Fisiología del Ejercicio: Sistemas Energéticos y Adaptaciones Musculares

Fisiología del Ejercicio

Introducción

El ejercicio es cualquier movimiento corporal repetido y destinado a conservar o recobrar la salud. La fisiología del ejercicio estudia:

• El funcionamiento de los órganos durante el ejercicio.
• El estudio de los mecanismos que limitan el rendimiento físico.
• El estudio de las adaptaciones que ocurren por el ejercicio.

Durante el ejercicio, los músculos esqueléticos satisfacen sus demandas energéticas utilizando sustratos que provienen de las reservas del organismo (obtenidas de la alimentación diaria). Los sustratos energéticos son:

• Grasas (aeróbico)
• Hidratos de carbono (anaeróbico y aeróbico láctico)
• Ocasionalmente proteínas (aeróbico)

Estos sustratos deben ceder la energía contenida en sus enlaces químicos. El metabolismo energético se refiere a la serie de transferencias de energía para conseguir ATP, dependiendo de la actividad. La actividad muscular depende del sistema nervioso.

La bioenergética es la ciencia que estudia los acontecimientos energéticos en biología, esencialmente los procesos energéticos en el cuerpo humano. Su principio fundamental es la primera ley de la termodinámica.

Reacciones y Procesos Energéticos

Existen dos tipos de reacciones y procesos energéticos:

• Reacciones exergónicas: Liberan energía. Si la energía liberada es calor, se denomina exotérmica.
• Reacciones endergónicas: Necesitan un aporte energético para llevarse a cabo.

La energía de activación se refiere a que algunos procesos exergónicos requieren un aporte energético inicial.

Sistemas Energéticos

Los sistemas energéticos son vías metabólicas por las cuales el organismo obtiene energía. Las células generan ATP a través de tres vías:

1. Sistema ATP-PC
2. Sistema glucolítico anaeróbico
3. Fosforilación oxidativa

El ATP se repone mediante tres vías: PCR y glucólisis (anaeróbicas, ocurren en el citosol), y fosforilación oxidativa (aeróbica, ocurre en la mitocondria). El metabolismo puede ser aeróbico o anaeróbico. El músculo decide qué usar en relación con la intensidad y duración del ejercicio.

Sistema ATP-PCR

El ATP (adenosín trifosfato) es la fuente de energía más rápida. El proceso de conversión es catalizado por la enzima ATPasa, que acopla la hidrólisis del ATP a la contracción muscular. El ATP consta de una purina (adenina), un azúcar (ribosa) y tres grupos fosfato. Gran cantidad de energía se almacena en los enlaces de alta energía que unen los grupos fosfatos y se liberan cuando estos se separan. El compuesto que resulta de la pérdida de un fosfato se llama difosfato de adenosina (ADP), y si pierde dos, monofosfato de adenosina (AMP).

La hidrólisis del ATP es un proceso exergónico que libera la energía contenida en el enlace del tercer grupo fosfato. Esta liberación varía con la temperatura y el pH. Luego de la hidrólisis, el ADP debe recuperar un grupo fosfato (reacción endergónica). La energía requerida es aportada por los sustratos energéticos a través de vías metabólicas. Las reservas de ATP son bajas.

La fosfocreatina (PCR) es un aminoácido que sirve para la síntesis rápida de ATP a partir de ADP. Hay más PCR que ATP. La enzima creatin kinasa cataliza la reacción reversible.

Glucólisis Anaeróbica

La fuente de glucosa para la célula muscular proviene del glucógeno almacenado o directamente de la glucosa circulante. Si viene del glucógeno, la activación no es necesaria. La primera parte ocurre en el citosol: durante el catabolismo de una glucosa se forman dos NADH. El piruvato entra a la mitocondria para continuar su degradación (glucólisis aeróbica). Si el NADH se oxida en el citoplasma, el piruvato se reduce y se transforma en lactato, y el NADH se oxida a NAD⁺.

En resumen, en la glucólisis anaeróbica, una molécula de glucosa se transforma en dos lactatos, con un balance energético neto de 2 ATP (4-2). Si procede del glucógeno almacenado, son 3 ATP, ya que la glucosa ya está fosforilada.

Glucólisis Aeróbica y Fosforilación Oxidativa

La glucólisis aeróbica incluye la glucólisis, la transformación del piruvato en acetil-CoA (mediante el complejo piruvato deshidrogenasa (PDH)), el ciclo de Krebs y la fosforilación oxidativa.

El ciclo de Krebs, que tiene lugar en la matriz mitocondrial, consta de ocho reacciones consecutivas. Es un proceso cíclico en el cual se produce la degradación completa del acetil-CoA.

La fosforilación oxidativa consta de dos procesos acoplados dentro de la mitocondria: uno de oxidación (exergónico) y otro de fosforilación (endergónico). La etapa final de la respiración es el transporte terminal de electrones.

Adaptaciones Musculares

El entrenamiento produce adaptaciones en la densidad capilar (mayor en fibras tipo I), densidad mitocondrial (de tipo aeróbico), aumento de la actividad enzimática, desplazamiento del umbral láctico y aumento de la utilización de lípidos.

Tipos de Contracción

• Isométrica: Hay acción muscular pero no hay movimiento de los puntos de inserción.
• Isotónica: Hay movimiento en los puntos de inserción, que puede ser concéntrica o excéntrica.
• Isocinética: Es una contracción máxima a velocidad constante.

Conceptualización de Fuerza

• Mecánica: Acción capaz de modificar el estado de movimiento o de reposo de un cuerpo.
• Fisiológica: Capacidad de generar tensión.

Adaptaciones al Entrenamiento de Fuerza

Los factores que afectan la fuerza son estructurales (longitud de fibra, tipo de fibra, hipertrofia, hiperplasia) y neurales (máxima y rápida activación y desactivación de los músculos agonistas, inhibición de músculos antagonistas).

La hipertrofia es el resultado de la acumulación de proteínas por síntesis. La hiperplasia se refiere a células de reserva no funcionales que reemplazan a las dañadas.

Propioceptores

• Husos musculares: Informan de la longitud del músculo y su grado de tensión.
• Órgano tendinoso de Golgi: Controla la tensión.

El órgano de Golgi de umbral alto funciona como válvula de seguridad, inhibiendo el músculo cuando la fuerza generada puede ocasionar daño. El órgano de Golgi de umbral bajo informa continuamente sobre la tensión generada en el músculo.