanos tienen implicaciones potenciales para la recuperaci{\'o}n del da{\~n}o cerebral y para las intervenciones que tienen como objetivo facilitar la neuroplasticidad y, por lo tanto, el proceso de rehabilitaci{\'o}n.Prop{\'o}sito: El objetivo de este estudio fue llevar a cabo una revisi{\'o}n sistem{\'a}tica de la literatura que investiga c{\'o}mo los ejercicios aer{\'o}bicos y el entrenamiento funcional influyen en las concentraciones de BDNF despu{\'e}s del accidente cerebrovascular en humanos y modelos animales.Fuentes de datos: Las b{\'u}squedas se realizaron en PubMed (a trav{\'e}s de la National Library of Medicine), SCOPUS (Elsevier), CINAHL con texto completo (EBSCO), MEDLINE 1946-presente con actualizaciones diarias (Ovid) y Cochrane.Selecci{\'o}n de estudios: Todas las b{\'u}squedas en la base de datos se limitaron al per{\'i}odo comprendido entre enero de 2004 y mayo de 2017.Extracci{\'o}n de datos: Dos revisores extrajeron los detalles y los datos de los estudios. La calidad metodol{\'o}gica de los estudios que utilizaron modelos animales se evalu{\'o} mediante las gu{\'i}as ARRIVE, y el estudio que evalu{\'o} el BDNF humano se evalu{\'o} mediante la escala PEDro.S{\'i}ntesis de datos: Se incluyeron 21 art{\'i}culos en esta revisi{\'o}n. Las mediciones de BDNF se realizaron de forma sist{\'e}mica (suero/plasma) o local (sistema nervioso central). S{\'o}lo un estudio evalu{\'o} las concentraciones de BDNF en humanos despu{\'e}s del ejercicio f{\'i}sico, mientras que 20 estudios fueron estudios experimentales que utilizaron un modelo de accidente cerebrovascular en animales. Se observ{\'o} una amplia variaci{\'o}n en el protocolo de entrenamiento entre los estudios, aunque la caminata en cinta rodante fue el tipo de intervenci{\'o}n m{\'a}s frecuente entre los estudios. Los estudios fueron de calidad variable: los estudios que utilizaron modelos animales puntuaron de 8/20 a 15/20 de acuerdo con las Directrices ARRIVE. El {\'u}nico estudio que evalu{\'o} sujetos humanos obtuvo una puntuaci{\'o}n de 5/10 seg{\'u}n la escala PEDro, lo que indica una calidad clasificada como {"}buena{"}.Conclusiones: Los resultados de la presente revisi{\'o}n sistem{\'a}tica indican que el ejercicio aer{\'o}bico promueve cambios en las concentraciones centrales de BDNF despu{\'e}s del accidente cerebrovascular. Por otro lado, las respuestas de la BDNF despu{\'e}s de los ejercicios funcionales, tales como alcanzar el entrenamiento y la Terapia de Movimiento Inducido por Restricci{\'o}n (TMIR), parecen ser todav{\'i}a controvertidas. Dada la falta de estudios que eval{\'u}en la concentraci{\'o}n de BDNF despu{\'e}s de un accidente cerebrovascular despu{\'e}s del ejercicio f{\'i}sico en humanos, estas conclusiones se basan en el trabajo en animales.",
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Post-stroke BDNF Concentration Changes Following Physical Exercise: A Systematic Review. / Alcântara, Carolina Carmona; Garcia Salazar, Luisa Fernanda; Silva-Couto, Marcela Abreu; Santos, Gabriela Lopes; Reisman, Darcy; Russo, Thiago Luiz.

In: Frontiers in Neurology, Vol. 9, No. 637, 637, 28.08.2018.

Research output: Contribution to journalArticle

TY - JOUR

T1 - Post-stroke BDNF Concentration Changes Following Physical Exercise: A Systematic Review

AU - Alcântara, Carolina Carmona

AU - Garcia Salazar, Luisa Fernanda

AU - Silva-Couto, Marcela Abreu

AU - Santos, Gabriela Lopes

AU - Reisman, Darcy

AU - Russo, Thiago Luiz

PY - 2018/8/28

Y1 - 2018/8/28

N2 - Antecedentes: La investigación de las últimas dos décadas ha puesto de relieve el papel fundamental del factor neurotrófico derivado del cerebro (BDNF, por sus siglas en inglés) en la neuroplasticidad cerebral. Los estudios sugieren que el ejercicio físico puede tener un impacto positivo en la liberación de BDNF y, por lo tanto, en la plasticidad cerebral. Estos resultados en estudios en animales y humanos tienen implicaciones potenciales para la recuperación del daño cerebral y para las intervenciones que tienen como objetivo facilitar la neuroplasticidad y, por lo tanto, el proceso de rehabilitación.Propósito: El objetivo de este estudio fue llevar a cabo una revisión sistemática de la literatura que investiga cómo los ejercicios aeróbicos y el entrenamiento funcional influyen en las concentraciones de BDNF después del accidente cerebrovascular en humanos y modelos animales.Fuentes de datos: Las búsquedas se realizaron en PubMed (a través de la National Library of Medicine), SCOPUS (Elsevier), CINAHL con texto completo (EBSCO), MEDLINE 1946-presente con actualizaciones diarias (Ovid) y Cochrane.Selección de estudios: Todas las búsquedas en la base de datos se limitaron al período comprendido entre enero de 2004 y mayo de 2017.Extracción de datos: Dos revisores extrajeron los detalles y los datos de los estudios. La calidad metodológica de los estudios que utilizaron modelos animales se evaluó mediante las guías ARRIVE, y el estudio que evaluó el BDNF humano se evaluó mediante la escala PEDro.Síntesis de datos: Se incluyeron 21 artículos en esta revisión. Las mediciones de BDNF se realizaron de forma sistémica (suero/plasma) o local (sistema nervioso central). Sólo un estudio evaluó las concentraciones de BDNF en humanos después del ejercicio físico, mientras que 20 estudios fueron estudios experimentales que utilizaron un modelo de accidente cerebrovascular en animales. Se observó una amplia variación en el protocolo de entrenamiento entre los estudios, aunque la caminata en cinta rodante fue el tipo de intervención más frecuente entre los estudios. Los estudios fueron de calidad variable: los estudios que utilizaron modelos animales puntuaron de 8/20 a 15/20 de acuerdo con las Directrices ARRIVE. El único estudio que evaluó sujetos humanos obtuvo una puntuación de 5/10 según la escala PEDro, lo que indica una calidad clasificada como "buena".Conclusiones: Los resultados de la presente revisión sistemática indican que el ejercicio aeróbico promueve cambios en las concentraciones centrales de BDNF después del accidente cerebrovascular. Por otro lado, las respuestas de la BDNF después de los ejercicios funcionales, tales como alcanzar el entrenamiento y la Terapia de Movimiento Inducido por Restricción (TMIR), parecen ser todavía controvertidas. Dada la falta de estudios que evalúen la concentración de BDNF después de un accidente cerebrovascular después del ejercicio físico en humanos, estas conclusiones se basan en el trabajo en animales.

AB - Antecedentes: La investigación de las últimas dos décadas ha puesto de relieve el papel fundamental del factor neurotrófico derivado del cerebro (BDNF, por sus siglas en inglés) en la neuroplasticidad cerebral. Los estudios sugieren que el ejercicio físico puede tener un impacto positivo en la liberación de BDNF y, por lo tanto, en la plasticidad cerebral. Estos resultados en estudios en animales y humanos tienen implicaciones potenciales para la recuperación del daño cerebral y para las intervenciones que tienen como objetivo facilitar la neuroplasticidad y, por lo tanto, el proceso de rehabilitación.Propósito: El objetivo de este estudio fue llevar a cabo una revisión sistemática de la literatura que investiga cómo los ejercicios aeróbicos y el entrenamiento funcional influyen en las concentraciones de BDNF después del accidente cerebrovascular en humanos y modelos animales.Fuentes de datos: Las búsquedas se realizaron en PubMed (a través de la National Library of Medicine), SCOPUS (Elsevier), CINAHL con texto completo (EBSCO), MEDLINE 1946-presente con actualizaciones diarias (Ovid) y Cochrane.Selección de estudios: Todas las búsquedas en la base de datos se limitaron al período comprendido entre enero de 2004 y mayo de 2017.Extracción de datos: Dos revisores extrajeron los detalles y los datos de los estudios. La calidad metodológica de los estudios que utilizaron modelos animales se evaluó mediante las guías ARRIVE, y el estudio que evaluó el BDNF humano se evaluó mediante la escala PEDro.Síntesis de datos: Se incluyeron 21 artículos en esta revisión. Las mediciones de BDNF se realizaron de forma sistémica (suero/plasma) o local (sistema nervioso central). Sólo un estudio evaluó las concentraciones de BDNF en humanos después del ejercicio físico, mientras que 20 estudios fueron estudios experimentales que utilizaron un modelo de accidente cerebrovascular en animales. Se observó una amplia variación en el protocolo de entrenamiento entre los estudios, aunque la caminata en cinta rodante fue el tipo de intervención más frecuente entre los estudios. Los estudios fueron de calidad variable: los estudios que utilizaron modelos animales puntuaron de 8/20 a 15/20 de acuerdo con las Directrices ARRIVE. El único estudio que evaluó sujetos humanos obtuvo una puntuación de 5/10 según la escala PEDro, lo que indica una calidad clasificada como "buena".Conclusiones: Los resultados de la presente revisión sistemática indican que el ejercicio aeróbico promueve cambios en las concentraciones centrales de BDNF después del accidente cerebrovascular. Por otro lado, las respuestas de la BDNF después de los ejercicios funcionales, tales como alcanzar el entrenamiento y la Terapia de Movimiento Inducido por Restricción (TMIR), parecen ser todavía controvertidas. Dada la falta de estudios que evalúen la concentración de BDNF después de un accidente cerebrovascular después del ejercicio físico en humanos, estas conclusiones se basan en el trabajo en animales.

U2 - doi: 10.3389/fneur.2018.00637

DO - doi: 10.3389/fneur.2018.00637

M3 - Artículo

VL - 9

JO - Frontiers in Neurology

JF - Frontiers in Neurology

SN - 1664-2295

IS - 637

M1 - 637

ER -