How do different physical exercise parameters modulate brain-derived neurotrophic factor in healthy and non-healthy adults? A systematic review, meta-analysis and meta-regression

Abstract

Brain-derived neurotrophic factor (BDNF) is a neurotrophin that plays crucial role on synaptic plasticity, neurogenesis, and neuroprotection. Exercise has been established as capable to increase BDNF level in the elderly, leading to improvement in brain functions, including learning and memory. However, there is no data regarding recommendation protocol that may lead to BDNF increase in this population. Then, we conducted a systematic review and meta-analysis to address this issue. We searched on nine large electronic databases until September 2018. Articles that evaluated the effect of exercise training on BDNF level were included. Regarding meta-analysis, random effect and meta-regression were conducted. Across twenty-five included studies in meta-analysis ( n = 2152), we found exercise could lead to significant increase in BDNF level in adults (596.33 pg/ml) (95% CI: 471.76–720.89; P < 0.001; I 2 = 97.5%; n = 921) comparing to control groups. Interestingly, this increase was independent of age group and health status. Meta-regression analyses found that variables such as age, exercise intensity, session and intervention duration, and exercise modality contribute to heterogeneity in terms of the entire population. Respecting study limitations, we suggest based on our results and available evidence, the following FITT-based exercise recommendation to improve BDNF level: Frequency: 2–3 times per week; Intensity: at least 65% of VO 2 max; Type: moderate-intensity continuous training; Time: at least 40 minutes. Also, exercise is more effective at improving the BDNF level in lengthier intervention, and exercise intensity is linearly associated with BDNF changes. Le facteur neurotrophique dérivé du cerveau (BDNF) est une neurotrophine qui joue un rôle crucial dans la plasticité synaptique, la neurogenèse et la neuroprotection. L’exercice a été établi comme étant capable d’augmenter le niveau de BDNF chez les personnes âgées, conduisant à une amélioration des fonctions cérébrales, y compris l’apprentissage et la mémoire. Cependant, il n’existe aucune donnée concernant le protocole de recommandation susceptible d’entraîner une augmentation du BDNF dans cette population. Nous avons ensuite procédé à un examen systématique et à une méta-analyse pour résoudre ce problème. Nous avons effectué des recherches dans neuf grandes bases de données électroniques jusqu’en septembre 2018. Les articles qui évaluaient l’effet de l’entraînement sur le niveau d’exercice de BDNF étaient inclus. En ce qui concerne la méta-analyse, un effet aléatoire et une méta-régression ont été réalisés. Parmi les vingt-cinq études incluses dans la méta-analyse ( n = 2152), nous avons constaté que l’exercice pouvait entraîner une augmentation significative du taux de BDNF chez l’adulte (596,33 pg/mL) (IC 95 % : 471,76–720,89 ; p < 0,001 ; I 2 = 97,5). Des analyses de méta-régression ont montré que des variables telles que l’âge, l’intensité de l’exercice, la durée de la séance et de l’intervention, et la modalité de l’exercice contribuaient à l’hétérogénéité. En ce qui concerne les limites de l’étude, nous suggérons, en fonction de nos résultats et des preuves disponibles, la recommandation d’exercice suivante basée sur l’évaluation FITT pour améliorer le niveau de BDNF : fréquence : 2 à 3 fois par semaine ; intensité : au moins 65 % de la VO 2 max ; type : MICT ; temps : au moins 40 minutes. En outre, l’exercice est plus efficace pour améliorer le niveau de BDNF lors d’interventions plus longues et son intensité est associée de manière linéaire aux modifications du BDNF.