El ejercicio aeróbico en la plasticidad neuronal y conductual

En esta entrada analizaremos cómo afecta la práctica frecuente de ejercicio aeróbico en las áreas del cerebro encargadas del aprendizaje, la cognición y la emoción. Es bien sabido que el ejercicio afecta a la salud física y mental de las personas, en particular a niños y adolescentes el ejercicio muestra una relación proporcionalmente inversa con la depresión, la ansiedad y la autoestima

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A través de ensayos experimentales se ha demostrado que el ejercicio afecta a la función cognitiva, especialmente en niños pequeños de 4 a 7 años, produciendo una mayor actividad de la corteza prefrontal bilateral y una menor actividad bilateral posterior, obteniéndose así mejores resultados en la atención y la velocidad de aprendizaje. Las estructuras subcorticales se ven afectadas por la actividad física, en concreto la memoria y el rendimiento. Como consecuencia se aumenta la reserva cognitiva, que previene la degeneración neuronal en un futuro.

El ejercicio reduce el nivel de depresión o el riesgo a padecerla, pudiendo ser usado como un posible tratamiento. De hecho, se está teniendo el mismo resultado que con el tratamiento farmacológico para ataques de ansiedad. La intensidad es importante, obteniéndose mejores resultados con  el ejercicio aeróbico que a baja intensidad o de relajación.

En adultos el ejercicio aeróbico produce un aumento de la materia blanca y gris, lo que conduce a un atraso del deterioro neuronal y enfermedades relacionadas como el Alzheimer, funcionando también con pacientes que hayan tenido un  accidente cerebrovascular.

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Para estudios del efecto del ejercicio sobre animales se realiza una prueba a campo abierto con ratones. Los resultados obtenidos fueron que los ratones sometidos a esfuerzo físico se quedaban en el centro sin explorar, ni cruzar cuadrantes tratando de escaparse, demostrando así una disminución de la ansiedad. Se llegó a la conclusión de que el ejercicio a corto plazo ayuda a proteger contra la ansiedad producida por contextos desconocidos y estímulos ambientales. Este beneficio es obtenido por el ejercicio, en general, sin tener en cuenta la naturaleza del mismo. Dicho esto, la actividad física podría ser explorada como un método utilizado para poner en marcha el tratamiento del miedo patológico en los seres humanos.

Hay pruebas de que los programas de ejercicio a corto plazo mejoran el aprendizaje y la memoria en animales (memoria explícita e implícita). Siete días de ejercicio forzado serían suficientes para mejorar el rendimiento de reconocimiento de objetos, disminuyendo considerablemente la mejoría después de éste.

 

Para periodos más largos de 8 meses se mostró que en animales aumentaba la ansiedad. Aunque los resultados cambiaban ligeramente si el ejercicio era de manera voluntaria, a partir de cierto periodo creció el nivel de ansiedad debido posiblemente a la irregularidad del tipo de ejercicio. El nivel de efectividad fue muy alto para mejorar la depresión.

En general, la investigación indica que, en animales, la actividad física es beneficiosa especialmente para el aprendizaje espacial. Existe cierta evidencia que sugiere que la naturaleza del ejercicio no afecta al grado del aprendizaje.

La contribución de la neurogénesis, que es la creación de neuronas para la sustitución de antiguas o el apoyo de otras en el aprendizaje y la memoria, se complica aún más por la evidencia reciente que sugiere que las neuronas recién proliferadas no son incorporadas inmediatamente y funcionalmente en las redes de aprendizaje existentes.

La angiogénesis (el surgimiento de nuevos vasos sanguíneos a partir de capilares preexistentes) es un proceso fisiológico importante en el desarrollo, así como en condiciones patológicas tales como el crecimiento tumoral. Aunque inicialmente se cree que es un fenómeno exclusivamente del desarrollo, la angiogénesis no patológica se entiende que se produce también en animales adultos en respuesta a la experiencia, incluyendo tanto el ejercicio como la exposición a ambientes estimulantes. El ejercicio aumenta el flujo sanguíneo, la densidad vascular y la angiogénesis en el hipocampo y la corteza motora. Los resultados de este estudio indican que la angiogénesis es un componente crítico de la facilitación cognitiva inducida por el ejercicio. Parece como si la conexión entre la neurogénesis y la angiogénesis pudiera ser una relación funcional, con lo que la neurogénesis requiere de la angiogénesis. Esta evolución en el tiempo sugiere que la angiogénesis puede ocurrir en respuesta a un aumento de la neurogénesis en un esfuerzo por proporcionar niveles adecuados de soporte metabólico de las neuronas recién establecidas para diferenciarse, sobrevivir, e integrarse en el circuito neuronal existente.

Una consecuencia interesante del ejercicio aeróbico agudo es la apoptosis, o muerte celular programada. No se encontraron niveles de apoptosis elevados después de programas de ejercicio a largo plazo y se obtuvo que a muy corto plazo, el ejercicio se asocia con el sistema nervioso central. Por lo tanto, cuando el animal se expone a la actividad aeróbica, aquellas células que tienen recursos insuficientes (debido a que requieren la disponibilidad metabólica adicional) para apoyar el aumento de la actividad asociada con el ejercicio, se someten a la apoptosis.

Como se ha descrito anteriormente, el ejercicio da como resultado cambios significativos en la anatomía y morfología del cerebro. En concreto, el ejercicio tiene una influencia significativa en la angiogénesis y la neurogénesis, pudiendo incluso regular el proceso de degeneración neuronal y cambiando patrones moleculares.

El ejercicio también es capaz de regular positivamente la expresión del VEGF (Factor de Crecimiento Endotelial Vascular) y desempeña un papel vital en la angiogénesis inducida. De hecho, varios de los mismos mecanismos que conducen a la angiogénesis y aumento del flujo sanguíneo en el cerebro también se han identificado en la periferia, particularmente en el músculo-esquelético.

El encontrar grandes cantidades de neuronas adultas también ha conseguido demostrar que el ejercicio tiene influencias en el factor neurotrófico derivado del cerebro (BDNF), que se encarga de la supervivencia neuronal principalmente durante los procesos de desarrollo. Además se ha visto una influencia en el factor de crecimiento nervioso (NGF) debido a un aumento significativo de los niveles de proteína NGF en el cuerpo estriado y la corteza de los animales expuestos a ejercicio, dando como resultado la idea de que neurogénesis y la angiogénesis son procesos superpuestos.

 

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Imagen de los efectos del ejercicio sobre el sistema circulatorio y función cognitiva. Extraída de DOI: 10.1097/JES.0b013e3182553430)

En general, la investigación en relación con los cambios morfológicos en el cerebro y su relación con la actividad de IGF-1 indican que este factor de crecimiento es vital para el apoyo a la plasticidad cerebral inducida por el ejercicio.

Como conclusión podemos asegurar que aunque la relación exacta del ejercicio físico con la salud mental y la función cognitiva es desconocida, se sabe que interviene en procesos como la neurogénesis, la angiogénesis y apoptosis. El hecho de que los cambios inducidos por el ejercicio en la anatomía del cerebro o la fisiología son acompañados de cambios en el rendimiento de comportamiento, pone de relieve la importancia de continuar con la investigación con respecto a las formas en que la actividad física puede beneficiar a la población.

Post de nuestra colaboradora Cristina Sáenz Jiménez ( twitter: @csaeji)

 

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