Sistemas Energéticos
Sistemas Energéticos
Adelante!
En nuestro cuerpo actúan tres sistemas energéticos que
se encuentran constantemente proveyendo energía para el funcionamiento de todos
los procesos que posibilitan la vida. Esta energía la provee un compuesto
conocido como ATP o adenosín tri fosfato. En el tratado de
fisiología de Guyton y Hall lo abordan de la siguiente manera:
“ El ATP es un nucleótido compuesto por:
1) la base nitrogenada adenina;
2) el azúcar pentosa ribosa, y
3) tres radicales fosfato.
Los dos últimos radicales fosfato están conectados con el resto de la molécula mediante los denominados enlaces de fosfato de alta energía, que están representados en la fórmula por el símbolo ~. En las condiciones físicas y químicas del organismo cada uno de esos enlaces de alta energía contiene aproximadamente 12.000 calorías de energía por molécula de ATP ⚡, cifra muchas veces mayor que la energía almacenada en un enlace químico medio, dando lugar al término enlace de alta energía.
Además, el enlace de fosfato de alta energía es muy frágil, por lo que puede dividirse instantáneamente a demanda siempre que se requiera energía para promover otras reacciones intracelulares. Cuando el ATP libera su energía se separa un radical de ácido fosfórico (o Pi - fósforo inorgánico) y se forma difosfato de adenosina (o ADP). La energía liberada se usa para muchas de las demás funciones celulares, como la síntesis de sustancias y la contracción muscular.” (📚 Tratado de Fisiología Médica – 12da Edición – Guyton y Hall.)
Como mencioné, están en funcionamiento tres sistemas energéticos y su función es crear esta molécula de gran valor como lo es el ATP. El primer sistema se denomina ATP-PC (PC
significa Fosfocreatina), el segundo GLUCOLISIS ANAERÓBICA (en donde se
utiliza la glucosa como materia prima) y el tercero, SISTEMA OXIDATIVO.
Recordemos lo siguiente:
Todos los sistemas funcionan al mismo tiempo, pero dependiendo
de la intensidad y la duración del ejercicio tendrá más preponderancia un sistema por
sobre otros. Lo importante es que nunca falte la fuente de energía, que es
el ATP.
Ejemplos gráficos de la demanda de cada uno de los sistemas:
ATP-PC
El primer sistema se llama ATP-PC (PC por Fosfocreatina - también se lo llama sistema de los fosfágenos), En un sprint de corta duración (máxima intensidad) todo el ATP disponible libera su energía y para ello se hidroliza en contacto con el agua (mediante una enzima llamada ATPasa), el resultado es energía ⚡⚡⚡ y una molécula de ADP (adenosín DI fosfato). Quiere decir que el ATP libera su energía almacenada y se transforma ahora en ADP.
Luego la fosfocreatina (PC) cede su fósforo al ADP para transformarlo en ATP nuevamente (gracias a la intervención de la enzima CPK), el resultado es energía ⚡ (porque el ATP que recién se creo se hidroliza para generar más energía de nuevo), creatina sin su P (fosforo) y un ADP.
Para finalizar, al disminuir la reserva de PC un ADP cede su fósforo a otro ADP (mediante la enzima ADK), y el resultado es energía ⚡ y un AMP (adenosín MONO fosfato).
ADP+ADP= ATP + AMP
El sistema ATP-PC se lleva a cabo en el citoplasma celular sin precisar del oxígeno (O2) para su funcionamiento, dura entre 0 y 12 segundos aproximadamente, entrega mucha energía en poco tiempo y no produce lactato (por lo que se denomina alactácido). El aumento de AMP de este sistema estimula a la enzima Fosfo fructo Kinasa (o PFK para los amigos) para que reactive el segundo sistema energético, la glucolisis anaeróbica.
Ejemplo deportivo del sistema: 100 mts llanos.
GLUCÓLISIS ANAERÓBICA
En este sistema se utiliza como fuente de energía a la glucosa (proveniente de los alimentos ingeridos). La regulación de la glucosa depende de dos hormonas del páncreas, la insulina (permeabilidad celular de glucosa, en músculos y tejido adiposo) y el glucagón, estas hormonas son las encargadas de regular la glucosa en sangre (sistema endócrino y entrenamiento).
La actividad muscular también
incrementa el ritmo de liberación de catecolaminas por la médula adrenal, y
estas hormonas (adrenalina
y noradrenalina) trabajan con el glucagón
(células alfa de los islotes de Langerhans del páncreas) para aumentar todavía
más la glucogenólisis (que es el catabolismo del glucógeno en glucosa para ser liberada a la sangre).
Al ingresar la glucosa al
citoplasma la enzima hexoquinasa la transforma en glucosa 6 fosfato para que no
vuelva a salir a la sangre (por su alta demanda). También la célula tiene una
reserva propia de glucosa, denominado glucógeno como había mencionado; cuando el requerimiento es preciso,
la enzima fosforilasa obtiene glucosa 1 fosfato del glucógeno. Éste último componente
no solo se encuentra dentro de la célula muscular, sino también en el hígado,
en donde la enzima Fosfatasa Glucogénica
es la encargada de la glucógenolisis (degradación de glucógeno en glucosa).
Volvamos a la glucosa...
Ya transformada en glucosa 6 P la enzima PFK la convierte en fructosa 6 P, en la glucolisis suceden distintas reacciones químicas en donde se producen ATP y protones de hidrógeno, estos últimos (H) serán captados por coenzimas que trasportan dichas cargas hacía el ciclo de Krebs (dentro de la mitocondria), son los denominados NAD (nicotinamida adenina dinucleótido) que en este caso son citoplasmáticos (hay otros que son solo mitocondriales).
El producto o fase final por así decirlo de la glucolisis anaeróbica es el piruvato, que en condiciones favorables de O2, ingresará a la mitocondria,
se transformará en Acetil-CoA gracias
a una coenzima llamada A-2 para poder ingresar en el ciclo de Krebs perteneciente al
tercer sistema energético.
Con respecto a la glucolisis,
si la intensidad del ejercicio es submáxima y se prolonga por encima de los dos
minutos (que sería el tope del sistema), la cantidad de protones de hidrógenos en el citoplasma (y sabiendo que el plasma
amortigua el 5%) es muy alta y puede acidificar el medio. Dicha acidez inhibe, o sea no permite trabajar, a
la encima PFK la cual frena la generación de energía en este sistema (YO ASÍ NO TRABAJO!).
Pero si esto no fuera así y la intensidad bajara estaríamos dentro del sistema aeróbico u oxidativo, sabiendo que tiene una velocidad inferior en la prestación de energía (genera menos ATP pero lo podemos sostener en el tiempo). Podemos decir que el piruvato que no ingresa en la mitocondria al aceptar protones de hidrogeno gracias a la actuación de la enzima LDH 5 es transformado en el famoso LACTATO.
Éste lactato puede ser reutilizado para crear energía por otras vías (no es un desecho). Y para ello podemos mencionar tres caminos, el primero es en la fibra adyacente (con otras mitocondrias de otras fibras menos utilizadas) en donde se vuelve a transformar en piruvato mediante la enzima LDH 1 para luego ingresar en el ciclo de Krebs de la mitocondria de la fibra adyacente. La segunda vía es el denominado Ciclo de Cori que ocurre en el hígado, por lo que el lactato tuvo que viajar por la sangre. Esta reacción se la denomina gluconeogénesis, la glucosa obtenida por esta vía puede quedarse en el hígado como reserva (glucógeno) o bien volver al torrente sanguíneo para ser utilizado en los músculos que se están trabajando. Por último, el tercer camino es en las mitocondrias del músculo cardiaco ♥️, es más lento, pero nos ayuda en el shuttle en las pausas ya que el corazón es el único músculo que sigue activo.
Ejemplo deportivo del sistema: 400 mts con vallas.
SISTEMA OXIDATIVO
“El sistema oxidativo es el
proceso mediante el cual el cuerpo descompone combustibles con la ayuda de
oxígeno para generar energía también se lo llama respiración celular. Dado que se emplea
oxígeno, éste es un proceso aeróbico. Esta producción oxidativa de ATP se realiza
dentro de la mitocondria. Los músculos necesitan de un
aporte constante de energía para producir continuamente la fuerza necesaria
durante las actividades de larga duración. A diferencia de la producción
anaeróbica de ATP, el sistema oxidativo produce una tremenda cantidad de
energía, por lo que el metabolismo aeróbico es el método principal de
producción de energía durante las pruebas de resistencia. Esto impone
considerables demandas a la capacidad del cuerpo para liberar oxígeno en los músculos
activos”.(
Una vez formado el Acetil-CoA (Que viene del piruvato, que viene de esa glucosa que ingresó a la célula y que son 2 carbonos) entra en el ciclo de Krebs (ciclo del ácido cítrico) que está compuesta por una serie compleja de reacciones químicas que permiten la oxidación completa del acetil-CoA.
Al final
de este ciclo, se han formado 2 moléculas de ATP y el sustrato (el compuesto
sobre el que actúan las enzimas, en este caso los hidratos de carbono
originales) se ha descompuesto en carbono e hidrógeno. El carbono restante
se combina entonces con oxígeno para formar CO2 (dióxido de carbono). Este CO2
se difunde fácilmente fuera de las células y es transportado por la sangre
hasta los pulmones para ser espirado.
El resultado del ciclo de Krebs es ATP y CO2 y el resultado de la cadena transportadora de electrones es ATP y H2O.
El agua se unirá con el CO2 mediante la enzima anhidrasa carbónica
para formar ácido carbónico, éste saldrá a la sangre como bicarbonato para
luego hacer la conversión inversa en los pulmones, liberando CO2 y H2O (sistema
buffer). Si el ejercicio es de alta intensidad la hormona ADH (antidiurética
o vasopresina segregada por el lóbulo posterior de la hipófisis) conservará el
agua corporal minimizando el riesgo de deshidratación durante estos períodos de
sudoración intensa. Junto a la ADH trabaja la aldosterona (corteza
adrenal), la cual retiene Sodio.
Durante la glucolisis, se
libera hidrógeno mientras se metaboliza la glucosa, que se convierte en piruvato.
Durante el ciclo de Krebs se libera más hidrógeno. Si permanece en el sistema,
el interior de la célula se vuelve demasiado acido.
El ciclo de Krebs (en la mitocondria) va unido a
una serie de reacciones conocidas como la cadena transportadora de electrones o fosforilación oxidativa.
El hidrógeno liberado durante la glucolisis y durante el ciclo de Krebs se
combina con dos coenzimas: NAD y FAD (exclusiva de la mitocondria). Éstas coenzimas llevan los átomos de hidrógeno hacía la cadena de transporte de electrones,
donde se dividen en protones y electrones. Al final de la cadena, el H+ se
combina con el oxígeno para formar agua, impidiendo así la acidificación.
Los electrones separados del
hidrógeno pasan por una serie de reacciones, de aquí el nombre de cadena de
transporte de electrones, y finalmente proporcionan energía para la
fosforilación de ADP, formando así ATP. Puesto que este proceso precisa oxígeno
recibe la denominación de fosforilación oxidativa.
El sistema oxidativo puede generar hasta 39 moléculas de ATP a partir de una molécula de glucosa. Si el proceso comienza con glucosa, el beneficio neto es de 38 moléculas de ATP (recordemos que antes de que la glucolisis comience se usa una molécula de ATP para convertirla en glucosa-6-fosfato).
NAD (oxidado) sin ion hidrógeno
NADH (reducido) con ion hidrógeno
FAD (oxidado) sin ion hidrógeno
FADH (reducido) con ion hidrógeno
Debe repararse en que las moléculas
de NAD reducido (NADH) formadas en el citoplasma no pueden entrar directamente
en las mitocondrias. Deben ceder sus electrones al NADH o a las moléculas
transportadoras de FAD reducido (FADH) en la cadena de transporte de
electrones. Dos moléculas citoplasmáticas de NADH, que ceden sus electrones al
NADH mitocondrial, generan seis moléculas de ATP, en comparación con cuatro
moléculas de ATP, cuando sus electrones se ceden al FADH mitocondrial. Por
tanto, cuando el FADH es el transportador, solo pueden generarse hasta 36
moléculas de ATP a partir de glucosa, y 37 moléculas de ATP a partir de
glucógeno.
Por ejemplo: Maratón.
¿Qué pasa con las grasas?
Las grasas también contribuyen
a las necesidades energéticas de los músculos. Las reservas de glucógeno en el
hígado y en los músculos pueden proporcionar solamente de 1500 a 2500 kcal de
energía, pero la grasa almacenada dentro de las fibras musculares y en nuestras
células grasas (adipocitos) puede proporcionar entre 70.000 y 75.000 kcal. Solo los
triglicéridos son fuentes de energías importantes y deben descomponerse en sus
unidades básicas: Una molécula de glicerol y tres moléculas de ácidos grasos
libres. Este proceso se llama lipolisis y lo llevan a cabo unas enzimas
conocidas como lipasas. Los ácidos grasos libres o AGL son la fuente energética principal. También
actúan hormonas como el glucagón (páncreas), la epinefrina (adrenalina), la
norepinefrina (noradrenalina), la hormona de crecimiento (GH - alas
laterales de la adenohipófisis) y el cortisol (glándula suprarrenal).
El catabolismo de los AGL
dentro de las mitocondrias recibe la denominación de beta oxidación. En este
caso, la cadena de carbono de un AGL es dividida en unidades de 2-carbonos separadas de ácido acético, y cada molécula de ácido Acético se convierte
entonces en acetil-CoA que ingresa al ciclo de Krebs dentro de la mitocondria.
¿Qué pasa si entrenamos más de dos horas?
Luego de las dos horas de un
trabajo aeróbico el cuerpo intenta obtener energía a cualquier costa, por lo
que en este momento podemos ver el ciclo de Alanina, que en líneas generales es
obtener glucosa a partir de aminoácidos. El proceso de glutamato aminoácido a
Beta Glutarato transforma al aminoácido en Alanina para que pueda circular por
la sangre. Una vez en el hígado, la Alanina sufre la reacción inversa y es
convertida en Piruvato, que luego de la gluconeogénesis (hormonas glucagón y
cortisol), es convertida en glucosa.
Recordemos que la única fuente de aminoácidos del cuerpo son los músculos, por que este proceso precisa la degradación de las proteínas o proteólisis.
Adaptación al entrenamiento
Todo entrenamiento pensado
presenta el estímulo necesario como para provocar una adaptación a lo largo del tiempo. Se lo conoce
como síndrome general de adaptación (H. Selye). La reacción a este estrés o
estímulo es general/inespecífica (producida sobre todo el organismo en general)
y especifica (producida fundamentalmente sobre algún órgano o sistemas
concretos). El estrés, como reacción defensiva y adaptativa, crea una sólida
base metodológica para revelar la esencia del entrenamiento deportivo como
complejo de adaptación (T. Zhelyazkov, 2001). El aumento en la intensidad del
ejercicio estimula la actuación del cortisol, ésta aumenta en ejercicios
prolongados (maratón, ciclismo de larga duración) y promueve la proteólisis, la
gluconeogénesis hepática, antagoniza respuesta de la insulina y sensibiliza
respuesta a catecolaminas.
Veamos, un atleta tiene un
indicador de su nivel de estrés (producido por el volumen, la intensidad, la
densidad y el tipo de ejercicio empleado) a éste indicador se lo llama
Capacidad de rendimiento máximo (CRM), es la máxima carga global. Pero ésta
carga no la puede hacer en todas las sesiones de entrenamiento, por lo que se
trabaja en ciertos porcentajes, que estarán determinados por la capacidad de
rendimiento actual (CRA). Entonces, la CRA es el porcentaje de la CRM.
Ahora bien, con respecto a la CRA existe un grado de carga o esfuerzo, a esto lo llamamos la exigencia de entrenamiento (EE). La mayor o menor aproximación a la capacidad de rendimiento actual en cada sesión de entrenamiento determina el valor de carga empleado. La sucesión de exigencias de entrenamiento (EsE) a través de un ciclo de trabajo constituye en sí misma la propia programación del entrenamiento. No se sabe ni probablemente se sabrá nunca con precisión cuál debe ser la exigencia de entrenamiento EE en cada sesión – aunque siempre hay que intentar conocerla lo mejor posible - , pero sí parece bastante probable que el resultado final está estrechamente relacionado con la secuencia de exigencias de entrenamiento EsE. La programación, como hemos indicado, es una secuencia de exigencias de entrenamiento EsE.
El técnico desarrolla y anticipa esta secuencia basándose en su propia experiencia y en sus conocimientos teóricos, pero necesita aproximarse en la mayor medida posible a la cuantificación y valoración diaria de cada exigencia de entrenamiento EE real, y, en función de dichas valoraciones, decidir cómo ajustar las EsE previstas para mantener la unidad de la programación, o dicho en otras palabras, para mantener el entrenamiento programado.
Resumiendo
Vimos cómo se produce energía
necesaria para realizar los trabajos físicos. En esa producción de energía eran
elementos indispensables, por lo menos en los que a esfuerzos superiores a dos
minutos se refiere, el oxígeno y los combustibles procedentes de los alimentos
(hidratos de carbono, grasas y proteínas). Estos combustibles, vimos que
estaban almacenados en ciertas células del organismo, y cuando se precisaba su
utilización, eran transportados por la sangre hasta las células musculares. Sin
embargo, el oxígeno se encuentra en el exterior del organismo, en el aire del
medio ambiente que nos rodea, y desde allí tiene que llegar al interior de la célula,
y más concretamente, como hemos visto, de la mitocondria, para que sea
utilizado en la producción de energía.
Para que los músculos puedan
efectivamente realizar la mayor cantidad de trabajo posible, se requiere que
sus células sean capaces de utilizar o consumir todo ese oxígeno que pone a su
disposición el sistema transportador. Por lo tanto, los músculos capaces de
consumir la mayor cantidad de oxígeno posible podrán realizar la mayor cantidad
de trabajo muscular, y éste dependerá de la capacidad del organismo para
captar, transportar y utilizar el oxígeno, es decir, dependerá de su consumo máximo de oxígeno o VO2 Máx. Mejorado por las hormonas GH y cortisol.
Ojalá hayas disfrutado de esta entrada de Blog tanto como yo. Fuerte abrazo!
REFERENCIAS:
·
Tratado de Fisiología Médica – 12da Edición –
Guyton y Hall.
·
Fisiología del esfuerzo y del deporte – 6ta
Edición – Jack H. Wilmore & David L. Costill – Editorial Paidotribo
·
Bases de la programación del Entrenamiento de
Fuerza – Juan José González Badillo y Juan Ribas Serna – Editorial INDE.
·
Medicina del ejercicio físico y del deporte para
la atención de la salud – Ricardo Ortega y Sanchez – Pinilla – Editorial Diaz
de Santos
·
Fisiología del deportista – 2da Edición – Victor
Sergeyevich Mischchenko – Vladimir Dmitriyevich Monogarov. Edtorial Paidotribo
·
La Fuerza – Entrenamiento para Jóvenes - Antonio Vasconcelos Raposo – Editorial
Paidotribo
· Periodización – Teoría y Metodología del entrenamiento – Tudor O. Bompa – Editorial Hispano Europa
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