lunes, 17 de agosto de 2015

El ejercicio físico y su relación con el cerebro




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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