Bioenergética

Es una ciencia que se encarga de estudiar las transformaciones energéticas en los sistemas vivos. Además, incluye el estudio de la energía química almacenada en la biomasa (conjunto de especies vegetales y animales utilizadas como nutrientes y fuente de energía) y los métodos de recuperación bajo formas distintas; alimentos, calor y combustibles.

Sistemas anaeróbicos de producción energética

Cuando el músculo debe mantener una actividad prolongada realizando un ejercicio de más de 3 minutos, el músculo necesitará un nuevo sistema de producción de energía; este es el sistema Aerobio, y se llama así porque necesita oxígeno para que pueda funcionar, y cuanto más oxígeno llegue al músculo más energía va a ser capaz de producir el músculo por este sistema, y mayor rendimiento va a desarrollar; es como sucede en un horno, en el que el aporte de oxígeno a través de un fuelle, da lugar a que se avive el fuego. 

En este caso, el músculo puede utilizar tanto glucosa como grasa, como proteínas, como sustrato energético, pero siempre debe realizarse en presencia de O2, y como ya hemos dicho pero lo repetiremos por su importancia, cuanto más O2 llegue al músculo más energía va a ser capaz de producir por esta vía.

 A esta vía energética donde interviene el O2 llamamos AEROBIA y como resultado de las diferentes reacciones químicas se va a producir CO2 y H2O. Hemos comentado que en este sistema de producción de energía, podemos utilizar tanto la glucosa, la grasa y las proteinas como sustrato energético (la utilización de las proteínas va a suponer en condiciones normales el 2-3 %, por lo que lo dejamos al margen, aunque también debemos saber que en situaciones de esfuerzo muy prolongado en el que se produzcan disminuciones importantes en las reservas de glucógeno muscular, la utilización de las proteínas en la formación de energía puede llegar a ser de un 10%), pero hay que significar que el flujo energético (cantidad de energía por unidad de tiempo) que nos da la combustión de la grasa va a ser menor que el flujo energético proveniente de la combustión aeróbica de la glucosa (dado que se necesita más cantidad de O2 para obtener 1 ATP proveniente de la Grasa que de la Glucosa), y todo ello en función de la cantidad de O2 que llega al músculo. 

Por ello, según va aumentando la intensidad del esfuerzo y va aumentando el consumo de oxígeno, el músculo va utilizando cada vez más glucógeno muscular y menos grasa, tal y como vemos en el gráfico siguiente.

Fosfágenos durante el ejercicio

Una célula del músculo tiene una cierta cantidad de ATP que se puede utilizar inmediatamente, pero no mucho, sólo lo suficiente para unos tres segundos de duración.

Para reponer los niveles de ATP rápidamente, las células musculares contienen un compuesto de fosfato de alta energía llamada fosfato de creatina. El grupo fosfato se elimina del fosfato de creatina por una enzima llamada creatina quinasa, y se transfiere al ADP para formar ATP.

La célula convierte el ATP en ADP, y el fosfágeno convierte rápidamente la parte de atrás de ADP en ATP. Como el músculo sigue trabajando, los niveles de fosfato de creatina comienzan a disminuir. En conjunto, a los niveles de ATP y los niveles de creatina fosfato se les llama sistema de fosfágenos.

El sistema de fosfágeno puede suministrar las necesidades energéticas de músculo que trabaja a una velocidad alta, pero sólo durante 8 a 10 segundos.

Glucólisis anaeróbica durante el ejercicio

El término glucólisis se refiere a la degradación del azúcar o hidrato de carbono, el cual provee la energía necesaria para la re síntesis de ATP.

 La descomposición del azúcar es parcial, debido al carácter anaeróbico, por lo cual uno de los productos finales es el ácido láctico.

Cuando este ácido se acumula en los músculos y en la sangre se origina una fatiga muscular transitoria.

Sistemas aeróbicos de producción energética

El glucógeno, en presencia de oxigeno, se descompone en dióxido de carbono (CO2) y agua (H2O) para resintetizar una cantidad de energía suficiente. 

El dióxido de carbono que se produce se difunde libremente desde las células musculares a la sangre y es llevada al pulmón, desde donde se exhala. 

El agua que se forma resulta útil dentro de la propia célula, pues el mayor componente de la célula en realidad es agua. Este sistema utiliza los hidratos de carbono, las grasas y la proteína para resintetizar grandes cantidades de ATP sin generar subproductos que producen fatiga.

Oxidación de hidratos de carbono durante el ejercicio

Como consecuencia del entrenamiento físico para aquellos deportista que requieren desarrollar la tolerancia cardiorrespiratoria o aeróbica (e.g., maratonistas), la cantidad del glucógeno utilizado durante ejercicios submáximos se reduce.

Esto se evidencia mediante la medición de la proporción del intercambio respiratorio durante pruebas de ejercicios submáximas estandarizadas que emplean equipos metabólicos. 

Los resultados de esta prueba indican que la R es menor. En adición, en estudios utilizando técnicas de biopsia muscular, se encontró una reducción en el glucógeno usado como combustible metabólico.

Oxidación de grasas durante el ejercicio

Del tejido adiposo a la célula muscular: Los principales estímulos lipolíticos al inicio del ejercicio en el hombre son el aumento de la concentración de adrenalina y la disminución de la insulina circulante. La tasa lipolítica depende en parte de la capacidad de la sangre para transportar ácidos grasos, o lo que es lo mismo, de la concentración sérica de albúmina, ya que los ácidos grasos libres en plasma van transportando por esta proteína plasmática. Por otra parte depende del flujo sanguíneo en el tejido adiposo y del proceso de esterificación en los adipocitos.

El aumento del flujo sanguíneo al tejido adiposo durante el ejercicio favorece enormemente la movilización de los ácidos grasos. Al mismo tiempo, parece que esta regulación vascular está mediada por adenosina, y que secundaria a eventos conectados con la lipólisis.

La lipólisis de los triglicéridos almacenados se lleva a cabo por acción de la enzima denominado lipasa hormono sensible (LHS) el cual, se activa por presencia de concentraciones elevadas de adrenalina y noradrenalina y concentraciones bajas de insulina.

Gluconeogénesis

La gluconeogénesis y la glucogénesis son procesos de síntesis de glucosa a partir de diferentes sustratos. La gluconeogénesis es la síntesis de glucosa utilizando aminoácidos (Fundamentalmente alanina ) y lactato (Ciclo de Cori) mientras que si obtenemos la glucosa a partir de piruvato, se denomina gluconeogénesis.

Resíntesis de glucógeno. Gluconeogénesis.

Con respecto a la posibilidad de transformación del lactato en glucógeno muscular durante el período de recuperación inmediato al ejercicio en 1920  Meyerhof describió este conversión en músculo de rana, estudios anteriores no pudieron demostrar la presencia de enzimas necesarias para realizar el camino inverso de la glucólisis en el músculo de mamíferos.

Como resultado durante décadas ha sido que la célula muscular no es capaz de sintetizar glucosa a partir de lactato. Sin embargo desde la década de 1996 Pascoe que confirma que músculo esquelético puede, efectivamente convertir el lactato en glucógeno. La conversión de lactato en glucógeno muscular es más importante en las fibras glicolíticas (tipo II) que en las fibras oxidativas de contracción lenta (tipo I).

Uno de los factores que favorecen este evento es el bajo pH que acompaña a las concentraciones elevadas de lactato en la célula muscular.

Oxidación del lactato durante el ejercicio

El ácido láctico ha sido considerado como el precursor energético inmediato en la célula muscular, culpable fundamentalmente del cansancio y de la fatiga muscular. El  lactato es considerado en la actualidad como un sustrato susceptible de ser oxidado y que permite la movilización de las reservas de glucógeno entre los diferentes tipos de fibras musculares. Además, el lactato actúa como un regulador del equilibrio redox celular a través de su conversión a su análogo oxidado, el piruvato, mediante la acción de la lactato deshidrogenasa.

En su lugar, el organismo va a aprovechar todavía esta molécula de tres átomos de carbono, bien para terminar de obtener la energía contenida en sus enlaces, bien para utilizarla como sustrato precursor de glucosa y por tanto de glucógeno. El destino metabólico de este lactato producido en la glucólisis puede seguir uno de estos tres caminos

.

1)    Actuar como factor gluconeogénico en el músculo.

2)    Ser oxidado en diferentes tejidos, principalmente

 en el músculo esquelético y el músculo cardíaco.

3)    Ser captado por el hígado y /o los riñones

 para la posterior síntesis de  glucógeno hepático

 en el ciclo de Cori.

  

Oxidación del Lactato: Existe la opción de reutilizar el lactato como combustible en otras células musculares diferentes a la que lo han producido (principalmente fibras glicolíticas tipo II). Son las fibras tipo I y los miocitos cardíacos las células captadoras de lactato sanguíneo que van a utilizarlo posteriormente como combustible transformándolo en ácido pirúvico e introduciéndose en la mitocondria para completar su oxidación.

Interrelación de los sistemas energéticos durante el ejercicio.

Los diferentes sistemas energéticos (anaeróbico láctico y aeróbico) no actúan de forma independiente: cuando un individuo esta realizando ejercicio a la máxima intensidad posible, desde los velocistas de distancias más cortas (menos de 10 segundos) hasta que realizan eventos de resistencia (más de 30 minutos).

El hígado aumenta significativamente la liberación de glucosa a los músculos activos según progresa la intensidad del ejercicio. Simultáneamente, el glucógeno muscular aporta la principal fuente de energía a partir de hidratos de carbono durante las fases iniciales del ejercicio y según va aumentando la intensidad. Durante el ejercicio, los depósitos de glucógeno muscular disminuyen progresivamente al aumentar la duración del mismo.

La tasa de utilización del glucógeno es más elevada en los primeros 15 a 20 minutos de ejercicio.

De acuerdo a la duración del ejercicio

La duración y la intensidad del ejercicio proviene a su vez de la degradación del glucógeno hepático, siendo la otra fuente menos importante desde el punto de vista cuantitativo los precursores gluconeogénicos como el lactato, el glicerol o la alanina captados por el hígado, al acabo de una hora de ejercicio intenso casi todo el glucógeno almacenado en el hígado y en los músculos activos se ha consumido.

De acuerdo a la intensidad del ejercicio

La realización de ejercicio de alta intensidad desencadena una respuesta neurohormonal caracterizada por un aumento de la liberación de adrenalina, noradrenalina y glucagón, y por un descenso de insulina. Esta respuesta hormonal activa la glucógeno fosforilasa de manera que el glucógeno muscular es el principal sustrato energético en los minutos iniciales de ejercicio.

Según va pasando el tiempo la glucosa sanguínea va aumentado su contribución al aporte energético, llegando a proporcionar aproximadamente un 30% de los requerimientos energéticos.

De acuerdo al tipo o modalidad del ejercicio

En los ejercicios de intensidad baja o moderada, las grasas irán ganando protagonismo como principal sustrato energético según va avanzando el ejercicio, y la oxidación de los hidratos de carbono va siendo menor.

La contribución de las grasas al aporte energético puede llegar a ser hasta del 90%  en el ejercicio de muy larga duración. La disponibilidad del glucógeno muscular es uno de los principales determinantes para que, según progresa la duración del ejercicio, aun manteniéndose una misma intensidad submáxima, las grasas, junto con la glucosa circulante, vayan aumentado su aportación al gasto energético total.