Prof. Adjunta de Fisiología Humana-UNR Dra. Rut Agüero 1 FISIOLOGÍA DEL EJERCICIO El ejercicio es una situación cotidiana que el organismo debe enfrentar y resolver en términos de homeostasis o homeodinamia corporal. Hay diversos tipos de ejercicios: • De resistencia dinámica (carrera, ciclismo). • De fortalecimiento muscular (pesas, etc.). En todos los casos pero sobre todo en el primero se requiere una respuesta integrada de diversos sistemas fisiológicos Prof. Dra. Rut Agüero 2 FISIOLOGÍA DEL EJERCICIO Aspectos básicos – Aspectos metabólicos (respiración celular ) – Utilización de oxígeno (QO2) – Consumo de oxígeno (VO2) – Respuestas cardiovasculares – Respuestas ventilatorias – Regulación de la temperatura Limitantes del ejercicio en sujetos normales y sanos Prof. Dra. Rut Agüero 3 METABOLISMO Y EJERCICIO Toda actividad física requiere aporte de energía al músculo para que pueda contraerse y prevenir la fatiga. Preguntas importantes ¿Cómo se libera la energía? ¿Qué fuentes de combustible hay en el cuerpo? ¿De dónde proviene el ATP? ¿Qué vías se pueden utilizar para la síntesis de ATP? ¿Por qué decae el nivel de actividad física en algún momento? Prof. Dra. Rut Agüero 4 METABOLISMO Y EJERCICIO Origen de la energía para producir trabajo ATP (trifosfato de adenosina) es la fuente habitual de energía utilizada por el cuerpo cada día para llevar a cabo una serie de tareas: • Mantenimiento de la tempertura corporal. • Reparación de daño celular • Digestión de los alimentos • Trabajo mecánico-movimiento ATP ↔ ADP + Energía Prof. Dra. Rut Agüero 5 METABOLISMO Y EJERCICIO Fuentes de combustible muscular Principio de Energía fisiológico: Aporte de ATP = Demanda de ATP Para mantener una actividad física o ejercicio es necesario suplementar los músculos con cantidades adecuadas de ATP. Es suficiente la cantidad de ATP disponible en los músculos para suplementar la energía necesaria durante el ejercicio???? ¿¿¿¿¿Dónde obtener más energía????? Prof. Dra. Rut Agüero 6 METABOLISMO Y EJERCICIO Fuentes de combustible muscular Hidratos de carbono Glucosa libre Almacenada como glucógeno Grasas Acidos grasos libres Almacenados como triglicéridos Proteinas No constituyen una fuente primaria de energía durante el ejercicio Prof. Dra. Rut Agüero 7 METABOLISMO Y EJERCICIO Fuentes de combustible muscular Prof. Dra. Rut Agüero 8 METABOLISMO Y EJERCICIO Fuentes de combustible muscular ATP puede obtenerse por diferentes vias 1. Anaerobia “O2 independente” No requiere oxígeno 2. Aerobia “O2 dependiente” Requiere oxígeno Prof. Dra. Rut Agüero 9 METABOLISMO Y EJERCICIO Fuentes de combustible muscular Las vías anaerobias que no requieren O2 son: 1. ATP-CP (fosfocreatina) • “Reservorio” de ATP • Sistema de energía inmediata 2. Glucolisis anaerobia Utiliza exclusivamente H de C Produce ácido láctico en corto plazo Prof. Dra. Rut Agüero 10 METABOLISMO Y EJERCICIO Fuentes de combustible muscular Dos factores importantes determinan los niveles de ATP disponibles así como el tipo de combustible que será utilizado para obtenerlo : a. Intensidad del ejercicio – velocidad de producción de ATP b. Duración del ejercicio – cantidad de ATP Prof.Dra. Rut Agüero 11 METABOLISMO Y EJERCICIO Energía consumida (J/kg/min) Fuentes de combustible muscular según la intensidad del ejercicio 1500 1200 Glucosa plasmática Ac. Grasos plasmáticos Triglicéridos intramusculares glucógeno muscular 900 600 300 25 65 85 Intensidad relativa del ejercicio (% of VO2max) Prof. Dra. Rut Agüero 12 METABOLISMO Y EJERCICIO Fuentes de combustible muscular según la intensidad del ejercicio Prof. Dra. Rut Agüero 13 METABOLISMO Y EJERCICIO Fuentes de combustible muscular según la duración del ejercicio 6.3% 8% 40% 44.1% 50% 50% 65% 92% 60% 49.6% 6 seg ATP 30 seg CP 50% 60 seg Glucólisis anaerobia 50% 35% 2 min 1 hora Glucólisis aeróbica Prof. Dra. Rut Agüero 4 horas Lipólisis aeróbica 14 METABOLISMO Y EJERCICIO El entrenamiento “aerobio ¨: Incrementa el depósito de lípidos y de glucógeno dentro de las fibras musculares. Aumenta la actividad de las enzimas que participan en la betaoxidación. Convierte fibras musculares glucolíticas de contracción rápida en glucolíticas-oxidativas de contracción rápida. Prof. Dra. Rut Agüero 15 RESPUESTAS HORMONALES AL EJERCICIO Intensidad Duración Prof. Dra. Rut Agüero 16 RESPUESTAS HORMONALES AL EJERCICIO Aumentan: Glucagón Cortisol Catecolaminas ( adrenalina y noradrenalina) Hormona del crecimiento Estimulan la conversión de triglicéridos en glicerol y ácidos grasos. Movilizan el glucógeno hepático y aumentan la glucemia. Prof. Dra. Rut Agüero 17 RESPUESTAS HORMONALES AL EJERCICIO Disminuye INSULINA Aún cuando la glucemia se eleva Las células que no son fibras musculares reducen la captación de glucosa aumentando la disponibilidad sanguínea. Las fibras musculares no requieren de insulina para captar glucosa durante el ejercicio ( la contracción estimula la translocación de los transportadores GLUT4 (independiente de insulina) hacia la membrana muscular. Prof. Dra. Rut Agüero 18 Consumo de O2 durante el ejercicio (QO2) Durante el ejercicio se produce una mayor extracción de O2 del torrente sanguíneo. En el músculo: Aumenta la temperatura Aumenta la concentración de H+ ( dism. pH). En sangre, por efecto Bohr: La curva de disociación de la Hb se desplaza a la derecha Disminuye la afinidad de la Hb por el O2 Aumenta la difusión de O2 al músculo Prof. Dra. Rut Agüero 19 Consumo de O2 durante el ejercicio (QO2) Durante el ejercicio se produce una mayor extracción de O2 del torrente sanguíneo. Dilatación de lechos vasculares Incremento del flujo sanguíneo sistémico Incremento del flujo sanguíneo pulmonar Reclutamiento y vasodilatación Incremento de la ventilación. En estado estacionario Consumo minuto de O2 ( QO2) = volumen minuto de O2 (VO2) Prof. Dra. Rut Agüero 20 VO2 Max. Volumen/minuto máximo de oxígeno Prof. Dra. Rut Agüero 21 VO2 Max. Volumen/minuto máximo de oxígeno El VO2 se incrementa linealmente hasta que el volumen sistólico y la frecuencia cardíaca alcanzan un límite, en este punto se produce una meseta del VO2 El VO2 max es el punto en el cual no se producen aumentos del consumo de O2 aún cuando la carga de trabajo siga incrementándose Prof. Dra. Rut Agüero 22 VO2 Max. Volumen/minuto máximo de oxígeno ¿Que es lo esperado? > 84% predictivo (L/min) 30 ml/kg/min • Promedio individual – 30-50 ml/kg/min • Atletas – 60-70 ml/kg/min • Lance Armstrong – 85 ml/kg/min Prof. Dra. Rut Agüero 23 UMBRAL ANAERÓBIO O UMBRAL DE LACTATO Es el VO2 al cual el metabolismo anaeróbio comienza a contribuir significativamente con la producción de ATP, incrementándose los niveles de lactato en sangre. Establece el límite superior del rango de ejercicios cuya intensidad puede satisfacerse casi completamente por vías aeróbicas. • Los ejercicios que se encuentran por debajo de este límite pueden llevarse a cabo en forma casi indefinida. • Ejercicios por encima de este límite se acompañarán de una disminución progresiva de la tolerancia hasta cesar por agotamiento. Prof. Dra. Rut Agüero 24 UMBRAL ANAERÓBIO O UMBRAL DE LACTATO Es el VO2 al cual el metabolismo anaeróbio comienza a contribuir significativamente con la producción de ATP, incrementándose los niveles de lactato en sangre. Prof. Dra. Rut Agüero 25 EL CONCEPTO DE DEUDA DE OXIGENO Déficit de oxígeno = diferencia entre el oxígeno total consumido durante el ejercicio y el que se hubiera consumido de alcanzarse el estado estacionario inmediatamente. Deuda de oxígeno = Oxígeno consumido durante el período de recuperación por encima del consumo correspondiente al estado basal. Prof. Dra. Rut Agüero 26 EL CONCEPTO DE DEUDA DE OXIGENO (exceso de consumo de oxigeno postejercicio) Déficit O2 Pago de Deuda O2 comienzo Final Prof. Dra. Rut Agüero 27 EL CONCEPTO DE DEUDA DE OXIGENO (exceso de consumo de oxigeno postejercicio) Componente rápido (deuda aláctica) Cuando el ejercicio previo fue eminentemente aeróbico . Se paga entre 30 y 90 seg. Restablece los reservorios de ATP y fosfocreatina depletados durante el ejercicio. Componente lento ( deuda láctica) Refleja un ejercicio extenuante Puede llevar varios horas pagarla Representa la reconversión del lactato producido durante el ejercicio a glucógeno y el restablecimiento de la temperatura del nucleo corporal. Otros componentes Restablecimiento de la saturaci{on de la Hb ´y de la mioglobina y cambio de 28 Prof. Dra. Rut Agüero afinidad por el O2 RESPUESTAS CARDIOVASCULARES EN EJERCICIO • Incremento del VMC (VMC= FC x VS) – Incremento de la frecuencia cardíaca (FC) – Incremento del volumen sistólico (VS) Al comienzo del ejercicio: – Incremento de la FC y del VS En etapas posteriores del ejercicio de cierto tiempo de duración: – Se debe principalmente al aumento de la FC – VS se encuentra en meseta Prof. Dra. Rut Agüero 29 RESPUESTAS CARDIOVASCULARES EN EJERCICIO Ecuación estándar FC Max = 220 – edad Ecuación alternativa FC Max = 210 – (edad x 0.65) Arrojan valores similares por debajo de los 40 años. Subestiman el pico de FC en adultos mayores. Prof. Dra. Rut Agüero 30 RESPUESTAS CARDIOVASCULARES EN EJERCICIO. Redistribución del flujo sanguíneo A medida que la intensidad del ejercicio aumenta: El VMC se distribuye en proporción: – En músculo esquelético aumenta – En vísceras disminuye Hipermemia de ejercicio Incremento del flujo sanguíneo a los músculos cardíaco y esquelético durante el ejercicio. Prof. Dra. Rut Agüero 31 RESPUESTAS CARDIOVASCULARES EN EJERCICIO. Redistribución del flujo sanguíneo Prof. Dra. Rut Agüero 32 RESPUESTAS CARDIOVASCULARES EN EJERCICIO. Modificaciones de la presión arterial Incremento en los valores de presión sanguínea sistólica. La presión sanguínea diastólica permanece estable +/- disminuye. La presión arterial media se eleva ligeramente. La resistencia vascular sistémica no se modifica Prof. Dra. Rut Agüero 33 RESPUESTA PULMONARES EN EL EJERCICIO La ventilación total (VE) se incrementa VE = volume corriente (VT) x frecuencia respiratoria (FR) Incremento en VT (profundidad de la respiración) Incremento en FR • Presión arterial de O2(PaO2) No cambia significativamente Prof. Dra. Rut Agüero 34 RESPUESTAS PULMONARES EN EL EJERCICIO Diferencia de presiones alveolo-arterial de O2 [P(A-a) O2] Se incrementa > de 20 mmHg – Disparidad en la relación V/Q – Limitación en la difusión de O2 – Bajo nivel de O2 venoso Prof. Dra. Rut Agüero 35 RESPUESTAS PULMONARES EN EL EJERCICIO Saturación de O2 de la hemoglobina (SaO2) No cambia significativamente Prof. Dra. Rut Agüero 36 RESPUESTAS DE PREALIMENTACIÓN AL EJERCICIO La mayoría de los ajustes que se realizan en los sistemas fisiológicos durante el ejercicio no obedecen a los mecanismos de retroalimentación que se verifican en reposo. Existen mecanismos de prealimentación desencadenados por la información que envían propioceptores articulares y musculares a la corteza cerebral. La corteza cerebral envía señales simultáneamente a los centros cardiovasculares, respiratorios y al sistema límbico. El sistema límbico y el centro de control cardiovascular disparan una descarga simpática generalizada que permite un aprestamiento inmediato de las funciones cardiovasculares y respiratoria. A medida que el ejercicio avanza, las compensaciones reactivas se superponen con los cambios de prealimentación Prof. Dra. Rut Agüero 37 REGULACIÓN DE LA TEMPERATURA DURANTE EL EJERCICIO La mayor parte de la energía producida por el metabolismo no se transforma en ATP (eficiencia de 20 o 25%) sino que se pierde en forma de calor. La producción de calor supera su pérdida y la temperatura corporal se eleva ( hasta 40 - 42º C). Se desencadenan mecanismos termorreguladores de pérdida de calor Sudoración Vasodilatación cutánea Prof. Dra. Rut Agüero 38 REGULACIÓN DE LA TEMPERATURA DURANTE EL EJERCICIO La sudoración abundante puede llevar a la pérdida de agua y solutos, con el riesgo de deshidratación, que pondrá en juego los mecanismos de control de volumen. La vasodilatación cutánea disminuye la resistencia periférica y reduce el flujo sanguíneo a los músculos generándose demandas contradictorias. Inicialmente el cuerpo prioriza la termorregulación pero si la presión venosa central disminuye por debajo de un mínimo crítico, cesa la termorregulación y se prioriza el mantenimiento del flujo sanguíneo al cerebro. Prof. Dra. Rut Agüero 39 FACTORES QUE LIMITAN EL EJERCICIO EN LOS INDIVIDUOS SANOS La ventilación pulmonar no es un factor limitante, a niveles máximos de ejercicio existe aún una amplia reserva respiratoria El intercambio de gases alveolar no es un factor limitante, a niveles máximos de ejercicio SaO2 and PaO2 se encuentran aún en la línea de base Las propiedades metabólicas y contráctiles del músculo esquelético , no son factores limitantes Prof. Dra. Rut Agüero 40 FACTORES QUE LIMITAN EL EJERCICIO EN LOS INDIVIDUOS SANOS La máxima capacidad para realizar ejercicio se encuentra limitada por el VMC Prof. Dra. Rut Agüero 41 FISIOLOGIA DEL EJERCICIO Prof. Dra. Rut Agüero 42