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Comprender las respuestas y adaptaciones del cuerpo humano ante el ejercicio físico y el entrenamiento es una de las principales preocupaciones de los nutricionistas y preparadores. 

Para ello, conocer la fisiología y el metabolismo del ejercicio es fundamental. Dentro de este último, la bioenergética o el estudio de cómo el cuerpo humano obtiene energía para realizar sus procesos (contracción muscular, prioritariamente) durante el ejercicio nos ofrece información directa de los requerimientos del mismo, tanto a nivel nutricional como de entrenamiento. 

Por ello, comprender qué rutas metabólicas, sus sustratos, demandas y capacidades es determinante a la hora de establecer las pautas nutricionales de un atleta. Pero no solo eso, sino también para establecer los objetivos de los entrenamientos. 

La adaptación metabólica es, probablemente, el objetivo más determinante en el rendimiento deportivo, más aún cuando el tiempo del mismo aumenta. En este sentido, para poder optimizar dichas adaptaciones, es totalmente necesario comprender la bioenergética humana.

¿Qué es la bioenergética?

La bioenergética es la ciencia que estudia los procesos de absorción, transformación y utilización de energía en el cuerpo humano. En definitiva, estudia como el cuerpo humano obtiene energía mediante las distintas rutas metabólicas en los distintos contextos fisiológicos. 

Ya desde la antigüedad, y más concretamente en la Grecia Antigua, el interés de la antropología por el rendimiento humano fue documentado por médicos, filósofos o entrenadores (gimnastas). Principalmente, mediante la observación de los atletas y, en concreto, los ejercicios que realizaban y la dieta que seguían a modo de preparación para la competición de los juegos olímpicos. 

Todo ello sirvió de precedente para comprender lo que entendemos ahora como fisiología humana. Sin embargo, no fue hasta la era moderna, cuando la biología (más cercana a lo que conocemos ahora) dio comienzo. En concreto, Lavoisier, el descubridor del oxígeno, en 1780 ya midió el consumo de oxígeno en reposo y ejercicio. Así mismo, posteriormente se empezaron a estudiar los mecanismos de obtención de energía en muestras aisladas de músculo. 

En 1920, un interesante estudio ya estableció el coste energético y la contribución de cada sustrato a cada intensidad de ejercicio en humanos. Este avance, junto a la comprensión de la importancia de los hidratos de carbono en el ejercicio, fue acompañado también de la comprensión del metabolismo oxidativo (presencia de oxígeno) y no oxidativo (independencia del mismo). 

Así, a cargo de Hill y colaboradores, se establecieron las bases del metabolismo del ejercicio, llegando a definir los términos aeróbico y anaeróbico tal y como se han comprendido hasta ahora. En este sentido, se entendía que a partir de una intensidad del ejercicio en la que el oxígeno no podría suplir las demandas energéticas del músculo, el metabolismo se volvía anaeróbico. Este concepto se relacionó directamente con la acumulación de Lactato en sangre (en este artículo destierro este concepto erróneo).

Posteriormente, con el descubrimiento de nuevas técnicas de biología molecular y, sobre todo, con la técnica de biopsia y los isótopos estables, el metabolismo humano, tanto en reposo, como en ejercicio, se empezó a comprender de una forma más válida. 

Actualmente, gracias a estos avances y a las modernas técnicas, estamos más cerca que nunca de comprender la bioenergética humana tal y como es. Vamos a repasar el “estado del arte” actual.

El ATP: la moneda de intercambio

El Adenosin Trifosfato representa la molécula energética más importante del cuerpo humano y por ello, a menudo, se le denomina la moneda energética. Consiste en una base de adenina unida a un azúcar (ribosa) por medio de tres enlaces de alta energía (fosfatos). 

Cuando estos enlaces son descompuestos generan la energía necesaria. Este proceso sucede de forma reversible entre el ATP, el ADP (adenosin difosfato) y el Pi (fosfato inorgánico) mediante la enzima Creatinquinasa. Estos metabolitos que permiten la formación de ATP se consiguen mediante las distintas rutas metabólicas y sus respectivos procesos de degradación de los sustratos.

Molécula de ATP

La célula humana (a partir de ahora me centraré en el músculo esquelético) solo es capaz de obtener energía del ATP, por lo que cualquier sustrato deberá de ser reducido a esta forma para poder aportar energía. 

El ATP es necesario para cualquier proceso endógeno que necesite de energía química (endorgénico). En el ejercicio físico, concretamente, la contracción muscular es la prioridad. Para los procesos claves en dicha contracción, entre ellos la interacción entre actina y miosina, el secuestro del calcio en el retículo sarcoplasmático o el propio cambio en las bombas de Sodio y Potasio, el ATP es totalmente necesario. 

Sin embargo, los almacenes de ATP en el músculo son muy limitados, por lo que existe la necesidad de resintetizar ATP constantemente para satisfacer la demanda energética. Es curioso cómo el cuerpo humano está diseñado para mantener siempre un equilibrio constante de ATP. Y es que, aún teniendo en cuenta la rapidez de su utilización, el contenido neto de ATP en la célula sufre cambios muy pequeños. 

Por lo tanto, la prioridad y el último objetivo de las rutas metabólicas es la obtención de ATP, mediante los distintos metabolitos, para poder producir energía y movimiento en el cuerpo humano que se ejercita.

Las rutas metabólicas

Para obtener el ATP, sin embargo, los distintos sustratos deben de ser descompuestos hasta los metabolitos (productos) capaces de dar ATP. Esto sucede en las rutas metabólicas, que no son más que procesos catabólicos y anabólicos ordenados y regulados meticulosamente mediante múltiples reacciones químicas. Éstas, a su vez, están reguladas por las enzimas que, al mismo tiempo, se regulan mediante distintos factores como el sustrato, producto, pH, etc. 

Las rutas metabólicas se diferencian en función de sus sustratos, productos, capacidad, localización etc. Si bien en un principio (y a menudo así se comprende actualmente también) se empezó a entender su funcionamiento de manera aislada en función de los sustratos requeridos, actualmente conocemos que todas ellas funcionan de una forma dependiente, regulada y combinada. 

Rutas metabólicas del cuerpo humano

A este proceso le llamamos “continuum energeticum” y representa, precisamente, el uso combinado de las distintas rutas metabólicas en función, principalmente, de la duración e intensidad del ejercicio. 

En este sentido, sabemos que, en términos generales, la vía de los fosfágenos ofrece una energía inmediata muy elevada que, sin embargo, se agota en pocos segundos. Así mismo, la glucólisis ofrece una mayor capacidad y duración, aunque con un mayor requerimiento y, por lo tanto, una menor inmediatez. Por último, la vía oxidativa, aunque con una potencia mucho menor y una respuesta más lenta, ofrece una cantidad energética casi ilimitada. 

En definitiva, cada ruta metabólica ofrece un ratio de obtención de ATP diferente. Éste es dependiente de unos u otros factores que hacen que su regulación sea totalmente necesaria y que da respuesta a la siguiente pregunta. ¿Por qué una maratón no se puede completar esprintando? 

En este sentido, de forma clásica se han clasificado las rutas metabólicas atendiendo a la condición de presencia y ausencia de oxígeno. Así, la vía inmediata se ha conocido como anaeróbica aláctica, la vía intermedia como anaeróbica láctica o aeróbica láctica, en función de la intensidad y duración y, por último la vía aeróbica. 

Sin embargo, actualmente sabemos que las rutas metabólicas conocidas como “anaeróbicas” no trabajan en ausencia de oxígeno, sino de forma independiente al mismo. Por ello, estos términos clásicos no terminan de ser adecuados y conviene puntualizarlos. Teniendo esto en cuenta, es más adecuado nombrar a las rutas metabólicas de la siguiente manera, respectivamente: Vía de los fosfágenos, glucólisis y fosforilación oxidativa (puedes leer más a fondo este tema en mi blog personal).

Vía de los fosfágenos

Como ya he mencionado, se trata de una ruta metabólica inmediata de una elevada potencia energética. Sus características son las siguientes: 

  • Sus reacciones se producen, principalmente, en el citosol de la célula. 
  • La Creatinquinasa es la principal enzima que regula este proceso que consiste, exactamente en la obtención de Pi a través de la Fosfocreatina para generar, junto al ADP, el tan ansiado ATP. Esta enzima, que limita la reacción se regula siguiendo el patrón de feedback negativo con la concentración de ATP y ADP. 
  • El sustrato principal es la Fosfocreatina que, a su vez es resintetizada a través de la propia enzima CK mediante la creatina. Este proceso es dependiente de oxígeno.
  • Se trata de una ruta metabólica con una elevada potencia energética cercana a las 44 kcal/min. 
  • Su concentración en el músculo es hasta 6 veces superior al ATP (superior a los 20 mmol/kg de músculo seco), pero su consumo inmediato hace que su concentración baje de forma drástica durante el ejercicio. De hecho, se estima que en menos de 1 minuto de máxima intensidad de ejercicio, sin su resíntesis, su contenido puede vaciarse por completo. Por ello, su capacidad aproximada es baja (11 kcal/min) y se estima que su duración máxima puede ser en torno a los 15 segundos.

Teniendo todo esto en cuenta, en aquellos ejercicios de máxima intensidad y con una duración muy corta predominará la obtención de energía mediante la vía de los fosfágenos. Entre ellos podríamos encontrar, por ejemplo, un lanzamiento máximo, una carrera de 60-100m o incluso una alzada de un peso máximo.

Vía glucolítica

La vía glucolítica es la vía por excelencia en el ejercicio físico, debido a su rendimiento, potencia y capacidad. Es el proceso catabólico de la glucosa a sus principales productos, que son el Lactato y Piruvato, respectivamente. Sus características, dignas de ser analizadas, son las siguientes: 

  • La glucólisis sucede en el citosol y, aunque no requiere del oxígeno para llevar a cabo su proceso de descomposición de la glucosa, genera sus productos tanto bajo una adecuada disponibilidad de oxígeno, como bajo su ausencia. Es importante recalcar que, la presencia de oxígeno es importante en el destino de sus metabolitos (Lactato y Piruvato), pero no en su funcionamiento, per se. 
  • Está regulada por unas 10 reacciones que, a su vez, dependen de las distintas enzimas glucolíticas que van degradando la molécula inicial (glucosa) en distintos metabolitos que, a su vez, dan energía e hidrógenos que permiten reducir el NAD a NADH. 
  • Los principales sustratos de esta ruta metabólica son la glucosa y el glucógeno. Dependiendo de dicho sustrato, el rendimiento de la glucólisis es diferente, ofreciendo casi un 50% más de rendimiento cuando la glucosa viene del glucógeno endógeno. 
  • La potencia energética de esta ruta es alta, de hasta 22 kcal/min. 
  • Su capacidad es mayor a la de la vía de los fosfágenos (hasta 15 kcal/min) y esto determina que sus posibilidades en el tiempo son, también, muy superiores. En este sentido, su duración se ha documentado en torno a 40 segundos, con una máxima duración cercana a los 2 minutos.
  • La limitación asociada a esta ruta siempre ha sido la acumulación de Lactato en la célula y, por consiguiente, su salida a la sangre una vez superada su capacidad de aclaramiento. Cabe destacar que este aclaramiento es, precisamente, dependiente de la vía oxidativa (oxígeno) y, por lo tanto, en intensidades de ejercicio en las que éste escasea debido a la incapacidad de sistema ventilatorio, dicha tasa de aclaramiento disminuye considerablemente. 

Los ejercicios puramente glucolíticos son aquellos en los que la duración comprende entre los 30 segundos y los dos minutos (por ejemplo una carrera de 400m en pista). Sin embargo, cualquier ejercicio que se realice a una intensidad aproximada del 65-70% o superior será prioritariamente glucolítico (mediante oxidación mitocondrial), lo que hace entender su importancia. Entre estos, podemos encontrar desde una media maratón o maratón, hasta una contrarreloj en ciclismo o una competición de crossfit. 

Vía oxidativa

La vía oxidativa es dependiente de oxígeno y ofrece una capacidad de obtención de energía casi ilimitada. 

Se lleva a cabo en el complejo mitocondrial, tanto en la matriz de la misma (fosforilación oxidativa y cadena de transporte de electrones), como en el interior de la misma (ciclo de Crebs). En este punto se oxidan tanto los hidratos de carbono, provenientes de la glucólisis, como los ácidos grasos de la beta oxidación y los aminoácidos del catabolismo proteico. Este proceso se regula, principalmente, por la presencia de oxígeno y por la disponibilidad de metabolitos relacionados sus reacciones. 

La vía oxidativa, si bien ofrece una velocidad de obtención de energía lenta, muestra una potencia superior a la glucólisis (25 kcal/min) y una capacidad increíble (1200 kcal/min), lo que hace que su duración sea prácticamente ilimitada. Este elevado rendimiento, junto a la casi nula acumulación de productos de desecho que podrían generar fatiga, hace de esta ruta metabólica la más importante en eventos de larga duración. 

Así, la importancia cuantitativa de la vía oxidativa es determinante en cualquier ejercicio de mayor duración a los 40 segundos y adquiere un protagonismo especial a partir de los 2 minutos. 

En ejercicios de resistencia, desde los 400m hasta la maratón en atletismo, o el esquí de montaña, ciclismo, natación, triatlón, etc. serán prioritariamente oxidativos. 

Nueva nomenclatura para el metabolismo humano

Conclusiones

En resumen, conocer las rutas metabólicas prioritarias en cada contexto del ejercicio físico es determinante a la hora de trabajar y pautar las estrategias nutricionales y de entrenamiento de los deportistas. 

Si bien cada ruta tiene unas características determinadas en la obtención de energía y en su duración, todas ellas trabajan de forma combinada y dependiente entre sí. 

Adecuar la vías metabólicas a una terminología válida y basada en el metabolismo es fundamental para avanzar en su conocimiento y comprensión, así como para comprender los sustratos y productos principales y sus interacciones. 

En orden ascendente, en función de la intensidad y duración, las rutas metabólicas prioritarias son las siguientes: vía de los fosfágenos < glucólisis < vía oxidativa.

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Aitor Viribay
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