FIGURA 1.29 Superposición entre los distintos sistemas de energía en cualquier momento
Todos los procesos que requieren energía a nivel celular se basan finalmente en esta molécula de energía básica del cuerpo, el ATP (adenosíntrifosfato). Esta molécula consta de adenosina (una combinación de adenina y el azúcar ribosa) unida a tres moléculas de fosfato por enlaces de alta energía, en concreto los enlaces de fostato más externos (fig. 1.30). Cuando los dos últimos enlaces se deshacen, se libera una descarga de energía y el ATP se convierte en ADP (adenosíndifosfato). El ATP se aplica directamente a los puentes cruzados de los músculos para activar y mantener el proceso de los puentes cruzados entre las cabezas de los filamentos de miosina y los puntos activos de los filamentos de actina de las fibras musculares.
Esta energía se produce en las diminutas mitocondrias o también llamadas «centrales de energía» célulares, cuya mayor responsabilidad es aportar energía a las contracciones musculares. Estos generadores de energía sólo producen ATP en presencia de una cantidad adecuada de oxígeno, por lo que se necesita un sistema de apoyo y emergencia que genere ATP en circunstancias en las que haya escasez de oxígeno. Existe un sistema de estas características a nivel celular que se mencionó antes como el sistema glucolítico libre de oxígeno. Depende de un grupo de enzimas o catalizadores biológicos especializados que facilitan la separación sin oxígeno del glucógeno y la glucosa sanguíneos almacenados en las células y que proveen la energía necesaria para la contracción muscular.
El concepto de la deuda de oxígeno
El ejercicio desarrollado en estas condiciones y manteniendo un esfuerzo de gran intensidad va seguido por un período de respiración acelerada que se creía que era un mecanismo empleado para saldar una «deuda de oxígeno» adquirida al depender de procesos no oxidativos y al privar de oxígeno al cuerpo durante el ejercicio. Hoy en día, el concepto de la deuda de oxígeno se considera anticuado. Ahora se sabe que el perido posterior al ejercicio supone la recuperación del consumo de oxígeno para regenerar el ATP celular (y la PC) y volver los procesos respiratorio, iónico, hormonal y térmico a su estado de reposo.
FIGURA 1.30 Procesos energéticos que implican el ATP, ADP y PC.
EL SISTEMA DE ENERGÍA A CORTO PLAZO
La energía necesaria para desarrollar actividades de gran intensidad, gran potencia o muy rápidas se obtiene en gran medida de las reservas de fosfágeno de alta energía (ATP y PC). La energía inicial procede de la hidrólisis del ATP en ADP y fosfato inorgánico Pi en presencia de agua y en la enzima adenosíntrifosfatasa (Nota: el sufijo -asa se refiere a un compuesto que actúa como catalizador biológico para facilitar el control de una reacción bioquímica). Cada mol de ATP genera unas 7,3 kilocalorías (35 kilojulios) de energía y un residuo de ATP, que tiene que ser convertido en ADP a partir de las reservas PC (fosfocreatina) (fig. 1.30)
La pequeña cantidad de ATP almacenada en las células musculares alcanza la depleción en unos pocos segundos al realizar una actividad intensa; la acción muscular se vería obligada a detenerse si no fuera por el hecho de que se transfiere energía con rapidez al ADP por medio de las reservas de PC de las células. Hay de tres a cinco veces más PC que ATP en las células, lo cual permite al sistema de fosfágeno aportar energía para realizar esfuerzos intensos hasta un máximo de 20-30 segundos. La enzima creatincinasa cataliza esta reacción.
Tras esto, la intensidad del ejercicio disminuye para permitir que las reservas de fosfágeno se recuperen mediante otros sistemas de energía. Cualquier aumento en la concentración de ADP en las células es una señal de la necesidad de que haya más energía disponible mediante la degradación de hidratos de carbono, grasa o proteínas para restablecer los niveles de ATP.
EL SISTEMA DE ENERGÍA INTERMEDIO
Tanto los sistemas de energía intermedio a largo plazo obtienen la energía de sustratos de nutrientes almacenados o en circulación derivados de hidratos de carbono, grasas o proteínas ingeridos. La diferencia entre estos dos sistemas o vías metabólicas radica en que el sistema intermedio obtiene la energía de forma no oxidativa a partir del glucógeno, mientras que el sistema a largo plazo libera energía de forma oxidativa a partir de glucógeno o ácidos grasos. Otra diferencia es que en el sistema intermedio se produce el lactato (o «ácido láctico»), que también sirve de sustrato de energía.
En ambos casos, la energía se libera mediante el mismo proceso después de que los hidratos de carbono, las grasas y las proteínas han sido procesados mediante distintas reacciones preliminares para producir una energía adecuada que intervenga en gran parte del ciclo metabólico, conocido como ciclo de Krebs o ciclo del ácido cítrico (fig. 1.31).
Es importante señalar que todos los hidratos de carbono contenidos en los alimentos se transforman finalmente en glucosa, que es el principal aporte energético del cuerpo. Aunque las grasas también actúan como fuente de energía, ciertas células, como las del cerebro y la sangre, dependen casi exclusivamente de la glucosa como aporte de energía. Por tanto, si los niveles de glucosa en la sangre descienden y el encéfalo se ve privado de forma temporal de glucosa, el funcionamiento de las células nerviosas se puede ver alterado gravemente y el estado de conciencia queda muy alterado. Por lo general, la disminución de glucosa en la sangre precipita la aparición de la sensación de hambre. Los déficit medios de glucosa producen cansancio, debilidad, aturdimiento o desorientación, lo cual suele suceder al hacer cualquier tipo de ejercicio que haga que el nivel de azúcar o glucosa en la sangre descienda por debajo de cierto umbral de concentración. Este estado se conoce como hipoglucemia (hipo- significa bajo; gluc- alude a la glucosa). Los déficit mayores llevan a estados de colapso, coma o a la muerte.
Cuando se ingieren hidratos de carbono, el páncreas libera la hormona insulina, que pasa a la sangre y cuya secreción aumenta mucho sobre todo después de haber ingerido azúcares, fenómeno que a veces se llama «shock insulínico». Los niveles de insulina permanecen elevados durante 60-90 minutos e inhiben la liberación de energía del glucógeno almacenado en el hígado y de los ácidos grasos, que constituyen una fuente principal de energía durante el ejercicio cardiovascular prolongado. Esto obliga al cuerpo a depender de cantidades limitadas de glucógeno almacenado en los músculos o en la sangre, lo cual lleva a un estado de hipoglucemia prematura o cansancio sistémico. Por esto la insulina se llama a veces la hormona «anti ejercicio». Ésta también es una buena razón para considerar que el azúcar no es un aporte energético eficaz o adecuado para el ejercicio cardiovascular prolongado, a pesar de que se suele aconsejar lo contrario. Son preferibles los hidratos de carbono más complejos o las féculas, porque no conllevan una liberación tan rápida de insulina.
FIGURA 1.31 El metabolismo de los nutrientes en distintos estadios de la producción de energía.
Cuando se produce la depleción de ATP y PC debido a una actividad muy intensa, el sistema de energía intermedio pasa a ser cada vez más importante en la producción de energía para mantener la acción de los músculos. Por ejemplo, un deportista que esprinta al final de una carrera de 1.500 metros depende en gran medida de la regeneración de fosfágenos mediante la obtención no oxidativa de glucógeno.
En este sistema, el glucógeno almacenado en el hígado o en los músculos sufre un proceso de glucólisis, es decir, hidrólisis (descomposición en presencia de agua) del glucógeno, primero en un derivado especial de la glucosa, glucosa-1-fosfato, y luego en otro derivado, glucosa-6-fosfato, mediante una reacción regulada por la enzima fosforilasa. Otra enzima almacenada en el hígado, la glucosa-6-fosfatasa, convierte la glucosa-6-fosfato en glucosa apta para ser liberada en la corriente sanguínea y, por tanto, en los músculos, encéfalo, hematíes y riñones. Durante el ejercicio, los músculos esqueléticos se convierten en el punto