Producción de energía en la célula muscular

Los músculos pueden generar la energía necesaria para su propulsión, la misma que es la producida por los alimentos que ingerimos (carbohidratos, grasas y proteínas). Al ser descompuestas por el cuerpo, estos substratos energéticos, producen niveles bajos de energía, inadecuados para la actividad muscular. En cambio las células convierten estas fuentes de baja energía en un compuesto de alta energía, adenosín trifosfato (ATP). A su vez, la energía almacenada en el ATP es liberada cuando el tercer fosfato se separa de la estructura.

Los músculos tienen 4 posibles fuentes de ATP:

1. El ATP almacenado dentro del músculo.

2. La energía generada de otro compuesto fosfatado (Ej.: sistema ATP- fosfocreatina ATP-PCr.)

3. El ATP producido por la descomposición del azúcar muscular (sistema glucolítico)

4. El ATP generado con la ayuda de O2 (sistema oxidativo)

La fosfocreatina (PCr) está presente en las fibras musculares, pero a diferencia del ATP, el PCr no se utiliza directamente para suministrar energía a las células, en cambio, se utiliza para reconstruir la molécula de ATP. Durante el esfuerzo físico tanto el ATP como el PCr son insuficientes e incapaces de proveer la energía durante tiempos prolongados.

El Sistema Anaeróbico:

Durante los primeros minutos de ejercicio y cuando la intensidad del trabajo muscular es grande, el cuerpo es incapaz de proveer suficiente O2o para regenerar el ATP necesario. Para compensar esta situación tanto el sistema de ATP-PCr como el de energía glucolítica generan ATP sin la ayuda de oxígeno, proceso que se denomina metabolismo anaeróbico.

La glucólisis es la descomposición del azúcar muscular -proveniente del glucógeno- en ausencia de O2, lo que lleva a la producción y acumulación de ácido láctico (1); es decir, en condiciones anaerobias, en ausencia de O2, el ácido pirúvico es reducido mediante fermentación láctica a ácido láctico. Para reducir el ácido pirúvico se utiliza el poder reductor del NADH que se formó durante la glucólisis.

Así, la glucólisis provee ATP en condiciones en las que hay un suministro inadecuado de O2 (A). Por tanto el sistema glucolítico complementa al sistema ATP-PCr durante un esfuerzo muscular de alta intensidad con suministro de O2 inadecuado.

El elevado nivel de ácido láctico en las fibras como resultado de este proceso inhibe la posterior descomposición de glucógeno y puede interferir en el proceso de contracción muscular. Los cristales de ácido láctico se acumulan en el músculo y son los causantes de las agujetas.

En presencia de O2 la vía aeróbica de producción de energía puede generar 13 veces más ATP que la vía glucolítica.

El Sistema Aeróbico:

La producción anaeróbica de ATP es ineficaz para esfuerzos musculares en pruebas de duración superior a unos minutos. En consecuencia el metabolismo aeróbico (2) es la principal vía de producción de energía durante cualquier ejercitación.

En condiciones aerobias, es decir, cuando el aceptor final de los electrones es el O2, el ácido pirúvico se transforma, mediante la llamada descarboxilación oxidativa del ácido pirúvico, (también denominada acetilación) en acetil-CoA e ingresa en el ciclo de Krebs. Esta reacción consiste en la pérdida del grupo carboxilo que se transforma en CO2 y la oxidación del grupo cetona a grupo ácido por medio de una deshidrogenación con NAD. Al mismo tiempo se aprovecha parte de la energía liberada en la oxidación para formar un enlace rico en energía con la coenzima A. Por todo ello el producto final que se obtiene es acetil-CoA.

La mitocondria utiliza substratos energéticos y O2 para producir grandes cantidades de ATP. Los hidratos de carbono y la grasa son los principales substratos utilizados por este sistema de producción de ATP. Estas moléculas son descompuestas en los fluidos (sarcoplasma) y mitocondrias de las fibras musculares con la ayuda de enzimas oxidativas (metabolismo oxidativo), que son proteínas especiales producidas en las fibras. En este proceso los átomos de H+ en presencia de O2, que hemos respirado, liberan energía para producir ATP (B) y agua (H2O). El dióxido de carbono (CO2) formado del carbono y oxígeno de los substratos energéticos, es otro subproducto del metabolismo oxidativo que es eliminado mediante la respiración.

El aporte de O2 al músculo es esencial para mantener un alto índice de producción de energía, a medida que la intensidad de la actividad aumenta la producción oxidativa de ATP también lo hace. Vale decir que se puede conocer el valor del metabolismo aeróbico determinando el oxígeno que se consume.

Al igual que en los sistemas de energía inmediata (ATP-PCr) y glucolítico, el metabolismo oxidativo tiene un límite a la cantidad de energía que puede proveerse a través de él. Quiere decir que frente a una demanda de energía cada vez mayor, el cuerpo alcanza un límite de aporte de oxígeno, en este momento se estabiliza la provisión de O2 aún cuando la demanda de energía siga aumentando. El valor de estabilización se denomina capacidad aeróbica, y es considerada como la medida de resistencia cardiorrespiratoria.