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Introducción
La relación que existe entre aptitud física y habilidades cognitivas supone no solo elementos de rendimiento, sino también neurobiológicos1. De la misma forma que el ejercicio ha demostrado mejorar las condiciones generales de salud2, la literatura también evidencia la asociación de la práctica del ejercicio físico con mejoras en el rendimiento cognitivo3, demostrándose la existencia de procesos neurobiológicos implicados en la interacción de ambas variables4. En este sentido, la importancia de conocer el rol del ejercicio en la mejora de las funciones cognitivas se encuentra estudiada desde hace más de dos décadas5. Los mecanismos de señalización celular, por los cuales el ejercicio impacta en la función cognitiva, se han investigado a través del estudio imagenológico y molecular, centrando su atención en la liberación de determinadas sustancias como respuesta al ejercicio. Estas sustancias tienen como función modular algunos procesos cognitivos involucrados en la actividad cognitiva a través de la regulación de las vías vasculares, metabólicas, inflamatorias, el estrés, la mejora del funcionamiento del metabolismo neuronal y mitocondrial, la disminución del estrés oxidativo en el hipocampo y el aumento en los niveles de la maquinaria mitocondrial6-13. Las conclusiones de estos estudios demuestran que los mecanismos celulares de la actividad física tienen efecto en distintas funciones que regulan, contribuyen o influyen en los procesos cognitivos.
Estudios similares demuestran que el ejercicio físico aumenta la secreción del factor neurotrófico derivado del cerebro (BDNF, del inglés brain-derived neurotrophic factor)14. Este factor de crecimiento, al igual que el insulin-like growth factor-1 (IGF-1), al ser estimulado, mejora la supervivencia de las neuronas, la neurogénesis favorece la transmisión sináptica y la sinaptogénesis15. De la misma forma, se ha demostrado que el ejercicio induce la proliferación del factor de crecimiento endotelial vascular (VEGF, del inglés vascular endothelial growth factor), involucrado en el mecanismo de la angiogénesis8. Finalmente, el ejercicio induce la secreción de hormonas como estrógenos en las mujeres y testosterona en los hombres, ambos, elementos constituyentes de los procesos de mejora de las funciones cognitivas16,17. Con el avance de los años, los estudios van precisando los elementos que ejercen su acción en la actividad cognitiva y en los cuales la actividad física constituye un elemento fundamental.
De esta forma, se puede afirmar que existen mecanismos de señalización que indican una asociación entre el metabolismo energético neuronal y la plasticidad sináptica, indicando que las señales metabólicas son importantes moduladoras de la función cognitiva9,18. Se evidencia así que el ejercicio es un activador metabólico importante, de manera que estos procesos pueden ser un modo en el que el ejercicio afecte al sistema nervioso central y a la función cognitiva. Esta relación se ha estudiado mediante el análisis de la función de BDNF19 en varias moléculas de gestión de la energía en el hipocampo, como la proteína quinasa activada por adenosín monofosfato (AMPK), la proteína ubicuo creatina quinasa mitocondrial (uMtCK), y la proteína de desacoplamiento mitocondrial 2 (UCP-2), así como la hormona grelina e IGF-1. La proteína AMPK se ha identificado como un indicador de combustible que detecta niveles bajos de energía20, la proteína uMtCK participa en el mantenimiento de la energía y la transducción21, mientras que la proteína UCP-2 permite la fuga de protones a través de las membranas mitocondriales y el transporte electrónico mitocondrial en el desacoplamiento de la síntesis de adenosín trifosfato (ATP)22,23. La hormona grelina es secretada por el estómago vacío para promover el hambre, demostrándose que su acción en el hipocampo aumenta la retención de la memoria24. Las funciones de IGF-1 son similares al BDNF en el sistema nervioso, actuando de manera similar en la plasticidad sináptica25, la síntesis y liberación de neurotransmisores y el comportamiento cognitivo26. Se demuestra de esta forma que el aumento de los niveles de AMPK, uMtCK, grelina, y el IGF-1 ARNm se relaciona con un mejor rendimiento en el aprendizaje. En este sentido, el ejercicio ha demostrado aumentar significativamente los niveles de ARNm de todas las proteínas metabólicas, incluyendo la grelina y el IGF-1. Los cinco factores se correlacionaron positivamente con los niveles de ARNm de BDNF, lo que sugiere una posible relación entre BDNF y el metabolismo neuronal, esto es, una relación entre la actividad física, el funcionamiento cerebral y por tanto las funciones cognitivas.
Con esta evidencia es factible suponer que la relación con la actividad física tiene un impacto favorable en la actividad cognitiva observable. Así lo han demostrado diversos estudios que establecen que el ejercicio ha evidenciado mejoras en la velocidad de procesamiento27, la resolución de problemas28, los procesos de la atención29 y el proceso de potenciación largo tiempo (LTP). Si bien se atribuyen efectos positivos sobre la plasticidad sináptica general, hay otros componentes de la función cognitiva que pueden ser descritos por estos aspectos30,31. No obstante, los mecanismos de señalización por los cuales el ejercicio impacta en las funciones y habilidades cognitivas han sido preferentemente ratificados en estudios asociativos en población escolar, universitaria y adulta. Un ejemplo que ilustra esta relación es la presentada en un estudio realizado por Sanz32 quien, en entrevistas a profesores de educación física, concluye que el 90% del profesorado de esta área considera que la actividad física influye en el rendimiento. En la misma línea, Pardo-Guijarro et al.33, en un estudio empírico con estudiantes de educación básica, determinan que los niños con bajas competencias motoras tienen más probabilidades de lograr un rendimiento académico bajo.
La sólida evidencia presentada respecto del efecto que el ejercicio ejerce sobre la proliferación de neurotrofinas, factores de crecimiento, hormonas y metabolismo energético neuronal pone de manifiesto la necesidad de evaluar la asociación entre la aptitud física y las habilidades cognitivas. Si se considera además que el periodo de mayor modificación cerebral se produce antes de los seis años de edad, la educación inicial se identifica como una etapa fundamental para realizar estudios tendentes a identificar el impacto de la actividad física en las habilidades cognitivas observables (atención, percepción, memoria, lenguaje, pensamiento) de niños y niñas en este rango etario.
Método
Muestra
El estudio se diseña bajo un paradigma cuantitativo utilizándose un diseño de tipo correlacional y transversal. Se correlacionan dos variables en un tiempo único, correspondientes a aptitud física y capacidades cognitivas, en una muestra de 68 estudiantes de educación parvularia, 36 niñas y 32 niños con un promedio de edad de cinco años y tres meses, de un establecimiento municipal de la ciudad de Temuco, al sur de Chile. Se excluyeron de la muestra estudiantes con trastornos del desarrollo que pudieran influir en alguna de las variables.
Diseño experimental
La aptitud física fue evaluada a través del Test de Marcha de seisminutos utilizando las normas de la American Thoracic Society (ATS)34, diferenciándose los estudiantes según alta o baja aptitud física de acuerdo con las referencias de Lammers et al.35 En los niños de cuatro años se utilizó el punto de corte de 383 m recorridos (s = 41m) y en los niños de cinco años se utilizó el punto de corte de 420 m recorridos (s = 39 m). Los niños con alta aptitud física resultan en aquellos que se encuentran en o por encima del punto de corte de metros recorridos y los niños con baja aptitud física son aquellos que se por debajo del punto de corte de metros recorridos.
De acuerdo con la reglamentación oficial de la ATS34, la aplicación se realizó considerando indicaciones, limitaciones, contraindicaciones, seguridad, aspectos técnicos, equipo requerido, preparación del estudiante y dimensiones del lugar de la toma del test. En este sentido se determinaron diversas variables que deben ser medidas en la realización de esta prueba, tales como: distancia recorrida en el tiempo de aplicación del test, frecuencia cardíaca, saturación de oxígeno, presión arterial y sensación subjetiva de fatiga. No se presentaron razones para detener inmediatamente el test, como calambres, disnea intolerable, dolor del pecho, mareos, diaforesis o palidez, en ninguno de los estudiantes. El test se realizó a lo largo de un corredor de más de 30 m de longitud, llano, recto, con una superficie dura (baldosa antideslizante), marcándose la longitud del corredor cada tres metros y cuyos extremos se marcaron con un cono. Las líneas de arranque que indican principio y retorno, se marcaron en el suelo con una cinta brillante. Se utilizó un corredor de las dimensiones indicadas para evitar que se afectara el tiempo de marcha al hacer el cambio de dirección.
Las capacidades cognitivas fueron evaluadas a partir del ítem 1 de la Batería Evalúa-036, validado para población chilena en su segunda y última versión 2.037. La prueba evalúa habilidades de clasificación, series, organización perceptiva, y letras y números, a través de una prueba escrita que fue administrada de manera individual considerando los tiempos establecidos para cada subprueba. Las pruebas fueron corregidas y cuantificadas de acuerdo con el baremo chileno para nivel socioeconómico bajo (considerando el tipo de establecimiento), obteniéndose así los puntajes estándar para el análisis.
La aplicación del Test de Marcha de seisminutos fue supervisada por educadores físicos, mientras que el ítem de capacidades cognitivas fue supervisado por educadoras diferenciales. Solo se incluyeron en el estudio profesionales familiarizados con las pruebas a aplicar. En cualquier caso, previo a la aplicación se tomaron acuerdos respecto del instrumento y de la forma de puntuación con cada uno de los involucrados.
Análisis estadístico
Los datos fueron procesados directamente desde sus hojas de respuesta, comunes para todos los estudiantes, en el software SPSS v.11 para Windows. Se utilizó el estadístico chi-cuadrado para determinar la dependencia o independencia de las variables estudiadas. Se solicitó además el consentimiento de participación en la investigación a los apoderados de los estudiantes y directivos del establecimiento, excluyéndose de la muestra a quienes no desearan participar.
Resultados
A partir de la correlación establecida entre ambas variables se puede determinar lo siguiente: la variable aptitud física y la variable nivel de capacidad cognitiva de clasificación demuestran una significación bilateral p ≤ 0.005, por tanto se asume que existe una relación de dependencia entre ambas variables (tabla 1).
Tabla 1 Pruebas de Chi-cuadrado para aptitud física y clasificación
| Valor | gl | Significación asintótica (bilateral) | Significación exacta (bilateral) | Significación exacta (unilateral) | |
|---|---|---|---|---|---|
| Chi-cuadrado de Pearson | 39.690b | 1 | 0.000 | ||
| Corrección por continuidada | 36.607 | 1 | 0.000 | ||
| Razón de verosimilitudes | 50.564 | 1 | 0.000 | ||
| Estadístico exacto de Fisher | 0.000 | 0.000 | |||
| Asociación lineal por lineal | 39.106 | 1 | 0.000 | ||
| N.o de casos válidos | 68 |
Fuente: exportado desde el programa SPSS para Windows 8 versión 11.0.
aCalculado solo para una tabla de 2 × 2.
b0 casillas (0.0%) tienen una frecuencia esperada inferior a 5. La frecuencia mínima esperada es 12.62.
Respecto de la relación entre aptitud física y capacidad cognitiva de series, la significación bilateral observada es de p ≤ 0.005, por tanto se asume que entre ambas variables existe una relación de dependencia (tabla 2).
Tabla 2 Pruebas de Chi-cuadrado para aptitud física y capacidad cognitiva series
| Valor | gl | Significación asintótica (bilateral) | Significación exacta (bilateral) | Significación exacta (unilateral) | |
|---|---|---|---|---|---|
| Chi-cuadrado de Pearson | 14.043b | 1 | 0.000 | ||
| Corrección por continuidada | 12.154 | 1 | 0.000 | ||
| Razón de verosimilitudes | 16.067 | 1 | 0.000 | ||
| Estadístico exacto de Fisher | 0.000 | 0.000 | |||
| Asociación lineal por lineal | 13.837 | 1 | 0.000 | ||
| N.o de casos válidos | 68 |
Fuente: exportado desde el programa SPSS para Windows 8 versión 11.0.
aCalculado solo para una tabla de 2 × 2.
b0 casillas (0.0%) tienen una frecuencia esperada inferior a 5. La frecuencia mínima esperada es 9.18.
La correlación entre aptitud física y capacidad cognitiva de organización perceptiva demuestra una significación bilateral p ≥ 0.005, por tanto se asume que entre ambas variables existe una relación de independencia (tabla 3).
Tabla 3 Pruebas de Chi-cuadrado para aptitud física y organización perceptiva
| Valor | gl | Significación asintótica (bilateral) | Significación exacta (bilateral) | Significación exacta (unilateral) | |
|---|---|---|---|---|---|
| Chi-cuadrado de Pearson | 3.860b | 1 | 0.049 | ||
| Corrección por continuidada | 2.768 | 1 | 0.096 | ||
| Razón de verosimilitudes | 3.769 | 1 | 0.052 | ||
| Estadístico exacto de Fisher | 0.071 | 0.049 | |||
| Asociación lineal por lineal | 3.804 | 1 | 0.051 | ||
| N.o de casos válidos | 68 |
Fuente: exportado desde el programa SPSS para Windows 8 versión 11.0.
aCalculado solo para una tabla de 2 × 2.
b0 casillas (0.0%) tienen una frecuencia esperada inferior a 5. La frecuencia mínima esperada es 5.74.
Finalmente, la correlación establecida entre aptitud física y capacidad cognitiva de letras y números es de p ≤ 0.005, por tanto se asume una relación de dependencia entre ambas variables (tabla 4).
Tabla 4 Pruebas de Chi-cuadrado para aptitud física y letras y números
| Valor | gl | Significación asintótica (bilateral) | Significación exacta (bilateral) | Significación exacta (unilateral) | |
|---|---|---|---|---|---|
| Chi-cuadrado de Pearson | 11.070b | 1 | 0.001 | ||
| Corrección por continuidada | 9.268 | 1 | 0.002 | ||
| Razón de verosimilitudes | 13.429 | 1 | 0.000 | ||
| Estadístico exacto de Fisher | 0.001 | 0.001 | |||
| Asociación lineal por lineal | 10.908 | 1 | 0.001 | ||
| N.o de casos válidos | 68 |
Fuente: exportado desde el programa SPSS para Windows 8 versión 11.0.
aCalculado solo para una tabla de 2×2.
b0 casillas (0.0%) tienen una frecuencia esperada inferior a 5. La frecuencia mínima esperada es 6.88.
Los resultados establecen que existe una correlación significativa entre la aptitud física y todas las capacidades cognitivas (series, clasificación, letras y números) exceptuando la capacidad cognitiva de organización perceptiva.
Discusión
Los resultados de la investigación confirman que la actividad física se relaciona con la habilidad cognitiva, siendo coherente con estudios previos9,14. La investigación realizada demuestra que el nivel de aptitud física se correlaciona con la habilidad cognitiva de seriación, clasificación y letras y números. En este sentido, se identifica que la acción de la aptitud física tiene implicaciones en habilidades que son básicas para la adquisición posterior de la lectoescritura y el concepto de número.
La correlación entre la aptitud física y la capacidad cognitiva de organización perceptiva no demuestra una correlación positiva. Sin embargo, a través de la prueba de Fisher, que establece una significación unilateral de 0.071, se podría asumir que la baja correlación se debe a un bajo nivel de la muestra, por tanto sería interesante proyectar estudios con un mayor tamaño muestral en relación con esta capacidad cognitiva. La baja correlación entre la organización perceptiva -que se refiere a la relación con cómo se recibe, procesa y organiza la información del medio circundante- y la aptitud física podría obedecer a mecanismos compensatorios de la percepción que operan de manera menos activa a través de la inhibición voluntaria38, y que por lo demás son los que se promueven en los sistemas educativos39, tales como la observación, escucha atenta e inhibición motriz.
Dados los resultados de este estudio, en conjunto con los de otros que, con base en diferentes poblaciones e instrumentos, también correlacionan positivamente las capacidades cognitivas con la alta aptitud física15,28,31, se debería seguir profundizando con investigaciones que consideren evaluaciones de muestras más amplias y diferenciadas por nivel socioeconómico, ya que se ha identificado este como un factor que influye, tanto en la actividad física como cognitiva, de tal forma que los siguientes estudios se centren en las posibilidades de esta evidencia en la población.
Este estudio, que correlaciona la aptitud física con habilidades cognitivas observables en educación de párvulos, permite indagar respecto de la influencia que tiene la actividad física intencionada, comprendiendo el impacto que esta tiene en hormonas y proteínas que a su vez desencadenan procesos que favorecen la actividad mental. En este sentido, el comprender la relación que existe entre la aptitud física y las distintas habilidades cognitivas permitiría constituir un predictor a futuro del rendimiento académico del estudiante basándose en su condición física para, de esta forma, centrar el énfasis en prácticas orientadas a la vivencia, ejercitación y dominio del propio cuerpo como estrategia para favorecer la actividad mental.
En este sentido, los estudios referidos al metabolismo energético neuronal constituyen un promisorio campo de investigación para dilucidar esta asociación. La posibilidad de que los mecanismos de señalización involucrados se relacionen con la práctica misma del ejercicio, y no necesariamente con la aptitud física que muestre el individuo, invita a investigar el impacto del ejercicio en las capacidades cognitivas en población que generalmente no muestra esta condición, ya sea sedentaria, con sobrepeso, obesos y/o con movilidad reducida.
Sería interesante proyectar estudios que consideren mayor cantidad de variables para profundizar en la relación de la aptitud física con el rendimiento escolar, como son el nivel socioeconómico, la condición de urbanidad y ruralidad y la disposición de recursos que motiven y favorezcan el ejercicio físico, como son la tenencia de bicicleta, áreas verdes seguras, tiempo, entre otras. Asimismo, también sería interesante estudiar estos factores en relación con el coeficiente intelectual en niños mayores de seis años, así como realizar estudios utilizando pretest y postest con la finalidad de determinar si la magnitud del efecto de las intervenciones en la aptitud física es independiente de otras variables que puedan intervenir.
Es de esperar que estos aspectos que quedan por dilucidar sean la fuente de investigaciones que permitan esclarecer no solamente estas interrogantes, sino también los mecanismos por los cuales diferentes tipos de población pueden verse directamente beneficiados, tanto en el área de la salud y rehabilitación, donde tradicionalmente se han abordado, como en el área de la educación.
