Metabolismo Energético

METABOLISMO E ERGETICO
1. ASPECTOS GENERALES DEL APORTE ENERGETICO
1.1 NECESIDADES ENERGETICAS
1.2 NUTRIENTES
1.3 ADENOSIN TRIFOSFATO ( ATP ) ESTRUCTURA Y FUNCION
2. RUTAS DE APORTE ENERGETICO
2.1. SISTEMA DE LOS FOSFAGENOS
2.2 VIA ANAEROBICA LACTICA O GLUCOLISIS ANAEROBICA
2.3 VIA AEROBICA U OXIDATIVA
3. APORTE ENERGETICO DURANTE EL EJERCICIO: CONTINUUN ENERGETICO
4. APORTE ENERGETICO Y DIETA
1. ASPECTOS GE ERALES DEL APORTE E ERGETICO
El movimiento del cuerpo humano, se inicia a partir de una contracción muscular. Para contraerse,
el músculo transforma la Energía química que procede de los alimentos en Energía mecánica y en
calor, con una gran eficiencia energética. El movimiento, pues es un proceso que requiere energía.
La energía que utiliza el músculo para funcionar es siempre la misma, pero se obtiene por distintas
vías metabólicas como veremos a lo largo de este tema.
1.1 NECESIDADES ENERGETICAS DEL CUERPO HUMANO
El cuerpo humano requiere energía básicamente para conseguir moverse a través de las
contracciones musculares, además es necesario un aporte energético continuo para mantener las
funciones vitales del organismo ( respiración, circulación sanguínea…. y en general el
funcionamiento de los distintos órganos y sistemas ).Para establecer estas necesidades energéticas
diarias se utiliza el concepto de Metabolismo total en el que se engloban tanto las necesidades
energéticas para el mantenimiento de las funciones vitales ( Metabolismo Basal ) como las
necesidades energéticas para movernos. Y dentro de este último apartado se pueden establecer
diferencias entre la necesidad de energía para realizar las actividades cotidianas ( desplazamientos
normales, de trabajo, sociales ) y el requerimiento específico de energía para realizar actividades
físico – deportivas.
M.T = M.B + E. actividades cotidianas + E. actividades físico - deportivas
La unidad de medida de la energía ( calor de reacción en procesos químicos ) que se utiliza
habitualmente en procesos metabólicos del organismo es la caloría
Caloría: Energía necesaria par elevar la temperatura de un gramo de agua de 14,5 a 15,5º , de forma
general “ la centésima parte de la energía necesaria para elevar la temperatura de un gramo de agua
de 0 a 100º. “ Sin embargo, la unidad de energía universalmente aceptada es el Julio. ( Un Julio =
0,2388 cal. )
Las necesidades energéticas de jóvenes entre 15 y 17 años de vida activa pero no deportiva se
cifran de forma general en 2.150 cal/ día en chicas y 2.900 en chicos. Estas necesidades se
incrementarían en unas 550 calorías diarias si practicamos tenis durante 90 min. o unas 270 calorias
si caminamos el mismo tiempo.
1.2 FUENTES ENERGETICAS: NUTRIENTES
La materia prima de donde el organismo obtiene finalmente la energía son los alimentos, estos una
vez sometidos en el aparato digestivo a diferentes procesos de degradación se convierten en
nutrientes o principios inmediatos, cuya función no es solo servir como combustibles para obtener
energía ( función energética ) sino que pueden formar parte de la propia materia viva ( función
estructural ) o participar activamente en las distintas reacciones metabólicas ( función reguladora ).
NUTRIENTES
1.
2.
3.
4.
5.
6.
GLUCIDOS O HIDRATOS DE CARBONO
LIPIDOS
PROTIDOS O PROTEINAS
MINERALES
VITAMINAS
AGUA
Puesto que estamos estudiando el metabolismo energético parece lógico que veamos de forma
específica aquellos nutrientes que tienen función energética ( glúcidos, lípidos y protidos ), es resto
( minerales, vitaminas y agua ), los estudiaremos con detenimiento en el tema de nutrición y
ejercicio físico.
1. GLUCIDOS O HIDRATOS DE CARBONO:
Están formados por Carbono, Oxígeno e hidrógeno y responden a la fórmula Cn H2n On por lo
que también se conocen como hidratos de carbono o azúcares ya que constituyen este alimento.
Clasificación:
• Monosacáridos: Formados por una sola unidad estructural. De 3, 5 ó 6 átomos de carbono
(triosas, pentosas y hexosas) . De todos ellos el monosacárido mas abundante y con una
función mas importante en el organismo humano es la glucosa, que podemos encontrar
circulando por el torrente sanguíneo o almacenada en el músculo e hígado en forma de
glucógeno.
• Oligosacáridos: moléculas de varios monosacaridos ( entre dos y diez ) por ejemplo la
lactosa disacarido formado por glucosa y galactosa presente en la leche
• Polisacáridos: resultan de la condensación de más de 10 moléculas de monosacarido. Puede
tener funciones estructurales como la celulosa de las plantas pero la función mas importante de
los polisacaridos es servir de almacén de monosacaridos, esta función la realiza en las plantas
el almidón y en los animales el glucógeno, que está formado por muchas moléculas de glucosa
formando cadenas ramificadas y que se encuentra en el hígado ( hasta el 10% del peso del
mismo) y en el músculo ( 1 - 2 % del peso )
La energía que se obtiene de la combustión de un gramo de glúcidos es de 4 calorías
2. LIPIDOS
Grupo de nutrientes que se denomina genéricamente como grasas. Hay distintos tipos de
estructuras complejas, pero la unidad estructural básica son los ácidos grasos (palmítico,
esteárico, Oléico, Linoleico ...). El consumo excesivo de estos nutrientes que el organismo no
utiliza se almacena en el tejido adiposo
La energía que se obtiene de la combustión de un gramo de lípidos es de 9 calorías
3. PROTEINAS
Son biomoléculas orgánicas, específicas de cada ser vivo. La unidad básica de las proteínas son
los aminoácidos que se agrupan formando cadenas que espacialmente se pueden colocar de
distintas formas.
Las funciones mas comunes de las proteínas son la estructural formando parte de los
músculos y la reguladora por su acción enzimática, sin embargo, los aminoácidos pasarán a la
sangre para ser utilizados como fuente energética en caso de necesidad. obteniéndose de su
combustión 4 cal / gramo
1.3 ATP.
ESTRUCTURA Y FU CIO
Para que se lleve a cabo cualquier trabajo biológico ( secreción, conducción, contracción
etc.) las células requieren energía. Esta energía se obtiene de la degradación de un compuesto
llamado Adenosin Trifosfato (ATP) que se transforma en Adenosin difosfato liberándose un fosfato
y Energía utilizable ( se liberan unas 8 kilocalorías, por cada mol de ATP descompuesto ). Ya que
la Energía utilizable se obtiene del ATP, todos los alimentos deben degradarse en diversas
reacciones bioquímicas para sintetizar finalmente moléculas de ATP.
ESTRUCTURA QUÍMICA
Se trata de un compuesto químico en el que están ligados tres componentes
• Base Nitrogenada Adenina
• Un monosacarido de 5 átomos de carbono Ribosa
• 3 Atomos de ácido fosfórico
Estos tres componentes forman lo que se llama un Nucleotido que en este caso { base nitrogenada
(adenina) + azúcar (pentosa) + 3 fosfatos} se denomina Adenosin Trifosfato
De los tres enlaces que unen
los átomos de ac. fosfórico
son ricos en energía los dos
últimos (δ y β) liberando su
ruptura unas 8 calorías por
mol de ATP.
FUNCION
Cuando la célula requiere energía para realizar su función el ATP se rompe por su enlace δ
liberando E. y transformándose en ADP. Pero la cantidad de ATP es muy pequeña y se agota
rápidamente por lo que la célula realiza el proceso inverso transforma el ADP + P en ATP
utilizando para ello la energía la energía que se obtiene de la degradación de los nutrientes y como
compuesto intermedio la Fosfocreatina ( PC )
VIAS DE OBTENCION DE ENERGIA
El ATP como hemos visto, es la fuente inmediata de energía para producir la contracción muscular
y se obtiene a través de tres rutas o vías metabólicas, las dos primeras de naturaleza anaeróbica ( sin
presencia de oxígeno ) y la tercera aeróbica.
1. Sistema de los fosfágenos o vía anaeróbica alactica
2. Glucolisis anaeróbica o vía anaeróbica láctica
3. Vía aeróbica u oxidativa
2.1
Sistema de los Fosfágenos ATP – PC
Es el sistema de aporte energético mas inmediato cuando se inicia una actividad física, se obtiene
energía sin necesidad de oxigeno y sin producir sustancias residuales.
La célula muscular al iniciar el trabajo “ echa mano” en primer lugar del ATP que se encuentra en
el músculo para obtener la energía necesaria para la contracción sin embargo la cantidad de ATP
muscular es muy pequeña (5 – 6 milimoles / Kg. músculo fresco ) y solo permite realizar un trabajo
intenso durante 6 seg. Inmediatamente después el músculo resintetiza el ATP a partir de otro
compuesto que está en el músculo llamado Fosfocreatina que pierde el grupo fosfato pasando a
Creatina
La
cantidad
de
Fosfocreatina muscular
también es pequeña
(16 m moles / Kg. de
músculo ) y permite
aportar
E.
para
mantener el ejercicio
hasta 25 ó 30 seg.
Si bien se agotan pronto estas reservas, también se recuperan de forma rápida en el periodo
de descanso. Se recupera hasta el 80 – 90 % del valor inicial durante el primer minuto de
reposo. ( base del Interval )
2.2
Glucolisis anaeróbica o vía anaeróbica láctica
Cuando las reservas de ATP – PC se agotan el músculo resintetiza ATP a partir de la glucosa, en un
proceso químico de degradación de este azúcar que se denomina Glucolisis. La glucosa que se
utiliza inicialmente está dentro del músculo en forma de glucógeno muscular y posteriormente
procede del glucógeno hepático o de la existente en el torrente sanguíneo.
Esta ruta metabólica se realiza en el citoplasma, tiene un rendimiento de 2 moléculas de ATP por
cada molécula de glucosa y como producto desecho se libera ácido láctico, que se acumula en
músculo y sangre provocando una gran fatiga muscular.
Este sistema se utiliza entre los 30 seg. y los 2 – 3 minutos de trabajo intenso.
El acúmulo de ac. láctico resulta limitante para poder continuar con el ejercicio y precisamente una
de las adaptaciones fisiológicas al entrenamiento es el aumento de la tolerancia a este compuesto.
2.3 Vía Aeróbica u Oxidativa
Los nutrientes, sobre todo glúcidos y lípidos, las proteínas solo en casos excepcionales se degradan
hasta Acetil coenzima A y se introducen en la mitocondria donde se inicia una ruta metabólica en la
que es imprescindible la presencia de oxígeno y en la que los nutrientes se descomponen hasta CO2
y H2 O y se obtienen en total 38 moléculas de ATP si el combustible es la glucosa y bastantes mas
si se utiliza un ácido graso por ej. 135 ATP si se degrada el ac. palmítico.
La producción de energía mediante esta vía se inicia cuando empieza el ejercicio pero no se
completa hasta tres minutos después, aunque puede continuar mientras duren los nutrientes y llegue
suficiente oxígeno a las
células.
Mientras
el
músculo consume energía
la
va
reponiendo
continuamente y se puede
mantener el esfuerzo
durante mucho tiempo
dado que los productos de
desecho
son
completamente
inocuos
para la célula ( CO2 que
se
elimina
por
la
respiración y Agua que es
un componente celular)
Es la vía de aporte
energético única para
ejercicios prolongados que
superen los 3 minutos de
duración
Rendimiento energético de la glucolisis anaeróbica y aeróbica y de la oxidación
de los ácidos grasos
•
Por cada mol de Glucógeno ( 180 gr. ) se obtienen 38 ATP. Si analizamos el rendimiento en
calorías se observa una perdida energética. Si cada gr. de glucosa oxidado rinde casi 4 calorías
como hemos visto la oxidación de los 180 gr. debe generar unas 700 calorías ( concretamente
genera 686 ) sin embargo de esta energía atrapamos en forma de ATP unas 300 ( 38 ATP x 8
calorías ) El resto ( algo más del 50%) se elimina en forma de calor. ( efecto del
calentamiento)
•
Por cada mol de ac. Palmítico ( 256 gr. ) se obtienen 135 ATP. 2.304 cal. de las cuales algo
mas del 50% se disipan en forma de calor
glucolisis anaeróbica
Glucosa
2 Lactato + 2 ATP
glucolisis aeróbica
Glucosa + 6 O2
6 H2O + 6 CO2 + 38 ATP
Oxidación
Ac. Palmítico + 23 O2
16 CO2 +16 H2O + 135 ATP
4. APORTE E ERGETICO DURA TE EL EJERCICIO: CO TI UUM E ERGETICO
Aunque existen tres vías de aporte energético claramente diferenciadas cuando se inicia una
actividad física el aporte de energía para poder realizarla no esta parcelado sino que es un proceso
continuo en el que la Energía es aportada por una o varias vías en función del tiempo de duración
del ejercicio y de la intensidad del mismo.
Al iniciarse un ejercicio intenso de forma inmediata se ponen en marcha las tres vías, sin embargo,
la vía láctica y la aeróbica necesitan un tiempo para poder aportar ATP, por tanto es la vía de los
fosfágenos la primera que interviene. en ejercicios muy cortos p.ej. una carrera de 60 m. ni siquiera
se utilizará la Fosfocreatina ya que el ejercicio se puede realizar con las reservas de ATP muscular.
Si el ejercicio se prolonga se utilizará la fosfocreatina y la degradación de la glucosa hasta ac.
láctico. ( carreras de 200 y 400 m ). Finalmente si el ejercicio continua el oxígeno que llega al
músculo permite eliminar el ácido láctico ( pasa a pirúvico ) y producir la energía necesaria por
medio de la vía aeróbica.
1. Ejercicios de 0 a 30 seg. vía principal y al principio casi exclusiva ATP-PC. carreras
velocidad, lanzamientos , saltos, golpes golf…
2. Ejercicios entre 30 seg. y 1,5 min. vías principales ATP-PC y ac. Láctico. carreras
200 y 400 m. natación 100 m.
3. Ejercicios entre 1,5 y 3 min. vía anaeróbica láctica y vía aeróbica. carreras 800 y 1500
m. natacion 200 y 400 m. asaltos boxeo y lucha
4. Ejercicios de mas de 3 min. la vía principal es la Aeróbica. marcha, ciclismo, esqui
de fondo, maratón…
Cuadro resumen: Areas del Continuum energético
AREA
1
SISTEMA DE
APORTE E.
ATP- PC
FRECUE CIA
I TE SIDAD
DURACIO
CARDIACA
_____
95 –100 %
HASTA
30 SEG.
ACIDOSIS
ac. Lactico
_____
ATP-PC
2
3
ANAROBICA MAXIMA
LACTICA
85 – 95 %
ANAROBICA
LACTICA
170 PPM
80 %
V. AEROBICA
4
V. AEROBICA < 170 PPM
< 70 %
DE 30 SEG.
A 1 MIN 30 MAX.
SEG.
EJEMPLOS
C. VELOCIDAD.60,
100 M. SALTOS Y
LANZAMIENTOS.
C. 200 Y 400 M.
NATACION 100 M
C: 800 Y 1.500 M.
DE 1 MIN. 30 MEDIANA NAT. 200 Y 400 M.
O
ASALTOS BOXEO
SEG A
BAJA
(3m) Y LUCHA ( 2
3 MIN.
m)
MARCHA,
MARATON,
> 3 MIN.
BAJA
ESQUI DE FONDO
NAT. 1500 M.
Aporte energético de las diversas vías en distintas pruebas y deportes
El aporte energético correspondiente a cada ruta metabólica se establece para ejercicios de alta
intensidad,(alta potencia ) de salida por ejemplo si iniciamos una carrera continua muy suave, el
primer aporte energético se realiza a partir del ATP muscular pero los requerimientos de energía
son muy bajos y la síntesis de ATP se cubre desde muy pronto mediante la vía aeróbica, de forma
que a los dos minutos de trote no se realiza un aporte significativo a través de la vía anaeróbica
láctica, no se acumula este producto de desecho y no se produce fatiga muscular. Por tanto se podría
establecer una distribución diferente de las rutas de aporte energético en función no tanto del tiempo
sino de la intensidad del ejercicio.
•
En Reposo La única actividad muscular es la de mantener el tono, esta se realiza mediante
la vía aeróbica, utilizando como sustrato los ácidos grasos.
•
Ejercicio Ligero Aumenta la demanda de ATP que se cubre a través del ATP muscular
y este se resintetiza a través de la vía aeróbica. Oxigeno de la Mioglobina y un mayor aporte de
O2 al producirse un reajuste cardiovascular que aumenta el flujo sanguíneo en el músculo.
•
Ejercicio Moderado Al iniciarse el ejercicio la demanda de ATP es suficientemente
alta como para que se activen las vías anaeróbicas, se consumen los fosfágenos y se acumula
algo de ac. Láctico, pero rápidamente tras el ajuste cardiocirculatorio la vía aeróbica sustituye a
las otras dos y con un consumo de O2 algo mayor del necesario para ese ejercicio se elimina el
ac. Láctico acumulado y se puede mantener el sistema en equilibrio durante horas.
•
Ejercicio Pesado: La demanda de ATP no puede cubrirse aerobicamente, se activan las
rutas ATP-PC y del ac. Láctico. El ajuste cardiovascular se retrasa ( vasos musculares
colapsados ) y cuando se produce, a pesar del aporte de ATP por la vía aeróbica se sigue
acumulando ac. Láctico.
•
Ejercicios Máximos duran pocos segundos, no da tiempo a que se produzca el ajuste
cardiocirculatorio, El aporte energético es casi exclusivamente del ATP-PC. (carrera de 100 m.
). En ejercicios más prolongados se activa la vía láctica y al cabo de pocos minutos el nivel del
ácido láctico en sangre obliga al individuo a pararse
4. APORTE E ERGETICO Y DIETA
La energía química que queda almacenada en el ATP (y como producto intermedio en la
fosfocreatina) procede de los nutrientes que consumimos a través de la dieta, como ya hemos visto
los principios inmediatos mas importantes por su función energética son los glúcidos y los lípidos. ¿
Se utilizan como substratos o combustibles para obtener energía al mismo
tiempo ? ¿ durante el ejercicio físico cual se utiliza antes, y cual es la
importancia relativa de cada uno de ellos en función del tiempo y la
intensidad del ejercicio ?
En reposo: La energía se obtiene básicamente por vía aeróbica a partir de
los ácidos grasos, mientras que la glucosa es el combustible único del
cerebro.
Ej. Moderados: Se obtiene energía por vía aeróbica a partir de la glucosa
y de los ácidos grasos.
Ej. Muy prolongados: El primer combustible que se utiliza es
básicamente la glucosa, a medida que ésta escasea, se utilizan los ácidos
grasos presentes en la sangre, y almacenados como trigliceridos en el
músculo y sobre todo en el tejido adiposo. El aporte energético a partir
de los ac. Grasos adquiere importancia a partir de los 30 minutos de
ejercicio continuado.
CUESTIO ARIO
−
−
−
−
−
¿Qué es el ATP ?
¿Qué es la Glucolisis ?
¿Qué es el Acido láctico ?
Cita 3 deportes o actividades físicas que utilicen la vía energética anaeróbica láctica
¿En que consiste el concepto de continuum energético?
ACTIVIDADES
− Teniendo en cuenta la duración de los ejercicios y la intensidad de los esfuerzos que realizan,
intenta clasificar a los siguientes deportistas o pruebas según la vía de aportación energética que
utilizan principalmente: Portera de balonmano, gimnasta de anillas, saltador de longitud,
corredora de orientación, 400 m. Lisos, natación 50 m, centrocampista de fútbol, lanzamiento de
peso, 20 km. Marcha.
− ¿por qué se dice que los deportes colectivos utilizan una vía mixta de obtención de la energía?.
Debate la respuesta con el resto de compañeras y compañeros