TEMA 6TEMA 6PROCESOS ENERGÉTICOS Y

ACTIVIDAD FÍSICA: SISTEMAS

AERÓBICO Y ANAERÓBICO.

1.1. INTRODUCCIÓN.INTRODUCCIÓN.

Algunos de los nutrientes aportados al organismo por la alimentación (especialmente grasas e hidratos de carbono) son transformados en energía para la actividad física.

1.1. INTRODUCCIÓN.INTRODUCCIÓN.

La forma en que se obtiene esa energía puede seguir diferentes vías y, en el caso del ejercicio físico, la vía elegida va a depender fundamentalmente de la duración y la intensidad de la actividad realizada.

1.1. INTRODUCCIÓN.INTRODUCCIÓN.

En el desarrollo de este tema vamos a hacer un repaso por todos los sistemas energéticos con los que cuenta el ser humano y finalizaremos con una conclusión que incluye un tratamiento específico para los alumnos/as de Secundaria y su relación con el currículo.

2.2. PROCESOS ENERGÉTICOS PROCESOS ENERGÉTICOS Y ACTIVIDAD FÍSICA: SISTEMA Y ACTIVIDAD FÍSICA: SISTEMA

AERÓBICO Y ANAERÓBICO.AERÓBICO Y ANAERÓBICO.

Un proceso energético es el conjunto de reacciones químicas por el que diferentes sustratos, generalmente procedentes de la alimentación, liberan energía. En el organismo humano se dan dos tipos fundamentales de reacciones:

Reacciones anabólicas, por las que a partir de elementos sencillos se forman nuevas sustancias progresivamente más complejas.

Reacciones catabólicas, en virtud de las cuales se descomponen las moléculas complejas en cuerpos más sencillos.

Si la ingesta de calorías es mucho más alta o baja que las necesidades de la persona, es posible un cambio en las reservas energéticas corporales. Si el desequilibrio entre ingesta y consumo dura períodos prolongados, habrá cambios en el peso o la composición del cuerpo, que tienen efectos adversos para la salud.

El organismo recibe como fuente energética el aporte alimenticio. Los factores de conversión generales convencionales son de 4 kcal/g en proteínas y carbohidratos, de 9 kcal/g en grasas.

En todas las actividades se produce un tipo de aportación energética de los sistemas aeróbicos( con oxígeno) y anaeróbicos(sin oxígeno), de forma que los dos procedimientos forman un CONTINUUM y depende del tipo de esfuerzo de que se trate y de sus requerimientos energéticos, predominará uno u otro sistema. Se propone la idea de un continuum en el que se distingue 3 áreas:

• Sistema del ATP-PC o anaeróbico alactico.• Sistema del ácido láctico o anaeróbico láctico.

• Sistema del O2 o aeróbico.

ANAERÓBICO

2.1. ATP. LA FUENTE DE ENERGÍA 2.1. ATP. LA FUENTE DE ENERGÍA MUSCULARMUSCULAR

La energía necesitada para la actividad muscular es química y La energía necesitada para la actividad muscular es química y está contenida en compuestos de fosfatos de alta energía y en está contenida en compuestos de fosfatos de alta energía y en trifosfato de adenosina (ATP). El ATP es la principal fuente de trifosfato de adenosina (ATP). El ATP es la principal fuente de energía del cuerpo para la contracción muscular. La hidrólisis energía del cuerpo para la contracción muscular. La hidrólisis o división del grupo de fosfato a partir del ATP produce una o división del grupo de fosfato a partir del ATP produce una inmediata fuente de energía muscular.inmediata fuente de energía muscular.

Sin embargo, este ATP almacenado en el músculo está Sin embargo, este ATP almacenado en el músculo está limitado y podría ser reducido en 1 a 2 segundos a menos que limitado y podría ser reducido en 1 a 2 segundos a menos que sea recargado. Para mantener la actividad muscular en los sea recargado. Para mantener la actividad muscular en los músculos de la carrera se necesita una inmediata producción músculos de la carrera se necesita una inmediata producción y reproducción de ATP. Piénsese en términos de un tanque de y reproducción de ATP. Piénsese en términos de un tanque de ATP que debe ser mantenido lleno o casi lleno (nunca por ATP que debe ser mantenido lleno o casi lleno (nunca por debajo del 60% de su nivel en descanso) todo el tiempo para debajo del 60% de su nivel en descanso) todo el tiempo para que la actividad muscular pueda continuar.que la actividad muscular pueda continuar.

Hay tres sistemas o vías para llenar este tanque con ATP: 1) Hay tres sistemas o vías para llenar este tanque con ATP: 1) anaeróbico-aláctico, 2) anaeróbico-láctico, y 3) aeróbico.anaeróbico-aláctico, 2) anaeróbico-láctico, y 3) aeróbico.

2.2. SISTEMA DE ENERGÍA ANAERÓBICO-2.2. SISTEMA DE ENERGÍA ANAERÓBICO-ALÁCTICO (fosfágenos)ALÁCTICO (fosfágenos)

Un compuesto energético rico en el músculo conocido por fosfato de creatina Un compuesto energético rico en el músculo conocido por fosfato de creatina (CP) provee una inmediata fuente para la resíntesis del ATP. Una transferencia (CP) provee una inmediata fuente para la resíntesis del ATP. Una transferencia de un fosfato (P) del CP al ADP genera el necesario ATP. Una vez más el ATP de un fosfato (P) del CP al ADP genera el necesario ATP. Una vez más el ATP es dividido en ADP y en energía. Bajo un ejercicio altamente intenso este es dividido en ADP y en energía. Bajo un ejercicio altamente intenso este proceso continúa hasta que el fosfato de creatina (CP) almacenado es proceso continúa hasta que el fosfato de creatina (CP) almacenado es disminuido. La enzima responsable del proceso de división y transferencia de disminuido. La enzima responsable del proceso de división y transferencia de la resíntesis del ATP es la kinasa de creatina (CK). Esta reacción es reversible.la resíntesis del ATP es la kinasa de creatina (CK). Esta reacción es reversible.

La resíntesis de ATP en esta forma sólo puede durar de 4 a 5 segundos en un La resíntesis de ATP en esta forma sólo puede durar de 4 a 5 segundos en un esfuerzo máximo. Añádase a esto los 1 a 2 segundos de energía disponible en esfuerzo máximo. Añádase a esto los 1 a 2 segundos de energía disponible en el músculo y aproximadamente 7 segundos más de la producción de ATP. Este el músculo y aproximadamente 7 segundos más de la producción de ATP. Este es el sistema de energía anaeróbico (sin oxígeno) aláctico (sin lactato). El reto a es el sistema de energía anaeróbico (sin oxígeno) aláctico (sin lactato). El reto a este sistema, comúnmente referido a la velocidad, ocurre cuando un atleta se este sistema, comúnmente referido a la velocidad, ocurre cuando un atleta se acerca a la máxima velocidad entre los 30 y 60 metros. El trabajo de alta acerca a la máxima velocidad entre los 30 y 60 metros. El trabajo de alta velocidad e intensidad en cortos periodos de tiempo ocurre sin la construcción velocidad e intensidad en cortos periodos de tiempo ocurre sin la construcción del significativo lactato (ácido láctico) más otros productos de deshecho.del significativo lactato (ácido láctico) más otros productos de deshecho.

La recuperación de este tipo de reservas es relativamente rápida. Así, en un La recuperación de este tipo de reservas es relativamente rápida. Así, en un esfuerzo a máxima intensidad de unos 20 segundos, la recuperación se esfuerzo a máxima intensidad de unos 20 segundos, la recuperación se completa en pocos minutos: el 60% se recupera a los 2 minutos, el 95% a los 5 completa en pocos minutos: el 60% se recupera a los 2 minutos, el 95% a los 5 minutos y el 100% a los 8 ó 10 minutos.minutos y el 100% a los 8 ó 10 minutos.

2. 3. SISTEMA ENERGÉTICO ANAERÓBICO-2. 3. SISTEMA ENERGÉTICO ANAERÓBICO-LÁCTICO (GLUCOLISIS)LÁCTICO (GLUCOLISIS)

Cuando las reservas de fosfágenos se han agotado y continua la actividad física, el organismo regenera energía de otros procesos que sin necesidad de oxígeno abastezcan a las zonas activas con la energía suficiente. Este proceso anaeróbico puesto en funcionamiento es la glucolisis o ruta de Embdem-Meyerhof que se realiza en el citoplasma de la célula muscular. En este proceso, una molécula de glucosa es degradada a dos moléculas de ácido pirúvico ó dos moléculas de ácido láctico (reacción reversible dependiendo de la presencia o no de O2) con un balance energético de 2 ATP.

El Acido Láctico que se genera como resultado de esta reacción tiene una característica especial y es que si se acumula va a producir una disminución del pH (acidosis) y por encima de una cantidad se produce el bloqueo del propio sistema energético, y con ello su parada; parece como si el propio organismo utilizara un mecanismo de seguridad para evitar que en el organismo la acidosis aumentara de manera exagerada, lo que daría lugar a un problema grave y generalizado, y por tanto detiene de forma automática el proceso en el que se forma ácido láctico; este bloqueo o disminución del rendimiento muscular se produce porque:

“el acúmulo de lactato va a dar lugar a una disminución de formación de energía y por tanto a una disminución del nivel de intensidad; el deportista ya no es capaz de mantener el nivel anterior y tiene que disminuir su intensidad”.

2.4. SISTEMA ENERGÉTICO AERÓBICO2.4. SISTEMA ENERGÉTICO AERÓBICO Cuando el músculo debe mantener una actividad prolongada realizando un ejercicio de más de 3 minutos, el músculo necesitará un nuevo sistema de producción de energía; este es el sistema Aerobio, y se llama así porque necesita oxígeno para que pueda funcionar, y cuanto más oxígeno llegue al músculo más energía va a ser capaz de producir el músculo por este sistema, y mayor rendimiento va a desarrollar; es como sucede en un horno, en el que el aporte de oxígeno a través de un fuelle, da lugar a que se avive el fuego. En este caso, el músculo puede utilizar tanto glucosa como grasa, como proteínas, como sustrato energético, pero siempre debe realizarse en presencia de O2, y como ya hemos dicho pero lo repetiremos por su importancia, cuanto más O2 llegue al músculo más energía va a ser capaz de producir por esta vía. A esta vía energética donde interviene el O2 llamamos AEROBIA y como resultado de las diferentes reacciones químicas se va a producir CO2 y H2O.

Hemos comentado que en este sistema de producción de energía, podemos utilizar tanto la glucosa, la grasa y las proteínas como sustrato energético (la utilización de las proteínas va a suponer en condiciones normales el 2-3 %, por lo que lo dejamos al margen, aunque también debemos saber que en situaciones de esfuerzo muy prolongado en el que se produzcan disminuciones importantes en las reservas de glucógeno muscular, la utilización de las proteínas en la formación de energía puede llegar a ser de un 10%), pero hay que significar que el flujo energético (cantidad de energía por unidad de tiempo) que nos da la combustión de la grasa va a ser menor que el flujo energético proveniente de la combustión aeróbica de la glucosa (dado que se necesita más cantidad de O2 para obtener 1 ATP proveniente de la Grasa que de la Glucosa), y todo ello en función de la cantidad de O2 que llega al músculo. Por ello, según va aumentando la intensidad del esfuerzo y va aumentando el consumo de oxígeno, el músculo va utilizando cada vez más glucógeno muscular y menos grasa, tal y como vemos en el gráfico siguiente.

El hecho de que los depósitos de glucógeno muscular sean limitados, da lugar a que en la medida de lo posible, y siempre que se genere suficiente energía, el músculo va a tender a utilizar grasa; así, cuando el nivel de intensidad de ejercicio sea bajo, y por tanto la cantidad de oxígeno que llega al músculo es relativamente alta para las necesidades que tiene, el músculo utilizará principalmente grasa, tal y como vemos en el gráfico 1, donde la formación de energía a 10 km/h durante 1 hora proviene principalmente de la utilización de las grasas (67%). Sin embargo, cuando aumentamos la intensidad del ejercicio, no llega comparativamente tanto oxígeno al músculo, aunque sigue siendo suficiente como para que toda la energía provenga del metabolismo aeróbico; en esta situación, hay un aumento en la utilización del glucógeno muscular con respecto a las grasas, con lo que de esta manera obtiene más energía teniendo en cuenta el oxígeno que llega, tal y como vemos en el sector de la derecha del gráfico siguiente, donde vemos cómo a 15 km/h durante 1 hora, aumenta de forma importante la utilización del glucógeno (65%), a costa de una menor utilización de la grasa (baja al 32%).

El flujo energético total de este sistema es bastante menor que en los sistemas anteriores, pero tiene la ventaja de que es mucho más prolongado en el tiempo, ya que el factor limitante va a ser el agotamiento de las reservas energéticas, y si bien la glucosa se va a agotar, las reservas de grasa son prácticamente inagotables.

SISTEMA POTENCIA

VELOCIDAD DE

PRODUCCIÓN

CAPACIDADCANTIDAD DE ATP

DURACIÓN

FUENTE DE

ENERGÍA

anaeróbico-aláctico

60-100 Kcal/min

Muy alta 5-10 Kcal Muy limitada

- 10 SEG. PC

anaeróbico-láctico

50 Kcal/min

Alta 40 Kcal Limitada 60 SEG. Glucógeno

aeróbico.(H.C.)

20 Kcal/min

Lenta 2000 Kcal Ilimitada + 45-90 MIN.

Glucógeno, grasas

y proteínas

Tabla 1. Rentabilidad energética de los diferentes sistemas(modificado de Mirella, 2001)

2.5. LA ENERGÍA EN LOS DIFERENTES 2.5. LA ENERGÍA EN LOS DIFERENTES TIPOS DE EJERCICIO.TIPOS DE EJERCICIO.

Actualmente parece ser que el combustible utilizado para un tipo específico de ejercicio depende, en cierta medida, del tipo de fibra utilizada en el ejercicio.

Las fibras de contracción rápida tienden a utilizar el fosfato de creatina en la escisión anaeróbica del glucógeno muscular y de la glucosa sanguínea para recargar el ATP; mientras que las fibras de contracción lenta son más aptas para quemar grasas, glucógeno y azúcar aeróbicamente debido a su mayor cantidad de enzimas mitocondriales y al mayor suministro o aporte de oxígeno por un flujo aumentado de sangre.

2.5.1 EJERCICIO MÁXIMO, BREVE Y EXPLOSIVO:

La mayor cantidad de combustible para tales actividades es almacenada como ATP, fosfato de creatina y glucógeno muscular. Se producen pequeños cambios en el glucógeno y ninguno significativo en la glucosa sanguínea y en la grasa almacenada. Casi todo el glucógeno utilizado es transformado anaeróbicamente en ácido láctico.

2.5.2 EJERCICIO INTENSO DE 2.5.2 EJERCICIO INTENSO DE MENOS DE 40 MINUTOS:MENOS DE 40 MINUTOS:

El glucógeno es el combustible El glucógeno es el combustible importante en este tipo de ejercicio importante en este tipo de ejercicio fuerte de duración breve a media, la fuerte de duración breve a media, la grasa probablemente contribuye con grasa probablemente contribuye con menos del 10% del costo energético de menos del 10% del costo energético de ejercicio.ejercicio.

2.5.3 EJERCICIO INTENSO DE 40 A 120 MINUTOS:2.5.3 EJERCICIO INTENSO DE 40 A 120 MINUTOS:

Aunque la transformación anaeróbica del glucógeno y del Aunque la transformación anaeróbica del glucógeno y del fosfato de creatina resulta importante al comienzo de los fosfato de creatina resulta importante al comienzo de los ejercicios de gran duración, ejercicios de gran duración, la mayor contribución energética la mayor contribución energética es aportada por el metabolismo aeróbico del glucógeno, la es aportada por el metabolismo aeróbico del glucógeno, la glucosa y los ácidos grasosglucosa y los ácidos grasos bajo las siguientes condiciones: bajo las siguientes condiciones: alrededor de una cuarta parte de la energía necesaria para un alrededor de una cuarta parte de la energía necesaria para un ejercicio exhaustivo de 120 minutos puede derivarse de la ejercicio exhaustivo de 120 minutos puede derivarse de la oxidación de los ácidos grasos, oxidación de los ácidos grasos, mientras que la mayor parte mientras que la mayor parte del resto lo hace de transformación aeróbica del glucógeno del resto lo hace de transformación aeróbica del glucógeno muscular y del azúcar sanguíneo.muscular y del azúcar sanguíneo. En un ejercicio intenso de En un ejercicio intenso de larga duración como el fútbol, las carreras de fondo y de gran larga duración como el fútbol, las carreras de fondo y de gran fondo, las distancias largas en natación y en ciclismo, el fondo, las distancias largas en natación y en ciclismo, el glucógeno muscular puede ser utilizado totalmente lo que le glucógeno muscular puede ser utilizado totalmente lo que le convierte en el principal factor limitante en estos ejercicios. convierte en el principal factor limitante en estos ejercicios. Los fisiólogos de ejercicio han encontrado una correlación Los fisiólogos de ejercicio han encontrado una correlación perfecta entre la cantidad de glucógeno almacenado en los perfecta entre la cantidad de glucógeno almacenado en los músculos antes de ejercicio y la habilidad para mantenerlo músculos antes de ejercicio y la habilidad para mantenerlo sobre largos periodos. sobre largos periodos.

2.5.4 EJERCICIO INTENSO DE MÁS DE 120 MINUTOS:

Cuando un esfuerzo intenso se prolonga, por ejemplo una carrera de maratón, una aportación cada vez mayor de combustible procede de la grasa almacenada en las células musculares y de los ácidos grasos en la sangre. Este aumento de la utilización de las grasas es un proceso gradual que puede alcanzar el 20% de la energía demandada después de una hora de esfuerzo exhaustivo y a más del 50%, después de cuatro horas.

2.5.5 EJERCICIO LIGERO: En un ejercicio ligero hay una mayor actividad

de las fibras de contracción lenta en relación a las rápidas, de manera que casi toda la energía para recargar el ATP es liberada por la transformación aeróbica de la grasa, el glucógeno y la glucosa. Uno que camina cotidianamente o que trabaja en una máquina industrial durante 8 horas diarias puede suministrar, al final de esas 8 horas, hasta el 90% de la energía requerida con la transformación aeróbica de los ácidos grasos, pero sólo un 25 al 50% durante las primeras cuatro horas de trabajo. Esto indica que al prolongarse el ejercicio se aumenta el reclutamiento de las fibras de contracción lenta y que se produce la activación de las enzimas implicadas en la transformación de los ácidos grasos.

3. CONCLUSIÓN3. CONCLUSIÓN

Con el desarrollo del niño hay un incremento del consumo máximo de oxígeno; éste incremento continúa en los chicos hasta los 18 años, mientras que en las chicas difícilmente aumenta después de los 14 años.

La potencia metabólica máxima está estrechamente relacionada con la masa corporal muscular; por lo tanto depende de la maduración del individuo, no sólo de las dimensiones corporales.

Generalmente, el niño tiene un mayor costo metabólico en el ejercicio, que es consecuencia de una menor eficiencia mecánica, lo que produce una menor economía de esfuerzo.