La fisiología del ejercicio examina cómo cambian las estructuras y funciones del cuerpo cuando se exponen a repeticiones agudas y crónicas de ejercicio. Comprender estos mecanismos fisiológicos es esencial para optimizar el rendimiento, prevenir lesiones y promover la salud general. Este artículo explora cómo funcionan los músculos a nivel celular, qué sistemas de energía impulsan la actividad física y cómo se adaptan los sistemas cardiorrespiratorios durante el ejercicio.
Mecanismos de contracción muscular: la base celular de la función muscular
La contracción muscular es un proceso complejo que implica la interacción de varios componentes celulares dentro de las fibras musculares. La unidad básica de la contracción muscular es el sarcómero, que está formado por filamentos de proteínas entrelazados: actina y miosina.
Estructura del músculo esquelético
- fibras musculares:Células largas y cilíndricas con múltiples núcleos y abundantes mitocondrias.
- Miofibrillas:Los haces de filamentos de proteínas en las fibras musculares, formados por unidades repetidas llamadas sarcómeros.
- Sarcómeros:Las unidades contráctiles básicas, definidas por las líneas Z, contienen filamentos delgados (actina) y más gruesos (miosina).
Teoría de la viga deslizante
La teoría de los filamentos deslizantes explica la contracción muscular a través del deslizamiento de la actina sobre los filamentos de miosina, lo que provoca la contracción del sarcómero.
- Estado de calma:La tropomiosina bloquea los sitios de unión de la miosina en los filamentos de actina, evitando la formación de enlaces cruzados.
- Relación excitación-contracción:
- Potencial de acción:Un impulso nervioso desencadena un potencial de acción en el sarcolema de una fibra muscular.
- Liberación de calcio:El potencial de acción se propaga a través de los túbulos T, estimulando el retículo sarcoplásmico para liberar iones de calcio.
- Formación de volumen cruzado:
- Unión del calcio:Los iones de calcio se unen a la troponina, lo que hace que la tropomiosina se mueva y exponga los sitios de unión de la miosina en la actina.
- Acceso:Las cabezas de miosina energizadas se unen a la actina y forman secciones transversales.
- Golpe de potencia:
- Lanzamiento de ADP y Pi:Las cabezas de miosina giran y tiran de los filamentos de actina hacia el centro del sarcómero.
- Contracción muscular:Esta acción hace que un músculo se contraiga.
- Desconectando la capacidad cruzada:
- Unión de ATP:Una nueva molécula de ATP se une a la cabeza de miosina, provocando que se separe de la actina.
- Reactivación:La hidrólisis de ATP recupera energía para las cabezas de miosina para el siguiente ciclo.
- Relajación:
- Recaptación de calcio:Los iones de calcio se bombean de nuevo al retículo sarcoplásmico.
- Bloqueo de ubicaciones de inicio de sesión:La tropomiosina cubre nuevamente los sitios de unión y el músculo se relaja.
El papel del ATP en la contracción muscular
- Suministro de energía:El ATP proporciona la energía necesaria para el ciclo de volumen cruzado.
- hidrólisis de ATP:La descomposición del ATP en ADP y Pi energiza las cabezas de miosina.
- Regeneración de ATP:Las fibras musculares regeneran ATP a través de vías metabólicas para mantener la contracción.
Sistemas energéticos: ATP-PCr, vías glucolíticas y oxidativas
Las contracciones musculares requieren un suministro constante de ATP.El cuerpo utiliza tres sistemas energéticos principales para regenerar ATP durante el ejercicio:
Sistema ATP-PCr (sistema de fosfágeno)
- Fuente de energía directa:Proporciona energía para acciones de alta intensidad y corta duración (por ejemplo, correr).
- Mecanismo:
- Fosfocreatina (PCr) dona un fosfato al ADP, formando ATP.
- Fermentar:La creatina quinasa facilita esta reacción rápida.
- Características:
- Anaeróbico:No requiere oxígeno.
- Capacidad:Limitado por las tiendas PCr, mantiene la actividad hasta por 10 segundos.
Sistema glucolítico (glucólisis anaeróbica)
- Fuente de energía a corto plazo:Alimenta actividades de intensidad moderada a alta con una duración de entre 10 segundos y 2 minutos.
- Mecanismo:
- Descomposición de la glucosa:La glucosa o glucógeno se convierte en piruvato.
- Rendimiento de ATP:Contenido neto de ATP – 2 moléculas de ATP por molécula de glucosa.
- Producto:
- Formación de lactosa:En condiciones anaeróbicas, el piruvato se convierte en lactosa.
- Acidosis:La acumulación de lactosa reduce el pH, lo que contribuye a la fatiga.
- Características:
- Anaeróbico:Funciona sin oxígeno.
- Velocidad:Más rápido en la producción de ATP que el sistema oxidativo, pero menos eficiente.
Sistema oxidativo (metabolismo aeróbico)
- Fuente de energía a largo plazo:Admite actividades que duran más de 2 minutos (por ejemplo, carreras de larga distancia).
- Mecanismo:
- Glucólisis aeróbica:El piruvato ingresa a las mitocondrias y se convierte en acetil-CoA.
- ciclo de Krebs:El acetil-CoA se oxida para producir NADH y FADH₂.
- Cadena de transporte de electrones:Los electrones se transfieren al oxígeno, generando ATP.
- Fuentes de combustible:
- Carbohidratos:Combustible principal durante el ejercicio de intensidad moderada a alta.
- Gordo:Combustible primario durante el ejercicio de baja intensidad y larga duración.
- Proteína:Pequeña contribución, principalmente durante el ejercicio prolongado.
- Características:
- Aerobio:Requiere oxígeno.
- Eficiencia: Produce hasta 36 ATP por molécula de glucosa.
- Capacidad:Aporte energético prácticamente ilimitado durante actividades prolongadas.
Respuestas cardiorrespiratorias y respiratorias al ejercicio
El ejercicio induce adaptaciones significativas en los sistemas cardiorrespiratorios para satisfacer mayores demandas metabólicas.
Respuestas cardiorrespiratorias
- Aumento de la frecuencia cardíaca (FC)
- Mecanismo:La estimulación del sistema nervioso simpático aumenta la frecuencia cardíaca para mejorar el gasto cardíaco.
- Impacto:La FC aumenta en proporción a la intensidad del ejercicio.
- Aumentar el volumen de disparo (SV)
- Definición:El volumen de sangre bombeada durante cada latido del corazón.
- Mecanismos:
- Para llenar:El aumento del retorno venoso estira las cámaras (mecanismo de Frank-Starling).
- Contractilidad:La estimulación simpática aumenta la contractilidad del cuerpo estriado.
- Aumento del gasto cardíaco (Q)
- Fórmula: Q = FC × VS.
- Adaptación:El gasto cardíaco puede aumentar hasta 5-6 veces el nivel de reposo durante el ejercicio intenso.
- Redistribución del flujo sanguíneo
- Vasodilatación:En los músculos activos, la arteriola se dilata, aumentando el flujo sanguíneo.
- Vasoconstricción:Los vasos sanguíneos en las regiones activas se estrechan y redistribuyen la sangre.
- Cambios en la presión arterial
- Presión sistólica:Aumenta debido al mayor gasto cardíaco.
- Presión diastólica:Poco a poco no destaca o disminuye ligeramente.
- Presión arterial media:Aumenta moderadamente, manteniendo la perfusión tisular.
Respuestas respiratorias
- Aumento de la ventilación
- Mecanismo:
- Volumen corriente:La cantidad de aire ingerido durante la respiración aumenta.
- frecuencia respiratoria:El número de respiraciones por minuto aumenta.
- Estímulos:
- Quimiorreceptores:Detecta niveles elevados de CO₂ y H⁺.
- Entrada neuronal:Señales de la corteza motora y propioceptores.
- Aumento de la utilización de oxígeno (VO₂)
- VO₂ máx.:Capacidad máxima de consumo de oxígeno.
- Adaptación:Mejora debido al aumento del gasto cardíaco y de la extracción de oxígeno muscular.
- Optimización del intercambio de gases
- Ventilación alveolar:Mejora para facilitar el intercambio de oxígeno y dióxido de carbono.
- Capacidad de difusión:Aumenta debido al aumento del volumen sanguíneo en los capilares pulmonares.
Adaptaciones cardiorrespiratorias integradas
- Diferencia arteriovenosa de oxígeno (diferencia a-vO₂):
- Definición:La diferencia en el contenido de oxígeno entre la sangre arterial y venosa.
- Adaptación:Aumenta durante el ejercicio a medida que los músculos extraen más oxígeno.
- Suministro de oxígeno:Las respuestas cardiorrespiratorias coordinadas garantizan un suministro de oxígeno adecuado para satisfacer las necesidades musculares.
Comprender la fisiología del ejercicio proporciona información sobre cómo el cuerpo responde y se adapta a la actividad física. La contracción muscular a nivel celular implica procesos complejos alimentados por ATP, que se regenera a través de vías energéticas separadas dependiendo de la intensidad y duración de la actividad. Los sistemas cardiorrespiratorios experimentan cambios significativos para soportar el aumento de las demandas metabólicas, lo que resalta la impresionante capacidad del cuerpo para mantener la homeostasis durante el ejercicio.
Campo de golf
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