Palabras claves: ACTIVIDADES FÍSICAS/BIOQUIMICA/INVESTIGACIONES MEDICAS/MEDICINA DEPORTIVA/ENTRENAMIENTO DEPORTIVO/CEREBRO/NEUROLOGIA/ERGONOMIA
Título: Cerebro y trabajo físico. El cerebro humano durante el trabajo físico y como factor limitante de la ejecución.
Autor(es): Hollmann, Wildor; Strüder, Heiko
Traductor: Mercedes Ibarra Ibáñez (SETIDEP)
Fuente: Scuola dello Sport, Roma, Roma, No. 49 (julio- septiembre), 2001, p. 2-8
Texto completo:
Resumen
Los actuales métodos de investigación y por imagen (“imaging”) ofrecen mayores posibilidades de indagar las reacciones hemodinámicas y metabólicas del cerebro humano al trabajo físico dosificado y sus consecuencias desde el punto de vista psíquico.
Se exponen algunos resultados de investigaciones sobre la irrigación sanguínea regional, sobre el metabolismo de la glucosa, sobre los opioides péptidos endógenos, sobre la sensibilidad al dolor y la psiquis, sobre la influencia de la hipoxia y la hiperoxia sobre los neurotransmisores durante el trabajo físico, así como también sobre el cerebro y sus posibilidades en cuanto a factor limitante de la ejecución.
Introducción
Actualmente la medicina del deporte posee numerosos conocimientos relativos a las reacciones provocadas por la carga y por el entrenamiento, a las adaptaciones de los órganos internos como el corazón, la circulación, los pulmones el hígado, riñones, y en lo concerniente a los mecanismos de regulación hormonal y nerviosos.
En cambio, se conoce poco sobre el cerebro y en particular obre el encéfalo durante el trabajo y el entrenamiento.
Esto se ha debido a la dificultad de determinar parámetros como, por ejemplo, la irrigación sanguínea cerebral y el metabolismo del cerebro.
En las investigaciones sobre el trabajo y sobre el entrenamiento referidas al cerebro se tienen menos posibilidades como la inserción de catéter en los vasos y la realización de análisis biópticos, que junto con un trabajo dosificado en el ergómetro han promovido notablemente los conocimientos de la medicina del deporte.
En los últimos treinta años algunas informaciones han sido suministradas sólo a través de la medición de la actividad cerebral regional (EEG).
La situación ha cambiado al inicio de los años 80 con la introducción de los denominados métodos por imágenes (neuro –imaging methods) en el estudio de los procesos cognitivos. Entre estos se señala la tomografía y emisión de positrones (PET) y la tomografía de resonancia magnética funcional (fNMR),
También la utilización de sistemas de colimadores unidos a sustancias radioactivas han ampliado nuestros conocimientos sobre las reacciones del cerebro al trabajo físico.
A mediados de los años 80, en colaboración con el instituto Max Planck para la investigación sobre el cerebro (dirigido por el profesor Heiss y el Centro de investigaciones Jülich (Director médico profesor doctor Müller-Gärtner) hemos iniciado investigaciones sobre el cerebro, antes, durante y después de un trabajo dosificado o después de un entrenamiento de la resistencia.
En este trabajo serán ilustrados algunos resultados de estas investigaciones.
- Irrigación sanguínea regional del cerebro y metabolismo de la glucosa en el trabajo en el cicloergómetro.
Hasta hace relativamente poco tiempo, la irrigación sanguínea del cerebro humano durante el trabajo muscular, era considerada constante.
Algunas dudas al respecto surgieron de investigaciones donde se utilizaba la tomografía con emisión de positrones, que permitieron observar notables incrementos de la irrigación sanguínea en específicas regiones del cerebro durante actividades voluntarias de escucha, visión, conversación y en movimientos de los dedos (Ingvar, 1983; Ingvar y otros 1977; Roland y otros 1980, 1981, 1985).
En algunas investigaciones (Herholz y otros 1987), realizadas con un grupo control de doce sujetos sanos que se hallaban en la tercera y cuarta década de vida, hemos medido cuál pudiera ser la influencia de una carga en el cicloergómetro de 25 y de 100 W sobre la irrigación sanguínea regional (figura 1), sirviéndonos del método de la inyección de un isótopo radioactivo (133xenone ).
Ya con 25 W se observaba un significativo aumento promedio de la irrigación sanguínea de un 14%, y de un 25% con 100W.
El valor arterial de pCO2, que es considerado el factor más importante para un aumento de la irrigación sanguínea del cerebro en condiciones de reposo, disminuía poco y, por tanto, no podía ser considerado responsable de esta reacción.
El valor arterial de pCO2, seguía casi igual, mientras el aumento de la presión arterial, dependiente de la intensidad de la carga, era escaso.
A 100 W, el valor del lactato arterial aumentaba de 1,2 mmol/l en reposo a 3,9 mmol/l n el último minuto de trabajo.
Seguía siendo dudoso cuál era la causa del aumento de la irrigación sanguínea. En todos los sujetos, en ambos niveles de carga la materia gris mostraba mayor incremento de la irrigación sanguínea que en la materia blanca.
Contrariamente a cuanto ocurría en un trabajo muscular dinámico, en el estático no fue posible observar alguna variación significativa de la irrigación sanguínea. Rogers y otros (1990) han determinado la irrigación sanguínea regional del cerebro en sujetos en reposo y durante cuatro sucesivas contracciones unilaterales de los músculos extensores de la pierna sobre el muslo.
Cada contracción fue ejecutada durante tres minutos aproximadamente, en una posición de semi decúbito.
La intensidad de la carga correspondía al 8, 16, 24 y 32% de la fuerza máxima individual.
Respecto a los valores en reposo, no fue posible establecer ninguna diferencia en la irrigación sanguínea regional del cerebro.
Por tanto, se debe suponer que el aumento de la irrigación sanguínea, que puede observarse durante el trabajo dinámico, debe atribuirse a la acción de los mecanoreceptores, producida por el movimiento.
Por otra parte, el hecho de ya pensar de manera concentrada o, por ejemplo, la sola intención de mover una extremidad superior en una determinada dirección, provoca actividades eléctricas en las neuronas de la corteza motora con un concomitante aumento de la irrigación sanguínea regional (Cangeux, 1984, Roland y otros 1981).
Sirviéndonos de la PET y del 18fluorodeoxiglucosio, hemos indagado en un grupo control de sujetos sanos de sexo masculino entre 32 y 61 años de edad, cuál era el metabolismo regional de la glucosa en estado de reposo, y con una carga de intensidad igual casi el 60% del máximo consumo de oxígeno individual, correspondiente a 2 mmol/l (Herzog y otros 1987).
Los valores del metabolismo de la glucosa en reposo estaban comprendidos entre 34 ± 10 mol/min X 100g.
Durante la carga, en específicas regiones de la corteza, se producía una disminución promedio del metabolismo de la glucosa del 4 al 19%, y una disminución promedio del 6% en el cerebelo.
Única excepción, el metabolismo de la glucosa aumentaba en un 9% en la corteza occipital.
Respecto a los valores en reposo, la variación interindividual en cada región durante trabajo físico, disminuía de 1,5 a 3,5 veces.
Los resultados pueden hacer creer que en las regiones del cerebro de las cuales hemos hablado, no existe una correlación entre irrigación sanguínea y metabolismo de la glucosa durante el trabajo.
Las causas pueden ser o bien la disminución de la actividad neuronal durante el trabajo físico o una disminución de la utilización de la glucosa producida, por ejemplo, por una mayor presión de los cuerpos quetónicos y, por ende, por su mayor metabolización como substrato energético. Esta última nos parece ser la más probable.
- Los neuropéptidos opioides endógenos, sensibilidad al dolor y psiquis.
Las sustancias morfinosímiles producidas por el SNC han sido descritas, por primera vez, por Huges y oros (1975). Estas sustancias, denominadas endorfinas , son neurotransmisores. Hasta ahora se han diferenciado 52 péptidos opioides distintos.
El trabajo muscular, así como el estrés psíquico o el dolor, con determinadas premisas, provoca un aumento de los neuropéptidos opioides en la sangre.
Según nuestras investigaciones, para que ello ocurra, la intensidad de la carga debe ser tan elevada como para que se superen los valores de lactato en 4 mmol/l aproximadamente en la sangre arterial (Arentz y otros, 1986; De Meirieir y otros 1985ª) o bien un carga aeróbica debe tener una duración superior a 45 – 60 min, (Suemaru y otros, 1986).
Existe una correlación positiva muy significativa entre el aumento de los neuropéptidos opioides , debido a la carga, y la hormona adrenocorticotropa (ACTH) (Arentz y otros 1986; De Meirleir y otros, 1985ª). Después de un entrenamiento de varias semanas a determinado nivel sub-máximo de carga, se observa un aumento más rápido de la ACTH y de la prolactina determinado por la carga, acompañado de una modesta desaceleración del aumento de la hormona del crecimiento (somatotropina).
Pero un bloqueo de los efectos de los péptidos opioides a través de la noloxosona no influye en la hormona adenohipofisaria durante el trabajo físico, ni cambian, según nuestros resultados, la frecuencia cardiaca, la presión sistólica, el consumo de oxígeno y el volumen respiratorio/minuto bajo los efectos de la carga o próximo a la capacidad máxima de rendimiento.
En cuanto al aumento de la irrigación sanguínea regional durante el trabajo dinámico, hemos formulado la hipótesis de que durante la actividad física el cerebro produce una mayor cantidad de “mensajeros” neuronales, como, por ejemplo, los neuropéptidos, y el aumento del flujo de sangre tendría la tarea de transportarlos lo más rápidamente posible y de forma global a los sitios periféricos correspondientes (Hollmann y otros, 1989, 1993, 1994).
Esta hipótesis ha sido ampliamente confirmada.
Mediante el análisis de una corona dental y el contacto eléctrico con la pulpa del diente, proyectado ad hoc, hemos estudiado la sensibilidad y la tolerancia al dolor de sujetos sometidos a un trabajo dosificado suministrándoles, paralelamente, un cuestionario específico sobre el estado de humor. (Arentz y otros, 1986).
Así, pues, se ha podido observar que tanto el umbral de la sensibilidad como el de la tolerancia del dolor era significativamente mayor después de una carga máxima hasta el agotamiento en el cicloergómetro.
En un sucesivo experimento, a los sujetos se les inyectaba una solución fisiológica o naloxona.
Bajo la acción del fármaco antagonista de los opioides, los sujetos, incluso después de una carga física hasta el agotamiento, eran más sensibles al dolor que en condiciones de reposo.
Después de un trabajo muscular de gran magnitud, en los cuestionarios se observaba una mejoría significativa del humor, mientras que después del suministro del antagonista de los opioides , el humor se tornaba extremadamente malo y agresivo (figura 2).
Sin dudas el aumento de la producción de endorfina tiene la tarea de hacer menos gravosos el esfuerzo durante el trabajo físico intensivo o de larga duración y, gracias a la mejoría del humor que se mantiene de 70 a 90 minutos, eventualmente hacer surgir el deseo de repetir la carga física.
Este efecto debería contribuir también con el conocido fenómeno de la “euforia del corredor”, es decir, de aquella sensación de bienestar que algunos atletas de los deportes de resistencia, en cierto sentido, buscan expresamente.
En el cerebro, los receptores de los opioides son distribuidos según un típico esquema.
Un área con una densidad particularmente elevada es la parte media del tálamo, la principal estación de enlacen que funge de “antesala” del cerebro, que filtra las informaciones sensoriales que llegan para luego adentrarlas selectivamente en la corteza cerebral.
Además, una densidad particularmente elevada de receptores de los opioides se observa en el sistema límbico, que es determinante en decidir nuestros sentimientos y nuestros estados de ánimo. De aquí parten varias vías nerviosas, entre otras, en dirección del hipotálamo, que controla la hipófisis.
Por tanto, es comprensible que las situaciones emotivas se reflejen en el comportamiento de los índices hormonales.
Así se explican la “fiebre de la arrancada” y el “estado pre competencia” del atleta.
Aquí se modulan los vínculos entre determinados procesos mentales y determinadas reacciones vegetativas, tales como, por ejemplo, la frecuencia cardiaca.
Es posible establecer la existencia de una cadena de enlaces entre las distintas estructuras del cerebro a través de la médula espinal hasta la intervención de los péptidos opioides en la regulación del diámetro de las arterias y de los capilares en la musculatura del esqueleto.
- El efecto de la inhibición o de la facilitación de los neurotransmisores.
De Meirleir y otros (1985b, 1985c, 1987) han estudiado el papel específico de la serotonina y de la dopamina en un trabajo en el cicloergómetro.
Para la investigación de la serotonina, se provocó el bloqueo por medio de la quetanserina .
Ello no influyó en el máximo consumo de oxígeno ni tampoco en el número de latidos cardíacos en reposo y bajo esfuerzo, mientras la presión sistólica disminuía durante el trabajo.
Así, se puso en evidencia un desplazamiento a la derecha de la curva del lactato, en el sentido de una mejoría de la capacidad de rendimiento aeróbico.
A un nivel de carga inferior al 60% del máximo consumo de oxígeno individual (correspondiente a cerca de 2 mmol/l en la sangre arterial) la quetanserina no influía en absoluto sobre el comportamiento de la prolactina.
Con un aumento de la intensidad a más del 60% del máximo consumo de oxígeno individual , el aumento de la prolactina, en cambio, provocado por la carga, disminuía(disminución del 75% de la prolactina).
Por otra parte, no fue posible observar efectos estadísticamente significativos en relación con el comportamiento del incremento de la hormona de crecimiento, de la hormona folículo estimulante y de la hormona luteinizante.
En cambio, bloqueando la producción de serotonina con la quetanserina, en el caso de una carga hasta el agotamiento, se provocaba una disminución significativa del ACTH y de la tireotropina, en este último caso ya con intensidad de carga en torno al 60% del máximo consumo de oxígeno.
Teniéndose en cuenta que a causa de la diversa conformación de los receptores de la dopamina no es posible bloquear su producción con una sola sustancia, De Meirleir y otros, 1985c han utilizado un agonista de la dopamina, el pergólido, que suprime casi completamente el normal incremento de la prolactina, determinado por la carga.
En estado de reposo, las gonadotropinas no resultan influidas.
Pero, durante el trabajo físico, se observó un aumento significativo de la hormona luteinizante respecto al efecto placebo.
También el incremento del ACTH, que se observa normalmente durante el trabajo, fue completamente suprimido por el pergólide.
Tanto en reposo como durante el esfuerzo, el número de los latidos del corazón se reducía significativamente, con un efecto similar al de los beta bloqueadores.
Pero a diferencia del efecto de los beta-bloqueadores, no se ha observado ninguna disminución de la máxima frecuencia cardíaca alcanzable.
Correspondientemente, la máxima capacidad de rendimiento aumentaba en un orden de magnitud entre el 5 y el 10%.
Tanto la presión sistólica como la distólica disminuían tanto en reposo como en el caso de determinados niveles submáximos de carga.
Respecto al máximo consumo de oxígeno, se observó un aumento significativo, acompañado de un igualmente significativo decrecimiento del índice arterial de lactato, siempre con determinados niveles submáximos de carga.
Mientras que la quetanserina es un bloqueador de los receptores de la 5-HT (5-hidroxitriptamina, o serotonina) con una actividad anticolinérgica suplementaria, existen ulteriores posibilidades de influir voluntariamente el metabolismo de la serotonina.
Suministrando de manera continua una sustancia llamada paroxetina, se puede inhibir el retorno de la serotonina en los botones pre sinápticos, mientas que después de un suministro, se reduce la producción de la 5-HT por los propios botones pre sinápticos.
En una investigación efectuada en diez sujetos sanos de sexo masculino, hemos establecido que, en un trabajo en el cicloergómetro, que correspondía a una carga aeróbica dinámica prolongada de resistencia general, efectuando un suministro de este fármaco, se anticipaba significativamente la interrupción de la carga (figura 3. Strüder y otros, 1998).
La capacidad aeróbica disminuía, como promedio, en un 33%.
Aún sin ser una alteración de las sensaciones, subjetiva por el esfuerzo, o sin ser una alteración de las sensaciones positivas sucesivas a la carga, al término de la prueba se producía una disminución de la capacidad de rendimiento cognoscitiva.
De estos resultados se puede concluir que al cerebro se le atribuye un papel de factor limitante de los resultados.
En última instancia, el momento decisivo para la ejecución o la interrupción del trabajo no está asociado a las variaciones biofísicas y bioquímicas producidas por el trabajo muscular a nivel intra y extracelular, sino al cerebro.
Naturalmente, el cerebro está influido por procesos como las variaciones del valor del PH, del desplazamiento de los electrolitos o del empobrecimiento de substratos, pero, al final, es quien decide el momento de la interrupción del trabajo.
Se trata de un punto de vista que hasta ahora no había sido objeto de discusión.
En este sentido también se incluyen investigaciones que hemos realizado en 1961 en nuestro Instituto por el profesor Ikai, un médico japonés de medicina deportiva. En un ergómetro manual, se realizaban contracciones estáticas contra determinada resistencia según un ritmo marcado por un metrónomo.
Cuando se alcanzaba el momento en que el agotamiento se hacía evidente y , a pesar de las frases de aliento para continuar, ya no se podía ejecutar ninguna contracción, por medio de un electrodo se estimulaban los nervios motores interesados.
Según el estímulo eléctrico aplicado en este punto, era posible realizar algunas contracciones más.
Después que se agotaba incluso este potencial, el profesor Ikai aplicó los electrodos directamente sobre la musculatura de la mano y ello, una vez más, provocó contracciones.
Por eso, según el profesor Ikai, esta era la sucesión de los factores que gravitaban como limitantes de los rendimientos:
el primero que permitía interrumpir el trabajo, era el cerebro, luego los nervios motores periféricos y, finalmente, el propio músculo esquelético activado.
El pacemaker para la interrupción del trabajo era, pues, el cerebro como factor que al final fungía como decisivo factor limitante del rendimiento (Prof. Ikai y otros, 1961).
Ya desde 1961, el profesor Ikai y Steinhaus han indagado sobre la influencia de la hipnosis (de la sugestión) sobre la capacidad de rendimiento de la fuerza.
Además los sujetos participantes en el experimento e hallaban en estado de profunda hipnosis, establecido a través del examen de la rigidez, el hipnotizador les sugería que a partir de ese momento se sentirían más fuertes, tan fuerte como para romper todos los récords, y todo ello sin provocárseles ningún daño, al contrario, se sentirían extraordinariamente bien. A esto seguían cinco test en cinco minutos.
Al final se les sugería que –cuando el experimentador contara hasta tres – se despertarían y que se sentirían muy débiles, y que este cansancio se mantendría durante los próximos cinco intentos (siempre de cinco minutos). Pero después de estos cinco intentos, de nuevo se volverían a sentir extremadamente capaces al punto de ejecutar cinco ulteriores pruebas extremadamente potentes.
Al final, al escuchar la orden, caerían en un sueño profundo.
El resultado fue que, en el caso del desarrollo de la fuerza máxima bajo hipnosis, se produjo un aumento del rendimiento de un 26.5% (valor promedio de 7 sujetos).
En las cinco pruebas después de la hipnosis – en las cuales, como hemos dicho, se les sugería a los sujetos que eran débiles – los rendimientos se redujeron en un 31,7% mientras en las sucesivas cinco pruebas para el registro de la fuerza máxima – para lo cual los sujetos eran sugestionados para recuperar y aumentar la fuerza- volvieron a aumentar en un 22,5%.
El punto de referencia era el rendimiento inicial en una prueba ejecutada en condiciones normales.
Después de esta prueba, en estado de vigilia “post hipnosis” se manifestó un incremento del rendimiento de casi el 19%.
Se recuerda, sin embargo, que este tipo de experimento puede realizarse sólo con sujetos no entrenados en la fuerza por cuanto ellos están en condiciones de producir, voluntariamente, sólo el 70% de aproximadamente su fuerza máxima.
Sujetos entrenados en la fuerza, en cambio, logran movilizar, en cualquier momento, el 95% de su potencial de fuerza máxima.
- Comportamiento y transporte de los aminoácidos a través de l barrera hematoencefálica.
Durante el trabajo físico, los aminoácidos desempeñan un papel tanto en los procesos estructurales como en el metabolismo energético.
Pero, desde el punto de vista del %, éste último es de poca importancia.
En demandas de la resistencia general aeróbica dinámica a intensidad de carga entre el 50 y el 70% del máximo consumo de oxígeno, la oxidación de las proteínas puede cubrir del 3 al 15% de todo el metabolismo energético.
Ello ocurre, sobre todo, cuando disminuyen los depósitos intramusculares de glicógeno durante un trabajo de larga duración.
Muchos aminoácidos desarrollan un papel importante fisiológico y psicológico durante el trabajo muscular.
Ello se refiere, sobre todo, a la leucina, la isoleucina, la valina, el triptofano, la arginina, la ornitina y la glutamina.
El triptofano libre es el precursor de la serotonina, la tirosina lo es de la dopamina, del adrenalina y de la noradrenalina.
Ni el triptofano ni la tirosina pueden ser sintetizados por el cerebro.
Su única vía de acceso al cerebro está representada por la barrera hematoencefálica, donde existen al menos tres distintos sistemas de transporte.
Para ser transportados a través de la barrera hematoencefálica, los aminoácidos aromáticos y en cadena ramificada (BCAA: leucina, isoleucina, valina) deben competir por el acceso a los transportadores (carrier) de los grandes aminoácidos neutros (LNAA).
Por ello, el índice de transporte es determinado por el orden de magnitud de la concentración periférica plasmática.
En las cargas de resistencia aumenta la absorción de BCAA por parte de la musculatura y del hígado.
Así, el índice plasmático de estos aminoácidos, disminuye, y sobre la barrera hematoencefálica aumenta la probabilidad que el triptófano pueda ocupar un carrier.
Como resultado de ello , se produce un aumento de la entrada de triptófano en el cerebro con una sucesiva transformación en serotonina, ya que la enzima correspondiente, la triptofanohidroxilasis no está saturada con el triptófano (Fernström 1983).
En nuestras investigaciones, el aumento artificial, o bien inducido por la carga, de los ácidos grasos libres, ha provocado un incremento altamente significativo del triptofano libre y del cociente entre triptófano/BCAA.
El aumento artificial de los ácidos grasos libres hasta los niveles no fisiológicos, no ha llevado a un ulterior aumento del cociente triptófano libre/triptófano asociado (Strüder y otros 1996B).
Un ulterior factor que hemos tenido en cuenta, que influye en la síntesis de la serotonina en el cerebro durante el trabajo físico, es el amoníaco.
Un aumento de la concentración de amoniaco en el cerebro puede provocar alteraciones metabólicas (Cardelli-Cangiano y otros 1984). En el hombre, durante una carga intensiva, los valores del amoníaco aumentan muy significativamente.
Ello influye en la síntesis de la serotonina, o bien en la actividad de transporte de los carrier L (Mans y otros 1983)v.
El aumento del amoníaco provoca un aumento de la glutamina (Gin) cerebral y un aumento de su transporte por medio del carrier L fuera del cerebro.
En el caso de la hiperammoniemia, por la acción concomitante de las células amarillas y del endotelio, aumenta la cantidad de glutamina transportada fuera del cerebro, y se favorece la entrada de los LNAA.
Hipotéticamente existe la posibilidad de que la responsabilidad del aumento del triptófano cerebral y del incremento de la prolactina durante cargas de resistencia no se atribuya sólo al aumento periférico de la fracción libre del triptófano.
A través del aumento de la actividad de transporte de los carrier de los LNAA, pudiera aumentar la cantidad de los aminoácidos transportados en el cerebro y, por ende, también la de triptófano libre.
Ello permitiría explicar la disminución del índice de prolactina ya inmediatamente después de la carga, aunque el triptófano libre alcance el máximo valor sólo en los primeros diez minutos de recuperación.
De este y de otros resultados, que no vamos a exponer aquí, inducimos la existencia de un estrecho vínculo bioquímico entre funciones cerebrales, musculatura del esqueleto y el sistema cardiocirculatorio y respiratorio (Cavero y otros, 1984; Hollmann y otros, 1988, 1983, 1994).
El efecto inhibitorio de la serotonina sobre la ingestión de alimentos, nos ha inducido a estudiar la concentración global de triptófano y de LNAA en sujetos anoréxicos entrenados, de sexo femenino.
En las mujeres anoréxicas, durante cargas de una duración de dos horas en el ergómetro en estera rodante con una intensidad del 60% del máximo consumo de oxígeno, se observaba un aumento no significativo del triptófano global, con respecto a una significativa disminución del índice de esta sustancia en las atletas no anoréxicas.
Sobre la base de estos resultados se puede concluir que en las atletas anoréxicas, los cambios de la función serotoninérgica podrían estar relacionados con los hábitos alimentarios y con la cantidad de calorías ingeridas (Platen y otros, 1992).
En una confrontación entre sujetos de sexo masculino entrenados y no entrenados, en reposo, no hemos hallado diferencias en la concentración basal de aminoácidos o en los valores de TRP o de la relación TRP/BCAA (figura 4, Strüder y otros, 1999b).
Sin embargo, un entrenamiento moderado de la resistencia aumentaba el número de carrier de 5-HT situados en los trombocitos, mientras estos cambios no han sido observados después de un aumento extremo del volumen de entrenamiento en sujetos entrenados para la resistencia durante años.
Ello coincide con el resultado que los atletas entrenados para la resistencia, a causa de la completa adaptación metabólica, muestran una menor actividad serotoninérgica debida a la carga física (Strüder y otros, 1997).
En los sujetos no entrenados o poco entrenados, un entrenamiento moderado de resistencia llevaba a un aumento de los receptores de 5-HT24, mientras hemos observado una disminución después de un programa intensivo de entrenamiento en atletas que practican deportes de resistencia (figura 4).
Así, pues, el entrenamiento de la resistencia provoca diversas adaptaciones en el sistema serotoninérgico según la intensidad de los programas de entrenamiento y del estado de entrenamiento de los atletas.
- Hipoxia, hiperoxia y neurotransmisores.
En diversas condiciones de presión parcial de oxígeno en el aire inspirado, durante trabajo físico, resultan evidentes diversos mecanismos de control central.
Es sabido que, en condiciones de hipoxia, el modo de trabajar de la barrera hematoencefálica, cambia (Lataste, 1992).
Se ha podido probar un aumento de la irrigación hemática cerebral, una ampliación de los capilares permeables y un aumento de la presión capilar.
Así, hemos indagado cuál de las conocidas reacciones de las hormonas y de los neurotransmisores, al cambio de la presión parcial de oxígeno, pudieran ser consideradas implicadas en estas modificaciones.
Los resultados debieran permitir descubrir las funciones de regulación del cerebro.
Ocho sujetos de sexo masculino entrenados para la resistencia, han realizado cargas de 60 minutos en el cicloergómetro.
Antes de iniciar el experimento mediante un test con incremento en el cicloergómetro, se ha determinado la intensidad de la carga correspondiente a una concentración de lactato de 1,5 mmol/l
- ± 32 W).
Luego, a los sujetos participantes en el experimento, en tres sesiones, ejecutadas de conjunto, mediante un adecuado equipo, se les suministraba aire, antes, durante y después de la carga, con un por ciento normal de oxígeno (21% de 02), hiperóxica (100% de oxígeno) o hipóxica (14% de 02 en 86% de N2).
Durante la carga en condiciones de hipoxia, la frecuencia cardiaca, el lactato y la sensación subjetiva de esfuerzo aumentaban de modo significativamente mayor que en condiciones de normoxia y de hiperoxia.
En cambio, la hiperoxia provocaba un aumento del índice de amoniaco.
En condiciones de hipoxia y de normoxia en reposo, antes de la carga, no se observaron cambios significativos de la adrenalina, de la testosterona, de la hormona de crecimiento y del ACTH.
En este período, en condiciones de hiperoxia, disminuía la adrenalina y la noradrenalina.
Durante la carga, en las distintas sesiones, se observó un aumento significativo de la adrenalina, de la noradrenalina, de la hormona de crecimiento y del ACTH.
Sin embargo, en relación con las condiciones de normoxia y de hiperoxia, el aumento de la adrenalina, de la noradrenalina, de la hormona de crecimiento y del ACTH era significativamente mayor en hipoxia.
En cambio, la testosterona y la serotonina no se diferenciaban significativamente en las distintas condiciones experimentales.
La hiperoxia inducía un aumento extremo de la prolactina (400%) ya en la fase en reposo que precede la carga.
Durante la carga, en condiciones de hiperoxia, la prolactina disminuía pero se mantenía significativamente elevada respecto a las condiciones de normoxia y de hipoxia.
Nuestras investigaciones prueban que entre los parámetros estudiados por nosotros, el único que ya en condiciones de hiperoxia reaccionaba con un incremento extremo, era la prolactina.
Las causas implicadas en este fenómeno son la disminución de la acción inhibitoria del sistema dopaminérgico, los cambios inducidos por el oxígeno en la síntesis de la serotonina y cambios de los quemioceptores cerebrales.
- Cambios cerebrales debido a la edad y a la actividad física.
Durante los procesos de envejecimiento, el peso del cerebro disminuye constantemente.
La causa principal es la pérdida de agua, y, entre otras cosas, la disminución de las dendritas.
Este proceso se inicia ya desde los 50 años de edad o a más tardar a los 60.
Las dendritas tienen una cantidad de espinas que alcanzan el orden de magnitud de algunos miles de millones, y que representan el único substrato des la memoria a corto plazo (más propiamente definida “memoria operativa” o “de trabajo” , NdT) del hombre.
La reducción de su número, debido a la edad, hace disminuir la calidad de la memoria a corto plazo, y este es el primer cambio debido al envejecimiento que se hace funcionalmente visible.
Nos preguntamos, pues, cuál sería la influencia que produce la actividad física sobre las reacciones cognoscitivas de sujetos no habituados a ésta después de los 65 años (Schmidt y otros, 1999ª/b).
Catorce sujetos de sexo masculino, con régimen de mano derecha, con una edad promedio de 69 ± 3,5 años fueron sometidos a tomografía de emisión de positrones (PET) durante una sesión experimental en la cual debían efectuar una tarea de memorización.
Antes de iniciar la tarea, se les inyectó un ámpula de butanol 0-15.
Los sujetos debían recordar 12 pares de palabras con contenido icónico, pero sin relación semántica entre sí.
Los resultados de la investigación fueron confrontados con los de un grupo de igual número de sujetos de sexo masculino de una edad de ± 24 años.
Los sujetos de más edad necesitaron de 7 a 9 repeticiones para lograr recordar el 83 ± 5 % de las parejas de palabras, mientras los sujetos jóvenes mostraban una seguridad de repetición en un 100% después de mostrar las imágenes de 2 – 4 veces.
Los resultados obtenidos con la PET en los sujetos de más edad mostraron una activación de distritos más amplios del cerebro.
Contemporáneamente se observaban variaciones significativas en la irrigación sanguínea regional del cerebro, especialmente en la región parietal lateral y en el hipocampo.
Pero si estas personas mayores realizaban un entrenamiento aeróbico dinámico, es decir, un paseo o una excursión como mínimo de 45 minutos, dos o tres veces por semana, se observaban resultados similares a los de los jóvenes.
Las diversas PET regionales mostraban que en los sujetos mayores no entrenados, durante el aprendizaje de las parejas de palabras, se activaban distritos cerebrales más pequeños, mientras que en los mismos sujetos, después de entrenamiento durante el aprendizaje, distritos cerebrales más amplios resultaban implicados.
En la recordación de las parejas de palabras aprendidas, ocurría lo contrario. Entonces el efecto del entrenamiento consistía en la utilización de distritos más pequeños del cerebro en igualdad de rendimiento.
Por tanto, también en el cerebro se observa un proceso de mayor economía, debido al entrenamiento, similar al que conocemos en el sistema cardiocirculatorio.
La figura 5 muestra las distintas regiones del cerebro que se activan durante el aprendizaje (parte superior) y en la recordación (parte inferior) de parejas de palabras de elevado contenido icónico, pero exentas de un contenido semántico, de sujetos varones con más de 65 años, no entrenados y extremadamente entrenados en la resistencia (maratonistas).
En las tres secciones transversales estudiadas, durante el aprendizaje, los sujetos no entrenados mostraban zonas de activación significativamente mayores que los maratonistas.
En la recordación, los maratonistas activaban un número menor de zonas, en particular, en las regiones prefrontales; incluso no era posible observar algún tipo de actividad.
En su conjunto, pues, los procesos de envejecimiento determinan diferenciaciones cuantitativas en la activación de las distintas regiones del cerebro.
7. Funcionalidad del eje hipotálamo – hipofisario- adrenal e hipotálamo – hipofisario – gonadal y capacidad de rendimiento cognoscitivo en sujetos mayores.
En sujetos que practican maratón de una edad promedio de 70 años, que actualmente corren 65 km semanales, bajo la acción de la dexametasona , hemos observado una reducida supresión de la actividad adrenal 90 minutos después de la inyección de la hormona relaeser corticotropina (Strüder y altros.,1999ª).
Una reducida cantidad plasmática de testosterona libre en los atletas entrenados en la resistencia no podía atribuirse a una modificación del incremento de la hormona luteinizante.
Después de 20 semanas de un entrenamiento aeróbico –consistente en caminar, tres veces por semana, de 30 a 60 minutos – sujetos mayores no entrenados no mostraron ningún cambio en el carácter funcional del eje hipotálamo – hipofisario – adrenal e hipotálamo – hipofisario – gonadal, con excepción de la concentración plasmática de ACTH.
El entrenamiento provocaba una mejoría significativa en la sensación subjetiva de bienestar.
Para resumir, se puede afirmar que existen estrechas interacciones entre las reacciones centrales y periféricas del cuerpo provocadas por trabajo intenso y entrenamiento continuativo.
El sistema monoaminérgico y neuroendocrino desempeñan, claramente, un importante papel de modulación en la regulación de distintas funciones fisiológicas y psicológicas.
Gracias al uso de los modernos aparatos, ha resultado posible indagar cuáles son las reacciones estructurales y funcionales del cerebro humano ante la demanda de esfuerzo físico tanto cuantitativa como cualitativamente diversas.
Se trata de un gigantesco campo de investigación que requiere ser explorado ulteriormente.
La bibliografía del presente artículo, que además de las fuentes citadas en el texto contiene la literatura sobre la cual se basa, puede ser solicitada escribiendo a la Redacción.
La investigación ha sido auspiciada por el Instituto Federal de Ciencia del Deporte de Colonia, por la Fundación Krupp-van Bohien y Halbach de Esse; por la Fundación Oertel de Eichenau, por la Fundación Eckloff Winterstein de Bad Kissinger.
Figura 1.-
Comportamiento de la irrigación sanguínea en diversas regiones del cerebro durante el trabajo en el cicloergómetro a 25 W (columnas blancas) y a 100 W (columnas oscuras).
Figura 2.-
Sensibilidad al dolor (en por ciento) después de una carga hasta el agotamiento (n = 10).
“sin” = sin fármaco
“placebo” = solución fisiológica;
naloxona = preparado con efecto inhibitorio de los neuropéptidos opioides.
Si por acción del fármaco inhibidor, se elimina la acción de los neuropéptidos opioides endógenos (endorfina) incluso después de una carga física hasta el agotamiento, la sensibilidad al dolor es mayor que en condiciones de reposo.
Figura 3.-
Duración de una carga hasta el agotamiento en el cicloergómetro en una serie de experimentos después de suministrar un placebo, de paroxetina, de aminoácidos ramificados (BCAA) y tiroxina (la “a” indica p < 0,01; "b" p < 0,0057.
MODELO TRIDIMENSIONAL de la triptófano – hidroxilasis (TPH), es decir, de la enzima que limita el índice d biosíntesis de la serotonina.
El TPH es también un importante componente de la biosíntesis de la melatonina.
Figura 4.-
La figura muestra los cocientes entre triptófano libre (TRP) y aminoácidos ramificados (BCAA) (a la izquierda, en alto);
la concentración de prolactina en el plasma (a la derecha, en alto);
la capacidad máxima de vínculo (Bmax) en los receptores de la 5-HT24 de la (3H) quetanserina (a la izquierda, abajo) y de la (3H) paroxetina en los carrier de la 5-HT de los trombocitos en la sangre (a la derecha, abajo) antes (columnas oscuras) y después (columnas blancas) suministro durante tres semanas de un placebo (PL) o de triptófano (TRP) en sujetos no entrenados (MT) sometidos a un entrenamiento moderado de una duración de tres semanas y en atletas practicantes de deportes de resistencia (0T) sometidos a un aumento muy notable del volumen de entrenamiento.
PL, TRP, MT y 0T sobre las columnas, indican una diferencia significativa respecto a las series de investigación.
El nivel de significado es p < 0,05.
Figura 5.-
Activación significativa de regiones del cerebro en sujetos no entrenados (NA; n = 10) y maratonistas (A; n = 9) de edad superior a los 65 años en la actividad de aprendizaje o de repetición de parejas de palabras.
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Revisado y actualizado por: Lic. Mariela C. Z (07/02/03)
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