Introducción

Las enfermedades neurológicas y mentales representan una proporción considerable de la carga mundial de la enfermedad. El ejercicio tiene muchos efectos beneficiosos en la salud del cerebro, lo que contribuye a disminuir los riesgos de demencia, depresión y estrés, y desempeña un papel en la restauración y el mantenimiento de la función cognitiva y el control metabólico.

El hecho de que el cerebro detecte el ejercicio sugiere que los factores periféricos inducidos por los músculos permiten una interferencia directa entre la función muscular y cerebral.

El músculo secreta mioquinas que contribuyen a la regulación de la función del hipocampo. Se está acumulando evidencia de que la catepsina B de mioquina pasa a través de la barrera hematoencefálica para mejorar la producción de factores neurotróficos derivados del cerebro y, por ende, la neurogénesis, la memoria y el aprendizaje.

El ejercicio aumenta la expresión de los genes neuronales de FNDC5 (que codifica la FNDC5 de la miocina dependiente de PGC1α), que también puede contribuir a aumentar los niveles de factor neurotrófico derivado del cerebro. Los niveles séricos del prototipo myokine, IL-6, aumentan con el ejercicio y podrían contribuir a la supresión de los mecanismos centrales de la alimentación.

El ejercicio también aumenta la expresión muscular dependiente de PGC1α de las enzimas kynurenina aminotransferase, lo que induce un cambio beneficioso en el equilibrio entre la kynurenina neurotóxica y el ácido kynurénico neuroprotector, reduciendo así los síntomas de depresión.

La señalización de mioquinas, otros factores musculares y las hepatocinas y adipocinas inducidas por el ejercicio están implicadas en la mediación del impacto benéfico inducido por el ejercicio en la neurogénesis, la función cognitiva, el apetito y el metabolismo, lo que apoya la existencia de un bucle endocrino músculo-cerebro.

Antecedentes

Los humanos se desarrollaron desde los monos que habitan en los árboles hasta el Homo sapiens cuando empezaron a caminar sobre dos patas y se convirtieron en bípedos. Los primeros homínidos experimentaron un desarrollo masivo del músculo esquelético y se produjeron cambios importantes en sus cerebros en paralelo.

Noakes y Spedding sugieren que estos cambios hacen que el H. sapiens dependa del ejercicio físico para mantener un cerebro sano.

En otras palabras, el ejercicio no solo ayuda a desarrollar el rendimiento físico y muscular, sino que es esencial para activar y aumentar el número de conexiones neuronales. Nuestros ancestros paleolíticos vivían en un mundo donde tenían que hacer ejercicio para perseguir la carne.

La ingesta de alimentos fluctuaba dependiendo del éxito de la caza y la actividad física alternaba entre caminar y recolectar alimentos y períodos de actividades de mayor intensidad, como cazar, huir de un depredador o luchar por sobrevivir.

Los humanos de hoy a menudo viven en un entorno donde el ejercicio no es parte integral de su vida diaria y caminar se ha convertido en un "arte perdido". Nuestra vida se ha convertido en un desajuste con nuestro pasado evolutivo, y nuestro estilo de vida físicamente inactivo nos pone en riesgo de desarrollar obesidad, diabetes, depresión y demencia5.

Tanto la perspectiva histórica como la evolutiva sugieren un fuerte vínculo entre los músculos y el cerebro. Desde una perspectiva científica, ahora también se está acumulando evidencia de que la actividad física moderada a vigorosa tiene muchos efectos beneficiosos sobre la salud cerebral y la función cognitiva.

Junto con la robusta asociación inversa bien descrita entre la capacidad de ejercicio y la mortalidad por todas las causas, la actividad física disminuye el riesgo de enfermedades como la demencia y también podría ser útil en el tratamiento de esta enfermedad.

El ejercicio puede disminuir la tasa de deterioro cognitivo en pacientes con trastornos neurodegenerativos y en personas sanas de todas las edades y parece tener una influencia positiva sobre el estrés, la ansiedad y la depresión.

También se ha demostrado que el ejercicio físico tiene efectos positivos en el aprendizaje, la memoria y la atención; velocidad de procesamiento y funciones ejecutivas; tiempo de reacción y aprendizaje de idiomas; habilidades motoras y aprendizaje, resultados de pruebas cognitivas verbales y visoespaciales; y el logro académico en niños y la inteligencia en adolescentes.

Además, el ejercicio mejora varias funciones fisiológicas básicas como el sueño, el apetito y el estado de ánimo. Los efectos beneficiosos de la actividad muscular en la cognición se han demostrado principalmente con el ejercicio aeróbico; se sabe menos sobre los efectos del entrenamiento de resistencia.

Un estudio informó que el entrenamiento con sobrecarga durante 8 semanas no influyó en la función cognitiva, mientras que un metanálisis informó que el entrenamiento con sobrecarga se asoció con una reducción significativa de los síntomas depresivos.

Una revisión de la literatura concluyó que una gran red de áreas del cerebro, equivalente al 82% del volumen total de materia gris, era modificable por la actividad física.

El hipocampo, que está involucrado en la memoria y el aprendizaje, es la región del cerebro más afectada por el ejercicio. Los estudios de ejercicio en ratones han documentado que el ejercicio conduce a un aumento en el volumen del hipocampo así como a un aumento en el flujo de sangre a esta parte del cerebro. En particular, el ejercicio influye en la neurogénesis en el giro dentado en el hipocampo. En varios modelos de ratón, se ha demostrado que el ejercicio aumenta la plasticidad de la sinapsis y que induce cambios morfológicos en las dendritas.

Una pregunta importante es qué factor o factores periféricos permiten una interferencia directa entre la función muscular y cerebral, incluyendo el estado de ánimo dependiente del hipocampo, el aprendizaje, la memoria y el apetito.

Fig. 1: formas en que el ejercicio podría afectar de manera beneficiosa la neurogénesis, el aprendizaje, la memoria, el estado de ánimo y los síntomas similares a la depresión.

Conclusiones

Nuestra comprensión de cómo el cerebro percibe el ejercicio y cómo la neurogénesis del hipocampo, la cognición, el estado de ánimo y el apetito se activan o regulan por el músculo ha sido limitada. Los hallazgos ahora sugieren la existencia de un bucle endocrino músculo-cerebro.

El músculo esquelético en funcionamiento secreta mioquinas o expresa factores musculares que pueden alterar la función del hipocampo directamente o mediante un efecto en los niveles de proteína BDNF.

Se está acumulando evidencia de que la catepsina B de myokine, cuando se aumenta periféricamente con el ejercicio, puede pasar a través de la barrera hematoencefálica y mejorar la producción de BDNF y, por lo tanto, la neurogénesis, la memoria y el aprendizaje.

Además, la irisina miocina dependiente de PGC1α, que se libera en la circulación por escisión de FNDC5, podría llegar al cerebro y activar la vía FNDC5-BDNF.

El β-hidroxibutirato del cuerpo cetónico también podría proporcionar un vínculo entre el ejercicio aeróbico y la expresión del gen BDNF en el cerebro.

La mioquina IL-6 se produce en el músculo y se libera en la sangre con el ejercicio, y los niveles plasmáticos aumentan exponencialmente con la duración del ejercicio.

La IL-6 puede pasar a través de la barrera hematoencefálica y, a través de los mecanismos centrales, suprime la alimentación y mejora la tolerancia a la glucosa.

Además, el ejercicio aumenta la expresión muscular dependiente de PGC1α de la enzima kinurenina aminotransferasa, lo que induce un cambio beneficioso en el equilibrio entre la kinurenina neurotóxica y el ácido kinurénico neuroprotector, reduciendo así los síntomas de depresión.

La interferencia directa de músculo a cerebro está mediada por mioquinas y metabolitos liberados por el músculo, pero el cerebro también detecta el ejercicio indirectamente a través del tejido adiposo y el hígado. Estos órganos secretan adipocinas y hepatocinas, que pueden pasar a través de la barrera hematoencefálica.

La identificación de factores relacionados con el ejercicio que tienen un efecto directo o indirecto en la función cerebral tiene el potencial de resaltar nuevas dianas terapéuticas para enfermedades neurodegenerativas y potenciadores cognitivos para personas de todas las edades.

Estos factores también podrían ser útiles como marcadores para monitorear la cantidad, intensidad y modo de ejercicio que se requiere para prescribir el ejercicio como un refuerzo de la salud neurológica y mental.