1

Fisologia do esforço e metabolismo energético

2

Fisiologia Comparativa (animais)• Tem como objetivo o entendimento de como funcionam os animais durante a atividade física e das caraterísticas que permitem um desempenho atlético notável em táxons especializados

•Pode utilizar métodos invasivos

• Focaliza modelos animais extremos para melhor estudar a fisiologiado esforço

Fisiologia Aplicada (Humanos)• Tem como objetivo entender o desempenho atlético humano e as maneiras de melhora-lo

•Pode utilizar estudos longitudinais extensos

•Protocolos complexos podem ser aplicados

3

•Quais os mecanismos de controle associados ao incremento da taxa metabólica durante a atividade física?

•Que fatores fisiológicos impõem um limite superior à taxametabólica?

•Que substratos energéticos são utilizados durante as diversas etapas de uma atividade aeróbia?

•Porque a taxa de metabolismo permanhece aumentada após da atividade física?

•Porque a atividade física cansa?

•Qual o papel do metabolismo do lactato na capacidade para desempenhar atividades de caráter aeróbio?

4

Potê

ncia

Duração

Velocidade (100 m, <10 seg)

Ultramaratona(1’000.000 m, > 5 dias)

QuickTimeGIF decompre

are needed to see this

QuickTime™ and aGIF decompressor

are needed to see this picture.

•A taxa metabólica aumenta até 25 vezes•O consumo de oxigênio do músculoesquelético (utilizado) aumenta até 200 vezes

5

Tempo

Gas

tode

ener

gia

Fim da atividadeInicio da atividade

6

Captaçãode gases

Sensor O2 BombaFiltros

16.35

30% 100% VO2max

A medição do VO2

7

Tempo

Con

sum

ode

O2

Fim da atividadeInicio da atividade

“Déficit” de oxigênio

“Débito” de oxigênio

8

ATP

Fosfocreatina

GlicolisisPiruvato

Lactato

Mioglobina

H2OCO2

Mitocôndria(Ciclo de Krebs e

fosforilação oxidativa)

Glicogênio

Lipídeos(estoque intracelular)

Lipídeos(do tecido adiposo, livres o

ligados a albúmina)

O2 (liberado pelas

hemâceas)Glucose

9

Tempo

Con

sum

ode

O2

Fim da atividadeInicio da atividade

•Re-síntese de ATP•Re-síntese de fosfocreatina •Conversão de lactato em glucose

•Gliconeogênese•Reposição dos estoques de mioglobina

•Elevação da taxa de batimento cardíaco•Aumento da temperatura corpórea•Efeitos de hormônios (adrenalina,tiroxina etc.)

10

Duração / intensidade da atividade

Con

sum

ode

O2

VO2 max

VO2 rep

EscopoMetabólico

Produçãode

lactato

Na atividade, o ciclo de Krebs e a glicolise acontecem simultanamente, embora mude, com a intensidade e duração da atividade, a importância relativa de cada via

11

Intensidade da atividade

VO2 max

AAM (atividae aeróbia máxima)

Con

sum

ode

O2

12

Intensidade da atividade

VO2 max

AAM

Zona de mudançano tipo dominante

de fadiga

Fadiga “a” Fadiga “s”

Con

sum

ode

O2

13

Possíveis fontes de fadiga no esforço máximo

• Limitações na liberação deCa++ do RS por alterações nos canais iônicos ou perda da capacidade dos tubos T para transmitir potenciais de ação.

• Diminuição da concentração de fosfatos de alta energia incluindo PCr

• Aumento da concentraçãode H+ , Pi, ou H2PO4

-1

• Complicações neuromotoras

14

•Depleção das reservas energéticas?

•Acúmulo de metabolitos?

•Limites no transporte de oxigênio?

Limites ao esforço aeróbio

Propriedades dos substratos energéticos

15

A disponibilidade de substratos energéticos não limita uma atividade intensa e curta

•PCr (5-6 seg)

•Glicolise significativa (10 seg)

•Fosforilação oxidativa evidente (após de 45 seg)

… porém, pode ser um fator limitante na atividade sustentada

16

Substratos energéticos: Implicações na fisologia da atividade aeróbia

17

100

80

60

40

20

0%da

orig

em d

a en

ergi

a ut

ilizad

aTriglicerídeos musculares

Glucose circulante

AG via plasma

Gligogênio muscular

Duração da atividade

(Modificado de Coyle, 1995)

Considerações sobre o tamanho das reservas

18

Potê

ncia

máx

ima

Intensidade relativa da atividade

100

80

60

40

20

0

Hidrólise de PCr

Fermentação de glicogênio

Oxidação de glicogênio

Oxidação de AG

Considerações sobre a potência sustantável

19

Considerações sobre a disponibilidade

Triglicerídeos

Transportados como VLDL ou HDL ou junto com albúminaA entrada expressiva na célula requer transportadoresGradiente de concentração fraco (AG livres são pouco concentrados)A difusão no citoplasma deve ser facilitada

Os triglicerídeos não cheguam ás mitocóndras em condições saturantes

Glucose

Muito solúvel em águaPrecisa ser transportada através da membranaOcorre em níveis saturantes em relação aos transportadores de membrana

A disponibilidade per se parece não ser uma fator limitante para a produçãode ATP

20

Duração da atividade

Con

sum

ode

O2

moderada extrema

21

Considerações sobre o valor energético total e por litro de oxigênio

Valor calórico total: AG >>> CHO (Kg vs. g)

Valor calórico por grama: AG >> CHO (9.4 vs. 4.2 Cal/g)

Valor calórico por molde oxigênio: CHO > AG (5.1 vs. 4.7 Cal/L)

22

Con

triui

ção

àde

man

dade

ATP

(por

exe

mpl

oµm

oll/K

g/m

in)

Porcentagem do VO2 max

AG

GLU

(Modificado de Brooks, 1998)

23

PCr Glicose (glicólise) Oxidação

% d

ous

ono

mús

culo

esq

uelé

tico

100

Tempo em minutos

0 1

24

ATP PCr Glicose (glicólise)

Glicose (oxidação)

Lipídeos (oxidação)

% d

ous

ono

mús

culo

esq

uelé

tico

100

Tempo em minutos

0 5 15

25

Tamanho das reservas decarboidratos

Fadigamuscular na

atividade aeróbia

Taxa relativa deuso das

reservas de CI e AG

Control hormonal

Retroalimentação?

Balanço (nor)adrenalina, glucagon,insulina, Ciclo de triglicéridos?

Dietadetermina

De que depende a duração das reservas de carboidratos?

depende de Intensidadeda atividade

Preparaçãofísica

Herança

Últimas refeições

Distribuição da atividade

Duração daatividade

26

Intensidade da atividade (% VO2max)Con

cent

raçã

ode

lact

ato

(mM

ol/l)

10

5

15

30 40 50 60 70 80 90 100

O metabolismo do lactato parece ter um papelfundamental nas atividaes sustentadas

27

VO2 max 2

MEA

Intensidade da atividade

Con

sum

ode

O2

VO2 max 1

MEA

O VO2 máximo prediz o desempenho aereobio de um atleta?

28

Intensidade da atividade

VO2 max

Con

sum

ode

O2

eMEA MEA

29

Morfo/fisiologia

Mecanismos de controle metabólico

Condições ambientais

Têcnica (cinemática)

Equipamento

Composição de fibras (ST são mais eficiêntes)

Eficiência das ATP'ases musculares

Tamanho corporal

Forma do corpo

Caraterísticas elásticas de músculos e tendões

Ciclos regulatórios na generação e uso da energía bioqúimica

Coeficientes de fricção e viscosidade

Aero (hidro) dinâmica

Molecular

Músculo

Eficiência da transformação da

energia bioquímica em trabalho

Alocação de energía bioquímica na

contração muscular

Transformação de energia bioquímica em

contração muscular

Transformação da contração muscular em movimento alvo

30

• Porque o consumo de O2 não continua aumentando indefinidamente com a atividade física? O que limita o VO2max?

• Porque existe variação no VO2max entre espécies ou indivíduos?

31

VO2m

ax(m

l/min

/kg)

150

100

50

650

700

O VO2max varía entre espécies muito mais do que entre atletas humanos

32

Porque o VO2max é maior em animais ehumanos atletas?

33

• Aumento da capacidade para armazenar lipídeos e carboidratos

• Aumento da capilarização

• Incremento do número e tamanho das mitocôndrias e a concentração de enzimas mitocondriais

• Aumento da capacidade de certos órgãos (p. ex. coração) para utilizar lactato como substrato energético

• Aumento da eficiência das ATPases das fibras musculares (actomiosina-ATPase, Ca2+ -ATPase e Na+/K+ ATPase)

• Aumento da capacidade para o transporte de O2 e lipídeos no sangue via SCV

34

Quais os limites ao VO2max de uma espécie ou indivíduo?

35

Tecido adiposo

Glicerol

FígadoIntestino delgado

SCV

Trocas gasosas

Fluxo sangüíneo

Glucose Lactato

H2OCO2

Ácidos graxos

?36

•Taxa de assimilação de alimentosTaxa de absorção de glucose intestinal

•Taxa de transporte de O2 até as mitocôndriasTaxa de transporte de substratos energéticos atéas mitocôndrias:

Taxa de difusão de ácidos graxosTaxa de liberação de glucose pelo fígado

•Taxa de oxidação de substratos energéticos nas mitocôndrias

•Taxa de contração - relaxamento das fibras musculares (depende de ATPases vinculadas aos processos de contração)

Possíveis limites ao VO2max

37

Algumas conclusões 1

• Existem vários fatores que podem impor limites no VO2max, sendo que o fluxo de oxigênio, o fluxo desubstratos e a taxa máxima de oxidação têm recebidoparticular atenção.

• Estes fatores parecem altamente integrados, demaneira que é difícil, nas sitauções mais típicas,identificar parâmetros isolados que limitem o VO2max de um indivíduo.

38

Algumas conclusões 2

• O desempenho de um atleta aeróbio é influenciado pela eficiência de transformação de energia bioquímicano movimento alvo.

• Certos aspectos desta eficiência é infuenciável pelo treino, melhora da técnica ou avanços tecnológicos.

• Outros fatores são hereditários, incluindo tamanho e forma corporal, distribuição e tipos de fibras musculares e eficiência das ATPases musculares.

39