Tres sistemas de energía metabólica

Usualmente hablamos de energía en términos generales, como en "No tengo mucha energía hoy" o "Puedes sentir la energía en la habitación". Pero, ¿qué es realmente la energía? ¿De dónde sacamos la energía para movernos? ¿Cómo lo usamos? ¿Cómo podemos obtener más? En definitiva, ¿qué controla nuestros movimientos? Las tres vías de energía metabólica son sistema fosfágeno, glucólisis y el sistema aeróbico. ¿Cómo funcionan y cuál es su efecto?

Albert Einstein, en su infinita sabiduría, descubrió que la energía total de un objeto es igual a la masa del objeto multiplicada por el cuadrado de la velocidad de la luz. Su fórmula para la energía atómica, E = mc², se ha convertido en la fórmula matemática más reconocida en el mundo. Según su ecuación, cualquier cambio en la energía de un objeto causa un cambio en la masa de ese objeto. El cambio en la energía puede venir en muchas formas, incluyendo mecánica, térmica, electromagnética, química, eléctrica o nuclear. La energía está a nuestro alrededor. Las luces de tu casa, un microondas, un teléfono, el sol; todos transmiten energía Aunque la energía solar que calienta la tierra es bastante diferente de la energía utilizada para subir una colina, la energía, como nos dice la primera ley de la termodinámica, no puede crearse ni destruirse. Simplemente se cambia de una forma a otra.

Re-Síntesis de ATP

La energía para toda la actividad física proviene de la conversión de fosfatos de alta energía (adenosina) trifosfato-ATP) a fosfatos de baja energía (adenosina) difosfato-ADP; adenosina monofosfato-AMP; y fosfato inorgánico, P_i) Durante esta descomposición (hidrólisis) de ATP, que es un proceso que requiere agua, se produce un protón, energía y calor: ATP + H₂O -^© ADP + P_i + H⁺ + energía + calor. Dado que nuestros músculos no almacenan mucho ATP, debemos resintetizarlo constantemente. La hidrólisis y la resíntesis de ATP es, por lo tanto, un proceso circular: el ATP se hidroliza en ADP y P_i, y luego ADP y P_i combinar para resintetizar ATP. Alternativamente, dos moléculas de ADP pueden combinarse para producir ATP y AMP: ADP + ADP -^© ATP + AMP.

Al igual que muchos otros animales, los humanos producen ATP a través de tres vías metabólicas que consisten en muchas reacciones químicas catalizadas por enzimas: el sistema de fosfágeno, la glucólisis y el sistema aeróbico. La vía que usan sus clientes para la producción primaria de ATP depende de la rapidez con que la necesiten y de la cantidad que necesiten. Levantar pesas pesadas, por ejemplo, requiere energía mucho más rápido que trotar en la cinta, lo que requiere la dependencia de diferentes sistemas de energía. Sin embargo, la producción de ATP nunca se logra mediante el uso exclusivo de un sistema de energía, sino más bien mediante la respuesta coordinada de todos los sistemas de energía que contribuyen en diferentes grados.

1. Sistema de Fosfágeno

Durante actividades intensas a corto plazo, los músculos deben producir una gran cantidad de energía, lo que crea una gran demanda de ATP. El sistema de fosfágeno (también llamado sistema ATP-CP) es la forma más rápida de resintetizar ATP (Robergs & Roberts 1997). El fosfato de creatina (CP), que se almacena en los músculos esqueléticos, dona un fosfato al ADP para producir ATP: ADP + CP -^© ATP + C. No se usan carbohidratos o grasas en este proceso; la regeneración de ATP proviene únicamente del CP almacenado. Como este proceso no necesita oxígeno para resintetizar el ATP, es anaeróbico o independiente del oxígeno. Como la forma más rápida de resintetizar el ATP, el sistema de fosfágeno es el sistema de energía predominante utilizado para el ejercicio completo que dura hasta aproximadamente 10 segundos. Sin embargo, dado que existe una cantidad limitada de CP y ATP almacenados en los músculos esqueléticos, la fatiga se produce rápidamente.

2. Glicólisis

La glucólisis es el sistema de energía predominante utilizado para el ejercicio completo que dura desde los 30 segundos hasta alrededor de 2 minutos y es la segunda forma más rápida de resintetizar el ATP. Durante la glucólisis, los carbohidratos, en forma de glucosa sanguínea (azúcar) o glucógeno muscular (la forma almacenada de glucosa), se descomponen a través de una serie de reacciones químicas para formar piruvato (el glucógeno se descompone primero en glucosa a través de un proceso llamado glucogenólisis). Por cada molécula de glucosa descompuesta en piruvato a través de la glucólisis, se producen dos moléculas de ATP utilizable (Brooks et al. 2000). Por lo tanto, se produce muy poca energía a través de esta vía, pero la compensación es que se obtiene la energía rápidamente. Una vez que se forma el piruvato, tiene dos destinos: conversión en lactato o conversión en una molécula intermediaria metabólica llamada acetil coenzima A (acetil-CoA), que ingresa a las mitocondrias para oxidarse y producir más ATP (Robergs & Roberts 1997). La conversión a lactato ocurre cuando la demanda de oxígeno es mayor que el suministro (es decir, durante el ejercicio anaeróbico). Por el contrario, cuando hay suficiente oxígeno disponible para satisfacer las necesidades de los músculos (es decir, durante el ejercicio aeróbico), el piruvato (a través de acetil-CoA) ingresa a las mitocondrias y pasa por el metabolismo aeróbico.

Cuando el oxígeno no se suministra lo suficientemente rápido para satisfacer las necesidades de los músculos (glucólisis anaeróbica), hay un aumento en los iones de hidrógeno (lo que hace que el pH muscular disminuya, una condición llamada acidosis) y otros metabolitos (ADP, P_i e iones potasio). La acidosis y la acumulación de estos otros metabolitos causan una serie de problemas dentro de los músculos, incluida la inhibición de enzimas específicas involucradas en el metabolismo y la contracción muscular, inhibición de la liberación de calcio (el desencadenante de la contracción muscular) de su sitio de almacenamiento en los músculos, y interferencia con las cargas eléctricas de los músculos (Enoka y Stuart 1992; Glaister 2005; McLester 1997). Como resultado de estos cambios, los músculos pierden su capacidad para contraerse eficazmente y, en última instancia, disminuyen la producción de fuerza muscular y la intensidad del ejercicio.

3. Sistema aeróbico

Dado que los seres humanos evolucionaron para actividades aeróbicas (Hochachka, Gunga y Kirsch 1998; Hochachka y Monge 2000), no es sorprendente que el sistema aeróbico, que depende del oxígeno, sea el más complejo de los tres sistemas de energía. Las reacciones metabólicas que tienen lugar en presencia de oxígeno son responsables de la mayor parte de la energía celular producida por el organismo. Sin embargo, el metabolismo aeróbico es la forma más lenta de resintetizar el ATP. El oxígeno, como patriarca del metabolismo, sabe que vale la pena esperar, ya que controla el destino de la resistencia y es el sustento de la vida. “Soy oxígeno”, le dice al músculo, con más de una pizca de superioridad. "Puedo darte mucho ATP, pero tendrás que esperar".

El sistema aeróbico, que incluye el ciclo de Krebs (también llamado el ciclo de ácido cítrico o ciclo de TCA) y el cadena de transporte de electrones-utiliza glucosa en sangre, glucógeno y grasa como combustible para resintetizar el ATP en las mitocondrias de las células musculares (ver la barra lateral "Características del sistema de energía"). Dada su ubicación, el sistema aeróbico también se llama respiración mitocondrial Cuando se usan carbohidratos, la glucosa y el glucógeno se metabolizan primero a través de la glucólisis, y el piruvato resultante se usa para formar acetil-CoA, que entra en el ciclo de Krebs. Los electrones producidos en el ciclo de Krebs son luego transportados a través de la cadena de transporte de electrones, donde se produce ATP y agua (un proceso llamado fosforilación oxidativa) (Robergs y Roberts 1997). La oxidación completa de la glucosa a través de la glucólisis, el ciclo de Krebs y la cadena de transporte de electrones produce 36 moléculas de ATP por cada molécula de glucosa descompuesta (Robergs y Roberts 1997). Por tanto, el sistema aeróbico produce 18 veces más ATP que la glucólisis anaeróbica de cada molécula de glucosa.

La grasa, que se almacena como triglicérido en el tejido adiposo debajo de la piel y dentro de los músculos esqueléticos (llamado triglicérido intramuscular), es el otro combustible principal para el sistema aeróbico, y es la mayor reserva de energía en el cuerpo. Cuando se usa la grasa, los triglicéridos se descomponen primero en ácidos grasos libres y glicerol (un proceso llamado lipólisis) Los ácidos grasos libres, que se componen de una larga cadena de átomos de carbono, se transportan a las mitocondrias musculares, donde los átomos de carbono se utilizan para producir acetil-CoA (un proceso llamado beta-oxidación).

Después de la formación de acetil-CoA, el metabolismo de las grasas es idéntico al metabolismo de los carbohidratos, y el acetil-CoA entra en el ciclo de Krebs y los electrones se transportan a la cadena de transporte de electrones para formar ATP y agua. La oxidación de los ácidos grasos libres produce muchas más moléculas de ATP que la oxidación de la glucosa o el glucógeno. Por ejemplo, la oxidación del palmitato de ácido graso produce moléculas 129 de ATP (Brooks et al., 2000). ¡No es de extrañar que los clientes puedan mantener una actividad aeróbica más larga que la anaeróbica!

Comprender cómo se produce la energía para la actividad física es importante cuando se trata de programar el ejercicio con la intensidad y duración adecuada para sus clientes. Entonces la próxima vez que sus clientes terminen con un entrenamiento y piensen: "Tengo un montón de energía, "Sabrá exactamente dónde lo obtuvieron".

Características del sistema de energía

Entrenamientos del sistema de energía

Haga que los clientes se calienten y enfríen antes y después de cada entrenamiento.

Sistema de Fosfágeno

Un entrenamiento efectivo para este sistema son los sprints cortos y muy rápidos en la cinta o bicicleta que duran 5-15 segundos con 3-5 minutos de descanso entre cada uno. Los largos períodos de descanso permiten la reposición completa del fosfato de creatina en los músculos para que pueda reutilizarse para el próximo intervalo.

• 2 establece 8 x 5 segundos a una velocidad cercana a la máxima con 3: resto pasivo 00 y 5: resto 00 entre conjuntos
• 5 x 10 segundos a una velocidad cercana a la máxima con 3: 00-4: resto pasivo 00

Glicólisis

Este sistema se puede entrenar usando intervalos rápidos que duran de 30 segundos a 2 minutos con un período de recuperación activa dos veces más largo que el período de trabajo (1: 2 proporción trabajo-descanso).

• 8-10 x 30 segundos rápidamente con 1: recuperación activa 00
• 4 x 1: 30 rápido con 3: 00 recuperación activa

Sistema aeróbico

Mientras que el sistema de fosfágeno y la glucólisis están mejor entrenados con intervalos, debido a que los sistemas metabólicos se enfatizan solo durante las actividades de alta intensidad, el sistema aeróbico puede entrenarse con ejercicio continuo e intervalos.

• Minutos 60 a 70% -75% frecuencia cardíaca máxima
• 15 a 20: entrenamiento de tempo de un minuto a la intensidad del umbral de lactato (aproximadamente 80% -85% de frecuencia cardíaca máxima)
• 5 x 3: 00 a 95% -100% frecuencia cardíaca máxima con 3: recuperación activa 00

by Jason Karp, PhD

Referencias:

Brooks, GA, y col. 2000. Fisiología del ejercicio: Bioenergética humana y sus aplicaciones.Mountain View, CA: Mayfield.

Enoka, RM y Stuart, DG 1992. Neurobiología de la fatiga muscular. Revista de Fisiología Aplicada, 72 (5), 1631-48.

Glaister, M. 2005. Trabajo de sprint múltiple: respuestas fisiológicas, mecanismos de fatiga y la influencia de la aptitud aeróbica. Medicina Deportiva, 35 (9), 757-77.

Hochachka, PW, Gunga, HC y Kirsch, K. 1998. Nuestro fenotipo fisiológico ancestral: ¿una adaptación para la tolerancia a la hipoxia y el rendimiento de resistencia? Procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias, 95, 1915-20.

Hochachka, PW y Monge, C. 2000. Evolución de la fisiología de la tolerancia a la hipoxia humana. Avances en Biología Experimental y Médica, 475, 25-43.

McLester, JR 1997. Contracción muscular y fatiga: el papel de la adenosina 5'-difosfato y fosfato inorgánico. Medicina Deportiva, 23 (5), 287-305.

Robergs, RA y Roberts, SO 1997. Fisiología del ejercicio: ejercicio, rendimiento y aplicaciones clínicas. Boston: William C. Brown.