Fundamentos fisiológicos del entrenamiento de la fuerza en atrofia

Fundamentos fisiológicos del entrenamiento
de la fuerza en atrofia por desuso
Resumen del trabajo de revisión bibliográfica presentado en la jornada de
residentes de Kinesiología en el año 2001 realizado por los residentes del
hospital Piñero: Frias J., Krasnov F., Bezzi M., Saracho M., Toscanini
M.,Markman E., Cura A.
Fernando Javier Krasnov
Introducción
La atrofia muscular es una de las alteraciones mas frecuentes padecidas por
deportistas debido a períodos prolongados de inactividad.
El objetivo de éste trabajo es obtener información actualizada acerca de los
fundamentos fisiológicos de la producción de fuerza y a partir de ello elaborar conceptos orientativos acerca de la dosificación del ejercicio mas
apropiada para recuperarla luego de producida la atrofia.
La aparición de una atrofia muscular, general o local, puede deberse a inmovilización, alteraciones del aparato locomotor, actividad corporal restringida
por enfermedades crónicas, o interrupción del entrenamiento. La disminución de la fuerza muscular en éstos pacientes no se debe exclusivamente a
la alteración del componente estructural, sino también a cambios en los
mecanismos neuromusculares. La inmovilización conduce a la musculatura a
pérdidas diarias de fuerza de entre un 3 y un 4 %. Esta pérdida se reduce a
partir de la 3ª semana hasta llegar al denominado límite de la atrofia, entre
la 10ª y la 14ª semana, donde ya no se produce reducción de la masa muscular.
La mayoría de los autores dividen los tipos de fibra muscular en función de
las distintas isoformas de miosina presentes en ellas. De ésta forma las fibras
que presentan miosina que hidroliza lentamente al ATP se denomina fibras
lentas o "slow twicht" o tipo I, y las fibras que presentan miosina que hidroliza rápidamente el ATP se denominan fibras rápidas o "fast twich" o tipo II.
Estas últimas se subdividen a su vez en 3 subtipos: IIa (Intermedias), IIb
(Ultrarápidas) y IIc (indiferenciadas).
En el análisis histoquímico de la musculatura atrofiada se observa que si
bien todos los tipos de fibras se encuentran afectadas, en la atrofia por desuso la sección transversal de las fibras tipo I se reduce mucho mas que las
tipo II, en la atrofia debido al proceso de envejecimiento se reducen mas las
tipo II mientras que debido a la interrupción del entrenamiento de resistencia se perderán mas fibras tipo I y del entrenamiento de fuerza mas
fibras tipo II.
La fuerza es la capacidad de un individuo de mover una masa, vencer una
resistencia o reaccionar frente a ella. Solo si el sistema neuromuscular está
indemne es posible la conversión de la fuerza en movimiento o en estabilización, por lo tanto la fuerza debe considerarse siempre en relación con la
coordinación.
Las subformas de la fuerza son la fuerza máxima, la fuerza potencia y la fuerza resistencia. Las 3 están determinadas por la capacidad de activación
voluntaria de las unidades motoras, por la actividad enzimática, por la sec-
Kinesiólogo de CETRED.
J.T.F. de Anatomía y Fisiología del
Profesorado de Educación Física de la Univ.
Nac. de la Matanza.
Docente de Anatomía y Educación
Sanitaria del Prof. de Educa. Física del
Inst.Sup. de Ciencias de la Salud.
Ex. Residente Municipal Htal Piñero.
Mail: [email protected]
PALABRAS
CLAVE
Palabras clave: Atrrofia muscular, factores
estructurales y nerviosos de la fuerza,
contracción estática y dinámica, entrenamiento estructural y funcional.
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ción transversal del músculo y por la estructura, en referencia a los diferentes tipos de fibras.
La fuerza máxima es la fuerza mas elevada que el sistema muscular
puede realizar durante una contracción voluntaria máxima, en forma
estática o dinámica.
La fuerza potencia o explosiva es la máxima fuerza desarrollada en el
menor tiempo posible. Es el producto entre la fuerza y la velocidad.
La fuerza resistencia es la capacidad muscular de realizar ejercicios de
fuerza durante un tiempo prolongado o que se repiten con elevada frecuencia. (ver figura1)
Mecanismos de la fuerza
La posibilidad de desarrollar fuerza depende fundamentalmente de factores estructurales, nerviosos, hormonales y factores relacionados con
el ciclo estiramiento-acortamiento
Figura 1:Tipos de atrofia
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a) Los factores estructurales se refieren a la composición del músculo y
comprenden la hipertrofia, la hiperplasia, las modificaciones en las fibras
musculares y los cambios en serie en los sarcómeros.
La hipertrofia puede ser explicada por el aumento del grosor y de la
cantidad de miofibrillas, por un desarrollo del tejido conjuntivo y por
cambios en la vascularización.
El aumento del tamaño de las miofibrillas se debe a la adición de filamentos de actina y miosina en la periferia de las mismas, y el aumento
del número se daría por el fenómeno descripto por Goldspink como "
fisuración longitudinal ". La miofibrilla iría aumentando su tamaño hasta
un nivel crítico donde se producirían microrrupturas de la banda zeta, a
partir de las cuales se formarían las miofibrillas hijas.
El entrenamiento con sobrecarga incrementa la cantidad de puentes cruzados de miosina, los cuales no solo aumentan el corte transversal del
músculo sino que dan como resultado un aumento de la fuerza de contracción.
Según Mac Dougall el mecanismo por el cual las cargas del entrenamiento de fuerza estimulan un aumento de la síntesis de proteínas musculares se denomina " break down and build up" o "destrucción - restauración". Esta teoría se apoya en el fenómeno de la sobrecompensación donde la repetición de procesos de desadaptación y restauración
debido al entrenamiento de fuerza provocan un aumento de la síntesis
de proteínas de manera similar a lo que ocurre en el glucógeno muscular con los trabajos de resistencia. Durante la sesión de musculación se
produciría una degradación de las proteínas contráctiles, ocurriendo una
resíntesis de las mismas al finalizar la misma. Si la intensidad del trabajo fue adecuada, se produce una sobrecompensación en el nivel de resíntesis que supera al nivel inicial.
Debe tenerse en cuenta que la hipertrofia se suele acompañar de un
aumento proporcional del tejido conectivo y la atrofia por una disminución del mismo, y que si bien se produce una proliferación de capilares
como producto del entrenamiento de fuerza orientado a la hipertrofia
(fisicoculturistas), éste aumento es menor a la hipertrofia producida, disminuyendo por ello la densidad capilar.
La hiperplasia o el aumento del número de fibras musculares se produciría por la activación de las llamadas "células satélites", que son células
de reserva no funcionales que se encuentran en el exterior de la membrana plasmática de la fibra muscular.
Existen evidencias directas en investigaciones con animales que sugieren
que la hiperplasia puede ser un factor directo en el aumento del tamaño de los músculos.
Al producirse una sesión intensa de fuerza se observa la proliferación
de las células satélites que reemplazan a las células dañadas por el efecto del trabajo o se fusionan con ellas. Los investigadores aún no han llegado a un acuerdo acerca del papel desempeñado por la hipertrofia y la
hiperplasia en el tamaño muscular humano, aunque la mayor parte de las
pruebas indican que la hipertrofia de las fibras individuales es responsable de la mayor parte del aumento del tamaño del músculo.
Con respecto a los distintos tipos de fibras musculares, se sabe que su
distribución porcentual está determinada por el código genético, condiciona el rendimiento de un grupo muscular determinado y se encuentra
en discusión aún en que mediada puede ser cambiada dicha distribución
porcentual mediante el entrenamiento. Sin embargo los diferentes tipos
de fibras pueden ser notablemente mejorados en cuanto a su capacidad
metabólica con la realización de un entrenamiento específico. La distribución porcentual de los diferentes tipos de fibras difiere tanto de persona a persona como entre diferentes grupos musculares de una misma
persona. En personas sedentarias el porcentaje de fibras lentas es de 45
al 55 %, los atletas de "resistencia" tienen de un 60 a un 90 % de fibras
y los "velocistas" tienen de un 55 a un 65% de fibras rápidas. Las personas que tengan un mayor porcentaje de fibras IIB desarrollarán mas fuerza a cualquier velocidad de movimiento. Por otra parte, mientras que se
ha descripto la interconversión de fibras en animales, los resultados en
hombres indican que es posible el paso de fibras tipo II a tipo I con la
realización de entrenamientos de resistencia, siendo mas dificultoso el
paso de tipo I a tipo II mediante entrenamientos de fuerza. La razón
principal de la dificultad en el paso de fibras lentas a rápidas radica en
que durante las actividades de la vida diaria los músculos son solicitados por niveles débiles de fuerza. Aunque la proporción de fibras rápidas no varíe se puede mejorar en forma significativa la fuerza máxima
y la potencia con un entrenamiento específico.
Por otra parte se cree que los trabajos en amplitud, que consisten en
solicitar al músculo permitiéndole estirarse completamente en forma
previa, producirían un aumento del número de sarcómeros en serie y si
un músculo trabaja sobre amplitudes reducidas puede disminuir el
número de sarcómeros y por ende su eficacia. Esta afirmación se basa
en estudios en animales, donde se constató un aumento del número de
sarcómeros en serie luego de períodos de inmovilización en posición
estirada y una reducción luego de inmovilización en posición acortada.
(ver figura 2)
b) La capacidad de producir fuerza depende también de la capacidad del
sistema nervioso para activar los músculos. Los factores nerviosos que
influyen en el desarrollo de la fuerza son el reclutamiento de unidades
motoras, la frecuencia de estímulo, la coordinación intramuscular o sincronización de unidades motoras y la coordinación intermuscular
Las motoneuronas son las que determinan las propiedades de los músculos y se clasifican también en tipo I (lentas), tipo IIA (intermedias) y
tipo IIB (rápidas). Cuando se realiza una contracción, las unidades motoras se reclutan siguiendo el principio del tamaño o Ley de Heneman.
Debido a que las unidades lentas son las de menor tamaño y más bajo
Figura 2: factores estructurales
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umbral de excitación, se reclutan primero. A medida que aumenta la
intensidad de la carga se hace necesario reclutar las unidades IIA y por
último las IIB que son las de mayor tamaño y más alto umbral de excitación.
En los movimientos a máxima velocidad o explosivos es probable que el
reclutamiento no siga éste principio, reclutándose directamente fibras
IIB. En éstos movimientos se busca lograr la máxima fuerza en el mínimo
tiempo y se cree que la forma de producir mas rápidamente una fuerza
submáxima es aumentando la frecuencia de estímulo de las unidades IIB.
La frecuencia de estimulación del nervio motor es un mecanismo complementario del reclutamiento de unidades motoras. Ante un mismo
reclutamiento, cuanto mayor es la frecuencia de estímulo mayor es la
producción de fuerza. Esto se cumple hasta los 50 hertz, en donde si se
sigue elevando la frecuencia (hasta 100 o 120 hertz) no se incrementará el desarrollo de fuerza pero si se logrará la máxima fuerza en un
menor tiempo.
Una de las principales adaptaciones al entrenamiento de fuerza es que
las unidades motoras se sincronizan de mejor forma. Es decir que se
reclutan de un modo mas coordinado, necesitando una menor frecuencia de estímulo para producir la misma fuerza. Aunque se ha considerado a la sincronización como un factor relacionado con el aumento de la
fuerza máxima, parece que su principal función está relacionada con la
manifestación más rápida de la misma.
Al hablar de coordinación intramuscular, se debe mencionar al " circuito
de Renshaw", agente de desincronización que por su acción inhibitoria
sobre las motoneuronas, constituye un mecanismo de seguridad que
impide a éstas descargarse al máximo. Si los centros superiores, a través
de las vías descendentes, inhiben al Renshaw, mayor cantidad de unidades motoras serán estimuladas y la producción de fuerza será mayor.
Si los centros superiores facilitan al Renshaw, aumentará la descincronización y la fuerza desarrollada será menor.
La coordinación intermuscular es otra vía por la que podemos incrementar la fuerza. La repetición continuada de un modelo de movimiento conduce a la adaptación del aparato neuromuscular que se manifiesta por una mejor acomodación de la sinapsis, un aumento de la excitación de la musculatura agonista e inhibición de los antagonistas y la disminución del consumo de energía para realizar la misma actividad. (ver
figura 3)
Figura 3: factores nerviosos
C) Las hormonas anabolizantes, como la testosterona, y las catabolizantes, como los glucocorticoides, influyen también en el desarrollo de la
fuerza.
Las concentraciones basales de éstas hormonas permiten evaluar el
balance anabólico-catabólico. Un balance anabólico se acompaña de un
aumento de la testosterona y un descenso del cortisol, con mayores
manifestaciones de fuerza y mayor síntesis proteica. A la inversa, un
balance catabólico, se acompaña de un aumento del cortisol y un descenso de la testosterona, con un deterioro de las manifestaciones de la
fuerza y una mayor degradación de las proteínas del músculo.
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D) Con respecto al mecanismo estiramiento -acortamiento se puede
afirmar que la combinación de una fase excéntrica con una concéntrica,
forman un tipo de función natural denominada "ciclo de estiramientoacortamiento" o fuerza reactiva. Este ciclo permite desarrollar una mayor
fuerza durante la fase concéntrica, con respecto a una contracción aisla-
da, debido a la activación del reflejo miotático y a la elasticidad muscular que almacena energía elástica durante la contracción excéntrica para
utilizarla luego durante la concéntrica.
Curvas fuerza/tiempo y fuerza/velocidad
Para comprender mejor el significado de la manifestación de la fuerza y
su entrenamiento es necesario conocer 2 relaciones importantes.
La relación entre la fuerza aplicada y el tiempo para producirla o curva
fuerza / tiempo, y la relación entre la fuerza desarrollada y la velocidad
de movimiento o curva fuerza / velocidad
a) La curva fuerza / tiempo permite observar la fuerza isométrica máxima y también el denominado Indice de Manifestación de la Fuerza. (
I.M.F.) que es relación entre la fuerza máxima alcanzada y el tiempo
necesario para ello. Lo que podemos lograr con el entrenamiento de la
fuerza es un aumento de la fuerza máxima aplicada con una reducción
del tiempo para conseguirla.
b)La relación entre la fuerza y la velocidad viene representada por una
curva hiperbólica llamada "Curva o Ley de Hill". Se observa que la fuerza y la velocidad tienen una relación inversa en contracciones concéntricas. Cuanto mayor sea la velocidad con que se realiza un gesto, menor
será la fuerza desarrollada debido a una disminución del tiempo de contacto de los filamentos de actina y miosina, y a la inversa, cuanto mayor
sea la fuerza menor será la velocidad. En contracciones excéntricas, en
cambio, la fuerza y la velocidad tienen una relación directa. Al aumentar
la velocidad de movimiento, la fuerza se incrementa al desarrollarse
mayor tensión en las estructuras no contráctiles sumándose ésta a la tensión generada por las estructuras contráctiles. En sujetos que inician un
entrenamiento de fuerza, los fenómenos adaptativos generarán a las 3-4
semanas de transcurrido el mismo un desplazamiento de la curva hacia
la derecha. Por otra parte la velocidad de ejecución en el entrenamiento de la fuerza influye tanto en la actividad neural como en la estructura del músculo.En cuanto a la actividad neural, un movimiento ejecutado
a alta velocidad aumenta la frecuencia de estímulo, mejora la sincronización y produce cambios en modelo de reclutamiento, reclutándose principalmente fibras rápidas. En cambio las fibras lentas son más eficaces
para desarrollar fuerza isométrica y concéntrica a velocidades muy lentas.En cuanto a la estructura del músculo, la alta velocidad de ejecución
hipertrofiará selectivamente las fibras rápidas, mientras que trabajar con
cargas "óptimas" mas lentamente de lo máximo posible, hipertrofiará las
fibras de contracción lenta. (ver figura 4 y 5).
Figura 4: curva fuerza/velocidad
Figura 5: cuerva fuerza/tiempo
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