El ejercicio intenso desafía la capacidad de la mayoría de los órganos del cuerpo, e incluso las funciones vitales del corazón y el sistema respiratorio se ven afectadas. A este respecto, el cerebro ocupa una posición interesante, y en este volumen de Fisiología Experimental, Ross et al. (2007) demuestran que la fatiga central, relativa a la unión neuromuscular, se desarrolla tras una carrera de maratón. El cerebro activa los músculos pero, por otro lado, los músculos representan un potente competidor («el gigante dormido», L. B. Rowell) para el suministro continuo de oxígeno y sustrato del que depende el cerebro. Se ha demostrado que la fatiga central se produce en contracciones musculares especialmente lentas durante un ejercicio muy intenso de corta duración con disminución de la tensión de oxígeno en el cerebro (Rasmussen et al. 2007) y que la fatiga central no se limita a situaciones predecibles, como cuando el ejercicio provoca una temperatura cerebral elevada o un nivel bajo de glucosa en sangre (Nybo & Secher, 2004). Aunque el mecanismo o mecanismos implicados en la fatiga central siguen siendo desconocidos, es importante dilucidar cómo, cuándo y por qué se desarrolla la fatiga central durante el ejercicio. La fatiga central puede considerarse una medida de seguridad para que el organismo activo equilibre la función de varios órganos. A la inversa, un efecto importante del entrenamiento es aliviar la fatiga central durante el ejercicio intenso. Además, el conocimiento de los mecanismos responsables de la fatiga central puede ser relevante para el tratamiento de los pacientes que padecen enfermedades asociadas a la fatiga crónica.
Es fascinante cómo el cerebro, durante horas, puede estresar al cuerpo incluso después de «golpear la pared» durante una carrera de maratón. Esto es aún más impresionante en un entorno de laboratorio. La carrera de maratón ha fascinado a los fisiólogos desde el comienzo de los Juegos Olímpicos modernos, como ejemplo de ejercicio extremo. Es una observación clásica que la velocidad de carrera disminuye notablemente cuando el nivel de glucógeno muscular disminuye hasta un nivel crítico que requiere que la estrategia de activación cambie en consecuencia. La descomposición del estilo de carrera sugiere que los músculos ya no se activan de forma ideal y, utilizando técnicas electrofisiológicas, Ross et al. (2007) proporcionan una primera visión de los fenómenos dentro del sistema nervioso central (SNC) que, sin duda, se ven afectados por el ejercicio de larga duración.
Ross et al. (2007) utilizan la interpolación de espasmos para expresar la eficacia de la activación central en el reclutamiento de los músculos. Hasta que Gandevia y sus colegas introdujeron cuidadosamente la estimulación magnética transcraneal (EMT) para la interpolación de espasmos (Todd et al. 2003), la medición de la activación voluntaria se evaluaba mediante la estimulación eléctrica del nervio motor (Merton, 1954). La EMT proporciona la ventaja de acceder a las células dentro de la corteza motora en humanos despiertos y, por tanto, una estimación de la actividad en las vías motoneuronales. Aunque el efecto de la EMT es complejo (Petersen et al. 2003), la EMT abre una ventana para la evaluación del reclutamiento de las fibras musculares; sin embargo, sigue siendo necesario interpretar cuidadosamente los resultados.
El nervio motor del músculo tibial anterior se encuentra en las proximidades de la rama del nervio peroneo común, y la estimulación eléctrica dirigida a activar el músculo tibial anterior puede activar los músculos peroneos (Gandevia & McKenzie, 1988), por lo que la interpretación de su papel en la producción de par alrededor de la articulación del tobillo será compleja. Ross et al. (2007) estimularon el nervio periférico con estimulación magnética, y queda por establecer cómo este estímulo incluye varias ramas del nervio peroneo común.
La ventaja de utilizar la EMT para la activación del músculo tibial anterior es que tiene un umbral bajo y, lo que es importante, un umbral más bajo que el antagonista (músculo sóleo). Esto es relevante, especialmente cuando se evalúa la fuerza extra inducida por el estímulo, en comparación con un esfuerzo voluntario. La activación voluntaria del músculo tibial anterior fue inferior al 90% de su fuerza inducida por la EMT, lo que es inferior a lo que se ha encontrado en los estudios que utilizan la estimulación eléctrica. Sin embargo, el maratón redujo significativamente la capacidad de activar el músculo hasta un rendimiento máximo. Cabe señalar que la fatiga central, medida con la técnica de interpolación de espasmos, se recupera rápidamente después del ejercicio (Gandevia et al. 1996). No obstante, Ross et al. (2007) encontraron una clara reducción de la activación voluntaria del tibial anterior a los 20 min. del maratón que desapareció a las 4 h, lo que demuestra un cambio en la salida cortical.
Aunque los resultados presentados son impresionantes, los mecanismos subyacentes para el desarrollo de la fatiga central no están dilucidados. Es tentador abordar estos posibles mecanismos. La activación del cerebro aumenta el flujo sanguíneo cerebral debido a que el metabolismo neural se incrementa, tal como lo expresan las tasas metabólicas cerebrales de oxígeno (CMRO2) y de carbohidratos (CMRCHO). Una disminución de la relación entre CMRO2 y CMRCHO, siendo ∼6 en reposo, es una característica de la activación cerebral, y el ejercicio extenuante aumenta la captación de carbohidratos en relación con la de oxígeno (Dalsgaard, 2006). La relación reducida entre CMRO2 y CMRCHO desarrollada durante el ejercicio identifica al ejercicio como un potente activador del metabolismo cerebral e ilustra que el ejercicio provoca una marcada perturbación del metabolismo cerebral. Teniendo en cuenta que el cerebro tiene poca capacidad para el metabolismo anaeróbico, lo más probable es que el destino del excedente de carbohidratos captados durante la activación sea su metabolización, aunque el aclaramiento de amoníaco puede suponer un 10% del excedente de carbohidratos captados (Dalsgaard, 2006).
Durante el ejercicio, los músculos liberan y el cerebro capta amoníaco. El cerebro no tiene un ciclo eficaz de la urea y depende de la síntesis de glutamina a partir del glutamato para eliminar el amoníaco. La eliminación de amoníaco puede reducir la concentración de los neurotransmisores excitatorios glutamato y ácido γ-aminobutírico, y esta alteración podría ser la base de la disfunción cerebral y la fatiga crónica en las enfermedades hepáticas, lo que sugiere que el amoníaco puede ser un «agente de fatiga» durante el ejercicio (Nybo & Secher, 2004). También son interesantes los sistemas serotoninérgico y dopaminérgico (Newsholme et al. 1987). La serotonina desempeña un papel en la excitación, la somnolencia y el estado de ánimo y, aunque la cinética del metabolismo de la serotonina no puede evaluarse mediante diferencias arteriovenosas para el cerebro, su precursor, el triptófano, puede proporcionar esa información. La dopamina está implicada en el control del movimiento, y el metabolismo regional de la dopamina aumenta durante el ejercicio en los animales. Asimismo, la concentración arterial de dopamina aumenta durante el ejercicio extenuante; sin embargo, no se observó ningún cambio en la liberación a través del cerebro (Nybo & Secher, 2004).
La ilustración de la fatiga central como un cambio en la excitación cortical es un gran paso adelante. Sin embargo, los métodos aplicables, como la EMT, las diferencias arteriovenosas y las técnicas de imagen, deben combinarse para relacionar los cambios en la excitabilidad cortical con los del metabolismo cerebral de los carbohidratos, los aminoácidos y los neurotransmisores, así como con la señalización metabólica y hormonal entre el cerebro y los músculos. La pregunta es, pues, ¿qué es el huevo y la gallina? Por lo tanto, para dilucidar las relaciones de causa y efecto, el trabajo descriptivo tiene que pasar a la fisiología experimental y a los estudios fisiológicos integradores con seres humanos.