¿Cómo el ejercicio físico beneficia al cerebro?

Los científicos están estudiando por qué los músculos en movimiento pueden mejorar la cognición y proteger contra enfermedades como el Alzheimer, allanando el camino para nuevos tratamientos.

Por Connie Chang
Publicado 13 jun 2022 06:58 GMT-3
Una mujer de 83 años practica yoga. "El cuerpo de una persona de 20 años es ...

Una mujer de 83 años practica yoga. "El cuerpo de una persona de 20 años es intrínsecamente diferente al de una de 70. Y de alguna forma, algo del ejercicio puede causar un beneficio en todos estos contextos", explica Saúl Villeda, neurocientífico de la Universidad de California en San Francisco.

Fotografía de Fritz Hoffman Nat Geo Image Collection

En medio de sus estudios de posgrado en la Universidad de Chicago, Constanza Cortés Rodríguez recuerda que se sentía agotada. "Nada funcionaba en el laboratorio y estaba muy estresada", cuenta. Fue entonces cuando se unió a la Asociación de Bailes de Salón y Latinos de la universidad y se enamoró de la salsa y la bachata. Pronto se encontró practicando nueve o más horas a la semana, realizando de manera impecable movimientos sobre tacones de siete centímetros.

El baile le quitaba horas a su investigación y, sin embargo, Rodríguez, que ahora es neurobióloga en la Universidad de Alabama, no tardó en darse cuenta de que la estaba transformando en una mejor científica. "El tiempo que pasaba en el laboratorio era mucho más eficiente; notaba que pensaba de forma diferente y recordaba mejor las cosas".

Su experiencia muestra una tendencia emergente en nuestra comprensión de la salud cognitiva: las moléculas producidas por los músculos en movimiento pueden influir en la estructura y la salud del cerebro. Los científicos solían pensar que el cerebro controlaba el cuerpo, y que mientras este último transmitía señales de sensación al cerebro, éste estaba aislado y al mando. Pero las investigaciones de los últimos años han dado un giro a esta idea.

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Los ejercicios de fuerza son fundamentales para mantener la independencia y facilitar las actividades cotidianas, tales como levantarse de una silla, subir escaleras o llevar la compra.

Fotografía de Hannah Reyes Morales Nat Geo Image Collection
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Olvídate del yoga tradicional, hacer la postura del puente con tu perro encima es la última tendencia.

Fotografía de Lynn Johnson Nat Geo Image Collection

No importa dónde o cuándo hagas ejercicio, siempre que te muevas. En esta fotografía, un equipo de una oficina de San Francisco hace una pausa por la tarde en plancha para reponer fuerzas.

Fotografía de Laura K. Morton Nat Geo Image Collection

Unas niñas juegan al voleibol durante la celebración anual del Día del Imamat en Pakistán. Las investigaciones demuestran que los músculos producen moléculas que favorecen la salud de las neuronas y el crecimiento de nuevas conexiones y redes en el cerebro.

Fotografía de Matthieu Paley Nat Geo Image Collection

Los datos demuestran realmente que el cerebro no es ese órgano unidireccional que domina el resto del cuerpo, dice Christoph Handschin, investigador de los músculos y profesor de farmacología de la Universidad de Basilea (Suiza). "Más bien, hay una interacción mutua entre estos sistemas". Esta evidencia emergente tiene grandes implicaciones sobre cómo el ejercicio puede afectar a la salud cognitiva.

"Todavía estamos arañando la superficie, pero es muy emocionante que ahora podamos abordar algunos de los vínculos epidemiológicos observados durante mucho tiempo entre la actividad, la salud del cerebro, las enfermedades neurodegenerativas, la depresión y los trastornos del estado de ánimo, que hasta ahora no han sido comprendidas en absoluto", enfatiza Handschin.

Saúl Villeda, neurocientífico de la Universidad de California en San Francisco, quien investiga cómo los factores de la sangre rejuvenecen el cerebro, está de acuerdo. "El cuerpo de una persona de 20 años es intrínsecamente diferente al de una de 70. Y de alguna forma, algo del ejercicio puede causar un beneficio en todos estos contextos". La clave, revela Villeda, es que el impacto del ejercicio en el cerebro es multifactorial: la actividad parece aumentar la capacidad del cerebro para regenerar neuronas, calmar la inflamación y mejorar la comunicación entre neuronas.

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Los reclusos asisten a una clase de yoga en un centro penitenciario.

Fotografía de Robert Andrew Richter Nat Geo Image Collection
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Una mujer mayor pasa unos minutos haciendo ejercicio frente a su casa en Brooklyn, Nueva York.

Fotografía de Sarah Blesener Nat Geo Image Collection

Un hombre ejercita en bicicleta fija mientras disfruta del paisaje. El ciclismo se recomienda con frecuencia como ejercicio de bajo impacto y atractivo para jóvenes y mayores. Ayuda a fortalecer el corazón, los vasos sanguíneos y los pulmones.

Fotografía de Lynn Johnson Nat Geo Image Collection

Un grupo de ancianos se reúne en el Jardín Botánico de Singapur para hacer ejercicio. Los investigadores han descubierto que las moléculas generadas durante el ejercicio parecen desempeñar un papel en la protección contra la neurodegeneración.

Fotografía de Cory Richards Nat Geo Image Collection

Los miembros de The Sun City Squares, un club de baile cuadrado y redondo en Arizona, giran y hacen do-si-do. Constanza Cortés Rodríguez, neurobióloga de la Universidad de Alabama, notó que bailar la convertía en una mejor científica. "Pensaba diferente y recordaba mejor las cosas”.

Fotografía de Kendrick Brinson Nat Geo Image Collection

Las personas de 60, 70 y 80 años ya reconocen que el ejercicio regular es clave para mantenerse mentalmente ágiles e independientes, según el Second half of life study, realizado conjuntamente por la AARP (organización estadounidense sin ánimo de lucro, que atiende las necesidades e intereses de las personas mayores de 50 años) y National Geographic.

En una encuesta online y telefónica realizada a 2580 adultos de 18 años o más, las personas de esas edades admitieron valorar más el ejercicio en comparación con las personas de 30, 40 y 50 años. Los encuestados también indicaron que la salud del cerebro es una de las principales preocupaciones de las personas de todas las edades.

Los investigadores desean averiguar exactamente cómo y por qué el ejercicio mejora la función cerebral para desarrollar mejores recomendaciones y tratamientos.

"El objetivo final es desarrollar un fármaco que pueda imitar los efectos del ejercicio en el cerebro", adelanta Rodríguez. Esto es especialmente importante en poblaciones que no pueden subirse a una cinta de correr, como las personas con problemas de movilidad o fragilidad.

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Los jugadores disfrutan de un ejercicio de relajación durante una sesión de FutbolNet en el Complejo Deportivo Centro Olímpico Juan Antonio Samaranch.

Fotografía de Tino Soriano Nat Geo Image Collection
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En los niños, la actividad física se asocia con un mejor rendimiento cognitivo, medido por las pruebas de coeficiente intelectual y el rendimiento académico.

Fotografía de Juan Cristóbal Cobo Nat Geo Image Collection

Los beneficios del ejercicio físico en el cerebro

Décadas de investigación relacionan la actividad física y el ejercicio con cambios positivos en el cerebro en diversos contextos.

La sombra de un corredor contra el desenfoque de las hojas de Aspen en Colorado. Correr de forma recreativa, con o sin un componente competitivo, es popular y tiene beneficios tanto físicos como psicológicos. Estos incluyen la prevención de la obesidad, la presión arterial alta y la diabetes tipo 2. También aumenta la sensación de bienestar al disminuir la depresión, la ira, la confusión, la tensión y la fatiga.

Fotografía de Bill Hatcher Nat Geo Image Collection

 

En los niños, por ejemplo, la actividad física se asocia a un mejor rendimiento cognitivo, medido por las pruebas de CI y el rendimiento académico. Los estudios epidemiológicos en adultos mayores muestran que el ejercicio regular reduce el riesgo de desarrollar Alzheimer. Y los estudios de imagen confirman que el volumen del hipocampo (una región del cerebro importante para el aprendizaje y la memoria) es mayor en las personas que tienen una mejor condición física en comparación con sus compañeros sedentarios. Estos individuos, cuya edad oscilaba entre los 59 y los 81 años, también obtuvieron buenos resultados en tareas de memoria espacial.

Además, el ejercicio ayuda a los pacientes cuya función cerebral ya ha empezado a debilitarse; provoca mejoras en el aprendizaje, la atención y la memoria en personas con enfermedad de Alzheimer en fase inicial, esquizofrenia o lesiones cerebrales. Los psicólogos también han notado los beneficios del ejercicio para sus pacientes.

"El ejercicio puede aliviar los síntomas de ansiedad y depresión de forma bastante significativa", afirma Juli Fraga, psicóloga afincada en San Francisco. "Es tan beneficioso que los psicoterapeutas suelen recomendarlo a sus pacientes, y algunos incluso ofrecen terapia de caminar y hablar".

A pesar de las crecientes pruebas de los beneficios del ejercicio para el cerebro, los investigadores no han encontrado una explicación a los mecanismos que los sustentan. Pero a medida que los científicos aprenden más sobre el envejecimiento del cerebro, o cuando el cerebro se vuelve contra sí mismo en la agonía de las enfermedades neurodegenerativas, están surgiendo algunas teorías interesantes sobre cómo el ejercicio afecta a este órgano vital.

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La gente aprovecha el equipamiento exterior de la playa de Santa Mónica para disfrutar de más actividades acrobáticas mientras escucha cómo las olas rompen en la orilla.

Fotografía de David Guttenfelder Nat Geo Image Collection

Un corredor de carretera se entrena en el patio de su casa en Iten, Kenia. Este país, de 41 millones de habitantes, domina el mundo del atletismo de competición.

Fotografía de Nichole Sobecki Nat Geo Image Collection

Los primeros indicios de que los músculos afectan al cerebro

La comprensión de cómo el ejercicio genera moléculas que benefician directamente al cerebro que envejece comenzó hace 25 años con la publicación de un par de trabajos de Henriette van Praag, postdoc en el Instituto Salk de Estudios Biológicos de California. Esos trabajos examinaban los cerebros de ratones adultos que pasaban tiempo en una rueda de correr frente a los que no lo hacían. Los datos mostraron por primera vez en mamíferos que el ejercicio inducía el nacimiento de nuevas neuronas, o neurogénesis, en el cerebro de los ratones adultos. Esos cambios iban acompañados de mejoras en la memoria espacial y el aprendizaje.

Van Praag, que ahora es profesor asociado del Instituto del Cerebro Stiles-Nicholson de la Universidad Atlántica de Florida, afirma que el descubrimiento tuvo algo de casualidad. En un estudio anterior, los investigadores habían observado indicios de que algún componente de un entorno enriquecido (donde los ratones tenían acceso a diversos estímulos, como lugares para esconderse o juguetes) generaba nuevas neuronas. Así que se propuso encontrar el factor crítico. "Correr era en realidad uno de los controles de mi estudio", ríe.

"El trabajo de Van Praag es fundamental para vincular la carrera con la neurogénesis y la mejora de la función cerebral, y es importante no sólo para la comunidad de neurobiólogos, sino también para allanar el camino a los investigadores del ejercicio y los músculos para estudiar la interacción entre el entrenamiento, los músculos y el cerebro", profundiza el investigador de los músculos y profesor de farmacología de la Universidad de Basilea (Suiza), Handschin.

En 2002, Bruce Spiegelman, biólogo celular del Instituto Oncológico Dana-Farber y de la Facultad de Medicina de Harvard, estudiaba una proteína llamada PCG1-alfa que regula el metabolismo del cuerpo activando y desactivando genes. Descubrió que aumentar la cantidad de esta proteína en ratones hacía que sus músculos fueran más fuertes, más rojos y tuvieran más vasos sanguíneos; era como si los animales hubieran estado entrenando duro en el gimnasio sin haber pisado nunca una cinta de correr.

Por aquel entonces, los científicos comenzaron a darse cuenta de que los músculos en movimiento producían hormonas y otras moléculas (llamadas mioquinas) que se liberaban en el torrente sanguíneo y proporcionaban beneficios a órganos lejanos. Así que el hallazgo de la PGC1-alfa llevó a Spiegelman a preguntarse lo siguiente: si esa proteína hace que el músculo parezca que se ha ejercitado, entonces "tal vez también incite al músculo a secretar cosas que se producen durante el ejercicio". Entonces podría utilizar la proteína para ayudarle a encontrar las moléculas responsables de los valiosos cambios en el metabolismo y la función inmunitaria que el ejercicio promueve.

La búsqueda culminó en 2012 cuando Spiegelman y sus colegas descubrieron la irisina, una mioquina liberada por el músculo ejercitado. Descubrieron que la irisina transforma la grasa blanca en grasa beige. Dado que la grasa beige quema calorías (a diferencia de la grasa blanca, que las almacena), Spiegelman pensó que la irisina podría ser la clave de cómo el ejercicio combate la obesidad y la diabetes.

Más piezas del rompecabezas encajaron al año siguiente, cuando Christiane Wrann, entonces investigadora postdoctoral que trabajaba con Spiegelman, demostró que el músculo "hablaba" con el cerebro durante el ejercicio. Cuando las células musculares producen irisina, ésta aumenta los niveles de otra proteína llamada factor neurotrófico derivado del cerebro (BDNF, por sus siglas en inglés) en el hipocampo, una de las primeras regiones del cerebro que cambia en las enfermedades neurodegenerativas. Allí, el BDNF favorece la salud y el crecimiento de las sinapsis y las neuronas, ayudándolas a madurar y mejorando la plasticidad sináptica.

El año pasado, Wrann, ahora neurocientífico del Hospital General de Massachusetts y la Facultad de Medicina de Harvard, comprobó el papel de la irisina en el ejercicio y la función cognitiva. Su equipo comparó ratones modificados genéticamente para que carecieran de irisina con ratones de control que aún podían producir la molécula. Tras el ejercicio, los ratones de control obtuvieron mejores resultados en una tarea que depende de la memoria espacial y el aprendizaje. Los ratones deficientes en irisina no mostraron esta misma mejora, lo que sugiere que la irisina es la que promueve estas habilidades cognitivas.

Cuando el equipo de Wrann examinó los cerebros de los ratones, vio que ambos grupos de ratones producían neuronas en respuesta al ejercicio, pero las nuevas neuronas de los ratones deficientes en irisina eran anormales, lo que afectaba a su capacidad de formar conexiones. Cuando el gen que produce la irisina se añadió de nuevo al cerebro de los ratones que carecían de la proteína, éstos tuvieron más facilidad para distinguir entre dos patrones similares, una habilidad que los humanos encuentran útil para localizar un coche en un aparcamiento, por ejemplo.

Ejercicio y enfermedad neurodegenerativa

El equipo de Wrann también descubrió que la irisina parecía desempeñar un papel en la protección contra la neurodegeneración. Los investigadores criaron ratones que carecían de irisina y tenían síntomas similares a los del Alzheimer. Estos ratones doblemente afectados experimentaron los síntomas más rápidamente que los ratones que sólo padecían la enfermedad de Alzheimer, y mostraron mejoras cognitivas cuando se restableció la producción de irisina.

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Wrann sospecha que una de las formas en que la irisina ayuda es porque amortigua la inflamación causada por el mal funcionamiento del sistema inmunitario del cerebro. Este sistema está formado principalmente por unas células denominadas microglía y astrocitos, que normalmente se encargan de reducir la infección cerebral y de limpiar los restos tras una lesión. Sin embargo, a medida que los mamíferos envejecen, estas células pueden permanecer activas después de que haya pasado el peligro agudo e interferir con la función neuronal, primero destruyendo las conexiones entre las neuronas y luego matando a las propias células.

Esta actividad provoca una inflamación cerebral crónica que se ha relacionado con muchas enfermedades neurodegenerativas, como el Alzheimer y el Parkinson. Pero los ratones de laboratorio tratados con irisina tenían menos inflamación en sus hipocampos, y su microglía y astrocitos se redujeron, lo que sugiere que la irisina ayudó a frenar la respuesta inmunitaria desquiciada.

¿Son estos resultados aplicables a los humanos? Tal vez, según los trabajos preliminares realizados en el laboratorio de Wrann y por otros equipos. La irisina tiene una estructura molecular idéntica en los ratones y en los humanos, dice, lo que sugiere que cumple funciones similares en ambas especies.

Los resultados tienen implicaciones interesantes para los beneficios neurológicos del ejercicio, ya que los estudios muestran niveles elevados de irisina en la sangre de las personas después de un entrenamiento. Por otro lado, los análisis post mortem de los cerebros de pacientes con Alzheimer revelan una reducción del 70 por ciento de la molécula precursora de la irisina en comparación con los controles de la misma edad, lo que sugiere que la irisina puede ser neuroprotectora.

Desde el punto de vista terapéutico, "la irisina es ciertamente prometedora", sostiene Handschin, "especialmente dados los datos sobre su efecto en el cerebro". Pero advierte que la irisina aún no ha superado las pruebas que se realizan para el desarrollo de fármacos. "Queda por ver si esto da resultado en pacientes humanos".

Depresión, ansiedad y trastornos del estado de ánimo

Handschin está interesado en las interacciones entre los músculos, el ejercicio, el estado de ánimo y la motivación. En un trabajo aún no publicado, su grupo examinó el efecto que ciertas moléculas producidas por el músculo ejercitado tienen sobre la disposición de los ratones a correr en una rueda. Los animales que carecen de estos factores son capaces de correr, pero deciden no hacerlo, un comportamiento atípico para los ratones, que suelen correr casi 10 kilómetros al día.

"Debe haber algo en el músculo que envíe señales al cerebro y reduzca de algún modo este impulso de correr por correr", infiere Handschin.

La promesa de este campo para el tratamiento de los trastornos del estado de ánimo (sobre todo la depresión grave) también interesa a Spiegelman, que lo califica de una de las grandes necesidades insatisfechas de la medicina. "La depresión grave es la principal causa de suicidio, y es especialmente frecuente en los jóvenes", afirma. Actualmente, él y sus colegas están evaluando el impacto de la irisina en la depresión inducida por la ansiedad en modelos experimentales con ratones.

Y la conversación del cerebro durante el ejercicio no se limita a los músculos. Su interacción con las moléculas (principalmente proteínas) segregadas por el hígado, la grasa y los huesos remodela el cerebro para agudizar nuestro pensamiento, evitar la depresión, etc.

Con candidatos farmacológicos viables como la irisina y otros en el horizonte, Rodríguez, de la Universidad de Alabama, cree que "estamos en la cúspide de una gran era de descubrimientos que por fin se van a trasladar a la clínica".

Pero la explosión de la investigación sobre la diafonía músculo-cerebro ofrece tanto recompensas como desafíos, advierte Karina Alviña, profesora adjunta de neurociencia en la Facultad de Medicina de la Universidad de Florida. Las moléculas más destacadas afectan a múltiples sistemas de múltiples maneras, lo que significa que su alcance potencial es enorme, pero desenredar sus diversas dependencias puede ser un dolor de cabeza. Diseñar un fármaco que no tenga consecuencias no deseadas será un gran desafío, asegura.

Aun así, Alviña encuentra una medida de esperanza en la investigación que ella y otros están llevando a cabo, ya que sugiere que "el entorno y nuestras elecciones de estilo de vida pueden tener un gran efecto en la forma en que envejecemos", dice Alviña. Eso significa que depende de nosotros envejecer de forma más saludable y mantener una mayor calidad de vida durante más tiempo.

"Así que si tuviera que decir una cosa, sería: mantente activo, aunque sea caminando unos minutos al día. Si puedes, hazlo".

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