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.
miércoles, 6 de abril de 2016
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.
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