I. INTRODUCCIÓN
Este tema aborda uno de los elementos fundamentales para el desarrollo de la actividad vital como es: la forma de conseguir energía para el mantenimiento de las constantes vitales (el metabolismo basal), para el desarrollo de actividades físicas, etc.
Cuando se quiere utilizar alguna actividad física diferentes sistemas corporales van a intervenir para permitir su desarrollo: el sistema nervioso, el muscular, el cardiorrespiratorio, etc., dado que actúan siempre conjuntamente, aunque en las diferentes situaciones pueden predominar las aportaciones de algunos de ellos en especial. Para todo ello va a ser necesario una considerable cantidad de energía que posibilite: el transporte de activo de sustancias contra gradientes de concentración; la síntesis de material nuevo que reponga el que se ha degradado; el mantenimiento de una correcta temperatura corporal; y, la realización de trabajos mecánicos principalmente a nivel muscular.
La energía va a definirse como la capacidad de realizar un trabajo. Esta energía existe, básicamente, en dos formas: potencial o en forma cinética. La energía potencial (inactiva o almacenada) es la que va asociada a las substancias, ya sea por sus diferentes estructuras (y las fuerzas de atracción de sus enlaces químicos) o por las posiciones que ocupan. La energía cinética es la energía del movimiento. La energía potencial es posible medirla cuando se transforma en energía cinética.
Para conseguir los sustratos energéticos, que permitan la realización de las diversas actividades, se recurre a los alimentos, que se pueden tomar de forma inmediata o que se han ingerido con anterioridad y almacenado en al organismo (depósitos de glucógeno, tejido graso, etc.). El cuerpo necesita un suministro constante de energía química para realizar sus funciones, como ya se señaló, y esta energía química deriva de la oxidación de los diferentes sustratos (glucosa, ácidos grasos, aminoácidos, etc.). Estos se degradan mediante una serie de reacciones químicas o procesos metabólicos (catabolismo) y liberan energía química (al ir rompiendo sus enlaces) de la que una parte será usada para: sintetizar (anabolismo) otros componentes químicos, para realizar trabajos mecánicos, etc. y la otra parte es liberada en forma de calor. En las reacciones biológicas la cantidad de energía liberada se calcula a partir del calor producido por ella y se va a expresar en kilocalorías.
II. DESARROLLO DE LOS CONTENIDOS.
1. FUENTES DE ENERGÍA.
1.1. FOSFATOS DE ENERGÍA.
La forma más inmediata de reserva de energía en el músculo es el ATP y la fosfocreatina (PC) conocidos como fosfatos de alta energía, formas de energía química potencial fácilmente convertibles y asequibles para proveer los procesos metabólicos celulares.
§ EL ATP
El ATP es el único compuesto energético cuya desintegración es capaz de liberar la energía que las células pueden utilizar para realizar sus funciones especializadas. El ATP es un nucleótido formado por Adenosina y tres grupos fosfato, los tres enlaces entre los fosfatos son enlaces de alta energía.
Se trata de un agente fosforilante bastante reactivo por lo que va a tender a fosforilar (transferir su último grupo fosforilo) a otra molécula que lo necesita. Este ATP cuando se hidroliza (se une con agua) rompe uno de sus enlaces dando lugar a otro compuesto: el adenosidifosfato (ADP) y a fosfato inorgánico (Pi). En esta reacción se liberan aproximadamente 7,3 Kcal. de energía por mol de ATP.
La energía liberada durante la hidrólisis del ATP constituye la fuente energética inmediata para las células. La escisión del ATP puede tener lugar con disponibilidad de oxígeno (condición aeróbica) o sin su concurso (condición anaeróbica). El ADP resultante tomará la energía liberada en otros procesos metabólicos de degradación de sustratos energéticos y permitirá la resíntesis de nuevo ATP, que se hace necesaria ya que la cantidad de ATP en estado libre es limitada. Esa resíntesis se hará a partir de:
– la fosfocreatina y los fosfatos inorgánicos.
– la degradación de los sustratos energéticos proveniente de los principios inmediatos contenidos en los alimentos (carbohidratos: glucosa; lípidos. ácidos grasos; proteínas: aminoácidos).
§ LA PC
La fosfocreatina es almacenada en las células. La eliminación de un grupo fosfato desde la PC libera también gran cantidad de energía, creatina y fosfato inorgánico (Pi). Esta energía es inmediatamente utilizada para resintetizar ATP. Tan pronto como el ATP es desintegrado en el transcurso de la contracción muscular, es resintetizado continuamente en el interior de las células a partir de ADP y Pi, utilizando la energía liberada por la descomposición desde otros tejidos por medio de la sangre.
![clip_image002[1]](http://oposinet.com/wp-content/uploads/2015/12/clip_image002116.gif "clip_image002[1]"){kind=small}
La concentración de PC en el músculo es mayor que la de ATP libre, unos 20 mmol/Kg. músculo, frente a los 5 mmol/Kg. del ATP.
1.2. LOS HIDRATOS DE CARBONO.
Son compuestos formados por C, H, O con fórmulas Cn H2n On y se almacenan en forma de glucógeno muscular y hepático y como glucosa sanguínea. De este modo, la glucosa utilizada por la fibra muscular puede provenir de:
a) movilización de las reservas musculares.
b) incorporación de la glucosa sanguínea a través de:
– glocogenólisis hepática: la hormona glucagón extrae glucógeno del hígado hacia el torrente sanguíneo.
– glucogeneogénesis hepática: se sintetiza glucosa a partir de la incorporación de algunos compuestos intermediarios presente en la sangre: lactato, piruvato,…
– ingesta de hidratos de carbono durante el ejercicio.
Para usar la glucosa (C6 H12 O6) hay que introducirla en el sarcoplasma, para lo cual hay que fosforilarla y convertirla en glucosa-6-fosfato, a través de la hexoquinasa. Para utilizar el glucógeno se debe degradar a través de la enzima glucógenofosforilasa y obtener glucosa-1-fosfato que pasará a glucosa-6-fosfato.
A partir de ahí, por medio de diversas reacciones, se obtiene ácido pirúvico que pasará del citoplasma al interior de las mitocondrias y se transformará en acetil co-enzima A, que se oxidará de forma completa en el ciclo de Krebs. Este ciclo es un conjunto de 8 reacciones en las que se produce CO2 y H+ que, unidos a los coenzimas NAD y FAD irán a la cadena respiratoria para terminar uniéndose del O2 y obtener energía y H2O. con este se produce la degradación total del compuesto.
El rendimiento energético neto es el siguiente:
– de glucosa circulante
· glucólisis anaeróbica: 2 moles ATP
· glucólisis aeróbica: 36 moles ATP
– de glucógeno almacenado
· glucogenólisis anaeróbica: 3 moles ATP
· glucogenólisis aeróbica: 37 moles ATP
Las cantidades de almacenamiento de HC pueden alcanzar los 5oo g en los músculos, 90 g en el hígado y de 8 a 11 g en el líquido extracelular.
1.3. LOS LÍPIDOS.
Para metabolizar los lípidos es necesario que los triglicéridos (forma de almacenar ácidos grasos en el tejido adiposo) se hidrolicen y den lugar a ácidos grasos libres (FFA) y glicerol. Estos ácidos grasos, cuya fórmula es CH3 (CH2)n COOH entran en las mitocondrias y sufrirán un proceso denominado ß-oxidación, en el que se van a ir obteniendo moléculas de Acetil co-enzima A que ingresarán en el ciclo de Krebs y se oxidarán.
Este proceso es más lento que el de los hidratos, se pone en funcionamiento más tarde pero, la cantidad de energía producida es mucho mayor (debido al mayor número de carbonos de éstos con respeto a la glucosa) además los almacenes de tejido graso son muy grandes y no requieren estar hidratados. Sin embargo, la intensidad que se puede mantener en el desarrollo del ejercicio es menor que con el uso de los hidratos y se necesita una mayor cantidad de O2 para su degradación, lo que implica la necesidad de un buen funcionamiento del sistema de transporte de O2.
La oxidación de los lípidos inhibe la captación por el músculo de la glucosa sanguínea y la glucólisis anaeróbica, lo que tiene n efecto positivo para el ahorro de glucógeno.
La reserva de los lípidos varía mucho de unas personas a otras; para un varón de 80 Kg. con un 20% de grasa se estima en torno a las 16000 kcal.
1.4. LAS PROTEÍNAS.
Las proteínas se diferencian de lípidos e HC en que poseen en su estructura nitrógeno, en forma de grupo amino (NH2) lo que les confiere unas propiedades distintas. Su forma de almacenarse es formando estructuras. Sus funciones principales son, diferentes de la energética, de tipo estructural. Sin embargo, pueden ser utilizadas a través de sus unidades, los aminoácidos para liberar energía de sus enlaces covalentes. Estos aminoácidos pueden sufrir diferentes tipos de oxidación, entrando en distintos puntos de las reacciones oxidativas, con lo que su rendimiento energético será diferente, según el aminoácido de que se trate. Algunos pueden ser movilizados en situaciones especiales para ayudar a la glucogenólisis hepática, como sucede en ejercicio intenso y de duración elevada. Esa es facilitada cuando disminuye la concentración de hidratos en las células y en la sangre, lo que estimula a la hipófisis que libera corticoteopina y provoca un aumento en la liberación de glucocorticoides por las glándulas suprarrenales que tienen efecto sobre el catabolismo de las proteínas para formar glucosa en el hígado.
2. VÍAS METABÓLICAS: SISTEMAS AERÓBICOS Y ANAERÓBICOS
2.1. SISTEMAS ANAERÓBICOS
§ VÍA ANAERÓBICA ALÁCTICA.
El organismo no puede acumular grandes cantidades de ATP dentro de las células y por eso las células musculares almacenan el ATP en otros sustratos, como por ejemplo la creatina formando la fosfocreatina.
ATP + Cr ADP + PC
El contenido de fosfocreatina en el músculo es tres o cuatro veces superior al contenido de ATP. Durante la concentración se pueden utilizar todos los depósitos pero solo proporcionarán una pequeña cantidad de ATP que permite mantener la contracción durante breves segundos.
La vía representa una capacidad baja, una gran potencia, muy poca inercia y además se recupera rápidamente. Esta vía se utiliza en actividades de tipo explosivo. Son esfuerzos de elevada intensidad y corta duración (menos de 20”) como saltos, lanzamientos, velocidad.
La única vía por la que la PC puede ser recompuesta a partir de Pi y C es a través de la energía liberada por ATP, pero es un proceso que tiene lugar después del ejercicio.
La cantidad de ATP total en el organismo es de unos 90 gramos. Estos depósitos de fosfatos ricos en energía tan solo proporcionan combustible para un esfuerzo de intensidad máxima de 10” de duración. Sin embargo, es el sistema de energía implicado en los movimientos más rápido y potentes, ya que dichas acciones son subsidiarias de una inmediata disponibilidad de ATP. El sistema del fosfágeno no depende de gran número de reacciones químicas, ni de la presencia de oxígeno; es pues, un sistema anaeróbico y tanto el ATP como la PC se encuentran almacenados dentro de los músculos. La mayor parte de las reservas musculares de ATP y PC es restaurada en los 3 ó 5 primeros minutos de la fase de recuperación tras el esfuerzo.
§ VÍA ANAERÓBICA LÁCTICA.
La vía anaeróbica láctica comprende un conjunto de reacciones químicas que consisten en degradar el glucógeno muscular o la glucosa sanguínea de forma parcial y obtener 2 moléculas de ácido pirúvico, que se terminan reduciendo (se captan los 2 H+ unidos al coenzima NAD (NADH2) liberados en una reacción anterior a ácido láctico. Este proceso es más largo que el de los fosfágenos, requiere la intervención de varias enzimas, entre las que destacan: la hexoquinasa, que se encarga de fosforilar a la glucosa dentro del músculo y convertirla en glucosa-6-fosfato, y la fosfofructokinasa (PFK), que cataliza el paso de Fructosa-6-fosfato a fructosa-1,6-difosfato.
En esta vía se consigue obtener energía para resintetizar 2ATP ( si se parte de glucosa sanguínea) o 3ATP (i se parte de glucógeno muscular). El rendimiento será menor que cuando se oxida totalmente la glucosa por la vía aeróbica pero, sin embargo, permite conseguir energía de forma muy rápida y sin depender de los mecanismos de transporte de oxígeno. Además la posibilidad de reducción del ácido pirúvico a ácido láctico hace que se consiga un compuesto estable y que las reacciones de esta glucólisis anaeróbica no se paren por la Ley de acción de masas (que dice que el acúmulo de productos finales de una reacción disminuye su velocidad tendiendo a 0).
Aun así, la acumulación de ácido láctico va a suponer un aumento de H+ cuando no son capaces las sustancias amortiguadoras-bicarbonatos-de convertirlo en sal y posibilitar su disociación. Este aumento hace variar las condiciones de acidez (disminuye el PH), con lo que se dificulta la actividad enzimática y la contracción muscular y, obliga a la interrupción del ejercicio. Cuando la intensidad de la actividad disminuye y la cantidad de O2 es suficiente el ácido pirúvico que podrá entra en la vía oxidativa y degradarse o pasar a formar nueva glucosa en el hígado.
Ese ácido láctico acumulado en sangre y en los músculos activos es retirado durante la fase de recuperación. La eficacia de la renovación post esfuerzo. El ácido láctico puede convertirse en glucosa o en su polímero (glucógeno), en potencia u oxidarse en CO2 y H2O por el sistema aerobio.
2.2. SISTEMAS AEROBICOS.
§ VÍA AERÓBICA
Por esta vía los hidratos de carbono y los lípidos son degradados hasta acetil-coenzima-A. El acetil-coA se forma en las mitocondrias y a través de las reacciones del ciclo de Krebs y de la cadena respiratoria (donde se consume O2) da lugar a ATP, CO2 H2O. Las mitocondrias son las estructuras especializadas para realizar estas acciones.
En el músculo esquelético, la oxidación de un mol de glucosa produce 36 moles de ATP.
Glucosa + 36 P + 36 ADP + 6 O2 6 CO2 + 36 ATP + 12 H2O
En conjunto la vías aeróbicas tienen capacidad elevada que depende de las reservas corporales de glucógeno y tejido graso, así como de la cantidad de enzimas oxidativas. La potencia es baja, debido a las numerosas reacciones que tienen las vías. Por la misma razón, la inercia es grande 2’-3’ para los hidratos de carbono, 30’ para los lípidos.
La recuperación también es larga: si se agotan todos los depósitos de glucógeno se requieren unas 48h para restituirlos. Las actividades físicas que duran más de tres minutos necesitan que el músculo activo utilice este ATP formado durante la respiración celular. Las proteinas también pueden ser degradadas por la vía aeróbica.
En el caso de los HC, ya sea a partir del glucógeno almacenado (glucogenólisis-foforilasa) o de la glucosa sanguínea (glucólisis- hexaquinasa), a partir de la glucosa-6-fosfato, la vía es común para ambos sustratos hasta convertirse en Piruvato. El piruvato puede entrar en las mitocondrias y convertirse en acetil-coA iniciando el ciclo de Krebs (reacción catalizada por la piruvato desidrogenasa_PDH_) o pasar a lactato mediante la encima lactatodesidrogenasa_LDH_).
Así pues, en la glucólisis/glucogenólisis, la glucosa/glucógeno es metabolizada hasta piruvato y a partir de ahí continua de dos maneras:
– mediante la LDH pasa a lactato, con producción de 2ATP (glucólisis anaeróbica).
– mediante enzimas mitocondriales se oxida completamente hasta formar CO2 y H2O, con una producción neta de 36 mole ATP (glucólisis aeróbica), donde se produce el ciclo de Krebs.
En el ciclo de Krebs se producen como resultado neto descarboxilaciones (formación de CO2), producción de ATP y de NADH. Numerosos átomos de Hidrógeno (H2) on arrancados en las rutas metabólicas del ciclo de Krebs (H2 2H+ + 2e–). Sustancias como el NAD o el FAD, captan los electrones del hidrógeno, se los llevan a otros transportadores proteicos compuestos de hierro (citocromos) que van aceptando electrones y los transmiten en cadena entregándolos definitivamente al oxígeno, así lo reducen y se forma H2O:
![clip_image002[2]](http://oposinet.com/wp-content/uploads/2015/12/clip_image002210.gif "clip_image002[2]"){kind=small}
La transferencia de electrones por transportadores moleculares específicos constituye a cadena respiratoria. A la combinación de la unión del oxígeno con los iones hidroxilo para formar agua y al proceso acoplado de fosforilación del ADP para formar ATP se denomina fosforilación oxidativa.
Mientras la cadena respiratoria está funcionando, la transferencia de electrones del NADH y del FADH2 al oxígeno molecular se acompaña de liberación de una cierta cantidad de energía que sirve para resintetizar ATP:
NADH + H+ + 3ADP + 3P + ½ 02 NAD+ + H20 + 3ATP
La resíntesis de ATP a partir de esta denominada FOSFORILZACIÓN OXIDATIVA representa aproximadamente el 90% de la resíntesis total de ATP (en la glucólisis anaeróbica la resíntesis representa aproximadamente un 5%).
2.3. DIFERENCIAS EN LA CARACTERIZACIÓN DE AMBOS SISTEMAS.
Se pueden encontrar una serie de diferencias entre los procesos de obtención de energía en cuanto a:
– su capacidad: cantidad total de energía o ATP que puede reproducir
– su potencia: ritmo de producción de energía o ATP por unidad de tiempo.
– su recuperación: tiempo que puede tardar en recupera todo el proceso. Se diferencia la duración en cuanto a potencia (duración de la liberación máxima de energía) y en cuanto a capacidad (plazo de acción del proceso).
– su inercia: tiempo que tarda el sistema en conseguir la potencia máxima.
De los siguientes datos (variables según diferentes autores) se puede extraer que las fuentes con menor capacidad permiten la mayor potencia, así como una inercia, un tiempo de recuperación y una duración muy pequeña. Esto varía, de forma que si se observan las fuentes oxidativas dependientes de las grasas se encuentra una gran capacidad, que exige una elevada inercia, una baja potencia y un largo tiempo de recuperación.
Es importante señalar que estos procesos anaeróbicos y aeróbicos, no se producen de manera simultánea sino de forma heterocrónica (ATP, PC, glucógeno, triglicéridos y por último proteínas) de tal forma que antes que un sustrato se agote ya se está movilizando y consiguiendo energía de siguiente.
|
FUENTE |
CAPACID. |
POTEN. |
RECUPE. |
DURACIÓN |
TIEMPO |
|
|
POTEN. |
CAPAC. |
|||||
|
ATP |
2 |
11 |
2’-5’ |
4”- 6” |
8”-10” |
< 1” |
|
PC |
20-25 |
8,6 |
2’-5’ |
10” |
15”-20” |
<1” |
|
GLUCÓL. ANAE. LÁC. |
30-70 |
5,2 |
1-2h |
15”- 45” |
45”-1’30” a 2’ |
5” |
|
GLUCÓL. AERÓBICA |
3000-7000 |
2,7 |
24-48h |
2’-5’ |
1-2h |
1’30” a 2’ |
|
LIPÓLISIS |
@ 800000 |
1,4 |
—— |
183h |
30’ |
3. ACTIVIDAD FÍSICA Y PROCESOS ENERGÉTICOS.
En función de la actividad a realizar, y de la duración e intensidad de ésta, van a ir demandándose procesos metabólicos y sustratos determinados. En reposo el 60% de las necesidades energéticas está cubierto por la utilización de las grasas. En el ejercicio se utilizan el ATP y PC cuando la intensidad es máxima y la duración es mínima. Cuando se quiere seguir manteniendo una intensidad elevada durante un mayor tiempo la glucólisis anaeróbica es el proceso predominante. Cuando interesa el factor tiempo se opta por la oxidación del glucógeno y la glucosa si la intensidad es importante y, por los ácidos grasos cuando se requiere una intensidad menor. La capacidad de realizar trabajos cortos e intensos dependerá de: los procesos energéticos, del desarrollo del sistema muscular, de la coordinación intra e intermuscular, etc. Por su parte, la capacidad para ejecutar trabajos largos depende no solo de la cantidad de sustratos sino de la efectividad de su utilización, que se manifiesta en la velocidad de transformación, de utilización y de economía. Se va a necesitar que todos los componentes que intervienen en estos procesos aeróbicos: factores respiratorios, de transporte y los componentes musculares, que utilizarán el oxígeno, estén al máximo nivel.
Se pueden diferenciar a las actividades físicas en función de sus requerimientos energéticos por lo que podrían clasificarse en distintos grupos.
- POTENCIA ANAERÓBICA (o actividades anaeróbicas alácticas)
– intensidad: alta o muy alta.
– energía: utilización de los fosfágenos.
– duración: entre los 10” – 12” y los 20”.
– factor limitante: agotamiento o disminución de las reservas de fosfágenos y la fatiga del sistema nervioso.
- CAPACIDAD O RESISTENCIA ANAERÓBICA (o actividades anaeróbicas lácticas)
– intensidad: alta.
– energía: degradación del glucógeno muscular y glucosa a ácido láctico.
– duración: entre los 20” – 30” y 2’.
– factor limitante: acumulación de lactato, falta de enzimas glucolíticas y amortiguadores, así como la inhibición en el funcionamiento de los enzimas por la elevada acidez.
- POTENCIA AERÓBICA
– energía: de la glucólisis anaeróbica y del sistema aeróbico.
– duración: entre los 2’ y los 4’ – 5’
– factor limitante: el VO2 máximo que dependerá del gasto cardiaco (Q) y de la diferencia arteriovenosa. VO2 máx. = Q x dif (a-v) O2
- CAPACIDAD O RESISTENCIA AERÓBICA
– energía: de la glucólisis aeróbica: a partir del glucógeno (hasta los 30’), de forma mixta con la oxidación de las grasas (hasta las 2h) o predominando la degradación de los lípidos (de las 2h en adelante).
– duración: de los 4’ – 5’ en adelante hasta la manifestación de factores limitantes.
– factor limitante: cantidad de sustratos energéticos, el VO2 máximo el umbral anaeróbico (en personas no entrenadas con intensidades del 60% – 70% del VO2 máximo y unos niveles de lactato de 4 mmoles/l).
4. CARACTERÍSTICAS DEL PERIODO EVOLUTIVO CORRESPONDIENTE A LA ETAPA.
Hay que considerar la importancia que se le da en la ESO al conocimiento que el alumno debe de tener de su propio cuerpo, valorando sus respuestas e utilizando modificaciones de la FC y respiratoria para determinar la intensidad y el grado de adaptación.
Los depósitos de ATP musculares y su ritmo de utilización son similares a los del adulto, lo que permitirá realizar actividades anaeróbicas alácticas aunque los depósitos de PC sean menores. Sin embargo, las reservas de glucógeno muscular, la concentración de enzimas glucolíticas anaeróbicas, niveles de lactato y el sistema de amortiguación son menores obligando a no abusar de lo anaeróbico láctico. Los valores de VO2 máximo se consiguen a partir de los 18 años, pero los relativos se alcanzan entre los 12 y los 16, por lo que será posible la práctica de actividades de potencia aeróbica. Resaltar por último que el UA está más elevado en niños, disminuyendo con la edad; esta indica que las altas pulsaciones de los jóvenes en trabajos moderados o implican trabajo anaeróbico, sino aeróbico.
III. BIBLIOGRAFÍA
– ÁLVAREZ DEL VILLAR, C. (1983): La preparación física del futbolista basada en el atletismo. Madrid. Gymnos.
– ASTRAND, P. O.; RODAHL, K. (1985): Fisiología del trabajo físico. Buenos Aires. Médica Panamericana.
– D. McARDLE, W (1990): Fisiología del ejercicio. Madrid. Alianza Deporte.
– GROSSER, M. (1989): Alto rendimiento deportivo. Barcelona. Martínez Roca.
– H. WILMORE, J & L. COSTILL, D. (1998): Fisiología del esfuerzo y del deporte. Barcelona. Paidotribo.
– PLATONOV, V. (1988): El entrenamiento deportivo. Teoría y metodología.. Barcelona. Paidotribo.
– PLATONOV, V. (1991): La adaptación en el deporte. Barcelona. Paidotribo.
– WEINECK, J. (1998): Entrenamiento óptimo. Barcelona. Hispano Europea.