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RESEÑA
CLUB DE REVISTA POSGRADO DE MEDICINA DE LA
ACTIVIDAD FÍSICA Y EL DEPORTE - FUCS
TÍTULO DEL ARTÍCULO
Exercise Metabolism and the Molecular
Regulation of Skeletal Muscle Adaptation
AUTOR
Brendan Egan and Juleen R. Zierath
BIBLIOGRA FÍA
Cell Metabolism 17, February 5, 2013 ª2013 Elsevier Inc.
La preservación de la capacidad aeróbica y de la fuerza a través de la práctica regular de ejercicio
puede mejorar la disfunción metabólica y prevenir enfermedades crónicas, los cuales se logran por
la remodelación metabólica y molecular, las cuales se logran por una perfecta interacción entre vías
de señalización y trascripción y traducción de proteínas.
En la vida cotidiana se ha tomado el ejercicio como la piedra angular en cuanto a medicina de
prevención de enfermedades crónicas tales como la diabetes mellitus la hipertensión arterial y la
sarcopenia entre otras sin embrago las estadísticas muestran que uno de cada tres adultos y cuatro
de cada 5 adolescentes no cumplen con las recomendaciones mínimas para que este ejercicio
muestre los cambios necesarios para mejorar la calidad de vida esperada. La píldora mágica como
es descrita por otros autores muestra que en corto plazo puede revertir parcialmente los daños
producidos por enfermedades de tipo metabólico, y si lo combinamos con dieta y con tratamientos
farmacológicos adecuados y a tiempo podemos prevenir enfermedades tan letales y graves como la
diabetes mellitus y sarcopenia. Si bien es cierto que estos beneficios son bien conocidos en este
artículo encontramos como las vías de señalización y las moléculas reguladoras son las que
coordinan las respuestas de la adaptación al ejercicio.
La base molecular de la adaptación del músculo esquelético al ejercicio:
Las contracciones musculares continuas asociadas a la práctica de ejercicio constante son las que
finalmente logran la adaptación fisiológica lo cual genera con el tiempo no solo maleabilidad sino
remodelación. Estos cambios además se ven reflejados en las proteínas contráctiles, la función
mitocondrial, la regulación metabólica, la señalización intracelular y las respuestas transcripcionales.
Estos mecanismos moleculares producidos por las adaptaciones al entrenamiento implicarían una
alteración gradual el mecanismo de las proteínas y actividades enzimáticas por la activación o
represión de las vías específicas de señalización que regulan la transcripción y la traducción y la
expresión genética inducida por el ejercicio.
Estos cambios genéticos en la trascripción de genes incluyen genes inmediatos tempranos,
reguladores miogénicos, genes de hidratos de carbono, metabolismo, movilización de lípidos, el
trasporte y la oxidación, metabolismo mitocondrial y la fosforilación oxidativa y reguladores
mitocondriales de la expresión génica y la biogénesis mitocondrial. Es por esto que una sesión de
ejercicio alteraría la actividad de unión de ADN de una variedad de factores de trascripción. La
estabilidad de las proteínas y la localización subcelular de complejos de factores de trascripción en
el núcleo y la mitocondria también se ven afectados. Además en estudios anteriores se ha
comprobado que la hipometilación de ADN transitoria de las regiones promotoras de genes
específicos procede aumentos de la expresión de RNAm en r espuesta al ejercicio agudo. Además
estos pulsos de RNAm que se elevan durante la recuperación del ejercicio agudo facilitan la síntesis
de proteínas y provocan remodelación estructural de manera gradual que genera ajustes graduales
a largo plazo. Si bien es cierto que estas remodelaciones son intrínsecas al musculo esquelético, de
forma colectiva ayudan a maximizar la entrega de sustrato, la capacidad respiratoria mitocondrial y
la función contráctil durante el ejercicio.
La finalidad de todos estos cambios se ve reflejada en la preparación adecuada para una siguiente
sesión de ejercicio, lo cual genera una homeostasis metabólica ideal lo cual genera una demora en
la aparición de la fatiga.
Biología de musculo esquelético y metabolismo.
El musculo esquelético corresponde al 40% de la masa total del cuerpo y representa el 30% de la
masa metabólica en reposo. El músculo esquelético desempeña un papel fundamental en el control
de la glucemia y la homeostasis metabólica, siendo el sitio predominante de eliminación de glucosa,
además de ser la reserva más grande de glucógeno. Cabe destacar que una sesión de ejercicio
mejora en todo el cuerpo la sensibilidad a la insulina durante 48 horas. Además el ejercicio
aumenta la glucosa a nivel muscular y la absorción a un nivel diferente al de la insulina, lo cual
genera una alteración en la homeostasis de la glucosa.
En cuanto a las fibras musculares sabemos que el color depende de la cantidad de una proteína
que es la mioglobina que es la encargada de transportar oxígeno, así pues sabemos que hay una
clasificación típica que son las tipo I y Las Tipo II siendo las tipo I más rojas y las tipo II más
claras. La subclasificación delas fibras de tipo II, en fibras IIa, IIx, IIb que esta principalmente en
roedores, este tipo de fibras está determinado genéticamente durante el desarrollo, pero la
adaptación de trasformación está muy debatido.
Dada la capacidad de plasticidad del músculo los cambios metabólicos y la morfología
independientemente si se observa o no un cambio en el tipo de fibra la cual puede ser medida por
el cambio en la expresión de la cadena pesada de la miosina.
Una de las características más destacables del musculo esquelético es la capacidad de tasa de
producción de energía, flujo de sangre y utilización de sustratos rápidamente como respuesta a la
locomoción, esta anergia es gracias a la hidrolisis del ATP por la miosina ATPasa sumada a la
interacción del NA; K y Ca. El ejercicio intenso puede aumentar quizá 20 veces la tasa metabólica,
mientras que la tasa de rotación de ATP quizá aumente unas 100 veces. El musculo esquelético es
rico en mitocondrias y muy dependiente de la fosforilación oxidativa, durante el ejercicio vigoroso el
consumo de oxígeno a nivel muscular aumenta 30 veces.
Modalidades de ejercicio:
El ejercicio aeróbico implica alta frecuencia con baja carga mientras que el de resistencia implica
baja frecuencia con alta resistencia, estas dos solo podrían ser en cuanto a respuesta similares si
lográramos una perfecta adaptación muscular. Es importante recalcar que los diferentes tipo de
ejercicio pueden generar diferentes cambios y beneficios para la salud es así como el ejercicio
aeróbico puede generar cambios benéficos a nivel de sistema cardiovascular, mientras que el
ejercicio de resistencia puede mejorar la tasa metabólica basal, la masa muscular y la función física
de los ancianos. Es así como se ha demostrado que la combinación de ambos entrenamientos
puede disminuir la resistencia a la insulina y las limitaciones funcionales de la obesidad y el
síndrome metabólico, lo cual mejoraría el control glucémico en la diabetes.
RESPUESTA AGUDA METABÓLICA A UNA SERIE DE EJERCICIOS:
Utilización de sustrato durante el ejercicio:
Durante el ejercicio la producción de energía depende de la activación de las vías las cuales se
activan dependientes de la potencia y la intensidad producida por el ejercicio realizado. La potencia
determina la tasa de ATP requerido, mientras que la intensidad será la que active la contribución
relativa de carbohidratos y fuentes de lípidos. En ejercicios de baja a moderada intensidad las
fuentes de energía principalmente son la glucosa los derivados de la glucogenolisis hepática (o la
gluconeogénesis), o la ingesta oral y los ácidos grasos libres liberados por lipólisis del tejido
adiposo. Estas son en gran medida respuestas a activaciones hormonales al ejercicio (adrenalina,
noradrenalina, glucagón, insulina, cortisol) a medida que aumenta la intensidad de ejercicio
disminuye la utilización de ácidos grasos libres, y aumenta demanda de oxígeno y de glucosa, la
energía proporcionada en estas intensidades máximas de energía son por el glucógeno muscular.
Cuando se prolonga el ejercicio por más de 60 minutos una creciente producción de energía entra
en juego que es la oxidación de lípidos.
El glucógeno muscular es la principal fuente de carbohidratos durante el ejercicio moderado e
intenso y la glucogenolisis es proporcional a la intensidad del ejercicio, esta se deriva de la
activación de la glucógeno fosforilasa que refleja alteraciones en el Ca, fosforo inorgánico,
estimulación de los beta adrenérgicos dependientes de AMPc, y la modulación alostérica de AMP e
IMP. Las tasas más altas de glucogenolisis ocurren cuando la concentración inicial de glucógeno
muscular es altas, pero a medida de que aumentan las intensidades de ejercicio disminuyen los
niveles de glucógeno y la activación de glucógeno fosforilasa.
La utilización de sustratos durante el ejercicio está limitada por:
1. Factores propios del ejercicio como intensidad, duración y modo.
2. Factores metabólicos como el patrón de reclutamiento muscular, capacidades enzimáticas,
tasa de sustrato, estado de carga de energía y actividad de ciclos del sustrato.
3. Factores externos como las condiciones ambientales, estado nutricional, eda d y la
composición corporal.
El papel de los aminoácidos como productores de energía es muy importante no solo en
transaminación, desaminación, oxidación y catabolismo irreversible de aminoácidos específicos y
otros actúan en la gluconeogénesis durante el ejercicio prolongado. El suministro de energía a base
de proteínas constituye el 5 al 15% del total mientras que otros estados como el del agotamiento
de glucógeno exigen una mayor contribución, esta energía se obtiene de la degradación de
proteínas intramusculares y oxidación por parte de los alfa ceto acido deshidrogenasa.
EL METABOLISMO DEL SUSTRATO DURANTE EL PERIODO DE RECUPERACION DESPUES
DEL EJERCICIO:
Tras el cese de ejercicio la tasa metabólica permanece elevada en un 10% por un periodo de
aproximadamente 24 horas. Este periodo de recuperación se caracteriza por dos fases:
1. Recuperación de homeostasis en las células musculares.
2. La contribución de células de adaptación al ejercicio.
Esta homeostasis incluye la restitución de reservas de oxígeno, resíntesis de ATP, fosfocreatina, la
oxidación y la eliminación de lactato así como las respuestas inflamatorias y anti inflamatorias.
Durante este periodo de recuperación se aumenta la oxidación de lípidos y ahorradores de la fuente
de carbohidratos para suministro de energía. Este cambio tiene capacidad para priorizar la
resíntesis de glucógeno muscular mientras que la oxidación de los lípidos es elevado para satisfacer
las necesidades de energía. La tasa de oxidación de lípidos puede ser del 25% en el post ejercicio y
contribuir a más del 60% del metabolismo oxidativo durante la recuperación.
Otros procesos que ayudan a recuperar esta homeostasis son el porcentaje elevado de la síntesis
de proteínas mitocondriales y miofibrilares, reesterificación de ácidos grasos libres liberados
anteriormente y la resíntesis de glucógeno.
La recuperación de los noveles de glucógeno para una nueva sesión de ejercicio intenso o
prolongado es de 24 a 48 horas la cual puede ser disminuida en parte por una buena dieta, la lata
ingesta de carbohidratos en parte ayuda a una súper compensación de glucógeno supera con
creces las concentraciones pre ejercicio.
La reposición de esta reserva en musculo dependen principalmente de:
1. Disponibilidad de sustrato tanto de glucosa como de alanina y lactato.
2. La actividad enzimática.
3. La lipogénesis a nivel muscular.
Los intermediarios lipídicos tales como el diacilglicerol y las ceramidas se reducen en el musculo
esquelético al cesar el ejercicio.
CONTRACCIÓN
INDUCIDA
DE
TRASDUCCIÓN
DE
SEÑALES
EN EL
MÚSCULO
ESQUELETICO:
La contracción inducida en tensión mecánica por rotación de ATP, flujo de Ca, equilibrio Redox,
especies reactivas de oxígeno y la presión de oxigeno intracelular han sido implicados en la
activación de la cascada de transducción de señales que regulan la plasticidad del musculo
esquelético. A su vez existen sensores celulares transducen estos cambios homeostáticos para
acoplar la contracción y los procesos de transcripción, lo cual conlleva a que las respuestas
metabólicas y moleculares agudas sean contiguas a los procesos de adaptación al entrenamiento.
LA OXIGENACION TISULAR LOCAL Y FACTORES INDUCIBLES POR HIPOXIA:
El sensor del oxígeno siempre está establecido en la regulación de los procesos de adaptación
celular. La principal vía de transducción de señales sensibles a la presión de oxigeno es el factor
inducible de hipoxia, durante la hipoxia la hidroxilación de enzimas se alteran la eritropoyesis,
angiogénesis, glucolisis y el metabolismo energético, lo cual aumenta la entrega de oxígeno y
mejora la capacidad de obtener ATP por otras vías no dependientes de oxígeno. En reposo el
fósforo inorgánico y el oxígeno es apenas una 5 parte de presión del aire inhalado, el ejercicio
agudo lo reduce en el musculo que se contrae aproximadamente a 1/40.
El Ca es esencial para facilitar la interacción entre puentes cruzados de miosina y actina durante la
contracción muscular.
Durante la contracción muscular, el musculo es un potente productor de ROS mediante la
producción de superóxido por un sistema de transporte de electrones y la activación de NADPH
oxidasa y la xantina oxidasa. Los ROS son potentes activadores de señales, durante el ejercicio es
atenuada con activación de antioxidantes como la N Acetil Cisteína.
El NAD es un portador de electrones que juega un papel crítico en el metabolismo de combustibles,
a través de su reducción y reoxidación por la generación de lactato en el citosol o actividad
mitocondrial de transporte. Las fluctuaciones dinámicas de NAD y NADH se producen en respuesta
a estímulos como el ejercicio agudo y el ayuno. Con el incremento del ejercicio el NAD citosólico y
el NADH disminuye como la relación lactato/piruvato aumentan. La preservación de la glucosa
durante la recuperación después del ejercicio coincide con un aumento de la Beta oxidación y la
reoxidación de NADH a NAD.
Es así como podemos determinar que la hipertrofia muscular mediada por el ejercicio se determina
en gran parte por la activación de la síntesis de proteínas de músculo esquelético como
consecuencia de proteínas diana, proteínas ribosomales y de la activación de sustancias
relacionadas.
La biogénesis mitocondrial es una respuesta bien establecida para la pr áctica de ejercicio aeróbico y
se define como el aumento en el número de mitocondrias en el músculo así como los cambios
concomitantes en la composición del organelo, en respuesta a este aumento de actividad se
observó una vida media de aproximadamente de 1 semana para las proteínas mitocondriales .
Después de 6 semanas de entrenamiento los músculos aumentan la densidad mitocondrial en un
50-100%, evidenciando estos cambios en todos los tipos de fibras pero siendo mayor en las de tipo
IIa, esta mejora en las fibras se verá reflejado en el consumo máximo de oxígeno, además de
hacer un musculo más efectivo en cuanto a que mejora la capacidad oxidativa y además disminuye
la necesidad de sustrato y la entrega de este es mejor; en concreto estas adaptaciones metabólicas
reflejan el aumento de la abundancia de las proteínas que participan en la producción de ATP
mitocondrial, la movilización, transporte y la oxidación de ácidos grasos, metabolismo glucolítico, la
capacidad antioxidante, la síntesis de glucógeno y el transporte de glucosa y la entrega de oxígeno
y su extracción a partir de músculo esquelético.
Este tipo de adaptaciones llevaran finalmente al uso de menor cantidad de energía para realizar el
mismo consumo de oxigeno por gramo de músculo. Por lo tanto la misma tasa de metabolismo
oxidativo celular se alcanza con menos perturbación de los nucleótidos de adenina y una tasa más
baja de la fosforilación oxidativa por la mitocondria. La disminución de la utilización de
carbohidratos durante el ejercicio en la persona entrenada esta compensada por un aumento
proporcional de las tasas de oxidación de lípidos en la misma intensidad.
El aumento de rendimiento de la resistencia post entrenamiento es atribuido a una mayor
resistencia a la fatiga en virtud del agotamiento de glucógeno muscular reducida.
Los factores de transcripción y las proteínas coreguladoras son las que regulan el fenotipo del
musculo esquelético mediante integración de señales de estímulos fisiológicos, esta capacidad para
alterar la expresión de enzimas claves en carbohidratos y metabolismo lipídico sumado a la
coordinación de la miogénesis y la biogénesis mitocondrial en respuesta al ejercicio. La
sincronización adecuada de estos factores incluyendo la transcripción de genes, la traducción de
RNAm, la replicación de ADN mitocondrial, la transcripción y la traducción de genes mitocondriales,
la biosíntesis de fosfolípidos dela membrana mitocondrial y el complejo de los complejos
enzimáticos son lo que podemos llamar el cambio en cuanto la regulación de la expresión génica.
Elaborado por
CAMILO ALBERTO CAMARGO PUERTO
RESIDENTE SEGUNDO AÑO
MEDICINA DE LA ACTIVIDAD FÍSICA Y EL DEPORTE FUCS
FECHA 19 – Agosto- 2014
Bogotá - Colombia