Sistemas energéticos

Autor: A. Hernández

1. Introducción:

Cualquier actividad física, intelectual o sensorial, incluso el reposo, necesita de aportación energética para llevarse a cabo. Dicha energía se extrae de los diferentes alimentos que ingerimos diariamente, los cuales son degradados en un largo y apasionante proceso que comienza en el intestino de nuestro estómago.

El proceso por el cual nuestros músculos se abastecen de energía es complicado de explicar por lo que haremos una sucinta reseña de dicho proceso, explicando algunos términos necesarios para su comprensión.

degradación alimento
Imagen 1. Degradación de los alimentos

Como hemos dicho, las células se proveen de energía a través de los alimentos ingeridos, pero éstos sufren distintas transformaciones antes de llegar a producir energía. Las células cuentan con recursos para formar moléculas más pequeñas a partir de moléculas grandes, y a este proceso se le llama catabolismo. Hay un proceso inverso, que consiste en la formación de moléculas más grandes, a partir de otras más pequeñas, que recibe el nombre de anabolismo. De forma general, a todo el conjunto de transformaciones que sufren las sustancias en el organismo o en una célula se le llama metabolismo.

Siempre que se lleva a cabo un ejercicio físico, se producen adaptaciones en el organismo que están coordinadas entre sí. Se producen por tanto adaptaciones metabólicas, circulatorias, cardíacas, respiratorias, sanguíneas y en el medio interno. En este artículo hablaremos de las primeras, las adaptaciones metabólicas

Para que las células puedan aprovechar las sustancias en sus distintas funciones deben primero degradarlas. Los procesos de degradación, o catabólicos, ocurren en tres etapas;en la primera, se rompen las grandes moléculas en sus componentes más sencillos: las proteínas en aminoácidos, los carbohidratos o azúcares complejos en azúcares sencillos y las grasas en ácidos grasos (gráfico 1). Esta degradación de las moléculas grandes libera energía que se disipa en parte en forma de calor.

En una segunda etapa, estas pequeñas moléculas son a su vez degradadas para formar moléculas todavía más pequeñas, con la posibilidad de obtener energía útil para la célula. Estas moléculas pequeñas son el piruvato y la acetil coenzima A;el piruvato también a su vez se transforma en acetil coenzima A.

El proceso de degradación es mucho más extenso y complejo que lo mostrado en el gráfico 1;éste es sólo el primer paso hacia donde en última instancia se utilizan las diferentes vía metabólicas para obtener energía. Sin embargo, hemos optado por no describirlo pues consideramos que no entra dentro de los propósitos de este artículo. No obstante sí mencionaremos de forma sucinta una explicación de qué es el ATP y cómo se forma.

2. ATP, la molécula de la vida:

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Imagen 2. Estructura química del ATP.

La molécula ATP (Adenosina Trifosfato) que el organismo produce en las mitocondrias durante la respiración celular, es el "transportador" universal de energía de nuestro cuerpo, necesaria para la gran mayoría de las funciones de los seres vivos y sin la cual la vida no sería concebible, al menos tal y como la conocemos. Cuando la molécula de ATP se subdivide la alta carga energética acumulada en ella se libera (como si de una bomba atómica se tratara), energía que utiliza luego el organismo para todo lo que precisa.

La principal fuente de energía para el músculo es el ATP. Esta molécula está formada por una base nitrogenada (adenida), un azúcar de cinco átomos de carbono (ribosa) y tres fosfatos. Cada grupo fosfato es un átomo de fósforo combinado con cuatro átomos de oxígeno, siendo uno de estos compartido por el otro grupo fostato. Esto quiere decir que los tres grupos de fostato están enlazados entre sí. Estos enlaces son fáciles de romper y además liberan gran cantidad de energía que será la utilizada por todas las células del organismo.

El ATP puede liberar dos grupos fosfato sucesivamente, aunque lo general es que se rompa uno de estos enlaces. En cada una de estas cesiones se libera una energía de aproximadamente 7.300 calorías, suficiente para realizar la contracción muscular.

Cuando se elimina por hidrólisis un grupo fostato, la molécula de ATP se convierte en ADP, (adenosina difostafo). Luego la molécula de ADP puede "recargarse" con un aporte de 7 kilocalorías por mol., de modo que recupera un tercer grupo fostato y vuelve a convertirse en ATP.

Las reservas que la célula posee almacenadas darían energía para que el músculo se contrajera durante tres segundos. Es por tanto evidente que deben existir otros mecanismos que produzcan ATP de forma continuada. Asimismo no todas las actividades necesitan de la misma cantidad de energía. Existen las que necesitan de una gran cantidad en poco tiempo: las pruebas de 50 metros es un ejemplo claro. En cambio, otras tienen un requerimiento moderado, pero constante y prolongado en el tiempo, el ejemplo más claro sería una prueba de 1500 metros libres.

Y entre estos dos extremos, existe una gran variedad de pruebas, actividades y deportes que combinan en diferentes proporciones, demandas altas y bajas de energía, prolongadas y breves.

3. Sistemas energéticos:

El músculo esquelético tiene tres tipos de fuentes energéticas cuya utilización varía en función de la actividad física desarrollada. Estas son:

  • Sistema anaeróbico aláctico o sistema de los fosfágeno: Conversión de las reservas de alta energía de la forma de fosfocreatina (PC) y ATP
  • Sistema Anaeróbico láctico, glucólisis anaeróbica o sistema glucógeno-lactato: Generación de ATP mediante glucólisis anaeróbica
  • Sistema Aeróbico o sistema oxidativo: Metabolismo oxidativo del acetil-CoA
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Imagen 3. Degradación de los alimentos

Los sistemas energéticos funcionan como un continuom energético (gráfico 3). Se puede definir a éste como la capacidad que posee el organismo de mantener simultáneamente activos a los tres sistemas energéticos en todo momento, pero otorgándole una predominancia a uno de ellos sobre el resto de acuerdo a:

  • Duración del ejercicio.
  • Intensidad de la contracción muscular.
  • Cantidad de substratos almacenados.

Así, en actividades de potencia (pocos segundos de duración y de elevada intensidad) el músculo utilizará el llamado sistema de los fosfágenos (ATP y fosfocreatina);para actividades de alrededor de 60 segundos de duración a la máxima intensidad posible, utilizará preferentemente las fuentes de energía glucolíticas no oxidativas (metabolismo anaeróbico), mientras que para actividades de más de 120 segundos, el sistema aeróbico (metabolismo aeróbico) será el que soporte fundamentalmente las demandas energéticas.

4. Sistema anaeróbico aláctico o sistema del fosfágeno:

Este sistema proporciona la energía necesaria para la contracción muscular al inicio del ejercicio y durante ejercicios de muy alta intensidad y corta duración, (ver tabla 1). Está limitado por la reserva de ATP (adenosintrifosfato) y PCr (fosfocreatina) intramuscular, que son compuestos de utilización directa para la obtención de energía.

Se le denomina aláctico porque no tiene acumulación de ácido láctico. El ácido láctico es un desecho metabólico que produce fatiga muscular.

La cantidad de ATP almacenada en la célula muscular es tan pequeña que sólo permite la realización de un trabajo durante muy pocos segundos. Por tanto el ATP debe ser reciclado constantemente en las células;parte de la energía necesaria para la resíntesis de ATP en la célula muscular se realiza rápidamente y sin la participación del oxígeno a través de la transferencia de energía química desde otro componente rico en fostatos de alta energía, la fosfocreatina (PC).

El sistema del Fosfágeno funciona mediante el desmembramiento de un enlace de ATP. Este enlace puede almacenar hasta 7300 calorías;estas son liberadas en dos etapas, al subdividirse dos veces el ATP, primero en ADP (adenosindifosfato) y finalmente en AMP (adenosinmonofosfato).

El fosfato de creatina posee un enlace de fosfato de alta energía, unas 10.300 calorías por mol., lo cual le permite suministrar energía para la reconstitución de ATP y de esta manera permitir un mayor período de utilización de fuerza máxima de hasta diez segundos de duración, suficientes para realizar series cortas de movimientos a máxima velocidad y potencia, también aplicable a una serie de ejercicios básicos. De esta manera concluimos que el Sistema del Fosfágeno es utilizado para esfuerzos musculares breves y de máxima exigencia.

5. Sistema anaeróbico láctico o glucólisis anaeróbica:

Participa como fuente energética fundamental en ejercicios de sub-máxima intensidad (entre el 80 y el 90% de la CMI o capacidad máxima individual) y de una duración entre 30 segundos y 1 ó 2 minutos. Esta vía metabólica proporciona la máxima energía a los 20-35 segundos de ejercicio de alta intensidad y disminuye su tasa metabólica de forma progresiva conforme aumenta la tasa oxidativa alrededor de los 45-90 segundos.

El sistema anaeróbico láctico está limitado por las reservas intramusculares de glucógeno como sustrato energético. Esto significa que el combustible químico para la producción de ATP es el glucógeno almacenado en el músculo.

Este sistema energético produce menos energía por unidad de sustrato (menos ATP) que la vía aeróbica y como producto metabólico final se forma ácido láctico que ocasiona una acidosis que limita la capacidad de realizar ejercicio produciendo fatiga. El ácido láctico o lactato, es el resultado de un combustión muscular intensa, en ausencia de oxígeno (anaeróbico), es ácido, por lo que provoca una acidosis metabólica y por lo tanto una inhibición de la maquinaria bioquímica responsable de la producción de energía proveniente de la degradación de la glucosa sanguínea y del glucógeno muscular.

Dependiendo de la duración del esfuerzo realizado se distinguen dos tipos de sistemas anaeróbicos.

Tabla 1: Características de los sistemas anaeróbicos
Sistema anaeróbico alácticoSistema anaeróbico láctico
Actúa sin recibir oxígeno o en una cantidad inapreciableNo produce ácido láctico
Actúa sin recibir oxígenoSe produce ácido láctico, provocando fatiga y disminuyendo la función celular
Utiliza la propia energía del músculoSe produce por degradación (lisis) del glucógeno (gluco) del músculo o de la glucosa proveniente del hígado, en ácido láctico (glucólisis)
La duración del esfuerzo de alta intensidad es de 0 a 15 - 20 segundosLa duración del esfuerzo de alta intensidad varía de 15 - 20 segundos a 2 minutos
Aparecen dos vías:
  • ATP (dura 2 - 3 segundos) ATP ---> ADP + P + Energía
  • ATP + CP (dura de 2 a 15- 20 segundos) ADP + CP ---> ATP + C
Vía:
  • ATP + carencia de O2 ---> ácido láctico

El glucógeno almacenado en el músculo, tras la ingestión de glúcidos y en los momentos de poca actividad muscular, se puede degradar, cuando haga falta, por acción de la glucógeno fosforilasa en glucosa fosforilada, que es la utilizada para obtener energía.

Las etapas iniciales del proceso de degradación de la glucosa, la glucólisis, se producen sin necesidad de la utilización de oxígeno, constituyendo lo que se conoce como la glucólisis anaeróbica. Durante esta glucólisis cada molécula de glucosa se convierte en dos moléculas de ácido pirúvico y se producen dos moléculas netas de ATP.

Normalmente, el ácido pirúvico entra en las mitocondrias de las células musculares y, al oxidarse, forma una gran cantidad de ATP. Sin embargo, cuando la provisión de oxígeno es insuficiente para que se produzca esta segunda etapa oxidativa del metabolismo de la glucosa, la mayor parte del ácido pirúvico se convierte en ácido láctico, que difunde hacia el exterior de las células musculares y llega a la sangre. Por esta razón, gran parte del glucógeno muscular, en estas circunstancias, se convierte en ácido láctico pero, al hacerlo, se forman ciertas cantidades de ATP, aún sin tener oxígeno.

Este sistema del glucógeno-ácido láctico puede formar moléculas de ATP con una rapidez 2,5 veces mayor que el mecanismo oxidativo de la mitocondria. Cuando se requieren grandes cantidades de ATP para un período moderado de contracción muscular, este mecanismo de glucólisis anaerobia se puede utilizar como fuente rápida de producción de energía.

6. Sistema aeróbico u oxidativo:

Cuando un individuo realiza un esfuerzo a régimen constante (por ejemplo, corre, camina, pedalea o nada a intensidad uniforme) y este esfuerzo dura por algunas o por muchas decenas de minutos, la energía empleada por sus músculos deriva toda de la combinación del oxígeno con los azúcares o también con las grasas.
Precisamente el mecanismo de producción de la energía que está a la base de estas combinaciones, oxígeno más azúcares, o también oxígeno más grasas, se llama "aeróbico".

El oxígeno es el ingrediente vital que permite transformar el alimento en una fuente de energía utilizada por el músculo y es imposible sin su empleo desarrollar ejercicio físico por prolongados periodos de tiempo.

El sistema aeróbico participa como fuente energética de forma predominante alrededor de los 2 minutos de ejercicio, siendo la vía energética de mayor rentabilidad y con productos finales que no producen fatiga. Es la vía metabólica más importante en ejercicios de larga duración.

Su limitación puede encontrarse en cualquier nivel del sistema de transporte de oxígeno desde la atmósfera hasta su utilización a nivel periférico en las mitocondrias. Otra limitación importante es la que se refiere a los sustratos energéticos, es decir, a la capacidad de almacenamiento y utilización del glucógeno muscular y hepático, y a la capacidad de metabolizar grasas y en último extremo proteínas.

7. Resumen de particularidades de los sistemas energéticos:

Tabla 2. Resumen sistemas energéticos
SistemaTiempo de predomimanciaIntensidad (CMI)Combustibe
Anaeróbico aláctico0" - 30"Alta: 90-100%Fosfocreatina (PCr) y ATP
Anaeróbico láctico30" - 60"Alta-media: 80-90%Glucógeno
Aeróbicomás de 120"Media-baja: hasta el 75%Hidratos de carbono, grasas y proteínas

9. Bibliografía:

  • "Enciclopedia general del ejercicio". Michael J. Alter, Roger Apolinaire y otros;Editorial Paidotribo. 1990.
  • "Habilidad atlética y anatomía del movimiento";Rolf Wirhed.
  • "Entrenador auxiliar de natación";F. Navarro, R. Arellano, M. Gomez;ENE - RFEN.
  • "Natación";F. Navarro, R. Arellano, C. Carnero, M. Gosálvez;Comité Olímpico Español. 1990.
  • "Natación";D. L. Costill, E. W. Maglischo, A. B. Richardson;Hispano Europea. 1992.
  • "Fisiología del ejercicio";J. López Chicharro, A. Fernández Vaquero;Panamericana. 2001.
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