INTRODUCCIÓN
En los últimos años, los niños se han vuelto cada vez más sedentarios, lo que contribuye a aumentar la prevalencia desobrepeso y baja condición física (20). Tal inactividad perjudica la salud del cerebro y algunos aspectos de la cognición,
especialmente el control ejecutivo (15). Esto es preocupante porque durante la infancia hay cambios extensos en la
estructura, la función y la conectividad del cerebro. Por lo tanto, un estilo de vida activo durante la infancia puede tener
efectos protectores sobre la salud del cerebro durante toda la vida (14).
No obstante, el rendimiento cognitivo es vital para el éxito en la escuela, la vocación y la vida (9,11), también puede ser
mejorado por el ejercicio, especialmente el control ejecutivo (10), que consiste en la inhibición (resistencia a las
distracciones o hábitos para mantenerse enfocado), memoria de trabajo (retención mental y manipulación de información)
y flexibilidad cognitiva (multitarea). En particular, revisiones recientes (9,11) sugieren una asociación positiva entre la
actividad física y el control ejecutivo con respecto a los académicos, pero son necesarios ensayos más experimentales.
Las mejoras cognitivas después de una sola sesión de ejercicio aeróbico parecen ser dependientes del nivel de aptitud
física de los participantes, la naturaleza de la tarea cognitiva y el momento de la administración, la duración del ejercicio y
la intensidad (7). En el metanálisis de Chang et al. (7), las intensidades de ejercicio más altas mostraron mejores
resultados sobre la función cognitiva en muchas poblaciones investigadas. De hecho, Hotting et al. (16) comparó los
efectos del ejercicio de baja intensidad (<57% máximo de frecuencia cardiaca; FCmáx) y el de alta intensidad (~80%
FCmáx) en la consolidación de la memoria de palabras en adultos jóvenes, los cuales fueron evaluados 20 minutos y 24
horas después del ejercicio . Aunque el número de palabras recordadas no aumentó, los sujetos del grupo de alta
intensidad olvidaron menos palabras 24 horas después del ejercicio. Utilizando una muestra de niños/adolescentes (10 a 16
años de edad), Browne et al. (5) demostró que 20 minutos de ejercicio aeróbico moderado (65 a 75% de FC de reserva)
mejoraron el control inhibitorio en el test de interferencia de color de Stroop.
Una hipótesis fisiológica que puede explicar el efecto agudo de la intensidad del ejercicio en la respuesta cognitiva es el
aumento del flujo sanguíneo cerebral, la disponibilidad de nutrientes y/o el aumento de la actividad de los
neurotransmisores (21). Los biomarcadores periféricos son una estrategia para explorar aún más las asociaciones entre el
ejercicio y el rendimiento cognitivo. De hecho, uno de los mediadores moleculares más rigurosamente investigados es el
factor neurotrófico derivado del cerebro (BDNF) (26). Los estudios en animales han demostrado consistentemente que esta
neurotrofina y su receptor, la tirosina quinasa (TrkB), juegan un papel importante en muchos procesos funcionales y
estructurales de neuroplasticidad que soportan el proceso de memoria a largo plazo (1). Además, Hötting et al. (16) y
Knaepen et al. (19) han confirmado que los niveles circulantes de BDNF se incrementan transitoriamente con el ejercicio
intenso.
Curiosamente, Wyss et al. (32) demostró recientemente in vivo que el lactato también es utilizado por el cerebro como
fuente de energía primaria, y parece que el cerebro prefiere el lactato sobre la glucosa como sustrato energético. Por lo
tanto, se puede sugerir que las intensidades de ejercicio que aumentan la producción de lactato (por ejemplo, por encima
del umbral de lactato [UL]) podrían ser más eficaces en la mejora de la cognición. A pesar de la probabilidad de que la
mejora inducida por el ejercicio en el control ejecutivo esté relacionada con la intensidad del ejercicio, hasta el momento
no se han investigado los efectos agudos del ejercicio realizado por encima y por debajo del umbral de lactato en el control
ejecutivo en niños. Por lo tanto, el propósito de este estudio fue analizar y comparar los efectos agudos del ejercicio
realizado por encima y por debajo del UL en el control ejecutivo en niños. La hipótesis es que las mejoras en el control
ejecutivo después del ejercicio en los niños son dependientes de la intensidad. MÉTODOS
Sujetos
Para probar la hipótesis, 9 niños (4 varones) del 4º grado de la escuela primaria pública brasileña participaron en un
ensayo aleatorizado con diseño cruzado. Los criterios de exclusión incluyeron servicios educativos especiales relacionados
con trastornos cognitivos o de atención, enfermedades neurológicas y discapacidades físicas. El presente estudio se realizó
de acuerdo con la Declaración de Helsinki y la Resolución 466/2012 del Consejo Nacional de Salud de Brasil y fue
posteriormente aprobado por el Comité de Ética de Investigación local (número de protocolo: 139/2010). Los padres de
todos los niños proporcionaron un consentimiento informado por escrito. No se ofreció ningún incentivo monetario o de
otro tipo a los alumnos o a la escuela para participar en el estudio.
Procedimientos
Los sujetos fueron evaluados durante 5 sesiones, con un intervalo de 24 a 72 horas. Las dos primeras sesiones consistieron
en: (a) las evaluaciones antropométricas y de maduración; la familiarización con las tareas cognitivas y el test de 12
minutos de Cooper; y (b) la determinación del UL mediante un test incremental. Las últimas 3 sesiones se realizaron en
orden aleatorio: (a) sesión de 110%UL; (b) sesión de 90%UL; y (c) sesión de control (CON). El rendimiento cognitivo se
midió después de una recuperación de 20 minutos de las sesiones experimentales y de control.
Mediciones Antropométricas
El peso y altura de los sujetos fueron medidos por una balanza electrónica (Tech 05®, China) y un estadiómetro portátil
(Sanny® ES 2040, Brasil), respectivamente. El porcentaje de grasa fue determinado por un adipómetro (Lange®, EEUU) a
través de mediciones de pliegues cutáneos de tríceps y subescapulares, según lo descrito anteriormente por Slaughter et
al. (27). Además, la información sobre la madurez sexual se determinó de acuerdo con el modelo propuesto por Tanner
(29). Dentro de la misma sesión, se evaluó la función cardiaca mediante un electrocardiograma en reposo (GE Medical
Systems, MAC 500). La frecuencia cardiaca en reposo se midió mediante un monitor cardíaco automático (Polar® FT1).
Umbral de Lactato
El UL de los sujetos se obtuvo a través de un test incremental adaptado desde el protocolo desarrollado por Simões et al.
(24), que consistió en correr 6 veces 500 m al 80%, 83%, 86%, 89%, 92% y 95% de la velocidad promedio de carrera
obtenida con el test de 12 min de Cooper. Durante los últimos 10 segundos de cada recorrido de 500 m, se extrajo una
muestra de sangre de 25 μl del lóbulo de la oreja y se transfirió a tubos Eppendorf que contenían 50 μl de fluoruro de sodio
(NaF) al 1%. Las concentraciones (mM) se determinaron a partir de cada muestra usando un analizador de lactato
sanguíneo (Yellow Spring Instruments 2700, Ohio, EEUU). El umbral de lactato se determinó como la intensidad a la que
se produjo el punto de ruptura en la curva de concentración de lactato sanguíneo (25).
Tests Cognitivos
Los sujetos completaron una tarea computarizada de Flanker modificada (12) para evaluar el control inhibitorio. Ensayos
congruentes e incongruentes requirieron que los sujetos presionen un botón correspondiente a la dirección de la flecha
“objetivo” presentada centralmente. Los ensayos congruentes consistieron en flechas orientadas hacia la misma dirección
(por ejemplo, <>>>) y los ensayos incongruentes consistían en que la flecha del medio miraba en dirección contraria a las
otras (por ejemplo, <<><>). Se mostraron un total de 20 ensayos con flechas negras sobre un fondo blanco. Se registró el
tiempo de reacción y la exactitud de las respuestas, el resultado fue presentado por el puntaje de eficiencia inversa que se
calculó mediante la fórmula: rendimiento (ms) = tiempo de reacción (ms) / respuestas correctas (%) (6).
Se usó la prueba de Memoria de Recuerdo Libre (23) para acceder a la memoria corta declarativa de los sujetos. Cada lista
de palabras de 20 ítems fue presentada una palabra a la vez, 5 segundos cada una para un tiempo de presentación total de
100 segundos. Después de este período, una señal verbal indicó a los sujetos que anotaran en un período de 2 minutos
tantas palabras como fuera posible, independientemente de su orden de presentación. Se registró el número de palabras
correctas recordadas.
La flexibilidad cognitiva se evaluó mediante el Test del Trazo (2). En la Parte A, era necesario trazar líneas que conectaban
en orden ascendente círculos consecutivos numerados de 1 a 25, distribuidos aleatoriamente sobre una hoja de papel. En
la Parte B, los círculos incluían números (1 a 13) y letras (A a L), y el niño debería conectarlos como números y letras
alternas (por ejemplo, 1-A-2-B-3-C…). Se registró el tiempo para completar cada parte de la tarea. Intervención
Las sesiones experimentales y de control se realizaron en orden aleatorio con un intervalo de 24 a 72 h. Se realizó un
breve calentamiento antes de comenzar con las sesiones de intervención. A continuación, los sujetos realizaron 10 minutos
de carrera a una velocidad equivalente al 90% o al 110% del UL. La frecuencia cardíaca (FC) se registró (Polar ® FT1)
durante las intervenciones. Las sesiones se realizaron entre las 5 y las 6 de la tarde en la pista de atletismo estándar de
400 metros de la Universidad Católica de Brasilia (UCB). El evaluador hizo sonar un silbato para que los niños pudieran
correr a un ritmo adecuado. Durante la sesión de control, los sujetos permanecieron sentados en reposo durante 10
minutos en una habitación climatizada, coloreando y dibujando, mientras se registró la FC.
Análisis Estadísticos
La distribución normal de los datos se evaluó mediante la prueba de Shapiro-Wilk. Los datos se presentan como media y
desviación estándar o mediana y percentiles del 25 al 75. Se utilizó un ANOVA de medidas repetidas seguido de un análisis
de contrastes para comparar los efectos de la intensidad del ejercicio sobre el rendimiento cognitivo. La hipótesis de
esfericidad se probó mediante el test de Mauchly y se utilizó la corrección de Greenhouse-Geisser cuando fue necesario. El
Eta al cuadrado parcial (η2p) se utilizó como una medida del tamaño del efecto de las varianzas. Además, se calculó el g de
Hedges como una medida del tamaño del efecto de las medias
Este hallazgo está en concordancia con estudios previos (5,7,16). En particular, Chang et al. (7) en un metanálisis
demostró que la intensidad del ejercicio es un factor principal en la mejora de la función cognitiva luego del ejercicio.
Recientemente, Hotting et al. (16) evaluó los efectos de una sesión de ejercicio de 30 minutos en un ejercicio de baja
intensidad (<57% FC) y alta intensidad (~ 80% FCmáx) en la consolidación de la memoria 20 min y 24 horas después del
ejercicio en una muestra de 81 adultos jóvenes (22 ± 2,36 años). Curiosamente, sólo el grupo de alta intensidad mostró un
aumento en el BDNF después del ejercicio concomitante con menos palabras olvidadas. De manera similar, Etnier et al.
(13) demostró que el BDNF y la memoria a largo plazo (24 h) aumentaron sólo a una intensidad del 120% pero no al 80%
del umbral ventilatorio en 16 hombres y mujeres jóvenes (23,1 ± 2,2 años). Sorprendentemente, en ambos estudios (13,16)
el aumento de los niveles de BDNF no estuvo relacionado con las mejoras en el rendimiento cognitivo, lo que sugiere que
otros mediadores pueden jugar un papel importante en la mejora. Los estudios contradictorios sugieren que los adultos de
mediana edad y adultos mayores que participan en una intensidad moderada (pero no intensidad vigorosa) se benefician
con la mejora en la cognición (3,18). Por lo tanto, esto significa que mientras que una mayor intensidad es necesaria para
obtener mejoras cognitivas en niños y adultos jóvenes, una menor intensidad del ejercicio puede ser suficiente para
mejorar la función cognitiva en los adultos mayores.
Los mecanismos subyacentes a las mejoras cognitivas por el ejercicio de intensidad moderada a vigorosa pueden atribuirse
a una serie de factores, como el aumento del flujo sanguíneo al cerebro, los cambios en los niveles de neurotransmisores
como la acetilcolina, la serotonina, la adrenalina y la noradrenalina, que están relacionados con la función cognitiva, el
suministro de energía y las catecolaminas cerebrales. Además, hay evidencia de aumento del BDNF (30), que está
relacionado con el desarrollo de la actividad neuronal durante el aprendizaje, la memoria y la plasticidad sináptica. En un
estudio con roedores, Vaynman, Ying y Gómez-Pinilla (31) demostraron que después de bloquear los receptores de BDNF
desapareció la mejora cognitiva inducida por el ejercicio en el aprendizaje y la memoria. Por lo tanto, es muy probable que
el BDNF desempeñe un papel en los resultados del presente estudio, sin embargo esto no fue investigado.
Desde el punto de vista educativo, el resultado del presente estudio puede tener importantes implicaciones con respecto a
la prescripción del ejercicio en las clases de educación física. En acuerdo con los resultados actuales, Howie, Schatz y Pate
(17) demostraron que 10 y 20 minutos de ejercicio moderado a vigoroso mejoraron el rendimiento matemático en
comparación con la condición sedentaria en 92 niños en edad escolar (de 9 a 12 años). Además, recientemente
demostramos que el juego activo (~ 70% FCmáx) durante las clases resultó en mejoras cognitivas y cambios
neuroeléctricos en el potencial relacionado con el evento N450 que estaba relacionado con la identificación de conflictos
en la corteza prefrontal. Durante un test de color de Stroop go/no-go, 13 niños mostraron una menor amplitud de N450
durante los ensayos incongruentes y un tiempo de reacción más rápido (TR) (4) en comparación con una condición
sedentaria de control. De hecho, los estudios han demostrado que tanto el ejercicio agudo como la aptitud física están
relacionados con un TR más rápido, mejores potenciales relacionados con los eventos y la activación de la corteza
prefrontal (4,8,15). Por lo tanto, una aplicación práctica de los resultados del presente estudio puede hacerse solicitando a
los niños a realizar ejercicio a una intensidad por encima del UL (es decir, 110%UL) durante tan poco como 10 min, lo cual
es probable que mejore su rendimiento cognitivo. Además, esta intensidad también se asocia con mejoras en la salud y la
aptitud física (28). Para los sujetos del presente estudio, el 110%UL correspondía a una velocidad de carrera de 8,7 ± 1,0
km·h-1. Por lo tanto, esta pausa activa puede utilizarse para mejorar no sólo la salud de los alumnos, sino también su
rendimiento cognitivo.
Limitaciones de este Estudio
Las limitaciones del presente estudio incluyen el pequeño tamaño de la muestra, que puede haber influido en el poder
estadístico. Sin embargo, incluso con el pequeño tamaño de la muestra, los hallazgos indican efectos positivos del ejercicio
realizado por encima del UL. Además, no medimos ni biomarcadores ni las respuestas neuroeléctricas, lo que podría haber
ayudado a explicar los mecanismos subyacentes a las mejoras cognitivas. Sin embargo, está razonablemente claro que los
estudios anteriores apoyan la explicación mecanicista presentada en el presente estudio (4,15). Los estudios futuros deben
considerar estas limitaciones.
CONCLUSIONES
Los hallazgos indican que un solo episodio de carrera de 10 minutos ejecutado por encima del UL mejora el rendimiento
cognitivo de los niños, es decir, el control inhibitorio. Este hallazgo confirma la hipótesis inicial de que el ejercicio aeróbico
de alta intensidad ejerce un mejor efecto sobre el control ejecutivo. Desde un punto de vista práctico, los resultados
indican que un programa diario de ejercicios aeróbicos de 10 minutos puede mejorar la concentración y el aprendizaje del
alumno, y también puede ser útil para mejorar el comportamiento en el aula.
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