Sistemas aeróbicos de producción de energética: 2016

El ATP se obtiene del metabolismo aerobico de los hidratos de carbono, grasas y proteínas. Es este sistema interviene el oxigeno para llevar a cabo cada una de las reacciónes químicas, no acumula acido láctico, ya que gracias a la oxidación de este el acido láctico principalmente el lactato se degrada hasta convertirlo en piruvato y asi iniciar de nuevo el ciclo de Krebs.

El proceso ocurre especialmente en las mitocondrias, que es el sitio donde se genera la energía. Se utiliza en actividades que requieren poca energía por unidad de tiempo, apartir del minuto de ejericio la energía requerida se obtiene por esta via metabolica.

Tambien se utiliza fundamentalmente en actividades de larga duración como el ciclismo, en carrera de fondo, entre otros deportes.

La producción de energía por esta via esta limitia por la capacidad del sistema cardiovascular para suministrar oxigeno para la oxidación.

El sistema aerobico, inicia con la transformación de los hidratos de carbono por la via aerobica, que cuando se convierte en acido pirúvica entra a a la vida metabolica aerobica, para no transformarse en acido láctico.

Despues de la transformación de hidratos de carbono, se inicia con la transformación de las grasas, que se llegan a convertir en ATP, para ser utilizadas en esfuerzos de muy larga duración.

El ultimo proceso es la gluconeogénesis, que consiste en la transformación de las proteínas, estas aportan una pequeña cantidad de energía, este procesos se utiliza cuando los deposistos de glucógeno muscular están muy bajos. Se descomponen en aminoácidos y estos sufren varias transformación hasta convertirse en ATP.

Oxidación de los hidratos de carbono durante el ejercicio

La oxidación de los carbohidratos implica la puesta en marcha de diferentes reacciones químicas que completan los procesos de la glucolisis, el ciclo de krebs y la cadena transportadora de electrones o cadena respiratoria mitocondrial. Estos procesos concluirán en la producción de glucosa y glucógeno, que son los principales hidratos de carbono que participaran en el musculo al momento al realizar un determinado ejercicio.

En esta figura, se muestran los tres procesos que utilizan los hidratos de carbono en su oxidación, obteniendo y utilizando sustancias para degradarlas y para obtenerlas como reserva energética, para que el organismo la utilice cuando necesita degradar glucosa o glucógeno, para la obtención de energía.

Las reservas de glucógeno en los músculos esqueléticos e hígado son muy importantes para ejercicios o deportes vigorosos, i.e., aquellos que se ejecutan a una intensidad que fluctúan de 70 a 85% del consumo de oxígeno máximo (VO₂máx). Tanto es así que las reservas de glucógeno musculoesquelético representan el factor limitante para ejercicios prolongados y vigorosos. En estos tipos de ejercicios/deportes, el agotamiento de las reservas musculares del glucógeno produce fatiga. Se ha determinado que los hidratos de carbono (desde sus reservas en la forma de glucógeno) representan los combustibles metabólicos preferidos para el metabolismo del músculo en aquellos ejercicios con intensidades mayores de 65% VO₂máx. Los ejercicios vigorosos que dependen del glucógeno muscular y hepático para un rendimiento exitoso incluyen los siguientes:

Prolongados y contínuos: Correr, natación, ciclismo de carretera, competencias de tri-atlon y eventos de natación donde se cruzan cuerpos de agua extensos
Intermitente extendido y de una mezcla de anaeróbico-aeróbico: Balonpie, baloncesto, repeticiones/intervalos de correr, entre otros.

La molécula más simple de los hidratos de carbono es la glucosa. La glucosa se almacena como glucógeno. Esto es importante ya que durante periodos de ejercicio de alta intensidad, se requiere una degradación rápida del glucógeno para suministrar la energía que necesita el ejercicio.

En el organismo humano se encuentran disponibles varias fuentes de almacenaje de hidratos de carbono, son de suma importancia puesto que proveen una fuente rápida de energía, en los ejercicios prologando de alta intensidad.

El uso metabólico del glucógeno almacenado en los músculos esqueléticos dependerá de ciertos factores, tales como el tiempo/duración del ejercicio y el orden en que el glucógeno muscular es agotado de las diferentes fibras musculares.

Durante ejercicios de moderada intensidad (requiriendo 60% a 80% del VO₂máx) la fatiga ocurre cuando se agotan las reservas de glucógeno musculoesqulético.

El empleo del glucógeno durante un ejercicio de tolerancia aeróbica dependerá de su intensidad; entre mayor sea la intensidad, mayor será el gasto de glucógeno.

Ejemplo de la utilización de glucógeno en el ejericio:

Cicloergómetro: Durante este tipo de ejercicio, la velocidad del glucógeno muscular utilizado en los grupos musculares motores activados es mayor en el cuadríceps lateral y en el sóleo.
Banda sinfín (2 horas de ejercicio): Ejercitándose con una elevación (inclinada hacia arriba en la banda sinfín), se utiliza mayor glucógeno en músculo soleo, un uso intermedio en el gastronemio y menor en el los cuadríceps. Por otro lado, cuando la banda sinfín fue nivelada (horizontal), se encontró una mayor proporción de uso en el glucógeno en las fibras de contracción lenta, mientras que las fibras de contracción rápida su utilización fue menor.

Oxidación de grasas durante el ejercicio

Las grasas y las protínas tambien se utilizan como fuentes energéticas. Nuestro cuerpo acumula muchas mas grasa que hidratos de carbono. Las reservas energéticas del cuerpo en grasas es mucho mayor que las de hidratos de carbono.

Los ácidos grasos y el glicerol se obtiene como combustible metabólico de los triglicéridos:

Ingeridos en la dieta, almacenados en las células del tejido adiposo (adipocitos).

Los triacilglicéridos son dépositos muy concentrados de energía, porque se encuentran en forma reducida y anhidra:

Su oxidación completa tiene un rendimiento energético mayor
Acidos grasos: 9 kcal/g
carbohidratos y proteínas: 4 Kcal/g (los ácidos grasos están mucho más reducidos)

Reservas energéticas de un hombre normal (70 Kg)
• 100000 kcal triacilglicéridos (11 Kg) • 250000 kcal en proteínas • 600 kcal en glucógeno • 40 kcal en glucosa.

Para que los tejidos periféricos puedan acceder a la energía almacenada en los lípidos del tejido adiposo, necesitan de tres etapas:

Los Trigliceridos se degradan a ácidos grasos y glicerol, que se liben desde el tejido adiposo y se transportan a los tejidos que requieren energía, en el momento que la necesiten.
En estos tejidos, los ácidos grasos deben activarse y transportarse al interior de la mitocondria para su degradación.
En su degradación, los ácidos grasos se descomponen de manera secuencial en acetil-CoA, que posteriormente se proceso en el ciclo del ácido cítrico.

Los lípidos pueden ser utlizados como combustible durante la realización de esfuerzo físico, aunque su utilización dependería de una serie de factores, como por ejemplo la intensidad del ejercicio, su duración, el tipo de ejercicio y tamaño de los músculos empleados, la dieta y nuvel de glucógeno muscular que posea el sujeto, nivel de AGL y/o lactato en sangre, del sexo, de la ingesta de comida en los momentos previos al ejercicio y durante este y del nivel de entrenamiento.

Los lípidos oxidados durante el ejercicio pueden provenir del plasma sanguíneo (principalmente a partir de ácidos grasos provenientes desde el tejido adiposo subcutáneo) o desde los TG intramusculares; los TG intramusculares utilizados durante el ejercicio provienen de los músculos esqueléticos activos, es decir, estos son utilizados localisadamente. Por otro lado, los ácidos grasos provenientes desde el tejido adiposo subcutáneo no pueden ser utilizados de forma local.

Los Lípidos pordían ser utilizados como combustible desde el inicio del ejercicio (siempre y cuando la intensidad de este sea inferior al 85% del VO2máx.)

Para que una sesión de ejercicio logre una máxima oxidación de grasa se recomienda diseñar planes de alimentación equilibrados, con una restricción moderada en el aporte de carbohidratos, evitar ingerir carbohidratos durante las 3 horas previas al ejercicio, elegir una ración de bajo IG previa al ejercicio y evitar ingerir carbohidratos durante un ejercico de baja intensidad.

Gluconeogénesis y Oxidación del lactato durante el ejercicio

El proceso de gluconeogensis es la síntesis de glucosa a partir de precursores que no sean hidratos de carbono como:

Lactato: músculo esquelético activo cuando la glucolisis pasa a fosorilación oxidativa
Aninoácidos: degradación de proteínas de la dieta o proteínas de músculo esqulético.
Glicerol: hidrólisis triglicéridos en células adiposas.

Proceso para la obtención de glucosa

La gluconeogénsis abarca todas aquellas vías metabólicas que permiten al hígado sintetizar glucosa, entre los principales gluconeogenicos se encuentran los aminoácidos, siendo los mas importantes, la alanina y glutamina, y también el lactato.

Durante el esfuerzo prologando la musculatura activa libera alanina que es captada a su paso por el hígado, que son utilizados como sustratos neoglucogenicos. Los aminoácidos que pueden oxidar directamente el musculo esquelético son: alanina, aspartato y glutamato.

La oxidacion de aminoácidos es insignificante, durante la primer hora de ejercicios, aunque esta aporte un 3 y 18% del total de la energía conseguida durante el esfuerzo prolongado.

Durante el esfuerzo prolongado se oxida aminoácidos en el musculo ya sea de forma directa e indirecta. Permitimiendo la prosecución del ejercicio cuando las reservas hepáticas y musculares de glucógeno empiezan a ser escasas.

La gluconeogénisis en hígado y riñón ayuda a mantener el nivel de glucosa necesario en sangre para que cerebro y músculos puedan extraer la suficiente fluctosa para atender las demandas energéticas que el cuerpo necesite. Ambas rutas son altamente exergonicas y podrían funcionar al mismo tiempo, con un resultado final de consumo de 2 ATP y 2 GTP por cada ciclo de reacción.

Durante el ejercicio físico vigoroso, cuando se contrae el músculo:

Glicolisis: Ciclo del ácido cítrico
Formación de NADH por la glicolisis: regeneración a NAD+ por el metabolismo aerobico.

El proceso de glicolisis da como resultado un piruvato, y en la gluconeogénesis el piruvato se convertirá en glucosa.

Oxidación del lactato

El ácido láctico es el precursor energético inmediato en la célula muscular, causante del cansancio y de la fatiga muscular. Este contribuye a la utilización completa de los hidratos de carbono, así como a la formación de glucosa hepática, que sirve par el mantenimiento de la glucemia.

El lactato es un sustrato susceptible a ser oxidado y permite la movilización de las reservas de glucógeno entre los diferentes tipos de fibras musculares. Ademas, actual como un regulador del equilibrio celular a través de su análogo oxidado, el piruvato.

En el momento en donde la necesidad de obtener energía para la contracción muscular es elevado debido a la intensidad del ejercicio físico que realicemos, aumenta de forma importante la utilización de la glucosa por la vía anaerobica y hay un aumento significativo en al formación de ácido pirúvico, este exceso de ácido pirúvico es convertido en ácido láctico.

La concentración muscular de lactato puede superar los 30 mmmol*Kg, en los primeros momentos de la recuperación después de ejercicios cortos de intensidad elevada. Este lactato originado a partir del metabolismo incompleto de la glucosa, se aprovechara para terminar de obtener la energía contenida en sus enlaces y utilizarlo como sustrato precursor de glucosa

El destino de este lactato pude ser:

Actuar como factor gluconeogénico en el músculo.
Ser oxidado en diferentes tejidos.
Ser captado por el hígado y riñones para la posterior síntesis de glucógeno hepática en el ciclo de cori.

Destino del lactato producido por la célula muscular

El ácido láctico a nivel extracelular.

Es el exceso de ácido láctico que se va generando en la célula muscular y que no puede ser neutralizado, sale al espacio extracelular gracias a la actuación de transportadores sigue vías diferentes

Energía Aeróbica: El ácido láctico es reducido a lactato y sale al espacio intersticial, donde es captado por celular musculares vecinas de corte mas aeróbico (fibras lentas o Tipo l). El ácido láctico es producido principalmente por las fibras musculares rápidas que se activan de forma importante al alcanzar altas intensidades de trabajo, por lo que las fibras oxidativas vecinas metabolizan parte del lactato producido.
Neutralización: El lactato a través del espacio intersitical alcanza la sangre, siendo distribuido de forma rápida a todo el organismo.
Energía aeróbica: Cuando el lactato circula a través de la sangre, es captado por diferentes células, principalmente musculares, que son capaces de convertirlo en piruvato y de esta forma entrar al ciclo de Krebs para convertirse en una fuente de energía aeróbica.

Interrelación de los sistemas energéticos durante el ejercicio

El factor energético es necesario para practicar ejercicios sea estos de baja o alta intensidad. El abastecimiento de energía se da cuando el musculo en contracción lo necesita y la energía del alimento no viene preparada para su utilización, ya que pasara por varios procesos o reacción de degradación a través de la digestión y después se almacenan en formas más compactas. Los carbohidratos se convierten en moléculas de glucosa, que se almacenaran en el musculo e hígado en forma de glucógeno, la gasa es degradada en ácido graso y glicerol asi como en forma de triglicéridos, y los depósitos de proteínas se encuentran bajo la forma de aminoácidos.

El sustrato energético utilizado durante el ejercicio dependerá del tipo, intensidad y duración de la actividad física.

Cada uno de los sistemas energético, se activaran dependiendo la cantidad de energía que el cuerpo necesite para recuperarse y abastecerse, es necesario conocer que cada uno de estos sistemas tienen relación entre si, ya que cada uno se ayuda en la degradación de sustancias simples para formar otras complejas y asi obtener las reservas energéticas para el organismo, especialmente las células musculares.

Estas sustancias tomaran vías diferentes para completar las reacciones químicas, ya sea glucolisis, ciclo de Krebs, gluconeogénesis, entre otras. Estas reacciones generaran efectos en el organismo, proveyendo la energía necesaria dependiente del ejercicio físico que el individuo realice, tomando en cuenta el tiempo, intensidad, resistencia y otros factores importantes a evaluar.