Qual a importância do sistema nervoso para a prática do exercício físico?

RESUMO

INTRODUÇÃO: Alterações plásticas ocorrem no cérebro para compensar a perda de funções em áreas prejudicadas por lesões. Muitas formas de plasticidade podem ocorrer, como regenerativa, axônica, sináptica, dendrítica, somática e habituação. Esta última é uma de suas formas mais simples. A neuroplasticidade pode ter valor compensatório, mas nem sempre isso ocorre porque as transformações neuronais que respondem ao ambiente nem sempre restauram funções perdidas.
OBJETIVO: Fazer uma revisão bibliográfica sobre exercício físico, neuroplasticidade e neuropatias.
MÉTODO: Realizou-se busca nas bases de dados Scielo, PubMed, Lilacs e BVS, de artigos publicados no período de 1992 a 2013 com os descritores: neuroplasticidade; neuroplasticidade e exercício físico; neuroplasticidade e sistema nervoso central; neuroplasticidade e neuropatias. Foram selecionados 48 artigos.
RESULTADOS: O aumento dos mecanismos celulares e sinápticos da plasticidade promovidos pelo exercício pode contribuir para os efeitos benéficos do enriquecimento motor, reduzir a degeneração e promover a recuperação da função em encéfalos lesados. No caso de regiões encefálicas com lesão, a prática de exercícios físicos pode alterar sinapses ou reduzir eventos moleculares na área perilesionada ou nas áreas mais remotas do córtex. Outro mecanismo envolvido na relação entre exercício e sistema nervoso central é a ação dos fatores neurotróficos relacionados à melhor função cognitiva, neurogênese, angiogênese e plasticidade cerebral.
CONCLUSÃO: Todas essas relações mostram que o exercício físico pode ter efeito positivo em doenças como Alzheimer, Parkinson, acidente vascular encefálico e epilepsia.

Palavras-chave: Plasticidade; sistema nervoso central; exercício físico; doenças neurológicas.

ABSTRACT

INTRODUCTION: Plastic changes occur in the brain as a means to compensate for the loss of function in areas affected by injuries. Many forms of plasticity can occur, such as regenerative axonal, synaptic, dendritic, somatic and habituation; the latter is one of its simplest forms. Neuroplasticity can be a compensatory response, but that is not always the case, as neural transformations resulting from the environment and exercise do not always restore lost functions.
OBJECTIVE: To conduct a literature review on physical exercise, neuroplasticity, and neuropathies.
METHOD: Articles published between 1992 and 2013 were searched in the Scielo, PubMed, Lilacs, and BVS databases using the following keywords: Neuroplasticity; Neuroplasticity and Exercise; Neuroplasticity and Central Nervous System; Neuroplasticity and Neurologic Diseases. A total of 48 articles were found.
RESULTS: Increased cellular and synaptic mechanisms of plasticity promoted by exercise may contribute to the beneficial effects of motor enrichment, to reduce degeneration, and they may lead to the recovery of injured brain cells. In the case of regions affected by brain injury, exercise can alter synapses or reduce molecular events in the perilesional area or in more remote areas of the cortex. Another mechanism involved in the relation between exercise and the central nervous system is the action of neurotrophic factors associated with better cognitive function, neurogenesis, angiogenesis, and brain plasticity.
CONCLUSION: All these relationships show that exercise can have a positive effect on diseases such as Alzheimer’s, Parkinson’s, Stroke, and Epilepsy.

Keywords: Plasticity, central nervous system, exercise, neurological diseases.

INTRODUÇÃO

Acreditava-se que as células do sistema nervoso central (SNC), os neurônios, seriam incapazes de se recuperar depois de uma lesão. No entanto, há diversos relatos que os neurônios são dotados de poder plástico, ou seja, podem se reorganizar após ativações sucessivas, como no aprendizado ou mesmo após um processo patológico.

A neuroplasticidade é definida como capacidade de reorganização funcional das células neuronais ou qualquer modificação do sistema nervoso que não seja periódica e que tenha duração maior que poucos segundos.1 A plasticidade neural é maior durante a infância e declina gradativamente, sem se extinguir na vida adulta. Ocorre tanto no hemisfério intacto como no lesado. Há várias formas de plasticidade: regenerativa, axônica, sináptica, dendrítica, somática e habituação. Esta última é uma de suas formas mais simples. A neuroplasticidade pode ter valor compensatório, mas nem sempre isso ocorre, porque as transformações neuronais que respondem ao ambiente nem sempre restauram funções perdidas. Ao contrário, às vezes produzem funções mal adaptativas ou patológicas.2

Aspectos da vida diária modulam a capacidade cognitiva e a evolução do cérebro.3 Estudos realizados nos últimos vinte anos indicam que o encéfalo e outros tecidos excitáveis são maleáveis e mudam em resposta a interações com o ambiente.4 A neurogênese ocorre no encéfalo adulto em todos os níveis, tanto fisiologicamente quanto patologicamente, incluindo-se a proliferação de células-tronco neurais, diferenciação, migração, sobrevivência, maturação e integração de novos neurônios na circuitaria local.5

Vários estudos mostram que o exercício físico pode exercer efeito plástico sobre o sistema nervoso central e, independentemente da modalidade, trazem numerosos benefícios a seres humanos6 ou quaisquer animais.7-9 Processos como a neurogênese encontram-se aumentados após exercício físico, assim como a complexidade dendrítica e a sinaptogênese no giro dentado,10,11 e promovem aumento no aprendizado, na memória, na plasticidade, na vascularização (angiogênese) cerebral12 e atenuam o declínio mental decorrente do envelhecimento.13

Foi observado, ainda, um efeito protetor do exercício no sistema nervoso, o que aumenta a resistência a lesões14 e facilita a recuperação funcional pós-lesão.15 As adaptações promovidas pelo exercício no sistema nervoso central exercem implicações na prevenção e no tratamento de obesidade, câncer, depressão, declínio cognitivo associado ao envelhecimento e com distúrbios neuropáticos como doença de Parkinson, doença de Alzheimer, acidente vascular isquémico e lesões medulares ou encefálicas.16,17

Em todas as neuropatías, um programa de tratamento que incorpore principalmente o treino de atividades funcionais é essencial para haver maior independência dos pacientes. Porém, os fatores determinantes da plasticidade neural após uma lesão não estão totalmente esclarecidos.

Tendo em vista a importância do tema, o objetivo deste artigo foi fazer uma revisão bibliográfica sobre os principais achados em exercício físico, neuroplasticidade e neuropatias e apresentar os principais estudos sobre as mudanças celulares e moleculares decorrentes da prática do exercício no sistema nervoso central, bem como relacionar o efeito do exercício físico com a plasticidade nas doenças do sistema nervoso como Alzheimer, Parkinson, acidente vascular encefálico, traumatismos cranioencefálicos, depressão e epilepsia.

MÉTODO

Para a realização deste trabalho foi elaborada uma revisão bibliográfica em artigos científicos de revistas indexadas com uso das bases de dados Scielo (Scientif Eletronic Library Online) http://www.scielo.org, PubMed http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/, Lilacs (Literatura Latino-Americana e do Caribe em Ciências da Saúde) e BVS (Biblioteca Virtual da Saúde) http://regional.bvsalud.org.

O sistema de busca foi realizado por meio das palavras-chave neuroplasticidade; neuroplasticidade e exercício físico; neuroplasticidade e sistema nervoso central; neuroplasticidade e doenças neurológicas.

Dos artigos obtidos com essa pesquisa foram selecionados aqueles publicados no período de 1992 a 2013. Foi então realizada leitura e comparação dos dados disponíveis na literatura.

RESULTADOS

Com a utilização do sistema de busca apresentado foram encontrados 3.526 artigos. Foram excluídos os que não estavam em língua inglesa ou portuguesa e os que não estavam relacionados ao tema diretamente. Assim, 48 correspondiam especificamente ao tema pretendido e foram usados para compor esta revisão.

NEUROPLASTICIDADE

Alterações plásticas ocorrem no cérebro para compensar a perda de funções nas áreas prejudicadas.18 Essa neuroplasticidade existe não somente no córtex, mas pode acontecer também em regiões subcorticais como o tálamo e o tronco cerebral.19

Muitos mecanismos celulares podem ser atribuídos como responsáveis por essa plasticidade: (a) por meio da intensificação ou diminuição das sinapses existentes, de forma semelhante à potenciação de longa duração (LTP) ou depressão de longa duração (LTD); (b) mediante a alteração na excitabilidade da membrana do neurônio e (c) por meio de alterações anatômicas que incluem brotamento de novos terminais axônicos e formação de novas sinapses ou sinaptogênese. Entretanto, esses processos ocorrem em diferentes períodos de tempo mas nem sempre mutuamente.19

EXERCÍCIO FÍSICO E PLASTICIDADE NEURAL

Há evidências de que o exercício físico pode induzir a adaptações estruturais e funcionais (plasticidade) em várias áreas motoras inclusive gânglio basal,20 cerebelo21 e núcleo rubro.22 Esse aumento dos mecanismos celulares e sinápticos da plasticidade promovidos pelo exercício pode contribuir para haver efeitos benéficos do enriquecimento motor, reduzir a degeneração e promover a recuperação funcional em cérebros lesados.23 No caso de regiões com lesão, a prática de exercícios físicos pode alterar sinapses ou reduzir eventos moleculares na área perilesionada ou nas áreas mais remotas do córtex, incluindo-se as não diretamente prejudicadas.24

As respostas neuroendócrinas são necessárias para manutenção da homeostase durante o exercício. Embora o exercício seja um fator de estresse, em intensidades moderadas ele parece contribuir para a proteção de outros fatores estressores. Radak e colaboradores (2005) sugeriram que os efeitos benéficos do treinamento físico são parcialmente baseados na produção de espécies reativas de oxigênio (EROs) e, consequentemente, na melhora da capacidade de responder a esse estresse. O exercício induziria a ação antioxidativa, por intermédio de enzimas reparadoras de DNA e com isso levaria à proteção contra doenças relacionadas ao estresse oxidativo. Além disso, o exercício teria papel importante na melhora do sistema imunitário.25

Outro mecanismo envolvido na relação entre exercício e o sistema nervoso central é a ação dos fatores neurotróficos. O treinamento físico está associado ao aumento da liberação e da síntese de diversos fatores neurotróficos relacionados à melhor função cognitiva, neurogênese, angiogênese e plasticidade cerebral. Entre os mais investigados, estão o fator neurotrófico derivado do cérebro (brain derived neurotrophic factor, BDNF) e o fator de crescimento insulínico (insulin-like grow factor, IGF-1). Diversas evidências confirmam a relação entre BDNF e melhor função hipocampal, plasticidade sináptica, aprendizado e modulação da depressão.25

Recentemente, Winter e colaboradores26 observaram aumento sérico do fator neurotrófico derivado do cérebro e catecolaminas (noradrenalina, adrenalina e dopamina) em seres humanos numa corrida de alta intensidade (teor de lactato maior que 10 mmol/L). Embora eles tenham observado apenas o fator neurotrófico periférico, parece haver influxo natural do sangue para o cérebro. Assim, o exercício estaria levando a respostas séricas que melhorariam as funções cerebrais.

O IGF-1 é outro fator neurotrófico relacionado à melhora cognitiva. Está também associado ao aumento da neurogênese, pois está presente no início de processos de proliferação de células progenitoras na zona subgranular. O exercício aumenta os teores de IGF-1, que estão diminuídos em idosos com declínio cognitivo.25 Sabendo-se que o treinamento de força aumenta os teores de testosterona e do IGF-1, alguns autores sugerem que esse treinamento poderia ter vantagem em relação ao treinamento aeróbico. Por exemplo, certos autores2 observaram melhora cognitiva e maiores concentrações séricas de IGF-1 em um grupo de idosos normais que realizaram seis meses de treinamento de força.

Além do aumento dos teores de fator neurotrófico derivado do cérebro e do IGF-1, o exercício também regula a expressão do fator de crescimento endotelial cerebral (vascular endothelial growth factor, VEGF). Este fator atua na regulação da ação de células endoteliais e na angiogênese, além de exercer efeito neurotrófico e neuroprotetor. O IGF-1 e o fator neurotrófico em referência mediam melhoras comportamentais como consequência do treinamento. Já os efeitos da interação do IGF-1 com o VEGF parecem influenciar a neurogênese e, sobretudo, a angiogênese.27

Foi observado por Winter e colaboradores (2007),26 que ocorre aumento significativo nos níveis séricos de catecolaminas (noradrenalina, dopamina e serotonina), após atividade física intensa em seres humanos, associado a melhora das respostas de memória e aprendizado. Outros autores mostraram que o exercício de intensidade moderada ativa o sistema endocanabinoide. Além disso, sujeitos treinados, como corredores e ciclistas, apresentam maiores concentrações de ananda-mina - um endocanabinoide endógeno - quando comparados a sujeitos sedentários.28

Outro efeito cerebral produzido pelo exercício físico é o que ocorre em relação aos dendritos dos neurônios. O treino de tarefas ou de habilidades funcionais, por meio de exercícios, sensibiliza árvores dendríticas. Com isso, ocorre aumento dos ramos dendríticos, da densidade das espinhas dendríticas e do número de sinapse por neurônios e botões sinápticos.29 Estes dendritos estão repletos de canais sinápticos excitáveis que operam em diferentes escalas de tempo, o que permite haver uma sofisticada plasticidade neural.30

O exercício físico também está relacionado com o aumento do fluxo sanguíneo cerebral (FSC) em diversas áreas corticais e subcorticais. Durante o exercício, há elevada produção de adenosina trifosfato (ATP), um potente vasodilatador, o que poderia explicar o aumento desse fluxo sanguíneo cerebral.25 Além disso, há elevação do teor de óxido nítrico (NO), outro vasodilatador relacionado à angiogênese. Todos esses fatores melhoram o consumo de oxigênio, o metabolismo de glicose e o fluxo sanguíneo cerebral, o que explicaria o efeito benéfico do exercício na atividade cerebral.25

EXERCÍCIO FÍSICO, PLASTICIDADE E DOENÇAS DO SISTEMA NERVOSO

A reorganização que ocorre no córtex é considerada como base potencial para a recuperação nos estádios precoces e tardios de neuropatias.31 Experimentos em animais com lesão encefálica mostram que os mapas de representação cortical são alterados, as sinapses alteram sua conformação anatômica, os dendritos crescem, os axônios mudam sua trajetória, vários neurotransmissores são modulados, as sinapses são potencializadas ou deprimidas,32 novos neurônios diferenciam-se e sobrevivem, ocorre aumento da mielinização dos neurônios remanescentes e maior recrutamento de pools de motoneurônios, o que transfere a função das áreas prejudicadas para as áreas adjacentes preservadas ou correlatas.33-35

Acreditava-se que, em doenças do sistema nervoso, não havia possibilidade de regeneração celular. Hoje se sabe que algumas regiões do encéfalo, como a zona subventricular dos ventrículos laterais e a zona subgranular do giro dentado do hipocampo, são capazes de gerar novos neurônios por toda a vida adulta de mamíferos.4 Por isso, muitos estudos têm mostrado os benefícios do exercício físico em várias neuropatias.

Na doença de Alzheimer, há diminuição do metabolismo da glicose e hipoperfusão em áreas do córtex temporoparietal. Mais especificamente, pacientes com esse mal teriam menor perfusão em áreas do circuito amígdala-hipocampo, córtex cingulado anterior e posterior e tálamo anterior. O declínio cognitivo está significativamente correlacionado com a hipoperfusão na doença de Alzheimer. Um dos mecanismos possíveis seria a disfunção do óxido nítrico, resultando em alteração da hemodinâmica e da função dos neurotransmissores. O exercício físico atuaria melhorando a perfusão cerebral pelo aumento da produção de óxido nítrico, além de intensificação da atividade anti-inflamatória e aumento da produção de acetilcolina.15 Outros autores associam a melhora ao aumento da expressão de fatores neurotróficos.36

Nesse contexto, Teri e colaboradores (2003),37 avaliaram 153 idosos com o mal de Alzheimer e verificaram que trinta minutos por dia de treinamento físico (aeróbico, força, flexibilidade) diminuem o número de internações, aumentam a qualidade de vida e restringem os sintomas de depressão. Rolland e colaboradores (2007)38 avaliaram 134 idosos com a doença de Alzheimer e verificaram que, depois de um ano de intervenção, o grupo que praticou exercício, com uma hora de treinamento físico duas vezes por semana, obteve melhora do escore de atividade de vida diária quando comparado ao grupo que só recebeu a rotina de cuidados médicos. Apesar de as pesquisas nessa área serem recentes e pouco se conhecer sobre mecanismos e eficiência da atividade física na proteção e no tratamento da doença de Alzheimer, os resultados são promissores.

Na doença de Parkinson, também tem sido publicados estudos que associam a melhora do quadro da doença com a prática de exercícios. A intensidade do exercício praticado pode influenciar a resposta protetora contra a doença. Intensidades maiores, como pedalar ou correr, teriam melhor associação com o efeito protetor do que atividades de intensidade leve, como caminhar ou dançar. Esses resultados podem estar relacionados às respostas obtidas com exercício físico, em especial o aeróbico.38 Sutoo e Akiyama (2003)17 desenvolveram a hipótese de que o exercício melhoraria os sintomas do mal de Parkinson, a partir da síntese de dopamina produzida pela liberação de cálcio no exercício.

Em 2001, um grupo de pesquisadores realizou uma revisão por metanálise e concluíram que a atividade física é benéfica para pacientes com Parkinson no que diz respeito às atividades de vida diária, à qualidade de vida, à habilidade de caminhar e às manifestações de distúrbios neuroencefálicos. De fato, a melhora da força e do equilíbrio pode influenciar a autonomia e a qualidade de vida do idoso, sem que necessariamente houvesse alterações neuroquímicas.39 Outro estudo mostrou que pacientes com Parkinson, por terem realizado em períodos de trinta minutos treinamento de força e de equilíbrio durante dez semanas tiveram aumento de força física e houve diminuição do número de quedas nos períodos de testes.40

Quanto a acidente vascular encefálico (AVE) também existem trabalhos que revelam o efeito benéfico do exercício, em especial, o treinamento aeróbico. Este pode ter importante papel na melhora da aptidão cardiovascular de outros resultados de recuperação da saúde em doentes que tiveram acidente vascular encefálico por quebrar o círculo vicioso de inatividade física e declínio funcional.41 Esse tipo de exercício é benéfico em casos de AVE, pois, na maior parte dos tratamentos aplicados a pacientes com neuropatias, as intervenções restringem-se à recuperação somente do membro afetado. Entretanto, mediante novos estudos, tem-se observado que o treino bilateral, incluindo-se o membro não lesado, pode trazer mais benefícios para os indivíduos do que o treino unilateral.42-44

O planejamento e a execução de movimentos bilaterais podem facilitar a plasticidade neural, e isso pode ocorrer por três mecanismos: (a) desinibição do córtex, que permite maior uso das vias poupadas no hemisfério danificado; (b) aumento do recrutamento de vias ipsilaterais para suplementar as vias cruzadas danificadas do hemisfério contralateral e (c) aumento da regulação dos comandos descendentes.43

Em doenças como a epilepsia, também tem sido relatados os benefícios da atividade física regular. Pessoas com esse distúrbio podem obter benefícios da atividade física, como aumento da capacidade aeróbica máxima, aumento da capacidade de trabalho, frequência cardíaca reduzida em grau submáximo e diminuição de peso com redução da gordura corporal.45

Tem sido demonstrado que o exercício também tem efeitos positivos sobre a densidade óssea.46 Está bem documentado que o uso de drogas antiepilépticas (DAEs) leva à perda da densidade osséa,47 e os estudos mostraram que a perda óssea pode ocorrer depois de dois anos de exposição a essas drogas. A esse respeito, o exercício deve ser recomendado a pacientes com epilepsia como fator osteoprotetor.48

CONCLUSÃO

O cérebro humano constantemente sofre alterações e esse é um dos motivos que dificultam o entendimento de seus mecanismos, como a regulação da neuroplasticidade após a lesão. Dessa forma, mais pesquisas precisam ser realizadas para possibilitar melhor compreensão das mudanças plásticas durante a recuperação das funções nervosas em seres humanos.

Por meio desta revisão, analisados os resultados dos estudos feitos em seres humanos ou quaisquer animais, pode-se sugerir que a prática de tarefas ou de habilidades específicas, sejam novas ou já conhecidas, deve ser sempre o foco principal de programas de tratamento dos pacientes com neuropatias, para que se conduza o doente a melhor recuperação funcional, pois a neuroplasticidade parece ser dependente de aprendizado e de atividades físicas e não apenas do uso das funções neurais.

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Os autores declaram não haver conflito de interesses.

Qual a importância do sistema nervoso para a prática de atividade física?

O que acontece com o sistema nervoso e muscular durante uma atividade física?

Qual a relação entre o exercício físico sistema nervoso e controle do estresse?

Qual a relação do cérebro com a atividade física?