PROCESOS ENERGÉTICOS Y ACTIVIDAD FÍSICA REALIZACIÓN DE EJERCICIO DEMANDA DE ENERGÍA ENERGÍA AERÓBICA ENERGÍA ANAERÓBICA PRESENCIA DE O2 SIN O2 El cuerpo humano obtiene la energía de los alimentos Para poder utilizar la energía química, necesitamos que la energía se transforme y se almacene en un compuesto denominado adenosín trifosfato o ATP. Éste es un compuesto de los denominados macroenergéticos Capaz de almacenar energía química en gran cantidad. A partir de este compuesto el organismo obtiene la energía que necesita para sus procesos biológicos, entre ellos la contracción muscular. • • PROCESO ENERGÉTICO es un conjunto de reacciones químicas que sufren los nutrientes en el interior del organismo para convertirse en energía útil. Las reacciones de estos procesos pueden ser de dos tipos: ANABÓLICAS Son un conjunto de reacciones formadoras de nuevas sustancias progresivamente más complejas La fase anabólica va acompañada de la acumulación de energía que se almacena en complejas moléculas y que al ser requeridas se transforman en ATP CATABÓLICAS Son un conjunto de reacciones demoledoras o destructoras que descomponen las moléculas complejas en cuerpos más sencillos. La fase catabólica desprende la energía necesaria para la contracción muscular. ATP Es un nucleótido que contiene 3 enlaces de fosfato de elevada energía Ésta se libera al romperse uno de los enlaces. Esta reacción es inmediata, no aeróbica y libera energía. En el proceso de contracción - relajación se gastan 3 ATP, 2/3 en la contracción y 1/3 en la relajación. • Las reservas de ATP de que dispone el músculo solo permiten contracciones que duran pocos segundos; por eso es preciso obtener o resintetizar ATP a partir de otras fuentes, como son: – – – – Fosfocreatina (PC) Carbohidratos (HC) Ácidos grasos (AG) Proteínas (P) • Durante la práctica física siempre van a tener lugar una serie de procesos para obtener ATP, como fuente energética inmediata que el músculo, necesita para su contracción y relajación activa. ANAERÓBICO ALACTICO Esfuerzos musculares de muy corta duración y muy intensos Son esfuerzos de intensidad máxima caso de los saltos, lanzamientos o movimientos de velocidad gestual acíclica. ANAERÓBICO LACTICO En los esfuerzos cortos e intensos Son esfuerzos de intensidad submáxima de 30 segundos a 1 minuto de duración, tal como ocurre en los deportes de equipo. AERÓBICO En los esfuerzos prolongados y menos intensos Son esfuerzos de intensidad media. Pero además, existen esfuerzos que requieren de la combinación de todos estos sistemas, tanto el anaeróbico como el aeróbico, especialmente en los deportes de equipo. SISTEMAS SUMINISTRADORES DE ENERGIA AEROBICO ANAEROBICO ANAEROBICO LACTICO HIDRATOS DECARBONO ÁCIDOS GRASOS AMINOÁCIDOS HIDRATOS DE CARBONO ANAEROBICO ALACTICO ATP Y FOSFOCREATINA RESERVA ENERGÉTICA EN EL MÚSCULO = 5-6 Mm/Kg CANTIDAD VÁLIDA PARA UNA CONTRACCIÓN FUERTE Y CORTA ES NECESARIO RESINTETIZAR ATP CONSTANTEMENTE FUNDAMENTAL EL PAPEL DE LA PC, EN CANTIDAD 5 O 6 VECES MÁS QUE EL ATP ATP ⇒ ADP + Pi + Energía ADP + PC ⇒ ATP + C SISTEMA ANAERÓBICO ALÁCTICO • primera forma de obtención de energía que utiliza el músculo cuando: – Realiza trabajos de gran intensidad – Los mecanismos aeróbicos no pueden proporcionar la energía suficiente para trabajar a tan alta intensidad. • Es fundamental durante los periodos en los que no se ha producido todavía el ajuste cardiovascular y el O2 transportado es insuficiente para cubrir las necesidades de los músculos • Este sistema puede producir poco ATP (capacidad baja) • La cantidad de ATP por unidad de tiempo es alta (Potencia alta) • Se recupera rápidamente. • Transcurrido 1' ya se ha recuperado en un 90%. • Es muy útil para las situaciones en las que se tiene que trabajar a una intensidad bastante elevada de manera intermitente, como esfuerzos explosivos cuya duración no supere los 4-5´´ o como muchos deportes de equipo en los que se produce una alternancia entre esfuerzos de alta intensidad y otros de intensidad más moderada. • Esta vía se agota a los 15-20´´. METABOLISMO ANAERÓBICO LÁCTICO O SISTEMA GLUCOLÍTICO • • • • • • • • La segunda forma de resintetizar ATP es mediante: Glucogenolisis o degradación del Glucógeno Glucólisis o degradación de la glucosa Los únicos alimentos que pueden producir energía sin la utilización de O2 son los HC durante el ciclo de glucosa y glucógeno. Para ello, el músculo utiliza otra fuente energética de reserva, se trata del Glucógeno almacenado en el músculo y en hígado También puede utilizar la Glucosa sanguínea pero produce sólo 2 ATP en vez de 3). El Glucógeno es un polisacárido formado por múltiples unidades de Glucosa, con lo que sin duda representa la reserva de HC más importante del organismo. Así si las circunstancias lo requieren, el músculo puede degradarlo primero a Glucosa y luego a Ácido Pirúvico, “ganando” durante este proceso tres moléculas de ATP EN EJERCICIOS DE ALTA INTENSIDAD REQUIERE DEGRADAR MUCHAS MOLÉCULAS DE GLUCOSA PROVOCA ACUMULACIÓN DE LACTATO EN MUSCULO SE ROMPE EL EQUILIBRIO ACIDO-BASE CELULAR AFECTA A LAS ENCIMAS REGULADORAS DE ESTOS PROCESOS SE ENTORPECEN ESTOS PROCESOS • • • • • • Esta fuente energética posibilita conseguir gran cantidad de energía de una manera muy rápida, antes de que la acumulación de lactato alcance niveles críticos ANAEROBICO LACTICO: tiene importancia en las actividades físicas que se realizan a gran intensidad y se prolongan lo suficiente como para que el déficit energético producido no pueda ir cubriéndose con la PC. La recuperación de esta vía es lenta, ya que se tarda aproximadamente 1 hora en limpiar el ácido láctico producido. El Acido Pirúvico formado en la degradación del Glucógeno tiene la posibilidad de seguir degradándose y adicionalmente producir nuevas moléculas de ATP Para este proceso, es necesario disponer de O2 suficiente para poder realizar la oxidación. En aquellas situaciones en las que no se ha producido todavía un ajuste cardiovascular y la disponibilidad de O2 es bastante reducida, o cuando la intensidad del esfuerzo realizado supera las posibilidades de utilización del O2 disponible, el A. Pirúvico no puede seguir la vía oxidativa aerobia. SISTEMA AERÓBICO • La tercera forma de resintetizar ATP es la vía oxidativa aeróbica: • Ciclo de Krebs • Cadena respiratoria. • En estas reacciones los substratos son oxidados hasta formar CO2 y H2O, extrayéndose de ellos toda la energía disponible. • A este ciclo se puede acceder por diferentes vías • Las que más nos interesan son las que utilizan como substratos: • Acetil-CoA • Ácido Pirúvico • Ácidos Grasos Libres. • Consecuencia del ajuste cardiovascular que posibilita un mayor aporte de O2. • De esta manera, los ácidos grasos y el A. Pirúvico procedente de la Glucosa pueden oxidarse aeróbicamente, produciendo mayor cantidad de energía: • 30-32 ATP de la Glucosa • 12 de cada molécula de Acetil-CoA, • SISTEMA AERÓBICO. Es importante en los esfuerzos prolongados y también en los esfuerzos intermitentes durante lo que podríamos llamar fase de recuperación. METABOLISMO DE LOS GLÚCIDOS HIDRATOS DE CARBONO ACIDO PIRUVICO ACETIL CoA CICLO DE KREBS Y CADENA RESPIRATORIA MITOCONDRIAS ATP • • CO2 H2O Las actividades físicas superiores a los 3' necesitan que el músculo activo utilice el ATP formado durante la respiración celular. La recuperación de esta vía es larga ya que se necesitan unas 48 horas en el caso de que se acabaran los depósitos de glucógeno. METABOLISMO DE LOS GLÚCIDOS ANAERÓBICA ÁCIDO LÁCTICO + 3M DE ATP POR MOL DE GLUCÓGENO GLUCÓLISIS AERÓBICA PAGINA ANTERIOR CICLO DE KREBS CADENA DE TRANSPORTE DE ELECTRONES • • • • • • • Reacciones unidas las ciclo de Krebs. El Hidrógeno liberado se combina con dos coenzimas: • NAD (nicotidamida adenin dinucleotido) • FAD ( flavo adenin nucleótido). Éstas llevan los átomos de hidrógeno hacia la cadena de transporte de electrones. Donde se dividen en protones y electrones. Al final de la cadena el hidrógeno se combina con oxígeno para formar agua impidiendo así la acidificación. Los electrones separados del hidrógeno pasan por una serie de reacciones, de aquí el nombre de cadena de transporte de electrones Finalmente proporcionan energía para la fosforilación de ADP, formando ATP. METABOLISMO DE LAS GRASAS • Las grasas o lípidos se encuentran almacenados en: • Músculo • Tejido subcutáneo en forma de gotas de triglicéridos. • Representan una reserva casi inacabable de energía • Algunas células como las nerviosas, no pueden utilizarlas como fuente energética y dependen exclusivamente de la glucosa. • Las grasas producen de un 40 a un 45% de las calorías totales. • El empleo de grasas para la obtención de energía es tan importante como el de HC. • Gran parte de los HC ingeridos se trasforman en triglicéridos, se almacenan y se emplean posteriormente para obtener energía. • El proceso de utilización de los lípidos es lento • Está integrado por una serie de pasos: – Movilización: Ruptura de los triglicéridos almacenados en el tejido adiposo. – Circulación: Transporte de los ácidos grasos al músculo conjuntamente con albúmina. – Captación: Entrada de los ácidos grasos libres al músculo. – Activación: Aumento del grado energético de los ácidos grasos antes de catabolizarlos. – Translación: Entrada de los ácidos grasos a las mitocondrias. – Beta-oxidación: Catabolismo de los ácidos grasos a acetil-CoA y producción de hidrogeniones unidos al NAD+ (nicotidamina) y FAD (dinucleótido de adenina flavina). – Oxidación mitocondrial: Ciclo de Krebs y cadena respiratoria. • La degradación de los ácidos grasos está directamente asociada al consumo de oxígeno. • El oxígeno debe estar disponible para aceptar el hidrógeno para que se pueda dar la beta-oxidación. • En condiciones anaeróbicas el hidrógeno se queda con el NAD+ y el FAD+, parándose el catabolismo de las grasas. • Por cada molécula de ácido graso se fosforilan 147 moléculas de ADP a ATP (durante la beta-oxidación y el metabolismo del ciclo de Krebs). • Dado que hay 3 moléculas de ácidos grasas en cada molécula de triglicérido, se forman 441 moléculas de ATP, frente a las 30-32 (36-38) que se forman durante el catabolismo de la molécula de glucosa. METABOLISMO DE LAS PROTEÍNAS • La función de las proteínas es estructural, enzimática o contráctil pero en ciertas ocasiones también pueden proporcionar energía. • Podrían cubrir el 5-10% del gasto energético total en actividades de larga duración (60'). • Para proporcionar energía el aminoácido debe convertirse primero en una forma que pueda acceder fácilmente a las vías de liberación energética. • El lugar principal de esta desaminación (eliminación del nitrógeno) es el hígado • Los músculos esqueléticos también contienen las enzimas que eliminan el nitrógeno • Ciertos aminoácidos pueden ser utilizados directamente en el músculo para obtener energía. PROCESOS ENERGÉTICOS Y ACTIVIDAD FÍSICA En reposo: Las grasas proporcionan 2/3 de la energía necesaria El resto proviene de los hidratos de carbono El único sistema que se utiliza es el aeróbico Se produce una pequeña cantidad de ácido láctico, pero no se acumula. En actividad física: La energía no es solamente el resultado de una serie de sistemas energéticos que se "encienden" y "apagan", sino más bien, los sistemas de resíntesis de ATP. La teoría del Continium energético de Fox , donde se distinguen 4 áreas: • Área 1 < 30'': Predomina el sistema de los fosfágenos. A partir del ATP y fosfocreatina almacenados dentro de los músculos específicos activados durante el ejercicio se obtiene gran cantidad de energía, pero se agota rápidamente. Como ejemplo tenemos los saltos, lanzamientos, carreras cortas, etc. • Área 2 > 30'' y < 1' 30'': Glucólisis anaeróbica y el sistema de los fosfágenos. Ejemplo: 200-400 m lisos, 100 m natación, etc. • Área 3 > 1' 30''< 3': Glucólisis anaeróbica y sistema aeróbico. Los niveles de ácido láctico indicarán la vía dominante. Ejemplo: 800 m lisos, gimnasia, lucha, etc. • Área 4 > + 3': Sistema aeróbico. Hidratos de carbono al principio y luego grasas. El ácido láctico no se acumula en grandes cantidades y disminuye cuando el sistema aeróbico se estabiliza. Ejemplo: esquí de fondo, maratón, etc. Los puntos clave para analizar qué sistema predomina en una situación determinada depende fundamentalmente de la intensidad del esfuerzo y de la duración. • Músculo en situación de reposo: • Tiene que mantener: • Cierta actividad metabólica • Cierto estado de tensión permanente que se conoce con el nombre de tono muscular • La fibra muscular recibe el O2 suficiente para la oxidación de la glucosa y de los AG que le llegan por vía sanguínea • Produce así el ATP necesario para los diversos procesos de biosíntesis, mantenimiento de la postura, cambios de posición. • • • • • • • • • • • • Realizamos ejercicio: Aumenta la actividad muscular Aumento de la demanda energética que dependerá de la intensidad y de la duración del esfuerzo La cantidad de ATP almacenado en el músculo es pequeña Se gasta rápido Se produce un desequilibrio inicial si no fuera porque existen los mecanismos de resíntesis anteriormente descritos. Ejercicios ligeros: El músculo puede aumentar su producción de energía aeróbica mediante la utilización de O2 que le llega mediante la circulación. La circulación y la respiración pueden ajustarse proporcionando un mayor aporte de O2 Los procesos aeróbicos producen gran cantidad de ATP. Para que pueda realizarse el ajuste cardio respiratorio se requerirá un tiempo Se produce un cierto déficit en el aporte aeróbico de la energía, mayor o menor, dependiendo de la intensidad y de la duración de los cambios de actividad. Intensidad moderada: • Comienzan a ganar más importancia los procesos anaeróbicos • Dependiendo del trabajo realizado, es decir, de la duración, las reservas de fosfágeno podrán ser gastadas o no • Según vayan agotándose estas reservas irá cobrando mayor importancia el conseguir energía adicional de la glucólisis anaeróbica • Hasta que, como consecuencia de un ajuste cardio respiratorio, los procesos aeróbicos puedan relevarlos y cubrir completamente las demandas energéticas. Esfuerzo más intenso: • El O2 disponible al comienzo del ejercicio es insuficiente • Los procesos anaeróbicos deberán activarse para cubrir los déficits de energía. • Los ajustes circulatorios se han puesto en marcha, pero sufren un cierto retraso • Las reservas de fosfágeno se van agotando rápido • La única posibilidad que le queda al organismo para conseguir energía es la glucólisis anaeróbica • Tiene el inconveniente del reducido nº de moléculas de ATP producidas, ya que la glucosa no se degrada completamente • En consecuencia se produce una rápida acumulación de lactato Ejercicios máximos: • Duran pocos segundos • No da tiempo a que se produzca el ajuste circulatorio • El aporte energético de la vía aeróbica es muy pequeño resulta insuficiente • Para que la activación de la vía glucolítica anaeróbica se active se requiere cierto tiempo y que la reserva de fosfágeno baje mucho. • La participación de dicha vía, está condicionada a la duración de ese esfuerzo máximo o casi máximo. • Podemos hacer una clasificación de los ejercicios desde el punto de vista metabólico: • Ejercicios de potencia anaeróbica. • Ejercicios de resistencia anaeróbica. • Ejercicios de potencia aeróbica. • Ejercicios de resistencia aeróbica. • Potencia: la capacidad de desarrollar la mayor intensidad por unidad de tiempo • Resistencia, la capacidad de mantener esa alta intensidad el mayor tiempo posible. Ejercicios de potencia anaeróbica: • Usan principalmente ATP y PC • Pueden conseguir alguna energía mediante mecanismos oxidativos aeróbicos a expensas de la O-Mgb (oxígeno unido a la mioglobina) • Como ejemplo de estas actividades podrían señalarse los lanzamientos que requieren una serie de desplazamientos previos, las carreras de 100 y 200 metros lisos • A máxima intensidad estas fuentes serían capaces de proporcionar energía para esfuerzos de unos 12-15" y en atletas de elite hasta los 20" Ejercicios de resistencia anaeróbica: • Requieren añadir al suministro de energía la participación de la glucólisis anaerobia • No ha habido tiempo para que se produzca un ajuste cardiovascular que facilite una mayor oxidación aeróbica • Debido a la alta intensidad requerida, se necesita un gran suministro de ATP • La degradación del glucógeno es rápida y se produce una gran cantidad de lactato. • Puede conseguirse energía para ejercicios con una duración máxima de 2-3´ • Algunos ejemplos de estos tipos de actividades podrían ser las pruebas de 100-200 m. en natación, los 500 en patinaje de velocidad, y las carreras de velocidad como los 400 m • Podríamos hablar de ejercicios de 30" a 2´ de duración • Según va aumentando la duración del ejercicio se va dando más tiempo para que se produzca el ajuste cardiovascular • A los 2´ la contribución aeróbica puede considerarse que es del 50%. Ejercicios de potencia aeróbica: • Son aquellos cuya duración podría situarse entre los 3 y 6´ • A medida que aumenta la duración del ejercicio, va ganando más importancia el aporte de energía aeróbica • Ha habido tiempo suficiente para que el ajuste cardiovascular llegue a su máximo • Puede estimarse que en pruebas que duren unos 4´ el aporte de energía aeróbica alcanza un 70% • Es necesario conseguir la mayor cantidad de oxígeno posible por unidad de tiempo (VO2 max) Ejercicios de resistencia aeróbica: • • • • • • • • La vía metabólica más importante para suministrar la energía es la aeróbica (la fosforilación oxidativa) Cuanto mayor va siendo la degradación del glucógeno y de la glucosa, mayor va siendo la participación de las grasas a través de la beta-oxidación de los ácidos grasos Ejercicios de mayor duración que los anteriores (por encima de los 6 minutos) Mayor duración, mayor importancia tiene la participación aeróbica En ejercicios de 10 minutos puede considerarse que la vía oxidativa proporciona el 85-90% de la energía total La participación a los 30 minutos sería del 95%, y del 98 y 99% a la hora y dos horas, respectivamente Son ejercicios largos y que tienen que realizarse a intensidades submáximas Lo importante es la cantidad de oxígeno que puede utilizarse sin que se produzca una acumulación alta de lactato PARAMETROS FISIOLOGICOS RELACIONADOS Consumo de Oxígeno. • Es la diferencia entre el volumen de O2 inspirado y el espirado • Representa "el oxígeno utilizado por las células en función respiratoria interna". • Al hablar de la obtención de energía, hemos visto que cuando la glucosa es oxidada completamente hasta CO2 y H2O, produce mayor cantidad de energía (30 ATP) • Parece evidente que el poseer un consumo de O2 elevado favorecerá la capacidad del organismo para conseguir la energía aeróbica. • El CONSUMO MÁXIMO DE OXÍGENO es el valor de consumo de oxígeno que no puede sobrepasarse aunque se aumente la carga. Se hace servir como índice de la potencia aeróbica máxima del sujeto, ya que éste parámetro nos da una medida de la capacidad del organismo para captar, transportar y utilizar oxígeno. Esto representa la capacidad de la persona para resintetizar el ATP de forma aeróbica, por lo tanto podemos decir que es uno de los factores más importantes que determinan la capacidad del individuo para mantener un ejercicio de alta intensidad durante más de 4-5'. CONSUMO MÁXIMO DE OXÍGENO: • Es el valor de consumo de oxígeno que no puede sobrepasarse aunque se aumente la carga • Sirve como índice de la potencia aeróbica máxima del sujeto • Da una medida de la capacidad del organismo para captar, transportar y utilizar oxígeno • Representa la capacidad de la persona para resintetizar el ATP de forma aeróbica • Es uno de los factores más importantes que determinan la capacidad del individuo para mantener un ejercicio de alta intensidad durante más de 4-5' Deuda de Oxígeno: • Es la cantidad de O2 consumida durante la fase de recuperación, por encima de los niveles de reposo • Generalmente al inicio del ejercicio se establece un cierto déficit con relación a la obtención de energía que se necesita • Se va contrayendo una deuda, ya que la energía no puede ser suministrada completamente por la vía aeróbica • Hasta que el consumo de O2 se estabiliza, se produce una demora que provoca el llamado déficit energético de energía aeróbica o DÉFICIT DE O2. Fase de recuperación: • Las constantes no vuelven al punto de partida sino que persisten unas frecuencias respiratoria y cardiaca por encima de la situación de reposo • Obedece al pago de la deuda de oxígeno contraída al principio del ejercicio • Así si en un ejercicio se ha contraído una deuda de oxígeno del 60% se referirá a que de todo el oxígeno que se hubiese necesitado sólo ha sido suministrado el 40% • Los sujetos entrenados tienen un déficit de oxígeno menor que los no entrenados • Sus sistemas respiratorio, cardio circulatorio y metabólico se adaptan más deprisa al esfuerzo • La recuperación del sistema aeróbico tiene una fase breve y una fase prolongada, la primera dura alrededor de una hora y la otra varios días. La fase breve: • Es una función de la llamada DEUDA DE O2, que es la cantidad extra de O2 que debe entrar en el cuerpo después de una determinada actividad física para restablecer su estado normal • Cesado el ejercicio, el organismo tiene que pagar las consecuencias de haber obtenido esa energía por vías anaeróbicas Recuperación a largo plazo: • Consiste en la recuperación del glucógeno muscular en su totalidad y requiere desde horas hasta días • Depende de una serie de factores como el descanso o la dieta • Como norma general, debemos respetar un periodo de 24-48h sin realizar ejercicios muy intensos después de una actividad física agotadora y en la medida de lo posible consumir una dieta rica en HC. LACTACIDEMIA: • Nos indica la cantidad de lactato acumulado en el organismo • Es un índice que representa la anaerobiosis • En ejercicio supramáximos, por encima del VO2 max, el lactato acumulado indicará la importancia de la contribución energética de tipo anaeróbico láctico • En cambio tenemos que durante la recuperación, los niveles de lactato en sangre aumentan (3'-10') para después disminuir • Esto indica el tiempo que tarda en pasar de los músculos a la sangre y posteriormente ser metabolizado o limpiado UMBRAL ANAERÓBICO: • Se define como la intensidad del esfuerzo o de trabajo por encima de la cual la acumulación de lactato en sangre aumenta de forma exagerada haciéndose exponencial. • Esta acumulación exagerada afectaría: • La dinámica de la ventilación pulmonar • El equilibrio ácido - base del organismo • Se corresponde aproximadamente con 4mM/l. Lactato, UMBRAL AEROBICO: • Punto en el cual la concentración de lactato en sangre es de 2mmol/l • Se corresponde con la primera subida significativa en la concentración de lactato y el aumento no lineal de la ventilación pulmonar con relación a la carga de trabajo • Entre ambos umbrales hay una zona de transición aeróbica-anaeróbica • Que corresponde con la fase en la que el lactato va progresivamente acumulándose • Aproximadamente la concentración oscila entre 2-4 milimoles de lactato LA FATIGA: • Es un mecanismo de carácter defensivo • Fracaso de los mecanismos estudiados • Su objetivo es evitar consecuencias adversas • La sensación de fatiga se origina en el hipotálamo y la porción sensitiva del tálamo. • Las principales causas de fatiga se centran en: – Agotamiento de los diferentes sistemas energéticos. – Acumulación de deshechos metabólicos, especialmente ácido láctico. – Sistema nervioso e insuficiencia contráctil de las fibras musculares, por reducción del neurotransmisor acetilcolina, afecta a la placa motora impidiendo la transmisión del impulso nervioso.
