Al evaluar los efectos del ejercicio en animales se obtienen los beneficios de reducir algunas variables confusoras que a menudo están presentes en los estudios humanos, y proporcionan una aproximación a la plasticidad neurocognitiva inducida por el ejercicio mediante un enfoque traslacional o entre especies.
Los estudios (Kramer AF, 2006) que proporcionan evidencia del óptimo uso de modelos animales para evaluar los efectos del ejercicio sobre las poblaciones humanas, han utilizado diversos marcos: 1) Que el ejercicio aeróbico mejora el rendimiento del comportamiento en el aprendizaje y la
memoria en los animales jóvenes y viejos.
2) Que la actividad neuronal y la potenciación a largo plazo (LTP) de un modelo de memoria, se mejoran con el ejercicio.
3) Que los factores moleculares asociados con la plasticidad cerebral están disregulados durante el ejercicio en los animales jóvenes y viejos.
4) Que el ejercicio promueve el crecimiento de nuevas neuronas y la vascularización en animales adultos.
Los estudios en roedores que examinan la influencia del ejercicio sobre sistemas neuronales se centran en el hipocampo y se asocian a tareas de aprendizaje y memoria espacial como el laberinto de agua de Morris. El uso voluntario de una rueda corriente aumenta la proliferación de células neuronales y su supervivencia, produciendo así una red de neurogénesis en el giro dentado del hipocampo (Booth FW, 2002), este aumento en el número celular se asoció con mejores resultados en el aprendizaje. Las ratas sometidas a mayores ejercicios aprendieron mejor la prueba del laberinto de agua y exhibieron una mayor potenciación a largo plazo en el giro dentado, el grupo activo en comparación con el sedentario produjo cambios en genes conocidos por estar asociados con la actividad neuronal, la estructura sináptica y la plasticidad neuronal.
Mattson et al, (2000) especula que la combinación de dieta y práctica de ejercicio físico conlleva efectos neuroprotectores beneficiosos induciendo una leve “respuesta de estrés”, que se traduce en la expresión de los genes que codifican proteínas como factores neurotróficos que pueden proteger las neuronas por estimular la producción de proteínas que suprimen la producción de oxyradical, estabilizan la homeostasis celular de calcio e inhiben cascadas bioquímicas.
Carro et al, (2001) en modelos experimentales de ratón encuentra que el ejercicio físico reduce la vulnerabilidad al daño cerebral en modelos de lesión neuronal que involucra diferentes tipos de mecanismos etiopatogénicos pertinentes a las enfermedades humanas. Sus resultados indican que el ejercicio es neuroprotector debido al mayor paso de IGF-I circulante en el cerebro, porque cuando se bloquea este paso el ejercicio ya no es neuroprotector, basándose en estos hallazgos, presuponen que el IGF-I circulante ejerce un efecto tónico neuroprotector fisiológico en el cerebro que está deprimido en sujetos sedentarios. IGF-I conduce al aumento de la angiogénesis y el mejor manejo del oxígeno por las neuronas en las ratas adultas. Al extrapolar estas observaciones de roedores a los seres humanos y teniendo en cuenta que el ejercicio estimula el crecimiento de la hormona IGF- I en los seres humanos, se entiende que cambios en el estilo de vida asociados con la cultura moderna y el sedentarismo contribuyen a la creciente incidencia de las enfermedades neurológicas atribuibles a la muerte neuronal aguda o progresiva observada en los países desarrollados y que por lo tanto, la muerte neuronal podría añadirse a la lista creciente de las condiciones patológicas del sedentarismo como un factor de riesgo.
Aunque el crecimiento de nuevas neuronas puede no traducirse necesariamente en una mejora de la cognición, van Praag et al (1999) sugiere que ejercicio en animales de edad avanzada puede mejorar tanto la cognición como la proliferación de neuronas. Los modelos animales han
demostrado efectos colinérgicos positivos en relación con el ejercicio que se traduce en un aprendizaje más rápido. El ejercicio también tiene efectos sobre la estructura neuronal y la capacidad de respuesta que subyace a la cognición y al comportamiento. Se ha establecido que el ejercicio aumenta los niveles de BDNF en el hipocampo al que se le atribuye un rol en la neurogénesis y se ha demostrado que regula los neurotransmisores dopaminérgicos y sistemas colinérgicos y puede jugar un papel importante en los efectos sobre los neurotransmisores inducidos por el ejercicio. La evidencia indica que IGF-I juega un papel importante en le influencia del ejercicio sobre la cognición, los niveles de BDNF y neurogénesis.
En resumen, el ejercicio aumenta el rendimiento cognitivo en los animales jóvenes y ancianos y aumenta los niveles de mRNA y proteína de BDNF que pueden contribuir a la neurogénesis inducida por el ejercicio. Puede ser una intervención importante en el tratamiento o prevención de algunos estados patológicos de la enfermedad cognitiva. Además, IGF-I puede mediar en los efectos del ejercicio sobre BDNF, sobre neurogénesis y sobre el desempeño cognitivo. Es decir, que los estudios en animales proporcionan información sobre los efectos del ejercicio que son difíciles de obtener en estudios de intervención humana y los resultados que se obtienen de estos estudios en animales se superponen con los resultados de los estudios en humanos para reforzar la hipótesis de que el ejercicio es un eficaz potenciador del funcionamiento neuro-cognitivo (Kramer AF,2006) reduciendo el riesgo de deterioro cognitivo temprano, regulando la neurogénesis del hipocampo, la plasticidad sináptica y el aprendizaje (Dishman RK, 2006).
- Investigaciones Epidemiológicas en Seres humanos
Tanto la investigación a largo plazo de ensayos clínicos aleatorios como la investigación a corto plazo de estudios transversales, sugieren influencias positivas de la actividad física en la función y estructura del cerebro humano facilitando los procesos de neuroadaptación y neuroprotección (Dishman RK, 2006). El mayor impacto positivo de la actividad física se da en el control ejecutivo (Kramer AF, 2006) que abarca la planificación, programación, memoria de trabajo, procesos inhibitorios y la multitarea. Sorprendentemente, algunos autores (Colcombe S, 2006; Kramer AF, 2006) concluyen que las pérdidas de volumen cerebral pueden ser restauradas mediante intervenciones con ejercicios cortos planteando la posibilidad intrigante de que estos cambios macroscópicos pueden producirse tras la aplicación de un programa de ejercicios actuando como un régimen terapéutico o tratamiento paliativo.
El ejercicio regular en adultos mayores tiene un impacto beneficioso sobre la depresión (Dunn AL, 2001), la calidad del sueño (Driver HS, 2000) y la función cognitiva (Colcombe S, 2006; Podewils LJ, 2005) y el ejercicio desarrollado a una edad temprana puede tener un efecto protector en la cognición posteriormente en la edad adulta (Middleton et al, 2010).
La mejora en las funciones cognitivas ocasionada por la actividad física reflejan que aumenta la resistencia de las células y los tejidos al estrés oxidativo, la vascularización, el metabolismo energético y los mecanismos de síntesis neurotrófica (Foster PP, 2011), todos ellos importantes en la neurogénesis. Si a esto se suma que mejora la plasticidad cerebral y la memoria, podríamos decir que la actividad física podría considerarse una actividad beneficiosa en la prevención de los trastornos neurodegenerativos asociados a la edad (Radak Z, 2010).
El entrenamiento aeróbico induce un aumento de la actividad en las regiones frontales y parietales del cerebro, que se considera participan en el adecuado rendimiento en la tarea de atención (Colcombe S, 2006). La base biológica consiste en la mejora el flujo sanguíneo cerebral, la entrega de oxígeno, y la producción de factores de crecimiento en el hipocampo, sugiriendo una menor pérdida de tejido cerebral durante el envejecimiento (Larson EB, 2006) a través de:
1. que el incremento en la aptitud cardiovascular aumenta el número de interconexiones (sinapsis) en la materia gris frontal y parietal, lo que permite un mayor reclutamiento sistemático de estas zonas con mayor carga cognitiva.
2. que el aumento de la aptitud cardiovascular conlleva aumentos en el suministro capilar de sangre en estas regiones, lo que a su vez proporciona recursos metabólicos para responder de manera coherente a la ejecución de la tarea.
Por supuesto, estas posibilidades no son excluyentes, pueden trabajar juntas para producir el aumento de rendimiento de la red atencional (Colombe SJ, 2004).
Ensayos aleatorizados informan de la mejora en la función neurocognitiva después del entrenamiento. Estudios observacionales hablan de una asociación inversa entre la actividad física y el deterioro cognitivo en adultos mayores y sólo en algunos casos para la EA (Podewils LJ, 2005), por lo que la actividad física puede tener diferentes funciones en las diferentes formas de demencia.
Podemos decir que un cuerpo de evidencia apoya el papel de la actividad física como medio para mantener el rendimiento cognitivo, preservar la plasticidad neuronal, aumentar la sinapsis y receptores dentríticos incluso después de una lesión, mediante un proceso de liberación de factores hormonales que pueden ayudar a la creación neuronal y mejora funcional (Nichol K, 2009).
Estudios epidemiológicos intentan abordar la relación de la actividad física con la aparición de trastornos cognitivos relacionados con la edad utilizando diferentes definiciones de actividad física, y métodos para evaluar la función cognitiva o demencia. A pesar de la variabilidad en el diseño de los estudios, el resultado de estudios longitudinales afirman que el riesgo de demencia, deterioro cognitivo, y EA es menor entre las personas que participan en actividad física de alto nivel y que
pequeños aumentos en la actividad física en personas sedentarios pueden ocasionar grandes beneficios en la población (Podewils LJ, 2005). Las reducciones en el riesgo relativo de demencia vascular asociada con la actividad física son más débiles y variables. La actividad física puede prevenir o retrasar la aparición de deterioro cognitivo, pero se desconoce si ese efecto se traducirá en una reducción de la prevalencia de la demencia (Rockwood K, 2007). Una revisión Cochrana (Angevaren M, 2008) encontró en ocho de los once ensayos aleatorios de intervenciones con ejercicios aeróbicos se asociaron con mejoras en la función cognitiva. También se describen los beneficios de un programa sistemático de ejercicios en personas con EA, considerándola una intervención segura que en combinación con la atención de los servicios socio-sanitarios puede aliviar los síntomas y mejorar la calidad de vida de pacientes y cuidadores (Cyarto EV, 2011).
Algunos autores establecen que puede existir una relación entre el nivel de actividad física y la velocidad de respuesta psicomotora medida con el TMT en adultos jóvenes. El ejercicio físico influía en aspectos cognitivos, aprendizaje y memorización de las funciones ejecutivas, y los sujetos con bajo nivel de actividad física requirieron más tiempo para terminar ambas partes que el grupo con nivel moderado de actividad y estos a su vez requirieron más tiempo que los atletas de alto nivel de Actividad Física (Pluncevic J, 2010). El ejercicio mejora la función motora, la velocidad de respuesta cognitiva, y en la atención auditiva y visual (Angevaren M, 2008).
Debido a la variedad de test que se disponen para valorar la función cognitiva, sería interesante que médicos y científicos en el campo de la neuropsicología acordasen una pequeña batería de pruebas cognitivas para usar en este tipo de investigaciones, lo que conseguiría aumentar la reproductibilidad de los resultados en la investigación futura.
Algunas cuestiones que consideramos importantes y que han sido escasamente investigadas son: 1) qué tipo e intensidad de actividad es necesaria para preservar la función cognitiva, con la
intención de buscar una relación cognitivo-motora.
2) qué tipo de entrenamiento produce los efectos más rápidos y sólidos sobre la cognición. 3) cuánto efecto beneficioso continúa tras la última sesión post-ejercicio después de cesar el
entrenamiento o cuánto ejercicio es necesario para restablecer los beneficios que se obtuvieron previamente.
4) qué grado de entrenamiento junto a otras intervenciones (entrenamiento cognitivo, intervenciones sociales y programas nutricionales) favorece los mecanismos biológicos.
Los resultados de este estudio pretenden ampliar las indicaciones de la prescripción de ejercicio como método de intervención sanitaria para prevenir el declive de la función cognitiva en la población.