2 adaptaciones generales

Centro Olímpico de Estudios Superiores

CAPITULO 2. ADAPTACIONES GENERALES DEL ORGANISMO A LA ACTIVIDAD FÍSICA. “Los organismos vivos están sometidos a la ley de la conservación de la energía y deben compensar cada una de sus actividades con un aumento de su metabolismo” (Baldwin, 1967).

2.1. ATP: Energía para el Movimiento Humano.

La fibra muscular no puede utilizar directamente la energía contenida en los alimentos ya digeridos. Para poder utilizarla, los componentes más simples de los alimentos (los mono-sacáridos, ácidos grasos libres y aminoácidos) tienen que cederla antes a un com-puesto químico que se encuentra almacenado en todas las células vivas: el Adenosín Tri-fosfato (ATP). Es entonces, a partir de la energía liberada por la hidrólisis del ATP, cuan-do la fibra muscular puede efectuar el trabajo que le es propio. Esta molécula también cede su energía a otros procesos celulares que la requieren, como los procesos de síntesis y de transporte. Miosina ATPasa

ATP + H2O ------------------> ADP + Pi + Energía Química Mg2+

Energía Química à Contracción Muscular + Calor

En definitiva, la fibra muscular precisa del ATP tanto para contraerse como para relajar-

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se. A destacar que durante la transición del reposo al ejercicio la cantidad de ATP hidro-lizado puede aumentar más de 100 veces; por ejemplo, durante un sprint máximo la nece-sidad de energía del músculo esquelético puede ser 120 veces mayor que durante el repo-so, y podría llevar al agotamiento de las reservas de ATP en, teóricamente, apenas 2- 3 segundos (McArdle y col. 1991). Incluso un ejercicio físico aeróbico y prolongado como el ski de fondo puede demandar una cantidad de energía equivalente a 20- 30 veces la necesaria en reposo. Como la célula muscular almacena sólo pequeñas cantidades de ATP (3 a 8mM), y como la actividad muscular requiere un continuo suministro de energía, la célula tiene que tener sus propias vías de recuperación del ATP consumido.

2.2. Las Fuentes de Resíntesis del ATP. Para resintetizar nuevas moléculas de ATP, la célula muscular dispone de tres sistemas diferentes, dos de estos sistemas se desarrollan en el sarcoplasma de la fibra y no nece-sitan la presencia de oxígeno para funcionar, y por eso se les conoce como Sistemas Anaeróbicos (el Sistema ATP- PCr y el Sistema de la Glucólisis Anaeróbica). Al tercero se le conoce como Sistema Aeróbico porque se desarrolla en el interior de las mitocon-drias (Figura 2.1) y precisa del oxígeno para resintetizar el ATP.

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2.2.1. El Sistema ATP- PCr (o Sistema de los Fosfágenos). Desde un punto de vista químico es el menos complejo. Está formado por el conjunto de moléculas de ATP y de Fosfocreatina (PCr) presentes en cada célula. La resíntesis del ATP se consigue mediante la hidrólisis de la PCr; y esto se produce con o sin la presencia

Figura 2.1. Vías metabólicas que generan ATP.


de oxígeno dentro de la célula. Dependiendo del tipo de célula muscular y del nivel de entrenamiento, la concentración de PCr es 3 a 5 veces mayor que la de ATP. Sin embar-go, el contenido celular de estos metabolitos es muy pequeño, sólo suficiente para realizar un ejercicio físico muy intenso durante unos pocos segundos. En realidad, sólo hay alma-cenados fosfágenos de alta energía (ATP y PCr) para 6 a 8 segundos de un ejercicio máximo (McArdle y col. 1991).

Creatin Quinasa

ADP + PCr <----------------> ATP + Cr Mg 2+

2.2.2. El Sistema de la Glucólisis Anaeróbica (o Sistema del Ácido Lácti-co). La glucólisis anaeróbica (Figura 2.1) consiste en la degradación de la glucosa en ácido pirúvico, con liberación de hidrógeno (H+). Cuando el aprovisionamiento de oxígeno en los músculos es insuficiente o nulo, el H+ liberado por la degradación de la glucosa se fija al ácido pirúvico para formar ácido láctico. Es decir, la resíntesis de ATP por medio de la glucólisis anaeróbica supone metabolizar carbohidratos (principalmente glucógeno) a áci-do láctico. Aunque con esta vía energética se puede regenerar una gran cantidad de ATP por unidad de tiempo, la gran acidosis metabólica que resulta por la acumulación de lacta-to, la rapidez con la que el glucógeno se consume, o ambas, hacen que esta vía no se pueda utilizar de forma predominante durante períodos largos de tiempo cuando se realiza un ejercicio físico. Este sistema, por lo tanto, suministra ATP cuando se realizan ejercicios de alta intensidad y el suministro de oxígeno a la célula es inadecuado, o las demandas de energía son mayores que la capacidad del sistema aeróbico para suministrar ATP. La glu-cólisis anaeróbica, como el sistema ATP-PCr y el aeróbico que veremos en el siguiente apartado, es operativa desde el mismo instante que comienza un ejercicio máximo. Sin embargo, el sistema de los fosfágenos es el predominante durante los primeros segundos. Una vez agotados estos, la glucólisis toma el relevo en el predominio de la resíntesis del ATP. Durante un ejercicio corto y muy intenso, por ejemplo una competición de 200m en atletismo desarrollada en 25”, la energía necesaria se obtiene principalmente a través de la glucólisis anaeróbica. Ello se asocia a una gran producción de ácido láctico, que se dis-ocia en iones hidrógeno (H+) e iones lactato. Se piensa que el aumento de la concentra-ción muscular y sanguínea de H+ es la causa principal de fatiga en este tipo de ejercicio. Estos iones H+ actúan inhibiendo enzimas claves de la glucólisis, particularmente la fosfo-

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fructoquinasa (Sutton y col. 1981). Sin esta rápida producción anaeróbica de ATP la fatiga del músculo esquelético ocurriría sólo unos segundos después de comenzar un ejer-cicio intenso; por ello, el sistema de la glucólisis anaeróbica es fundamental en ejercicios máximos que duren entre 6’’ y 2’ (Gaitanos y col. 1993; Medbo y Tabata 1993). Para Peronnet (1991) (Figuras 2.2 y 2.1) las funciones de la glucólisis se pueden resumir en cuatro puntos: 1º) sirve para aportar energía en forma de ATP que pueda ser utilizada directamente en la contracción y relajación muscular. Por cada molécula de glucosa que entra en la glucólisis se producen 4 ATP, pero hay que restarles los 2ATP que hay que consumir al comienzo de las reacciones (pasos 1 y 3). Por lo tanto la producción neta es de 2 ATP por molécula de glucosa, o 2 moles de ATP por mol de glucosa; 2º) sirve para aportar piruvato a la célula, que es la forma como entran los glúcidos en el ciclo de Krebs y en la cadena respiratoria. Para entrar en el ciclo de krebs el piruvato se convierte en acetato, lo que conlleva la pérdida de un átomo de carbono (que se pierde en forma de CO2) y de una molécula de Hidrógeno (H2); 3º) esta producción de hidrógeno se produ-ce, además de en el paso de piruvato a acetato, en el paso 5; y es muy importante para la producción de energía. En efecto, el hidrógeno puede ser transferido a la cadena respi-ratoria para conseguir grandes cantidades de ATP. Sin embargo, este hidrógeno no viaja sólo porque es muy tóxico para la célula, y por ello es transportado bajo una forma in-ofensiva por los "transportadores de hidrógeno" como la nicotinamida adenina dinu-cleótido o NAD (cuando transporta el hidrógeno es NADH2); y 4º) producir ácido lácti-co. La formación de ácido láctico a partir del piruvato permite que la glucólisis no se pare, y continúe aportando energía bajo la forma de ATP. Como acabamos de ver, en el desa-rrollo de la glucólisis (reacción 5) se libera hidrógeno que se incorpora al NAD transformándose este en NADH2. Para que la glucólisis pueda continuar es preciso que el NAD esté disponible constantemente para aceptar el hidrógeno liberado. La célula sólo posee cantidades muy pequeñas de NAD. Por lo tanto tiene que ser constantemente regenerada a partir de la NADH2. En efecto el NADH2 es sólo una "lanzadera" (shuttle) que transfiere el hidrógeno de una reacción a otra, y el aceptor final de este hidrógeno es el ácido pirúvico, que se transforma en ácido láctico. Cuando hay oxígeno disponible y la actividad de la glucólisis es poco importante, como es el caso del ejercicio prolongado, la mayor parte del hidrógeno liberado en la reacción 5 de la glucólisis es transferido por la NAD hacia la cadena respiratoria y se forma sólo una pequeña cantidad de ácido láctico. En este caso, el aceptor final de hidrógeno es el oxígeno, formándose agua (H2O). Finalmente, ¿qué rendimiento energético se obtiene al degradarse la glucosa por la vía de

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la glucólisis anaeróbica?. Un mol de ATP es equivalente a alrededor de 10Kcal (es decir, la hidrólisis del ATP en ADP y Pi aporta alrededor de 10Kcal/ mol), mientras que la de-gradación de la glucosa en ácido láctico aporta 47Kcal por mol de glucosa. Como la glu-cólisis aporta 2 moles de ATP o 20Kcal por mol de glucosa degradada, 27Kcal (47Kcal- 20Kcal) se pierden bajo la forma de calor. El rendimiento energético de la de-gradación de glucosa en la glucólisis anaeróbica es de un 43%.

Figura 2.2. La Glucólisis.

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2.2.3. El Sistema Aeróbico: El Sistema del Ciclo de Krebs y de la Cadena Transportadora de Electrones. Como vemos en la Figura 2.1, la resíntesis de ATP por medio de los procesos aeróbicos se produce dentro de la mitocondria de la célula, y requiere la combustión de un substrato en presencia de oxígeno. Este substrato puede encontrarse en el interior de la propia célu-la (ácidos grasos libres a partir de los triglicéridos intracelulares y glucógeno) o pueden proceder de fuera de la célula (ácidos grasos libres desde el tejido adiposo y glucosa del hígado). El oxígeno tiene que llegar a la mitocondria de las células musculares en cantida-des suficientes y, para ello, el sistema cardiorrespiratorio tiene que ser capaz de aportarlo. Los productos de desecho del metabolismo aeróbico son el agua y el dióxido de carbono (Figura 2.3). El agua es parcialmente retenida en el cuerpo para ayudar en el manteni-miento de la homeostasis, mientras que el dióxido de carbono se elimina por la respira-ción. Este sistema interviene de forma predominante en la resíntesis de ATP durante el reposo y en cualquier ejercicio físico aeróbico (maratón, triatlón, ciclismo, futbol, hockey hierba, etc).


Figura 2.3. El ciclo del ácido cítrico (o ciclo de Krebs) y la cadena respiratoria.

El objetivo de esta vía metabólica es muy simple. A partir de una molécula de acetato el ciclo de Krebs libera: 1º) dos moléculas de CO2; y 2º) cuatro moléculas de hidrógeno. Además, se genera una molécula de guanosina trifosfato (GTP). Esta molécula es equiva-lente, en términos de energía, a una molécula de ATP. El CO2 producido se transporta por la sangre hasta los pulmones y allí es liberado a la atmósfera. Respecto al hidrógeno, es captado por los transportadores de hidrógeno (NAD y FAD) y lo transfieren a la ca-dena respiratoria.


La cadena respiratoria está constituida por siete transportadores de hidrógeno que se transmiten las moléculas de hidrógeno del uno al otro, para finalmente cederlas al oxígeno (Figura 2.3). El oxígeno es el "aceptor final" del hidrógeno, con el que forma agua. La ca-dena respiratoria es una vía metabólica extremadamente interesante. Si hacemos cálculos podemos obtener la cantidad de ATP aportados por el ciclo del ácido cítrico y la cadena respiratoria a partir de una molécula de acetato: 1GTP es equivalente a 1ATP; 3NADH2 aportan 3 x 3= 9ATP; 1FADH2 aporta 2ATP; 1+9+2= 12ATP.

Figura 2.4. Secuencia y relaciones cuantitativas de los procesos bioquímicos generado-res de energía en el músculo esquelético. Lla producción de energía está calculada en función de los resultados obtenidos por deportistas de élite en diferentes actividades.

Bajo condiciones normales de reposo, el músculo esquelético regenera la mayor parte de su ATP por medio de la vía aeróbica. Un aumento rápido de la actividad física se acom-paña de una regeneración del ATP principalmente por las vías aláctica (PCr) y láctica (Glucólisis anaeróbica), y se sigue de una gradual aceleración del metabolismo aeróbico. Si la tasa de utilización energética es similar a la tasa de regeneración por la vía aeróbica, la contribución de los dos sistemas anaeróbicos se reducen proporcionalmente, dando

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lugar a niveles relativamente estables de lactato en músculo y sangre. Sin embargo, si el ejercicio es muy intenso, el sistema anaeróbico de la glucólisis continuará siendo la mayor fuente de ATP porque el pico de capacidad del proceso aeróbico para suministrar ATP es considerablemente más bajo que las demandas energéticas del músculo. En resumen, cuantificar el potencial energético de un músculo comprende la medida de tres procesos metabólicos distintos que forman la base de la regeneración del ATP. Los tres sistemas energéticos no operan independientemente durante el ejercicio físico, sino que trabajan juntos, al mismo tiempo; sin embargo, la proporción de ATP suministrado por cada uno de ellos varía de acuerdo a la intensidad y duración del ejercicio y al tipo de fibra muscular que está activada (Figura 2.4).

2.3. La estimación de la capacidad metabólica muscular. La introducción de la técnica de la biopsia muscular (Bergström 1962), con la que se puede obtener una pequeña muestra (10-100mg) de músculo, y el desarrollo de técnicas bioquímicas sensibles han hecho posible estimar la capacidad de las diferentes vías meta-bólicas del músculo. Hoy en día, usando micrométodos, esto se puede realizar incluso con una sola fibra muscular (Chi y col. 1983). Como acabamos de ver, las principales vías metabólicas para la obtención de energía son la glucólisis/ glucogenolisis y la oxidación de los ácidos grasos a través del ciclo de Krebs y de la cadena respiratoria. La capacidad de una vía metabólica está limitada principalmente por la cantidad de enzi-mas de esa vía contenida en la célula; y, generalmente, los cambios en la capacidad meta-bólica de una vía, por ejemplo como resultado de un período de entrenamiento o de des-entrenamiento, se acompañan de un cambio en la misma dirección en el contenido de to-dos los enzimas (Henriksson, 1992). Por ello, es posible obtener una buena estimación de la capacidad de una vía metabólica específica midiendo simplemente el contenido (activi-dad máxima) de una de sus enzimas. Los enzimas que se miden más habitualmente son:

+Glucólisis: Fosfofructoquinasa (PFK) y Lactato Deshidrogenasa (LDH). +Oxidación de Ac. Grasos: 3- Hidroxiacil- CoA Deshidrogenasa (HAD). +Ciclo de Krebs: Citrato Sintetasa (CS), Succinato deshidrogenasa (SDH).

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+Cadena Respiratoria: Citrato c Oxidasa. 2.4. Tipos de Fibra Muscular. El músculo esquelético no está formado simplemente por un conjunto homogéneo de fi-bras con propiedades metabólicas y funcionales similares. Aunque hasta no hace mucho tiempo ha existido una considerable confusión sobre el método y la terminología a utilizar, en estos momentos se han identificado y clasificado 2 tipos diferentes de fibras, atendien-do a sus propiedades histoquímicas, metabólicas y contráctiles (Armstrong 1988; Brooke y Kaiser, 1970). Por un lado, están las Fibras tipo I (o Slow-Twitch Fibers) que generan la energía para la resíntesis de ATP principalmente a través del sistema aeróbico, lo que las hace muy aptas para el trabajo aeróbico prolongado. Se distinguen por tener una velo-cidad de contracción baja, un nivel bajo de actividad de la miosina ATPasa, numerosas mitocondrias que, junto con los elevados niveles de mioglobina, les confieren una pig-mentación rojiza característica, y una capacidad glucolítica peor desarrollada que el otro tipo de fibras, las tipo II (o Fast- Twitch Fibers). Estas tienen mayor capacidad para la transmisión de los potenciales de acción y mayor nivel de actividad de la miosina ATPasa y, por ello, su velocidad intrínseca de contracción y de desarrollo de tensión es de 2 a 3 veces más rápida que en las fibras tipo I. Para la recuperación del ATP las Fibras tipo II dependen, en un alto porcentaje, de un sistema glucolítico bien desarrollado. Estas fibras de contracción rápida se activan generalmente en ejercicios cortos y explosivos, como sprints, así como durante contracciones musculares potentes que dependen casi exclusi-vamente del metabolismo anaeróbico (McArdle WD y col. 1991). Las características contráctiles y metabólicas de las fibras tipo II hacen que sean muy importantes en depor-tes en los que durante su desarrollo se producen frecuentes cambios de ritmo como en el ciclismo, baloncesto, baloncesto, futbol, hockey o piragüismo. Las fibras tipo II se subdividen en: 1) IIa, que son consideradas como intermedias entre le tipo I y II, porque a su velocidad de contracción rápida se une un desarrollo bastante aceptable tanto de la vía aeróbica como de la anaeróbica para la transferencia de energía de los alimentos al ATP; 2) IIb, que poseen el mayor potencial anaeróbico; es decir, son las auténticas fibras rápidas-glucolíticas ; y 3) IIc, que son un tipo raro de fibras indiferen-ciadas que podrían estar relacionadas con la reinervación o con la transformación de uni-dades motoras (Komi y Karlsson, 1978). Thomson y col. (1979) apuntan que estas fibras


suponen menos del 1% de todas las fibras. El potencial oxidativo de las fibras IIc es pare-cido al de las fibras tipo I, mientras su actividad glucolítica es similar al de las fibras IIa (Essen y col. 1975). Por otro lado, hasta hace poco se pensaba que la histoquímica de la miosina ATPasa era capaz de reflejar de forma precisa la expresión de las diferentes isoformas de la cadena pesada de la miosina (MHC) de las fibras musculares aisladas. Sin embargo, trabajos más recientes han revelado que esta técnica sólo puede idetificar la isoforma MHC pre-dominante contenida en fibras musculares aisladas (Green 1992; Staron y col. 1987), pe-ro como una fibra muscular puede contener más de una isoforma MHC (Staron y col. 1987), la histoquímica de la miosina ATPasa podría no ser suficientemente sensitiva para reflejar las características contráctiles de esa fibra. Por ello, se han desarrollado técnicas más sensibles, como la electroforesis y la inmunocitoquímica, para determinar la pro-porción de isoformas MHC contenidas en una fibra. Sin embargo, la técnica histoquímica sigue siendo ampliamente utilizada y nosotros, en este módulo, utilizaremos esta clasifica-ción al referirnos a los diferentes tipos de fibras. No obstante, por el momento la clasificación de los subtipos MHC del músculo esqueléti-co humano es materia de debate. Algunos autores denominan a los 3 subtipos principales como I, IIa y IIb (Armstrong 1988), mientras que otros sugieren que el tipo IIb MHC humano es más parecido al IIx MHC de los roedores (Anderson y col. 2000), y por ello se refieren a ellos como IIx. Sin embargo, parece existir un continuum de isoformas MHC desde el tipo I→IIb/IIx, con fibras que están en transición entre unos y otros tipos (An-derson y col. 1997). Diferentes estudios en animales y en humanos indican que el tipo IIb/IIx MHC es el más capacitado para el desarrollo de potencia (IIb/IIx→IIa→I) (Bottinelli y col. 1999). Re-cientes análisis del músculo esquelético humano in vitro sugieren que las isoformas MHC (I, IIa y IIb/IIx) son factores fundamentales de la fuerza de una fibra y de la potencia por unidad de área (IIb/IIx>IIa>I) (Bottinelli y col. 1999). Además, la velocidad máxima de acortamiento de las fibras tipo IIb MHC es aproximadamente 10 veces más rápida que la de las tipo I MHC (Bottinelli y col. 1999). En cuanto a la distribución muscular de estas fibras (Tabla 2.1), varía mucho de unas per-sonas a otras. Por un lado, se ha visto que los sedentarios tienen un 45-55% de fibras tipo I, mientras que deportistas de élite en atletismo de fondo o ski de fondo, con los VO2max


más altos vistos en la literatura (ver siguiente sección), pueden llegar a tener hasta un 90% de fibras tipo I. Los halterófilos, jugadores de hockey hielo y sprinters suelen poseer más fibras de contracción rápida y un menor VO2max. Sin embargo, la composición porcen-tual de fibras en el músculo de una persona no es, desde luego, el único determinante de su rendimiento físico. Este será el resultado final de una mezcla de variables fisiológicas, boquímicas, neurológicas y biomecánicas (Klausen y col. 1981).

Tabla 2.1. Características morfológicas y actividades enzimáticas mitocondriales determinadas a partir de biopsias de los músculos Gastrocnemius (G) y Vastus Lateralis (V) en sujetos sedentarios y deportistas de diferentes especialidades deportivas (En Bangsbo y Mizuno 1988).

2.5. Descenso del Pool de Nucleótidos de Adenina (ATP + ADP + AMP) durante el Ejercicio Físico. Durante la transición del reposo al ejercicio la cantidad de ATP hidrolizado puede aumen-tar hasta en más de 100 veces, con lo que la célula muscular podría llegar a agotar su ATP en sólo 2- 3 segundos si no hubiera unas vías de regeneración paralelas al consumo. Por lo tanto, para mantener una adecuada función muscular esta hidrólisis del ATP a ADP debe guardar un equilibrio con la velocidad de resíntesis de ATP a partir del ADP por medio de las tres vías que ya conocemos. Sin embargo, cuando la cantidad de ATP hidrolizado supera a la de ADP refosforilado (por ejemplo, al realizar un ejercicio físico

Distribución tipo fibra(%)

Area mediafibra (102.µm2)

Nºcapilares/fibra

Citrato sintetasa(µmol.min-1.g dry wt-1)

3-hidroacil CoAdeshidrogenasa

ST FT ST FTa b

No deportistas G 51 49 43 47 1.5 -- --V 38 40 22 46 49 2.1 36 38

Halterófilos V 41 59 66 110 2.1 -- --

Corredores media distancia G 65 33 2 53 72 2.8 65 58

Esquiadores fondo G 63 36 1 50 53 2.7 83 52

Futbolistas no élite V 42 41 18 50 65 1.9 -- --

Futbolistas élite V 40 60 55 70 -- -- --G 56 40 4 50 60 2.4 46 52


de alta intensidad), aumenta la concentración muscular de ADP. Este aumento va a actuar al mismo tiempo, por un lado como estímulo para la activación de los procesos que gene-ran ATP (estimulando la acción del enzima Adenilato quinasa o Mioquinasa; Figura 2.5); y, sin embargo, por otro lado también va a actuar como un potente estímulo para el catabolismo del pool de nucleótidos de adenina (ATP + ADP + AMP); es decir, se va a producir una pérdida irreversible, en mayor o menor medida, de parte de este pool. La ruta predominante para el catabolismo de los nucleótidos de adenina en el músculo esque-lético es la desaminación del AMP a Monofosfato de Inosina (IMP) y Amoníaco (NH3), reacción catalizada por el enzima Adenilato desaminasa. En el músculo cardíaco la ruta principal para esta defosforilación del AMP es hacia la formación de Adenosina.

Figura 2.5. Vías principales de síntesis y degradación de los nucleótidos de adenina en el músculo esquelético humano. 1, ATP-asa; 2, Adenilato quinasa; 3, AMP desaminasa; 4, 5’-nucleotidasa citoplasmática; 5, Fosforilasa nucleósido de purina; 6, Xantina oxi-dasa; 7, 5- Fosforribosil- 1- pirofosfato (PRPP) aminotransferasa; 8, Adenilsuccinato sintetasa; 9, Adenilsuccinato liasa; 10, Hipoxantina/guanina 5- fosforribosil 1- pirofos-fato transferasa (Stathis y col. 1994).


Estas dos reacciones tienen dos funciones principales (Houston, 1995): 1º) evitar que au-mente excesivamente la concentración de ADP en la célula, manteniendo relativamente elevado el cociente [ATP]/[ADP], que es muy importante para la hidrólisis del ATP, para que genere una elevada cantidad de energía libre. Si la concentración de ADP fuera de-masiado elevada, la cantidad de energía libre derivada de la hidrólisis del ATP restante sería menor, e incluso podría ser insuficiente para el desarrollo de los procesos para los que se requiere; y 2º) el amoníaco derivado de la reacción catalizada por la Adenilato de-saminasa es una base (es decir, un aceptor de protones) y puede aceptar un protón pa-sando a ión amonio (NH4

+). Por lo tanto, la formación del ión amonio a partir del amonía-co hace que disminuya la cantidad de H+ libres y previene contra el exceso de acidez del músculo (esto es, ayuda a evitar que baje el pH). Además el NH4

+ estimula el proceso de la glucólisis a partir de la enzima Fosfofructoquinasa (Sugden y Newsholme 1975). Posteriormente, tanto el IMP como la adenosina pueden ser degradados a inosina, hipo-xantina y ácido úrico (Figura 2.5). No obstante, el catabolismo posterior del IMP consti-tuye cuantitativamente, en principio, una vía menor; el músculo dispone de dos vías impor-tantes para salvar su pool de nucleótidos de adenina: 1º) mediante la reaminación del IMP a AMP a través del Ciclo de las Purinas (Figura 2.6); y 2º) la conversión de la hipoxantina en IMP por medio de la enzima hipoxantinoguanina fosforibosiltransferasa (Sahlin y Bro-berg 1990).

2.5.1. El Ciclo de las Purinas (PNC). La relación entre el trabajo muscular y la producción de amoníaco fue estudiada ya a fina-les de los años 20 (para referencias ver Lowenstein, 1990). Por aquellos años se recono-ció a la reacción mediada por el enzima Adenilato desaminasa como la mayor fuente de amoníaco del músculo: AMP + H2O → IMP + NH3 En condiciones fisiológicas, esta reacción no es reversible. Por ello, se buscan y en 1955 se identifican, las dos reacciones que completan el Ciclo de los Nucleótidos de Purina (Figura 2.6). Según JM Lowenstein (1990) a este ciclo se le pueden atribuir las siguientes funciones: 1º) Sirve para regular las concentraciones relativas de AMP, ADP y ATP. Es-pecialmente sirve, como acabamos de ver, para mantener un elevado cociente ATP/ADP. Teniendo en cuenta que las concentraciones relativas de ATP, ADP y AMP actúan como


substratos (activadores e inhibidores de muchas reacciones), se las considera como las principales reguladoras del metabolismo energético de la célula; 2º) Es una vía de reapro-visionamiento de intermediarios del ciclo de Krebs, generando fumarato a partir del as-partato; 3º) Es una vía de producción de amoníaco a partir de los aminoácidos; o dicho de otro modo, es una vía que hace posible la desaminación de varios aminoácidos para la producción de energía. El amoníaco sirve para amortiguar la bajada del pH originada por la producción del ácido láctico; 4º) Ayuda a regular la actividad de la fosfofructoquinasa (PFK) y, por consiguiente, de la glucólisis regulando la concentración de AMP; el AMP es un activador de la PFK (es un ejemplo específico del mecanismo de control general mencionado en el punto 1º; y 5º) Puede servir para regular la fosforilasa b, generando IMP durante el ejercicio físico severo, manteniendo baja la concentración de AMP.


Figura 2.6. El ciclo de los nucleótidos de purina.

Por lo tanto, durante un ejercicio físico de una cierta intensidad, cuando comienza a dismi-nuir la concentración de ATP en el músculo, con el consiguiente aumento de la concentra-ción de ADP, se pone en marcha este mecanismo de urgencia que, en último término, evi-ta la depleción completa del ATP de la fibra y, por tanto, la muerte celular (Banister y col. 1985). Sahlin y col. (1978) observaron un descenso de un 15% en el "pool" de nucleótidos de adenina después de un ejercicio continuo hasta el agotamiento, desarrollado a una intensi-dad por encima del 80% del VO2max, durante un tiempo no superior a 13’. Sin embargo, al cabo de 30’ de recuperación, este "pool" volvió a sus niveles de reposo. Es decir, en


este ejemplo, como ya hemos apuntado anteriormente, el catabolismo posterior del IMP constituyó cuantitativamente, en principio, una vía menor. Sin embargo, Green y col. (1987) utilizando como protocolo un ejercicio supramáximo repetido durante tres días consecutivos, observaron que el músculo era incapaz de recu-perar su pool de nucleótidos de adenina incluso 24h después de una sesión de ejercicio de estas características; los niveles de ATP antes del comienzo de la tercera sesión de entrenamiento eran un 20% inferiores a los niveles de reposo del primer día, y a pesar de que el tiempo de recuperación entre une sesión y otra fue suficiente para que se recupera-ran los niveles de PCr. Por lo tanto, en este ejemplo es evidente que, si bien la mayor parte del pool de nucleótidos de adenina se recuperó utilizando las vías de urgencia (vía PNC y conversión previa de la hipoxantina en IMP y otra vez vía PNC), otra parte de este IMP formado no se reconvirtió en AMP, sino que se degradó a inosina y, posterior-mente, a hipoxantina (Figura 2.5). La inosina y la hipoxantina pueden seguir 3 vías meta-bólicas: 1º) la hipoxantina puede oxidarse y convertirse, de forma irreversible, en ácido úrico (Banister y col. 1985), que sale a la sangre (Hellsten y col. 1988); 2º) pueden seguir una vía de recuperación del pool de nucleótidos de adenina, que necesita la presencia de glutamina y que es un proceso rápido y con poco costo de energía (Figura 2.5); y 3º) la inosina e hipoxantina pueden difundir a través del sarcolema hacia la sangre (Banister y col. 1985). Por lo tanto, los pasos 1 y 3 nos indican que se está produciendo una pérdida de purinas en el músculo. Sin embargo, el problema principal viene determinado por el hecho de que esta pérdida tiene que ser resintetizada nuevamente (de novo), con el incon-veniente de que esta resíntesis se produce lentamente y requiere mucha energía.

2.5.2. Metabolismo energético y fatiga. Aunque nuestro objetivo no se va a centrar en estudiar específicamente las causas que originan un estado de fatiga; sin embargo, al llegar a este punto es necesario que hagamos referencia a las posibles consecuencias que desde un punto de vista de la fatiga pueden acompañar tanto a la pérdida parcial del ATP de la fibra muscular, como a las variaciones en las concentraciones celulares de los distintos metabolitos derivados de la hidrólisis del ATP. En los últimos años, algunos investigadores han insistido en la idea de que diversos facto-res metabólicos juegan un papel importante en la fatiga del músculo in vivo, aunque no hay duda de que existen otras condiciones de fatiga que no pueden explicarse por cambios


metabólicos. Esto no es sorprendente considerando la complejidad y la diversidad del proceso de contracción- relajación. Una teoría clásica defiende que al llegar a un cierto punto del ejercicio físico, el consumo de ATP no puede ser compensado por una resíntesis que iguale la cantidad consumida, dando lugar a una deficiencia energética y a una disminución en la producción de fuerza por el músculo. Sin embargo, al menos en la actividad física voluntaria, difícilmente se puede encontrar una reducción en la concentración del ATP por encima del 30-40% en relación con los valores de reposo, incluso en las tareas más extremas (Green 1990); por ello, esta teoría es generalmente rechazada. No obstante, existen autores que la defienden, como Sahlin (1992) que apunta que existen muchos estudios que han demostrado una estrecha relación entre la capacidad metabólica para producir ATP y el rendimiento físico. Por ello, para este autor, la deficiencia energética probablemente es un factor importante en la etiología de la fatiga muscular. Al llegar a la fatiga, generalmente se observan unos cambios metabólicos característicos (siendo el modelo diferente después de un ejercicio corto y muy intenso, con una acumulación de lactato y una depleción de la PCr, que des-pués de un ejercicio prolongado de moderada intensidad, con una depleción de glucógeno o una hipoglucemia). Sin embargo, Sahlin (1992) concluye que en todas estas situaciones, al llegar al estado de fatiga, existe un denominador metabólico común: un descenso en la capacidad de generar ATP junto a un elevado metabolismo del ATP que se manifiesta en la célula con un incremento del catabolismo del pool de los nucleótidos de adenina. Este aumento transitorio del ADP sería el enlace entre la deficiencia energética y la fatiga, y su lugar de actuación podría situarse a nivel de la interacción actina- miosina, o de la recupe-ración del calcio por el retículo sarcoplásmico; a nivel del mantenimiento del gradiente Na+- K+ y del potencial de acción sobre el sarcolema, o a nivel de la señal de trasducción entre los túbulos T y el retículo sarcoplásmico (Sahlin, 1992) . Por otro lado, este déficit energético también podría alterar la función muscular debido a un aumento en los niveles de Pi, que se produce cuando disminuye el PCr. A partir de estudios con fibras musculares aisladas se vió que el aumento de la concentración de Pi (dentro de niveles fisiológicos) disminuye tanto la fuerza isométrica como la fuerza a una velocidad dada (Cooke y Pate, 1990). 2.6. Síntesis de ideas fundamentales.


- La fibra muscular tiene que obtener la energía a partir del ATP que se acumula en la cé-lula pero sólo en pequeñas cantidades (3 a 8mM). Durante la transición del reposo al ejercicio la cantidad de ATP hidrolizado puede aumentar más de 100 veces, lo que po-dría llevar al agotamiento de las reservas de ATP en, teóricamente, apenas 2- 3 segundos. Como la actividad muscular requiere un continuo suministro de energía, la célula tiene que tener sus propias vías de recuperación del ATP consumido. - Para resintetizar nuevas moléculas de ATP, la célula muscular dispone de tres sistemas diferentes, dos de estos no necesitan la presencia de oxígeno para funcionar, y por eso se les conoce como Sistemas Anaeróbicos (el Sistema ATP- PCr y el Sistema de la Glucóli-sis Anaeróbica). Al tercero se le conoce como Sistema Aeróbico porque se desarrolla en el interior de las mitocondrias y precisa del oxígeno para resintetizar el ATP. - El sistema ATP- PCr está formado por el conjunto de moléculas de ATP y de Fosfo-creatina (PCr). La resíntesis del ATP se consigue mediante la hidrólisis de la PCr. Pero el contenido celular de estos metabolitos es muy pequeño, sólo suficiente para realizar un ejercicio físico muy intenso durante unos 6 a 8 segundos. - La glucólisis anaeróbica consiste en la degradación de la glucosa en dos moléculas de ácido pirúvico, con liberación de hidrógeno (H+). Cuando el aprovisionamiento de oxíge-no en los músculos es insuficiente, el H+ liberado por la degradación de la glucosa se fija al ácido pirúvico para formar ácido láctico. Esta vía energética puede llegar a producir una gran acumulación de lactato y una acidosis metabólica. Este sistema, por lo tanto, suminis-tra ATP cuando se realizan ejercicios de alta intensidad y el suministro de oxígeno a la célula es inadecuado. Por cada molécula de glucosa se obtienen 2 moléculas de ATP. - El ciclo de Krebs y la cadena transportadora de electrones se desarrollan dentro de la mitocondria de la célula, y requiere la combustión de un substrato en presencia de oxíge-no. Este substrato puede ser ácidos grasos libres, glucosa o aminoácidos. El oxígeno tiene que llegar a la mitocondria de las células en cantidades suficientes y, para ello, el sistema cardiorrespiratorio tiene que ser capaz de aportarlo. Los productos de desecho del meta-bolismo aeróbico son el agua y el dióxido de carbono. - La cadena respiratoria está constituida por siete transportadores que se transmiten las moléculas de hidrógeno del uno al otro, para finalmente cederlas al oxígeno. El oxígeno es

PADRES

Resaltado


el aceptor final del hidrógeno, con el que forma agua. Por cada molécula de acetato el ciclo de Krebs y la cadena respiratoria sintetizan 12 moléculas de ATP. - La capacidad de una vía metabólica está limitada principalmente por la cantidad de en-zimas de esa vía contenida en la célula; y, generalmente, los cambios en la capacidad me-tabólica de una vía se acompañan de un cambio en la misma dirección en el contenido de todos los enzimas. - Básicamente, las fibras musculares se dividen, atendiendo a sus propiedades histoquími-cas, metabólicas y contráctiles, en Fibras tipo I (o Slow-Twitch Fibers) que generan la energía principalmente a través del sistema aeróbico, y las tipo II (o Fast- Twitch Fibers). Las fibras tipo II se subdividen en IIa, que son consideradas como intermedias entre le tipo I y II, y IIb, que poseen el mayor potencial anaeróbico; es decir, son las auténticas fibras rápidas-glucolíticas. - Ciclo de las Purinas: cuando el ejercicio físico es de tal intensidad y duración que la fibra no puede recuperar adecuadamente sus reservas de ATP, aumentando la concentración de ADP, esto va a actuar por un lado como estímulo para la activación de los procesos que generan ATP y, por otro lado, también va a actuar como un potente estímulo para el catabolismo del pool de nucleótidos de adenina (ATP + ADP + AMP); es decir, se va a producir una pérdida, en mayor o menor medida, de parte de este pool. No obstante, la célula dispone del ciclo de las purinas para intentar salvar (y muchas veces lo consigue) sus reservas de ATP. Mediante este ciclo de urgencia evita muchas veces que el IMP siga metabolizándose hasta hipoxantina y salga de la célula con la consiguiente pérdida de par-te de este pool, que le costará tiempo (varios días) recuperar.

Bibliografía del Capítulo 2.

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Autoevaluación del Capítulo 2. 1) ¿Por qué el consumo máximo de oxígeno (VO2max) no sirve para diferenciar distintas intensidades de trabajo de entrenamiento? 2) ¿Qué diferencia existe entre el umbral lactato y el OBLA?. 3) Un atleta de 400m realiza un entrenamiento de series de 300m. Después de 10 series con 2’ entre series, se encuentra una concentración de ácido úrico en sangre de 9.5mg/ dl, ¿cómo explicarías este hecho?. Respuestas a las preguntas de autoevaluación del capítulo

2 1) Porque se ha demostrado que un mismo porcentaje de VO2max puede suponer dife-rente nivel de stress metabólico en distintas personas; es decir, realizar un ejercicio físico a una intensidad relativa del 70% del VO2max individual, puede suponer trabajar con un rango de lactato de 3.8 a 13.2mmol/l. 2) El umbral lactato está englobado dentro del grupo de umbrales que indican el comienzo


de una producción de lactato por encima de los valores de reposo y parece claro que tiene más que ver con el metabolismo aeróbico que con el anaeróbico, mientras que el OBLA está incluido en el grupo que indican un máximo estado estable de lactato y que habitual-mente se asocia con una concentración de lactato en sangre de 4.0mmol/l.

3) Se puede explicar de dos formas: a) el atleta es gotoso porque en sus analíticas de san-gre habitualmente tiene unos valores basales de más de 7.0mg/ dl de ácido úrico; o b) sus valores basales son normales y han subido hasta 9.5mg/ dl porque ha habido una pérdida parcial del pool de nucleótidos de purina debido al esfuerzo físico tan intenso.

2 adaptaciones generales

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