El metabolismo del ejercicio físico es uno de los temas más importantes que debe conocer cualquier profesional que se dedique al ámbito del entrenamiento deportivo, como puede ser el caso de los entrenadores personales.
Esta importancia del metabolismo del ejercicio radica en que, durante la actividad física, en nuestro cuerpo se van a producir una serie de procesos mediante los cuales vamos a aprovechar la glucosa, las grasas y las proteínas.
Un ejemplo práctico de por qué va a ser importante conocer los conceptos del metabolismo del ejercicio, es saber cuándo vamos a utilizar glucógeno como fuente de energía, o cuando vamos a emplear grasa.
Es decir, poder diferenciar el ejercicio adecuado para perder grasa de otros ejercicios que empleen otras fuentes de energía; así como optimizar el rendimiento deportivo en todo tipo de actividades físicas junto a una adecuada planificación deportiva.
En este artículo te explicamos los conceptos básicos del metabolismo en el ejercicio, para que así podamos entender cómo obtiene la energía nuestro cuerpo durante la actividad física.
¿Qué es el metabolismo?
Empezaremos definiendo qué es el metabolismo.
El metabolismo es una serie de reacciones químicas y procesos que tienen lugar en el organismo. Estas reacciones se producen en todo momento, pero durante la actividad física se va a producir un incremento de este tipo de actividad química.
Estas reacciones químicas que forman el metabolismo se agrupan en lo que se llaman rutas metabólicas, en las cuales intervienen diferentes elementos:
- Enzimas, que catalizan las reacciones.
- Precursores que acaban siendo convertidos en productos.
- Metabolitos, que actúan como intermediarios en los procesos de trasformación de los precursores.
Estas reacciones que forman el metabolismo se van a poder agrupar en dos importantes bloques, cuyos nombres nos van a resultar muy familiares:
- Reacciones catabólicas: son aquellas en las que se pasa de una molécula grande, o compleja, a otra más pequeña o sencilla. Es decir, se trata de un proceso de destrucción, cuyo objetivo es producir energía.
- Reacciones anabólicas: son las que forman moléculas grandes a partir de otras más pequeñas. Para que puedan producirse requieren energía.
También podemos encontrar otras reacciones en las cuales se dan tanto procesos anabólicos como catabólicos, y que reciben el nombre de rutas cíclicas.
El metabolismo de la glucosa
Ahora que ya conocemos que el metabolismo, veremos qué ocurre en nuestro organismo cuando se emplean las diferentes fuentes de energía que podemos aprovechar.
La glucosa es el hidrato de carbono que empleamos para obtener energía. Una molécula de glucosa está formada por 6 átomos de carbono, y su importancia reside en estos dos importantes puntos:
- Permite formar ATP.
- Puede ser almacenada en forma de glucógeno en los músculos esqueléticos.
¿Y qué es el ATP? Pues es la principal moneda energética del organismo, ya que es el combustible que se necesita en las células para que puedan desarrollarse las diferentes reacciones y procesos de transporte.
Una de las acciones más importantes para las que se requiere ATP va a ser el proceso de contracción muscular.
Transporte de glucosa en el organismo
Nuestro organismo necesita glucosa, no solo para producir energía durante el ejercicio, sino para que pueda mantener en funcionamiento órganos tan importantes como el cerebro.
La glucosa cuenta con diferentes transportadores, que van a depender del lugar a dónde deba ser transportada. Estos transportadores son los siguientes:
- GLUT1: distribuye glucosa a todos los tejidos de nuestro organismo, y se encarga del transporte basal de este elemento.
- GLUT2: transporta glucosa al hígado y al páncreas.
- GLUT3: transporta glucosa al cerebro.
- GLUT4: transporta la glucosa a los músculos y al tejido adiposo.
- GLUT5: distribuye la glucosa al intestino delgado y al hígado.
De entre estos transportadores, los que más nos pueden interesar por estar más relacionados con el metabolismo durante el ejercicio son el GLUT1 y el GLUT4, ya que son los que mayor influencia tienen en los músculos esqueléticos.
El GLUT1 va a estar activo cuando nos encontramos en reposo y cuando los niveles de insulina sean bajos. Es el encargado de mantener el nivel de glucemia basal en el organismo y se encuentra ubicado en la membrana de las células.
El GLUT4 va a estar activo cuando el nivel de glucosa sea elevado, es decir, cuando entre en juego la insulina o cuando se esté realizando ejercicio físico. Está ligado a una absorción rápida de la glucosa.
La glucólisis en el metabolismo del ejercicio
Para obtener energía a partir de la glucosa se deben producir una serie de procesos y reacciones químicas (las que forman el metabolismo).
El primer proceso que se produce en el catabolismo de la glucosa es la glucólisis, y va a empezar cuando la glucosa entra en la célula del músculo por la acción del GLUT4.
La glucólisis consta de una serie de pasos que se agrupan en dos bloques: los que requieren ATP y los que generan ATP y otros elementos. Estos pasos son los siguientes:
- La glucosa fosforila a glucosa 6 fosfato (6P), catalizada por una enzima llamada hexokinasa. Aquí se requiere 1 ATP.
- La glucosa 6P se transforma en fructosa 6P.
- Esta fructosa 6P se transforma en fructosa 1-6 catalizada por la fosfofructocinasa. Aquí se vuelve a necesitar 1 ATP.
- La fructosa 1-6 se transforma en 2 moléculas de 3 fosfogliceraldehido.
- El fosfogliceraldehido se transforma en 1-3 difosfoglicerato, obteniendo también 2 moléculas de NADH+.
- El 1-3 difosfoglicerato se transforma en 3 fosfoglicerato. Aquí ya empezamos a generar ATP, en este caso 2 ATP.
- El fosfoglicerato se transforma en fosfoenolpiruvato, obteniendo también 2 moléculas de agua.
- El fosfoenolpiruvato se transforma en piruvato, catalizado por la piruvato kinasa y obteniendo 2 ATP.
Tras estos pasos habremos obtenido 2 ATP, 2 moléculas de NADH+, 2 moléculas de agua, y 2 moléculas de piruvato.
Este piruvato va a tener dos destinos que serán, o convertirse en Acetil CoA para iniciar el ciclo de Krebs, o convertirse en lactato cuando el ritmo de la glucólisis sea muy elevado.
El lactato en el metabolismo energético. Aclarando algunos conceptos
Lo primero que debemos tener claro es que el lactato no es un producto de desecho como se ha venido creyendo durante las últimas décadas, ni tampoco es el responsable de la acidosis en los músculos esqueléticos.
Es por esta creencia por lo que el lactato era conocido como ácido láctico, su forma ácida, y se decía que era el responsable de la fatiga muscular al aumentar su nivel con la intensidad del ejercicio.
Actualmente se sabe que el ácido láctico se encuentra en su forma básica, el lactato, en las células musculares, y es por ello que no supone la causa de la acidosis.
El lactato se genera con mayor velocidad en las fibras de tipo II, mientras que las fibras de tipo I pueden reutilizar el lactato y generar ATP.
El lactato puede ser convertido en piruvato en el hígado, con el cual volver a sintetizar glucosa. Es lo que se conoce como gluconeogénesis.
El ciclo de Krebs en el metabolismo del ejercicio
Antes hemos visto que el piruvato obtenido al final de la glucólisis puede tener dos destinos, uno, convertirse en lactato del cual acabamos de hablar, y otro iniciar el ciclo de Krebs del cual vamos a hablar.
Para que el piruvato inicie el ciclo de Krebs se debe convertir en acetil CoA. Este ciclo también va a contar con fases anabólicas y catabólicas, y cuyo resultado a nivel de moléculas obtenidas es el siguiente:
- 4 moléculas de CO2.
- 6 moléculas de NADH.
- 2 moléculas de FADH2 (Flavín adenín dinucleótido).
- 2 moléculas de GTP (Guanosín trifosfato).
Las funciones del ciclo de Krebs son la siguientes:
- Oxidar el acetil CoA hasta obtener dióxido de carbono.
- Obtener GTP, NADH y FADH2.
- Producir elementos intermediarios para poder sintetizar otras moléculas.
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El resultado final del metabolismo de la glucosa
Tras haber visto los procesos por los cuales debe pasar la glucosa para poder obtener energía, es el momento de cuantificar cuanto ATP podemos obtener con su degradación.
Las investigaciones más recientes han podido comprobar como a partir de una molécula de glucosa se pueden obtener entre 30 y 34 ATP.
De toda la energía que proporcionan estas moléculas (cada molécula aporta cerca de 690 kcal), el 35% va a ser conservado como ATP, mientras que el resto de perderá en forma de calor.
Metabolismo de las grasas en el ejercicio
Las grasas constituyen la mayor reserva de energía de nuestro cuerpo, de manera que podemos decir que son la principal fuente de energía.
Almacenamos la grasa en forma de triglicéridos, y cuando realizamos ejercicio de entre baja y moderada intensidad, van a ser la principal fuente energética empleada.
Para que podamos obtener energía de ellas es necesario que se movilicen, y esto va a ser posible gracias a la lipasa.
La lipasa se activa cuando entran en juego las hormonas adrenalina, noradrenalina, glucagón y la hormona adrenocorticotrópica, ya que se unen a los receptores de la membrana plasmática.
Por otro lado, la presencia de insulina va a inhibir el proceso de lipólisis o empleo de grasas como fuente de energía.
Cuando los ácidos grasos son liberados de los adipocitos por la acción de la lipasa, van a ser transportados por la sangre unidos a la albúmina y serán llevados a los músculos esqueléticos, al corazón y a la corteza suprarrenal, donde serán oxidados para poder producir energía.
La beta-oxidación de los ácidos grasos
La beta-oxidación es el proceso en el cual se oxidan los ácidos grasos en el interior de las mitocondrias.
Debemos saber que tenemos ácidos grasos de cadena corta, media y larga. Los de cadena corta entran directamente al interior de la mitocondria, pero los de cadena larga requieren de un mecanismo de transporte para poder atravesar la membrana.
Este mecanismo de transporte de los ácidos grasos de cadena larga es el siguiente:
- El ácido graso se separa de la albúmina.
- Tras esto, el ácido graso va a entrar en el espacio intermembrana con la ayuda de proteínas transportadoras.
- El ácido graso y la coenzima A van a formar acil CoA, requiriendo 1 ATP.
- El acil se transfiere a la carnitina por la acción de una enzima, obteniendo acil-carnitina.
- Esta acil-carnitina va a cruzar la membrana interna de la mitocondria con la ayuda de otra enzima, la carnitil-translocasa.
- Cuando ha llegado al interior de la matriz de la mitocondria, la acil-carnitina se va a separar de la carnitina y se va a unir nuevamente a la coenzima A formando, otra vez, acil CoA.
- Este acil CoA va a entrar en la beta oxidación y se degradará en acetil CoA.
Cada ciclo de beta-oxidación produce 1 acetil CoA, 1 NAD+H+ y 1 FADH2. En función del tipo de ácido graso obtenido se van a obtener entre 8 y 200 ATP.
Ejercicio y quema de grasa
Antes hemos comentado que el ejercicio de baja y de moderada intensidad es que va a emplear, como fuente principal de energía, las grasas. A la hora de querer emplear la grasa como fuente energética durante el ejercicio, deberemos tener en cuenta estos aspectos:
- La oxidación de las grasas va a disminuir en los ejercicios de elevada intensidad, es decir, en aquellos en los que superemos el 60% del VO2max.
- El lactato y el piruvato van a inhibir la oxidación de grasas.
- Cuando la concentración de lactato es muy elevada, se favorece la reconversión de los ácidos grasos a triglicéridos.
- Los entrenamientos de resistencia hacen que se produzca un aumento en el consumo de ácidos grasos como fuente de energía. El hecho mantener una constancia o seguir un plan de entrenamiento de este tipo de actividades hará que a los 4 meses el consumo sea máximo.
Las fibras musculares de tipo I son más propensas a funcionar gracias a la energía procedente de los ácidos grasos, y que sus características las hacen más aptas para los entrenamientos de resistencia, es decir, larga duración y baja intensidad.
A mayor intensidad, mayor empleo de triglicéridos intramusculares, debido a la rápida demanda de energía. El ejercicio de baja intensidad empleará ácidos grasos del tejido adiposo, ya que se cuenta con más tiempo para su descomposición.
Los cuerpos cetónicos en el metabolismo del ejercicio físico
Durante la oxidación de los ácidos grasos se obtiene acetil CoA, que va a poder entrar en el ciclo de Krebs. Ello va a depender de la disponibilidad de oxalacetato.
Esta disponibilidad puede disminuir si no hay suficientes carbohidratos, o si no se ha generado suficiente piruvato en la glucólisis.
Cuando permanecemos en estado de ayuno prolongado, el oxalacetato se va a consumir en forma de glucosa mediante el proceso de gluconeogénesis, por lo que no va a ser posible que se condense junto al acetil CoA, encontrando un exceso de este elemento.
Este exceso de acetil CoA se va a emplear para formar acetacetato y D3 hidroxibutirato, los cuales son cuerpos cetónicos.
Cuando la concentración de cuerpos cetónicos es elevada al realizar ejercicio físico, y la glucosa sea baja (cetosis), estos se van a emplear como fuente de energía en los tejidos no musculares, como son el sistema nervioso, el cerebro o los riñones.
Únicamente las personas muy entrenadas van a realizar un mejor aprovechamiento muscular de los cuerpos cetónicos.
Metabolismo de las proteínas en el ejercicio
Uno de los temores que tienen muchos deportistas es el de perder masa muscular durante la actividad física.
Lo cierto es que, según las condiciones y el tipo de ejercicio, las proteínas van a ser empleados en mayor o menor medida como fuente de energía, dando lugar a la pérdida o destrucción de músculo.
Las proteínas suponen entre el 3 y el 18% de la energía necesaria durante el ejercicio físico, siendo mayor cuanto menos glucógeno muscular exista en el organismo.
También se ha podido comprobar que la oxidación de aminoácidos es muy baja cuando se trata de ejercicio que duran menos de 60 minutos.
Los aminoácidos entran a nuestro organismo y pasan a formar parte de los tejidos, pero antes han quedado en forma libre hasta que han pasado a formar las proteínas. Es lo que se conoce como pool de aminoácidos libres.
Estos aminoácidos libres se obtienen:
- De las proteínas que ingerimos en los alimentos.
- De la destrucción de músculo.
- De los aminoácidos no esenciales.
Estos aminoácidos se pueden metabolizar de diferentes formas:
- Reabsorbiéndose en el intestino.
- Formando proteínas en los tejidos.
- Oxidándose y eliminándose en el sudor o la orina.
- Incorporándose a las reservas de energía del cuerpo.
El ejercicio de elevada intensidad aumenta la producción de NH4. El ejercicio de larga duración, mayor a 1 hora, aumenta la producción de urea ya que se emplean más aminoácidos como fuente de energía.
Estos son, tratados con cierta profundidad, los procesos que tienen lugar en nuestro organismo durante el metabolismo en el ejercicio físico.
Pese a lo técnico o abstracto que pueda parecer, se trata de la base de conocimiento que debe tener todo entrenador personal o experto en nutrición deportiva que piense dedicarse seriamente a trabajar en el ámbito deportivo.
Es por ello, que el metabolismo en el ejercicio es uno de los puntos a tratar en la fisiología del ejercicio, materia totalmente necesaria que se debe impartir en cualquier curso de entrenador personal de calidad.
