A continuación observaremos la fisiologia en el Ejercicio Fisico y sus sistemas de energia.
La fisiología se encarga de el estudio de los procesos metabólicos y funcionales que se llevan a cabo durante la realización de la actividad fisica y también durante los periodos de recuparacón y por lo tanto de adaptación. Que son posteriores al ejercicio. Si bien debido a la complejidad de estos procesos todavia no se conoce por completo el funcionamiento del cuerpo humano durante el ejercicio fisico.
El ejercicio físico es una actividad que desarrollan todos los seres humanos, en distinto grado, durante su existencia. Como fundamento de su conocimiento y significado es necesario conocer los mecanismos fisiológicos que le sirven de base. La tendencia al ejercicio y actos locomotores rítmicos es una tendencia natural que tiene rico tono afectivo y produce placer. Esos y otros factores fisiológicos tienen gran importancia en el ejercicio. Además de placer, el ejercicio mantiene la agilidad corporal, ejerce una influencia psicológica y social profunda; su deficiencia predispone a la obesidad y afecciones metabólicas degenerativas. En síntesis, el ejercicio favorece la salud física y psíquica. Como sucede en muchos campos biológicos, el exceso es perjudicial y debe evitarse cuidadosamente.
Una primer clasificación de los ejercicios físicos los divide en:
¨ Generales: son los no agrupados en el deporte ¨ Competitivos
Además se los puede clasificar en:
A) Según el volumen de la masa muscular: - Local: Ejercicios que involucran menos de 1/3 de la masa muscular total. Por ej. los ejercicios con miembros superiores o inferiores que provocan cambios mínimos en el organismo. - Regionales: Ejercicios en donde participan entre 1/3 a 1/2 de la masa muscular total, por ej. miembros superiores y tronco. - Globales: Ejercicios en donde participan más de la mitad del volumen de la masa muscular total, provocando cambios en el organismo.
B) Según el tipo de contracción a- Dinámicos: También llamados isotónicos. Hay modificación de la métrica del músculo. Puede subclasificarse a su vez en: 1- Concéntricos: Cuando la modificación es hacia el centro del músculo. 2- Excéntricos: Cuando la modificación es hacia los extremos del músculo b- Estáticos: También llamados isométricos. Predomina la energía anaerobia. Estos ejercicios son de escasa duración y provocan serios cambios funcionales en el organismo.
C) Según fuerza y potencia - Ejercicios de fuerza: Son aquellos en los que se emplea más del 50% de la capacidad de fuerza de un individuo. - Ejercicios de velocidad fuerza: Son aquellos en donde se emplea un 30 a 50% de la fuerza de un individuo. - Ejercicios de duración: No hay empleo de mucha fuerza del individuo, es mínima
D) Según costos funcionales: Esta clasificación se realiza en base de algunos indicadores que son: - MET: Consumo de O2 en ml/min. en estado de reposo por kg. de peso. - VO2: volumen de consumo de O2. - FC: Frecuencia cardíaca -VMR: Equivalente metabólico, en litros/min. - Tº: Temperatura en ºC - Lact.: Producción de lactato
El trifosfato de adenosina o adenosín trifosfato (ATP) es un nucleótido básico en la obtención de energía celular. Está formado por una base nitrogenada (adenina) unida al carbono 1 de un azúcar de tipo pentosa, la ribosa, que en su carbono 5 tiene enlazados tres grupos fosfato. Se encuentra incorporada en los ácidos nucleicos
Las células contienen alrededor de un gramo de ATP por kilogramo, cantidad que sólo alcanza para una milésima parte del consumo diario. En consecuencia, para abastecer sus necesidades las células deben producir ATP continuamente. Los dos procesos más importantes que dan lugar a la formación del ATP son la fotosíntesis y la respiración celular. En la fotosíntesis los electrones fluyen desde el fotosistema II al fotosistema I, impulsados por la energía radiante que captan los fotosistemas. En la respiración, la energía proviene de la oxidación de sustancias derivadas de los alimentos y la concomitante reducción del oxígeno con formación de agua. La síntesis de ATP cesa si se perturba la integridad de las membranas donde transcurre el flujo de electrones.
La clase de trabajo realizado por la célula depende de su tipo. Por ejemplo, las células nerviosas, transmiten impulsos nerviosos y mantienen las concentraciones de iones diferentes entre el citosol y el exterior celular; las células musculares producen trabajo mecánico por medio de su contracción Como resultado de la ruptura de la molécula de ATP, se genera una molécula de adenosindifosfato (ADP), una molécula de fosfato y una gran cantidad de energía, que es empleada por las diferentes células para llevar a cabo sus funciones. Luego el ATP podrá ser regenerado a partir del ADP y de fosfato, pero también es necesaria cierta cantidad de energía, la cual se puede obtener de tres grupos diferentes de reacciones químicas que se producen en el organismo. Dos de estas series tienen que ver con la degradación de los hidratos de carbono y las grasas (metabolismo aeróbico y anaeróbico), y la restante tiene que ver con la degradación de la fosfocreatina. La energía liberada por cualquiera de estas series, es empleada en la síntesis de ATP, de forma que se produce lo que se conoce como "reacciones acopladas".
La energía de la luz o de la oxidación de sustancias provenientes de los alimentos se transfiere, mediante una cadena transportadora de electrones, a una diferencia de concentración de H+. Esta, a su vez, provee la energía necesaria para sintetizar ATP mediante la incorporación de una molécula de fosfato inorgánico (PI) al ADP (Adenosina difosfato).La escisión del ATP provee energía a todas las actividades celulares que la requieren.
Cualquier actividad humana, ya sea física, intelectual o sensorial, incluso el reposo, necesita de aporte de energía para llevarse a cabo. La vida necesita de energía para sustentarse, sin embargo no todas las actividades necesitan de la misma cantidad. En referencia a la actividad física, existen pruebas que precisan una gran cantidad de energía en poco tiempo, por ejemplo una carrera de 50 ó 100 metros. En cambio, otras tienen un requerimiento moderado, pero constante y prolongado en el tiempo, algunos ejemplos serían una prueba de 1.500 metros libres, de 5.000 ó una maratón.
En el medio de estos dos extremos, podemos encontrar una amplia variedad de actividades y deportes que combinan diferentes proporciones, demandas altas y bajas de energía, prolongadas y breves. Los deportes intermitentes como el fútbol y el rugby son claros ejemplos.
¿Pero, de dónde proviene la energía?
Cuando los alimentos son degradados por el aparato digestivo liberan la energía química contenida en sus enlaces, la cual es transformada por el aparato locomotor en energía mecánica. Esta energía mecánica puede ser, a su vez, transformada en otros tipos de energía, como la energía cinética o de movimiento, energía potencial, o energía térmica.
El sistema ATP-PC se caracteriza porque la obtención de la energía se realiza sin utilizar oxígeno, y sin generar sustancias residuales.
Para ello, este sistema emplea las reservas musculares de ATP y de fosfocreatina. Las reservas de fosfocreatina suelen ser unas tres veces superiores a las de ATP.
La fosfocreatina (PC), es un compuesto formado por dos sustancias: un compuesto que forma creatina y fosfato. El enlace entre estas sustancias almacena una gran cantidad de energía química.
PC + ADP ATP + C (enzima creatina fosfoquinasa)
Cuando existe una gran demanda de energía, que no se puede cubrir por vía aeróbica debido al tiempo que tarda este sistema en comenzar a producirla, en primer lugar se utilizan las reservas de ATP, y a continuación, se degrada la PC, separándose su grupo fosfato y liberando una gran cantidad de energía.
La energía liberada se acopla con los requerimientos energéticos necesarios para resintetizar el ATP a partir del ADP y del fosfato inorgánico, de forma que el ATP es degradado y resintetizado a gran velocidad.
Este sistema es empleado hasta que se agotan las reservas de ATP y PC que el músculo tiene en forma de reservas. Si los requerimientos energéticos son altos, el sistema decae pasados unos 20 o 30 segundos, momento en que se agotan las reservas de PC. Pero las reservas de fosfocreatina se pueden regenerar de forma muy rápida, con uno o dos minutos de recuperación, vuelve hasta alrededor del 90% de su nivel normal.
La importancia de este sistema radica en la rápida disponibilidad de energía, más que en la cantidad, y también en la rápida recuperación de los niveles iniciales de PC.
El Sistema Anaeróbico Láctico
Cuando la elevada demanda energética continúa, y el sistema ATP-PC decae, se inicia un proceso químico que le llama glucólisis, que es independiente de la presencia de oxígeno, y proporciona la energía necesaria para la síntesis de ATP.
Como la demanda de energía es superior a la que es posible obtener por vía aeróbica, los hidratos de carbono son degradados parcialmente de forma anaeróbica (sin oxígeno), produciendo residuos en forma de ácido láctico (músculo) o etanol (bacterias).
Cuando el ácido láctico alcanza concentraciones muy altas en el músculo y en la sangre, se produce una fatiga muscular transitoria, que impide la continuidad de la actividad. Posteriormente, el ácido láctico es empleado en fines diversos. Principalmente es empleado como combustible por el músculo esquelético (que en condiciones normales, con presencia suficiente de oxígeno, es oxidado, en 75-80%), y una parte menor, cerca del 20%, se transforma en glucosa y luego en glucógeno, en el hígado.
Al iniciar una actividad física, el organismo utiliza siempre las reservas de ATP que existen en los músculos.
El ATP es la única fuente directa de energía para formar y romper puentes transversales durante la contracción de los sarcómeros. Durante el ejercicio máximo, el músculo esquelético utiliza hasta 1 x 10-3 mol de ATP/gr de músculo/min. Esta velocidad de consumo de ATP es de 100 a 1000 veces superior al consumo de ATP del músculo en reposo, el cual posee sólo 5 x 10-6 mol/gr de ATP acumulados, por lo que habrá depleción de ATP en menos de 1 seg., si no fuera que existen mecanismos para la generación de ATP de considerable capacidad y rapidez.
Al mismo tiempo, se pone en marcha el metabolismo aeróbico, para ir reponiendo estas reservas.
Pasados unos seis segundos, estas reservas se acaban, y entonces se pone en funcionamiento el sistema ATP-PC, durante unos 20 segundos, momento en que comienza el sistema anaeróbico láctico.
Luego de 2 ó 3 minutos, ya podemos obtener energía por vía aeróbica, y una vez finalizado el ejercicio, este metabolismo continúa hasta reponer todas las reservas de ATP y PC pérdidas, y eliminar el ácido láctico creado durante el período anaeróbico láctico.
Durante una actividad de alta intensidad, como una carrera de 100 m, el ATP será utilizado a una velocidad mucho mayor que aquella con que se lo puede producir por vía aeróbica. En este caso.
1 molécula ATP = 1 molécula de ADP + 1 molécula de Fosfato + energía, que es utilizada por las células para cumplir sus funciones .
Síntesis del ATP
1 molécula ADP + 1 molécula de Fosfato + energía procedente de los alimentos y de la fosfocreatina = 1 molécula de ATP
El concepto de metabolismo se refiere a la totalidad de reacciones químicas que se dan en el organismo.
El "metabolismo aeróbico" se refiere a una serie de reacciones químicas que producen la degradación completa en presencia de oxígeno de los hidratos de carbono y las grasas, produciendo dióxido de carbono, agua y energía. Este proceso tiene lugar en las mitocondrias y consiste en una reacción de oxidación.
El "metabolismo anaeróbico" se refiere a una serie de reacciones que producen una degradación parcial de los hidratos de carbono y las grasas, debido principalmente a una presencia insuficiente de oxígeno, que no permite su oxidación total. El metabolismo anaeróbico produce mucha menos cantidad de energía, y además, residuos en forma de ácido láctico, que en altas cantidades no es tolerado por el músculo y produce fatiga muscular.
Las materias primas que utiliza el metabolismo para producir energía son principalmente: -hidratos de carbono, que son transformados en glucosa, -lípidos, que son transformados en ácidos grasos, y -proteínas, que son transformadas en aminoácidos, y aunque principalmente cumplen una función estructural, de reparación y formación de tejido, en caso de necesidades especiales también contribuyen a la obtención de energía.
La vía aeróbica involucra la oxidación completa de los sustratos (hidratos de carbono, grasas y proteínas) en dióxido de carbono (CO2) y agua (H2O), con producción de energía en forma de ATP. El combustible metabólico por excelencia es la glucosa, tanto endógena (derivada de las reservas de glucógeno corporal) o erógena (la que resulta de la hidrólisis/catabolismo de los hidratos de carbono). Las grasas son inicialmente degradadas mediante una serie de reacciones químicas, conocidas como beta oxidación. Durante este proceso, los ácidos grasos pasan por una serie de reacciones para formar acetil-CoA, de manera que puedan entrar al ciclo de Krebs y al sistema de transporte electrónico.
Es esta vía la que predomina cuando realizamos una actividad moderada, con un gasto energético también moderado, pero sostenido en el tiempo.
La contribución energética de las proteínas fluctúa entre 5% a 15% del combustible utilizado durante el ejercicio. La proteína puede ser utilizada como combustible metabólico durante el ejercicio mediante glucogenólisis (degradación de los aminoácidos en glucosa o glucógeno por el hígado) o por la conversión de los aminoácidos en acetil-CoA, la cual puede ser convertida en ácidos grasos o puede entrar en el ciclo de Krebs para la producción de energía por el hígado. Además, la alanina, un aminoácido subproducto de la glucólisis anaeróbica, se almacena en los músculos esqueléticos y es liberada durante ejercicios prolongados, durante el cual es transportada mediante la sangre hasta el hígado, donde será convertida a glucosa a través de la gluconeogénesis y devuelta a las células musculares para su uso como combustible metabólico.
Las reacciones químicas que producen ATP con la presencia de oxígeno se efectúan a través de 3 vías metabólicas, las cuales son: la glucólisis, el ciclo de Krebs y la cadena respiratoria (o cadena de transporte de electrones). La glucólisis se lleva a cabo en el citoplasma de la célula, mientras que el ciclo de Krebs se produce en la matriz mitocondrial, y el sistema de transporte electrónico en la membrana mitocondrial interna.
El metabolismo aeróbico tiene la ventaja de producir una cantidad de energía suficiente para elaborar 36-38 moléculas de ATP a partir de cada molécula de glucosa (180 gramos) que es oxidada completamente en dióxido de carbono (CO2) y agua (H2O). Puede producir además 130 moléculas de ATP a partir del catabolismo de 256 gramos de grasa.
¿Por qué no se forma ácido láctico en la vía aeróbica?
De hecho sí se forma alguna cantidad de ácido láctico, pero no el suficiente para provocar fatiga muscular. El oxígeno inhibe la formación de ácido láctico al desviar la mayoría de su precursor (el ácido pirúvico) al ciclo de Krebs (en su forma de acetil-CoA).
El problema de este sistema es que requiere la presencia de oxígeno para poder generar su energía. Esto implica que deportes explosivos que sean de corta duración (anaeróbicos) no pueden depender de este sistema para la producción de ATP. Por otra parte, la formación de ATP es lenta, puesto que requiere de tres tipos de reacciones químicas (glucólisis, ciclo de Krebs y el sistema de transporte electrónico). La realidad es que la producción aeróbica de ATP no ocurre hasta que llegue el oxígeno a la célula, y este proceso toma tiempo (alrededor de 3 a 5 minutos) ya que debe atravesar varias estructuras anatómicas del organismo (pulmones, sangre/hematíes, corazón, vasos arteriales sistémicos, capilares a nivel de las células/fibras músculo-esqueléticas, membrana celular, y, por último, el interior celular). Entonces en ese lapso de tiempo el organismo debe obtener la energía necesaria por otras vías: en primer lugar moviliza las reservas musculares de ATP. Una vez que se agotan, si la necesidad energética continúa, se pone en marcha el sistema ATP-PC (fosfocreatina) o anaeróbico aláctico. Si pasan entre 20 y 30 segundos y sigue existiendo una alta demanda de energía, entra en funcionamiento el sistema anaeróbico láctico.
