Introducción al Metabolismo Energético
La energía es la capacidad para realizar trabajo. Durante el ejercicio, el sistema endocrino, a través de hormonas, actúa sobre las enzimas para asegurar un suministro energético adecuado.
Gracias a la función digestiva, obtenemos los sustratos necesarios que serán oxidados para generar ATP (adenosín trifosfato), la moneda energética celular. Los mecanismos de regulación cardiovascular y respiratoria ajustan variables para suministrar el oxígeno (O₂) necesario y eliminar el dióxido de carbono (CO₂) producido.
Sistemas de Provisión de Energía
Los sistemas de provisión de energía son dispositivos fisiológicos capaces de proveer la energía necesaria para los trabajos orgánicos. Estos sistemas se encuentran en todas las células del organismo, ya que todas ellas deben realizar trabajos como la síntesis de moléculas biológicas, transportes activos y el mantenimiento de potenciales de membrana, etcétera.
En el músculo esquelético en actividad intensa, se registra el mayor costo energético en comparación con el gasto a nivel basal, de todos los trabajos orgánicos.
Obtención de Energía del ATP
¿Cómo obtenemos la energía de la molécula de ATP para utilizarla en el ejercicio?
La ruptura de la unión de alta energía del ATP y la consecuente liberación de la energía contenida dependen de la acción de una enzima capaz de catalizar dicha reacción de lisis: la ATPasa. No existe manera alguna de utilizar la energía del ATP sin la acción de esta enzima.
Control Intrínseco Celular de la Energía
El control de la provisión de energía se desarrolla en fases:
Primera Fase: Puesta en Marcha
Se inicia por la misma contracción muscular. El trabajo muscular activa las ATPasas (ubicadas en las cabezas de miosina), lo que implica la utilización de energía y el gasto de ATP. Esto genera un consumo inicial y la consecuente disminución de las moléculas de ATP que ya estaban disponibles en muy escasa cantidad en la célula.
Segunda Fase: Continuidad
Si la actividad continúa, el aporte metabólico aumenta en proporción directa a la intensidad del ejercicio, un fenómeno conocido como retroalimentación positiva. Esta escasez de ATP desencadena una cascada de reacciones químicas que activan los distintos sistemas de provisión de energía, dependiendo de la intensidad y duración del ejercicio.
- Al inicio, el músculo utiliza sus propias reservas de glucógeno.
- A medida que aumenta el tiempo del ejercicio, la glucosa hepática satisface las necesidades (mayor secreción de glucagón).
- Cuando las reservas de glucógeno se agotan, la dependencia de las grasas aumenta (mayor secreción de adrenalina activa a la lipasa para desdoblar triglicéridos).
- Los ácidos grasos liberados llegan al músculo para ser utilizados como combustible.
- El glicerol, producto de la lipólisis, es convertido en glucosa en el hígado.
Regulación Hormonal: Insulina y Glucosa
Efectos de Niveles Elevados de Insulina
Los niveles altos de insulina reducen la glucosa en el torrente sanguíneo, impulsándola hacia el músculo, el tejido graso y las células del hígado, donde se almacena para uso futuro. La insulina es una hormona que facilita la eliminación del exceso de glucosa, convirtiéndola en ácidos grasos (promoviendo la obesidad si hay un exceso crónico).
Por lo tanto, su función principal se centra en la homeostasis sanguínea de la glucosa, aunque también influye en el metabolismo celular.
Función de la Insulina en la Difusión Facilitada de Glucosa
Actividad Física e Insulina
- El ejercicio aumenta el número de receptores de insulina en las membranas celulares.
- Esto disminuye la necesidad de mantener niveles altos de insulina.
- El ejercicio estimula la unión de la insulina con los receptores en las fibras musculares, lo que significa que se requiere menos insulina para facilitar la entrada de glucosa a la célula muscular.
Clasificación de los Sistemas de Provisión de Energía
Se identifican tres sistemas principales de provisión de energía:
- Sistema Anaeróbico Alactácido, también conocido como sistema ATP-Fosfocreatina (ATP-PC) o sistema de los Fosfágenos.
- Sistema Anaeróbico Láctico, o sistema de la Glucólisis (Glucolítico).
- Sistema Aeróbico.
Potencia y Capacidad de los Sistemas Energéticos
Funcionalmente, dos características clave de un sistema de provisión de energía son su potencia y su capacidad:
- La potencia es la máxima cantidad de energía que el sistema es capaz de entregar por unidad de tiempo.
- La capacidad es el total de energía que el sistema es capaz de entregar.
Sistema ATP-PC (Fosfágeno o Anaeróbico Aláctico)
La fosfocreatina (PCr) es una molécula presente en el músculo en una concentración tres a cinco veces mayor que el ATP y es muy energética. Reconstruye el ATP para un suministro rápido y constante; la energía se utiliza para unir un grupo fosfato (Pi) a una molécula de ADP, formando ATP.
- Es el sistema de provisión de energía más potente, pero con la menor capacidad.
- Es capaz de entregar energía hasta por 20 o 30 segundos.
- Por debajo de los 10 segundos iniciales de un ejercicio de alta intensidad, es el sistema que se encuentra realmente “a cargo” del sostenimiento de la actividad.
Características del Sistema de los Fosfágenos
- Capacidad: Depende de la disponibilidad de moléculas de fosfocreatina (aproximadamente 120-140 gramos en el músculo). La PCr se recupera en su totalidad entre los 5 y 10 minutos post-ejercicio.
- Potencia: Su potencia está relacionada con el reclutamiento de fibras musculares rápidas (tipo II).
Sistema Glucolítico Anaeróbico (Láctico)
- Este sistema tiene una potencia menor a la del sistema de los fosfágenos, pero mucho mayor que la del sistema aeróbico.
- Su capacidad es mayor que la del sistema ATP-PC, pero mucho menor que la del sistema aeróbico (ciclo de Krebs).
- Puede entregar energía en un ejercicio bastante intenso durante un total de unos 90 segundos.
- Entre los 20 y los 30 segundos de un esfuerzo máximo, es el sistema que se encuentra realmente “a cargo” del sostenimiento del ejercicio.
En el citoplasma de las células, las moléculas de glucosa son degradadas mediante un conjunto de reacciones químicas, obteniendo ATP de manera rápida y, como producto final, ácido pirúvico. En la célula muscular, el ácido pirúvico puede transformarse en acetil-coenzima A (Acetil-CoA) o ácido láctico.
Cuando se forma ácido láctico, que es un ácido fuerte, un recurso es eliminarlo y enviarlo a la sangre; otro es, por medio del Ciclo de Cori, enviarlo al hígado y reconvertirlo en glucosa.
Regulación del pH y Metabolismo del Lactato
El pH: Potencial de Hidrógeno
El pH es una medida para determinar el grado de alcalinidad o acidez de una solución, indicando la concentración de iones de hidrógeno (H⁺) en una disolución.
La preservación del pH es vital para las células, ya que las enzimas que catalizan reacciones son eficientes solo dentro de límites muy estrechos. Los sistemas de amortiguadores o “buffers” son los encargados de mantener el pH en valores compatibles con la vida.
Rol del Hígado en la Glucemia y el Ciclo de Cori
El hígado es el único órgano que suministra glucosa al resto de los tejidos y órganos, y el que mantiene la glucemia durante el ejercicio. En el hígado, el lactato es reconvertido en piruvato y luego en glucosa (gluconeogénesis). Esta glucosa pasa a la circulación sanguínea y puede volver a ser utilizada por otros tejidos como fuente energética (glucólisis).
El Ciclo de Cori es la circulación cíclica de la glucosa y el lactato entre el músculo y el hígado.
Resistencia Anaeróbica: Tipos
Anaeróbica Aláctica (ATP-PC)
- Ejercicios de muy alta intensidad.
- Tiempo breve (entre 6 y 30 segundos).
- Dicho esfuerzo no produce ácido láctico.
- Ejemplo: un sprint de 30 metros.
Anaeróbica Láctica (Glucolítica Láctica)
- Ejercicios de muy alta intensidad.
- Tiempo breve (1 a 3 minutos).
- Dicho esfuerzo produce ácido láctico, lo que disminuye la intensidad del esfuerzo.
- Ejemplo: carrera de 1000 metros a máxima intensidad.
Limitaciones del Sistema Glucolítico Anaeróbico Láctico
- Capacidad y Potencia: Cuando el descenso del pH alcanza aproximadamente 6.3, las enzimas de esta vía comienzan a inhibirse.
- Esta acidez es provocada por el mismo ácido láctico producido por la propia vía metabólica.
- Por lo tanto, la incapacidad de neutralizar el ácido es lo que parece limitar la glucólisis.
La acumulación de lactato o ácido láctico en sangre ocurre cuando la producción es superior a la eliminación.
Umbral de Lactato y Mediciones
El umbral de lactato es el punto en que el lactato sanguíneo comienza a acumularse por encima de los niveles de reposo durante el ejercicio intenso (en actividades leves y moderadas, permanece levemente por encima del nivel de reposo).
La manera más común de medir el lactato es mediante una prueba de ejercicio graduado. Por ejemplo, el atleta corre, nada o rema en velocidades progresivamente más rápidas mientras el entrenador, técnico o fisiólogo del deporte mide el nivel de lactato en cada velocidad. El entrenamiento adecuado puede permitir mantener niveles altos de esfuerzo durante más tiempo.
Consumo de Oxígeno (VO₂) y VO₂ Máximo
El consumo de O₂ (VO₂) refleja la cantidad de oxígeno que consume o utiliza el organismo. En reposo, es aproximadamente 3.5 ml/kg/min, lo que representa cerca de 400 L de O₂ por día. El consumo de oxígeno se relaciona directamente con las necesidades de energía, de forma que al hacer ejercicio el organismo necesita más oxígeno para la obtención metabólica de energía a partir de los sustratos energéticos (azúcares y grasas).
A mayor demanda de energía, mayor consumo de oxígeno:
- Durante la fase inicial de un ejercicio, el consumo de oxígeno es insuficiente para los requerimientos metabólicos (fuentes de energía anaeróbicas).
- Si el ejercicio se mantiene de forma estable, el consumo de oxígeno no se estaciona en el nivel que corresponde al del ejercicio que se está realizando hasta que no transcurren unos minutos.
- Al aumentar la intensidad del esfuerzo, llega un punto en que la hemoglobina en la sangre alcanza su capacidad máxima de transporte de oxígeno y el VO₂ no sigue subiendo. A este punto se le denomina VO₂ máximo.