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DIPLOMADO EDUCADOR EN DIABETES EN LINEA-2013
FISIOLOGÍA DEL EJECICIO.
CONTRACCIÓN MUSCULAR Y SISTEMAS DE APORTE
ENRGÉTICOS DURANTE EL EJERCICIO.
El ejercicio se clasifica en aeróbico y anaeróbico de acuerdo al tipo de
metabolismo muscular (de sustrato) requerido para su realización, en
isométrico o isotónico según las características del esfuerzo contráctil.
Con el fin de proporcionar energía suficiente para el trabajo muscular al hacer
ejercicio se ponen en marcha varios sistemas energéticos.
1.- Sistemas de fosfágeno (ATP y Fosfocreatina), o Fosfatos de alta energía.
2.- Glucólisis anaerobia o sistema de ácido láctico.
3.- Sistema aeróbico.
Fosfatos de alta energía. El principal medio para almacenar e intercambiar u
obtener energía es el ATP (Adenosin Tri Fosfato) (imagen 1).
Imagen 1. Adenosin Trifosfato.
La cual es una molécula que libera una gran cantidad de energía, al
descomponerse y liberar sus iones fosfato. Sin embargo la cantidad que hay
almacenada en el músculo es muy pequeña, por lo que hay que resintetizarlo
cada vez que es consumido.
Además del ATP existe otro fosfágeno de alta energía, la fosfocreatina. La cual
está en mayor cantidad en el músculo pero que rápidamente se agota y que se
obtiene de la misma fuente que el ATP de los alimentos.
En los esfuerzos físicos intensos el almacenamiento de ATP es el primero en
agotarse, debiendo ser rápidamente repuesto a partir de fosfocreatina. Los
fosfatos ricos en energía sirven como máximo en ejercicios que duren menos
de 20 segundos, dependiendo de la intensidad, aunque no de forma exclusiva,
ya que desde el inicio de la ejercitación también se obtiene energía a partir del
metabolismo de la glucosa.
FUENTES DE ENERGÌA PARA EL TRABAJO MUSCULAR.
La Glucólisis.
La glucólisis o glicolisis (del griego glycos, azúcar y lysis, ruptura), Es la vía
metabólica de obtención de energía a partir de la glucosa a través de una serie
de pasos que llevan a su transformación en lactato. Formando ATP a un ritmo
de 2,5 moles por minuto.
El balance neto para la reacción global de la glucólisis anaeróbica es:
Hexosa + 2 NAD+ 2 ADP + 2 Pi 2
NADH + 2 piruvato + 2 ATP
La glucólisis aeróbica sucede dentro de la mitocondria, requiere de oxígeno
disponible para llevarse a cabo, y al final del proceso se forman moléculas de
ATP, (36 moléculas de ATP por cada molécula de glucosa. Es un sistema lento
de obtención de energía (un mol de ATP por minuto).
Una descripción gráfica se presenta a continuación.
La glucosa debe ingresar mediante la acción de la insulina y sus receptores
de membrana.
Al ingresar al citoplasma celular, la glucosa tiene un proceso de modificación
de su estructura química hasta llegar a ácido pirúvico (el piruvato) es el
producto de la glucólisis anaeróbica, el cual puede ser oxidativamente
descarboxilado para formar acetil-CoA, para ingresar al ciclo de Krebs que se
realiza en la mitocondria.
El ciclo de Kebs, ocupa un lugar central en el metabolismo celular, por lo que
es regulado por otras rutas y recibe sustratos de varias de ellas.
Los aminoácidos glucogénicos, triglicéridos y polisacáridos proveen Acetil Coa
a la ruta.
La glucólisis anaeróbica se produce en el citoplasma (citosol) y la glucólisis
aeróbica se produce en la mitocondria hasta la formación de ATP.
Los diferentes tipos de sustratos energéticos son empleados en distintos
momentos dependiendo del tipo de ejercicio, la intensidad de éste y la duración
del mismo.
El ritmo de utilización de energía de una fibra muscular durante el ejercicio
puede ser de 200 veces superior al ritmo de uso de energía en reposo. Los
sistmas ATP-PC y glucolítico no pueden por si solos satisfacer todas la
necesidades de energía.
Sin otro sistema la capacidad de ejercicio quedaría limitada a pocos minutos.
El sistema oxidativo.
El sistema final de producción de energía es el sistema oxidativos, es el más
complejo de los sistemas energéticos. El proceso mediante el cual el cuerpo
descompone combustibles con la ayuda del oxígeno para generar energía se
llama respiración celular. Este proceso es realizado en las mitocondrias.
La oxidación de hidratos de carbono se da por glucólisis, ciclo de krebs y
cadena de transporte de electrones.
El ciclo de Krebs, o ciclo del ácido cítrico, sucede en la mitocondria, está unido
por una serie de reacciones conocidas como cadena de transporte de
electrones. El hidrógeno liberado durante la glucólisis y durante el ciclo de
krebs se combina con dos coenzimas NAD Y FAD, que llevan los átomos de
hidrógeno hacia la cadena de transporte de electrones donde se dividen en
protones y electrones. Al final de la cadena el hidrógeno se combina con
oxígeno para formar agua.
Los electrones separados del hidrógeno pasan por una serie de reacciones, de
aquí el nombre de cadena de transporte de electrones, finalmente proporcionan
energía para la fosforilación del ADP, formando ATP. Este proceso requiere de
oxígeno, por lo que recibe el nombre de fosforilación oxidativa.
La energía formada puede llegar hasta 39 moléculas de ATP por cada
molécula de glucógeno, y si el proceso comienza con glucosa el beneficio neto
son 38 moléculas de ATP.
Las grasas también contribuyen a las necesidades energéticas de los
músculos. Las reservas de glucógeno en el hígado y en los musculos pueden
proporcionar solamente de 1,200 a 2,000 Kcal de energía pero la grasa
almacenada en las fibras musculares y en los adipocitos, pueden proporcional
entre 70,000 y 75,000 kcal.
Para usar energía a partir de triglicéridos deben ser descompuestos en sus
unidades básicas, (glicerol y tres moléculas de ácidos grasos), y mediante
lipólisis llevado a cabo por enzimas Lipasas, entran en la sangre se transportan
por difusión y sucede la betaoxidaciòn.
Los ácidos grasos entran en las fibras musculares y se activan
enzimáticamente con energía del ATP, preparándolos para el catabolismo en la
mitocondria. La cadena de carbono del acido graso libre se divide en dos
unidades separadas del acido acético, que se convertirá en acetil CoA. A partir
de este momento el camino del as grasas sigue el mismo camino que el de los
hidratos de carbono ingresando al ciclo de krebs.
La ventaja de tener mas carbono en los ácidos grasos libres que en la glucosa
es que se forma mas acetil CoA a partir de las grasas.
La capacidad oxidativa del musculo es la medida de su capacidad máxima para
usar oxigeno.
Actividad enzimática.
Las fibras musculares tiene una capacidad para oxidar hidratos de carbono y
grasas. Existe una relación entre la capacidad de un musculo para ejecutar
ejercicios aerobios prolongados y la actividad de sus enzimas oxidativas.
La composición de un músculo en cuanto a tipos de fibras determina en parte
su capacidad oxidativa.
Las fibras musculares lentas o ST (Slow Twitch), tienen una mayor capacidad
para la actividad aeróbica y las fibras FT (Fast Twitch) son más altas para la
actividad anaeróbica.
Los corredores de fondo poseen más numero de fibras ST y mas mitocondrias
que individuos no entrenados aeróbicamente.
CONTRACCIÓN MUSCULAR
La contracción muscular es un proceso que nos permite generar fuerza para
mover o resistir una carga. Se define como la activación de las fibras
musculares con tendencia a que éstas se acorten. En la fisiología muscular, la
fuerza generada por el músculo que se contrae se denomina tensión muscular;
la carga es un peso o una fuerza que se opone a la contracción de un músculo.
La generación de tensión en un músculo es un proceso activo que requiere un
aporte energético por parte del ATP.
Los impulsos nerviosos que provienen desde el cerebro, y que llegan a los
músculos a través de las terminaciones nerviosas que conectan con éstos
La neurona motora es quien envía el impulso a través de sus nervios hasta las
fibras musculares mediante la unión neuromuscular sucede la estimulación y
liberación de neurotransmisores (acetilcolina).
MOVIMIENTO VOLUNTARIO
En el cerebro se genera un impulso nervioso
que es transmitido a través de las neuronas motoras, y viaja hasta el extremo
del axón, el cual hace contacto con nuestros músculos en la llamada unión
neuromuscular
Para que se lleve a cabo el proceso de contracción muscular entre la actina y la
miosina es necesario que haya cierta cantidad de calcio, el cual permite dejar
libres los puntos de unión entre la actina y miosina, y del nucleótido ATP, el
cual gracias a la actividad de la ATPásica de la miosina, se hidroliza librando
energía procedente de un enlace fosfato. Esta energía es la que permite el
movimiento. Cuando en las células musculares se dispone de calcio pero no de
ATP, se produce el estado de rigor en el que la actina y miosina se encuentran
fuertemente unidas sin deslizamiento de los filamentos, y por tanto sin que se
genere fuerza. Sin embargo, cuando añadimos ATP, la unión del ATP conduce
a la rápida disociación de los puentes de unión entre actina y miosina y permite
generar fuerza.
En el proceso de contracción el calcio
es el activador intracelular de la
contracción en todos tipos de músculo. La generación fisiológica de tensión
muscular voluntaria en el ser humano intacto requiere la participación del
sistema nervioso y de la fibra muscular. Solo así es posible que se acoplen los
mecanismos de excitación-contracción, que finalmente con la generación de
tensión muscular.
El principal movimiento del brazo de palanca de la molécula de miosina se
produce al liberarse el fosfato del ATP, ya que este cambio se asocia con una
cantidad de energía libre liberada.
A continuación, se menciona la secuencia de la contracción muscular:
1.- Se genera un potencial de acción y llegada a través del axón de las
motoneuronas de la médula espinal hasta su porción terminal o placa motora.
2.- En la placa motora se libera desde la porción terminal del axón un
neurotransmisor, llamado acetilcolina, al espacio situado entre el botón axónico
y el sarcolema.
3.- En esta zona, el sarcolema de la fibra muscular posee receptores para
acetilcolina, los cuales al activarse provocan la apertura de los canales iónicos.
4.- La apertura de dichos canales permite la entrada de grandes cantidades de
iones de Sodio al interior de la fibra muscular, iniciando en ella un potencial de
acción.
5.- El potencial de acción se propaga por todo el sarcolema, sin olvidar su
propagación
al
interior
de
la
fibra
gracias
a
los
túbulos
T.
6.- La llegada del potencial de acción al interior de la célula, y en concreto, al
retículo sarcoplasmático provoca la liberación de grandes cantidades de iones
de
Calcio
desde
el
retículo
sarcoplasmático
al
citosol
7.- Los iones de calcio de unen a la troponina C, la cual a su vez cambia su
conformación
permitiendo
que
interactúen
la
actina
y
la
miosina.
8.- La actina y miosina, en presencia de ATP, provocan el deslizamiento y
acortamiento del sarcómero, llevando a cabo el proceso de la contracción
muscular.
•
El calcio se fija en la troponina y permite que libere los sitios activos de
la
•
tropomiosina
para
facilitar
la
unión
de
actina
y
miosina
La energía química almacenada en la molécula de ATP se convierte en
la energía mecánica que hace que se mueva la cabeza del filamento de
Miosina, jalando a la Actina, y volviendo inmediatamente después a su
posición original.
9.- Al cabo de una fracción de segundo, al cesar el potencial d acción, los iones
de calcio son “almacenados o secuestrados”, de nuevos desde el citosol a
interior del retículo sarcoplasmático gracias a una bomba de calcio situada en
la membrana del retículo que consume ATP. La acción de esta bomba se ve
mediante la proteína calsecuestrina, hasta la llegada de un nuevo potencial de
acción. Esto hace que cese la contracción muscular.
Tipos de fibras musculares
esqueléticas
No todos los tipos de fibras musculares son iguales en composición y función.
Por ejemplo, las fibras musculares varían n el contenido de mioglobina, la
proteína rojiza que se una al oxígeno dentro de las fibras musculares. Aquellas
fibras que poseen alto contenido de mioglobina se denominan fibras rojas y se
presentan más oscuras y una mayor cantidad de mitocondrias y una mayor
irrigación por capilares sanguíneos; y las que poseen bajos contenidos de
mioglobina se denominan fibras blancas y su apariencia es más clara. Las
fibras musculares esqueléticas, además se contrae y relajan con diferentes
velocidades y se diferencias en la reacciones metabólicas mediante las cuales
generan ATP y en cuanto rápido alcanzan el nivel de fatiga. Por ejemplo, una
fibra se caracteriza como fibra lenta o rápida dependiendo de cuán rápido la
ATPása de las cabezas de miosina hidroliza el ATP. Esto nos hace tener tres
tipos de fibras: fibras oxidativas lentas, fibras oxidativas rápidas glucolíticas y
fibras glucolíticas rápidas.
La clasificación de las fibras musculares depende del tipo de miosina que
tengas sus sarcómeras. Por ejemplo, la miosina que es capaz de hidrolizar
rápidamente el ATP (una 600 veces por segundo) se denomina miosina rápida.
La miosina que solo puede hidrolizar ATP una 300 veces por minutos se le
denomina miosina lenta. Por último, se distingue una isoforma de la miosina
que puede hidrolizar el ATP a una velocidad intermedia entre la miosina rápida
y la lente.
La diferencia en la velocidad de producción de energía entre la miosina lenta y
la rápida se traduce en que las fibras musculares que contienen miosina rápida
se contrae más rápidamente (tiempo de 40-90 ms) que las fibras musculares
que contienen miosina lenta (tiempo de contracción de 90-140 ms). Esta
diferencia en la velocidad de contracción y de producción de energía de las
fibras musculares que contienen uno u otro tipo de miosina, es la que ha dado
origen a la clasificación de las fibras musculares en rápidas (II B), intermedias
(II A) y lentas (I).
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