FUENTES DE ENERGÍA PARA LA CONTRACCIÓN MUSCULAR

TRABAJO FINAL.

LICENCIATURA: FISIOTERAPIA.

FUENTES DE ENERGÍA PARA LA CONTRACCIÓN MUSCULAR.

La mayor parte de la energía necesaria para la contracción muscular se activa el mecanismo de cremallera mediante el cual los puentes cruzados tiran de los filamentos de actina, aunque son necesarias cantidades pequeñas para: 1) bombear iones de calcio desde el sarcoplasma hacia el interior del retículo sarcoplásmico después de que haya finalizado la contracción, y 2) para bombear iones sodio y potasio a través de la membrana de la fibra muscular para mantener un entorno iónico adecuado para la propagación de los potenciales de acción de la fibra muscular.

La contracción de ATP en la fibra muscular, de aproximadamente 4 milimolar, es suficiente para mantener la contracción completa sólo 1 a 2 como máximo. El ATP se escinde para formar ADP, que transfiere la energía de la molécula de ATP a la maquinaria contráctil de la fibra muscular. El ADP se vuelve a fosforilar para formar nuevo ATP en otra fracción de segundo, lo que permite que el músculo mantenga su contracción. Hay varias fuentes de energía para esta fosforilación.

La primera fuente de energía que se utiliza para reconstituir el ATP es la sustancia fosfocreatina, que contiene un enlace fosfato de alta energía similar a los enlaces de ATP. El enlace fosfato de alta energía de la fosfocreatina tiene una cantidad ligeramente mayor de energía libre que la de cada uno de los enlaces del ATP. Por tanto, la fosfocreatina se escinde inmediatamente y la energía que se libera produce el enlace de un nuevo ion fosfato al ADP para reconstituir el ATP. Sin embargo, la cantidad total de fosfocreatina en la fibra muscular también es pequeña, sólo aproximadamente cinco veces mayor que la de ATP. Por tanto, la energía combinada del ATP y de la fosfocreatina almacenado en el músculo es capaz de producir una contracción muscular máxima durante sólo 5 a 8 s.

La segunda fuente importante de energía, que se utiliza para reconstituir tanto el ATP  como la fosfocreatina, es la glucólisis del glucógeno que se ha almacenado previamente en las células musculares. La escisión enzimática rápido del glucógeno en ácido pirúvico y ácido láctico libera energía que se utiliza para convertir el ADP en ATP; después se puede utilizar directamente el ATP para aportar la energía a la contracción muscular adicional y también para reconstituir los almacenes de fosfocreatina. La importancia de este mecanismo de glucólisis, primero, las reacciones glucolíticas se pueden producir incluso sin ausencia de oxígeno, de modo que se puede mantener la contracción muscular durante muchos segundos y a veces hasta más de 1 min, aun cuando no se disponga de aporte de oxígeno desde la sangre. Segundo, la velocidad de formación de ATP por el proceso glucolítico es aproximadamente 2.5 veces más rápida que la formación de ATP en respuesta a la reacción de los nutrientes celulares con el oxígeno. Sin embargo, se acumulan tantos productos finales de la glucólisis en las células musculares que la glucólisis también pierde su capacidad de mantener una contracción muscular máxima después de aproximadamente 1 minuto.

La tercera y última fuente de energía es el metabolismo oxidativo, lo que supone combinar oxígeno con los productos finales de la glucólisis y con otros diversos nutrientes celulares para liberar ATP. Más del 95% de toda la energía que usan los músculos para la contracción sostenida a largo plazo procede del metabolismo oxidativo. Los nutrientes que se consumen son hidratos de carbono, grasas y proteínas. Para una actividad muscular máxima a muy largo plazo la mayor parte de la energía procede con mucho de las grasas, aunque durante períodos de 2 a 4 hrs. Hasta la mitad de la energía puede proceder de los hidratos de carbono almacenados.

SISTEMAS METABÓLICOS MUSCULARES EN EL EJERCICIO.

La reposición de ATP durante el ejercicio puede llegar  a realizarse a tasas que son varios cientos de veces superiores a lo que acontece en reposo sin que modifiquen las concentraciones intracelulares de ATP. Para que esto ocurra, debe obtener un equilibrio perfecto entre la hidrólisis del ATP y su resíntesis. La célula dispone de tres mecanismos para resintetizar el ATP, mecanismos que desde el punto de vista bioenergético son procesos exergónicos que liberan la energía necesaria para conseguir sintetizar ATP a partir de adenosín difosfato (ADP). Estos mecanismos son: 1)  la resíntesis de ATP a partir de la fosfocreatina (PCr), 2) mediante el proceso de la glucólisis anaeróbica con la transformación del glucógeno muscular en lactato, y 3) a partir de la fosforilación oxidativa.

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Metabolismo de los fosfágenos.

El ATP y la fosfocreatina pertenece al grupo de los denominados fosfágenos o fosfatos de alta energía, del cual forman parte también otros compuestos equivalentes desde un punto de vista energético, entre los que figura el GTP (guanosín trifosfato), el UTP (uridín trifosfato) y el ADP (adenosín difosfato), aunque es el ATP el más utilizado cuando hablamos del trabajo celular de nuestro organismo.

El metabolismo de los fosfágenos o de los fosfatos de alta energía proporciona la energía necesaria para la contracción muscular al inicio de la actividad y durante ejercicios explosivos, muy breves y de elevada intensidad.

Adenosín trifosfato (ADP).

Es la fuente de energía más rápida o inmediata. La célula muscular dispone de cierta cantidad de ATP que debe mantenerse constante para permitir la función muscular.

El proceso inmediato para la conversión de energía química en energía estática y/o dinámica está catalizado por la enzima ATPasa y acopla la idrólisis del ATP a la contracción muscular: La hidrólisis del ATP para convertirse en ADP es un proceso exegónico (que libera energía) gracias al cual se libera parte de la energía química contenida en el ATP. La hidrólisis del ATP puede acoplarse a cualquier proceso celular que precise energía, no es exclusivo de la contracción muscular.

Las reservas de ATP en la célula muscular son pequeñas. La energía liberada en la célula muscular por la hidrólisis del ATP varía con las condiciones de temperatura y pH, pero en condiciones de reposo de ha calculado que es de unos 70 kJ.mol-1, pudiendo descender durante el ejercicio intenso hasta 52,1 kL.mol-1 o 7,3 kcal.mol-1 en condiciones estándar que pueden llegar a ser 10 kcal.mol-1 o más en la célula. El músculo esquelético contiene únicamente 5 x 10-6 mol.g-1, de manera que si durante un ejercicio ponemos en marcha 20 kg de músculo, las reservas totales no superan 10-1 moles, lo que permite obtener una energía de 1 kcal. Esta reserva se agotará en teoría después de 0,5 segundos de un esfuerzo máximo.

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