Programas de entrenamiento en sala de entrenamiento polivalente. AFDA0210

5. Metabolismo energético

El ser humano precisa de energía para el movimiento y esta energía va a ser obtenida de los alimentos. Ya dentro del organismo, el proceso de obtención de energía puede seguir diferentes vías dependiendo de si se realiza o no ejercicio, y en el caso de hacerse, de la duración e intensidad del mismo. Así pues, si la energía consumida por un sujeto sedentario es importante para mantener sus constantes vitales, para una persona activa sus requerimientos energéticos pueden llegar a triplicarse.

5.1. Energía para vivir

Tanto si se realiza ejercicio como si no, el ser humano necesita energía para vivir. El metabolismo es un conjunto de reacciones químicas producidas para obtener energía de los alimentos o bien para la realización de cualquier tipo de trabajo, se trata de una combinación de reacciones anabólicas (“creación o síntesis”) y catabólicas (“destrucción o descomposición”).

La energía la obtenemos de sustancias nutritivas presentes en los alimentos, principalmente serán los hidratos de carbono y los lípidos, así también podrá actuar las proteínas, en menor cantidad, cuando se tenga un ayuno prolongado o bien el esfuerzo físico sea de larga duración.

Puesto que la energía se degrada finalmente en calor, la cantidad de energía liberada en una reacción biológica se calcula a partir de la cantidad de calor producido. Siendo las calorías (kilocaloría, Cal o Kcal) dicha unidad de medida; los hidratos de carbono y las proteínas aportan 4 kcal/gr, mientras que las grasas o lípidos aportan 9 kcal/gr. El peso de una persona va a depender en gran medida de la relación entre las Kcal ingeridas por los alimentos y las gastadas para vivir.

La cantidad de Kcal (energía) gastada por un sujeto durante un día es lo que conocemos como gasto energético total (GET), que supone la suma de:

1 Gasto energético en reposo o basal (GER). Cantidad de Kcal necesaria para mantener las constantes vitales (reposo absoluto). Depende de: peso, sexo, edad, composición corporal, etc. Existen muchas fórmulas para estimar el GER.

Sabía que...

El ejercicio aeróbico es el más utilizado para la pérdida de peso, sin embargo, con el ejercicio de fuerza aumentamos de masa muscular, y esta hace que el GER sea mayor, por tanto, sea positivo para perder peso gracias a un mayor gasto de energía en reposo (se pierden más Kcal).

1 Termogénesis inducida por la dieta (TID). Cantidad de Kcal utilizada por el organismo para dirigir, absorber y metabolizar los alimentos.

2 Gasto energético por la actividad física (GAF). Cantidad de Kcal necesaria para cualquier actividad física. Dependiendo del tipo de actividad se gastarán más o menos Kcal. Por ejemplo, un sujeto que ande rápido durante 60 min gastará 355 kcal.

Una vez que se ha calculado el GER, se puede obtener el GET, de esta forma se sabe el número de Kcal que gasta una persona en un día. Por tanto, si se ingiere en la alimentación el mismo número de calorías la persona mantendrá su peso (equilibrio energético); en caso de no llegar a ingerir estas se bajará de peso; y en caso de ingerir más de las necesarias, subirá de peso.

Actividades

8. ¿Qué energía gastará un sujeto de 80 kg si está una hora pedaleando en bicicleta a 9 km/h, y si fuera a 15 km/h?

9. Si sabemos el GET, ¿cuáles son las dos formas de bajar de peso?

Aplicación práctica

Pedro es un adulto (48 años, 90 kg de peso y 180 cm de alto) que quiere perder peso. Usted decide, para empezar, estimar su GET, y así saber las Kcal que Pedro necesita consumir en un día.

SOLUCIÓN

1 Usted calcula el GER con la fórmula de Harris-Benedict:GER: 66,47 + 13,57 (peso) + 5 (cm) – 6,76 (edad)GER: 66,47 + 13,57 (90) + 5 (180) – 6,76 (48) = 1863,29 Kcal

2 Para calcular el GET, primero le pregunta a Pedro las actividades que realiza en un día. Según estas usted decide encuadrarlo en un nivel de actividad “ligera”, por tanto, multiplica su GER por 1′6:GET: 1863,29 x 1,6 = 2981,264 Kcal

Conclusión: Pedro necesita consumir menos de 2981 Kcal o bien aumentar su nivel de actividad física (o ambas opciones en su justa medida).

5.2. Vías para la producción de energía

Ya se ha mencionado que para que se produzca el movimiento, es necesaria la energía, esta última solo puede ser obtenida de un compuesto denominado ATP (adenosín trifosfato). Existe un “almacén” ATP muscular que supone una forma rápida de obtención de energía; sin embargo, su uso se limita a 1-2 s. La liberación de energía a partir del ATP muscular es facilitada por la enzima (las enzimas aceleran las reacciones químicas) ATPasa, que actúa sobre el ATP para separar ADP (adenosín difosfato) y el Pi (fosfato inorgánico), generando la energía que hace posible la contracción muscular.

Pero debido al escaso tiempo de aporte por esta vía, son necesarias otras vías para una mayor producción de energía. Estas son:

1 Vía anaeróbica aláctica (sistema de los fosfágenos: ATP-PC).

2 Vía anaeróbica láctica (sistema de la glucólisis anaeróbica).

3 Vía aeróbica (sistema oxidativo).

Ahora bien, la energía no va a proceder únicamente de uno de los tres sistemas, sino que habrá predominancia de uno u otro, existiendo una actuación conjunta de ellos. Por ejemplo, si realizamos un esfuerzo continuo máximo de más de 120 segundos, la energía suministrada provendrá predominantemente de la vía aeróbica; no obstante, en el lanzamiento de un peso, casi el 100 % de la energía provendrá de la vía anaeróbica aláctica.

Sistema de los fosfágenos (ATP-PC)

Nuestras células almacenan un compuesto altamente energético, la fosfocreatina o fosfato de creatina (PC), que supone una fuente inmediata para la resíntesis de ATP, y cuya cantidad en el músculo es cinco veces mayor a la cantidad de ATP muscular. La liberación de energía por la PC es facilitada por la enzima creatinkinasa (CK) que actúa sobre el PC para separar Pi de la creatina. La energía liberada puede usarse entonces para unir el Pi a una molécula de ADP, formando el ATP deseado. Con esta molécula de ATP repetiría el proceso anteriormente descrito (del ATP muscular).

Por esta vía se puede obtener energía para la contracción muscular al inicio del ejercicio y durante ejercicios de muy alta intensidad y corta duración, de 5-15 s aproximadamente. A los dos minutos de descanso puede recuperarse más del 80 % de las reservas de ATP. De este modo, si se realizan levantamientos de pesos en la sala de fitness, cuando los esfuerzos han sido agotadores, necesitaremos más de dos minutos para recuperar al menos el 80 % de sus reservas (cuanto menos tiempo se dedique al descanso, antes se fatigará el sujeto en una sesión de estas características).

Algunos ejemplos en los que predomina este sistema son lanzamientos explosivos, saltos, levantamiento de pesos, salidas de velocidad, etc.

Sistema de la glucólisis anaeróbica

Cuando las reservas de fosfágenos (ATP-PC) se han agotado y continua la actividad, el organismo regenera ATP a partir de la descomposición de la glucosa, este proceso se conoce como glucólisis (“ruptura de glucosa”). Esta glucosa proviene de la sangre, del glucógeno muscular y/o hepático (el glucógeno ha sido previamente sintetizado a partir de glucosa, proceso que se conoce como glucogénesis o creación de glucógeno).

Este proceso es llevado a cabo en el citoplasma de la célula muscular, es decir, “sin entrar” aún en la mitocondria. Por esta vía, la glucosa o glucógeno pasa a producir ácido pirúvico (por una serie de reacciones previas). Como este proceso ocurre sin presencia de O₂, el ácido pirúvico “se convierte” en ácido láctico. Si este se acumula en sangre (porque se continúe el esfuerzo realizado) se producirá un descenso del ph (acidosis), y llegados a un punto el sistema energético se colapsa, siendo necesario disminuir la intensidad o incluso parar la propia actividad.

Sabía que...

Los niveles de lactato pueden pasar de 1 mmol/l (mili moles de lactato por cada litro de sangre) de sangre en reposo a valores superiores a 20-25 mmol/l en esfuerzos de menos de dos minutos, en deportistas especialistas en este tipo de esfuerzos (a los 30 minutos suele volverse a valores normales en sangre).

Por esta vía se podrá obtener energía para esfuerzos máximos de hasta los dos minutos. Un ejemplo de actividad en la que predomina el sistema de la glucólisis anaeróbica es la prueba de 400 m en atletismo (prueba en la que se genera más lactato). La cantidad de glucógeno almacenado para ser utilizado como sustrato es limitada al igual que pasaba con los fosfágenos.

Recuerde

Las vías de obtención de energía por el metabolismo anaeróbico son la anaeróbica aláctica (no genera lactato) y anaeróbica láctica (genera lactato). Que el metabolismo sea anaeróbico o aeróbico significa que sea o no necesaria la utilización de O₂ para la obtención de energía.

Sistema oxidativo

Los sistemas anteriores no pueden satisfacer todas las necesidades de energía, así surge otro sistema para el cual es preciso la presencia de O₂ para descomponer los sustratos dentro de la mitocondria. A diferencia de los anteriores sistemas, este va a producir una inmensa cantidad de energía, pero para ello necesita de más tiempo, es decir, la producción de ATP es más lenta.

Se produce principalmente a partir de la oxidación de los hidratos (la glucosa, en este sistema, consigue entrar en la mitocondria) y los lípidos (ya sea la betaoxidación de los ácidos grasos libres o la creación de glucosa a partir de glicerol), y en menor medida, de la oxidación de las proteínas (con la betaoxidación de los aminoácidos o la creación de glucosa a partir de estos).

En este sistema, la glucosa proporcionará más energía en unidad de tiempo que las grasas, ya que esta última necesita mayor cantidad de O₂ para su combustión. Luego, a mayor intensidad, más cantidad de hidratos de carbono que de lípidos como fuente energética. Así cuando se está en reposo absoluto casi el 100 % de la energía proviene de las grasas, cuando se anda ronda valores cercanos al 80-90 %, y cuando se hace footing, al 50-60 %. Por ello, cuando una persona con exceso de peso quiere adelgazar se le prescriben ejercicios aeróbicos de baja intensidad (es decir, que predomine volumen sobre intensidad). Todo lo contrario pasa cuando el ejercicio es muy intenso, por ello uno de los factores limitantes en los deportistas de largas distancias es el depósito de glucógeno en sus fibras musculares, de ahí la importancia en estos deportistas de una dieta rica en hidratos de carbono (superando estos, a veces, el 60 % de la ingesta total de Kcal diarias).

La producción oxidativa de ATP abarca tres procesos:

1 Glucólisis aeróbica. El proceso de la glucólisis es el mismo tanto si hay O2 como si no, lo que determina su presencia es el destino del producto final, el ácido pirúvico. En este sistema, el ácido pirúvico en lugar de producir lactato se convierte en un compuesto llamado acetilcoenzima A (Acetil CoA).

2 Ciclo de Krebs. El Acetil CoA entra en el ciclo de Krebs (ciclo del ácido cítrico) permitiendo la oxidación del Acetil CoA, y produciendo ATP, carbono (C) e Hidrógeno (H). El CO2 (C y O2) es llevado a los pulmones para su salida.

3 Cadena de transporte de electrones. Tanto el H liberado durante la glucólisis (al convertirse en ácido pirúvico) como el liberado durante el ciclo de Krebs son llevados a la cadena de transporte de electrones por dos coencimas (NAD y FAD). Al final de la cadena, el H+ se combina con O2 para formar H2O (agua), impidiendo la acidificación.

No hay que olvidar que las grasas también contribuyen a las necesidades energéticas (betaoxidación), siendo los triglicéridos la fuente más importante. En cuanto a las proteínas, más bien los aminoácidos (AA), se podrán utilizar como fuente energética (convirtiéndose en glucosa o interviniendo como producto intermedio), aunque de manera muy insignificante (ayuno prolongado o ejercicio sea de gran intensidad relativa y muy prolongado).

Al contrario de lo que pasaba con los dos anteriores sistemas, por esta vía la resíntesis de ATP es ilimitada. De hecho, la energía que se consume durante la mayor parte del día (reposar, ver la televisión, estudiar, pasear, realizar tareas de poco esfuerzo) se utiliza, predominantemente, por esta vía.

El glucógeno muscular se recuperará entre las 24-48 horas posteriores, dependiendo del esfuerzo previo y de la alimentación posterior.

Recuerde

Los sustratos energéticos en la vía aeróbica son los hidratos de carbono y las grasas (en menor medida las proteínas), siendo mayor la utilización de las grasas cuanto menor sea la intensidad (y a la inversa).

5.3. Adaptación metabólica

Aunque las adaptaciones relacionadas con obesidad y diabetes también pueden considerarse metabólicas, se tratarán en el epígrafe de adaptaciones endocrinas, haciendo en este apartado mayor énfasis en las adaptaciones de las vías de obtención de ATP, y por tanto, en el rendimiento del sujeto.

Con el entrenamiento aeróbico aumenta el consumo máximo de oxígeno (VO₂max). Viene determinado por el producto de Q y la diferencia arterio-venosa de O₂ (dif A-VO₂). Esta última indica la diferencia de O₂ presente en las arterias y las venas, si aumenta esta diferencia, significa que el músculo capta más O₂. El Q máximo puede aumentar de unos 22 L/min en sujetos desentrenados a valores superiores a 25 L/min en sujetos entrenados (en reposo se mantienen valores cercanos a 4,6 L/min, independientemente del nivel de CF). Al aumentar ambos factores, aumenta su producto y por tanto, el VO₂max. En cuanto al VO₂max, en reposo se suelen mantener valores de 3,5 ml/kg/min (independientemente del nivel de CF), mientras que en el ejercicio se pueden obtener valores de 35 ml/kg/min (sujetos sedentarios) hasta valores superiores a 80 ml/kg/min (deportistas de resistencia de alto nivel, ciclistas, corredores de fondo, etc.). El VO₂max es uno de los parámetros predictores de la CF de un sujeto.

Ejemplo

Un sujeto entrenado a 180 ppm con un VS de 140 ml/latido, daría un total de 25200 ml/min, es decir, los 25,2 L/min. Un sujeto desentrenado tendría un VS de 120 ml/latido, lo que daría un Q de 21600 ml/min, es decir, 21′6 L/min (multiplicándolo por las 180 ppm anteriores).

En cuanto al ácido láctico, subproducto metabólico que predomina en esfuerzos anaeróbicos lácticos, la adaptación vendría en una reducción de la velocidad de producción durante el ejercicio, por lo que retrasa la aparición de fatiga muscular (debido a la acidosis causada por el descenso de pH). Por tanto, es una adaptación que se conseguirá el entrenamiento anaeróbico láctico (esfuerzos de entre 15 s y dos minutos).

Con respecto a las reservas energéticas, por un lado aumentarán los depósitos de PC muscular con el entrenamiento anaeróbico aláctico, por ejemplo, al aumentar el tamaño muscular con el levantamiento de pesas en la sala de musculación, el sujeto podrá levantar más peso o realizar más repeticiones con el mismo peso. Y, por otro lado, se aumentarán también los depósitos glucógeno con el entrenamiento aeróbico (por ejemplo, ciclismo o carrera a pie) y anaeróbico láctico (por ejemplo, 400 m en atletismo), así como con una alimentación rica en hidratos de carbono, por tanto, más tiempo podrá estarse a una determinada intensidad, ya que se producirá más cantidad de ATP. El rendimiento aeróbico se verá favorecido por la mayor sensibilidad hacia los ácidos grasos (reservando hidratos), un mayor número y tamaño de mitocondrias, mayor número de capilares, mayor actividad enzimática, etc. Y el anaeróbico, al aumentar las enzimas anaeróbicas (fosfofructoquinasa, lactato deshidrogenasa, etc.).

Por tanto, se ha podido comprobar cómo con el entrenamiento se mejoran las tres vías de obtención de ATP.

Actividades

10. ¿Qué vía predominará en: levantamiento de press de banca máximo, 30 repeticiones en el mismo ejercicio y correr 15 minutos?

6. Adaptación cardiovascular

El principal objetivo en este sentido es la eficacia del corazón, es decir, llevar la mayor cantidad posible de sangre oxigenada a la musculatura con el menor esfuerzo cardiaco. En relación a esto, algunas adaptaciones son las que se describen a continuación.

Con el entrenamiento aeróbico se produce un aumento del volumen cardiaco (de 750 ml a 820 ml aproximadamente) y de la pared del ventrículo izquierdo (aumenta el potencial de contracción), por tanto, más cantidad de sangre puede ser expulsada, con el entrenamiento anaeróbico se aumenta el grosor de la pared y la masa ventricular, y no tanto el volumen. En relación a esto, el Q se ve beneficiado, ya que se expulsa más cantidad de sangre por minuto, debido principalmente al aumento del VS (ver ejemplo: epígrafe 5.3).

Durante el ejercicio los requerimientos de oxígeno por parte del músculo son mayores, para ello el corazón intenta enviar más sangre a estos tejidos. Esto se produce gracias al aumento de la FC y el VS. Con el entrenamiento, nuestro corazón se vuelve más eficiente, en reposo el Q se mantiene debido a un aumento del VS y un descenso de la FC (eficiencia), por el contrario durante el ejercicio el Q aumenta por ambas variables del anterior producto, satisfaciendo las demandas de oxígeno durante el esfuerzo. Destacar además que durante el ejercicio moderado el incremento de la FC será menor, así mismo tras el esfuerzo el retorno de la FC también será más rápido.

Al descender la FCB (Frecuencia cardíaca de reposo o basal), con el entrenamiento aeróbico, aumenta la FCR (Frecuencia cardíaca reserva), que es la diferencia entre la FCM (Frecuencia cardíaca máxima), y la FCB, por lo que se tendrán menos ppm ante una misma intensidad relativa.

Con respecto al flujo sanguíneo, también se vuelve más eficaz durante el ejercicio, predominando en aquellas zonas activas y reduciéndose en las inactivas. En relación a esto último, también mejora la circulación coronaria y con ello se evita la concentración de grasas en sus paredes.

Nota

Los dos movimientos cardíacos son la sístole, o contracción del corazón, y la diástole, que es la relajación producida tras la sístole.

Por último, la tensión arterial (TA), es decir, la presión que ejerce la sangre sobre las paredes arteriales, será menor tanto en reposo como en el ejercicio (será de gran utilidad para el control de la tensión en hipertensos).

Aplicación práctica

Tras un programa de entrenamiento aeróbico, la FCB (Frecuencia cardíaca basal o de reposo) de Luis bajó de 75 a 60 ppm. ¿A qué se debe ese cambio?, ¿cuál sería entonces su FCR (Frecuencia cardíaca de reserva) teniendo en cuenta que Luis tiene 30 años?

SOLUCIÓN

El cambio se debe a una adaptación del organismo a nivel cardiovascular, el corazón se ha vuelto más eficiente en reposo debido a un aumento del VS (volumen sistólico).

La FCM (Frecuencia cardíaca máxima) de Luis es de 190 ppm (calculado con la fórmula “220-edad”). Así, mientras que la FCR antes del entrenamiento era de 115 ppm, después del entrenamiento es de 130 ppm (datos obtenidos de la fórmula “FCM-FCB”: 190-75 y 190-60, respectivamente). Por tanto, ahora Luis tiene un mayor margen de trabajo cardiovascular.