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Fisiologia do exercício físico

A fisiologia do exercício examina como as estruturas e funções do corpo mudam quando expostas a repetições agudas e crônicas de exercícios. Entender esses mecanismos fisiológicos é essencial para otimizar o desempenho, prevenir lesões e promover a saúde geral. Este artigo explora como os músculos funcionam no nível celular, quais sistemas de energia alimentam a atividade física e como os sistemas cardiorrespiratórios se adaptam durante o exercício.

Mecanismos de contração muscular: a base celular da função muscular

A contração muscular é um processo complexo que envolve a interação de vários componentes celulares dentro das fibras musculares. A unidade básica da contração muscular é o sarcômero, que é composto de filamentos de proteínas interligados – actina e miosina.

Estrutura do músculo esquelético

  • Fibras musculares: Células longas e cilíndricas com múltiplos núcleos e mitocôndrias abundantes.
  • Miofibrilas: Os feixes de filamentos de proteína nas fibras musculares, compostos de unidades repetidas chamadas sarcômeros.
  • Sarcômeros:As unidades contráteis básicas, definidas pelas linhas Z, contêm filamentos finos (actina) e mais grossos (miosina).

Teoria da viga deslizante

A teoria do filamento deslizante explica a contração muscular através do deslizamento da actina nos filamentos de miosina, causando a contração do sarcômero.

  • Estado de calma: A tropomiosina bloqueia os locais de ligação da miosina nos filamentos de actina, impedindo a formação de ligações cruzadas.
  • Relação excitação-contração:
    • Potencial de ação:Um impulso nervoso desencadeia um potencial de ação no sarcolema de uma fibra muscular.
    • Liberação de cálcio: O potencial de ação se propaga através dos túbulos T, estimulando o retículo sarcoplasmático a liberar íons de cálcio.
  • Formação de volume cruzado:
    • Ligação de cálcio: Os íons de cálcio se ligam à troponina, fazendo com que a tropomiosina se mova e expondo os locais de ligação da miosina na actina.
    • Conecte-se: Cabeças de miosina energizadas se ligam à actina, formando secções transversais.
  • Golpe de força:
    • Lançamento de ADP e Pi: As cabeças de miosina giram, puxando os filamentos de actina em direção ao centro do sarcômero.
    • Contração muscular: Essa ação faz com que um músculo se contraia.
  • Desconectando a capacidade cruzada:
    • Ligação de ATP:Uma nova molécula de ATP se liga à cabeça da miosina, fazendo com que ela se separe da actina.
    • Reativação: A hidrólise do ATP recupera energia para as cabeças de miosina para o próximo ciclo.
  • Relaxamento:
    • Recaptação de cálcio:Os íons de cálcio são bombeados de volta para o retículo sarcoplasmático.
    • Bloqueando locais de login:A tropomiosina cobre os locais de ligação novamente e o músculo relaxa.

O papel do ATP na contração muscular

  • Fornecimento de energia: O ATP fornece a energia necessária para o ciclo de volume cruzado.
  • Hidrólise de ATP:A quebra do ATP em ADP e Pi energiza as cabeças de miosina.
  • Regeneração de ATP:As fibras musculares regeneram ATP por meio de vias metabólicas para sustentar a contração.

Sistemas energéticos: ATP-PCr, vias glicolíticas e oxidativas

As contrações musculares exigem um suprimento constante de ATP.O corpo usa três sistemas principais de energia para regenerar ATP durante o exercício:

Sistema ATP-PCr (sistema fosfagênio)

  • Fonte de energia direta: Fornece energia para ações de alta intensidade e curta duração (por exemplo, corrida rápida).
  • Mecanismo:
    • Fosfocreatina (PCr) doa um fosfato ao ADP, formando ATP.
    • Fermentar:A creatina quinase facilita essa reação rápida.
  • Características:
    • Anaeróbico: Não é necessário oxigênio.
    • Capacidade: Limitado pelas lojas de PCr, mantém a atividade por até 10 segundos.

Sistema glicolítico (glicólise anaeróbica)

  • Fonte de energia de curto prazo: Alimenta atividades de intensidade moderada a alta com duração de 10 segundos a 2 minutos.
  • Mecanismo:
    • Quebra de glicose: Glicose ou glicogênio é convertido em piruvato.
    • Rendimento de ATP: Conteúdo líquido de ATP – 2 moléculas de ATP por molécula de glicose.
  • Produto:
    • Formação de lactose:Em condições anaeróbicas, o piruvato é convertido em lactose.
    • Acidose: O acúmulo de lactose diminui o pH, contribuindo para a fadiga.
  • Características:
    • Anaeróbico: Funciona sem oxigênio.
    • Velocidade: Mais rápido na produção de ATP do que o sistema oxidativo, mas menos eficiente.

Sistema oxidativo (metabolismo aeróbico)

  • Fonte de energia de longo prazo: Suporta atividades com duração superior a 2 minutos (por exemplo, corrida de longa distância).
  • Mecanismo:
    • Glicólise aeróbica: O piruvato entra na mitocôndria e é convertido em acetil-CoA.
    • ciclo de Krebs:O acetil-CoA é oxidado para produzir NADH e FADH₂.
    • Cadeia de transporte de elétrons: Os elétrons são transferidos para o oxigênio, gerando ATP.
  • Fontes de combustível:
    • Carboidratos: Combustível primário durante exercícios de intensidade moderada a alta.
    • Gordo: Combustível primário durante exercícios de baixa intensidade e longa duração.
    • Proteína: Pequena contribuição, principalmente durante exercícios longos.
  • Características:
    • Aeróbico: Requer oxigênio.
    • Eficiência: Produz até 36 ATP por molécula de glicose.
    • Capacidade: Fornecimento de energia praticamente ilimitado durante atividades longas.

Respostas cardiorrespiratórias e respiratórias ao exercício

O exercício induz adaptações significativas nos sistemas cardiorrespiratórios para atender às crescentes demandas metabólicas.

Respostas cardiorrespiratórias

  • Aumento da frequência cardíaca (FC)
    • Mecanismo: A estimulação do sistema nervoso simpático aumenta a FC para melhorar o débito cardíaco.
    • Impacto: A FC aumenta em proporção à intensidade do exercício.
  • Aumentando o volume do tiro (SV)
    • Definição: O volume de sangue bombeado durante cada batimento cardíaco.
    • Mecanismos:
      • Para ser preenchido: O aumento do retorno venoso distende as câmaras (mecanismo de Frank-Starling).
      • Contratilidade: A estimulação simpática aumenta a contratilidade do estriado.
  • Aumento do débito cardíaco (Q)
    • Fórmula: Q = FC × VS.
    • Adaptação:O débito cardíaco pode aumentar até 5 a 6 vezes o nível de repouso durante exercícios intensos.
  • Redistribuição do fluxo sanguíneo
    • Vasodilatação: Nos músculos ativos, a arteríola se dilata, aumentando o fluxo sanguíneo.
    • Vasoconstrição: Os vasos sanguíneos em regiões ativas se estreitam, redistribuindo o sangue.
  • Alterações na pressão arterial
    • Pressão sistólica: Aumenta devido ao maior débito cardíaco.
    • Pressão diastólica: Não se destaca gradualmente ou diminui ligeiramente.
    • Pressão arterial média: Aumenta moderadamente, mantendo a perfusão do tecido.

Respostas respiratórias

  • Aumento da ventilação
    • Mecanismo:
      • Volume corrente:A quantidade de ar inalado durante a respiração aumenta.
      • Frequência respiratória: O número de respirações por minuto aumenta.
    • Estímulos:
      • Quimiorreceptores: Detecta níveis aumentados de CO₂ e H⁺.
      • Entrada neural: Sinais do córtex motor e proprioceptores.
  • Aumento da utilização de oxigênio (VO₂)
    • VO₂ máx.: Capacidade máxima de consumo de oxigênio.
    • Adaptação: Melhora devido ao aumento do débito cardíaco e da extração de oxigênio muscular.
  • Otimização da troca gasosa
    • Ventilação alveolar: Melhora para facilitar a troca de oxigênio e dióxido de carbono.
    • Capacidade de difusão: Aumenta devido ao aumento do volume sanguíneo nos capilares pulmonares.

Adaptações cardiorrespiratórias integradas

  • Diferença arteriovenosa de oxigênio (diferença a-vO₂):
    • Definição: A diferença no conteúdo de oxigênio entre o sangue arterial e venoso.
    • Adaptação: Aumenta durante o exercício, pois os músculos extraem mais oxigênio.
  • Fornecimento de oxigênio: Respostas cardiorrespiratórias coordenadas garantem o fornecimento adequado de oxigênio para atender às necessidades musculares.

Entender a fisiologia do exercício fornece insights sobre como o corpo responde e se adapta à atividade física. A contração muscular no nível celular envolve processos complexos alimentados pelo ATP, que é regenerado por meio de vias energéticas separadas, dependendo da intensidade e duração da atividade. Os sistemas cardiorrespiratórios passam por mudanças significativas para suportar o aumento das demandas metabólicas, destacando a impressionante capacidade do corpo de manter a homeostase durante o exercício.

Ligações

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