El ejercicio mejora la salud cerebral con señales químicas

Estudiaron cómo las señales químicas liberadas por los músculos durante el ejercicio promueven el desarrollo neuronal en el cerebro.

Cuando los músculos se contraen durante el ejercicio, como los bíceps al levantar un peso pesado, liberan una variedad de compuestos en el torrente sanguíneo. Estos compuestos pueden viajar a diferentes partes del cuerpo, incluido el cerebro. Los investigadores estaban particularmente interesados en cómo el ejercicio podría beneficiar a una parte particular del cerebro llamada hipocampo.

"El hipocampo es una área crucial para el aprendizaje y la memoria, y por lo tanto, para la salud cognitiva", dijo Ki Yun Lee, estudiante de doctorado en ciencias y tecnología mecánica en la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign y autor principal del estudio. Comprender cómo el ejercicio beneficia al hipocampo podría conducir a tratamientos basados en el ejercicio para una variedad de afecciones, incluida la enfermedad de Alzheimer.

Para aislar los compuestos liberados por los músculos en contracción y probarlos en las neuronas del hipocampo, los investigadores recolectaron pequeñas muestras de células musculares de ratones y las cultivaron en platos de cultivo celular en el laboratorio. Cuando las células musculares maduraron, comenzaron a contraerse por sí mismas, liberando sus señales químicas en el cultivo celular.

El equipo de investigación agregó el cultivo, que ahora contenía las señales químicas de las células musculares maduras, a otro cultivo que contenía neuronas del hipocampo y otras células de soporte conocidas como astrocitos.

Utilizando varias medidas, incluida la inmunofluorescencia y la imagen de calcio para rastrear el crecimiento celular y matrices de electrodos múltiples para registrar la actividad eléctrica neuronal, examinaron cómo la exposición a estas señales químicas afectaba a las células del hipocampo.

Los resultados fueron sorprendentes. La exposición a las señales químicas de las células musculares en contracción hizo que las neuronas del hipocampo generaran señales eléctricas más grandes y frecuentes, lo que es un signo de crecimiento y salud robustos. En unos pocos días, las neuronas comenzaron a disparar estas señales eléctricas de manera más sincrónica, lo que sugiere que las neuronas estaban formando una red más madura juntas y mimetizando la organización de las neuronas en el cerebro.

Sin embargo, los investigadores aún tenían preguntas sobre cómo estas señales químicas llevaban al crecimiento y desarrollo de las neuronas del hipocampo. Para descubrir más sobre la vía que conecta el ejercicio con una mejor salud cerebral, se centraron en el papel de los astrocitos en la mediación de esta relación.

"Los astrocitos son los primeros en responder en el cerebro antes de que los compuestos de los músculos lleguen a las neuronas", dijo Lee. Quizás, entonces, desempeñaran un papel en ayudar a las neuronas a responder a estas señales.

Los investigadores descubrieron que al eliminar los astrocitos de los cultivos celulares, las neuronas disparaban aún más señales eléctricas, lo que sugiere que sin los astrocitos, las neuronas continuaban creciendo, tal vez hasta un punto en el que podrían volverse inmanejables.

"Los astrocitos desempeñan un papel crítico en la mediación de los efectos del ejercicio", dijo Lee. "Al regular la actividad neuronal y prevenir la hiperexcitabilidad de las neuronas, los astrocitos contribuyen al equilibrio necesario para un funcionamiento cerebral óptimo".

Comprender la vía química entre la contracción muscular y el crecimiento y la regulación de las neuronas del hipocampo es solo el primer paso para comprender cómo el ejercicio ayuda a mejorar la salud cerebral.

"En última instancia, nuestra investigación puede contribuir al desarrollo de regímenes de ejercicio más efectivos para trastornos cognitivos como la enfermedad de Alzheimer", dijo Lee.

Además de Lee, el equipo también incluyó a los miembros de la facultad de Beckman Justin Rhodes, profesor de psicología; y Taher Saif, profesor de ciencias y tecnología mecánica.