El ejercicio físico
libera un gran número de sustancias que regulan cambios estructurales y
funcionales en el cerebro.
El Dr. Marc
Roig. PhD. Profesor de la Escuela de
Fisioterapia y Terapia Ocupacional de la Facultad de Medicina de la
Universidad de McGill, Montreal, Canadá, en el extenso trabajo en que colaboró con
Drobnic, Franchek (Coord.); García, Àngels; Roig, Marc; Gabaldón, Sabel;
Torralba, Francesc; Cañada, David; GonzálezGross, Marcela; Román, Blanca;
Guerra, Myriam; Segura, Saioa; Álvaro, Montserrat; Til, Luis; Ullot, Rossend; Esteve,
Isidre; Prat, Fortià. (2013). “La actividad física mejora el aprendizaje y el
rendimiento escolar. Los beneficios del ejercicio en la salud integral del niño
a nivel físico, mental y en la generación de valores”. Esplugues de Llobregat (Barcelona):
Hospital Sant Joan de Déu. Disponible en la web:www.faroshsjd.net, afirma:
“Estudios realizados en
animales y humanos demuestran que la actividad física, y el ejercicio
cardiovascular en particular, producen profundos cambios funcionales y estructurales
en el sistema nervioso, y en el cerebro en particular.
La mayoría de estos
cambios se inician a nivel molecular con la liberación de un gran número de
sustancias como respuesta al ejercicio y que modulan algunos de los procesos
cognitivos involucrados en las mejoras cognitivas observadas con la actividad
física.
Por ejemplo, el
ejercicio intenso aumenta la concentración de neurotransmisores. Un
neurotransmisor es una biomolécula que transmite información de una neurona (un
tipo de célula del sistema nervioso) a otra neurona consecutiva, unidas
mediante una sinapsis. Entre los neurotransmisores que se concentran con el
ejercicio intenso se pueden citar la serotonina, la dopamina, la adrenalina y
la noradrenalina.
Algunos de estos
neurotransmisores modulan procesos cognitivos como la consolidación de la
memoria.
Otro importante grupo de
sustancias que aumentan con el ejercicio son los factores neurotróficos.
Los factores
neurotróficos son una familia de proteínas que favorecen la supervivencia de
las neuronas. Estas sustancias pertenecen a una familia de factores de
crecimiento que son un tipo de proteínas que se vierten al torrente sanguíneo y
son capaces de unirse a receptores de determinadas células para estimular su supervivencia,
crecimiento o diferenciación.
Los factores que
aumentan son el factor neurotrófico derivado del cerebro (Brain-Derived Neurotrophic Factor, BDNF), el factor de crecimiento
insulínico tipo 1 (Insulin-like Growth
Factor, IGF) y el factor de crecimiento vascular endotelial (Vascular Endothelial Growth Factor, VEGF).
Un gran número de
estudios animales ha demostrado que estos factores inician y modulan adaptaciones
supramoleculares como el aumento del número de neuronas (neurogénesis),
capilares sanguíneos (angiogénesis) y conexiones neuronales (sinaptogénesis).
Existe una sólida
evidencia de que algunos de estos factores también son fundamentales en
procesos cognitivos relacionados con el aprendizaje y la memoria”.
Estudios recientes han
confirmado que las respuestas moleculares al ejercicio y las relaciones que establecen
con el rendimiento cognitivo también acontecen en humanos.
Por ejemplo, en un
estudio reciente se analizó el impacto del ejercicio físico intenso en la
adquisición y retención de una tarea motora en jóvenes y se encontró que 15
minutos de un ejercicio físico intenso fueron suficientes para mejorar la
memoria motora.
Hay que añadir que el
aumento en la concentración de algunas sustancias analizadas en muestras de
sangre tomadas inmediatamente después del ejercicio como el lactato, la
noradrenalina y el BDNF mostraron correlaciones claras con la capacidad de
retención del aprendizaje motor.
Es decir, los individuos
que mostraban concentraciones más altas de estas sustancias después del ejercicio
eran capaces de retener mejor el aprendizaje adquirido.
En un estudio muy
similar, (Winter B, Breitenstein C, Mooren FC, Voelker K,
Fobker M, et al. (2007) High impact running improves learning. Neurobiology of Learning
& Memory 87: 597-609) observaron que la realización de dos carreras de 3
minutos a una alta intensidad aceleraba el aprendizaje verbal y mejoraba la
retención de vocabulario a largo plazo.
En este estudio, la concentración
de sustancias como el BDNF, la dopamina y la adrenalina después del ejercicio
mostró correlaciones con la mejora del aprendizaje y la memoria verbal.
Similares estudios han
confirmado la mediación de estas sustancias en las mejoras cognitivas producidas
por el ejercicio en personas de avanzada edad y con déficits de memoria.
El Dr. Marc Roig también afirma que el
ejercicio físico modifica la función y estructura del cerebro a nivel supramolecular,
para ello dice que estudios en animales demuestran que el ejercicio
cardiovascular estimula la neurogénesis, angiogénesis y sinaptogénesis en zonas
relacionadas con la formación de memoria y la regulación del estrés como por
ejemplo el hipocampo.
Añade que otras
adaptaciones supramoleculares estimuladas por el ejercicio físico afectan a
otros tejidos cerebrales, y da como ejemplo los astrocitos y otras células
glíales que alimentan y estructuran el tejido neuronal y que también aumentan
de volumen con ciertos tipos de actividad cardiovascular.
Explica que estos
cambios estructurales van normalmente acompañados de otros cambios funcionales
como por ejemplo un aumento de la plasticidad y de la potenciación sináptica.
Los estudios que revisó
el Dr. Roig con modelos animales demuestran a su ver que existe una relación
causal directa entre algunas de estas adaptaciones supramoleculares y el
rendimiento en tareas que requieren algunos tipos específicos de memoria y
aprendizaje. Estas asociaciones sugieren que algunas de estas adaptaciones son
importantes y funcionalmente necesarias para optimizar el rendimiento
cognitivo.
Sin embargo, lamenta que
solo algunas de las adaptaciones supramoleculares producidas por el ejercicio
físico observadas en estudios animales han podido ser replicados en
experimentos con humanos. Debido a las limitaciones derivadas de la
experimentación con humanos y la imposibilidad de analizar directamente cambios
en tejidos cerebrales en respuesta al ejercicio, cuestiones como por ejemplo la
creación de nuevas neuronas en zonas del hipocampo solo se han podido demostrar
de forma indirecta.
En su estudio Pereira y colaboradores (Pereira
AC, Huddleston DE, Brickman AM, Sosunov AA, Hen R, et al. (2007) An in vivo
correlate of
exercise-induced
neurogenesis in the adult dentate gyrus. Proc Natl Acad Sci USA 104: 5638-5643.), observaron un aumento del volumen sanguíneo
en el giro dentado del hipocampo en humanos de mediana edad (21-45 años)
después de tres meses de ejercicio cardiovascular.
Curiosamente, se observa
en el estudio, que este aumento de volumen sanguíneo estaba correlacionado a la
vez con una mejora del fitness cardiovascular
y el rendimiento en una tarea cognitiva relacionada con la memoria.
Dado que el aumento de
volumen sanguíneo en el giro dentado en ratas está asociado a un aumento del
número de neuronas los autores concluyeron que el aumento de volumen sanguíneo
en humanos es una demostración indirecta de neurogénesis como respuesta al
ejercicio cardiovascular.
Desafortunadamente,
según afirma el Dr. Roig, no existen
estudios que hayan investigado adaptaciones moleculares y, sobretodo
supramoleculares, en cerebros humanos, y aún menos en cerebros en pleno
desarrollo como es el caso del de los niños.
No obstante, reitera que
los resultados de algunos experimentos con animales sugieren que, en general,
las respuestas del sistema nervioso al ejercicio físico tienden a disminuir con
la edad.
Por ejemplo, en animales
de edad más avanzada, las adaptaciones moleculares y supramoleculares y las
consiguientes mejoras del rendimiento cognitivo producidas por el ejercicio
físico acostumbran a ser de menor magnitud que en animales más jóvenes.
Estos resultados son
consistentes con la hipótesis que la adaptabilidad del sistema nervioso, lo que
se conoce como neuroplasticidad, disminuye con la edad. Desde un punto de vista
práctico, esto refuerza la idea de ampliar la “reserva cognitiva” estableciendo
hábitos de actividad física en edades tempranas para asegurar una buena salud
cognitiva en etapas posteriores de la vida, en las cuales, a pesar de que el
sistema nervioso aún mantiene un cierto potencial de adaptación, las mejoras cognitivas
causadas por el ejercicio son posiblemente más difíciles de obtener.
Finalmente, en su
colaboración citada, el Dr. Roig concluye que el ejercicio físico modifica la
estructura y función del cerebro.
Dice que el desarrollo de sofisticadas técnicas
neurofisiológicas y de imagen como la electroencefalografía o la resonancia
magnética han permitido observar, con gran detalle, como la actividad física
modela aspectos funcionales y estructurales del cerebro humano a un nivel
macroscópico. Da como ejemplo el siguiente: en un estudio transversal, (Erickson KI, Prakash RS, Voss MW, Chaddock L,
Hu L, et al. (2009) Aerobic fitness is associated with hippocampal volume in elderly humans.
Hippocampus 19: 1030-1039.), se demostró
que en personas de edad avanzada existe una asociación directa entre el nivel
de fitness cardiovascular y el
volumen del hipocampo.
En un estudio longitudinal posterior, (Erickson
KI, Voss MW, Prakash RS, Basak C, Szabo A, et al. (2011) Exercise training
increases
size of hippocampus and
improves memory. Proc Natl Acad Sci USA 108: 3017-3022.) los mismos autores demostraron que doce meses
de ejercicio cardiovascular son suficientes para producir un aumento del
volumen del hipocampo en sujetos con una edad media de 60 años. Roig añade que
lo más interesante de este estudio es que el aumento del hipocampo se asoció a
una mejora de la memoria espacial, lo que sugiere que los cambios producidos
por el ejercicio tienen relevancia en la función cognitiva.
Otros estudios con personas
de edad avanzada han demostrado que el ejercicio cardiovascular también puede
mejorar la eficiencia de los patrones de activación cerebral en áreas como el
córtex cingulado anterior así como la conectividad entre diversas áreas
corticales frontales, posteriores y temporales.
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