Acta Biológica Colombiana

Estrategias de búsqueda y criterios de inclusión

Se realizó una operacionalización de los términos y las definiciones a usar, utilizando los tesauros de términos médicos (MeSH). Estos fueron utilizados para realizar la búsqueda en bases de datos electrónicas relevantes para las ciencias de la salud: PsychINFO, Medline y Web of Science, entre enero de 2000 y enero de 2017. Fueron excluidos artículos de carácter cualitativo o narrativo, sin revisión por pares, disertaciones, tesis o trabajos de grado y resúmenes de conferencias. Se incluyeron artículos que utilizan modelos murinos en el estudio de síntomas motores en diversas patologías, incluidas, pero no limitadas, a las mencionadas arriba. Todos los trabajos incluidos, en los cuales se circunscribieran medidas de tipo cognoscitivo, habrían de presentar también reportes del estado motriz del animal.

Los artículos fueron adquiridos en formato pdf (en su mayoría), gracias al acceso brindado por las universidades participantes y en algunos casos gracias a la colaboración de la Dra. Alexandra Elbakyan. Se utilizó como software principal de procesamiento de la base de datos el software Mendeley 1.16.3. La revisión presenta inicialmente algunas generalidades sobre las manifestaciones clínicas de la ECV y su efecto en la locomotricidad en roedores, posteriormente se consideran algunas de las principales metodologías usadas tanto para la generación de lesiones cerebrales, como para el estudio de la función motriz en modelos murinos, subsiguientemente se mencionan los principales métodos encontrados para la medición de las alteraciones motrices. Finalmente se esboza una conclusión frente al uso de los datos obtenidos a partir de la experimentación animal en la clínica humana (aspectos translacionales).

Manifestaciones clínicas de la enfermedad cerebrovascular en ratas

En los últimos años se ha incrementado la investigación en torno a la generación de modelos biológicos de isquemia cerebral en laboratorio que permiten una mayor comprensión acerca de los procesos celulares y fisiopatológicos implicados, buscando un mejor entendimiento de la clínica. Se han identificado múltiples respuestas sistémicas involucradas en la neuroprotección, las cuales son transcendentales en la recuperación funcional (Cenci et al., 2002; Casals et al., 2011). La ECV es un déficit neurológico generado a partir de una interrupción en el flujo sanguíneo al encéfalo y es una de las patologías más frecuentes que afectan el sistema nervioso central en seres humanos; el 88 % de los eventos son de tipo isquémico, seguido del hemorrágico intracerebral y subaracnoideo con un 9 % y 3 % respectivamente (Witt et al., 2007; Marini et al., 2010; Casals et al., 2011).

Las alteraciones secundarias a este proceso patológico incluyen manifestaciones sensitivas y motrices dentro de las cuales se pueden resaltar las anomalías hemisensoriales, alteraciones viso-espaciales y/o conductuales, hemiparesia o hemiplejias, deficiencias en el balance, fluctuaciones en el tono muscular, disartria e insuficiencia en la coordinación de los patrones de movimiento. La disminución en la velocidad, la inestabilidad y alteraciones de la sincronía de los pasos, son también características patológicas dependientes de parámetros temporo-espaciales en la marcha, entre los cuales se incluyen longitud de zancada, longitud de paso, velocidad, cadencia, aceleración lineal, ángulo y ancho de paso (Hollman et al., 2011; Balaban y Tok, 2014).

Al igual que en seres humanos, algunos signos clínicos que se pueden evidenciar en roedores luego de un evento cerebro vascular, están directamente relacionados con el tipo de lesión generada y el área total afectada, e incluyen un patrón respiratorio anormal, letargo posiblemente asociado a la presencia de dolor o a cambios emocionales ligados con ansiedad, irritabilidad o agresividad. Igualmente se reconoce que este tipo de déficit genera alteraciones en la memoria, la función cognitiva, la atención, el lenguaje y el procesamiento perceptual visual, auditivo, cinestésico, háptico, entre otras (Cordova et al., 2014).

Locomoción en roedores

Para entender las alteraciones en el desarrollo del patrón de marcha como resultado de ECV en roedores, es necesario comprender la secuencia de procesos que se llevan a cabo y que son indispensables para la ejecución de un adecuado patrón de movimiento. La locomoción inicia a partir de una entrada sensorial seguida de un proceso interneuronal y de procesamiento motor, finalizando el ciclo con la activación muscular (salida motriz). La marcha cuadrúpeda está divida en dos fases, la primera de ellas -denominada de oscilación-involucra inicialmente la flexión de complejos articulares como cadera, rodilla y tobillo seguida de una extensión de estas dos últimas con conservación del patrón flexor de cadera. La segunda fase -llamada de apoyo- consiste en el contacto de la pata con la superficie a partir de la extensión activa de la rodilla y el tobillo seguido de una leve flexión generada por la fuerza de reacción de la superficie y el soporte de peso, finalizando con la extensión de las articulaciones que conforman el miembro inferior (Parker y Clarke, 1990; Westerga y Gramsbergen, 1990; Hamers et al., 2001), permitiendo de esta forma el desplazamiento (Fig. 1A-B), datos que pueden ser obtenidos por el registro de la locomoción en el hall o corredor de marcha (Fig. 2).

Figura 1: (A) Ilustración de principales parámetros temporo-espaciales de la marcha. (E.A.I) Extremidad anterior izquierda; (E.A.D) Extremidad anterior derecha; (E.P.I) Extremidad posterior izquierda; (E.P.D) Extremidad posterior derecha; (A.H) Ancho de huella; (L.H) Longitud de huella; (B) Vista lateral de las fases de la marcha. (A.T) Ángulo del tobillo.

Estos patrones de movimiento están controlados a partir de un grupo de neuronas denominadas generadores de patrones centrales, las cuales son responsables de la activación e inhibición de grupos musculares específicos. De acuerdo con lo anterior, cuando se generan lesiones a nivel central (mesencéfalo, cerebelo y corteza motora) se harán evidentes deficiencias motoras relacionadas con cambios en la velocidad, el balance y la coordinación, así como modificaciones en los patrones de movimiento y desplazamiento. Todas estas alteraciones son el resultado de procesos relacionados con el edema, inflamación y, en últimas, con la excitotoxicidad generada por la liberación excesiva de glutamato que lleva a altas concentraciones de calcio intracelular, presencia de radicales libres y finalmente muerte celular (Hossmann, 2006; Durukan y Tatlisumak, 2007). La severidad en la sintomatología depende de factores como la circulación colateral, la microcirculación, el área de la zona de penumbra y a factores de neuroprotección que intervienen en la disminución de procesos inflamatorios, minimizando el daño tisular. Entre los factores de neuroprotección se incluye la interleucina 6 (IL-6), factores asociados a la microglía y la sintasa endotelial del óxido nítrico (eNOS), entre otros (Jung et al., 2011; Majid, 2014).

La marcha depende de una gran variedad de factores, que incluyen la coordinación motriz, la estabilidad, el patrón postural y la velocidad. Estos parámetros se encuentran alterados en roedores con enfermedad de Parkinson, Distrofia Muscular y Trauma Medular, modelos que han sido ampliamente utilizados para el estudio no sólo del déficit motor, sino también de déficits sensitivo-motores, de aprendizaje y de memoria (Schaar et al., 2010; Hampton et al., 2011; Wang et al., 2012; Parkkinen et al., 2013; Zhou et al., 2015). La dificultad en los patrones de marcha en roedores con lesión isquémica encefálica se caracteriza por cambios en la trayectoria y alteraciones en los periodos de tiempo de las fases de apoyo y oscilación.

Variaciones en la velocidad de la marcha, la coordinación del movimiento, la espasticidad en extremidades, la dificultad en la adopción de la bipedestación, fluctuaciones en el mantenimiento del balance, modificaciones en el centro de gravedad y la asimetría en la distribución del peso corporal, son también claros signos de daño cerebral que de forma simultánea interfieren con el patrón de movimiento esperado, tal como se resume en la tabla 1 (Drew et al., 2002; Wang-Fischer et al., 2008; Schaar et al., 2010; Vandeputte et al., 2010; Nielsen et al., 2013; Parkkinen et al., 2013).

Tabla 1: Principales déficits motores en roedores con lesión cerebral vascular.

Figura 2: (A) Ilustración del hall de marcha, mostrando detalles de su construcción. (B) Fotografía de un sujeto realizando el recorrido en el hall de marcha. (Fotografía cedida por el Laboratorio de Neurociencia y Comportamiento de la Universidad de los Andes).

Estudios experimentales han identificado que los déficits en la velocidad de la marcha se encuentran relacionados a la falta de balance, reducción en la cadencia de los pasos y al incremento en el tiempo de la fase de soporte en roedores con lesión cerebral; siendo el ángulo del tobillo (ángulo formado entre el miembro posterior y su pata) uno de los parámetros esenciales en la evaluación del patrón de marcha. En casos de lesión cerebral, este ángulo se incrementa, causando un mayor tiempo de contacto de la extremidad con la superficie, que, de acuerdo con la severidad de la lesión, puede estar acompañada o no de compensaciones y/o ajustes posturales (ver Fig. 1) (Gillis y Biewener, 2001; Metz y Whishaw, 2002; Scherder et al., 2007; Koopmans et al., 2007; Titianova et al., 2008; Wang et al., 2008; Li et al., 2013a; Liu et al., 2013b; Parkkinen et al., 2013). Por otro lado, se ha logrado determinar que factores tales como el peso corporal y la ubicación o el posicionamiento de las patas no tienen implicaciones directas en características temporo-espaciales como la longitud de zancada, la velocidad y el tiempo de ejecución del patrón de marcha (Li et al., 2013b).

Modelos de lesión cerebrovascular

El desarrollo de un modelo ideal de lesión cerebral en roedores debe presentar características clínicas relevantes, ser sencillo en su ejecución quirúrgica, tener un rango mínimo de mortalidad y evitar efectos colaterales que no se encuentren relacionados al proceso de isquemia subsecuente. Han sido varios los métodos empleados para el desarrollo de modelos de ECV, que van desde la oclusión de vasos sanguíneos a la generación de embolismo arterial. Uno de los más comunes implica la oclusión de la arteria cerebral media (ACM), el cual sería un modelo de una lesión extensa de los ganglios basales (infarto grande) en los seres humanos (Casals et al., 2011). Una de las metodologías más usadas es la obstrucción mecánica mediante sutura en la arteria carótida interna. La severidad de la lesión es dependiente del tiempo, siendo comúnmente utilizados rangos entre 30 a 120 minutos seguidos de reperfusión normal. En ocasiones se prefiere realizar una oclusión permanente, generando isquemia mantenida (Bacigaluppi et al., 2010). En cualquiera de los dos casos se produce muerte celular en estructuras cerebrales como el cuerpo estriado, el tálamo, el hipotálamo, la substancia nigra y la corteza de los lóbulos parietal y temporal, generando extensos déficits en diferentes áreas funcionales (motrices, sensoriales y cognitivas).

Una de las desventajas de este método de lesión es la alta tasa de mortalidad debida al incremento en la presión intracraneana ocasionada por el edema generado llegando a alcanzar el tronco cerebral (Carmichael, 2005; Engel et al., 2011; Lipsanen yJolkkonen, 2011). También se ha utilizado la metodología de embolismo arterial, que puede ser realizada mediante el uso intraarterial de microtrombos inducidos por fibrina o trombina, la administración de microémbolos comerciales (p.ej. esferas de plástico negras de estireno y di vinil benceno, con diámetros entre 75 y 90 um), mediante la introducción de un catéter de obstrucción a través de la arteria carótida, desplazándolo hasta la arteria deseada, o a través del uso de resinas fotosensibles. Por lo general estas aproximaciones son más utilizadas para la realización de lesiones un poco menos extensas y principalmente corticales (Ostrovskaya et al., 1999; Rasmussen et al., 2006). Otras técnicas de oclusión de la arteria cerebral media incluyen su oclusión unilateral en la base del cráneo, propuesta por primera vez por Tamura y colaboradores en 1981 y usada profusamente desde entonces (Sironi, et al., 2003; Gelosa et al., 2014) y la oclusión bilateral desde el origen aórtico de las arterias carótidas internas y de la entrada occipital de las arterias vertebrales, desarrollada por Pulsinelli y Bierley en 1979 (Gottlieb et al., 2006).

Finalmente vale la pena mencionar la utilización de técnicas -clásicas- de lesión cerebral aplicadas específicamente a regiones motoras tanto corticales como subcorticales. Debido a la gran precisión de estas técnicas, prácticamente se encuentran reportes de sus usos en la totalidad de áreas relacionadas con el funcionamiento motriz. Dentro de este tipo de abordajes se incluyen tanto las lesiones electrolíticas como las químicas. En el caso de las electrolíticas, se emplea la difusión de una corriente anodal en el área que se desea lesionar. En ellas, factores como el tipo de corriente empleada, el tiempo y el tamaño del electrodo pueden ser modificados para variar la extensión del daño deseado. Para las lesiones químicas, se utilizan substancias neurotóxicas de diversos tipos que bien sea por excitotoxicidad o por otros mecanismos de interferencia metabólica intracelular son capaces de producir muerte celular. Sin embargo, estos dos tipos de técnicas no son modelos -particulares-de lesiones cerebrovasculares, a pesar de que la alteración tisular lograda pueda llegar a ser similar a la encontrada en algunos tipos de eventos vasculares. Por esta razón, no son abordadas en el presente trabajo.

Medición de la marcha

Múltiples escalas y pruebas han sido desarrolladas evaluar tanto procesos fisiopatológicos como efectos terapéuticos. La variabilidad de métodos de análisis funcional responde a la diversidad en la sintomatología clínica evidenciada en los modelos murinos de ECV. Aspectos tales como especificidad en la detección de alteraciones funcionales, nivel de experticia del investigador y consideraciones éticas para su uso deben ser tenidos en cuenta para la selección de la adecuada evaluación funcional. En la figura 2 se muestra el hall de marcha que es una de las pruebas utilizadas para la observación y el registro manual de las características de la marcha en modelos murinos motores. Baterías o métodos de valoración como la marcha en malla (gridwalking-foot-fault test), la prueba de la manipulación del spaghetti (pasta test), la prueba de la escalera (staircase test), la prueba de la barra horizontal (horizontal bar walking test), la prueba de bajar por la viga (pole test) y la prueba de bajar por la pendiente (ladder test) han sido creados para estimar alteraciones de carácter motor incluyendo análisis de los patrones de marcha y funcionalidad en motricidad gruesa y fina de extremidades.

La prueba de caminata sobre la rejilla (grid walking - footfault test) consiste en una rejilla de 45 x 45 cm, elevada a una altura de 50 cm del suelo. La rejilla es dividida virtualmente en cuadrados de 15 cm de lado. A los animales se les permite la exploración libre durante 5 minutos. Existe una cámara colocada debajo del aparato, con la que se digitaliza el movimiento del animal para su posterior análisis. Ese análisis se realiza mediante la utilización de software especializado. Muchos softwares son ofrecidos de forma gratuita, tal como es el caso del X-Plo-Rat, ofrecido por el Laboratorio de Comportamiento Exploratorio del Programa de Psicobiología de la Universidad de São Paulo (Barbosa et al., 2016). Dentro de los parámetros que comúnmente se analizan se incluyen: latencia de inicio de movimiento, distancia total recorrida, cantidad de pasos dados, número de errores cometidos con las patas delanteras y traseras, y porcentaje de pasos con error cometidos. Esos datos son suficientes para permitir una evaluación bastante detallada de las alteraciones de la marcha resultantes de la lesión cerebral practicada, así como de la recuperación inducida por determinado tratamiento (Chao et al., 2012; Barbosa et al., 2016; Schuch et al., 2016).

La prueba de la manipulación del spaghetti (pasta test) consiste en la cuantificación de la forma en que el animal manipula y come un spaghetti o un vermicelli (Tennant et al., 2010). En algunas ocasiones ciertos movimientos gruesos pueden estar conservados y haber una pérdida más selectiva de los movimientos finos. Este test permite la evaluación de esas alteraciones en la motricidad más fina (Ballermann et al., 2001; Allred et al., 2008). Por su parte, la prueba de escalera (staircase test) consiste en una reja que es colocada con una inclinación de máximo 45° por la cual el animal debe subir. Esta prueba se basa en la respuesta instintiva de geotaxia negativa, que induce al animal a orientar su hocico hacia un plano superior al de las patas. En este test se puede evaluar la latencia de inicio del movimiento y la velocidad de subida. Existen muchas variaciones, pero todas permiten la evaluación del movimiento grueso y la marcha (Lake et al., 2015; Vaysse et al., 2015; Rattka et al., 2016; Schuch et al., 2016).

Atributos sensitivo-motores pueden ser evaluados mediante procedimientos como la prueba en la esquina (corner test), la prueba de ubicación de las patas delanteras (forelimb placing) y la prueba de retirar el adhesivo (adhesive removal test). En estas pruebas se evalúa la correcta integración somatosensorial ya que cada movimiento realizado por el animal requiere de la integridad perceptual y del uso de esta información para dirigir el movimiento a realizar. De ellos, quizá sea la prueba de la remoción del adhesivo la más utilizada. Esta prueba consiste en colocar cinta adhesiva en las porciones distales de las patas anteriores. La rata rápidamente aprende los movimientos requeridos para retirar la cinta. Por lo general las ratas son entrenadas en esta situación antes de que entren en los protocolos experimentales (cirugía para lesión) y solamente aquellos animales que aprenden a retirar la cinta adhesiva en menos de diez segundos son empleados. Existen variaciones sobre este protocolo, pero siempre se busca evaluar la coordinación requerida para realizar la tarea en el mismo (o menor) tiempo que en los ensayos iniciales (Sughrue et al., 2006; Bouet et al., 2009; Coelho y Giraldi-Guimarães, 2014; Hill y Nemoto, 2014; Yu et al., 2016).

Existe otra categoría de análisis que incluye aquellos diseñados para la evaluación de déficits cognitivos y de memoria, tales como el Laberinto Acuático de Morris, el test de Reconocimiento de Objetos y pruebas de Evitación Pasiva y Activa (Montoya et al., 1991; Hua et al., 2002; Sughrue et al., 2006; Vorhees y Williams, 2006; Reger et al., 2009; Tennant et al., 2010; Chao et al., 2012; Sarkaki et al., 2013). También se tiene registro de algunas escalas de evaluación neurológica, tales como la Neurological Scoring Scale y los Neurological Severity Scores (NSS), cuantifican conjuntos de factores funcionales y son ampliamente utilizadas en modelos de experimentación (Hattori et al., 2000; Schaar et al., 2010; Linden et al., 2016).

Los avances en la tecnología han sido un elemento de apoyo fundamental en las investigaciones y estudios que se han adelantado en este campo. Muchos métodos de análisis locomotor como la cinematografía y la utilización de software, han permitido el desarrollo de sistemas computacionales como el CatWalk, el DigiGait y el TreadScan System, con los cuales se ha logrado obtener información mucho más objetiva, valida, precisa, replicable y detallada, transformándose en testes comportamentales de elección para la evaluación de las características temporo-espaciales, incluyendo variables de medición como el área y la distribución de la presión plantar.

El Catwalk es el método automatizado de análisis motor y funcional más empleado en investigación. Permite la cuantificación de parámetros estáticos y dinámicos de la marcha. Fue diseñado inicialmente para el estudio de características motrices en modelos de lesión medular y dolor neuropático, sin embargo, su uso es también difundido en modelos animales con condiciones patológicas como lesión de nervio periférico, ataxia, artritis, enfermedad de Parkinson y ECV. Vandeputte y colaboradores emplearon este sistema en el análisis de ratas con patologías de origen neurológico (ECV, Parkinson y enfermedad de Huntington) demostrando que este método ofrece información más detallada y en ciertos casos más sensible que otras pruebas de análisis motor. Además, su uso puede ayudar en la evaluación del grado de recuperación obtenido a partir de intervenciones terapéuticas experimentales (Vandeputte et al., 2010).

El sistema consiste en una plataforma con un corredor de plexiglass que en sus extremos contiene sensores de infrarrojo que detectan la dirección, el comienzo y la terminación del patrón motor. Posee una superficie inferior en cristal transparente con un dispositivo de luz fluorescente y una cámara de video que permite el registro de las huellas dejadas por el roedor. Igualmente cuenta con un software que analiza tiempo, velocidad promedio, dirección y posicionamiento de cada extremidad anterior y posterior con respecto al patrón locomotor ejecutado. Parámetros como base de soporte, área de contacto máximo, longitud de zancada, fase de dispersión (relación temporo-espacial en la ubicación de la huella de la pata derecha con respecto a la izquierda), cadencia y secuencia de los pasos son también medidas cuantificadas a partir de este método de estudio (Hamers et al., 2001; Wang et al., 2008; Schaar et al., 2010; Liu et al., 2013; Parkkinen et al., 2013; Johnson et al., 2015).

Sistemas como el DigiGait y el TreadScan han sido más utilizados en investigaciones relacionadas al estudio de locomoción en roedores con deficiencias de origen traumático y musculoesquelético como la lesión medular y la artritis (Simjee et al., 2007; Beare et al., 2009; Berryman et al., 2009; Eftaxiopoulou et al., 2014). Dorman y colaboradores demostraron que ambos sistemas pueden llegar a ser útiles en la identificación de alteraciones ocasionadas por este tipo de patologías, sin embargo, ningún sistema fue capaz de determinar cambios en el patrón locomotor luego de generar intervenciones analgésicas (Dorman et al., 2014), lo que ratifica la necesidad de generar sistemas de medición locomotriz más sensibles y de fácil replicabilidad.

A pesar de las ventajas que ofrece este tipo de sistemas automatizados de medición, es necesario tener en cuenta que factores como calibración, configuración en la iluminación, calidad del video (en los casos en que el análisis de hace a posteriori) y medida de los parámetros, llegan a ser determinantes en el proceso de recolecta de datos e interpretación de los resultados. Características como discrepancias en el tamaño de los roedores, motivación, estrés, grado de insuficiencia motora debido a la lesión y plasticidad cerebral pueden llegar a generar diferencias en los resultados obtenidos (Li et al., 2013b; Dorman et al., 2014).

Investigación translacional y ejercicio físico en la enfermedad cerebrovascular

En la actualidad existe una amplia variedad de intervenciones terapéuticas que se han desarrollado con el propósito de disminuir la incapacidad asociada a este proceso patológico y facilitar mecanismos de restitución de la funcionalidad neuronal, reorganización estructural y compensación entre déficits y habilidades funcionales. Factores relevantes dentro del proceso de recuperación funcional han sido probados por igual en seres humanos y modelos animales, revelando que la intervención terapéutica oportuna, la edad, la cronicidad y la severidad de la lesión son determinantes para el pronóstico funcional (Koositamongkol et al., 2013; Coelho y Giraldi-Guimarães, 2014; Dalise et al., 2015).

Estudios en roedores han identificado modificaciones estructurales a nivel cerebral que son similares en seres humanos con ECV, estas incluyen incrementos en la sinaptogénesis, cambios en la conformación estructural dendrítica y reorganización axonal en áreas ipsi y contra laterales a la lesión. Estas modificaciones podrían ser parte de procesos de recuperación espontanea, resultante de la neuroplasticidad que puede ser funcional o disfuncional (Brown et al., 2009; Font et al., 2010). El desarrollo de intervenciones basadas en entrenamientos específicos genera una mayor diversificación de estas adaptaciones funcionales siendo necesario el desarrollo de estrategias terapéuticas que las promuevan (Dimyan y Cohen, 2011). Una de las estrategias terapéuticas más ampliamente utilizadas en seres humanos y roedores con lesión cerebral -debido a los beneficios obtenidos en déficits incluyendo la simetría en la ejecución del patrón de marcha- ha sido el ejercicio físico, sin embargo existen desacuerdos entre la eficiencia de esta intervención con respecto a intensidad y modalidad de ejecución, es decir, voluntaria, forzada o involuntaria, incluso existiendo reportes de efectos deletéreos del ejercicio en varias medidas motrices (Ke et al., 2011; Acevedo-Triana et al., 2014).

Investigaciones en modelos animales (roedores) han identificado que el ejercicio físico está asociado con una mejoría de la función cognitiva y motora debido a la liberación de factor neurotrófico derivado del cerebro (BDNF). Otro efecto relevante reportado consiste en la disminución del área cerebral afectada (reducción del volumen del infarto). No obstante, Marin y colaboradores concluyeron que no existe una relación directa entre el volumen del infarto cerebral y la recuperación motora posterior a un entrenamiento físico (Marin et al., 2003). Con respecto a las modalidades e intensidad del ejercicio físico en roedores con lesión cerebral, se llevó a cabo un estudio en el cual se compararon los métodos en estera, rueda de actividad y la aplicación de electroestimulación funcional (FES) como tipos de ejercicio forzado, voluntario e involuntario respectivamente. Se identificó que el ejercicio voluntario con intensidad moderada tenia resultados superiores sobre la recuperación funcional caracterizada por mayores concentraciones de BDNF hipocampal asociado directamente con mejoría en el aprendizaje, la memoria y los niveles de conservación neuronal. Adicionalmente fue demostrado que, al contrario que lo que ocurre en el caso del ejercicio forzado, este método de entrenamiento no induce liberación de corticosterona, la cual está asociada con stress crónico y reducción del BDNF hipocampal (Ke et al., 2011).

Hallazgos similares en la función cognitiva y motora han sido identificados en humanos, asociados al incremento en la expresión del gen para BDNF en hipocampo, cerebelo y medula espinal, como consecuencia de la práctica de ejercicio aeróbico con intensidad moderada (Mang et al., 2013). Otros estudios han demostrado que este tipo de entrenamiento favorece la recuperación del equilibrio y la movilidad, adicionalmente está relacionado con la potenciación en el aprendizaje motor (Kluding et al., 2011). Cardenas y colaboradores evaluaron los efectos del ejercicio forzado acompañado o no de estimulación eléctrica percutánea en la recuperación de la función motriz, luego de un protocolo de compresión del ciático en ratas, encontraron que no existe asociación entre los dos tipos de abordaje, pues en los dos casos hubo recuperación funcional motriz. Resulta interesante que los resultados demuestran que los roedores que más rápidamente recuperaron la funcionalidad motriz, fueron aquellos que no recibieron ningún tipo de tratamiento, dejando claro así, que una gran variedad de mecanismos endógenos pueden estar involucrados en los procesos de regeneración axonal (Cardenas et al., 2014).

Figura 3: Algunas pruebas utilizadas en la evaluación motriz: (A) Prueba de recorrido por la barra horizontal; (B) Prueba de subir por la escalera; (C) Prueba de bajar por la barra. (Fotografías cedidas por el Laboratorio de Neurociencia y Comportamiento de la Universidad de los Andes).

Luft y colaboradores determinaron que el método de banda caminadora, como modalidad aeróbica de entrenamiento, mejora el patrón de marcha de pacientes con secuelas de lesión cerebral e incrementa la activación de circuitos neuronales a nivel de cerebelo y áreas corticales frontales, temporales y parietales convirtiéndose en un posible mecanismo que potencie la plasticidad cerebral (Luft et al., 2008). Este fue el primer estudio en identificar este tipo de respuesta funcional en seres humanos basados en hallazgos establecidos a partir de estudios experimentales en modelos animales.

Los incrementos en la angiogénesis debidos al aumento en la demanda metabólica y la neurovascularización favorecida por el incremento de óxido nítrico sintasa endotelial junto a la proteína ácida fibrilar glial (GFAP, proteína asociada a procesos de plasticidad cerebral vascular) son también resultados del ejercicio físico basado en un entrenamiento de resistencia. Estrategias terapéuticas que fomenten patrones finos de movimiento han demostrado como resultado mayor sinaptogénesis y potenciación sináptica (Biernaskie y Corbett, 2001; Brevetti et al., 2003). En humanos se han identificado adicionalmente liberación de factores tróficos tales como el factor de crecimiento endotelial (VEGF) que está relacionado con formación vascular y aumento en el flujo sanguíneo cerebral favoreciendo la plasticidad sináptica. El factor de crecimiento insulínico tipo 1 (IGF-1), es una relevante proteína que participa en el incremento de la neurogénesis y genera efectos neuro-protectores, programas de entrenamiento físico basados en resistencia han reportado incrementos en dicha proteína (Cassilhas et al., 2012). Estudios en modelos animales y humanos han demostrado que esta modalidad de entrenamiento está asociada con mejoras en el aprendizaje (Pin-Barre y Laurin, 2015).