Control del sistema del fosfágeno
Las reacciones del sistema del fosfágeno (a menudo representadas por las ecuaciones 3.1, 3.2 y 3.3) están en gran medida controladas por la ley o efecto de acción de masas (107). La ley de acción de masas establece que las concentraciones de reactivos o productos (o ambos) en solución dictan la dirección de las reacciones. En el caso de reacciones mediadas por enzimas, como las reacciones del sistema del fosfágeno, las concentraciones de los reactivos influyen mucho en la tasa de formación de productos. Esto se manifiesta en las ecuaciones 3.1, 3.2 y 3.3 con la flecha de doble dirección entre reactivos y productos. Por ejemplo, a medida que se hidroliza ATP para producir la energía necesaria para el ejercicio (ecuación 3.1), hay un incremento transitorio de las concentraciones de ADP (así como de Pi) en el sarcolema. Esto incrementa la tasa de reacciones de la creatincinasa y la adenilatocinasa (ecuaciones 3.2 y 3.3) para reponer ATP. El proceso continuará hasta que: (a) cese el ejercicio o (b) la intensidad sea lo bastante baja como para no agotar las reservas de CP y permitir a la glucólisis del sistema oxidativo convertirse en suministrador primario de ATP y refosforilar la creatina libre (ecuación 3.2) (37). En este punto, la concentración sarcoplasmática de ATP se mantendrá constante o aumentará, lo cual ralentizará o invertirá las direcciones de las reacciones de la creatincinasa y la adenilatocinasa. Como resultado, las ecuaciones 3.1, 3.2 y 3.3 a menudo se llaman reacciones en cuasi-equilibrio que siguen la dirección dictada por las concentraciones de los reactivos según la ley de acción de masas.
Glucólisis
La glucólisis es la descomposición de hidratos de carbono —sea glucógeno almacenado en el músculo o glucosa en la sangre circulante— para resintetizar ATP (22, 143). El proceso de glucólisis implica múltiples reacciones catalizadas enzimáticamente (figura 3.2). Como resultado, el ritmo de resíntesis de ATP durante la glucólisis no es tan rápido como con el sistema del fosfágeno, que requiere un solo paso; sin embargo, la capacidad de producir ATP es mucho mayor debido a un mayor aporte de glucógeno y glucosa, comparado con el CP. Al igual que con el sistema del fosfágeno, la glucólisis ocurre en el sarcoplasma.
Como se muestra en la figura 3.2, el piruvato, el resultado final de la glucólisis, tal vez siga una de dos posibles direcciones:
1.El piruvato se convierte en lactato en el sarcoplasma.
2.El piruvato se traslada a las mitocondrias.
Cuando el piruvato se convierte en lactato, la resíntesis de ATP ocurre a un ritmo más rápido mediante una acelerada regeneración de NAD+, pero es de duración limitada debido a la posterior producción de H+ y a la disminución resultante de pH del citosol. Este proceso a veces se llama glucólisis anaeróbica (o glucólisis rápida). Sin embargo, cuando el piruvato se traslada a las mitocondrias para el ciclo de Krebs, el ritmo de resíntesis de ATP se enlentece debido a las numerosas reacciones, aunque su duración será más larga si la intensidad del ejercicio es lo bastante baja.
FIGURA 3.2 Glucólisis. ADP = difosfato de adenosina; ATP = trifosfato de adenosina; NAD+, NADH = nicotinamida adenina dinucleótido.
Este proceso a menudo recibe el nombre de glucólisis aeróbica (o glucólisis lenta). Con intensidades de ejercicio mayores, los niveles de piruvato y NADH aumentan por encima de lo que puede hacerse cargo el piruvato deshidrogenasa y, por tanto, se convierten en lactato y NAD+. Por desgracia, como la glucólisis en sí no depende del oxígeno, es probable que los términos glucólisis anaeróbica y aeróbica (o rápida y lenta, respectivamente) no sean prácticos para describir los procesos. No obstante, el destino final del piruvato está en último término controlado por las exigencias de energía de la célula. Si la demanda de energía es alta y se tiene que transferir con rapidez, como durante el entrenamiento resistido, el piruvato se convierte sobre todo en lactato para seguir manteniendo la glucólisis anaeróbica. Si la demanda de energía no es tan alta y hay oxígeno en suficiente cantidad en las células, el piruvato se puede seguir oxidando en las mitocondrias.
Glucólisis y la formación de lactato
La formación de lactato a partir de piruvato se cataliza con la enzima lactato deshidrogenasa. A veces se afirma equivocadamente que el resultado final de esta reacción es la formación de ácido láctico. Sin embargo, debido al pH fisiológico (es decir, próximo a 7) y a los primeros pasos de la glucólisis que consumen protones (123), el lactato —en vez del ácido láctico— es el producto de la reacción de la lactato deshidrogenasa. Aunque el cansancio muscular experimentado durante el ejercicio guarde a menudo correlación con las elevadas concentraciones de lactato en el tejido, el lactato no es la causa del cansancio (22, 27, 123). La acumulación de protones (H+) durante el cansancio reduce el pH intracelular, inhibe las reacciones glucolíticas e interfiere directamente con la fase de acoplamiento entre excitación y contracción, posiblemente inhibiendo la formación de enlaces entre calcio y troponina (57, 113) o interfiriendo con el reciclado de puentes cruzados (51, 57, 78, 113, 144). Por lo demás, la reducción del pH inhibe el índice de recambio enzimático de los sistemas de energía celular (9, 78). En general, este proceso de disminución del pH inducido por el ejercicio recibe el nombre de acidosis metabólica (123) y tal vez sea responsable en gran parte de la fatiga periférica que sobreviene durante el ejercicio (42, 154). Más recientemente se ha cuestionado el papel de la acidosis metabólica en la fatiga periférica (128); se ha documentado que otros factores desempeñan un papel prominente en la fatiga periférica, como el aumento de la concentración de K+ intersticial y Pi que altera la liberación de Ca++ (118, 137). No obstante, los datos sugieren que otros mecanismos, como la hidrólisis de ATP (ecuación 3.1), son responsables de la mayor parte de la acumulación de H+ y que el lactato en sí en realidad reduce la acidosis metabólica en vez de acelerarla (27, 123). Consúltese el recuadro «¡El ácido láctico no es el causante de la acidosis metabólica!». De hecho, el lactato se usa a menudo como sustrato de energía, sobre todo en las fibras musculares tipo I y en las fibras del músculo cardíaco (10, 106, 160). También se emplea en la gluconeogénesis —la formación de glucosa a partir de fuentes ajenas a los hidratos de carbono— durante un ejercicio prolongado y su recuperación (19, 106).
Normalmente, la concentración de lactato en los músculos y en la sangre es baja. Los valores normales de concentración de lactato en sangre son de 0,5 a 2,2 mmol/L en reposo (67) y de 0,5 a 2,2 mmol por kilogramo de tejido muscular fresco (músculo que no se ha desecado) (67). La producción de lactato aumenta con la intensidad del ejercicio (67, 127) y parece depender del tipo de fibras musculares. Los investigadores han documentado que el índice máximo de producción de lactato en el caso de las fibras musculares tipo II es 0,5 mmol/g/s (46, 105), mientras que para las fibras musculares tipo 1 es 0,25 mmol/g/s (111). La elevada tasa de producción de lactato en las fibras musculares tipo II quizá refleje una mayor concentración o actividad de enzimas glucolíticas que en las fibras musculares tipo I (10, 120). Aunque no conocemos la máxima concentración posible de lactato, la fatiga es muy intensa con concentraciones en sangre de entre 20 y 25 mmol/L (105); sin embargo, en un estudio se obtuvieron concentraciones de lactato en sangre superiores a 30 mmol/L después de múltiples tandas de ejercicio dinámico (79). Junto con la intensidad del ejercicio y el tipo de fibras musculares, la duración del ejercicio (67), el estado de entrenamiento (66) y los niveles iniciales de glucógeno (67) también influyen en la acumulación de lactato.
Las concentraciones
