El ejercicio mejora la función cerebral, posiblemente reduciendo el riesgo de demencia
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Un estudio dirigido por científicos de la Universidad Rutgers-New Brunswick ha demostrado que las células especializadas implicadas en la respuesta del cuerpo a la insulina se activan en el cerebro después del ejercicio, lo que sugiere que la actividad física puede mejorar directamente la función cerebral.
Un estudio publicado en Aging Cell, una revista centrada en la biología del envejecimiento, indica que se podrían desarrollar terapias dirigidas a esta acción de la insulina para compensar o incluso prevenir la progresión de la demencia.
“Creemos que este trabajo es importante porque sugiere que el ejercicio puede funcionar para mejorar la cognición y la memoria al mejorar las capacidades de la insulina para actuar sobre el cerebro”, dijo Steven Malin, profesor asociado del Departamento de Kinesiología y Salud de la Facultad de Artes y Ciencias de Rutgers y autor principal del estudio.
El estudio, realizado en colaboración con el Instituto Nacional sobre el Envejecimiento de los Institutos Nacionales de Salud (NIH) de Estados Unidos, los investigadores se centraron en el papel de las vesículas extracelulares neuronales, células especializadas liberadas por el cerebro.
Las vesículas extracelulares, que antes los investigadores consideraban “polvo celular”, han crecido exponencialmente en los últimos 15 años y se las reconoce como actores importantes en el mundo microscópico del cuerpo humano, ya que facilitan el transporte de moléculas clave entre las células, como las proteínas. Para este estudio, los científicos se centraron en las vesículas producidas en el cerebro que transportan varias proteínas implicadas en la sensibilidad a la insulina, una de las cuales se llama Akt -o PKB en español.
La sensibilidad a la insulina es una medida de la respuesta del cuerpo a la insulina, una hormona que controla los niveles de azúcar en sangre. Las personas con alta sensibilidad a la insulina pueden utilizar la glucosa en sangre de manera más eficaz en el cuerpo, por ejemplo en los músculos, lo que reduce el nivel de azúcar en sangre. Las personas con diabetes, cuyo síntoma principal es la baja sensibilidad a la insulina o resistencia a la insulina, tienen células cerebrales que responden menos a la insulina, lo que puede tener efectos negativos en la cognición.
Los investigadores pudieron estudiar las vesículas aislándolas en la sangre de los participantes en un estudio experimental. El ensayo, que se llevó a cabo durante dos semanas, incluyó a un grupo de 21 voluntarios que tenían una edad media de 60 años y prediabetes. A lo largo del estudio, participaron en 12 sesiones de ejercicio individuales, supervisadas, de 60 minutos de duración, de intensidad moderada a alta. Los participantes ingirieron una bebida de glucosa antes y después del entrenamiento. A continuación, los investigadores recogieron muestras de sangre de los participantes antes y durante la bebida, al principio y al final del entrenamiento.
Las muestras de sangre mostraron que el número de vesículas neuronales que transportan proteínas implicadas en la sensibilidad a la insulina aumentó después de cada entrenamiento, siendo Akt la más notable.
“Hemos demostrado por primera vez que el ejercicio influye en la señalización de insulina de las vesículas extracelulares neuronales en relación con las mejoras clínicas del azúcar en sangre”, afirmó Malin. “Y utilizamos estas vesículas extracelulares neuronales como un indicador de la sensibilidad del cerebro a la insulina”.
La insulina es una hormona cada vez más reconocida para regular la cognición, el proceso mental de adquirir conocimiento a través del pensamiento, la experiencia y los sentidos. La prediabetes es una condición de salud grave que ocurre cuando los niveles de azúcar en la sangre son más altos de lo normal pero no lo suficientemente altos como para diagnosticarse como diabetes tipo 2. Aquellos con prediabetes corren el riesgo de tener niveles insuficientes de insulina en sus cuerpos, particularmente en el cerebro, lo que aumenta las posibilidades de desarrollar enfermedades de demencia como el Alzheimer, apuntó Malin.
“Si la insulina en el cerebro es insuficiente, eso significa que las células cerebrales no sólo pueden volverse disfuncionales, sino que también pueden dejar de interactuar entre sí de manera adecuada”, apuntó Malin. “Es como jugar al teléfono con un amigo. En algún momento, el mensaje se pierde cuando el cerebro se vuelve resistente a la insulina”.
Desde hace mucho tiempo se ha creído que el ejercicio mejora la cognición, pero los mecanismos involucrados no están claros. Estudios anteriores han descubierto evidencia de que el alto nivel de azúcar en sangre contribuye a una disminución de la capacidad del cerebro para recordar información y aprender información nueva.
Malin dijo que la insulina, que es producida por el páncreas y viaja al cerebro para realizar sus funciones, juega un papel central en la promoción del flujo sanguíneo cerebral y el funcionamiento neuronal para la cognición.
“Nuestro trabajo sugiere que las terapias que apuntan a la acción de la insulina cerebral pueden prevenir la demencia”, dijo Malin.
En un nuevo estudio, Malin y sus colegas están examinando si una única sesión de ejercicio puede mejorar la capacidad de la insulina intranasal para apoyar la salud cognitiva en adultos mayores con obesidad, midiendo el flujo sanguíneo cerebral y las vesículas extracelulares neuronales. Sus planes futuros incluyen realizar un estudio de entrenamiento físico a largo plazo que evalúe las mejoras en la sensibilidad a la insulina cerebral en relación con la cognición en adultos mayores.
Otros científicos de Rutgers que participaron en el estudio fueron Michal Beeri, director del Centro de Investigación del Alzheimer Herbert y Jacqueline Krieger Klein en la Facultad de Medicina Robert Wood Johnson de Rutgers; y Daniel Battillo, candidato a doctorado en el programa de posgrado en kinesiología y fisiología aplicada. Entre los científicos del Instituto Nacional sobre el Envejecimiento de los Institutos Nacionales de Salud que participaron en el estudio se encuentran Dimitrios Kapogiannis, Maja Mustapic y Francheska Delgado-Peraza.
- El paper Two weeks of exercise alters neuronal extracellular vesicle insulin signaling proteins and pro-BDNF in older adults with prediabetes, sobre un estudio observacional de personas fue publicado en Aging Cell
English version #
Exercise improves brain function, possibly reducing dementia risk #
A study led by scientists at Rutgers University-New Brunswick has shown that specialized cells involved in how the body responds to insulin are activated in the brain after exercise, suggesting that physical activity may directly improve brain function.
A study, published in Aging Cell, a journal focused on the biology of aging, indicates that therapies targeting this insulin action may be developed to offset or even prevent dementia progression.
“We believe this work is important because it suggests exercise may work to improve cognition and memory by improving the abilities of insulin to act on the brain,” said Steven Malin, an associate professor in the Department of Kinesiology and Health in the Rutgers School of Arts and Sciences and lead author of the study.
Conducted in collaboration with the National Institutes of Health’s National Institute on Aging, the researchers focused on the role of neuronal extracellular vesicles, specialized cells released by the brain.
Extracellular vesicles, once dismissed by researchers as “cell dust,” have in the past 15 years grown exponentially in recognition as important players in the microscopic world of the human body, facilitating transport of key molecules such as proteins between cells. For this study, the scientists targeted vesicles produced in the brain that ferry several proteins involved in insulin sensitivity – one of which is called Akt.
Insulin sensitivity is a measure of how well the body responds to insulin, a hormone that controls blood sugar levels. People with high insulin sensitivity can use blood glucose more effectively in the body, such as in its muscles, which reduces blood sugar. _People with diabetes, with its key symptom of low insulin sensitivity or insulin resistance, have brain cells that are less responsive to insulin. This can have negative impacts on cognition.
Researchers were able to study the vesicles by isolating them in the blood of participants in an experimental study. The trial, conducted over two weeks, included a group of 21 volunteers who had an average age of 60 and had prediabetes. Over the course of the study, they engaged in 12 individual, supervised, 60-minute exercise sessions of moderate to high intensity. The participants ingested a glucose drink before and after training. Researchers then collected blood samples before and during the drink from the participants at the start and end of exercise training.
The blood samples showed that the number of neuronal vesicles carrying proteins involved in insulin sensitivity increased after each training, with Akt being most notable.
“We showed for the first time that exercise impacts insulin signaling from neuronal extracellular vesicles in relation to clinical improvements in blood sugar,” Malin said. “And we use these neuronal extracellular vesicles as an indicator of brain insulin sensitivity.”
Insulin is a hormone increasingly recognized to regulate cognition, the mental process of acquiring knowledge through thought, experience and the senses. Prediabetes is a serious health condition that occurs when blood sugar levels are higher than normal but not high enough to be diagnosed as Type 2 diabetes. Those with prediabetes run the risk of having insufficient levels of insulin in their bodies, particularly the brain, which increases the chances of developing diseases of dementia such as Alzheimer’s, Malin said.
“If insulin is insufficient in the brain, that means not only will brain cells become potentially dysfunctional, but also they may fail to interact with each other properly,” pointed Malin. “It’s like playing the game telephone with a friend. At some point the message gets lost when the brain becomes insulin resistant.”
Exercise has long been believed to improve cognition, but the mechanisms involved have been unclear. Past studies have uncovered evidence that high blood sugar contributes to a decrease in the brain’s ability to recall information and learn new information.
Malin said that insulin, which is produced by the pancreas and travels to the brain to perform its functions, plays a central role in promoting brain blood flow and neuronal functioning for cognition.
“Our work suggests that therapies that target brain insulin action may be able to ward off dementia,” Malin said.
In a new study, Malin and his colleagues are examining whether a single bout of exercise can enhance the ability of intranasal insulin to support cognitive health in aging adults with obesity by measuring brain blood flow and neuronal extracellular vesicles. Their future plans are to conduct a long-term exercise training study that assesses brain insulin sensitivity improvements in relation to cognition in older adults.
Other Rutgers scientists on the study included Michal Beeri, director of the Herbert and Jacqueline Krieger Klein Alzheimer’s Research Center at Rutgers Robert Wood Johnson Medical School; and Daniel Battillo, a doctoral candidate in the kinesiology and applied physiology graduate program. Scientists from the National Institute of Health’s National Institute on Aging involved in the study included Dimitrios Kapogiannis, Maja Mustapic and Francheska Delgado-Peraza.
- The paper Two weeks of exercise alters neuronal extracellular vesicle insulin signaling proteins and pro-BDNF in older adults with prediabetes, about an observational study focused on people was published in Aging Cell