Três sistemas de energia metabólica

Costumamos falar de energia em termos gerais, como em "Não tenho muita energia hoje" ou "Você pode sentir a energia na sala". Mas o que realmente é energia? Onde temos a energia para mover? Como usamos isso? Como conseguimos mais disso? Em última análise, o que controla nossos movimentos? As três vias de energia metabólica são as sistema fosgágeno, glicólise e o sistema aeróbico. Como eles funcionam, e qual é o efeito deles?

Albert Einstein, em sua infinita sabedoria, descobriu que a energia total de um objeto é igual à massa do objeto multiplicada pelo quadrado da velocidade da luz. Sua fórmula para a energia atômica, E = mc², tornou-se a fórmula matemática mais reconhecida do mundo. De acordo com sua equação, qualquer mudança na energia de um objeto causa uma mudança na massa desse objeto. A mudança de energia pode vir de várias formas, incluindo mecânica, térmica, eletromagnética, química, elétrica ou nuclear. A energia está ao nosso redor. As luzes em sua casa, um microondas, um telefone, o sol; Todos transmitem energia. Mesmo que a energia solar que aquece a Terra seja bem diferente da energia utilizada para subir de uma colina, a energia, como nos diz a primeira lei da termodinâmica, não pode ser criada nem destruída. É simplesmente mudado de uma forma para outra.

Re-síntese ATP

A energia para toda atividade física vem da conversão de fosfatos de alta energia (adenosina trifosfato-ATP) a fosfatos de baixa energia (adenosina difosfato-ADP; adenosina monofosfato-AMP; e fosfato inorgânico, P_i). Durante esta quebra (hidrólise) de ATP, que é um processo que requer água, um protão, energia e calor são produzidos: ATP + H₂O -^© ADP + P_i + H⁺ + energia + calor. Uma vez que nossos músculos não armazenam muito ATP, devemos resynthesize constantemente. A hidrólise e a ressintetização da ATP é, portanto, um processo circular - o ATP é hidrolisado em ADP e P_i, e depois ADP e P_i combinar para resintetizar ATP. Alternativamente, duas moléculas ADP podem se combinar para produzir ATP e AMP: ADP + ADP -^© ATP + AMP.

Como muitos outros animais, os seres humanos produzem ATP através de três caminhos metabólicos que consistem em muitas reações químicas catalisadas por enzimas: o sistema fosfágeno, a glicólise e o sistema aeróbico. O caminho que os seus clientes usam para a produção primária da ATP depende de quão rápido eles precisam e quanto deles eles precisam. Levantar pesos pesados, por exemplo, requer energia muito mais rápida do que correr na esteira, exigindo a dependência de diferentes sistemas de energia. No entanto, a produção de ATP nunca é alcançada pelo uso exclusivo de um sistema de energia, mas sim pela resposta coordenada de todos os sistemas de energia que contribuem para diferentes graus.

1. Sistema fosfológico

Durante atividades intensas de curto prazo, uma grande quantidade de energia precisa ser produzida pelos músculos, criando uma alta demanda de ATP. O sistema de fosfogênio (também chamado de sistema ATP-CP) é a maneira mais rápida de ressintetizar ATP (Robergs & Roberts 1997). O fosfato de creatina (CP), que é armazenado nos músculos esqueléticos, doa um fosfato ao ADP para produzir ATP: ADP + CP -^© ATP + C. Não é utilizado nenhum carboidrato ou gordura neste processo; A regeneração do ATP vem unicamente da CP armazenada. Uma vez que este processo não precisa de oxigênio para ressintetizar ATP, é anaeróbico ou independente de oxigênio. Como o modo mais rápido de ressintetizar o ATP, o sistema fosgágeno é o sistema de energia predominante usado para exercícios físicos com duração de até 10 segundos. No entanto, uma vez que existe uma quantidade limitada de CP e ATP armazenados nos músculos esqueléticos, a fadiga ocorre rapidamente.

2. Glicolise

A glicólise é o sistema de energia predominante usado para o exercício completo de duração de 30 a aproximadamente 2 minutos e é a segunda maneira mais rápida de ressintetizar o ATP. Durante a glicólise, os carboidratos - na forma de glicose no sangue (açúcar) ou glicogênio muscular (a forma armazenada de glicose) - são divididos através de uma série de reações químicas para formar piruvato (o glicogênio é primeiro dividido em glicose através de um processo chamado glicogenólise) Para cada molécula de glicose quebrada em piruvato pela glicólise, duas moléculas de ATP utilizável são produzidas (Brooks et al. 2000). Assim, muito pouca energia é produzida por esse caminho, mas a compensação é que você obtém a energia rapidamente. Uma vez que o piruvato é formado, ele tem dois destinos: conversão em lactato ou conversão em uma molécula intermediária metabólica chamada acetil coenzima A (acetil-CoA), que entra na mitocôndria para oxidação e produção de mais ATP (Robergs & Roberts 1997). A conversão para lactato ocorre quando a demanda por oxigênio é maior do que a oferta (ou seja, durante o exercício anaeróbico). Por outro lado, quando há oxigênio suficiente disponível para atender às necessidades dos músculos (ou seja, durante o exercício aeróbio), o piruvato (via acetil-CoA) entra na mitocôndria e passa pelo metabolismo aeróbio.

Quando o oxigênio não é fornecido rápido o suficiente para atender às necessidades dos músculos (glicólise anaeróbica), há um aumento nos iões de hidrogênio (o que faz com que o pH do músculo diminua, uma condição chamada acidose) e outros metabolitos (ADP, P_i e íons de potássio). A acidose e o acúmulo desses outros metabólitos causam uma série de problemas dentro dos músculos, incluindo inibição de enzimas específicas envolvidas no metabolismo e na contração muscular, inibição da liberação de cálcio (o gatilho para a contração muscular) de seu local de armazenamento nos músculos, e interferência com as cargas elétricas dos músculos (Enoka & Stuart 1992; Glaister 2005; McLester 1997). Como resultado dessas mudanças, os músculos perdem a capacidade de se contrair de forma eficaz e, por fim, a produção de força muscular e a intensidade do exercício diminuem.

3. Sistema Aerobic

Como os humanos evoluíram para atividades aeróbicas (Hochachka, Gunga & Kirsch 1998; Hochachka & Monge 2000), não é surpreendente que o sistema aeróbio, que depende do oxigênio, seja o mais complexo dos três sistemas de energia. As reações metabólicas que ocorrem na presença de oxigênio são responsáveis ​​pela maior parte da energia celular produzida pelo corpo. No entanto, o metabolismo aeróbio é a maneira mais lenta de ressintetizar ATP. O oxigênio, como patriarca do metabolismo, sabe que vale a pena esperar, pois controla o destino da resistência e é o sustento da vida. “Eu sou oxigênio”, diz ao músculo, com mais do que um toque de superioridade. “Eu posso te dar muito ATP, mas você terá que esperar por isso”.

O sistema aeróbio - que inclui o Ciclo de Krebs (também chamado de ciclo de ácido cítrico ou ciclo TCA) E do cadeia de transporte de elétrons- usa glicemia, glicogênio e gordura como combustível para resintetizar a ATP nas mitocôndrias das células musculares (veja a barra lateral "Características do sistema energético"). Dada a sua localização, o sistema aeróbio também é chamado de respiração mitocondrial. Ao usar carboidratos, a glicose e o glicogênio são primeiro metabolizados através da glicólise, com o piruvato resultante utilizado para formar acetil-CoA, que entra no ciclo de Krebs. Os elétrons produzidos no ciclo de Krebs são então transportados através da cadeia de transporte de elétrons, onde o ATP e a água são produzidos (um processo chamado fosforilação oxidativa) (Robergs & Roberts 1997). A oxidação completa da glicose via glicólise, o ciclo de Krebs e a cadeia de transporte de elétrons produzem 36 moléculas de ATP para cada molécula de glicose quebrada (Robergs & Roberts 1997). Assim, o sistema aeróbio produz 18 vezes mais ATP do que a glicólise anaeróbica de cada molécula de glicose.

Gordura, que é armazenada como triglicerídeo em tecido adiposo embaixo da pele e dentro dos músculos esqueléticos (chamado triglicerídeo intramuscular), é o outro combustível principal para o sistema aeróbico, e é a maior quantidade de energia no corpo. Ao usar gordura, os triglicerídeos são primeiro divididos em ácidos graxos livres e glicerol (um processo chamado lipólise). Os ácidos gordurosos livres, que são compostos por uma longa cadeia de átomos de carbono, são transportados para as mitocôndrias musculares, onde os átomos de carbono são usados ​​para produzir acetil-CoA (um processo chamado beta-oxidação).

Após a formação de acetil-CoA, o metabolismo da gordura é idêntico ao metabolismo de carboidratos, com acetil-CoA entrando no ciclo de Krebs e os elétrons sendo transportados para a cadeia de transporte de elétrons para formar ATP e água. A oxidação de ácidos graxos livres produz muitas mais moléculas de ATP do que a oxidação de glicose ou glicogênio. Por exemplo, a oxidação do palmitato de ácidos gordos produz moléculas 129 de ATP (Brooks et al., 2000). Não é de admirar que os clientes possam sustentar uma atividade aeróbia mais longa que uma anaeróbica!

Compreender como a energia é produzida para a atividade física é importante quando se trata de exercícios de programação com a intensidade e duração adequadas para seus clientes. Então, a próxima vez que seus clientes terminem com um treino e pensem: "Tenho muitos energia, "Você saberá exatamente onde eles conseguiram.

Características do sistema de energia

Workouts do sistema de energia

Os clientes se aquecem e esfriam antes e depois de cada treino.

Sistema fosfológico

Um treino eficaz para este sistema é curto, sprints muito rápidos na esteira ou bicicleta com duração 5-15 segundos com 3-5 minutos de descanso entre cada um. Os longos períodos de descanso permitem o reabastecimento completo de fosfato de creatina nos músculos para que possa ser reutilizado para o próximo intervalo.

• 2 conjuntos de 8 x 5 segundos a velocidade próxima à 3: descanso passivo 00 e 5: descanso 00 entre conjuntos
• 5 x 10 segundos próximos à velocidade máxima com 3: 00-4: descanso passivo 00

Glicolise

Este sistema pode ser treinado usando intervalos rápidos com duração 30 duradoura para 2 minutos com um período de recuperação ativa duas vezes mais longo que o período de trabalho (1: relação 2 trabalho-repouso).

• 8-10 x 30 segundos rápidos com 1: recuperação activa 00
• 4 x 1: 30 rápido com 3: recuperação activa 00

Sistema Aerobic

Enquanto o sistema fosgágeno e a glicólise são melhor treinados com intervalos, porque esses sistemas metabólicos são enfatizados somente durante atividades de alta intensidade, o sistema aeróbico pode ser treinado com exercícios e intervalos contínuos.

• 60 minutos em 70% -75% freqüência cardíaca máxima
• 15- para 20-minuto tempo de treino com a intensidade de limiar de lactato (sobre 80% -85% de freqüência cardíaca máxima)
• 5 x 3: 00 em 95% -100% de freqüência cardíaca máxima com 3: recuperação ativo 00

by Jason Karp, PhD

Referências:

Brooks, GA, et al. 2000. Physiologia do Exercício: Bioenergética Humana e suas Aplicações.Mountain View, CA: Mayfield.

Enoka, RM, & Stuart, DG 1992. Neurobiology of muscle fadigue. Journal of Applied Physiology, 72 (5), 1631-48.

Glaister, M. 2005. Trabalho de sprint múltiplo: respostas fisiológicas, mecanismos de fadiga e influência da aptidão aeróbica. Medicina esportiva, 35 (9), 757-77.

Hochachka, PW, Gunga, HC, & Kirsch, K. 1998. Nosso fenótipo fisiológico ancestral: Uma adaptação para a tolerância à hipóxia e para o desempenho de resistência? Procedimentos da Academia Nacional de Ciências, 95, 1915-20.

Hochachka, PW, & Monge, C. 2000. Evolution of human hypoxia tolerance physiology. Avanços em Biologia Experimental e Médica, 475, 25-43.

McLester, JR 1997. Contração muscular e fadiga: o papel do adenosina 5'-difosfato e fosfato inorgânico. Medicina esportiva, 23 (5), 287-305.

Robergs, RA & Roberts, SO 1997. Fisiologia do Exercício: Exercício, Desempenho e Aplicações Clínicas. Boston: William C. Brown.