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ND Metabolismo energético-muscular

Sistemas y conceptos
by

Gisela Cobo

on 19 March 2014

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Transcript of ND Metabolismo energético-muscular

Rutas metabólicas
Metabolismo energético muscular
Mtra. Gisela Cobo Quintanar
Formas de obtención de energía
Vía aeróbica
Esta vía metabólica tiene lugar en presencia de oxígeno.
Utiliza fundamentalmente como sustratos energéticos el
"glucógeno"
(previamente degradado a glucosa), la
"glucosa"
y los "ácidos

grasos", pero puede utilizar también ciertos "aminoácidos, cuerpos cetónicos, ácido láctico y glicerol".
Degradación del glucógeno
o de la sangre circulante


Glucosa


Piruvato
Glucólisis
Acetil-Coenzima A
"acetil-CoA".
Ácidos grasos
(procedentes de la sangre circulante o de la propia fibra muscular)

Acil-CoA
(ácido graso unido a la Coenzima A)
Beta-oxidación
En el interior de la mitocondria
se une a L-carnitina (transportador).
Aminoácidos, cetoácidos y glicerol
(dentro de las propias fibras musculares pueden
sufrir un proceso directo de oxidación)


Glucosa



Glucógeno
Gluconeogénesis o Neoglucogénesis
Solo en hígado y riñón, pero no en el músculo esquelético, ya que éste carece de las enzimas necesarias para ello.
Ciclo de Krebs
Ciclo del ácido cítrico
Ciclo de los ácidos tricarboxílicos
Hidrogeniones
(H+)
Anhídrido carbónico
(CO2)
Fosforilización oxidativa,
Cadena de transporte de electrones
Cadena de los citocromos
H2O
ADP ATP
El CO2 que no eliminamos mediante la respiración
será reutilizado para la síntesis de bicarbonato, necesario para la neutralización de las cargas ácidas producidas por el metabolismo anaeróbico.
El agua producida ayudará a rehidratar el organismo, a mantener el volumen plasmático y a compensar la pérdida de líquidos a través del sudor para eliminar el exceso de calor producido como consecuencia directa del aumento de la actividad metabólica.
El ATP será utilizado para la conversión de energía química en energía mecánica
Se produce poca energía por unidad de tiempo; sin embargo, la cantidad total de energía obtenida a partir de la oxidación de un mol de cualquier sustrato energético es muy alta en comparación con el resto de vías metabólicas.
36-37 ATP

Que no existe limitación en cuanto a la disponibilidad de sustratos energéticos, ya que los depósitos de grasa son prácticamente ilimitados.
Que no produce catabolitos que tiendan a alterar el equilibrio interno como ocurre en la
glucólisis anaeróbica, donde el ácido láctico producido tiende a disminuir el pH intracelular
y plasmático, y a instaurar una acidosis metabólica.
Por tanto, es una vía energética que se puede utilizar durante horas.
Ventajas
La vía aeróbica
es la que utiliza el organismo cuando el esfuerzo
no es de gran intensidad
, aunque
sí de mayor duración
, como las carreras de larga distancia en atletismo o las sesiones de entrenamiento en las distintas modalidades del fitness.
Vía anaeróbica aláctica
1 ATP
Al inicio de la contracción, la fibra muscular utiliza su propio ATP, el que tiene almacenado en su interior, que se transforma en ADP y fosfato.
Esta cantidad es muy pequeña: aproximadamente 5 microgramos por kilo de músculo.
Por lo que en muy pocos segundos queda agotada y el músculo tiene la necesidad de resintetizarlo rápidamente.
Para esto dispone de un sustrato que es la
"fosfocreatina"
, de la que se obtiene energía de forma inmediata.
ADP + Fosfato
ATP
PCr
Hidrólisis
CPK
De esta forma se puede obtener una
gran cantidad de energía
por
unidad de tiempo
.
Los
depósitos de fosfocreatina son limitados,
aproximadamente 17 microgramos por kilo de músculo.
Por lo tanto, su agotamiento también será cuestión de segundos.
En este proceso no interviene el oxígeno y tampoco se forma ácido láctico, por lo que se denomina "vía anaeróbica aláctica".
Vía anaeróbica láctica
2 ATP
El
único sustrato
que se puede utilizar en esta vía metabólica son los
"hidratos de carbono"
:

glucosa y glucógeno.
La glucosa se utiliza como tal, mientras que el glucógeno debe convertirse primero en glucosa para poder ser utilizado.
El producto final de esta vía es el ácido láctico, que genera a su vez dos moles de ATP.
1 mol de GLC


2 mol de ácido láctico
2 ATP
Factores limitantes:
1. El ácido láctico produce una
acidificación
del medio.
2. El organismo trata de neutralizar y eliminar para mantener el
equilibrio ácido-base.
3. Sí la demanda de energía es muy elevada por unidad de tiempo, las cargas ácidas producidas se acumularán en el propio músculo y
elevarán la acidez del medio
(bajará el pH).
4. Lo cual
altera los mecanismos de contracción muscular
y hace que el ejercicio no se pueda mantener durante mucho tiempo a esa intensidad.
Factores limitantes:
Por otra, los depósitos de glucógeno del organismo son también limitados (aproximadamente 300 gramos).
Por lo tanto, puede llegar a agotarse en esfuerzos de larga duración.
Todo ello hace que esta ruta pueda funcionar a pleno rendimiento durante pocos minutos.
El ácido láctico
(transportado por la sangre hasta el hígado)


Glucosa
(viaja hasta el músculo)


Glucógeno
(almacena)
Ciclo de Cori
Oxidación de los ácidos grasos
129 ATP
Los
ácidos grasos
que están almacenados en los tejidos pueden ser utilizados por las células para la
obtención de energía
.
Los tejidos que más utilizan esta fuente para la obtención de energía son el
músculo cardíaco y el esquelético
.
Ácidos grasos


Sintesis de dos en dos Carbonos


Acetil- CoA.


Ciclo de Krebs
ATP
L-carnitina
La cantidad de energía generada dependerá del ácido graso que se degrade.
Oxidación de las proteínas
Para que las
proteínas
puedan producir energía, los
aminoácidos tienen que convertirse en acetil-CoA
para, de este modo, entrar en el
ciclo de Krebs
y la cadena respiratoria.
Pero no todos los aminoácidos siguen la misma ruta hasta llegar a acetil-CoA.
Algunos, después de su degradación, dan directamente
acetil-CoA
pero otros darán
piruvato, acetoacetil-CoA o sustratos intermedios del ciclo de Krebs.

Un mismo aminoácido puede dar lugar a dos de los compuestos mencionados anteriormente.
Isoleucina,
Leucina y
Triptófano
Acetil CoA
Alanina,
Cisteína,
Glicina,
Serina y
Triptófano
Piruvato
Leucina,
Lisina,
Fenilalanina,
Triptófano y
Tirosina
Acetoacetil-CoA
Asparagina
Aspartato
Ciclo de Krebs
Oxalacetato
Fenilalanina
Tirosina
Fumarato
Isoleucina
Metionina
Treonina
Valina
Succinil-CoA
Arginina
Glutamina
Histidina
Prolina
Glutamato
Cetoglutarato
Estas rutas aportan sólo un 10-15% de la energía que utilizamos y por lo tanto son mucho menos activas que la glucólisis o la oxidación de los ácidos grasos.
Conceptos
Cociente respiratorio
Además del
consumo de oxígeno (VO2)
es importante cuantificar la producción de
anhídrido carbónico (VCO2)
, pues la relación entre el VCO2 / VO2 proporcionará información sobre:
El
tipo de sustrato
utilizado para la obtención de energía.
El
tipo de metabolismo
llevado a cabo.
Dicha relación se conoce con el nombre de
cociente respiratorio (R)
.
R de 0,7
indica que se están oxidando
ácidos grasos por vía aeróbica.
R = 1
indica que se están oxidando
hidratos de carbono por vía aeróbica.
R > 1
indica que a la
oxidación aeróbica
de los
hidratos de carbono
se une un importante
componente anaeróbico
, ya que al CO2 formado como consecuencia del metabolismo aeróbico se une el CO2 originado como consecuencia del tamponamiento (neutralización) del ácido láctico, creado durante la glucólisis anaeróbica.
Se debe tener en cuenta que parte del
CO2
producido por las células es
reutilizado para sintetizar bicarbonato
que ayuda a neutralizar las cargas ácidas producidas en el metabolismo anaeróbico.
Por lo tanto, dependiendo del tipo de esfuerzo que se esté realizando, no todo el CO2 producido será eliminado por la respiración.
Consumo de Oxígeno
El
consumo de oxígeno

se
representa por VO2 y expresa la cantidad de oxígeno que el organismo utiliza para obtener la energía necesaria cuando realiza un trabajo físico determinado.
Su determinación y cuantificación permite medir indirectamente la energía producida por vía aeróbica.
Por ello podemos decir que es, de alguna manera, el parámetro más representativo de la resistencia aeróbica.
Recordemos que:
El VO2 puede expresarse:
En
términos de cantidad (litros o mililitros)
.
De
flujo (litros/minuto o mililitros/minuto)
, aunque es preferible esta segunda expresión, ya que indica con mayor claridad el concepto que se quiere expresar.
También puede expresarse en
términos relativos al peso corporal
del individuo (
mililitros/kg/minuto
).
Por último, también puede expresarse como
múltiplo de la tasa metabólica basal
:
MET
= 3,5 ml/kg/min)
La tasa metabólica basal es el oxígeno que consume una persona en situación de reposo absoluto.
Se ha calculado que corresponde aproximadamente a 3,5 mililitros de oxígeno por kilogramo de peso total y por minuto y éste es el valor que equivale a 1 MET o unidad metabólica.
Sustrato energético + O2 + ADP CO2 + H2O + ATP + calor
Factores de los que depende:
Existen una serie de factores que condicionan la capacidad de los músculos para utilizar el
oxígeno, estos son:

Consumo máximo de oxígeno
Conforme va aumentando la intensidad del esfuerzo realizado, aumenta también a la vez el VO2. Sin embargo, llegará un momento en que aunque incrementamos la intensidad del trabajo el VO2 ya no aumentará más, y se establecerá una meseta en el mismo.
A este valor de VO2 se le denomina
consumo máximo de oxígeno (VO2 máx) y expresa el potencial aeróbico del individuo.
El VO2 máximo debe diferenciarse del pico de VO2, que expresa el máximo consumo de O2 alcanzado durante un esfuerzo pero sin que se haya instaurado la meseta.
Los valores de VO2 máx dependen de una serie de factores:
Constitución genética
. (influencia del entrenamiento máximo 20-40% los valores de VO2 máx predeterminados.
Masa muscular en movimiento
.
Edad
. Las cifras máximas de VO2 máx suelen alcanzarse entre los 20-30 años.
Sexo
. (10-30%)
Motivación
. (10%)
Entrenamiento
. (20-40%)
Eficiencia energética
Expresa la cantidad de trabajo realizado por mililitro de O2 consumido:
Cuanto mayor sea dicha relación, mayor será el rendimiento mecánico que el deportista obtiene del consumo energético.
Cuanto mejor sea el entrenamiento del individuo, menos oxígeno necesitará para realizar el mismo trabajo.
Investiga los siguientes términos:
Umbral aeróbico.
Umbral anaeróbico
Zona de transición aero-anaeróbica
Potencia aeróbica
Capacidad aeróbica.
Potencia anaeróbica láctica
Capacidad anaeróbica láctica
Potencia anaeróbica aláctica
Capacidad anaeróbica aláctica
Contribución de los distintos sistemas energéticos en una competencia de alta intensidad.
Hawley & Burke, 2000
Cambio progresivo en contribución de los sistemas en ejercicio máximo de dos minutos de duración.
Hawley & Burke, 2000
Características del esfuerzo.
La magnitud del VO2 está en relación directa con: intensidad, duración, velocidad de ejecución y cantidad de masa muscular implicada en el esfuerzo.



Condicionantes mecánicos.
El trabajo realizado en buenas condiciones ergonómicas implica un menor gasto energético y, en consecuencia, un menor VO2; de ahí la importancia del conocimiento y adecuada ejecución biomecánica del gesto deportivo.

Nivel del entrenamiento.
El entrenamiento implica un mayor grado de coordinación de los grupos musculares y la mejora de la técnica de ejecución del gesto deportivo, factores que rebajan el coste energético y, consecuentemente, el VO2.
Factores climáticos y ambientales.
El ejercicio efectuado en condiciones desfavorables de temperatura, humedad, viento o con alto nivel de contaminación atmosférica requiere un VO2 superior.
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