La fatiga del sistema nervioso central , o fatiga central , es una forma de fatiga que se asocia con cambios en la concentración sináptica de neurotransmisores dentro del sistema nervioso central (SNC; incluyendo el cerebro y la médula espinal ) que afecta el rendimiento del ejercicio y la función muscular y no puede ser explicado por factores periféricos que afectan la función muscular. [1] [2] [3] [4] En individuos sanos, la fatiga central puede ocurrir por el ejercicio prolongado y está asociada con cambios neuroquímicos en el cerebro, principalmente relacionados con la serotonina.(5-HT), noradrenalina y dopamina . [2] [3] [4] La fatiga central juega un papel importante en los deportes de resistencia y también destaca la importancia de una nutrición adecuada en los atletas de resistencia.
Mecanismos neuroquímicos
Los métodos experimentales existentes han proporcionado suficiente evidencia para sugerir que las variaciones en la serotonina sináptica , la noradrenalina y la dopamina son impulsoras importantes de la fatiga del sistema nervioso central . [2] [3] [4] Un aumento en la concentración de dopamina sináptica en el SNC es fuertemente ergogénico (promueve el rendimiento en el ejercicio). [2] [3] [4] Un aumento en la concentración sináptica de serotonina o noradrenalina en el SNC afecta el rendimiento del ejercicio. [2] [3] [4]
Noradrenalina
La manipulación de la noradrenalina sugiere que en realidad puede desempeñar un papel en la creación de una sensación de fatiga. La reboxetina, un inhibidor de NRI, redujo el tiempo de fatiga y aumentó la sensación subjetiva de fatiga. [5] [6] Esto puede explicarse por una disminución paradójica en la actividad adrenérgica provocada por mecanismos de retroalimentación.
Serotonina
En el cerebro, la serotonina es un neurotransmisor y regula la excitación , el comportamiento , el sueño y el estado de ánimo , entre otras cosas. [7] Durante el ejercicio prolongado donde hay fatiga del sistema nervioso central, los niveles de serotonina en el cerebro son más altos que las condiciones fisiológicas normales; estos niveles más altos pueden aumentar la percepción de esfuerzo y fatiga de los músculos periféricos. [7] El aumento de la síntesis de serotonina cerebral se produce debido a un mayor nivel de triptófano , el precursor de la serotonina, en la sangre y que da como resultado que mayores cantidades de triptófano atraviesen la barrera hematoencefálica. Un factor importante de la síntesis de serotonina es el mecanismo de transporte del triptófano a través de la barrera hematoencefálica . El mecanismo de transporte del triptófano se comparte con los aminoácidos de cadena ramificada (BCAA), leucina , isoleucina y valina . Durante el ejercicio prolongado, los BCAA se consumen para la contracción del músculo esquelético, lo que permite un mayor transporte de triptófano a través de la barrera hematoencefálica. Ninguno de los componentes de la reacción de síntesis de serotonina está saturado en condiciones fisiológicas normales, [8] lo que permite una mayor producción del neurotransmisor. Sin embargo, el hecho de que los BCAA no reduzcan el tiempo de fatiga limita consistentemente esta hipótesis.
Dopamina
La dopamina es un neurotransmisor que regula la excitación, la motivación , la coordinación muscular y el rendimiento de resistencia, entre otras cosas. [9] Se ha descubierto que los niveles de dopamina son más bajos después de un ejercicio prolongado. [10] Una disminución de la dopamina puede disminuir el rendimiento deportivo y la motivación mental. La dopamina en sí no puede atravesar la barrera hematoencefálica y debe sintetizarse dentro del cerebro. En ratas criadas para correr, se ha observado un aumento de la actividad del área tegmental ventral , y la actividad de VTA se correlaciona con la marcha voluntaria de las ruedas. Como el VTA es un área densa en neuronas dopaminérgicas que se proyectan a muchas áreas del cerebro, esto sugiere que la neurotransmisión dopaminérgica impulsa el rendimiento físico. Otro apoyo a esta teoría es el hecho de que los inhibidores de la recaptación de dopamina, así como los inhibidores de la recaptación de norepinefrina y dopamina, pueden aumentar el rendimiento del ejercicio, especialmente en el calor. [6]
Acetilcolina
La acetilcolina es necesaria para la generación de fuerza muscular. En el sistema nervioso central, la acetilcolina modula la excitación y la regulación de la temperatura. También puede desempeñar un papel en la fatiga central. Durante el ejercicio, los niveles de acetilcolina disminuyen. [11] Esto se debe a una disminución de los niveles plasmáticos de colina. Sin embargo, ha habido resultados contradictorios en estudios sobre el efecto de la acetilcolina sobre la fatiga. Un estudio encontró que los niveles de colina en plasma habían caído un 40% después de que los sujetos corrieran el Maratón de Boston. [11] Otro estudio encontró que la suplementación con colina no mejoraba el tiempo hasta el agotamiento. [12] Este estudio también encontró que los niveles plasmáticos de colina no habían cambiado ni en el grupo placebo ni en el grupo suplementado con colina. Se necesita más investigación para investigar los efectos de la acetilcolina sobre la fatiga.
Citocinas
Las citocinas pueden manipular las neurotransmisiones creando un comportamiento de enfermedad , caracterizado por malestar y fatiga. En modelos animales, IL-1b estimula la liberación de serotonina y aumenta la actividad de GABA. Los desafíos con lipopolisacáridos también inhiben la actividad de las neuronas histaminérgicas y dopaminérgicas. [13]
Amoníaco
El aumento de los niveles circulantes de amoníaco puede alterar la función cerebral y provocar fatiga. [14] Una razón hipotetizada por la que los BCAA no logran aumentar el rendimiento del ejercicio se debe a una mayor oxidación de los BCAA en la suplementación que resulta en un aumento de la fatiga, cancelando los efectos sobre el 5-HT. [ cita requerida ]
Manipulación
Controlar la fatiga del sistema nervioso central puede ayudar a los científicos a desarrollar una comprensión más profunda de la fatiga en su conjunto. Se han adoptado numerosos enfoques para manipular los niveles y el comportamiento neuroquímicos. En los deportes, la nutrición juega un papel importante en el rendimiento deportivo. Además del combustible, muchos atletas consumen medicamentos que mejoran el rendimiento, incluidos estimulantes, para mejorar sus habilidades.
Agentes de liberación y recaptación de dopamina
La anfetamina es un estimulante que se ha descubierto que mejora el rendimiento físico y cognitivo. La anfetamina bloquea la recaptación de dopamina y norepinefrina, lo que retrasa la aparición de la fatiga al aumentar la cantidad de dopamina, a pesar del aumento simultáneo de norepinefrina, en el sistema nervioso central. [2] [15] [16] La anfetamina es una sustancia ampliamente utilizada entre los atletas universitarios por sus cualidades para mejorar el rendimiento, [17] ya que puede mejorar la fuerza muscular, el tiempo de reacción, la aceleración, el rendimiento del ejercicio anaeróbico , la producción de potencia a niveles fijos de percepción esfuerzo y resistencia . [3] [16] [15]
También se ha demostrado que el metilfenidato aumenta el rendimiento del ejercicio en el tiempo hasta la fatiga y los estudios de contrarreloj. [18]
Cafeína
La cafeína es el estimulante más consumido en América del Norte. La cafeína provoca la liberación de epinefrina de la médula suprarrenal. En pequeñas dosis, la cafeína puede mejorar la resistencia. [19] Recientemente, también se ha demostrado que retrasa la aparición de la fatiga durante el ejercicio. El mecanismo más probable para el retraso de la fatiga es a través de la obstrucción de los receptores de adenosina en el sistema nervioso central. [20] La adenosina es un neurotransmisor que disminuye la excitación y aumenta la somnolencia. Al evitar que actúe la adenosina, la cafeína elimina un factor que promueve el descanso y retrasa la fatiga.
Carbohidratos
Los carbohidratos son la principal fuente de energía en los organismos para el metabolismo . Son una fuente importante de combustible en el ejercicio. Un estudio realizado por el Instituto de Alimentos, Nutrición y Salud Humana de la Universidad de Massey investigó el efecto de consumir una solución de carbohidratos y electrolitos sobre el uso de glucógeno muscular y la capacidad de carrera en sujetos que estaban en una dieta alta en carbohidratos. [21] El grupo que consumió la solución de carbohidratos y electrolitos antes y durante el ejercicio experimentó una mayor capacidad de resistencia. Esto no puede explicarse por los niveles variables de glucógeno muscular; sin embargo, una mayor concentración de glucosa en plasma puede haber dado lugar a este resultado. El Dr. Stephen Bailey postula que el sistema nervioso central puede sentir el influjo de carbohidratos y reduce el esfuerzo percibido del ejercicio, lo que permite una mayor capacidad de resistencia. [22]
Aminoácidos de cadena ramificada
Varios estudios han intentado disminuir la síntesis de serotonina administrando aminoácidos de cadena ramificada e inhibiendo el transporte de triptófano a través de la barrera hematoencefálica. [23] Los estudios realizados dieron como resultado poco o ningún cambio en el rendimiento entre el aumento de la ingesta de BCAA y los grupos de placebo. Un estudio en particular administró una solución de carbohidratos y una solución de carbohidratos + BCAA. [24] Ambos grupos pudieron correr más tiempo antes de la fatiga en comparación con el grupo de placebo de agua. Sin embargo, tanto los grupos de carbohidratos como los de carbohidratos + BCAA no tuvieron diferencias en su desempeño. Se ha demostrado que la suplementación con aminoácidos de cadena ramificada tiene poco o ningún efecto sobre el rendimiento. Ha habido poco éxito utilizando precursores de neurotransmisores para controlar la fatiga del sistema nervioso central.
Una revisión planteó la hipótesis de que la inconsistencia con la administración de BCAA era el resultado de la acumulación de amoníaco como resultado de una mayor oxidación de BCAA. [5]
Papel
La fatiga del sistema nervioso central es un componente clave para prevenir la lesión de los músculos periféricos. [25] El cerebro tiene numerosos receptores, como los osmorreceptores , para rastrear la deshidratación , la nutrición y la temperatura corporal . Con esa información, así como con la información sobre la fatiga muscular periférica, el cerebro puede reducir la cantidad de comandos motores enviados desde el sistema nervioso central. Esto es crucial para proteger la homeostasis del cuerpo y mantenerlo en un estado fisiológico adecuado capaz de recuperarse por completo. La reducción de los comandos motores enviados desde el cerebro aumenta la cantidad de esfuerzo percibido que experimenta un individuo. Al forzar al cuerpo a pasar por una mayor intensidad percibida, es más probable que el individuo deje de hacer ejercicio por medio del agotamiento. El esfuerzo percibido está muy influenciado por la intensidad de la descarga corolaria de la corteza motora que afecta a la corteza somatosensorial primaria . [26] Los atletas de resistencia aprenden a escuchar su cuerpo. Proteger los órganos de las temperaturas centrales potencialmente peligrosas y de las bajas nutricionales es una función cerebral importante. La fatiga del sistema nervioso central alerta al atleta cuando las condiciones fisiológicas no son óptimas, por lo que puede ocurrir descanso o reabastecimiento. Es importante evitar la hipertermia y la deshidratación , ya que son perjudiciales para el rendimiento deportivo y pueden ser fatales. [27]
Síndrome de fatiga crónica
El síndrome de fatiga crónica es el nombre de un grupo de enfermedades dominadas por la fatiga persistente. La fatiga no se debe al ejercicio y no se alivia con el descanso. [28]
A través de numerosos estudios, se ha demostrado que las personas con síndrome de fatiga crónica tienen un componente central integral de fatiga. [1] En un estudio, se revisaron los músculos esqueléticos de los sujetos para asegurarse de que no tuvieran defectos que impidieran su uso total. Se encontró que los músculos funcionaban normalmente a nivel local, pero no funcionaban en su totalidad como un todo. Los sujetos no pudieron activar constantemente sus músculos durante el uso sostenido, a pesar de tener tejido muscular normal. [29] En otro estudio, los sujetos experimentaron un mayor esfuerzo percibido en relación con la frecuencia cardíaca en comparación con el control durante una prueba de ejercicio graduada. [30] Los sujetos con fatiga crónica se detendrían antes de que se alcanzara cualquier tipo de límite en el cuerpo. Ambos estudios demostraron que la fatiga de los músculos periféricos no estaba provocando que los sujetos con síndrome de fatiga crónica dejaran de hacer ejercicio. Es posible que la mayor percepción del esfuerzo requerido para usar los músculos resulte en una gran dificultad para realizar un ejercicio constante. [1]
La principal causa de fatiga en el síndrome de fatiga crónica probablemente se encuentra en el sistema nervioso central. Un defecto en uno de sus componentes podría causar un mayor requerimiento de entrada para resultar en una fuerza sostenida. Se ha demostrado que con una motivación muy alta, los sujetos con fatiga crónica pueden ejercer fuerza de manera eficaz. [31] Una mayor investigación sobre la fatiga del sistema nervioso central puede resultar en aplicaciones médicas.
Referencias
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Es muy poco probable que un solo sistema de neurotransmisores sea responsable de la aparición de la fatiga central [3]. ... La serotonina, el único neurotransmisor implicado en la hipótesis original de la fatiga central, no ha arrojado resultados concluyentes en estudios en humanos [3]. ... La distribución de la producción de energía revela que después de la inhibición de la recaptación de dopamina, los sujetos pueden mantener una producción de energía más alta en comparación con el placebo. Las manipulaciones de la serotonina y, especialmente, la noradrenalina, tienen el efecto opuesto y obligan a los sujetos a disminuir la producción de potencia al principio de la contrarreloj. Curiosamente, después de la manipulación de la serotonina cerebral, los sujetos a menudo no pueden realizar un sprint final, lo que indica una ausencia de capacidad de reserva o motivación para aumentar la producción de potencia. ... En temperaturas ambiente elevadas, las manipulaciones dopaminérgicas mejoran claramente el rendimiento. La distribución de la producción de energía revela que después de la inhibición de la recaptación de dopamina, los sujetos pueden mantener una producción de energía más alta en comparación con el placebo. ... Los fármacos dopaminérgicos parecen anular un interruptor de seguridad y permiten a los atletas utilizar una capacidad de reserva que está "fuera de los límites" en una situación normal (placebo).
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La fatiga central se acepta como un factor que contribuye al rendimiento atlético general ... La recuperación posterior al ejercicio se ha centrado en gran medida en los mecanismos periféricos de la fatiga, pero existe una aceptación cada vez mayor de que la fatiga también contribuye a través de mecanismos centrales que exigen que se preste atención a la optimización. recuperación del cerebro. ... Además de tener en cuenta el rendimiento reducido de los participantes mentalmente fatigados, este modelo racionaliza el RPE reducido y, por lo tanto, mejora el rendimiento en la prueba contrarreloj de los atletas que utilizan un enjuague bucal de glucosa (Chambers et al., 2009) y la mayor producción de potencia durante un RPE contrarreloj de ciclismo emparejado después de la ingestión de anfetaminas (Swart, 2009). ... Se sabe que los fármacos estimulantes de la dopamina mejoran aspectos del rendimiento físico (Roelands et al., 2008)
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La fatiga física se ha atribuido clásicamente a factores periféricos dentro del músculo (Fitts, 1996), el agotamiento del glucógeno muscular (Bergstrom y Hultman, 1967) o el aumento de la tensión cardiovascular, metabólica y termorreguladora (Abbiss y Laursen, 2005; Meeusen et al. , 2006b). Sin embargo, en décadas recientes, quedó claro que el sistema nervioso central juega un papel importante en la aparición de la fatiga durante el ejercicio prolongado (Klass et al., 2008), ciertamente cuando la temperatura ambiente aumenta (Bruck & Olschewski, 1987; Nielsen et al. ., 1990; Nybo y Nielsen, 2001a). Se sugirió que la fatiga central podría estar relacionada con un cambio en la síntesis y el metabolismo de las monoaminas cerebrales, como la serotonina (5-HT), la dopamina (DA) y la noradrenalina (NA; Meeusen y Roelands, 2010). ... 5-HT, DA y NA se han implicado en el control de la termorregulación y se cree que median las respuestas termorreguladoras, ciertamente ya que sus neuronas inervan el hipotálamo (Roelands y Meeusen, 2010). ... Esto sugiere que NA contribuye al desarrollo de fatiga supraespinal durante el ejercicio prolongado. Se necesitan más estudios sobre el mecanismo plausible de este fuerte deterioro del rendimiento. ... Sorprendentemente, tanto las calificaciones del esfuerzo percibido como la sensación térmica no fueron diferentes a las del ensayo con placebo. Esto indica que los sujetos no sintieron que estaban produciendo más potencia y, en consecuencia, más calor. ... Tomados en conjunto, estos datos indican fuertes efectos ergogénicos de una mayor concentración de DA en el cerebro, sin ningún cambio en la percepción del esfuerzo. ... Nuestro grupo de investigación estudió en varias ocasiones los efectos combinados de DA y NA sobre el rendimiento en condiciones de calor. ... la administración de bupropión (inhibidor de la recaptación de DA / NA) mejoró significativamente el rendimiento. Coincidiendo con este efecto ergogénico, los autores observaron temperaturas centrales mucho más altas en comparación con la situación del placebo. Curiosamente, esto ocurrió sin ningún cambio en las sensaciones subjetivas de sensación térmica o esfuerzo percibido. Al igual que en el estudio del metilfenidato (Roelands et al., 2008b), el bupropión puede amortiguar o anular las señales inhibitorias que surgen del sistema nervioso central para detener el ejercicio debido a la hipertermia y permitir que un individuo continúe manteniendo una alta producción de potencia.
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Las anfetaminas y la cafeína son estimulantes que aumentan el estado de alerta, mejoran la concentración, disminuyen el tiempo de reacción y retrasan la fatiga, lo que permite una mayor intensidad y duración del entrenamiento ...
Efectos fisiológicos y de rendimiento
• Las anfetaminas aumentan la liberación de dopamina / norepinefrina e inhiben su recaptación, lo que lleva a Estimulación del sistema nervioso central (SNC)
• Las anfetaminas parecen mejorar el rendimiento deportivo en condiciones anaeróbicas 39 40
• Tiempo de reacción mejorado
• Mayor fuerza muscular y fatiga muscular retardada
• Mayor aceleración
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