APUNTES DE BIOQUÍMICA DEL EJERCICIO

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Se pueden entender a los seres vivos como máquinas fisico-químicas productoras de trabajo que emplean energía quimica. Todas las actividades de un ser vivo se pueden incluir en una de estas tres clases de trabajo:

a. Biosíntesis. Utilización de energía quimica para la formación de moleculas complejas.

b. Transporte. Empleo de la energía química para conseguir gradientes de concentración, o para transportar solutos contra gradiente.

c. Movimiento. Las acciones de los seres vivos mas aparentes se basan en esta forma de trabajo, el mecánico. La contracción muscular es la manifestación mas notoria de este fenómeno, pero no la única. Los movimientos intracelulares, desplazamiento de cromosomas en las mitosis o meiosis, translado de vacuolas o de vesículas de secreción, la emisión de pseudópodos, los procesos de mantenimiento de forma, de pinocitosis y aún de micropinocitosis, la exocitosis, así como otras manifestaciones microscópicas de movimiento como flagelos, cilios, etc, son mecanismos basados en la aplicación de energía quimica a la producción de trabajo mecánico.

CAPITULO 3: INTRODUCCION AL APORTE ENERGETICO A LA CONTRACCION MUSCULAR. UTILIZACION DEL ATP PREFORMADO. CONCEPTO DE EJERCICIOS AEROBICO Y ANAEROBICO. FUENTES ENRGETICAS IMPLICADAS. IMPORTANCIA DE AMBOS TIPOS DE EJERCICIO FISICO.

La contracción muscular es la manifestación mas notoria de la capacidad de los seres vivos en producir trabajo mecánico empleando energía química. Con ser la más notoria, y la objeto de estudio de este libro, no es la única. Los movimientos intracelulares de organelas, desplazamiento de cromosomas en las mitosis o meiosis, translado de vacuolas digestivas, lisosomas o vesículas de secreción, la emisión de pseudópodos, los procesos de mantenimiento de forma (especialmente interesante el mecanismo eritrocitario), de pinocitosis y aún de micropinocitosis, la exocitosis, así como otras manifestaciones microscópicas de movimiento como flagelos, cilios, etc, son mecanismos basados en la aplicación de energía quimica a la producción de trabajo mecánico.

La contracción muscular, ya estudiada en el capitulo XXX, es el mejor estudiado de los acoplamientos entre energía química y trabajo mecánico. Desde un punto de vista exclusivamente energético, la contracción muscular podría describirse en términos de una reacción enzimática

ATP+Ca2+ ----> Ca2++ADP+Pi+MOVIMIENTO

En pocas palabras (figura 1), la contracción muscular es una actividad ATPasica productora de movimiento que se activa en presencia de ión calcio.

Desde un punto de vista bioquímico el aporte de ATP, y la regulación de este suministro, constituyen el aspecto de mayor interés del ejercicio físico. En este capítulo y en los siguientes estudiaremos los fuentes del coenzima. En primer lugar abordaremos el problema del ATP preformado, para luego estudiar como se pueden mantener los niveles mínimos de este coenzima. Es decir, a)de que substratos puede obtenerlo y b)que mecanismos reguladores se pondrán en marcha (figuras 1 y 3). Llegaremos a la existencia de dos tipos de contracción muscular y de ejercicio físico: Anaeróbico y aeróbico. Los dos nombres nos hablan de la utilización o no de oxigeno, pero encierran, como veremos, mucha mas información.

APORTE ENERGETICO EN LOS PRIMEROS INSTANTES DE LA CONTRACCION MUSCULAR: ATP PREFORMADO

Es sumamente dificil, desde un punto de vista experimental, saber exactamente cuanto tiempo tarda en obtenerse nuevo ATP a partir de substratos metabólicos, está sin embargo fuera de toda duda, que en el paso del reposo a la actividad, durante los primeros instantes de una contracción (2-4 segundos) el músculo ha de emplear ATP preformado. Logicamente esto puede entenderse en sentido literal, esto es, las moléculas del coenzima que se han fosforilado en el periodo de reposo, pero tambien deben incluirse otras formas de obtener ATP instantaneamente.

La más importante cuantitativamente es el sistema creatina (P)/fosfato de creatina (PC). El enzima creatin-quinasa cataliza la reacción

C+ATP <----> PC+ADP

La estructura del grupo fosfato en el extremo de la creatina constituye lo que habitualmente se entiende como un "enlace fosfato de alta energía". Esta expresión es una forma de expresar que la variación de energía libre entre creatina y fosfato de creatina es equivalente a la del paso de ATP a ADP, con lo que la reacción anterior alcanza el equilibrio en condiciones que la hacen reversible.

Si en una reacción de estas características se producen, por causas ajenas a la propia reacción, cambios en la concentración de alguno de los reaccionantes, para que se mantenga la razon de masas (Principio de Le Chatelier-Brownee) deben reajustarse las concentraciones relativas del resto de los reaccionantes, lo que supone un desplazamiento del equilibrio. De esta forma cambios en las concentraciones de nucleótidos de adenina producen desplazamientos en uno u otro sentido, por lo que se obtienen fosfato de creatina y ADP en el reposo y creatina y ATP en la contracción. Es de gran importancia el hecho de que la regulación de esta forma de acúmulos de enlace fosfato se deba exclusivamente al equilibrio quimico de la reacción, y por lo tanto, el mero cambio en la concentracion de reaccionantes reajuste el sentido de la misma. Si tenemos en cuenta que durante la contracción muscular se produce un aumento de la concentración de ADP, y un descenso de la cantidad de ATP, se producirá, en la reacción de la creatin-quinasa, un desplazamiento compensador hacia la derecha, con lo que se obtendrá fosforilación neta de ADP hasta ATP. En reposo, cuando no hay producción de ADP y si de ATP, la reacción se desplazará en sentido contrario. Lo ventajoso de una regulación tan simple como esta es lo inmediato del proceso.

Existe un segundo sistema de obtención de ATP muy parecido al de la creatina/fosfato de creatina y muy relacionado con él: El sistema arginina/fosfato de arginina. Su funcionamiento es identico al anterior.

Una tercera forma, menos importante cuantitativamente que la anterior, pero de enorme importancia cualitativa es la catalizada por otra quinasa, la adenilato-quinasa

2 ADP <----> ATP+AMP

tambien se desplazará en uno u otro sentido en función a la razón [ADP]/[ATP]. En el reposo el denominador crecerá, y con él la reacción se desplazará en sentido de producir ADP, haciendo disminuir [AMP]. En la contracción se producirá un aumento en la producción de ATP. Como señalabamos anteriormente la cantidad de ATP producido por este procedimiento es menor que el procedente del fosfato de creatina, pero sin embargo su importancia reguladora es grande, como veremos posteriormente.

FUENTES DE ATP PARA UNA CONTRACCION MUSCULAR PROLONGADA

Desde el mismo momento en que empieza una contracción muscular se ponen en marcha los mecanismos necesarios para suministrar nuevo ATP. Se trata de reacciones y rutas metabólicas tendentes a fosforilar ADP hasta ATP. En la figura tres tenemos un resumen de estas rutas. Basicamente encontramos dos substratos, glucosa y acidos grasos, que pueden estar libres o polimerizados (glucógeno o triacilglicéridos). La mera existencia de dos subdtratos energéticos alternativos presupone la exisencia de diferencias, pues en caso contrario la evolución hubiera eliminado a uno de los dos. Hay una diferencia fundamental entre ambos substratos. Los acidos grasos necesitan oxigeno para producir energía, pues la inmensa mayor parte del ATP que producen se obtiene por fosfolilación oxidativa, y la pequeña parte que se obtiene a nivel de substrato tambien es indirectamente dependiente de oxigeno. Por el contrario la glucosa puede seguir dos rutas una aeróbia y otra aneróbia.

El seguir una u otra vía dependerá de las disponibilidades de oxígeno que halla en un momento dado. Como se describió en el capitulo XXX si hay oxigeno la utilización de las vías aerobias será preferente. Si no lo hay se habrá de usar exclusivamente la única vía aerobia: La glucolisis hasta acido láctico. Hay ademas otra cuestión. Para que una célula pueda funcionar por las dos vías ha de ser anaerobia facultativa, es decir tiene que tener completa la doble maquinaria química aeróbia y anaerobia, En mamiferos esto se traduce basicamente en la posesión o no de mitocondrias. Toda célula carente de mitocondrias se ve obligada a funcionar permanentemente en condiciones anaerobias. El mejor ejemplo de célula humana anaerobia estricta es el hematíe que carece de casi todas las organelas, y entre ellas de mitocondrias (estructura celular donde se desarrolla la respiración celular). Junto a estos factores algunos otros determinan que una célula actúe de forma aeróbia o de forma anaerobia. Así, por ejemplo, la irrigación sanguinea y la capacidad del sistema cardiovascular para hacer llegar oxigeno a una determinada fibra. Tambien la forma de comienzo del ejercicio y su intensidad. La cantidad de oxigeno almacenado (mioglobina) tambien será un factor importante.

EJERCICIOS AEROBIO Y ANAEROBIO

Decimos que se produce una contracción muscular aerobia cuando el ATP consumido para activar el sistema actina/miosina se ha obtenido a partir de rutas aerobias, por lo tanto, con consumo de oxígeno. Por el contrario estamos ante contracción anaerobia cuando el aporte energético se hace a partir de rutas anaerobias, sin consumo de oxigeno.

Podemos decir que se produce aerobiosis cuando existe, en la fibra muscular, la cantidad de oxigeno necesaria para suministrar por fosforilación oxidativa el ATP necesario para la contracción. Por el contrario cuando no se encuentre presente el oxígeno necesario se empezarán a emplear las rutas anaerobias.

El aporte de oxígeno va a depender de diversos factores intra y extracelulares:

1. La concentración intracelular de O2 al comenzar la contracción. A su vez este factor dependerá del tiempo de reposo (cuanto tiempo pasó desde la última contracción), intensidad de la última contracción, y el resto de los factores de esta serie.

2. Capacidad aeróbica de la fibra o fibras musculares implicadas: Concentración de mioglobina intracelular, riqueza en mitocondrias, concentración de enzimas glucolíticos...

3. Intercambio de gases a nivel tisular.

4. Capacidad de transporte de O2 por la sangre: Numero de hematíes, concentración de hemoglobina, pH, concentración de 2,3 DP-glicerato, presión parcial de CO2...

5. Factores hemodinámicos morfológicos (mayor o menor riego en la zona, existencia de irrigación colateral...)

6. Factores hemodinámicos funcionales sistémicos, como presión arterial, frecuencia y gasto cardiacos... o locales (vasodilatación en la zona en contracción, vasoconstricción en otras...).

7. Funcionamiento del intercambio de gases a nivel pulmonar. Estado del alveolo, de la circulación pulmonar y presión parcial de oxígeno. Esta última, en condiciones habituales solo se ve modificada por la altitud.

Estos factores se refieren exclusivamente a la capacidad del organismo para suministrar oxígeno, pero existen factores propios de la contracción que determinarán la demanda. Estos serán basicamente dos, la intensidad de la contracción y el número de fibras afectadas, aunque tambien, y a mas largo plazo, la duración del ejercicio.

De lo anterior, o quizá como resumen de lo anterior se puede plantear una diferencia importante entre estas dos formas de ejercicio.

El ejercicio anaeróbico se plantea cuando

a) la contracción es tan intensa que el organismo no es capaz de suministrar el suficiente oxigeno

b) cuando las fibras implicadas son anerobias

c) cuando la enfermedad o el mal estado físico (que quizá deberíamos de empezar a considerar como enfermedad) no permite una oxigenación sufiente para una intensidad no demasiado alta del ejercicio.

En cualquiera de estos casos las fibras musculares quedan relativamente aisladas del resto del organismo, es decir, si la irrigación no es suficiente para aportar oxigeno, tampoco lo será para aportar nutrientes, ni para retirar metabolitos. Más adelante discutiremos si se da en algún momento un ejercicio anaerobio puro.

Por el contrario el ejercicio aeróbico se dará cuando las necesidades de oxigeno puedan ser cubiertas por el sistema, y, consecuentemente, tambien se podrán aportar nutrientes y retirar metabolítos. En el ejercicio aeróbico todo el organismo trabaja conjuntamente para alcanzar una finalidad.

Esta división que tan facil resulta sobre el papel es, sin embargo mas complicada en la práctica. La complejidad viene dada por lo dificil que es encontrar un ejercicio aeróbico o anaerobico puro. Esto se debe a los siguientes factores:

a. Las fibras aerobicas y aneróbicas no siempre estas regionalmente separadas, sino que habitualmente se entremezclan, aunque en cada músculo predomine uno de estos tipos. En el capítulo XXX se trata este tema con mas detenimiento.

b. Los factores señalados anteriormente como responsables del aporte de oxígeno no funcionan según la Ley de Todo o Nada, sino que representan variables continuas que pueden tener multiples valores entre un máximo y un mínimo, o lo que es lo mismo, aunque no se aporte todo el oxígeno necesario, se suele suministrar parte del necesario. Al comenzar bruscamente un ejercicio intenso, el tiempo que tardan en darse las respuestas cardiocirculatorias es muy alto si lo comparamos con el tiempo en que se necesita el oxígeno, pero eso no significa que se deje de aportar oxígeno, solo supone que no se aporta todo el necesario para el gasto energético requerido.

c. A esto hemos de añadir la posibilidad de que el entrenamiento, o simplemente la práctica continuada de un mismo ejercicio puede mejorar el aporte de oxigeno, influyendo en uno o varios de los factores antes enumerados, con lo que un mismo ejercicio en una misma persona, puede pasar de anaeróbico a aeróbico con el tiempo.

d. Tambien hemos de considerar que con frecuencia una contracción muscular empieza siendo muy intensa (especialmente fuera del mundo deportivo, donde normalmente el ejercicio va precedido de un calentamiento) para disminuir su intensidad poco despues, con lo que lo inicialmente anaeróbico puede pasar a aeróbico. A ello se añade el que las modificaciones hemodinámicas que hacen aumentar el aporte de oxigeno tardan un cierto tiempo en hacerse notar, e incluso que los factores que facilitan la mayor liberación de oxigeno desde la hemoglobina, no se manifiestan con intensidad hasta pasados algunos segundos.

e. Finalmente hemos de señalar que algunos ejercicios físicos, sobre todo en el campo del deporte mezclan los dos tipos de ejercicios (p. e. el baloncesto con combinaciones de contraataques rápidos y ataques estáticos mas aeróbicos).

Además de las dificultades para separar estas dos formas de ejercicio que hemos señalado, hemos de resaltar la significación funcional de lo señalado en el apartado b. Aún habiendo menos oxigeno del necesario, hay algo de él, lo que permite alguna glucolisis aerobia. Imaginemos que un 1%, ¡solo el 1%!, de las moléculas de glucosa se oxidan aeróbicamente. Esto supondrá la obtención de 36/38 ATPs por esa molécula y 99x2, 198 por las 99 restantes. El total de ATP obtenido será de 234/236, de los cuales 36/38, ¡el 16,10%!, será de origen aeróbico. Con un 5% de glucosa aeróbica, cifra muy razonable, obtendriamos 190 ATP aeróbicos frente a otros 190 anaeróbios, el 50%. No introducimos los ácidos grasos porque en un ejercicio de tipo anaeróbico es materialmente imposible su utilización, aún habiendo oxigeno, como veremos posteriormente. Al contrario, sin embargo la repercusión se invierte, diluyendose. Así un 1% de glucolisis anerobia en un ejercicio aeróbico supondría el 0.005% del total de ATP obtenido. De estos datos debemos deducir que si bien el ejercicio aeróbico se puede presentar de forma casi pura el anaeróbico siempre coexiste con una cierta proporción de aerobiosis.

CAPITULO 4. TIPOS DE FIBRAS MUSCULARES. CARACTERISTICAS MORFOLOGICAS, BIOQUIMICAS Y FISIOLOGICAS.

La función principal del músculo es el acortamiento productor de fuerza, cuya base funcional es la unidad motora. Una unidad motora es el conjunto formado por una motoneurona y las fibras musculares (de 5 a 500) que inerva. Todas las fibras de una unidad motora son morfológica, fisiológica y bioquímicamente iguales, pero fibras pertenecientes a distintas unidades motoras pueden ser diferentes en uno o varios aspectos.

Aunque se han utizado varios clasificaciones de fibras musculares, para humanos solo se utilizan actualmente dos que, además son perfectamente superponibles: La clasificación bioquímica en tipo I y II, con tres subtipos IIa, IIb y IIc, y la citológico/funcional en fibras de contracción lenta (que coinciden practicamente en todo con las tipo I) y las de contracción rápida (coincidentes co las tipo II), subdivididas en rápidas a y b. Utilizaremos la clasificación bioquímica en tipos I y II con sus correspondientes subtipos, y asumiremos como 100% cierta la equivalencia con la clasificación funcional.

Las características de estas fibras se pueden resumir en un cuadro:

Una rápida mirada a la tabla nos permite comprender que los tipos extremos son el I y el IIb, aerobias, lentas, "débiles" pero infatigables las primeras, anaerobias, rápidas, "fuertes" pero por poco tiempo las segundas. Entre ambos tipos están los intermedios, IIa y IIc, con pocas diferencias (solo las concentraciones de ATP y de glucógeno los diferencian), pero no situadas a medio camino de los dos extremos, ya que tanto sus características metabólicas los incluyen, claramente en el grupo de los anerobios (tipo II). Aunque en muchos animales estas fibras se distribuyen de forma que cada músculo tiene casi en exclusiva un tipo de ellas, en el humano la mezcla se da en casi todos los musculos, aún con predominio de algún tipo en función a las necesidades de ese músculo en particular. Además, y dado un musculo concreto, la proporción de fibras de uno y otro tipo, varían de individuo a individuo. Es más, el empleo que un mismo individuo de a un musculo hace que varíe con el tiempo la proporción de fibras. Aunque todavía es pronto para afirmarlo tajantemente, parece casi seguro que el entrenamiento específico, o la falta de uso, puede hacer variar la proporción de fibras, especialmente el aumento de tipo I y IIa a costa de IIc principalmente, con el entrenamiento aeróbico y al revés con el anaeróbico y con la falta de ejercicio. No podemos dejar de lado el componente genético en esta distribución, aunque conforme pasa el tiempo se le va dando menor importancia. Tampoco debemos olvidar que se heredan no solo los genes, sino con frecuencia las costumbres familiares, las costumbres, e incluso el medio ambiente, que pueden influir en este tipo de fenómenos, haciendo muy dificil de discriminar lo innato de lo adquirido.

CAPITULO 5. APORTE ENERGETICO A LA CONTRACCION MUSCULAR: APORTE DE GLUCOSA. GLUCOGENOLISIS MUSCULAR. REGULACION.PAPEL DEL HIGADO EN EL MANTENIMIENTO DE LA GLUCEMIA: FUNCION TAMPONADORA DEL HIGADO, GLUCOGENOLISIS HEPATICA, NEOGLUCOGENESIS.

Una vez agotados el ATP preformado y el fosfato de creatina, se hace necesario para mantener las demandas de ATP que la actividad ATPasica miofibrillar requiere, obtenerlo a partir de la oxidación de un sustrato. Basicamente se puede obtener este ATP mediante dos rutas glucolisis y oxidación de ácidos grasos, teniendo la primera dos alternativas, oxidación de glucosa hasta acido láctico y oxidación hasta CO2 y H2O. Vamos a analizar sucesivamente las siguientes cuestiones:

a) ¿Alguna de esas rutas es la primera en emplearse? y en ese caso ¿cual?.

b) Esa ruta ¿como se activa?, es decir ¿cuales son los factores reguladores que hacen que funcione?.

c) ¿De donde se obtienen las cantidades necesarias del combustible?.

d) Finalmente nospreguntaremos como y cuando empieza a utilizarse el otro combustible.

La respuesta a la primera pregunta es la glucosa. Sin lugar a dudas la glucolisis es siempre la primera ruta activada. La causa es la hidrosolubilidad de la glucosa, que hace que esta se encuentre en el citosol,es decir en el mismo lugar que las enzimas glucolíticas. Por el contrario los ácidos grasos, liposolubles se almacenan a distancia del lugar donde se metabolian, Los ácidos grasos se almacenan en forma de triglicéridos en una vacuola, mientras que su oxidación transcurre en la matriz mitocondrial, o sea tres membranas mas allá, lo que retarda su utilización.

ESTIMULACIÓN DE LA GLUCOLISIS DURANTE LA ACTIVIDAD MUSCULAR

Una primera cuestión a discutir será el mecanismo regulador de la utilización de la glucolisis. En la gráfica podemos comprobar el mecanismo. Podemos observar un resumen de la glucolisis (hasta piruvato), en el que se explicitan las tres reacciones catalizadas por enzimas reguladoras: Hexoquinasa, fosfofructoquinasa y piruvatoquinasa. Junto a ellas tenemos sus moduladores. Se comprueba con facilidad que todos ellos, salvo el citrato, cambian de concentración cuando comienza una contracción muscular. Si volvemos a repasar los acontecimientos químicos del comienzo de este fenómeno veremos que una contracción muscular reducida a lo energético es:

ATP+Ca2+ ----> Ca2++ADP+Pi+MOVIMIENTO

y, como vimos en el primer capítulo inmediatamente despues de comenzar la anterior reacción, las siguientes

2 ADP <----> ATP+AMP

C+ADP <----> PC+ATP

se desplazan dramáticamente hacia la derecha por el aumento de la concentracion de ADP y la consiguiente disminución de la de ATP.

En resumen el ATP y el fosfato de creatina (PC en la gráfica), inhibidores de la fosfofructoquinasa disminuyen, con lo que su inhibición cesa. A la vez ADP, AMP y Pi aumentan, lo que significa un estímulo para las tres enzimas. Habría que destacar aquí algo que se señalo solo de pasada en el primer capítulo. La importancia de la reacción de la adenilatoquinasa no es tanto por la cantidad neta de ATP que produzca, que nunca podrá ser mas de la mitad del preformado, sino que produce AMP, que es el mas importante estimulador de la fosfofructoquinasa y de la glucolisis. Tiene, además, una segunda repercusión reguladora: Como veremos al final de estos temas la degradación de los nucleótidos de bases púricas (básicamente los nucleótidos de adenina) siguen una secuencia que va de ATP a ADP, luego a AMP y de aquí a IMP, con el cambio de la extructura de la base nitrogenada. Esta última reacción tiene dos características que ahora nos importan. La primera es la liberación de un mol de amoniaco (NH3) en forma de ión amonio (NH4+) por mol de AMP transformado. La segunda es su dependencia casi exclusiva de la concentración de AMP. Las dos juntas nos llevan a la conclusión de que la concentración de catión amonio se incrementa en musculo durante la contracción muscular. El ión amónio es un estimulador de la fosfofructuquinasa. Así pues vemos que las reacciones químicas que produce la contracción disparan de forma notable la glucolisis. Solo el citrato (inhibidor de la fosfofructoquinasa) no encaja en este esquema. Mas adelante volveremos a él, viendo que se trata de un mecanismo para ahorrar glucosa cuando se dispone de acidos grasos.

GLUCOLISIS AEROBIA Y ANAEROBIA: EFECTO PASTEUR

Pero la glucosa ofrece dos alternativas distintas, la aerobia y la anerobia. ¿Cuando y porque se utiliza cada una de ellas?. Hemos visto anteriormente que una u otra forma se usan según la capacidad del sistema cardiocirculatorio para satisfacer las demandas de oxigeno y glucosa que el musculo tiene. La cuestión ahora planteada es ¿cuales son las bases bioquímicas del cambio de una a la otra forma?.

Fue Pasteur quien descubrió que existían tras tipos de células en base a cómo oxidaban la glucosa: Aerobias estrictas, que siempre oxidan hasta CO2 y H2O, anaerobias estrictas, que siempre oxidan hasta láctico y anerobias facultativas, que pueden cambiar de una aotra forma de oxidación. Entre estas últimas se encuentran muchas fibras musculares (las tipo I y las IIa). A los fenómenos que conlleva el cambio de una a otra forma de funcionamiento, y que resumimos en un cuadro, se llama efecto Pasteur:

Las diferencias son claras, la producción o no de lactato y de CO2 y la diferencia de rendimiento energético: Cuando se consume glucosa aerobiamente por cada mol oxidado se producen 36/38 moles de ATP, por lo que se consume menos glucosa que cuando se oxida por la vía anaerobia en la que solo se obtienen 2 moles de ATP por mol de glucosa.

Ahora nos es mas importante señalar cual es le mecanismo bioquímico del cambio de una a otra forma.

La clave está en el NADH + H+. En la glucolisis, concretamente en la reacción catalizada por la gliceraldehido-3-fosfato deshidrogenasa se utiliza este coenzima en su forma oxidada (NAD+) y se produce en su forma reducida (NADH + H+). Para que la glucolísis pueda llevarse a cabo con normalidad es imprescindible la reoxidación del coenzima, pues si no fuera así dicha reacción se bloquearía. Hay dos vías, y solo dos, de utilización del NADH + H+, y por tanto de reoxidación hasta NAD+:

a: Por las lanzaderas de NAD+ pasar los equivalentes de reducción a la mitocondria, y allí a la cadena de transporte electrónico. Las enzimas que comienzan las rutas de las lanzaderas tienen una gran afinidad por el coenzima.

b: Mediante la reacción de la lactico deshidrogenasa, pasando pirúvico a lactato. Esta enzima es muy poco afín por el coenzima.

Si ambas rutas se pueden emplear, en un momento dado, la diferencia de afinidades hará que se emplee casi exclusivamente la primera opción. Pero en el caso de que no haya oxígeno presente la vía de las lanzaderas es imposible, al paralizarse la cadena de transporte electrónico (todos los intermediarios quedarán en forma reducida, con hidrógenos, no pudiendo aceptar nuevos equivalentes de reducción). Solo en ese caso se utilizará de forma eficiente la vía del lactato. Esa es la razón por la que se pasa de una a otra forma de utilización de glucosa. Cuando vuelve a disponerse de oxígeno la competencia entre las enzimas por el coenzima vuelve a favorecer a las mas afines, interumpienduse la producción de lactato.

ORIGEN DE LA GLUCOSA EN EL EJERCICIO AEROBIO: GLUCOGENO MUSCULAR

La siguiente cuestión a plantearse es el origen de la glucosa a consumir. Si despreciamos las minimas cantidades de glucosa libre o en forma de fosfoglucosa que hay disueltas en citosol de fibra muscular, tenemos dos fuentes de glucosa. Una de ellas es intramuscular, el glucogeno muscular, la otra es exterior, la glucosa plasmática. Analizaremos ambas formas de aporte de glucosa, pero teniendo presente que en caso de ejercicio anaerobio la alta demanda de combustible, sumada a la falta de respuesta suficiente del sistema cardiocirculatorio, reducirá el aporte, casi al glucógeno muscular, y que solo en un ejercicio aerobico con un adecuado balance cardiocirculatorio, supondrá una utilización importante de la glucosa plasmática.

En este capítulo analizaremos la movilización del glucógeno muscular para el ejercicio anaerobio. En el siguiente el papel del hígado en el mantenimiento de la glucemia.

En el esquema tenemos una visión general del proceso de glucogenolisis muscular. A pesar de la aparente complicación del proceso se puede tratar de simplificarlo. En cualquier caso se debe entender que la complicación permite la multirregulación y la complementareidad de los diferentes procedimientos reguladores, que en ciertos casos pueden presentarse aisladamente y en otros de forma convergente.

Simplificando al máximo podemos establecer varios niveles en el control encimático de la glucogenolisis muscular:

1. Glucogeno fosforilasa. Es el enzima que produce glucosa-1-fosfato a partir de glucógeno (luego la fosfoglucomutasa producira la forma 6-fosfato de la glucosa que será la empleada en la glucolisis). Se encuentra en dos formas diferentes, a, fosforilada y activa, b, defosforilada y poco activa. Las dos formas son interconvertibles mediante una kinasa y una fosfatasa.

2. Glucogeno fosforilasa quinasa. Convierte a la glucógeno fosforilasa b en a, por transferencia de fosfato desde ATP. Se encuentra, a su vez, y como el enzima sobre el que actúa, en dos formas diferentes, a, fosforilada y activa, b, defosforilada y poco activa4. Las dos formas son interconvertibles mediante una kinasa y una fosfatasa.

3. Protein quinasa (cAMP dependiente). Cataliza la reacción de transferencia de fosfato desde ATP hasta la forma b de la glucógeno fosforilasa quinasa. Tiene a su vez dos formas una activa, dimerica y una inactiva, tetramérica. Pasa a la forma activa por unión con cAMP.

Con base de estos tres niveles se presentan, en musculo tres formas de estimular la glucogenolisis:

a. Control hormonal. En musculo, y durante el ejercicio físico, la hormona movilizadora de glucogeno es la adrenalina. Sin embargo, su mecanismo es identico al que, en otra situación fisiológica, el ayuno, utiliza, con la misma finalidad el glucagon. La vía de control es el mecanismo de acción beta adrenérgica general: La unión de la hormona al receptor activa la adenilato ciclasa que aumenta la concentración citosolica de cAMP. Este segundo mensajero activa a la protein quinasa que produce glucogeno fosforilasa quinasa que estimula la transformación de la glucogeno fosforilasa b en a (forma activa). La adrenalina es una señal hormonal que se libera en todas aquellas situaciones en que se puede ser necesaria la contracción muscular.

b. Control nervioso. La llegada de un potencial de acción a la placa neuromotora provoca una serie de fenómenos que acaban (desde el punto de vista de la señal), donde la contracción empieza, esto es, en la liberación de Ca2+ desde el retículo sarcoplásmico al sarcoplasma. El calcio es la señal para la contracción. El calcio es tambien una de las señales para la glucógenolisis, estimulando a la glucogeno fosforilasa quinasa a, que aumenta su actividad, y probablemente tambien a la b, que se activaría, siendo entonces capaz de actuar sobre la glucogeno fosforilasa. La mera señal de contracción provoca simultaneamente la glucogenolisis, y por tanto el aporte energético.

c. Control metabólico. la forma b, inactiva de la glucógeno fosforilasa es modulada por una serie de metabolitos que a su vez se correlacionan con los cambios metabólicos que la contracción muscular promueve. Así el GTP y ATP, indicadores de un alto nivel energético y con alta concentración en el reposo, y baja en la actividad muscular, inhiben a esta glucogeno fosforilasa b. Por el contrario los metabolitos cuya concentración se incrementa durante la contracción, AMP, IMP y Pi, son estimuladores del enzima con lo que esta forma inactiva, durante el ejercicio se convierte en activa sin necesidad de pasar a b.

Junto a ello la glucógeno fosforilasa posee un centro de unión para la glucosa 6 fosfato. Cuando este metabolito está unido al enzima esta se transforma en mejor substrato para la fosfatasa que la transforma en b (menos activa). Por lo tanto una alta concentración de glucosa 6 fosfato (consecuencia de la disponibilidad de glucosa) inactiva al enzima encargado de degradar al glucógeno.

El conjunto de estos tres mecanismos de control provee al sistema de la glucogenolisis muscular de un procedimiento de control, que a partir de tras señales diferentes, puede proporcionar distintos cantidades de glucosa.

CAPITULO 6: EJERCICIO AEROBIO. PAPEL DEL HIGADO EN EL MANTENIMIENTO DE LA GLUCEMIA: FUNCION TAMPONADORA DEL HIGADO, GLUCOGENOLISIS HEPATICA, GLUCONEOGÉNESIS.

En cualquier ejercicio aeróbico se emplean fuentes energéticas extramusculares. Por orden cronológico la primera en utilizarse es la glucosa plasmática. Realmente mas bien deberiamos decir la glucosa procedente de hígado, ya que la glucosa plasmática debe ser repuesta inmediatamente, de forma que el Sistema Nervioso Central no quede privado de ella en ningún momento, y, salvo en la absorción tras la ingesta, la unica fuente de glucosa es el hígado. Ello se debe a tres razones: La primera es una peculiaridad del hígado desde un punto de vista enzimático, la existencia en él, y prácticamente solo en él, de glucosa 6-fosfato fosfatasa, enzima que a partir de glucosa 6-fosfato produce glucosa libre. La segunda es la capacidad del hígado para acumular glucógeno, fruto de un hecho anatómico, la disposición del sistema porta hepático que presenta en primer lugar al hígado toda la glucosa de la dieta, y uno bioquímico, la dotación enzimática del hepatocito que le permite captar (por tener glucoquinasa) glucosa y acumularla en forma de glucógeno (por tener las enzimas necesarias para ello). La capacidad de almacenar glucógeno se ve acompañada de un potente sistema enzimático glucogenolítico, muy sensible a sus moduladores. Finalmente el hígado posee plena capacidad neoglucogénica.

En este capítulo discutiremos como el hígado mantiene la normoglucemia.

GLUCEMIA: PAPEL REGULADOR DEL HIGADO.

Como señalamos en el anterior resumen el higado es el único tejido del organismo capaz de captar y liberar glucosa en función de las oscilaciones de la glucemia.

El sistema transportador de glucosa en el hepatocito es diferente a los demás, ya que no es dependiente de insulina (GLUT 2). En la práctica es un transportador a favor de gradiente, lo que simplificando más se puede plantear como si se limitara, pasivamente a evitar el obstáculo que supone la membrana, pero sin jugar un papel regulador. Esto significa que la glucosa entrará o saldrá en función a las concentraciones intra y extra celulares.

La existencia en hígado de glucoquinasa, enzima más dificilmente saturable que la hexoquinasa, ya que tiene una V_M, y que además no se ve inhibida ni siquiera en en presencia de altas concentraciones de glucosa 6-fosfato, permite al higado captar glucosa, sin más limite que la capacidad de almacenamiento, aún a las altas concentraciones de una digestión rica en hidratos de carbono.

La existencia de glucosa 6-fosfato fosfatasa permite la formación de glucosa libre, y por tanto la salida de glucosa del hepatocito, como señalamos antes a favor de gradiente.

Estas características hacen del hígado el organo que repondrá la glucosa plasmática consumida. El hígado tendrá que mantener siempre un mínimo nivel que permita al S. N. C., salvo en presencia de cuerpos cetónicos, y a los tejidos anaerobios (medula renal, ojo, hematies, piel...) nutrirse. En cualquier ejercicio aeróbico este papel será fundamental.

Los siguientes apartados nos explicarán, siempre orientado al ejercicio, de donde procede la glucosa que el hígado libera y cuales son los mecanismos que actúan.

GLUCOGENOLISIS HEPATICA

En lo esencial el aparato enzimático controlador de la glucogenolisis hepática, que se presenta en el gráfico, no difiere del explicado para el musculo. Las enzimas y sus formas son identicas, diferenciandose solo en los mecanismos reguladores.

Solamente tres aspectos hay que destacar. En primer lugar la glucogenolisis estimulada por glucagón, que sigue la misma secuencia que el control hormonal de la glucogenolisis muscular: Receptor, adenilato ciclasa, cAMP, protein quinasa, glucogeno fosforilasa quinasa y glucogeno fosforilasa, que promueven la liberación de glucosa 1-P que puede, por acción de la fosfoglucomutasa, pasar a glucosa 6-P, y en hígado a glucosa.

En segundo lugar la adrenalina. Esta hormona tambien es glucogenolítica en hígado, pero su mecanismo de acción no está aún elucidado. El hígado posee para la adrenalina receptores de tipo alfa, que según se piensa no son mediados por cAMP como los beta. La hipótesis más aceptada mantiene la posibilidad de que sea el calcio el mediador. El calcio podría estimular la glucogeno fosforilasa a. La adrenalina es la forma de estimular la glucogenolisis en el ejercicio, pero esta solo se produce si ha disminuido la glucemia, lo que vendrá reflejado en un aumento de la secreción de glucagón. La adrenalina sola, sin glucagón, no aumenta la glucogenolisis, ya que no hay forma a de la fosforilasa quinasa.

Finalmente hay una retroalimentación negativa: La presencia de glucosa en el medio, procedente de otra fuente (dieta, neoglucogénesis...), mediante el intermediario glucosa 6 fosfato facilita la actividad de la glucógeno fosforilasa fosfatasa, que transforma la forma a (activa) en b (inactiva), con lo que cesa la degradación de glucógeno (Para mas detalles sobre este aspecto verlo en la glucogenolisis muscular).

GLUCONEOGENESIS

La neoglucogénesis no está tan intimamente ligada a la contracción muscular aeróbia como la glucogenolisis. Sin embargo existen relaciones interesantes, y en algún caso particular, p. e. la neoglucogenesis a partir de láctico, una estrecha relación.

La gluconeogénesis animal utiliza como substrato productos altamente organizados, lactato, glicerol,aminoacidos, todos ellos próximos estructuralmente al ácido pirúvico, o a intermediarios del ciclo de Krebs. La ruta es esencialmente una inversión de la glucolisis. En la ruta glucolítica hay tres reacciones irreversibles, para las cuales, como se estudió en la parte general de este curso, existen rutas alternativas. Conviene precisar que para la reacción que en la glucolísis cataliza la hexoquinasa (o la glucoquinasa en hígado) solo existe un camino alternativo en hígado, la glucosa 6-P fosfatasa. En el resto de los tejidos la gluconeogénesis no puede rendir glucosa libre, sino todo lo mas glucosa 6-P, que se podrá emplear para la síntesis endogena de glucógeno, pero no para suministrar glucosa al resto de los tejidos.

La regulación de esta ruta ha empezado a ser conocida solo en los últimos tiempos. Se puede asegurar que se produce neoglucogénesis cuando a) hay substratos en alta concentración (lactato...) y b) no se produce glucolisis.

SUBSTRATOS PARA LA GLUCONEOGÉNESIS

Analizaremos los substratos y su relación con el ejercicio. Veamos primero a partir de que moleculas se hace neoglucogenesis en condiciones normales y luego en el ejercicio.

Lactato: En condiciones de normalidad es la mas importante fuente de neoglucogénesis cada día. El lactato se produce cotidianamente en las células anaerobias extrictas o en las facultativas, hematíes, ojo, piel... y tambien en fibras musculares anaerobias. En los periodos de baja actividad hepática (poca glucolisis) este lactato va a glucosa.

Glicerol: En condiciones de normalidad el glicerol, originado enla lipolísis, apenas si tiene interés neoglucogénico, sin embargo en situaciones especiales de mucha lipolisis puede llegar a ser un importante precursor de glucosa.

Aminoácidos: Casi todos los aminoacidos pueden emplearse como precursores neoglucogénicos. Los hay, sin embargo, que son por su proximidad extructuras con el acido pirúvico o con intermediarios del ciclo de Krebs, mas frecuentemente empleados. El mas frecuentemente usado es la alanina, que por transaminación rinde, directamente pirúvico.

El caso del lactato tiene un especial interés desde el punto de vista de la contracción muscular, ya que se producen grandes cantidades durante el ejercicio anaerobio, y en menores, pero tambien importantes en el aerobio. Este ácido lactico por sangre va a hígado donde se recupera glucosa, que sale a sangre y puede volver a ser empleado por el musculo. Este ciclo glucosa/láctico, es especialmente activo despues de un efercicio anaeróbico intenso, pero tambien durante ejercicios mixtos sucede durante el mismo ejercicio. Esto significa que en deportes, p. e. futbol, balonmano, baloncesto, en los que se combinan fases aeróbias y anerobias, en las fases anaerobias se produce láctico que el hígado pasa a glucosa en las fases aerobias, contribuyendo así a mantener el nivel de glucosa plasmática.

El glicerol aumenta cuando se está efectuando lipolisis, lo que ocurre en ejercicios aerobios prolongados. En estas circunstancias el tejido adiposo contribuye, indirectamente, al mantenimiento de la normoglucemia liberando, a la vez que acidos grasos, glicerol del que el hígado obtiene glucosa.

Finalmente tenemos que indicar que en el ejercicio aumenta la tasa de degradación de proteinas, con lo que aumentan las disponibilidades de aminoacidos que podrían ser usados para neoglucogénesis, aunque para que esto se produzca es necesario que el ejercvicio tenga una duración larga. No existe acuerdo entre los investigadores sobre cuanto es el mínimo tiempo necesario para estar degradando proteinas y por tanto usando aminoácidos como substratos gluconeogénicos. Incidentalemente, este consumo de aminoacidos proteicos puede tener alguna importancia en deportistas desde otros puntos de vista. Por una parte el síndrome de sobreentrenamiento incluye infecciones, lo que podría estar relacionado con un alto consumo de aminoacidos, disminuyendo su disponibilidad para la sintesis de proteinas del sistema defensivo. Por otra parte la utilización de los aminoacidos procedentes de la proteolisis muscular para gluconeogenésis, no es homogénea, algunos como la alanina, glutamico, aspartico, se utilizan muy rápida y eficazmente. En el otro extremo el triptófano no se utiliza apenas. Esto representa una modificación del patrón normal de aminoacidos en sangre, alterandose la proporción de algunos que son substrato de neurotrasmisores. De esta manera la sintesis de estos neurotransmisores se ve alterada (por las modificaciones en la concentranción de sus precursores, pudiendose producir señales nerviosas de cansancio, somnolencia, etc.

INHIBICIÓN DE LA GLUCOLISIS

Como señalamos antes para que se produzca gluconeogénesis hacen falta dos factores, los precursores y la inhibición de la glucolisis. Ya hemos analizado como durante el ejercicio se incrementan esos precursores. El problema, hasta fecha muy reciente, ha sido cual es el mecanismo por el que se inhibe la glucolisis en higado.

Actualmente sabemos que el principal efector de la fosfofructoquinasa hepática es la fructosa 2,6 difosfato (o bisfosfato en terminología mas reciente) que es un intermediario metabolico producido por la fosfofructoquinasa 2, a partir de la fructosa 6 fosfato. Su degradación la efectúa otro enzima una fosfatasa. Realmente las dos actividades enzimaticas son realizadas por la misma proteina que llamaremos PFK2/Fosfatasa. Este enzima se puede encontrar en dos formas, fosforilada y defosforilada. En la forma defosforilada la actividad es PFK2. El esquema adjunto permite ver todas la implicaciones del problema. En un ejercicio prolongado, y mas aún en el ayuno, la bajada de glucosa provoca como respuesta pancreática la liberación de glucagon, el cual en hígado estimula la síntesis de cAMP, y la activación de la protein kinasa cAMP dependiente. Este enzima fosforila al doble enzima PFK2/Fosfatasa

CAPITULO 7. PAPEL DE LOS LIPIDOS EN EL APORTE ENERGETICO A LA CONTRACCION MUSCULAR

Hasta este momento no hemos hablado de los lípidos como fuente energética, incluso cuando en el capítulo tres hablamos del tema señalamos a los lípidos como combustibles no optimos, señalando que al almacenarse en vacuolas, y en gran medida en otro tejido (el adiposo) se tardaba un cierto tiempo en emplearlos. Ademas, y como hemos visto, la glucosa permite uso aeróbico y anaeróbico, mientras que los acidos grasos solo se pueden emplear aerobiamente.

Esta idea, que acabamos de exponer, sobre las ventajas de la glucosa, es incorrecta por incompleta. Cada una de las dos fuentes energéticas tiene sus aspectos positivos y por lo tanto su momnto de utilización. La gran ventaja de los ácidos grasos es su alta relación energia liberada/peso. Efectivamente, los ácidos grasos permiten una concentración de energia por gramo muy superior a la de la glucosa. Las razones son varias. En primer lugar por ser hidrofobicos lo que hace que todo lo almacenado sea lípido, sin nada de agua. Por el contrario el glucógeno está muy hidratado, en disolución acuosa, lo que supone que una parte importante del peso almacenado es agua. En segundo lugar, la propia estructura de ambos compuestos ayuda a incrementar esta diferencia, ya que la glucosa está mas oxidada (un grupo hidroxilo por átomo) que los ácidos grasos. La combinación de todas estas características hace que la glucosa sea el combustible ideal para el comienzo del ejercicio y los ácidos grasos el mejor para la continuación de ejercicios prolongados.

Los lípidos se almacenan, principalmente, en tejido adiposo, lo que no significa que no existan en musculo o en hígado, donde ocupan un 99% del peso seco de la célula en una gran vacuola que desplaza a un pequeño huso polar el citiplasma, nucleo y organelas. Es en este tejido donde se encuentran los triglicéridos que permiten los ejercicios aeróbicos prolongados.

La liberación de acidos grasos desde los triacilglicéridos es el fenómeno que conocemos como lipolisis. En el primer esquema de este tema vemos el proceso. Destaquemos algunos aspectos. En primer lugar el enzima que cataliza la rotura de los triglicéridos en tres moléculas de acidos grasas y una de glicerol es la lipasa, que puede estar en dos formas a y b. Este detalle nos indica que es un enzima regulador. Volveremos a ella mas adelante. El segundo detalle es que con los productos de la hidrólisis no podemos resintetizar triglicéridos. Para ello necesitamos glicerol fosfato en lugar de glicerol. El siguiente aspecto es que en tejido adiposo no se puede obtener glicerol fosfato a partir del glicerol, pues falta el enzima glicero quinasa. Por lo tanto solo queda una forma de obtenerlo, a partir de fosfato de dihidroxiacetona (obtenido a partir de glucosa).

Resumiendo lo anterior: Si no hay glucosa no se podrán resintetizar los triglicéridos, con lo que los acidos grasos saldrán fuera de la célula. Por el contrario, mientras hay glucosa, y por lo tanto fosfato de dihidroxiacetona, los accidos grasos obtenidos por lipolisis no saldrán del adipocito, pues se reesterificarán. La presencia o ausencia de glucosa actua como un indicador de la necesidad de otro combustible.

En el segundo esquema de este tema lo volvemos a ver mas simplificado. Ademas tenemos en en la regulación hormonal de este proceso Vemos como la adrenalina (indicadora de stress, ejercicio, tensión, etc) y el glucagón (indicador de un descenso en la glucemia) estimulan por la vía del cAMP y la protein quinasa, a la lipasa (que por ello recibe el nombre de lipasa sensible a las hormonas) que se activa a forma a. El resultado de la acción combinada de un descenso de glucosa y la presencia de hormonas es un aumento neto de los acidos grasos en sangre, con lo cual el músculo podrá empezar a usarlos como fuente de energía. El proceso será algo mas lento que la utilización de glúcidos, pero mas eficiente.

A su vez la utilización por parte del musculo de acidos grasos como fuente alternativa de energía influirá sobre el consumo de glucosa, ahorrandola, fundamentalmente para los tejidos anaeróbios y el sistema nervioso central. este ahorro se basa en dos fenómenos uno de ellos conocido, el otro aún por conocer. Este último es el hecho de que la utilización de ácidos grasos inhibe la entrada de glucosa en la célula, con lo que se ahorra glucosa. Pero ademas el empleo de acidos grasos por una fibra muscular inhibe la glucolisis. Repasando algunos conocimientos lo veremos con claridad. Cuando estudiamos los efectores de la glucolisis señalamos, que el citrato era un inhibidor de la fosfofructo quinasa. El consumo de acidos grasos en la ß oxidación produce grandes cantidades de acetil coenzima A, lo que aumenta la actividad del ciclo de Krebs, el primero de cuyos intermediarios es el citrato. Los acidos grasos aumentan la cantidad de citrato y este bloquea la glucolisis a nivel de fosfofructoquinasa.

Los ácidos grasos no solo van, cuando se movilizan, a musculo. Tambien son capturados por hígado. En el hígado se puede producir cetogénesis. Los cuerpos cetónicos pueden ser empleados por el musculo, pero en el ejercicio la producción y el empleo de cuerpos cetónicos es baja, y solo en circunstancias muy excepcionales (niños, ejercicio muy mantenido, desnutrición, etc.) se elevan.

CAPITULO 8. INTEGRACIÓN METABÓLICA EN EL SPRINT Y LAS CARRERAS DE LARGA DISTANCIA. BASES DE LA FATIGA.

Comenzaremos por señalar que los ejercicios que planteamos como ejemplo son los dos extremos de una larga serie de posibilidades, que nosotros con fines didácticos reducimos a estos dos.

El primero de ellos, el sprint, la carrera corta será un ejemplo de ejercicio anerobio, mientras el segundo, el maraton, lo será de ejercicio aerobio duradero.

En las carreras o ejercicios anaerobios puros las fuentes energèticas son, como hemos señalado anteriormente, basicamente el ATP preformado y el fosfato de creatina, para los primeros instantes y posteriormente la glucolisis anaerobia apartir de glucógeno muscular.

Una carrera de 100 metros requiere un gasto de aproximadamente 200 kilojulios por minuto. Este gasto supone 3 micromoles de ATP por gramo de musculo en actividad y segundo. El ATP preformado es 5,4 micromolar aproximadamente. En principio podría pensarse que todo él se podría consumir, lo cual no es cierto, ya que la afinidad por el ATP de la ATPasa actomiosínica no es compatible con el funcionamiento en concentraciones del coenzima inferiores a 3,2 micromolar. Esto supone apenas dos tercios de segundo. El fosfato de creatina, que será vital en los primeros instantes no permitirá ir mas allá de dos segundos, ya que existe en concentraciones de poco mas de 10 micromolar, y no puede rendir ATP en concentraciones inferiores a 2,5. A partir de glucosa se puede obtener ATP en relación de 2:1, esto es, con 1,5 micromoles/gramo/segundo (0,6 microgramos) se pueden cubrir las necesidades de este tipo de ejercicio. Calculando la cantidad de energia suministrable por el glucógeno muscular se llega a la conclusión de que solo entre un tercio y la mitad del glucógeno muscular se consume antes de llegar al agotamiento. Hay que añadir a esto el hecho de que la cantidad de micromoles de glucógeno presentes antes y despues de una carrera hasta el agotamiento se corresponde perfectamente con ese calculo teórico (88 y 58). Sin embargo los cálculos nos llevarían a los 80 segundos, lo que nos permite concluir de forma tajante que la causa de la fatiga en este tipo de ejercicios no es la deplección del glucógeno muscular, lo que nos llevará a interrogarnos sobre cual puede ser.

Ademas del agotamiento del glucógeno muscular se han buscado multitud de posibles causas para el agotamiento que este tipo de ejercicio provoca.

En primer lugar señalaremos que se trata de fatiga periférica, esto es, ocasionada por fenómenos bioquimicos a nivel muscular, y no por procedimientos nerviosos a nivel central. Entre ellos el ácido lactico, cuyo incremento se correlaciona bien con la fatiga, desacoplamiento entre excitación nerviosa y contracción, p. e. por una disminución progresiva de la cantidad de calcio que provoca la señal nerviosa y que es el disparador de la contracción, alteraciones iónicas como un aumento del potasio extracelular...

Actualmente se está en condiciones de afirmar que una parte importante, si no toda, la fatiga en este tipo de ejercicios se debe a la acidificación del medio. Debemos de exponer primero como el citosol muscular desciende en pH desde 7, aproximadamente, hasta 6,4 o 6,3 incluso. Recordemos que la escala de pH, aparentemente lineal, es logarítmica, con lo que esa disminución de décimas supone una importante variación en la concentración de protones.

Debemos tambien preguntarnos por el orígen de los protones. Hay fundamentalmente dos. El primero es la transformación de forma intensiva de una molécula no ionica, la glucosa, en dos moleculas de acido, el láctico. Esto se produce a un ritmo de 3 micromoles de lactato por gramo y segundo, cuando se esté usando glucosa. Pero hay otra fuente mas, la hidrólisis de ATP a ADP produce otro ácido, el fosfórico que tambien se ioniza.

Finalmente tendremos que saber que procesos bioquímicos interrumpe o afecta esa acidificación del medio. Son bastantes, y van en aumento según se investiga. Hay un procedimiento genérico: Toda enzima tiene un pH óptimo, alejandose del cual disminuye su actividad, pudiendo llegar a inactivarse. Esto se ha comprobado en varias enzimas, o proteinas, implicadas en la contracción muscular: a) ATPasa actomiosínica. b) Fosfofructoquinasa, que hace disminuir de forma notable la glucolísis y por tanto el suministro energético. c) La bomba de calcio recaptadora del ión tras su liberación a citoplasma, lo que aumenta en primer lugar el tiempo de estancia en citosol y en segundo lugar la salida de calcio al exterior. Por ello cada liberación de calcio sería menor. d) Los protones, al margen de la disminución de la actividad encimática que de forma inespecífica provocan, ejercen otra acción, esta específica, la inhibición competitiva de la unión del calcio a la troponina, por poseer, como él, cargas positivas.

La acidosis local se produce por un aumento de la producción de protones que el sistema circulatorio no puede compensar a nivel de la microcirculación, a pesar de ser insignificante desde un punto de vista general, lo que significa que pocos segundos despues de cesar el aumento en la producción de protones, el pH se normaliza, desapareciendo este tipo de fatiga.

Ademas de la acidificación otras dos causas de fatiga periferica aparecen en este tipo de ejercicios. El descenso de la concentración de ATP y su masiva utilización en la contracción muscular hace que la Na/K ATPasa, indispensable para el funcionamiento correcto de la sucesión de potenciales de acción, comience a disminuir su actividad. Por otra parte las sucesivas descargas de calcio al citosol hacen que con el paso de los segundos la concentración total de este ion descienda, con lo que el acoplamiento excitación/contracción comienza a fracasar.

Ejercicios aeróbicos: Fuentes energéticas.

En el otro extremo está el maratón, empleado como ejemplo de ejercicio prolongado, aeróbico, en el que nunca se alcanza el máximo de rendimiento. Como él, otras carreras prolongadas, natación de fondo, ciclismo, esquí de fondo...

Desde un punto de vista de aporte energético, el maratón es mucho más complejo, ya que emplea todos los combustibles disponibles, glucógeno muscular y hepático y ácidos grasos, sin contar que en los primeros instantes se emplearán el ATP preformado y la fosfocreatina.

Los ácidos grasos se difunden por sangre unidos a albumina, siendo la fracción libre (muy pequeña en comparación a la unida a la proteina) la que es utilizada por el músculo, lo que podría explicar porque solo el 50% de las necesidades se cubren con ácidos grasos.

El aspecto fundamental de la cuestión será como se integra el consumo combinado de hidratos de carbono y lípidos en este tipo de ejercício. Algunos hechos nos ayudan a comprender la cuestión:

1. Una deplección de los carbohidratos previa a la carrera disminuye la resistencia. Es decir, al margen de la cuantía de grasas almacenadas, la presentación del cansacio depende de lo extenso de las reservas de glucosa.

2. Al contrario, un aumento de la reserva de azucares produce un aumento notable de la resistencia. De aquí las dietas de sobrecarga de hidratos de carbono previas a las competiciones.

3. En carreras de ultradistancia, 100 y 200 Km, la potencia disminuye a un 50% cuando tras el agotamiento del glucógeno, las grasas pasan a ser el combustible dominante, al final de la carrera.

La conclusión clara es que los ácidos grasos se utilizan pero solo, con eficacia hasta el 50% del total energético requerido. Es posible que el entrenamiento específico aumente la proporción. Los mecanismos de integración y control fueron estudiados anteriormente.

Manipulación metabólica en este tipo de ejercício.

a) Antes de la carrera. Dieta de descarga/sobrecarga de hidratos de carbono. Trata de aumentar al máximo la cantidad de glucógeno almacenada. Constaba, pues actualmente se ha modificado, dos fases, una de dieta pobre en glucidos, y los dos días anteriores a la prueba una sobrecarga de azúcares en la dieta. Actualmente se ha eliminado la primera fase, al considerarse que cualquier régimen de entrenamiento de mas de 80 Km semanales (y cualquier corredor de fondo los sobrepasa), lo que supone que la dieta los 2-4 días anteriores a la prueba debe ser casi exclusiva de hidratos de carbono complejos, de absorción lenta (pan, patatas, cereales, arroz, pastas...), excluyendose al máximo los azúcares simples (azucar de mesa, miel, jalea, chocolate, bebidas azucaradas...), para evitar excesoso momentaneos de glucosa en sangre que supongan un desvio hacia las grasas. El control, siempre individualizado, puede mejorarse con un estudio frecuente de glucosuria, ya que la aparición de glucosa en la orina supone un exceso indeseable de glucosa en plasma. Un complemento importante es el agua, cuya acumulación con el glucógeno hace que aumente la demanda. Sin un aumento de su ingesta se dificulta el aumento del glucógeno. La orina aquí tambien ayuda: Durante esos días se debe tomar tanta agua caomo para que la orina sea clara, acuosa, no ambar.

Un efecto negativo, menor, tiene esta dieta, el aumento de peso durante los primeros 20-25 Km de carrera. Los beneficios se notarán a partir de esa distancia.

b) Algunos corredores tratan de manipular su metabolismo justo antes de la carrera. Una práctica muy empleada es la ingesta de azúcares rápidos, simples, en los momentos anteriores a la carrera. No debe hacerse. Un aumento de glucosa plasmática en reposo estimula al páncreas en su producción de insulina, y eso es contraproducente ya que impide la movilización temprana de lípidos, que como veremos a continuación, es algo de gran importancia. El problema del desayuno antes de la carrera es algo de solución individual, ya que tambien están implicados los problemas digestivos, Lo mas frecuente es un desayuno normal (con azúcares complejos, cereales, pan y derivados, leche...) varias horas antes de la prueba. Otros, por lo que parece cada día mas, prefieren el ayuno: Una dieta la vispera rica en glucidos, seguida de una segunda cena tarde e inmediatamente antes de dormir con los mismos componentes, y reposo hasta el momento de la prueba provoca un aumento de glucagón, lipolítico, sin un descenso notable de reservas glucídicas, y con una mayor ligereza digestiva.

Otra manipulación frecuente es la ingesta de café. Si la aparición de la fatiga se correlaciona con el agotamiento del glucógeno, y sabemos que en los primeros momentos solo se utiliza glucógeno, una forma de ahorralo es comenzar a usar grasas lo antes posible. Si recordamos los esquemas de la lipolisis y movilización de ácidos grasos, veremos que la adrenalína estimula estos procesos mediante un aumento de cAMP. La cafeína, y tambien la teofílina (principio activo del té) son metilxantinas, que aumentan, impidiendo su degradación las concentraciones de cAMP. Es una práctica relativamente razonable, solo tiene efectos negativos en personas poco entrenadas, que pueden tener problemas cardiacos graves. Las metilxantinas están incluidas en las listas de substancias prohibidas de todos los organismos deportivos. Sin embargo el hecho de que forman parte de la cultura culinaria de casi todo el mundo hace que se admitan cantidades pequeñas en orina, por lo que se pueden tomar algunas tacitas. La concentración anterior a la competición, y el mero calentamiento provocan un efecto similar, el aumento de adrenalína.

c) Durante la carrera la ingesta de azucares rápidos y simples (azucar de mesa, sacarosa, o incluso glucosa misma) cada 8 o 10 Km ayuda a ahorrar glucógeno, siendo una práctica habitual y de resultados probados. Su exceso puede inhibir la lipolísis y a la larga ser contraproducente. Recordemos además la deshidratación: Lo ideal pueden ser bebidas azucaradas.

Al acabar la carrera hay que evitar la deshidratación y la hipoglucemia que pueden, juntas o separadas, provocar desvanecimientos. La comida ideal sea, probablemente una sopa vegetal.