AULA-TP6-B2 EXERCÍCIO FÍSICO _09

Faculdade de Medicina da Universidade de Coimbra
Ano Lectivo 2009/2010
Unidade Curricular de BIOQUÍMICA II
Mestrado Integrado em MEDICINA
1º Ano
ENSINO PRÁTICO E TEORICO-PRÁTICO
6ª AULA TEÓRICO-PRÁTICA
ALTERAÇÕES METABÓLICAS NO ESFORÇO FÍSICO
EXERCÍCIO FÍSICO
O exercício físico aumenta a performance do organismo e da própria célula, uma vez que
aumenta a capacidade das células em captarem a glucose. Na verdade, o exercício físico
regular pode reduzir a necessidade de insulina num diabético.
A duração e intensidade do exercício físico determinam o tipo de combustível que o
organismo escolhe para consumir. No repouso, são utilizadas predominantemente as
gorduras. Durante um exercício de curta duração, mas de alta intensidade são utilizados os
hidratos de carbono. Durante o exercício de longa duração, como a maratona, os
corredores consomem hidratos de carbono e gordura.
Fontes de energia corporal durante o exercício:
A produção de ATP, fonte energética utilizada pelas células musculares para a contracção,
pode ser obtida a partir de 3 vias diferentes:
-
ATP – creatina-fosfato, CP (metabolismo anaeróbio)
-
Ácido láctico (glicólise anaeróbia)
-
Oxigénio (metabolismo aeróbio)
ATP – CP
Durante o repouso, o nosso organismo armazena uma quantidade muito pequena de ATP
como fonte de energia de utilização rápida para a actividade física. Apesar de pequena, esta
quantidade de ATP pode manter os movimentos musculares durante menos de um
segundo. Desta forma, o organismo armazena quantidades facilmente disponíveis de
energia na forma de compostos de alta-energia como a creatina-fosfato ou fosfocreatina
(CP). De facto, o nosso organismo não utiliza directamente a creatina-fosfato, mas esta
regenera o ATP a partir do ADP:
Creatina fosfato + ADP + H+ ⇔ ATP + Creatina
Apesar desta reacção ocorrer na presença de oxigénio, não requer oxigénio. Desta forma o
sistema ATP-CP é considerado anaeróbio.
Durante os primeiros segundos de uma actividade física intensa (corrida de 100 m), a
creatina fosfato decresce uma vez que é utilizada para manter constantes os níveis de ATP,
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que, juntamente com a CP, cede energia durante 3-15 segundos. De modo a continuar o
exercício físico, o organismo tem que utilizar outras fontes de ATP.
Ácido láctico
Uma outra forma de obtenção rápida de ATP é a formação de ácido láctico de origem
glicolítica (sistema anaeróbio). É a fonte predominante de ATP durante os primeiros minutos
do exercício de alta intensidade. Em situações anaeróbias, na ausência de oxigénio, o
piruvato formado pela via glicolítica é utilizado para a síntese de lactato por acção da
enzima lactato desidrogenase, regenerando o NAD+, que é necessário para a continuação
da glicólise. Em comparação com a via aeróbia de produção de ATP (ciclo do ácido cítrico e
cadeia respiratória), a produção de ATP pela glicólise (2 moléculas de ATP/molécula de
glucose) ocorre a uma velocidade mais rápida. A glucose armazenada sob a forma de
glicogénio é a primeira fonte de energia utilizada para a formação do ácido láctico. Assim,
as células musculares podem utilizar milhares de moléculas de glucose por segundo para
formar ATP através da glicólise anaeróbia. No entanto, esta não é uma forma tão rápida de
obtenção de energia como a degradação da CP para formar ATP.
A glicólise aneróbia é uma importante via metabólica, particularmente para as fibras
musculares rápidas, cedendo energia durante 40 segundos a 2 minutos de actividade física.
No entanto, a formação rápida de ATP causa a acumulação de ácido láctico e diminui o pH
nas células musculares. Para isso contribuem não só o ácido láctico como também os
compostos intermediários da via glicolítica e a degradação do ATP em ADP. A acidificação
tem como consequência principal a redução da actividade das enzimas glicolíticas, inibindo
a utilização de outras moléculas de glucose. Para além disso, a alteração do pH reduz a
capacidade de ligação do Ca2+, um importante componente para a contracção muscular. O
aumento da [H+] pode causar fadiga e diminuir a performance muscular durante o exercício.
Durante o exercício físico, as fibras musculares podem utilizar a energia 200 vezes mais
rapidamente do que durante o repouso. A esta velocidade de utilização, a nossa capacidade
de fazer exercício físico ficaria limitada a apenas a alguns minutos se dependessemos
somente de ATP-CP e do ácido láctico. De modo a manter o exercício por um período de
tempo mais longo, é necessário mudar a estratégia de produção de ATP para um sistema
aeróbio.
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Utilização do oxigénio
A via aeróbia de funcionamento do ciclo do acido cítrico e da cadeia respiratória
mitocondrial (CRM) para formação de ATP só opera na célula em condições em que a
quantidade de oxigénio é suficiente. Em contraste com os dois sistemas anteriormente
descritos, ATP-CP e ácido láctico, a utilização do oxigénio conduz à produção lenta de
grandes quantidades de ATP. O exercício físico de longa duração requer a utilização do
ATP produzido no sistema aeróbio (fibras musculares “lentas”). Após 2 minutos de uma
corrida de longa duração, o sistema aeróbio fornece cerca de 50% da energia para
utilização muscular. Após 30 minutos de corrida, o sistema aeróbio fornece cerca de 95%
de energia; após 2 horas, o metabolismo aeróbio fornece 98% da energia requerida.
O metabolismo aeróbio utiliza inicialmente hidratos de carbono e gorduras. A presença de
oxigénio em quantidades suficientes permite que o piruvato entre no ciclo do ácido cítrico
via acetil-CoA e que ocorra a formação de ATP pela CRM. A principal fonte de ATP para a
contracção muscular é a glucose resultante da degradação do glicogénio. Quando
necessário, o sistema aeróbio do músculo também pode formar ATP através da degradação
dos triglicerídeos e ácidos gordos. Para uma determinada concentração de oxigénio, a
gordura liberta mais energia do que os hidratos de carbono (a reserva de glícidos é
limitada). Assim, um indivíduo com 68 Kg e 10-20% de gordura corporal, contém reservas
de hidratos de carbono (na forma de glicogénio muscular, glicogénio hepático e glucose
sanguínea) entre 1.800-2.000 kCal. A suas reservas de gordura permitem-lhe gastar 63.000
a 120.000 kCal.
Em conclusão:
A energia para a actividade muscular provém da produção de ATP nas células musculares,
utilizando 3 sistemas de energia diferentes: o sistema ATP-CP (não requer O2), a formação
de ácido láctico (requer a glicólise - sistema anaeróbio) e o metabolismo aeróbio, que
requer a degradação dos hidratos de carbono ou gorduras, na presença de O2. Os primeiros
dois sistemas constituem a fonte de ATP durante os primeiros minutos de exercício físico de
alta intensidade. O terceiro sistema produz ATP a uma velocidade mais baixa e fornece
energia para o exercício de “endurance”.
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Tabela I - Exercício físico e metabolismo
Tipo de
exercício
físico
Duração
média
Rápida
0-3 seg
utilização de
energia
(início
de
“sprint”
ou
levantamento
de pesos)
Corrida
de
5-30
100-200 m
seg
10-12
seg
20-25
seg
Corrida
de 1-2 min
400-800 m
50-60
seg
2-2,5
min
Corrida de 5- 13-30
10 Km
min
15-18
,min
32-35
min
Maratona
+ 2 hr
(42-80 Km)
2,5-3 hr
5,5-7 hr
Sistema
ATP-CP
anaeróbio
- creatina
fosfato
Ácido
láctico
(anaeróbio)
- glicogénio
muscular
Metabolismo
aeróbio (O2)
- glicogénio
muscular
Metabolismo
aeróbio (O2)
- glicogénio
hepático e
glucose do
sangue
Metabolismo
aeróbio (O2)
triglicerídeos
(ácidos
gordos)
100%
___
___
___
___
50%
25%
50%
65%
___
___
10%
12%
6%
63%
50%
25%
44%
___
___
*
*
12%
3%
88%
97%
___
___
___
___
75%
35%
5%
5%
20%
60%
*A creatina-fosfato é utilizada nos primeiros segundos e, se re-sintetizada durante a corrida,
é usada até ao final do “sprint”.
NOTA: Dados recentes indicam que os aminoácidos contribuem com 3-6% para a obtenção
de energia metabólica durante o exercício físico.
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CASO CLÍNICO - EXERCÍCIO FÍSICO
Um corredor de maratona entrou no estádio para a volta final. No último minuto ficou
confuso, e começou a correr na direcção errada, acabando por perder os sentidos e cair.
Questões:
1.
Explique o que aconteceu a este atleta.
2.
Que orgãos necessitamos de manter com elevados níveis energéticos de modo
permanente?
3.
Que tipo de “combustível” é usado durante o exercício e quais as suas fontes?
Existem recursos energéticos alternativos?
4.
Quais são as contribuições dos vários orgãos para que seja mantido o funcionamento
adequado de orgãos chave, como por exemplo o cérebro?
5.
Durante a corrida de maratona o músculo entra em metabolismo anaeróbio e produz
lactato. Será vantajosa esta produção?
6.
Qual dos atletas terá níveis mais elevados de ácido láctico no sangue: um corredor de
maratona ou um “sprinter” de 800 metros?
7.
Que regime dietético prescrevia a um atleta de maratona nos 2-3 dias que antecedem
a corrida?
Deve aproveitar esta aula para rever:
-
Metabolismo da glucose e glicogénio
-
β-oxidação dos ácidos gordos
-
Interrelações metabólicas dos vários orgãos.
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