un modelo comparativo para entender el funcionamiento de los

APUNTES DE EDUCACIÓN FÍSICA PARA EL CURSO 3º DE ESO
IEES SEVERO OCHOA DE TÁNGER.
Este documento se ha elaborado para que permita una mejor comprensión
al alumnado de las explicaciones que se han dado en la clase de Educación
Física y relacionadas con el funcionamiento de los distintos tipos de
metabolismo que utilizamos los seres humanos.
UN MODELO COMPARATIVO PARA ENTENDER EL FUNCIONAMIENTO DE
LOS DIVERSOS SISTEMAS METABÓLICOS QUE APORTAN LA ENERGÍA
PARA EL TRABAJO DE NUESTROS MÚSCULOS
Imaginemos por un momento a un aficionado al bricolaje que, harto de las
constantes subidas de los combustibles utilizados en nuestros vehículos, decide
construirse un coche que le permita una cierta autonomía sin tener que depender
de las grandes firmas petroleras y rascándose lo menos posible su bolsillo.
Nuestro imaginario diseñador decide, en primer lugar, construirse un
vehículo ligero y aerodinámico y, aprovechando unos motores eléctricos de bajo
consumo que tenía en un rincón de su taller, acopla cuatro de dichos motores a
cada una de las ruedas de su vehículo, lo que le dotará de un gran control de
tracción y una muy buena manejabilidad. Para suministrar la necesaria energía a
los motores eléctricos acopla, a cada uno de ellos, una batería de automóvil
debidamente cargada.
En la primera prueba del vehículo se da cuenta de que el vehículo funciona
correctamente; tiene una buena aceleración, pero muy poca autonomía. De
hecho, cuando pone el coche a su máxima velocidad, apenas llega a tres
segundos antes de agotar las baterías.
Tras devanarse los sesos (durante no mucho tiempo por cierto) decide
adquirir otras cuatro grandes baterías de camión, de mayor capacidad, e
instalarlas en serie/paralelo con las anteriores. Eso le dará algo más de
autonomía, piensa él, pero la consiguiente prueba demuestra que sólo llega a los
7-8 segundos a pleno rendimiento.
Ante este segundo fracaso, y tras un más largo periodo de reflexión, cae en
la cuenta de que será necesario dotar al vehículo de un sistema que recargue las
baterías. Para ello decide instalar un generador autónomo, de bajo consumo y
alto rendimiento, capaz de funcionar con casi cualquier tipo de combustible,
especialmente apto para utilizar las ingentes cantidades de aceite usado que se
desechan en su fábrica de patatas fritas. El generador podrá emplear también
como combustible la gasolina – de hecho convendrá que utilice siempre una
mayor o menor cantidad en la mezcla de funcionamiento – e incluso podrá
funcionar, en caso necesario, con el alcohol que obtiene procesando las pieles de
patata de su fábrica.
Naturalmente su empleo exige dotar al vehículo de los correspondientes
depósitos que por razones de disponibilidad de combustibles serán: muy grande
el de aceite (50 litros), algo más pequeños los de gasolina y alcohol (2 litros).
En las pruebas, el generador suministra energía suficiente para recargar
las baterías y permitir el funcionamiento de los motores eléctricos durante un
tiempo limitado sólo por las cantidades de combustible en los depósitos. Su
consumo es muy bajo y no genera casi residuos. Eso sí, superada una
determinada velocidad del vehículo y aún con el generador a su máxima potencia,
las baterías comienzan a no recibir carga suficiente y por ello a descargarse.
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Esta limitación condiciona enormemente el rendimiento del vehículo,
impidiéndole salir airoso cuando se necesita potencia extra, por ejemplo en un
adelantamiento.
Por ello nuestro diseñador aficionado – y con no muchos conocimientos de
ingeniería – decide acoplar otro generador más potente, que utilizará como
combustible la gasolina del depósito ya instalado y que será capaz de alimentar
las baterías aunque los motores eléctricos funcionen a su máxima potencia. Eso
sí, su rendimiento por litro de gasolina es muy inferior al del generador ya
instalado, contamina mucho y un defecto de instalación hace que parte de los
gases de escape invadan el habitáculo, por lo que sólo podrá utilizarse por
periodos muy cortos cuando sea necesaria esa potencia extra.
Si podéis imaginaros el extraño funcionamiento de semejante vehículo,
creo que podréis comprender fácilmente el funcionamiento del sistema de
locomoción más antiguo utilizado por los humanos: nuestro propio cuerpo.
Todos los movimientos que hacemos, hombres y mujeres, tienen su origen
en la acción de cientos de músculos actuando sobre nuestras palancas óseas.
Estos músculos serían el equivalente a los motores eléctricos del modelo. En los
humanos y mamíferos en general, los músculos esqueléticos obtienen la energía,
necesaria para contraerse y generar las fuerzas que producen el movimiento, de
las moléculas de ATP (trifosfato de adenosina) que almacenan en su interior, pero
en muy pequeñas cantidades.
Cuando una molécula de ATP pierde uno de sus átomos de fósforo (P) se
libera energía y da lugar a una molécula de ADP (difosfato de adenosina) y a un
átomo de fósforo libre. El ATP en nuestros músculos equivaldría a las baterías de
baja capacidad, utilizadas en un primer momento por nuestro imaginario
diseñador, y la cantidad que almacenamos en nuestros músculos sólo nos
permite un funcionamiento de unos tres segundos a máxima intensidad de
trabajo. Pero todos somos capaces de, por ejemplo, realizar un sprint de más de
esos tres segundos; para ello empleamos un sistema de recarga rápida del ATP
mediante unas moléculas de una sustancia denominada Fosfato de Creatina, que
almacenamos en nuestros músculos, y que nos permite utilizarlos a su máxima
capacidad durante otros cuatro o cinco segundos más. El Fosfato de Creatina de
nuestros músculos sería el equivalente a las baterías de camión instaladas en
primera instancia en nuestro imaginario vehículo.
OBTENCIÓN DE ENERGÍA POR EL MÚSCULO
ATP ⇒ ADP + P + ENERGÍA
La utilización tanto del ATP como del Fosfato de Creatina musculares, en la
realización de ejercicios, constituyen lo que se denomina “Metabolismo
Anaeróbico Aláctico”: Anaeróbico porque no precisa del oxígeno para nada y
Aláctico porque no se genera ácido láctico, sustancia que, como veremos más
adelante, interfiere el funcionamiento de nuestros músculos.
Este Metabolismo Anaeróbico Aláctico será la fuente principal, y casi única,
de energía en aquellas actividades que requieren una elevadísima intensidad
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durante periodos muy cortos de tiempo, como por ejemplo las que ejecutan un
lanzador, un levantador de peso o un velocista sobre distancias muy cortas.
Pero está claro que, a medida que utilizamos el ATP y el Fosfato de
Creatina (PC) de nuestros músculos, será imprescindible disponer de uno o más
sistemas de recarga de estos compuestos, algo que nos permita tenerlos siempre
a nuestra disposición sin que se llegue su agotamiento total y a la consiguiente
incapacidad de continuar moviéndolos.
Para la vida normal, cuando el gasto energético es relativamente bajo y el
ritmo de reposición de ATP y PC lento, nos interesa un sistema metabólico eficaz,
de bajo consumo – por cada molécula de glucosa se generan 36 moléculas de
ATP1 – y cuyos residuos sean fácilmente desechables. Es decir, algo equivalente
al primer generador instalado en su vehículo por nuestro diseñador imaginario. Su
función en los humanos la realiza el Metabolismo Aeróbico.
El Metabolismo Aeróbico está constantemente reponiendo el ATP y PC que
nuestros músculos van utilizando a lo largo de toda nuestra vida y es capaz de
utilizar para ello todos los elementos energéticos que forman parte de los
alimentos ingeridos con nuestra dieta: las grasas que almacenamos en el tejido
subcutáneo y sobre nuestras vísceras, los hidratos de carbono que guardamos
también (en pequeñas cantidades en forma de glucógeno muscular y hepático) e
incluso las proteínas que forman parte de nuestros tejidos. Para la utilización de
estas fuentes de energía el Metabolismo Aeróbico necesita del oxígeno (O 2) y la
capacidad de disponer de este elemento es la que limitará, a corto o medio plazo,
el ritmo de producción de ATP y PC de forma aeróbica. Los productos de
deshecho, CO2 y H20 son fácilmente eliminados mediante la respiración o, en el
caso del agua, pasan a formar parte de nuestros tejidos
Es decir, si comparamos a dos personas con un mismo peso y composición
corporal (masa libre de grasa y grasa corporal principalmente), su capacidad de
reponer el ATP y PC que estén consumiendo, cuando realizan actividad física,
dependerá de su máxima capacidad de introducir en su organismo, y distribuir a
sus músculos, el O2 necesario. Así pues la máxima capacidad de rendimiento,
utilizando el metabolismo aeróbico, viene determinada por el consumo máximo de
oxígeno (VO2max) por unidad de tiempo que tenga cada persona. A más VO 2max,
más intensidad de ejercicio podrá realizarse utilizando el metabolismo aeróbico
que, en nuestro modelo de vehículo, equivaldría al primer generador de alto
rendimiento y capaz de consumir una gran variedad de combustibles.
Esta polivalencia de uso de elementos energéticos en el ser humano es
exclusiva del metabolismo aeróbico, ya que puede utilizar tanto las grasas como
los hidratos de carbono o incluso las proteínas que llegan a ser la última fuente de
energía en los casos de severa desnutrición.
La utilización de hidratos y/o grasas (las proteínas contribuyen
mínimamente a la generación de energía por la vía aeróbica) viene determinada
principalmente por la intensidad del ejercicio realizado y el nivel de entrenamiento
de cada persona. Así, en ejercicios de baja intensidad, la mayor parte de la
energía suministrada de forma aeróbica provendrá de la utilización de las grasas,
cuya movilización es más lenta que la de los hidratos de carbono. Cuando la
intensidad aumenta, aún manteniéndose en los límites del trabajo aeróbico, se
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Lamb, D.R. (1985). Fisiología del Ejercicio, (pag, 41), Móstoles: A, Pila Teleña,
.
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incrementa el porcentaje de hidratos de carbono utilizados para producir el ATP y
PC necesarios.
Si la intensidad del ejercicio alcanza el límite máximo de consumo de 0 2 de
una persona, habremos llegado a lo que se conoce como umbral aeróbicoanaeróbico. A esta situación se llega, por ejemplo, cuando se corre y se va
aumentando poco a poco la velocidad de carrera; llegará un momento en que,
para mantener determinada velocidad, estaremos utilizando nuestro metabolismo
aeróbico a sus máximas posibilidades (habremos alcanzado nuestro VO2max) y,
si deseamos aumentar algo más esa velocidad, deberemos obtener el ATP
suplementario mediante otro sistema metabólico.
REPRESENTACIÓN ESQUEMÁTICA DEL FUNCIONAMIENTO DEL
METABOLISMO AERÓBICO
ATP
CO2 Y H20
OXÍGENO
METABOLISMO
AERÓBICO
ADP + P
H. DE CARBONO
GRASAS
PROTEÍNAS
En nuestro vehículo imaginario esa velocidad extra se obtenía con un
segundo generador más potente, más selectivo en cuanto al combustible a
utilizar, de más alto consumo y muy contaminante. En nuestro organismo
recurriremos al Metabolismo Anaeróbico Láctico, una vía de obtención del ATP
que sólo utiliza los hidratos de carbono – cuya capacidad de almacenamiento es
muy baja – que lo hace con un rendimiento DIECIOCHO veces menor que el
metabolismo aeróbico ya que sólo alcanza una producción de dos moléculas de
ATP por cada molécula de glucosa2, y cuyos residuos (ácido láctico
principalmente) se almacenan en grandes cantidades en nuestros músculos,
variando su PH e impidiendo su normal funcionamiento al cabo de un corto
periodo de tiempo. Su ventaja es que no precisa del O 2 para nada y puede por
ello utilizarse cuando no hay más posibilidades de aportar oxígeno al sistema
metabólico aeróbico
2
Lamb, D.R,. Op.Cit (pag.41)
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Así pues, cuando nuestra capacidad aeróbica no es suficiente para la
intensidad de la tarea que estamos realizando, la diferencia de energía entre
aquella que necesitamos y la que puede proporcionarnos el metabolismo aeróbico
es cubierta por el metabolismo anaeróbico, a costa de un elevado consumo de
nuestras reservas de glucógeno y dando lugar a una acumulación de ácido láctico
en los músculos que nos obliga, pasado un tiempo más o menos corto, a
disminuir el ritmo de trabajo reestableciéndolo en los niveles que nos permita
nuestro metabolismo aeróbico.
Contribución en % de las fuentes de energía anaeróbicas o aeróbicas en
diferentes periodos de tiempo de trabajo máximo
Tiempo
10”
1 min
2 min
4 min
10 min
30 min
60 min
130 min
Anaeróbico 85 %
70 %
50 %
30 %
15 %
5%
2%
1%
Aeróbico
15 %
30 %
50 %
70 %
85 %
95 %
98 %
99 %
* Adaptado de Williams, M.H. (2002)
Veamos algunos ejemplos:
Ejemplo: un saltador de longitud realiza una carrera de aproximación a la
tabla de batida de unos 5-6 segundos con una intensidad máxima, busca la
máxima velocidad de desplazamiento horizontal para, en una fracción de
segundo, aplicar la máxima fuerza posible en su batida, realizar los gestos
técnicos que le permitan llegar lo más lejos posible en el foso de caída y apurar
ésta al máximo para alcanzar el mejor resultado.
La intensidad es máxima y todo el gesto se realiza en un período de tiempo
tan corto que apenas permitirá la recarga del ATP y PC que sus músculos
consumen, por lo tanto y casi exclusivamente utilizará el sistema metabólico
anaeróbico aláctico. Posteriormente, el metabolismo aeróbico restaurará sus
niveles musculares de ATP y PC a sus niveles normales, dejándolos preparados
para poder realizar un nuevo salto. Al metabolismo anaeróbico láctico apenas
le habrá dado tiempo a intervenir y sus niveles de lactato muscular, tras el salto,
serán casi normales.
Algo similar ocurrirá en otras acciones deportivas como en halterofilia,
saltos de trampolín – tanto en esquí como en natación – y en todos los saltos y
lanzamientos atléticos.
No obstante incluso en estas modalidades deportivas, de carácter muy
explosivo, es necesario que los deportistas tengan una determinada capacidad
aeróbica que les permita una más rápida y mejor recuperación entre esfuerzos de
entrenamiento.
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