Todas las células del cuerpo requieren de un continuo suministro de energía. Esta energía es necesaria para infinidad de procesos que se llevan a cabo dentro del organismo, como por ejemplo transporte de sustancias, síntesis de moléculas complejas, hasta ejecución de trabajo mecánico (actividad física). Esa energía se encuentra acumulada en los enlaces de una molécula denominada TRIFOSFATO DE ADENOSINA o más comunmente llamada ATP. Para transformar dicha energía química en energía disponible para las contracciones musculares el ATP se debe escindir o descomponer en moléculas más simples para liberar parte de la energía contenida en los enlaces. Cuando el ATP se escinde se libera un fosfato del ATP para formar DIFOSFATO DE ADENOSINA (ADP). Es decir que para mantener unida una molécula de ATP se necesita más energía que para mantener una molécula de ADP + el fosfato liberado (P). Con lo cual esa diferencia de energía es la que utilizan las células para realizar los procesos necesarios.
Desafortunadamente las células contienen muy poco ATP almacenado, con lo cual deben producir (sintetizar) ATP continuamente. Esto ocurre mediante una reacción en la cual un grupo fosfato se une a la molécula de ADP para formar el ATP. Esta reacción en lugar de liberar energía requiere una cierta cantidad de ésta para formar el ATP. Esta energía proviene principalmente de los alimentos, pero los enlaces de las moléculas de los alimentos son relativamente débiles y proporcionan poca energía. Es decir que los alimentos ingeridos no se transforman en ATP sino más bien se utiliza la energía de los enlaces químicos de las moléculas de hidratos de carbono, grasas y proteínas para que el ADP se combine con el fosfato (P) y formar el tan necesitado ATP. Las células musculares pueden generar ATP mediante 4 procesos en función del combustible que se utiliza: metabolismo de los fosfágenos, hidratos de carbono, grasas y proteínas. El músculo decide qué tipo metabolismo se necesita para la obtención de ATP, principalmente según la intensidad del ejercicio.
Metabolismo de los Fosfágenos
Como se dijo anteriormente, las reservas intracelulares de ATP son muy escasas. Sin embargo las células contienen otra molécula de fosfato altamente energética denominada FOSFOCREATINA (PCr). La proporción de PCr y ATP es de 5 a 1 respectivamente.
Este sistema energético sintetiza el ATP utilizando las reservas de PCr para la contracción muscular en actividades que duran muy pocos segundos. La transferencia de energía ocurre desde la fosfocreatina (PCr) al ADP para que esta molécula pueda incorporar un grupo fosfato y transformarse luego en ATP. En este proceso la PCr pierde un grupo fosfato y queda transformada en CREATINA:
Este proceso de hidrólisis de la PCr para sintentizar ATP es anaeróbico ya que no requiere la presencia de oxígeno. Durante la recuperación del ejercicio la Cr puede unirse de nuevo al fósforo sólo en presencia de energía proveniente de la hidrólisis del ATP (ATP --> ADP + P + energía).
Ejemplos en los que el organismo utiliza este sistema energético ocurre cuando empujamos un auto, corremos al colectivo o en carreras de velocidad donde el ejercicio dura no más de 10 segundos.
Metabolismo de los Hidratos de Carbono
Los hidratos de carbono, en particular la glucosa, son el único alimento que permite obtener energía tanto en condiciones anaeróbicas como aeróbicas (con y sin oxígeno). Todos los HC que consumimos en la dieta cotidiana se absorben en el organismo en forma de monosacáridos, fundamentalmente glucosa. Una vez que alcanza el torrente sanguíneo la glucosa está a disposición de todas las células del cuerpo, aunque es el hígado y en los músculos donde más se acumulan.Si la glucosa no es utilizada por las células se almacena tanto en el hígado como en el músculo en forma de GLUCÓGENO, un hidrato de carbono más complejo. La finalidad del glucógeno hepático es regular los niveles de glucemia, mientras que el glucógeno muscular tiene como función suministrar glucosa a las propias células musculares para utilizar en las contracciones del músculo.El proceso por el cual se utiliza la glucosa como fuente energética se denomina GLUCÓLISIS. Como se dijo anteriormente este proceso puede ser con o sin presencia de oxígeno. La glucólisis anaeróbica consiste en dividir los 6 átomos de la molécula de glucosa que tienen una gran cantidad de energía y formar ÁCIDO PIRÚVICO y finalmente ÁCIDO LÁCTICO. Según de donde provenga la glucosa se formarán 2 moléculas de ATP, si la glucosa proviene de la sangre y 3 ATP, si proviene de la descomposición del glucógeno muscular. En conclusión la glucólisis anaeróbica puede producir rápidamente una gran cantidad de ATP durante un ejercicio de gran intensidad. Sin embargo, si se mantiene la intensidad por más de 40-60 segundos, el ácido láctico producido supera al que se puede eliminar y la glucólisis anaeróbica es disminuida. Este sistema empieza a predominar después de los 15 segundos, alcanza un pico a los 30-40 segundos y domina hasta un poco más de 1 minuto. Luego de los 2 minutos se agota la cantidad de energía suministrada.Por otro lado, debe aclararse que tanto el ÁCIDO PIRÚVICO como el ÁCIDO LÁCTICO, contienen todavía mucha energía en sus uniones químicas. Por lo tanto si el suministro de oxígeno es adecuado (ejercicio moderado) el ácido pirúvico no se transforma en ácido láctico, sino que pasa a las mitocondrias donde una serie de reacciones dividen cada molécula de ácido pirúvico en 3 moléculas de dióxido de carbono (CO2) y 3 moléculas de agua. Como resultado de esta división se libera suficiente energía para formar 36 moléculas de ATP. A esto hay que sumarle las 2 o 3 moléculas de ATP que se formaron previamente para sintetizar el ácido pirúvico, dependiendo siempre si la glucosa procede del glucógeno acumulado o no. En total, la glucólisis aeróbica produce 38 o 39 ATP. Esto quiere decir que la producción de energía (ATP) para el ejercicio es mucho más eficiente cuando la glucosa es catabolizada aeróbicamente, es decir, cuando el ejercicio no es tan intenso y el oxígeno es suministrado adecuadamente. Este sistema de producción de ATP es utilizado por ejemplo durante un partido entero de hockey.Metabolismo de las Lípidos
Los lípidos almacenados en el organismo representan la principal reserva energética y constituyen una fuente casi inacabable de energía durante el ejercicio físico, en especial cuando la intensidad es baja y la duración es prolongada. Los tipos de grasas que se ingieren en la dieta son mucho más diversos que los HC y cada uno está destinado a una función diferente.
Una vez ingeridos y luego de su digestión, los ÁCIDOS GRASOS entran al torrente sanguíneo en forma de LIPOPROTEÍNAS (grasas cubiertas por proteínas) y se almacenan en el tejido adiposo y muscular en forma de TRIGLICÉRIDOS (1 molécula de glicerina unida a 3 ácidos grasos).
Los principales estímulos de los lípidos al inicio de un ejercicio físico están regulados por el aumento de la concentración de adrenalina y la disminución de la insulina. La cantidad de ácidos grasos utilizados dependerá de la concentración de ALBÚMINA, ya que los ácidos grasos libres van transportados en esa proteína. Por otra parte el aumento del flujo sanguíneo al tejido adiposo durante el ejercicio favorece enormemente la movilización de los ácidos grasos.
La oxidación de los ácidos grasos ocurre en el músculo, fundamentalmente en las fibras lentas. Cuanto más entrenado está un músculo, mayor capacidad tiene de oxidar grasas. Como en todo proceso de oxidación, se requiere una cierta cantidad de oxígeno y los productos finales son dióxido de carbono y agua. Como en el caso de los HC este proceso ocurre también en las mitocondrias y en el caso de las grasas se denomina BETA OXIDACIÓN. Los ácidos grasos son largas cadenas de átomos de carbono que contienen gran cantidad de energía en sus uniones. Durante la oxidación el ácido graso se divide en fragmentos de 2 átomos de carbono hasta que todo el ciclo se complete y el ácido graso haya quedado completamente dividido.
Entonces dependiendo de cuán larga sea la cadena de carbonos del ácido oxidado, se obtendrá una cierta cantidad de moléculas de ATP para la demanda energética. Suponiendo que se oxide un ÁCIDO ESTEREÁTICO (18 carbonos), éste puede ser reducido a través del ciclo oxidativo 8 veces con una producción total de 147 moléculas de ATP. Esta cantidad de energía es enorme comparada con la glucólisis aeróbica de los HC, en la se producían 38 o 39 moléculas de ATP. Las grasas también vencen a los hidratos de carbono si se comparan la energía almacenada en sus enlaces por unidad de peso (1 gramo de grasa aporta más del doble de energía que los HC). Por otro lado, las reservas de glucógeno son muy pequeñas comparadas con las grasas, con lo cual las grasas se utilizan en ejercicios de larga duración.
Sin embargo si comparamos el ATP producido por unidad de oxígeno consumido los HC requieren 6 moléculas de oxigeno para producir 38 ATP, mientras que la oxidación del ácido esterárico requiere 26 moléculas de oxígeno para producir 147 ATP. En esta comparación los HC son 12% más eficientes que las grasas en cuanto al oxígeno utilizado.
Metabolismo de las Proteínas
En el artículo anterior se mencionó que las proteínas son compuestos formados unidades de aminoácidos (AA). El 80% de los AA libres en el organismo se encuentra en el músculo. El músculo puede utilizar estos aminoácidos como combustible energético mediante su oxidación o bien liberarlos a la sangre desde donde se pueden dirigir al hígado para constituir precursores de glucosa. El aporte energético procedente de los AA producen una contribución muy pequeña que varía entre el 3-10% de la energía total generada.
Se han encontrado al menos 6 AA que pueden utilizarse como combustibles: ALANINA, ASPARTATO, GLUTAMATO, y 3 AA de cadena ramificada (VALINA, LEUCINA, ISOLEUCINA). Es importante destacar que la aportación de las proteínas como combustible energético varía en función de las reservas de los HC y grasas. La oxidación de los AA produce ácido pirúvico, al igual que los hidratos de carbono, con la consecuente producción de ATP. Sin embargo, el organismo se ajusta para que las proteínas se utilizen especialmente para la construcción de nuevas células, incluyendo las de los músculos.
RESUMEN
Los diferentes sistemas energéticos explicados anteriormente no actúan en forma independiente: cada uno contribuye las necesidades energéticas correspondientes. Esto depende principalmente de la intensidad y de la duración del ejercicio.El hígado aumenta la liberación de la glucosa a los músculos activos según progresa la intensidad del ejercicio. Al mismo tiempo, el glucógeno muscular aporta la principal fuente de energía a partir de los HC durante fases iniciales del ejercicio. La tasa de utilización del glucógeno es más elevada en los primeros 15-20 minutos de ejercicio.Para la realización de un ejercicio de intensidad moderada la principal fuente de energía siguen siendo los HC, entre un 40-50% y resto proviene de las grasas.La grasa intra y extracelular proporciona entre un 30 y 80% de la actividad física dependiendo del estado nutricional, del grado de entrenamiento, y de la intensidad y duración del ejercicio. Durante los ejercicios de baja intensidad el flujo sanguíneo al tejido adiposo aumenta, lo que permite mayor movilización de los ácidos grasos para que puedan ser utilizados por el músculos. A intensidades menores al 40% del máximo las grasas constituyen casi el 80% de la energía utilizada.
Las proteínas producen una pequeña contribución a la producción de ATP a menos que el atleta que realice el ejercicio se encuentre en estado famélico o de ayuno.
Para más información consultar los libros: FISIOLOGÍA DEL EJERCIO - David R. Lamb y FISIOLOGÍA DEL EJERCICIO - J. López Chicharro y A. Fernandez Vaquero.
