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Condicionamento aeróbio e cognição: 

uma revisão das adaptações fisiológicas

Acondicionamiento aeróbico y cognición: una revisión de las adaptaciones fisiológicas

Aerobic fitness and cognition: a review of physiological adaptations

 

*Graduanda do Curso de Licenciatura em Educação Física- UFGD

**Mestrando em Ciências da Saúde- UFGD

***PhD. em Fisiologia e Biofísica – UNICAMP

(Brasil)

Suelen Maiara Medeiros da Silva*

Bárbara Cristovão Carminati*

Valfredo de Almeida Santos Junior**

Pablo Christiano Barboza Lollo***

su.medei.ros@hotmail.com

 

 

 

 

Resumo

          Estudos apontam o papel benéfico do treinamento aeróbio no desempenho cognitivo. O condicionamento aeróbio promove alterações crônicas nas estruturas cerebrais, aumentando a capacidade de organizar processos cognitivos melhorando e protegendo suas funções, sugerindo que indivíduos condicionados fisicamente têm desempenho cognitivo superior que sedentários. Diante disto, o objetivo desta revisão é apresentar os benefícios do condicionamento aeróbio nos aspectos cognitivos, apresentando e discutindo os mecanismos que promovem estas adaptações. Especula-se que o exercício aeróbio crônico modula hormônios e neurotransmissores que agem na estrutura e função cerebral, o que poderia maximizar a capacidade cognitiva e são apresentadas em modelos animais e humanos.

          Unitermos: Condicionamento aeróbio. Função cerebral. Cognição.

 

Abstract

          Studies shown the beneficial role of aerobic training on cognitive performance. Aerobic conditioning could promotes chronic changes in brain structures, increasing the ability to organize cognitive processes improving and protecting their functions, suggesting that physical exercise could improve the cognitive performance. The aim of this review is to present the benefits of aerobic fitness on cognitive aspects, presenting and discussing the mechanisms that could be involved in these adaptations. It is speculated that the chronic aerobic exercise modulates hormones and neurotransmitters that act on the brain structure and function, which could maximize cognitive ability and are shown in animal models and humans.

          Keywords: Aerobic conditioning. Brain function. Cognition.

 

Recepção: 13/07/2015 - Aceitação: 08/10/2015

 

 
EFDeportes.com, Revista Digital. Buenos Aires, Año 20, Nº 210, Noviembre de 2015. http://www.efdeportes.com/

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Introdução

    Estudos recentes demonstram os benefícios do exercício aeróbio regular para saúde mental. A capacidade aeróbia, que é a capacidade máxima do sistema cardiorrespiratório de captar e utilizar o oxigênio têm sido relacionados com a regulação da homeostase do cérebro (Hillman, Erickson & Kramer, 2008). Sujeitos fisicamente ativos têm menor risco de ser acometido por doenças neurodegenerativas devido às alterações fisiológicas causadas pelo exercício (Kramer & Erickson, 2007).

    Atividade física regular é um importante fator no aprimoramento das habilidades cognitivas, agindo diretamente na regulação de hormônios e neurotransmissores que protegem e mantêm as funções cerebrais (Schmolesky, Webb & Hansen 2013; Chaddock, Hillman, Buck & Cohen, 2011). As principais respostas cognitivas diante dessas interferências são o aprimoramento de suas capacidades, como menor tempo de reação, precisão de resposta, flexibilidade cognitiva, memória de trabalho, controle inibitório (Buck et al., 2008; Scudder et al., 2013). Pesquisas em animais têm demonstrado que permitir o acesso a equipamentos de exercício aeróbio, tais como roda de corrida, tem efeito benéfico no crescimento neural e em estruturas neurais que implicam na aprendizagem e na memória, indicando que a pratica de atividade física regular pode intervir na função cognitiva e nos sistemas neurais que o sustentam (Van Praag, Shubert, Zhao & Gage, 2005).

    A aptidão aeróbica está relacionada com o desempenho superior em tarefas que exigem uma grande quantidade de recursos do processo cognitivo, indivíduos fisicamente ativos têm desempenho cognitivo superior quando comparado com sedentários (Macintosh et al., 2014). Por exemplo, Wu et al. (2011) demonstrou que crianças com maior nível de condicionamento aeróbio obtêm melhor desempenho escolar. Sabe-se também que jovens fisicamente ativos apresentam facilidade de raciocínio, memória, planejamento, concentração, além de facilidade em alocar recursos diferentes do controle cognitivo, conforme o aumento da dificuldade da tarefa (Padilla, Pérez & Andrés, 2014). Por fim, idosos que participam de um programa de treinamento aeróbio apresentaram redução das perdas cognitivas, o que foi relacionado com o aprimoramento de diversos aspectos cognitivos como memória, tempo de reação, precisão de resposta (Colcombe et al., 2006).

Adaptações em estruturas cerebrais

    Avanço nas técnicas de neuroimagem facilita a compreensão dos mecanismos que estão envolvidos na relação entre condicionamento aeróbio e seus benefícios nos processos cognitivos de seres humanos, mostrando que o exercício provoca mudanças nas estruturas e função cerebral. Indivíduos fisicamente ativos têm padrão de ativação diferenciado em algumas áreas cerebrais específicas. Corroborando este achado Chaddock et al. (2010a) identificou um volume maior nas estruturas dos gânglios basais em crianças com aptidão física superior, o que foi relacionado com a facilidade de aprendizagem. Erickson et al. (2011) encontrou um volume maior no hipocampo, uma estrutura cerebral responsável pela memória e por meio de testes foi comprovado o desempenho superior em indivíduos ativos fisicamente. Colcombe et al. (2006) constatou que idosos com nível elevado de aptidão aeróbica têm volume maior do córtex pré- frontal e lobo temporal. Indicando que prática regular de atividade aeróbia tem relação direta no aumento e ativação de regiões cerebrais que atuam na função cognitiva.

    As técnicas utilizadas em humanos, como ressonância magnética e eletroencefalograma, limitam a compreensão das alterações cerebrais recorrentes do treinamento aeróbio (Erickson & Kramer, 2009). Então são direcionadas pesquisas com técnicas invasivas em ratos, assim surgem hipóteses que tentam explicar as mudanças nas estruturas cerebrais decorrentes do exercício, controlando e manipulando suas variáveis, permitindo uma análise dos fatores envolvidos no aprimoramento cognitivo e o condicionamento aeróbio. Essas análises biomoleculares conseguem explicar as mudanças na remodelagem de estruturas e a plasticidade neural que acontecem no cérebro mediante o treinamento (Tabela 1) (Filho et al., 2013).

    Os principais achados das pesquisas em ratos demonstram que o treinamento libera substâncias que atuam na modulação de estruturas cerebrais, ocasionando maior proliferação de células, neurogênese (formação de novos neurônios), angiogênese (novos capilares sanguíneos), novas conexões sinápticas e, plasticidade sináptica (Filho et al., 2013; Kerr, Steuer, Pochtarev & Swain, 2010).

    A principal explicação sobre o benefício do treinamento aeróbio na função cognitiva é a regulação de hormônios que atuam na estimulação e crescimento neural, tais como IGF-1 (Insulin-Like Growth Factor I) e VEGF (Vascular Endothelial Growth Factor), outros hormônios podem exercer papel deletério como o cortisol. Por isso, faz-se relevante o estudo das implicações do condicionamento aeróbio na regulação desses hormônios.

    O IGF-I é o principal hormônio que consegue justificar os benefícios do treinamento na função cognitiva. O exercício aeróbio induz o aumento dos níveis de IGF-I circulante no cérebro, este hormônio induz a neurôgenese, novas células neurais aumenta a plasticidade sináptica (Carro, Trejo, Busiguina & Torres-Aleman, 2001). Novos neurônios nas estruturas cerebrais foram positivamente relacionados com aprendizagem, sabe-se que ratos velhos que participaram de um treinamento aeróbio apresentaram aumento no número de neurônios em estruturas cerebrais e foram melhores do que o grupo controle não treinado em teste cognitivo (Van Praag et al., 2005). Com o aumento de células neurais no Hipocampo, recorrentes do treinamento, verificou-se desempenho superior em teste de memória e aprendizagem (Speisman et al., 2013).

    O IGF-I circulante recorrente do treinamento age também como neuroprotetor (Ding, Vaynman, Akhavan, Ying & Gomez-Pinilla, 2006). Zheng et al. (2014) em seu estudo verificou que duas semanas de treino em esteira aumentou a absorção de IGF-1 circulante no cérebro em ratos com isquemia cerebral. Ratos treinados que receberam um bloqueador de sinalização de IGF-1 no cérebro tiveram a memória pior do que ratos que se exercitaram, indicando que o treinamento regula o IGF-1 e este age como mediador das funções cognitivas, plasticidade neural e neuroprotetor (Chang et al., 2011). Sabe-se também que o aumento das concentrações de IGF-1 melhora a função cognitiva em humanos, tais como memória de curto prazo, depressão, tensão, desanimo (Cassilhas et al., 2007).

Tabela 1

Autor

Amostra

Objetivo do estudo / técnica utilizada

Medida de condicionamento aeróbio

Resultados

Pareja-Galeano et al. (2013)

16 adolescentes (11- 16 anos)

O efeito do treinamento nos níveis plasmáticos de IGF-1- Amostra de sangue.

O nível de condicionamento aeróbio foi medido em 3 dias normais- Calorímetro

Indivíduos treinados apresentam aumento significativo de IGF-1 nos sangue, comparando com o grupo controle.

Van Praag et al. (2005)

33 ratos (15 jovens e 18 velhos)

Maior nível de aptidão aeróbia correlacionada com aprendizagem, neurogênese e angiogênese-

bromodeoxiuridina ou retrovírus para rotular as células recém-nascidas e aprendizagem espacial.

A administrada por 45 dias atividade física pela roda de corrida com acesso ilimitado (média de 4.9 km percorridos).

Ratos idosos treinados teve aumento de neurônios no hipocampo (neurogênese) e facilidade de aprendizagem. Não foi encontrado aumento nos vasos sanguíneos (angiogênese).

Chaddock et al. (2010b)

49 crianças (9 e 10 anos)

Maior nível de condicionamento aeróbio correlacionada com o volume do hipocampo e memória- Neuroimagem e teste de memória.

O nível de condicionamento aeróbio foi avaliado pelo consumo máximo de oxigênio (VO2máx).

Crianças com níveis elevados de aptidão aeróbia tem volume maior do hipocampo, o que foi associado com desempenho superior em testes de memória relacional.

Viboolvorakul and Patumraj (2014)

26 ratos

O treinamento aumenta os vasos sanguíneos cerebrais em ratos idosos- FITC-dextrano como um marcador fluorescente.

5 sessões por semana, com duração de 60min por 8 semanas.

O treinamento provoca alterações microvasculares e regula o VEGF.

Colcombe et al. (2006)

59 idosos (60- 79 anos) e 20 adultos (18-30 anos)

Treinamento físico aumenta o volume cerebral- Ressonância magnética.

3 sessões por semana de treinamento (~40 – 70% FC máx) durante um período de 6 meses.

O treinamento aeróbio aumenta o volume cerebral (massa branca e cinzenta) e é associado com a preservação do tecido cerebral em idosos.

    A plasticidade vascular foi apontada como um importante fator na aquisição de memória e aprendizagem (Voss et al., 2013). O VEGF é um importante hormônio a ser estudo pelo fato de ser apontado como responsável pela angiogênese cerebral. Ratos treinados apresentaram um numero maior de vasos sanguíneos nas estruturas cerebrais e após passar por teste cognitivos verificou-se que estes novos vasos facilitou a aprendizagem e a memória (Kerr et al., 2010).

    Com o aumento de vasos sanguíneos em diferentes regiões cerebrais ocorre uma maior oferta de oxigênio e nutrientes nessas regiões responsáveis pela função cognitiva. Como vimos o treinamento aumenta o número de neurônios nas estruturas cerebrais responsáveis pela função cognitiva, então é necessário um aumento nos vasos sanguíneos que iram suprir as necessidades energéticas nessas novas células, levando pela circulação sanguínea oxigênio e nutrientes (Filho et al., 2013). Este é um importante mecanismo a ser estudado pelo fato de conseguir melhor explicar os benefícios do condicionamento aeróbio no desempenho cognitivo. Esses resultados sugerem que uma maior vasculatura cerebral, induzida pelo treinamento, é importante para melhorar a função cognitiva e plasticidade neural, sendo um dos mecanismos que protegem o cérebro contra os declínios cognitivos (Viboolvorakul, Patumraj 2014).

    O treinamento aeróbio modula também o cortisol (corticosterona em ratos) nas glândulas adrenais. A desregulação desse hormônio pode causar danos no sistema nervoso central (Filho et al., 2013). Sabe-se que altas concentrações de corticosterona causam danos no hipocampo, prejudicando a memória de trabalho e a memória espacial (Woodson, Macintosh, Fleshner & Diamond, 2003). Deste modo estudo de técnicas que regulam este hormônio faz-se relevante por sua ação degenerativa nas funções cerebrais.

Considerações finais

    Coletivamente, os resultados revistos sugerem os efeitos potencialmente benéficos do condicionamento aeróbio para a estrutura e função cerebral. Os dados demonstram a importância do treinamento aeróbio na maximização da saúde mental e da função cognitiva. O treinamento aeróbio é associado com alterações fisiológicas permanentes nas estruturas neurais, regulando hormônios e substâncias importantes para a sustentação de regiões cerebrais e estão diretamente relacionados com a manutenção e proliferação de células, proteção cerebral, neurogênese, angiogênese, plasticidade neural (Deng, Aimone & Gage, 2010; Laufs et al., 2004). Dado que a perda de tecidos e sinapses neurais resulta no declínio cognitivo, os processos que agem na reconstrução do tecido e proteção cerebral, como o treinamento físico, pode ser de extrema relevância para elevar o potencial cognitivo (Erickson et al., 2011).

    Os mecanismos que conduzem a compreensão das alterações fisiológicas nas estruturas cerebrais e sua resposta cognitiva recorrentes do exercício são estudados, em sua maioria, em animais. O avanço das técnicas de neuroimagem tem facilitado a compreensão das alterações estruturais das regiões cerebrais ante o exercício aeróbio crônico. Os dados mostram a relação entre saúde física, mental e a capacidade cognitiva, demonstrando a importância da pratica regular de atividade física para saúde mental.

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