El cerebro “en forma”: ejercita tu cerebro a cualquier edad

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El ejercicio tiene el potencial de beneficiar la estructura y función del cerebro, particularmente durante el envejecimiento. Sin embargo, existe cierto debate sobre la influencia del ejercicio en el cerebro y la función cognitiva a lo largo de la vida. Este trabajo muestra un resumen de la interacción entre ejercicio físico, la estructura y función del cerebro en los diferentes grupos de edad.

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El ejercicio influye de manera inequívoca en el cerebro (1-5). El ejercicio opera a través de múltiples mecanismos para ejercer sus efectos sobre la salud del cerebro y las subsecuentes manifestaciones conductuales de la salud del cerebro, como la función cognitiva, en los seres humanos (6). Los tres niveles de análisis propuestos en la literatura científica son (i) molecular / celular, (ii) estructura / función cerebral y (iii) comportamiento socioemocional (7). A continuación, se describe cómo el ejercicio ejerce sus efectos a nivel de la estructura (materia gris y materia blanca) y función del cerebro en base a ensayos controlados aleatorios (RCTs, de sus siglas en inglés) en los diferentes grupos de edad (6) (figura 1).

Figura 1. Efectos del ejercicio a nivel de la estructura y función del cerebro en base a ensayos controlados aleatorios en los diferentes grupos de edad. Adaptado de Stillman 2016 y Stillman 2020 (6, 7). 

Ejercicio y estructura cerebral

Ejercicio y materia gris

El hipocampo es, sin duda, la región cerebral más estudiada en el contexto del ejercicio. Esto parte de los primeros estudios en modelos animales que determinaron cómo el ejercicio promueve la neurogénesis en el hipocampo y mejora las funciones cognitivas dependientes de esta zona cerebral (por ejemplo, el aprendizaje y la memoria) en ratones envejecidos (8). Así, la mayor parte de estudios en humanos se han centrado en el volumen de materia gris del hipocampo en adultos mayores (9, 10). Un reciente meta-análisis de 23 RCTs demostró que el ejercicio físico tiene efecto positivo en el volumen del hipocampo en adultos mayores, y marginal en pacientes con enfermedades neurológicas o psiquiátricas, pero no significativo en adultos jóvenes sanos (10). Estos hallazgos sugieren que cantidades moderadas de ejercicio en intervenciones superiores a 6 meses tienen un efecto positivo sobre el volumen del hipocampo, incluso en poblaciones mayores vulnerables a la atrofia del mismo. Sin embargo, una limitación común de los estudios existentes sobre ejercicio y volumen del hipocampo es no evaluar simultáneamente el funcionamiento cognitivo. La co-evaluación del volumen cerebral junto con los cambios cognitivos es necesaria para establecer un vínculo causal más consistente entre el ejercicio, el volumen del hipocampo y la cognición. 

Sorprendentemente, no existen RCTs que examinen el efecto del ejercicio en el hipocampo en niños, adolescentes o adultos jóvenes de mediana edad. Sin embargo, estudios transversales observacionales (es decir, que no aplican una intervención) arrojan evidencia inicial sobre la asociación entre la actividad física y la condición física con el volumen del hipocampo y la función cognitiva en niños sanos, adolescentes, y adultos jóvenes de mediana edad (pero no en preescolares) (11-14). Por tanto, son necesarios RCTs en estos grupos de edad para determinar el efecto del ejercicio en el hipocampo, y así definir las características específicas de la intervención que son efectivas. No obstante, el efecto positivo del ejercicio sobre el volumen del hipocampo de los  RCTs existentes, junto con los estudios transversales en grupos menos estudiados, respalda la idea de que el ejercicio aumenta el volumen del hipocampo en diferentes grupos de edad y condiciones de salud. 

Además, aunque no se ha estudiado de forma tan sistemática como el hipocampo, existe evidencia incipiente sobre el efecto del ejercicio en el volumen cortical del cerebro. En población sana, estudios previos han demostrado que el volumen y grosor cortical en regiones específicas del cerebro como la corteza frontal, parietal y temporal son susceptibles a la influencia del ejercicio a lo largo de la vida (15, 16). Sin embargo, RCTs recientes en pacientes han mostrado resultados contradictorios (17, 18). Por tanto, no hay evidencia suficiente para concluir si el ejercicio induce cambios en el volumen o grosor cortical del cerebro. 

Un factor importante a considerar en relación al grado del efecto del ejercicio en el volumen regional de materia gris es la trayectoria del desarrollo neuronal a lo largo de la vida (6). Las regiones corticales del cerebro, en particular la corteza prefrontal, continúan su desarrollo durante la niñez y adolescencia, mientras que el hipocampo está completamente desarrollado a nivel estructural a estas edades. Por el contrario, el hipocampo (junto con la corteza prefrontal) se encuentra entre las primeras regiones en mostrar atrofia estructural durante el envejecimiento (19). Por tanto, es posible que el efecto del ejercicio sea mayor en la corteza prefrontal de los más jóvenes, ya que esta región es más plástica en términos de desarrollo. Dadas estas diferentes influencias del desarrollo, no podemos asumir que el grado del efecto del ejercicio en regiones ampliamente estudiadas, como el hipocampo, sea similar a lo largo de la vida.

Ejercicio y materia blanca

La materia blanca proporciona conexiones rápidas y eficientes en todas las regiones corticales y subcorticales, e integra áreas del cerebro en redes estructurales para apoyar la cognición. Al igual que en los estudios de materia gris, los estudios sobre ejercicio y materia blanca también se han centrado principalmente en adultos mayores cognitivamente sanos (20). Aunque los resultados de estudios individuales son mixtos (21-23), un meta-análisis mostró un efecto pequeño, pero significativo, del ejercicio sobre el volumen global de materia blanca en adultos mayores (20). Sin embargo, de los 29 estudios incluidos en el meta-análisis de Sexton y colaboradores, solo 2 de ellos fueron RCTs (24, 25). Además, los RCTs más recientes de ejercicio y materia blanca en adultos mayores sanos no han encontrado cambios en la microestructura de materia blanca inducidos por el ejercicio (22) o han mostrado que solo ciertos tipos de ejercicio, como la danza (21) o el ejercicio de resistencia (26), influyen en la estructura de la materia blanca. Por tanto, son necesarios más RCTs basados en ejercicio para poder determinar su efecto en la materia blanca en adultos mayores.  

Por otro lado, una reciente revisión sistemática mostró evidencia emergente sobre el beneficio del ejercicio en la microestructura de la materia blanca en niños sanos (27, 28) y en pacientes pediátricos, incluidos los que se recuperan de tumores cerebrales (18, 29). Una limitación general es la escasez de RCTs que evalúen de forma simultánea el rendimiento cognitivo y la materia blanca en niños (23). Finalmente, al igual que en los estudios de materia gris, hay escasez de estudios en prescolares, adolescentes y adultos jóvenes y de mediana edad en relación al efecto del ejercicio en la materia blanca. 

Ejercicio y función cerebral

Los estudios de resonancia magnética funcional arrojan información relevante sobre el impacto del ejercicio en la activación y conectividad del cerebro. Si bien la función cerebral ha sido menos estudiada en el contexto de RCTs basados en ejercicio, varias revisiones recientes muestran que la función cerebral también puede ser modificada mediante ejercicio tanto en niños preadolescentes como en adultos mayores (7, 27, 30).

Los estudios existentes en adultos mayores se han centrado predominantemente en el efecto del ejercicio en la conectividad de redes funcionales a gran escala en reposo, como la red neuronal por defecto (DMN de sus siglas en inglés) (7, 30). Por el contrario, en niños, los efectos del ejercicio sobre la función cerebral se han focalizado fundamentalmente en la activación cerebral evocada por tareas cognitivas. Así, los cambios de activación suelen diferir en base a la región cerebral y la tarea realizada, mostrando resultados aparentemente contradictorios en una misma región (por ejemplo, corteza cingulada anterior)(6). Entre los estudios previos, la corteza parietal fue la única región en la que el ejercicio mostró consistentemente una disminución de activación durante el desempeño de la tarea inhibitoria junto con mejoras cognitivas (27), lo que podría ser indicativo de una mejora en la eficiencia neuronal en la infancia asociada al ejercicio. 

Los cambios funcionales del cerebro inducidos por el ejercicio son los más complejos de caracterizar, ya que existe una variedad de enfoques y contextos analíticos (por ejemplo, reposo frente a tarea; o activación frente a conectividad) que, junto a la heterogeneidad de las intervenciones de ejercicio, dificulta extraer conclusiones consistentes. Adicionalmente, otro factor relevante a considerar es que los cambios funcionales inducidos por el ejercicio podrían diferir ampliamente entre los grupos de edad en desarrollo neuronal (niños), mantenimiento (adultos jóvenes y de mediana edad) o compensación en respuesta a las disminuciones neurales (adultos mayores y poblaciones de pacientes). Por ejemplo, la red DMN y las redes de atención están poco desarrolladas en los niños y es posible que no se desarrollen por completo hasta la edad adulta temprana (31). Esto podría influir en las conexiones funcionales que con mayor probabilidad se verán afectadas por el ejercicio en población más joven; en concreto, el ejercicio podría hacer que estas redes fueran más similares a las de los adultos. Sin embargo, no hay convergencia en los estudios para testar está hipótesis. Colectivamente, no hay evidencia suficiente para concluir si el ejercicio induce cambios en la función cerebral a las diferentes etapas de vida.

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Perspectiva

La evidencia existente resalta el efecto del ejercicio (sobre todo aeróbico) en el cerebro (principalmente en el volumen de materia gris del hipocampo), mayoritariamente en adultos mayores y niños. Sin embargo, existe una necesidad imperiosa de implementar RCTs basados en ejercicio tanto en estos grupos de edad, como en grupos de edad menos estudiados (especialmente preescolares, adolescentes, y adultos jóvenes). 

Pese a estos resultados, prometedores pero no definitivos, la reflexión de muchos lectores podría ser: ¿por qué seguir investigando acerca de los beneficios del ejercicio en el cerebro si “ya se sabe que es bueno”?  Esta pregunta no sería tan evidente si se sustituye el ejercicio por un tratamiento farmacológico. Nadie se plantearía dejar de investigar sobre el Alzheimer pese a todos los RCTs que hasta la fecha se han desarrollado para testar medicamentos inhibidores de la acetilcolinesterasa. Al igual que nadie se plantearía tomarse una “rivastigmina” sin que el médico (i) valore si según sus características podría ser más adecuado tomar “donepezilo”, (ii) le prescriba la dosis exacta, y (iii) en cualquier caso le haga un seguimiento y le valore su progresión, modificando la dosis o tratamiento si fuera necesario.

Por lo tanto, ¿por qué no hacer lo mismo con un tratamiento no farmacológico, como el ejercicio físico? Los profesionales del ejercicio, y concretamente de la neurociencia del ejercicio, planteamos el ejercicio físico como un tratamiento preventivo o complementario a cualquier tratamiento farmacológico primario para maximizar su efectividad en la salud cerebral. Para ello, es imprescindible definir cuál es el modo (p. ej., ejercicio aeróbico, fuerza…) y dosis (intensidad, frecuencia y duración) de ejercicio necesario para maximizar los efectos beneficiosos en las diferentes etapas de la vida y condiciones de salud. 


Referencias 

1. Cotman CW, Berchtold NC, Christie LA. Exercise builds brain health: key roles of growth factor cascades and inflammation. Trends in neurosciences. 2007;30(9):464-72.

2. Hillman CH, Erickson KI, Kramer AF. Be smart, exercise your heart: exercise effects on brain and cognition. Nature reviews Neuroscience. 2008;9(1):58-65.

3. van Praag H. Exercise and the brain: something to chew on. Trends in neurosciences. 2009;32(5):283-90.

4. Voss MW, Nagamatsu LS, Liu-Ambrose T, Kramer AF. Exercise, brain, and cognition across the life span. Journal of applied physiology. 2011;111(5):1505-13.

5. Cotman CW, Berchtold NC. Exercise: a behavioral intervention to enhance brain health and plasticity. Trends in neurosciences. 2002;25(6):295-301.

6. Stillman CM, Esteban-Cornejo I, Brown B, Bender CM, Erickson KI. Effects of Exercise on Brain and Cognition Across Age Groups and Health States. Trends in neurosciences. 2020;43(7):533-43.

7. Stillman CM, Cohen J, Lehman ME, Erickson KI. Mediators of Physical Activity on Neurocognitive Function: A Review at Multiple Levels of Analysis. Frontiers in human neuroscience. 2016;10:626.

8. van Praag H. Neurogenesis and Exercise: Past and Future Directions. Neuromolecular medicine. 2008;10(2):128-40.

9. Firth J, Stubbs B, Vancampfort D, Schuch F, Lagopoulos J, Rosenbaum S, et al. Effect of aerobic exercise on hippocampal volume in humans: A systematic review and meta-analysis. NeuroImage. 2018;166:230-8.

10. Wilckens KA, Stillman CM, Waiwood AM, Kang C, Leckie RL, Peven JC, et al. Exercise interventions preserve hippocampal volume: A meta-analysis. Hippocampus. 2020.

11. Boots EA, Schultz SA, Oh JM, Larson J, Edwards D, Cook D, et al. Cardiorespiratory fitness is associated with brain structure, cognition, and mood in a middle-aged cohort at risk for Alzheimer’s disease. Brain imaging and behavior. 2015;9(3):639-49.

12. Herting MM, Chu X. Exercise, cognition, and the adolescent brain. Birth defects research. 2017;109(20):1672-9.

13. Whiteman AS, Young DE, Budson AE, Stern CE, Schon K. Entorhinal volume, aerobic fitness, and recognition memory in healthy young adults: A voxel-based morphometry study. NeuroImage. 2016;126:229-38.

14. Chaddock L, Pontifex MB, Hillman CH, Kramer AF. A review of the relation of aerobic fitness and physical activity to brain structure and function in children. Journal of the International Neuropsychological Society : JINS. 2011;17(6):975-85.

15. Batouli SAH, Saba V. At least eighty percent of brain grey matter is modifiable by physical activity: A review study. Behavioural brain research. 2017;332:204-17.

16. Esteban-Cornejo I, Catena A, Hillman CH, Kramer AF, Erickson KI, Ortega FB. Commentary: At least eighty percent of brain grey matter is modifiable by physical activity: a review study. Frontiers in human neuroscience. 2018;12:195.

17. Frederiksen KS, Larsen CT, Hasselbalch SG, Christensen AN, Høgh P, Wermuth L, et al. A 16-week aerobic exercise intervention does not affect hippocampal volume and cortical thickness in mild to moderate Alzheimer’s disease. Frontiers in aging neuroscience. 2018;10:293.

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20. Sexton CE, Betts JF, Demnitz N, Dawes H, Ebmeier KP, Johansen-Berg H. A systematic review of MRI studies examining the relationship between physical fitness and activity and the white matter of the ageing brain. NeuroImage. 2016;131:81-90.

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