Estudio bibliográfico sobre el comportamiento energético  del organismo del atleta bajo condiciones anaerobias  y aerobias en las actividades físicas y deportivas Bibliographic study on the energy performance of the athlete's body  under anaerobic and aerobic conditions in physical and sports activities
	*Profesor de Cultura Física Filial de Ciencias Médicas Baracoa-Guantánamo Profesor Asistente. Msc. en Ciencias **Profesora Centro Universitario Baracoa-Guantánamo Profesora Asistente. Msc. en Ciencias (Cuba)	Rafael Caballero Calderín* Hildegardis Cremé de la Cruz* hilde@cug.co.cu Katiana Paumier Morales** katy@cug.co.cu
	Resumen           Se realizó una revisión bibliográfica con el objetivo de determinar el comportamiento del ejercicio físico bajo condiciones anaerobias y aerobias en el deportista. También se determinaron los combustibles que utiliza nuestro organismo durante el ejercicio, así como las fuentes de energía, destacándose el importantísimo papel del ATP en los procesos metabólicos. Se profundizó sobre el metabolismo anaeróbico, donde se pudo apreciar la importancia de éste para los deportes de corta duración y el papel que tiene el sistema ATP-PC durante los primeros momentos del ejercicio. Señalar también, el metabolismo aeróbico utilizado para los deportes de larga duración. Además se pudo apreciar la fisiología respiratoria durante el ejercicio, así como el papel que juegan el dióxido de carbono y los hidrogeniones para aumentar la frecuencia respiratoria y estimular el centro respiratorio.           Palabras clave: Fisiología respiratoria. Glucosa. Oxígeno. Macromoléculas.   Abstract           He was carried out a bibliographical revision with the objective of determining the behavior of the low physical exercise you condition anaerobia and aerobic in the sportsman. The fuels were also determined that uses our organism during the exercise, as well as the energy sources, standing out the important paper of the ATP in the metabolic processes. It was deepened on the metabolism anaerobic, where you could appreciate the importance of this for the sports of short duration and the paper that he/she has the system ATP-PC during the first moments of the exercise. The aerobic sports used for the metabolism of long duration. You could also appreciate the breathing physiology during the exercise, as well as the paper that you/they play the dioxide of carbon and the hydrogen to increase the breathing frequency and to stimulate the breathing center.           Keywords: Breathing physiology. Glucose. Oxygen. Macromolecules.   Recepción: 16/07/2015 - Aceptación: 28/09/2015
	EFDeportes.com, Revista Digital. Buenos Aires, Año 20, Nº 209, Octubre de 2015. http://www.efdeportes.com/

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Introducción

    Los alimentos que consumen los atletas, tienen que, necesariamente, primero ser digeridos, proceso por el cual el alimento se degrada en materias más pequeñas y asimilables. Luego de la absorción de los nutrientes derivados de los alimentos. Finalmente, los nutrientes circulantes, llegan a la célula para que ocurra el metabolismo.

    El funcionamiento del organismo humano depende de una variedad de procesos bioquímicos que en conjunto representan el metabolismo de las células corporales. Las reacciones químicas involucradas en el metabolismo proveen y utilizan compuestos de energía indispensables para poner trabajando nuestros órganos del cuerpo, que mantienen vivo al ser humano. Para el atleta, los procesos liberadores y de síntesis de energía que constituyen el metabolismo, facilitan la ejecutoria deportiva, y, en muchos casos, la mejora, particularmente cuando se llevan a cabo manipulaciones dietéticas efectivas. Claro está, existen otros factores que determinan el nivel de efectividad en el rendimiento competitivo, tales como el nivel de entrenamiento o amplitud física, la periodización del entrenamiento físico, características genéticas del deportista (factores hereditarios), la edad del competidor entre otras.

    Durante el ejercicio físico se desencadenan varios procesos anaerobios y aerobios que son de suma importancia para la preparación del deportista en los diferentes deportes, debido a todo lo planteado anteriormente, se realiza esta revisión bibliográfica con el objetivo de determinar el comportamiento del ejercicio físico bajo condiciones anaerobias y aerobias, el cual contribuirá para mejorar la preparación de los profesionales de la cultura física y por ende contribuir a la preparación de nuestros deportistas.

Métodos empleados

    Histórico y lógico: Permitió el estudio concreto del problema, sus antecedentes, concebir las características que tienen los combustibles energéticos, estudiar las bases que originan y tener una posición respecto al objeto del trabajo.

    La revisión bibliográfica tiene una gran importancia en la elaboración de un comentario de texto y ha dado lugar a numerosas discusiones. Interesa indicar que se trata de incidir en la importancia conceptual de los términos más relevantes, así como de analizar la historia de su formación y de sus diferentes usos (tanto por el autor del texto como por parte de otros autores u otras épocas diferentes).

Desarrollo

    La energía que requieren las células del cuerpo humano provienen indirectamente de los combustibles que se utilizan para el metabolismo, los cuales son, las macromoléculas energéticas (energía química potencial) derivadas de los alimentos que se consumen diariamente .Estas sustancias son los hidratos de carbono, las grasas y proteínas.

    Los hidratos de carbono se encuentran químicamente estructurado de un átomo de carbono, uno de hidrógeno y otro de oxígeno (CHO). Los hidratos de carbono representan la forma preferida de energía para las células corporales. El catabolismo de un gramo de esta macromolécula libera aproximadamente 4 kilocalorías (kcal).

    Los hidratos de carbono se clasifican como monosacáridos (azúcares simples), disacáridos (dos monosacáridos) y polisacáridos (hidratos de carbono complejos). Existen tres tipos de azúcares simples, a saber, glucosas (en la sangre), fructosa (frutas, miel de abeja), y galactosa (glándulas mamarias). La combinación de dos monosacáridos producen tres tipos de disacáridos. La unión química de una molécula de glucosa con otra de fructosa elabora una molécula de maltosa, la sacarosa se forma por dos moléculas de glucosa y finalmente, la lactosa resulta de la combinación de una molécula de glucosa con otra de galactosa (azúcar de la leche). Los almidones (ejemplo, granos, tubérculos, entre otros), la celulosa o fibra y el glucógeno representan los tres tipos de polisacáridos de mayor importancia para el funcionamiento apropiado del organismo.

    El glucógeno es una reserva de energía en los músculos esqueléticos e hígado. Durante el ejercicio, se utiliza como sustrato la glucosa circulante (sanguínea) a través de la glucólisis. Cuando las reservas plasmáticas de glucosa se reducen, el cuerpo comienza a catabolizar el glucógeno almacenado. Esto se conoce como glucogenólisis. Como resultado, vuelven a subir los niveles sanguíneos de glucosa disponibles para las células musculares. Los polisacáridos, particularmente los almidones, son de suma importancia para un reabastecimiento apropiado del glucógeno luego de un ejercicio de alta intensidad y prolongado. Un entrenamiento deportivo diario muy agotador puede drásticamente reducir las reservas de glucógeno. Durante la recuperación, el atleta deberá, pues, tener una dieta alta en hidratos de carbono, de manera que se pueda reponer el glucógeno perdido.

    Las grasas o lípidos se caracterizan por no ser solubles en agua. Proveen 9 kcal de energía por cada gramo de grasa. Los lípidos se pueden clasificar como simples (o neutros), compuestos y derivados (de los compuestos). Los triglicéridos son un tipo de grasa simple que representa la forma en que se almacena la grasa en el tejido adiposo del cuerpo. Se compone de tres moléculas de ácidos grasos y una molécula de glicerol. Al degradarse en glicerol y ácidos grasos libres, estos podrán ser utilizados como sustratos de energía. Los fosfolípidos y las lipoproteínas son los tipos de grasas compuestas más comunes. Los fosfolípidos representan un constituyente de las membranas celulares. Por otro lado las lipoproteínas representan el medio de transportar las grasas en la sangre. Existen varios tipos de lipoproteínas. Por ejemplo, las lipoproteínas de baja densidad (LDL, siglas en inglés) o colesterol malo y las lipoproteínas de alta densidad (HDL, siglas en inglés) o colesterol bueno. Bajo las grasas derivadas hayamos el colesterol. Este compuesto forma parte de las membranas celulares. Además, el colesterol posee la importante función de sintetizar las hormonas del sexo (estrógeno, progesterona y testosterona). Se ha vinculado al colesterol con las cardiopatías coronarias (enfermedad ateroesclerótica en las arterias coronarias del corazón).

    Las proteínas son principalmente componente estructural de diversos tejidos, enzimas, proteínas sanguíneas, entre otros. También representan una fuente potencial de energía; cada gramo de proteína catabolizada puede generar alrededor de 4 kcal. Las proteínas se encuentran constituidas por subunidades de aminoácidos y enlaces peptídicos (uniones químicas que eslabonan los aminoácidos).

    Existen dos tipos de proteínas, a saber proteínas esenciales y las no esenciales. Las proteínas esenciales (aproximadamente 9) no pueden ser sintetizadas por el cuerpo (se obtienen de los alimentos). Las proteínas no esenciales pueden ser sintetizadas por el organismo (mediante los alimentos y aminoácidos esenciales).

    Aunque la preferencia del cuerpo es utilizar la glucosa como el combustible metabólico de preferencia, durante ejercicios vigorosos (de alta intensidad y prolongados) las proteínas pueden servir de sustrato energético. Durante estas situaciones, se degradan las proteínas en aminoácidos. El aminoácido alanina puede ser convertido en glucosa y luego esta convertirse en glucógeno en el hígado. Luego, el glucógeno se degrada en glucosa y se transporta hacia los músculos esqueléticos activos. Muchos aminoácidos (ejemplo, isoleucina, alanina, leucina, valina. entre otros) pueden ser convertidos en intermediarios metabólicos (compuestos que directamente participan en la bioenergética) para las células musculares y directamente contribuir en las vías metabólicas.

    Por otra parte encontramos los compuestos de alta energía que se caracterizan por uno o más enlaces químicos de alta energía que liberan un gran volumen de energía libre a través del catabolismo. Los enlaces de alta energía tienen este nombre porque almacenan mayor cantidad de energía que los enlaces químicos ordinarios (poseen cantidades relativamente grandes de energía). Estos enlaces químicos se encuentran en los reactivos. La energía libre (como resultado de una reacción exergónica) representa el trabajo útil máximo que puede ser obtenido de una reacción química. Debido a que la energía para la formación del enlace en estos fosfatos es particularmente alta, se liberan cantidades relativamente grandes de energía (de 10 a 12 kcal/mol) cuando se hidroliza (rompe o cataboliza) el enlace. Los compuestos que contienen tales enlaces se denominan fosfatos macroérgicos. La energía liberada cuando se rompe el enlace de alta energía entre los fosfatos que componen una molécula de alta energía (ejemplo ATP) Adenosín Tri Fosfato, es transferida a otras moléculas que la utilizan directamente, o a otras moléculas que la almacenan como el fosfato de creatina o fosfocreatina (CP o CrP). La CP es otro compuesto macroérgico que se encuentra almacenado en el músculo esquelético. La formación de enlaces de alta energía requiere el ingreso o entrada de energía. Otro grupo de compuestos de alta energía son los tioésteres que son los derivados del acilo de los mercaptanos. La coenzima A (co-A) es un mercaptano ampliamente distribuido que contiene adenina, ribosa, ácido pantoténico y tioetanolamina.

    El ATP representa la fuente de energía inmediata para la contracción de los músculos esqueléticos activos durante el ejercicio. La miosina, una de las proteínas contráctiles de la fibra muscular, cataliza el paso de trifosfato de adenosina (ATP) a difosfato de adenosina (ADP), y la consiguiente liberación de energía.

    La ruptura del último enlace de energía entre los grupos de fosfatos en la molécula de ATP resulta en un fosfato libre (Pi), una molécula de ADP y energía libre. Esta energía se emplea en los procesos anabólicos del metabolismo celular. El Pi y el ADP utilizan la energía liberada mediante el catabolismo para reunirse y resintetizar el compuesto de ATP. Este ciclo se conoce como el sistema de ATP-ADP.

    Básicamente, el ATP proviene principalmente del catabolismo de las sustancias nutricias energéticas. Una vez que estos sustratos entran en la célula, se inicia una serie de reacciones químicas a través de diversas vías metabólicas. Estas vías pueden ser de dos tipos, a saber, anaeróbicas o aeróbicas. El metabolismo o vía anaeróbica no requiere la presencia de oxígeno (sin aire o sin oxígeno). La ausencia del oxígeno en este tipo de metabolismo celular se debe a que el tiempo es muy corto para que llegue a tiempo el oxígeno en el ejercicio o deporte practicado. Por otro lado, la vía aeróbica utiliza el oxígeno para poder oxidar los sustratos y así producir ATP, de manera que, aeróbico significa con aire o con oxígeno.

    La producción anaeróbica del ATP puede originarse de dos vías principales, conocidas como el sistema de ATP-PC (o fosfágeno) y la glucólisis anaeróbica.

    El sistema fosfágeno representa la fuente más rápida de ATP para el uso por los músculos esqueléticos. La rapidez para la disponibilidad del ATP (energía química potencial) se le atribuye a que no depende de una serie de reacciones químicas ni de energía. Por otro lado, produce relativamente pocas moléculas de ATP. Las reservas musculares de los fosfágenos (ATP y PC) son muy pequeñas (solo alrededor de 0,3 moles en las mujeres y 0,6 moles en los varones). En consecuencia, la cantidad de energía obtenida a través de este sistema es limitada, lo cual limita también la producción de ATP (mediante reacciones acopladas).

    El combustible químico empleado en este sistema para resintetizar el ATP es la PC. Esta molécula es otro de los compuestos fosfatados “ricos en energía” que se almacenan en las células de los músculos esqueléticos. La estructura básica de este compuesto es una molécula de creatina combinada con un fosfato, ambos unidos mediante un enlace de alta energía. La fosfocreatina representa un compuesto muy importante cuando se requiere una rápida producción de energía en forma de ATP. Este es el caso de competencias deportivas que se ejecutan en apenas varios segundos. Durante la hidrólisis o fragmentación del enlace de alta energía que mantiene unida la molécula de PC (cuando se elimina su grupo fosfato) se libera gran cantidad de energía, la cual se acopla al requerimiento energético necesario para la restauración del Adenosin Tri Fosfato.

    El sistema de fosfágeno involucra la donación de un fosfato (Pi). Los productos finales de esta reacción son creatina (C), fosfato inorgánico (Pi) y energía libre (dirigida a encausar el acoplamiento ADP con Pi.

    El sistema de ATP -PC se activa principalmente durante eventos atléticos de muy corta duración (30 segundo lo máximo) y de alta intensidad, competencias explosivas y rápidas (de alta potencia). Algunos ejemplos de estos tipos de competencia que utilizan como fuente primaria de energía el sistema de ATP-PC son, a saber, diversos eventos de atletismo (ejemplo, carreras de velocidad, los lanzamientos y saltos), levantamiento de pesas olímpicas, eventos de velocidad en natación, las competencias gimnásticas, entre otros. Esto implica que deportistas bajo esta categoría deberán concentrar gran parte de su entrenamiento en desarrollar este sistema energético.

    Por otra parte tenemos la glucólisis anaeróbica que representa una vía química o metabólica que involucra la degradación incompleta (por ausencia de oxígeno) de glucosa o glucógeno para formar dos moléculas de ácido láctico (derivadas de dos moléculas de ácido pirúvico), lo cual resulta en la acumulación de ácido láctico en los músculos esqueléticos y en la sangre. El ácido láctico se forma debido a la falta de oxígeno. Mediante reacciones acopladas la energía que produce esta vía metabólica va dirigida a restaurar el PI a ADP para formar ATP. La ganancia neta de esta vía metabólica son de dos a tres moléculas de ATP y dos moléculas de ácido láctico por cada molécula de glucosa (180 gramos) catabolizada. La vía glucolítica se lleva a cabo en el citoplasma de las células corrientes o en el sarcoplasma de las células (fibra) de los músculos esqueléticos.

    La glucólisis, como lo indica la palabra, emplea como sustrato (combustible metabólico) a la glucosa sanguínea (forma más simple de los hidratos de carbono). La glucólisis tiene la ventaja de que provee un suministro rápido de ATP y no requiere oxígeno (anaeróbico). Por otro lado, esta vía anaeróbica solo puede resintetizar algunos moles de ATP a partir de la descomposición de la glucosa (o azúcar). El sistema de ácido láctico solo puede producir 3 moles de ATP mediante la descomposición anaeróbica (proceso de glucólisis anaeróbica) de 1 mol o 180 gramos (alrededor de 6 onzas) de glucógeno (este último representa la forma de almacenamiento de glucosa en los músculos esqueléticos). Además, elabora ácido láctico como uno de los productos finales, el cual origina una fatiga músculo esquelética transitoria cuando se acumula en los músculos y en la sangre a niveles muy elevados. Sus productos finales son la formación limitada de ATP y ácido láctico.

    El ácido láctico no es la causa directa de la fatiga muscular durante un ejercicio anaeróbico. Durante un ejercicio de alta intensidad, se produce ácido láctico como subproducto de la glucólisis anaeróbica y debido a la falta de oxígeno. La acumulación de ácido láctico causa una rápida reducción en el pH muscular y sérico. Una reducción en el pH implica un aumento en la concentración de iones de hidrógeno, lo cual ocasiona una acidosis a nivel intracelular. Esto puede reducir el efecto que tienen los iones de calcio y la contracción de las miofibrillas musculares pueden disminuir, reduciendo así la generaciones de tensión con el músculo esquelético activo lo que provoca el ejercicio no se pueda ejecutar efectivamente. Además, u bajo pH puede reducir la producción anaeróbica de ATP, provocando de esta manera la fatiga muscular. Aún más, la enzima fosfofructoquinasa, que es importante para un efectivo funcionamiento de la glucólisis, es inhibida por un bajo pH, reduciendo la rápida producción anaeróbica de ATP.

    Durante ejercicios y deportes prolongados que se realizan a una alta intensidad (de 80 a 90% de VO2máx), el ácido láctico que se produce en las vías glucolíticas anaeróbicas puede servir como fuente adicional de combustible metabólico. Por ejemplo, los maratonistas quienes producen ácido láctico durante las etapas iniciales de una carrera competitiva, pueden utilizar el ácido láctico como sustrato más tarde en la carrera; esto es posible mediante la conversión del ácido láctico en glucógeno hepático, el cual puede ser convertido en glucosa sérica (Ciclo de Cori) para su uso como combustible químico por las células musculares activas.

    Este sistema es de suma importancia para aquellas actividades físicas o pruebas deportivas que se realizan a una intensidad máxima durante periodos de 1 a 3 minutos como las carreras de velocidad (400 y 800 m) y la natación de apnea o por debajo del agua. Además, en algunas pruebas, como la carrera de 1500 metros o de la milla, el sistema del ácido láctico se utiliza en forma determinante para la levantada al final de la carrera.

    El metabolismo aeróbico tiene la ventaja de producir una cantidad de energía suficiente para elaborar 36··39 moles de ATP a partir de cada mol (180 gramos) de glucógeno descompuesto completamente en bióxido de carbono (CO2) y agua (H2O), incluyendo el proceso de glucólisis ( en este caso aeróbica). Además, produce 130 moles de ATP a partir del catabolismo de 256 gramos de grasa. Esta vía no produce ácido láctico, ya que el oxígeno inhibe la acumulación de éste. Esto quiere decir que la vía aeróbica se activa principalmente durante el ejercicio de tolerancia (ejemplo: maratón, triatlón, entre otros) los cuales requieren un suministro continuo de energía (en la forma de ATP) para poder mantener su intensidad y duración prolongada. El problema de este sistema es que requiere la presencia de oxígeno para poder generar su energía. Esto implica que en deportes explosivos de corta duración (anaeróbicos) no pueden depender de este sistema para la producción de ATP. En adición, la formación de ATP es lenta, puesto que requiere el proceso de 3 tipos de reacciones químicas, a saber, glucólisis aeróbica, el ciclo de Krebs y el sistema de transporte electrónico. La realidad es que la producción aeróbica de ATP no ocurre hasta que llegue el oxígeno a la célula. Este proceso requiere atravesar varias estructuras anatómicas del organismo (ejemplo: pulmones, sangre (a través de los hematíes), corazón, vasos arteriales sistémicos, capilares a nivel de la células músculo esqueléticas, membrana celular, y por último, la parte interior de la célula. Por ejemplo, el oxígeno que se inhala del aire ambiental pasa a los pulmones (vía tráquea, bronquios y bronquiolos) hasta llegar a los alvéolos, donde ocurre el intercambio de gases y el oxígeno es captado por la hemoglobina (formando oxihemoglobina), dentro del hematíe o eritrocito, pasando, entonces, a la aurícula y el ventrículo izquierdo, desde el cual es eyectado hacia la circulación general del cuerpo. A continuación, el oxígeno es transportado (junto a la hemoglobina) hasta los capilares de los músculos esqueléticos, donde mediante gradientes de presión, pasa hacia adentro de la célula. Es en este momento, entonces, que puede iniciarse las oxidaciones de los sustratos a través de las reacciones aeróbicas. Todo esto se lleva a cabo mediante cambios hemodinámicos y gradientes de presión, y todo gas o líquido como el plasma sanguíneo se mueve de un área de mayor presión a otra menor. En breve, se requiere pasar por varias barreras estructurales antes de que pueda llegar el oxígeno a la célula, y todo esto toma aproximadamente de 3 a 5 min.

    Fisiológicamente, durante la primera fase del ejercicio, como consecuencia de la obtención de energía por el metabolismo anaeróbico, se elevan las concentraciones de ácido láctico, y por ende, el CO2 y los hidrogeniones en sangre. Esto, conjuntamente con la estimulación refleja del centro respiratorio por las colaterales motoras, provoca el consiguiente incremento de la frecuencia respiratoria (FR) y del volumen corriente, a expensas de los volúmenes inspiratorios y espiratorios de reserva. Paralelamente, ocurre una disminución del espacio muerto fisiológico, como consecuencia de una mejor distribución de la ventilación y la perfusión en el parénquima pulmonar, además de la apertura de los bronquiolos en respuesta a la adrenalina circulante.

    A partir de este reajuste, se logra pasar a la fase estable, durante la cual hay un equilibrio entre la necesidad de O2 y la velocidad con la que este puede ser transportado, hasta que se alcanzan los valores pico. En la etapa de recuperación, la FR comienza a descender, aunque no de manera brusca, ya que se debe pagar la deuda de O2 contraída en la fase inicial.

    En relación con el consumo de oxígeno máximo (VO2máx), la literatura consultada reporta que suele ser menor en las mujeres (Pérez, 2009; Woo et al., 2006). En estas últimas, además de las razones arriba expuestas, se aduce que su mayor masa de tejido adiposo, el cual tiene una relativa inactividad metabólica frente al muscular, es responsable de un menor VO2. Woo y Derleth añaden a esto el menor tamaño del corazón en las féminas. Allison, plantea que el VO2 en las mujeres equivale a un 80 a 90% del alcanzado por los hombres a nivel igual de carga. Fleg y Morrell hallaron un 17% inferior en mujeres respecto a los hombres.

Conclusiones

• Los aportes de energía que realizan los combustibles metabólicos y otros compuestos al organismo durante el ejercicio físico.

• La bioquímica anaeróbica y aeróbica para los distintos tipos de deportes.

• Se explicó detalladamente la fisiología respiratoria durante la realización del ejercicio físico.

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EFDeportes.com, Revista Digital · Año 20 · N° 209 | Buenos Aires, Octubre de 2015 Lecturas: Educación Física y Deportes - ISSN 1514-3465 - © 1997-2015 Derechos reservados