El ejercicio físico también mejora nuestro cerebro

Todos sabemos que el ejercicio es importante para tener un cuerpo fuerte y saludable. Que el ejercicio también parece ser importante para una mente fuerte y saludable, para estimular la memoria y el aprendizaje y que, posiblemente, retrase el deterioro cognitivo relacionado con la edad, esta menos establecido. ¿Cómo es esto? Los investigadores han reunido  un creciente cuerpo de evidencia que sugiere que las células del músculo esquelético durante el ejercicio secretan proteínas y otros factores en la sangre que tiene un efecto regenerador sobre el cerebro.

Por ejemplo, muchos estudios han demostrado que la actividad física parece reducir la incidencia de la depresión. El ejercicio también podría retrasar o incluso prevenir la enfermedad de Alzheimer, así como disminuir los síntomas en personas que tienen estos trastornos. ¿Pero cómo, exactamente, el hecho de poner nuestras piernas en movimiento y el corazón en marcha ejercen una influencia positiva en nuestro cerebro?

Dos científicos de la Escuela de Medicina de la Universidad de Stanford están intentando conseguir algunas respuestas a esta importante pregunta. Han propuesto que cuando hacemos ejercicio, nuestros músculos secretan un factor o combinación de factores en el torrente sanguíneo, dando lugar a cambios estructurales y funcionales en el cerebro.

Tony Wyss-Coray y Thomas Rando, ganadores de un premio del Instituto Nacional de la Salud de Estados Unidos en el 2013, están trabajando en la recolección de todas las moléculas que segregan los músculos y que les permiten comunicarse con otras células. Estas moléculas incluyen hormonas, factores de crecimiento, y las pequeñas proteínas llamadas citoquinas que son importantes en la señalización celular. El dúo de Stanford sospecha que la clave del impacto beneficioso del ejercicio sobre el cerebro puede estar en su efecto sobre esta colección de moléculas que se han denominado "el comunicoma".

Para estudiar el comunicoma, Wyss-Coray y Rando están utilizando una técnica llamada parabiosis que acopla los sistemas circulatorios de los ratones activos físicamente con los ratones que son menos activos. Si los ratones "poco deportistas" se benefician de la sangre de los ratones activos, entonces el equipo analizará cual es el factor o factores responsables.

En otro estudio también apoyado por los Institutos Nacionales de la Salud de EEUU, se ha identificado un candidato bioquímico que ayuda a explorar la conexión músculo-cerebro: una proteína secretada por las células del músculo esquelético llamada Catepsina B. El estudio encontró que los niveles de esta proteína aumentan en la sangre de las personas que hacen ejercicio regularmente. También se ha encontrado esta proteína en ratones que corren regularmente en una noria.

Las células del cerebro de ratones tratados con esta proteína también mostraron cambios moleculares asociados a la producción de nuevas neuronas. Curiosamente, los investigadores encontraron que el aumento de la memoria normalmente proporcionado por el ejercicio está disminuido en los ratones incapaces de producir la Catepsina B.

Después de correr en una rueda, los ratones adultos forman
 nuevas neuronas (verde)en el giro dentado del cerebro.
 Imagen por : Henriette van Praag y Linda Kitabayashi

Los resultados, publicados recientemente en la revista científica Cell Metabolism, se han obtenido por un equipo de investigadores dirigido por Hyo Youl Luna y Henriette van Praag del Instituto Nacional sobre el Envejecimiento de los EEUU. El equipo buscaba proteínas que son secretadas por las células del músculo durante el ejercicio y que podrían ser transportadas al cerebro a través del torrente sanguíneo. Los investigadores comenzaron tratando las células musculares en discos de Petri con una sustancia química llamada AICAR, que imita los efectos del ejercicio en el músculo y aumenta la resistencia al ejercicio en ratones inactivos. El tratamiento con AICAR también mejora la función cerebral en ratones de una manera que es similar, pero no idéntica, a como lo hace el ejercicio.

La búsqueda produjo una breve lista de proteínas potencialmente importantes. Mediante la comparación de su lista, con los datos existentes sobre las proteínas secretadas y los cambios en la expresión génica después del ejercicio o después del tratamiento con  AICAR, una proteína destacó: la Catepsina B. Este pequeño enzima es conocido principalmente por su papel en la degradación y el reciclado de péptidos y proteínas dentro de las células. Sin embargo, algunas células también secretan la catepsina B, y sus efectos extracelulares son menos conocidos.

Para aprender más acerca de la catepsina B y el ejercicio, los investigadores recurrieron a los ratones y encontraron que los niveles sanguíneos de la enzima subieron después de que estos se ejercitaran regularmente durante dos semanas o más. También mostraron que los niveles de la proteína aumentaron en el músculo, pero no en otros órganos o tejidos. En conjunto, los resultados sugirieron que el ejercicio específicamente da lugar a la producción de la catepsina B en el músculo y conduce a su secreción en el torrente sanguíneo.

 Posteriormente, el equipo de científicos modificó el genoma de los ratones para hacerlos incapaces de producir la catepsina B. A diferencia de los ratones normales, estos ratones cuando hacen ejercicio, no producen nuevas neuronas en el giro dentado, una parte del cerebro asociada con la memoria. También mostraron que el ejercicio no mejoraba su memoria espacial y la capacidad de navegar por un laberinto en la forma en que los ratones normalmente mejoran.

Para que la catepsina B influya en el cerebro, primero tendría que cruzar la barrera hemato-encefálica, que bloquea las proteínas que son demasiado grandes o que tienen una bioquímica no acorde para entrar en el cerebro. Los investigadores inyectaron catepsina B en ratones incapaces de producir la sustancia química por sí mismos. A los 15 minutos, encontraron que la proteína había entrado en el cerebro. También encontraron que las células del cerebro tratadas con catepsina B mostraban cambios en la expresión génica consistentes con el crecimiento de nuevas neuronas.

Para ver si sus resultados se extienden más allá de células y ratones, los investigadores compararon los niveles de catepsina B en personas después de cuatro meses de ejercicio regular en una cinta rodante respecto a los que no ejercen. En este estudio, llevado a cabo en Alemania, participaron alrededor de 40 adultos jóvenes sanos. Sus edades estaban entre 19 y 34 años, y estaban casi igualmente divididos entre hombres y mujeres.

Efectivamente, el estudio mostró un aumento significativo en los niveles de catepsina B en la sangre tras seguir un entrenamiento regular. También encontraron una relación entre los aumentos de la catepsina B y la capacidad de los participantes para recordar y dibujar con precisión un conjunto complejo de líneas y formas geométricas, que a menudo se utiliza para evaluar la memoria visual.

Estos descubrimientos sobre la catepsina B son bastante sorprendentes. Los niveles elevados de la enzima se han relacionado anteriormente con una amplia gama de enfermedades, desde el cáncer a la epilepsia. También hay pruebas contradictorias sobre un posible papel de la catepsina B en el desarrollo de la enfermedad de Alzheimer, y se han propuesto fármacos que bloquean la enzima para el tratamiento de la lesión cerebral traumática, entre muchas otras enfermedades.

Y, sin embargo, los compuestos que elevan los niveles de catepsina B en ratones  modelados con la enfermedad de Alzheimer, han actuado como  neuroprotectores. Como señala Van Praag, esos resultados son consistentes con la investigación con animales que muestran que la actividad física puede prevenir o retrasar la aparición de la enfermedad de Alzheimer.

Evidentemente, quedan por responder muchas preguntas sobre la catepsina B y su papel en el cerebro y el resto del cuerpo. Pocos estudios anteriores se han centrado en la función de esta proteína en personas sanas. Los investigadores esperan poder seguir aprendiendo acerca de cómo la catepsina B se abre paso en el cerebro y una vez allí, influye en el desarrollo de nuevas conexiones neuronales.

La conexión entre el ejercicio y nuestro cerebro es sin duda una investigación de alto riesgo que puede dar lugar a una alta recompensa. No será fácil, pero encontrar las moléculas que mimetizan los efectos de estimulación cerebral mediante el  ejercicio físico puede abrir la puerta a nuevas formas de prevenir o tratar la disminución cognitiva relacionada con la edad y una amplia gama de otras condiciones neurológicas. Esto es especialmente importante para las personas a las que sea difícil o incluso peligroso hacer ejercicio debido a condiciones tales como la artritis, la osteoporosis y la enfermedad de Alzheimer u otras formas de demencia.

En cualquier caso, estos estudios añaden otra página a la evidencia que viene de muchas direcciones: realmente hacer ejercicio nos beneficia.

Por ello, para la gran mayoría de nosotros, no hay razón para sentarse a esperar a los resultados de las últimas investigaciones sobre la conexión entre el ejercicio y el cerebro. Póngase las zapatillas, súbase a su bicicleta, coja su bolsa de deporte, o haga cualquier cosa que le permita seguir ejercitándose de una manera regular. Mejorará tanto su cuerpo como su mente, y eso es un hecho.