Executive functions, self-paced exercise and cycling performance

Resumen

El principal objetivo de la presente tesis doctoral era entender el rol de las funciones ejecutivas (cognitivas) en el ejercicio aeróbico autorregulado (ciclismo). El ejercicio autorregulado es una actividad física en la que el esfuerzo tiene que ser distribuido de la mejor manera posible para alcanzar el objetivo de la prueba (ej., cubrir una distancia los más rápido posible o cubrir la mayor distancia posible en un tiempo dado) (1,2). La autorregulación del esfuerzo físico requiere de la monitorización y control del feedback procedente de los músculos y sistemas cardiorrespiratorio hacía el cerebro (3). Desde un punto de vista aplicado, podríamos considerar que el ejercicio aeróbico autorregulado es un comportamiento dirigido hacia un objetivo que involucra varios procesos cognitivos, y en particular de funciones ejecutivas (ej., control inhibitorio o memoria de trabajo) . En consecuencia, cualquier cambio a nivel cognitivo (y cerebral relacionado con los procesos cognitivos objeto de estudio) afectará al rendimiento físico. Para entender esta relación, en un primer capítulo introductorio resumimos el papel de las funciones ejecutivas sobre el ejercicio autorregulado, la evidencia empírica acerca de las bases neurales involucradas, y las distintas manipulaciones donde las funciones ejecutivas podrían ser relevantes sobre el ejercicio autorregulado. A continuación, presentamos una serie experimental donde estudiamos el rol de las funciones ejecutivas en el ejercicio autorregulado bajo tres manipulaciones experimentales. Primero, investigamos el efecto ergogénico del tramadol sobre el rendimiento físico y cognitivo. A continuación, intentamos comprender los efectos de la estimulación transcraneal por corriente directa (eTCD) (aplicada sobre el córtex dorsolateral prefrontal izquierdo) en índices objetivos y subjetivos del rendimiento físico. Finalmente, investigamos el papel de la carga cognitiva (ejecutiva) durante el ejercicio autorregulado. A continuación, pasamos a resumir los estudios empíricos que componen esta tesis. Los analgésicos son fármacos ampliamente utilizados en el deporte para tratar el dolor y procesos antiinflamatorios asociados con las lesiones (4). Sin embargo, se ha detectado que existe una tendencia entre los atletas de todos los niveles a usar estos fármacos analgésicos, no solo para tratar lesiones menores, sino que también para entrenar y competir (5). Por lo tanto, además de por sus efectos periféricos, existe la posibilidad de que los atletas estén usando estos fármacos por sus efectos a nivel de sistema nervioso central para incrementar el rendimiento físico durante los entrenamientos y competiciones. Algunos de estos fármacos podrían tener un efecto sobre la activación de estructuras cerebrales superiores (por ejemplo, la corteza prefrontal o la corteza cingulada anterior) involucradas en el dolor y el procesamiento cognitivo. Uno de estos fármacos comúnmente utilizados por los ciclistas, es el tramadol (6). El tramadol podría mejorar el rendimiento físico mediante la reducción del esfuerzo percibido, la percepción del dolor o el estado de ánimo. Sin embargo, el tramadol es conocido por sus frecuentes efectos secundarios, como la somnolencia o las náuseas, que pueden tener un efecto negativo en las funciones cognitivas y en rendimiento deportivo (7). Por lo tanto, en una serie de dos experimentos, nuestro objetivo fue estudiar el efecto del tramadol sobre el rendimiento físico y el procesamiento cognitivo en el ciclismo. El Experimento 1 reveló que el tramadol mejoró el rendimiento físico aproximadamente un 5% durante una prueba de ciclismo autorregulada (contrarreloj) de 20 minutos (8). El tramadol pareció permitir a los participantes lograr una mayor potencia media sin modificar la actividad eléctrica cerebral, la percepción del esfuerzo o el estado de ánimo. Los resultados de este experimento parecían respaldar la hipótesis de que el tramadol podría mejorar el rendimiento físico, sin embargo, esto no fue corroborado en el Experimento 2. El Experimento 2 fue diseñado para replicar el Experimento 1 y para probar la hipótesis de que el tramadol podría tener un efecto sobre la atención sostenida durante ejercicio (8). Para ello, los participantes completaron una tarea de discriminación de estímulos al mismo tiempo que realizaban la prueba de ciclismo de 20 minutos. La tarea cognitiva consistió en una presentación aleatoria de una secuencia de estímulos visuales de un círculo azul frecuente (no objetivo), un círculo azul raro pequeño (objetivo 1) y un cuadrado rojo (objetivo 2) en una pantalla. Contrariamente a los resultados observados en el Experimento 1, el tramadol no mejoró el rendimiento físico ni afectó la atención sostenida a nivel comportamental en comparación con la condición de placebo, es decir, ni la precisión en la respuesta ni el tiempo de reacción difirieron significativamente entre las condiciones experimentales. No obstante, durante la tarea de atención sostenida, encontramos que el tramadol provocó una actividad cerebral más baja (i.e., mayor supresión con respecto a la línea base) en la banda de frecuencia alfa vinculada al procesamiento de estímulos (relevante para la tarea) en la condición de tramadol en respecto a la de placebo. Una mayor actividad de alfa se ha considerado como un indicador de mayor alerta (9). Por el contrario, otro estudio que utilizó una tarea similar, interpretó la reducción de la banda alfa cuando se presentan objetivos poco comunes, como un esfuerzo mental más alto para detectar objetivos poco frecuentes (10). Por lo tanto, nuestros resultados podrían apuntar a la necesidad de una mayor asignación de recursos cognitivos para detectar objetivos poco frecuentes cuando los participantes reciben tramadol versus placebo. En el siguiente estudio, siguiendo un enfoque diferente, planteamos la hipótesis de que la estimulación de las áreas cerebrales relacionadas con las funciones ejecutivas podría mejorar el rendimiento del ejercicio autorregulado, si el ejercicio autorregulado depende de funciones ejecutivas. Aunque, varios estudios habían investigado el efecto de la eTCD sobre el rendimiento físico, ninguno de ellos había abordado la cuestión de si la estimulación anódica de la corteza dorsolateral prefrontal izquierda afectaría al rendimiento en una tarea de ejercicio físico autorregulado (11). Curiosamente, los resultados de nuestro estudio no apoyaron la idea de que la eTCD anódica afecte ni el rendimiento autorregulado ni la actividad cerebral oscilatoria, tanto en reposo como durante el ejercicio (12). Este hallazgo agregó más inconsistencia a los resultados ambiguos publicados hasta la fecha. Por lo tanto, a la vista de nuestros resultados nulos y la inconsistencia de la literatura, decidimos realizar un meta análisis para comprobar si la eTCD tenía un efecto real en índices de rendimiento físico. El meta análisis mostró que la eTCD tiene un efecto pequeño, aunque positivo, sobre el rendimiento deportivo (Hedges ’g = 0,34) (13). Ninguno de los moderadores incluidos (ej., localización, intensidad o duración de la estimulación) en el análisis explicaba la varianza en los datos. Además de ser un tamaño de efecto pequeño, detectamos que los resultados positivos podrían estar sobreestimados por artefactos metodológicos y el sesgo de las publicaciones. A día de hoy, con los datos del meta análisis no podemos establecer que la eTCD sea una herramienta eficaz para mejorar el rendimiento deportivo (13–15). En una etapa final, intentamos llenar un vacío existente en la literatura sobre el efecto de la carga (ejecutiva) mental durante el ejercicio autorregulado, ya que en la mayoría de los estudios previos la tarea cognitiva se ha realizado antes de un ejercicio físico (16). La carga cognitiva se manipuló usando una tarea de memoria de trabajo (n-back) con dos niveles de dificultad para inducir dos niveles de carga cognitiva, baja (1-back) y alta carga (2-back). Anticipamos que si el ejercicio autorregulado está determinado por el procesamiento ejecutivo y la n-back también requiere un procesamiento ejecutivo, era probable que se esperase un empeoramiento en el rendimiento físico debido a la incapacidad de autorregularse de manera eficiente. Sin embargo, a pesar de que la tarea con más demandas cognitivas fue más exigente (menor precisión y tiempos de respuestas más lentos) que la de baja carga cognitiva, y por lo tanto una mayor dificultad en términos de demandas ejecutivas, los resultados no proporcionaron evidencia suficiente para decir que la alta carga empeore el rendimiento físico o modifique la percepción del esfuerzo percibido (17). Estos resultados están en línea con los hallazgos anteriores de esta tesis, pudiendo especular que el ejercicio autorregulado no depende de función ejecutiva. En conclusión, los resultados de la serie de experimentos llevados a cabo durante la tesis no apoyan la idea de que el ejercicio autorregulado dependa en gran medida de procesamiento ejecutivo. Aunque el tramadol podría afectar el rendimiento físico en el Experimento 1, la actividad cerebral oscilatoria no se vio afectada durante el ejercicio y se desconocen los mecanismos de la posible mejora (en la actualidad estamos llevando a cabo otro estudio para clarificar los resultados anteriores). Eso también fue cierto en el experimento de eTCD, ya que la estimulación cerebral no afectó el rendimiento físico o la actividad cerebral. Finalmente, una mayor carga cognitiva durante el ejercicio físico autorregulado tampoco pareció afectar el rendimiento físico. De manera crucial, los resultados de esta tesis pueden señalar que las funciones ejecutivas podrían no tener un papel decisivo en el ejercicio autorregulado, en contra de lo que se supone. Sin embargo, el papel de las funciones ejecutivas en el ejercicio podría estar mediado por varios factores como, por ejemplo, la experiencia deportiva.