O exercício intenso desafia a capacidade da maioria dos órgãos do corpo, e mesmo as funções vitais do coração e do sistema respiratório tornam-se afectadas. Nesse sentido, o cérebro tem uma posição interessante, e neste volume de Fisiologia Experimental, Ross et al. (2007) demonstram que a fadiga central, relativa à junção neuromuscular, se desenvolve após uma maratona de corrida. O cérebro ativa os músculos mas, por outro lado, os músculos representam um potente competidor (“o gigante adormecido”, L. B. Rowell) para o fornecimento contínuo de oxigênio e substrato do qual o cérebro depende. A fadiga central tem sido demonstrada para contrações musculares especialmente lentas durante exercícios muito intensos de curta duração com redução da tensão do oxigénio no cérebro (Rasmussen et al. 2007) e a fadiga central não se limita a situações previsíveis, como quando o exercício provoca uma temperatura elevada do cérebro ou um baixo nível de glicose no sangue (Nybo & Secher, 2004). Embora o(s) mecanismo(s) envolvido(s) na fadiga central permaneça(m) desconhecido(s), a elucidação de como, quando e porque se desenvolve a fadiga central durante o exercício é importante. A fadiga central pode ser considerada uma precaução de segurança para que o organismo activo equilibre a função de vários órgãos. Por outro lado, um efeito importante do treino é aliviar a fadiga central durante o exercício intenso. Além disso, o conhecimento dos mecanismos responsáveis pela fadiga central pode ser relevante para o tratamento de pacientes que sofrem de doenças associadas à fadiga crônica.

É fascinante como o cérebro, durante horas, pode stressar o corpo mesmo depois de ‘bater na parede’ durante uma maratona de corrida. Isto é ainda mais impressionante em um ambiente de laboratório. A maratona tem fascinado os fisiologistas desde o início dos Jogos Olímpicos modernos, como o exemplo de exercício extremo. É uma observação clássica que a velocidade da corrida diminui acentuadamente quando o nível de glicogénio muscular diminui para um nível crítico, exigindo que a estratégia de activação seja alterada em conformidade. A quebra do estilo de corrida sugere que os músculos não são mais ativados idealmente e, usando técnicas eletrofisiológicas, Ross et al. (2007) fornecem uma primeira visão dos fenômenos dentro do sistema nervoso central (SNC) que, sem dúvida, são afetados por exercícios de longa duração.

O nervo motor do músculo tibial anterior está próximo ao ramo do nervo peroneal comum, e a estimulação elétrica destinada a ativar o músculo tibial anterior pode ativar o músculo peroneal (Gandevia & McKenzie, 1988) para que a interpretação do seu papel na produção de torque ao redor da articulação do tornozelo seja complexa. Ross et al. (2007) estimularam o nervo periférico com estimulação magnética, e resta estabelecer como esse estímulo inclui vários ramos do nervo peroneal comum.

A vantagem de usar o TMS para ativação do músculo tibial anterior é que ele tem um limiar baixo e, importante, um limiar inferior ao do antagonista (músculo único). Isto é relevante, especialmente quando se avalia a força extra induzida pelo estímulo, em comparação com um esforço voluntário. A ativação voluntária do músculo tibial anterior foi inferior a 90% da sua força induzida pelo TMS, o que é inferior ao que foi encontrado em estudos com estimulação elétrica. No entanto, a maratona reduziu significativamente a capacidade de ativar o músculo para um desempenho máximo. Deve-se ressaltar que a fadiga central, medida com a técnica de interpolação de contracções, recupera-se rapidamente após o exercício (Gandevia et al. 1996). No entanto, Ross et al. (2007) encontraram uma clara redução na ativação voluntária da tíbia anterior em 20 minutos após a maratona, que desapareceu após 4 h, demonstrando uma mudança no débito cortical.

Embora os resultados apresentados sejam impressionantes, os mecanismos subjacentes para o desenvolvimento da fadiga central não são elucidados. É tentador abordar esses possíveis mecanismos. A ativação do cérebro aumenta o fluxo sanguíneo cerebral porque o metabolismo neural é aumentado, como expresso pelas taxas metabólicas cerebrais de oxigênio (CMRO2) e carboidrato (CMRCHO). Uma diminuição na relação entre CMRO2 e CMRCHO, sendo ∼6 em repouso, é uma característica da ativação cerebral, e o exercício extenuante aumenta a absorção de carboidratos em relação ao de oxigênio (Dalsgaard, 2006). A relação reduzida entre CMRO2 e CMRCHO desenvolvida durante o exercício identifica o exercício como um poderoso ativador do metabolismo cerebral e ilustra que o exercício causa uma marcada perturbação do metabolismo cerebral. Considerando que o cérebro tem pouca capacidade para o metabolismo anaeróbico, o destino do excesso de carboidratos tomados durante a ativação é muito provavelmente que ele é metabolizado, embora a depuração de amônia possa ser responsável por cerca de 10% do excesso de carboidratos tomados (Dalsgaard, 2006).

Durante exercício, os músculos libertam e o cérebro absorve amónia. O cérebro não tem um ciclo ureico eficaz e depende da síntese de glutamina do glutamato para a remoção da amônia. A eliminação da amônia pode reduzir a concentração dos neurotransmissores excitatórios glutamato e ácido γ-aminobutírico, e tal distúrbio pode estar subjacente à disfunção cerebral e fadiga crônica em doenças hepáticas, sugerindo que a amônia pode ser um “agente fatigante” durante o exercício (Nybo & Secher, 2004). Também são de interesse os sistemas serotonérgico e dopaminérgico (Newsholme et al. 1987). A serotonina tem um papel na excitação, sonolência e humor e, embora a cinética do metabolismo da serotonina não possa ser avaliada através de diferenças arteriovenosas para o cérebro, o seu precursor, o triptofano, pode fornecer tais informações. A dopamina está envolvida no controle do movimento, e o metabolismo cerebral regional da dopamina é aumentado durante o exercício em animais. Similarmente, a concentração arterial de dopamina aumenta durante o exercício extenuante; entretanto, nenhuma mudança na liberação através do cérebro foi observada (Nybo & Secher, 2004).

A ilustração da fadiga central como alteração na excitação cortical é um grande passo em frente. Entretanto, os métodos aplicáveis, tais como TMS, diferenças arteriovenosas e técnicas de imagem, precisam ser combinados a fim de ligar as mudanças na excitação cortical com aquelas no metabolismo dos carboidratos cerebrais, aminoácidos e neurotransmissores, bem como com a sinalização metabólica e hormonal entre o cérebro e os músculos. A questão é então, o que é a galinha e o que é o ovo? Portanto, para elucidar as relações de causa e efeito, o trabalho descritivo tem que mudar para fisiologia experimental e estudos fisiológicos integrativos envolvendo seres humanos.