El objetivo del presente estudio fue evaluar el efecto de un entrenamiento intenso en atletas de resistencia sobre el comportamiento de las colinesterasas (ChE) tras condiciones de fatiga y su relación con otros marcadores de carga interna. Participaron 18 atletas de sexo masculino especialistas en pruebas de resistencia. Se evaluó las ChE y dos índices de variabilidad de la frecuencia cardiaca en tres momentos diferentes, previo al protocolo (BASAL), 15 minutos posterior al protocolo (FINAL) y 24 horas después del entrenamiento (24H). Un ANOVA de una vía con post-hoc de Tukey HSD se utilizó para comparar las medias. Se encontraron cambios significativos en las variables analizadas (p < .001) con tamaños de efecto muy grandes (d > 0.9) en los diferentes momentos y correlaciones moderadas entre variables (p < .001). El comportamiento de las ChE muestra un cambio significativo (p < .001) posterior al ejercicio y una relación con otros indicadores de carga interna. Nuestros resultados indican que las ChE tienen relación con la fatiga en el caso de los deportistas estudiados, pudiendo ser una medida para determinar la carga de entrenamiento.