La evolución de la Fisiología y la Bioquímica del Ejercicio: Qué ha

Ciencias del Deporte y la evolución de la
Fisiología y la Bioquímica del Ejercicio:
Qué ha pasado en los últimos 50 años ?
Qué implicancias tiene sobre el
entrenamiento deportivo y la
competencia, en diferentes disciplinas ?
Dr. Juan Carlos Mazza
(Argentina)
Qué son las Ciencias del Deporte
• El ejercicio, la actividad deportiva, el
entrenamiento y las diferentes disciplinas
competitivas tienen, en la actualidad un
profundo y complejo sustento científico,
basado en las Ciencias del Deporte, conjunto
de Ciencias entre las que se destacan la
Fisiología del Ejercicio, la Bioquímica del
Ejercicio, la Medicina del Deporte, la
Nutrición Médico Deportiva, la Fisioterapia
del Deporte, la Biomecánica y la Psicología
del Deporte, entre otras tantas Ciencias.
“Columnas vertebrales” de la
Medicina, la Nutrición y las Ciencias
del Deporte
Fisiología del Ejercicio
+
Bioquímica del Ejercicio
+
Nutrición e Hidratación Médico-Deportiva
=
ADAPTACIÓN
Fisiología del Ejercicio
• Campo de la Ciencia que estudia las
respuestas del organismo humano a los
estímulos del ejercicio y la actividad física.
• Encuadra todos los aspectos biológicos,
ante una carga de trabajo físico, es decir
que expresa cómo funcionan los diferentes
sistemas metabólicos y órganos, ante
diferentes tipos de esfuerzo, y qué
modificaciones se generan en los tejidos,
ante estímulos de ejercicio.
Bioquímica del Ejercicio
•
La Bioquímica del Ejercicio
analiza el comportamiento de los
metabolismos y nutrientes ante
diferentes cargas de ejercicio,
durante la actividad física general,
el entrenamiento y la competencia.
El “Circuito” Biológico - Metodológico Nutricional: “De la Célula al Entrenamiento
Deportivo”
Metabolismo Celular y Energía
Nutrición
Feedback (+) o (-)
Estímulo físico de carga de entrenamiento
Nutrición
Entrenamiento Deportivo / Competencia
Principios básicos que relacionan los principios
fisiológicos con las cargas de entrenamiento
Objetivos de la Fisiología / Bioquímica
del Ejercicio, el Entrenamiento y las
Ciencias del Deporte
# “Entender” el funcionamiento fisiológico del
organismo ante diferentes tipos de esfuerzo.
# Planificar y periodizar las cargas de trabajo de
acuerdo al conocimiento científico.
# Comprender que los objetivos de un entrenador
deben ser lograr la adaptación física, prevenir
sobreentrenamiento - lesiones, y aumentar la
performance, y que para ello se requieren conocer
mecanismos y procesos fisiológicos / bioquímicos.
Sustento científico: “El problema de la
Interdisciplina”
• Formación científica “interdisciplinaria”:
En qué consiste ?
Consiste en educar “horizontalmente” y
“longitudinalmente”, con un programa “interactivo”
teórico-práctico, en Ciencias del Ejercicio y del Deporte,
a los siguientes grupos profesionales afines:
a) Licenciados de Educación Física.
b) Técnicos y Entrenadores Deportivos.
c) Médicos Deportólogos y especialidades afines.
d) Licenciados en Nutrición.
e) Kinesiólogos y Fisioterapeutas.
f) Psicólogos.
La “Contradicción Dialéctica” Fundamental
• Empirismo + Ignorancia =
Entrenamientos “Receta”
vs.
• Conocimiento + Método Científico =
Planificación y Periodización de cargas
“predominantes” y “específicas”
Hay que desarrollar “síntomas y signos”
de la adaptación y de la fatiga deportiva
(“Semiología Deportiva”)
• “Se sospecha lo que se sabe;
se sabe lo que se estudia”
Fisiología del Ejercicio
• Abarca un amplio rango de efectos fisiológicos,
dependientes de las siguientes variables:
# Volumen o duración del estímulo.
# Intensidad del estímulo.
# Frecuencia y densidad del estímulo.
# Medio ambiente.
# Status fisiológico del individuo.
Evolución de los métodos para el estudio
bioquímico de los metabolismos durante el ejercicio
Cambios de sustratos en la concentración plasmática e
Intercambio pulmonar gaseoso (desde 1950)
Concentraciones de sustratos en Biopsias de tejidos (d/1960)
Diferencias arterio-venosas de sustratos (desde 1970)
Trazadores isotópicos con sustratos “marcados” (d/1980)
“Biología Molecular”: Del ejercicio y la alimentación a los
genes, y a la transcripción y síntesis de moléculas (d/1990)
50 Años de Ciencias del Ejercicio y del
Deporte: Los puntos de inflexión en la
historia
• Interacción de Metabolismos CHO
(Glucosa-Glucógeno) y Grasas (AGLTGL): La “nueva Glucólisis” y la “nueva
Lipólisis”.
• Metabolismo del Piruvato-Lactato:
Una visión diferente de la adaptación
y la fatiga biológicas.
Interacción de Metabolismos CHO-Grasas
(95 % del aporte calórico total)
Glucosa
Espacio capilar
Pr T 6
Ac. Grasos Libres
(FFA)
Membrana celular
3
GLUT -4
Pi
GLUT - 4
Glucógeno
Phos
HK
TGL musc.
glucosa-6-P
Citoplasma
CoA
glucosa-1-P
4
Phosphofructokinase
fructosa-1,6-bi P
Lactato
acyl-CoA
CoASH
Piruvato
CPT I
Acil-Carn-Trans.
CPT II
Pyruvato
PDH
acetyl-CoA
oxaloacetate
1
citrate
malate
2
fumarate
succinate
b-oxidation
isocitrate
2-oxo-glutarate
succinyl-CoA
acyl-CoA
(FFA)
5
Membrana
Mitocondrial
CoASH
Mitocondria
Randle P. J, 1986
(modificado por
A. Jeukendrup, 2002)
El uso de “ Isótopos Radioactivos” en la C+
investigación de metabolismos: La “Glucólisis”
Biología Molecular, el Ejercicio y el
Deporte
• Luego del dominio casi excluyente de casi
30 años, de la información proveniente de
la Biopsia Muscular, y luego de más de dos
décadas de la evidencia generada por el uso
de los isótopos radioactivos en el estudio de
los metabolismos en el ejercicio, se ha producido
una verdadera “revolución” en el campo de las
Ciencias del Deporte, con el advenimiento de
investigaciones y publicaciones basadas en la
Biología Molecular, en el universo celular y
mitocondrial.
Pasos en los cuáles la expresión y las señales genéticas
pueden ser controladas / reguladas (Coffey & Hawley, 2006)
ADN
Alimentación
Entrenamiento
Transcripción
Procesamiento ARN
Núcleo
ARN
Translación
Degradación
Citoplasma
Proceso de proteínas
Transporte, Estabilidad
PROTEINAS
Degradación
AMPK
Regula Efectos
Aeróbicos
PGC 1-Alpha
Training for Performance: Insights from Molecular Biology
Vernon G. Coffey & John Hawley, International Journal of
Sports Physiology and Performance, Vol. 1, pp. 284-292, 2006
AKT
Regula Efectos
de Hipertrofia
Muscular
mTOR
Training for Performance: Insights from Molecular Biology
Vernon G. Coffey & John Hawley, International Journal of Sports
Physiology and Performance, Vol. 1, pp. 284-292, 2006
El proceso de “adaptación continua al entrenamiento”
John A. Hawley,
2007
LKB1
Akt
AMPK
mTOR
PGC-1
p70S6k
Biogénesis Mitocondrial
Hipertrofia muscular
Especificidad de la adaptación al entrenamiento
Fuentes de energía de la contracción muscular:
Los 3 Sistemas de Energía
ATP-Asa
ADP + Pi + H+ = Energía
1) ATP + H2O
CPKinasa
Contracción
Muscular
ATP + Creatina libre
2) PC + ADP
Adenil-Kinasa
Sist. Fosfágeno
3) ADP + ADP
ATP + AMP
======================================================================
Glucólisis rápida, no oxidativa
4) Glucosa 6-Fosfato
2-3 ATP + Lactato (La -) + H+
Sist. Glucolítico No Oxidativo
=======================================================================
Glucólisis lenta, oxidativa
5) Glucosa 6-Fosfato + 02
36 ATP + CO2 + H2O
Lipólisis oxidativa (Beta Oxidación)
6) Ac. Grasos Libres + 02
130 ATP + CO2 + H2O
Sistema Oxidativo Aeróbico
=======================================================================
La “Interacción Energética” y la
“Intercoordinación de Energía”
• Los 3 sistemas de energía (ATP-Fosfocreatina,
Glucolítico No Oxidativo y Aeróbico) proveen
energía, en forma continua y combinada.
• Predominio energético: Alternativamente, los sistemas
de energía contribuyen con el 100 % de la demanda.
• TM 50%: Tiempo medio de desarrollo del 50 % de
energía de un sistema, tanto en curva descendente
(gasto y agotamiento de un sustrato), como en curva
ascendente (por incremento de la producción
energética de un metabolismo específico).
Para comprender principios de
predominio y especificidad, que
permitan entender cuánto debe durar
una carga, a qué intensidad debe
ejecutarse la misma, y qué relación
trabajo-pausa deben respetarse entre
ambas variables …….
… No olvidar la evidencia publicada sobre
el “Continuum Energético”….
De P.O. Astrand (1960)…a G. Brooks (1990)
….. a J. Hawley (2010)
100 %
S. O2
ATP-PC
S. G. No Ox.
TM 50 %
G. A. Brooks,
1990
“Continuum Energético”:
# Predominio alternativo (al 100%) de los 3 sistemas de energía.
# TM 50%: Tiempo medio de desarrollo del 50 % de energía.
Una revisión de la Contribución de los Sistemas de Energía
en diferentes esfuerzos, de acuerdo a la duración del evento
(J. Hawley & L. Burke, 2000; Rendimiento Deportivo Máximo)
8%
6.3%
40%
50%
44.1%
65%
50%
75%
92%
49.6%
60%
50%
50%
35%
25%
6”
30”
ATP
60”
120”
CP
Aeróbico Glucolítico
240”
1 Hora
Glucolítico No Oxidativo
Aeróbico Lipolítico
4 Hs.
Contribución de energía durante 200, 400, 800 y
1500 Mt. de pedestrismo en atletas muy entrenados
Spencer, M. and Gastin, P., Med. Sci. Sports Exerc., 2001.
La relativa contribución de
energía por el Sistema Aeróbico
para los eventos fue:
200 Mt.: 29 +/- 4 %
400 Mt.: 43 +/- 1 %
800 Mt.: 66 +/- 2 %
1.500 Mt.: 84 +/- 1 %
Los resultados muestran
el considerable aporte del
Sistema Aeróbico en la
provisión de energía para
dichos eventos, siendo
éste, mayor de lo que
tradicionalmente se cree.
Comparación de periodos de predominio
energético (1960 vs. 1990 vs. 2010)
• Esta nueva visión del “Continuum Energético” ha modificado
toda la interpretación de predominio y especificidad de los
estímulos físicos, con implicancias muy profundas sobre los
métodos de cargas de entrenamiento en todos los deportes
cíclicos, y en las cargas de las capacidades condicionales
aeróbicas y no oxidativas de los deportes de prestación
intermitente.
• Las consecuencias más relevantes tienen que ver con los
tiempos de carga y pausas de recuperación que hoy se utilizan
para generar la adaptación metabólica de un sistema, y evitar
estados de fatiga y sobreentrenamiento.
• También esta nueva visión de la “Interacción Energética” y
del concepto de “Intercoordinación de Energía” ha tenido
profundas derivaciones sobre las estrategias de periodización de
cargas de entrenamiento, en el corto, mediano y largo plazo.