Quais são os principais substratos energéticos usados na contração muscular?

Respostas metabólicas e integração do metabolismo no exercício físico

A utilização da fosfocreatina tem início assim que se inicia a contração muscular, tamponando o ADP acumulado em virtude da taxa de hidrólise aumentada do ATP. Esse aumento rápido dos níveis de ADP parece ser o estímulo inicial para o aumento da hidrólise da fosfocreatina via reação da creatina quinase. Estudos demonstram que a hidrólise da fosfocreatina é a principal fonte de regeneração de ATP nos primeiros 10 a 15 segundos de exercício de alta intensidade. Entretanto, é importante ressaltar que a glicólise anaeróbica também contribui de forma importante para a geração de energia nesse tipo de exercício, mesmo nos segundos iniciais, apesar de sua contribuição aumentar de forma crescente à medida que a contribuição da fosfocreatina declina. Devido à maior capacidade do sistema fosfagênico de produção de ATP por unidade de tempo (~9 mmol/kg dm-1.s-1) quando comparado ao sistema glicolítico (~4,5 mmol/kg dm-1.s-1), compreende-se a razão por que corredores de curta distância (100 ou 200 m) apresentam maior velocidade nos primeiros segundos da corrida, a qual decai progressivamente até o final da prova.
O músculo esquelético obtém sua demanda metabólica tanto a partir do metabolismo oxidativo quando do anaeróbico. A escolha do combustível depende principalmente da disponibilidade de substrato e oxigênio, mas também da demanda de formação de ATP, que se relaciona com a intensidade do exercício e, conseqüentemente, com o tipo de fibra muscular que é predominantemente recrutada. As fibras musculares do tipo I (oxidativas de contração lenta), recrutadas em exercícios de intensidade mais baixa, possuem alta capacidade oxidativa, apresentando maior capilarização, densidade mitocondrial, conteúdo de mioglobina e atividade de enzimas oxidativas, sendo, dessa forma, mais aptas a utilizar lipídios e carboidratos de forma aeróbica. Em contrapartida, as fibras tipo II (glicolíticas, de contração rápida), que se dividem em IIa e IIb, são mais aptas ao metabolismo anaeróbico, gerando ATP principalmente via fosfocreatina e glicólise anaeróbica.
Dessa forma, observa-se um fenômeno de troca do substrato predominantemente utilizado, à medida que a intensidade do esforço se eleva. Em esforços leves a moderados, os ácidos graxos são substratos preferenciais, enquanto que, em intensidades mais altas, acima de ~65% do VO2 máx, fontes de carboidratos (glicogênio e glicose sangüínea) tornam-se os substratos principais para geração de ATP. A razão para essa troca de substrato predominante parece ser o recrutamento das fibras de contração rápida e o aumento dos níveis de adrenalina. Níveis elevados desse hormônio aumentam a degradação do glicogênio muscular, ao estimular a glicogênio fosforilase, e aumentam a atividade da via glicolítica.
A estimativa da contribuição dos carboidratos e lipídios no metabolismo energético durante o exercício pode ser obtida pela relação entre o débito de dióxido de carbono (VCO2) e o volume de O2 (VO2), que é denominada razão de troca respiratória (ou quociente respiratório – QR). Tal método se baseia no fato de lipídios e carboidratos diferirem quanto à quantidade de O2 utilizado e de CO2 produzido durante a oxidação. Nesse método, exclui-se a pequena participação dos aminoácidos para geração de ATP. Dessa forma, os valores de QR vão de 0,70, em que 100% do substrato utilizado seriam os lipídios, a 1,00, em que 100% do substrato seriam carboidratos. Um valor de QR de 0,85 representa a condição na qual lipídios e carboidratos contribuem igualmente como substratos energéticos.

Sobre Lucas Guimarães Ferreira

Professor do Centro de Educação Física e Desportos da Universidade Federal do Espírito Santo

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O termo bioenergética refere-se às fontes de energia para a atividade muscular. O termo energia é simplesmente definido como a habilidade de fazer trabalho. A fonte de energia do organismo humano provém dos nutrientes encontrados em nossa alimentação.

A energia adquirida através dos alimentos, precisa ser transformada em um composto chamado trifosfato de adenosina (ATP)  antes que possa ser aproveitada pelo organismo para a ação muscular (WILLIAMS, 1995).

O Corpo processa três tipos diferentes de sistema para a produção de energia.

Os sistemas se diferem consideravelmente em complexidade, regulação, capacidade, força e tipos de exercícios para cada um dos sistemas de energia predominantes. Cada um é utilizado de acordo com a intensidade e duração dos exercícios. Eles são classificados em: ATP- CP , Sistema Glicolítico (Lático e Alático) e o Oxidativo (Aeróbico).

ATP-CP

Podendo se assumir que o sistema ATP-CP supriria a energia de no máximo 15-20 segundos para os exercícios de curta duração como sprints, lançamentos, chutes,etc… e de maior duração 30-45 segundos, como corridas de 100 e 200 m., provas de natação de 50 m. , saltos de grande amplitude e levantamento de peso. Este sistema tem predominantemente o uso de carboidratos, gorduras e proteínas.

GLICOLÍTICO (Lático e Alático)

O sistema ácido lático também proporciona uma fonte rápida de energia, a glicose. Ele é a primeira fonte para sustentar exercícios de alta intensidade . O principal fator limitante na capacidade do sistema não é a depleção de energia mas o acúmulo de lactato no sangue. A maior capacidade de resistência ao ácido lático de um indivíduo é determinado pela habilidade de tolerar esse ácido.

Este sistema proporciona energia para atividades físicas que resultem em fadiga de 45 -90 segundos. Tendo como exemplo atividades tipo: corridas de 400-800 m. , provas de natação de 100-200 m., também proporcionando energia para piques de alta intensidade no futebol, róquei no gelo, basquetebol, voleibol, tênis, badmington e outros esportes. O denominador comum dessas atividades é a sustentação de esforço de alta intensidade com duração de 1-2 minutos. A principal fonte de energia desse sistema é o carboidrato (McARDLE et alii, 1992 ) .

AERÓBICO

O sistema aeróbico é um complexo de vários componentes diferentes. Por causa de sua habilidade de utilizar carboidratos, gorduras e proteínas como fonte de energia e porque produz somente o CO2 e água como produto final , esse sistema tem capacidade ilimitada de produzir ATP. Sua complexidade e necessidade por constante suprimento de O² é que limita a produção de ATP .

Esse sistema fornece energia para exercícios de intensidade baixa para moderada. Fornece energia para atividades como dormir, descançar, sentar,andar e outros. Quando a atividade vai se tornando um pouco mais intensa a produção de ATP fica por parte do sisrtema ácido lático e ATP-CP . Atividades mais intensas como caminhada, ciclismo,fazer compras e trabalho em escritório também são supridas em parte pelo sistema aeróbico, até que a intensidade atinja o nível moderado-alto (acima de 75%-85% da Freqüência Cardíaca Máxima), depois é recrutado para suprir energia suplementar.

Os melhores exemplos de exercícios que recrutam o sistema aeróbico são: aulas de aeróbica e hidroginástica de 40-60 min., corridas mais longas que 5000 m., natação ( mais que 1500 m.) , ciclismo (mais que 10 km.), caminhada e triathlon. Qualquer atividade sustentada continuamente em um mínimo de 5 min. pode ser considerada aeróbica.

LIBERAÇÃO DE ENERGIA PELO ALIMENTOS

Carboidrato: Sua função primária é fornecer energia para o trabalho celular , segundo McARDLE et alii (1983) . Ele é o único nutriente cuja energia armazenada pode ser usada para gerar ATP anaerobicamente,ou melhor ,são utilizadas nos exercícios vigorosos que requerem a liberação de energia rápida (anaeróbicos).

Neste caso o glicogênio acumulado e a glicose sanguínea terão que fornecer maior parte de energia para a ressíntese de ATP. Em exercícios leves e moderados , os carboidratos atendem cerca de metade das necessidades energéticas do organismo. E são também necessários alguns carboidratos para que se processe nutrientes das gorduras e então sejam transformados em energia para os exercícios de longa duração ( aeróbicos). 1 MOL de carboidrato é capaz de produzir : 38 ATP

Gordura: A gordura armazenada representa a fonte mais abundante de energia potencial. Essa fonte comparada aos outros nutrientes é quase ilimitada. Existe alguma gordura armazenada em todas as células , porém , seu maior fornecedor são os adipócitos – células gordurosas especializadas para a síntese e armazenamento de triglicerídeos – elas compreendem cerca de 90% das células.

Depois que os ácidos graxos se difundem para dentro da circulação, eles são entregues aos tecidos ativos onde são removidos do tecido adiposo e assim são transferidos para os músculos (particularmente as fibras de contração lenta) onde a gordura é desintegrada e transformada em energia, dentro das mitocôndrias ,para poderem ser utilizadas como combustível. Dependendo do estado de nutrição, treinamento do indivíduo e duração da atividade física, de 30% `a 80% da energia para o trabalho biológico derivam das moléculas adiposas intra e extracelulares (McARDLE et alii , 1988) . 1 MOL de gordura é capaz de produzir : 142 ATP

Proteínas: A proteína pode desempenhar um papel importante como substrato energético durante o exercício constante e treinamento pesado. Mas não é capaz de proporcionar mais que 10% à 15% da energia exigida na atividade , como o carboidrato e gordura . Para proporcionar energia, as proteínas são primeiro transformadas em aminoácidos de forma que possam penetrar prontamente nas vias para a liberação de energia através da remoção de nitrogênio dos ácidos graxos e assim serem transferidos para outros compostos. Dessa maneira, certos aminoácidos podem ser usados diretamente no músculo para obtenção de energia ( McARDLE et alii , 1992) . 1 MOL de proteína é capaz de produzir : 15 ATP

O QUE É UTILIZADO PRIMEIRO:  A GORDURA OU O CARBOIDRATO ?

Segundo AFAA (1992) , Esse tem sido um assunto de grande preocupação entre os estudiosos. Sob condições de repouso, os ácidos graxos livres estão disponíveis e proporcionam a primeira fonte de combustível, ou seja , o metabolismo de gordura se acelera enquanto o de carboidrato é inibido.

Durante exercícios de intensidade moderada (com mais de 85 % da Freqüência Cardíaca Máxima), súbitas mudanças são observadas no nível de excreção de certos hormônios. A excreção de adrenalina , por exemplo, se eleva ao mesmo tempo que é reduzido a excreção da insulina no organismo.

Esses hormônios influenciam diretamente na taxa de utilização de gordura e carboidrato pelos músculos , de tal maneira que o metabolismo dessa gordura tenha predominância e tenda a se elevar com o trabalho prolongado. Ao se elevar a intensidade do exercício ( mais que 85% da F.C.M.), ocorrem mudanças estimulam a inibição da utilização da gordura pelo organismo. O maior inibidor da gordura chama-se Ácido lático. Como resultado, o metabolismo da gordura é reduzido e o carboidrato se torna a fonte mais solicitada de energia sendo utilizada pelos sistemas ácido lático e aeróbico.

ASPECTOS DA PRODUÇÃO ENERGÉTICA – SEGUNDO Dr. JOSÉ MARIA SANTARÉM

Quando uma pessoa realiza uma atividade considerada suave por ela, ou porque a atividade necessita de pouca energia ou porque a pessoa está bem condicionada, apenas algumas fibras musculares são utilizadas.

Nesse caso a produção de energia ocorrerá pela via aeróbia, porque o oxigênio que chega pelo sangue é suficiente, e alcança todas as fibras musculares ativas. Essas atividades são chamadas aeróbias e utilizam como substratos energéticos predominantes o glicogênio muscular e os ácidos graxos livres provenientes do tecido adiposo. Atividades mais intensas utilizam maior número de fibras musculares. 

Quando aproximadamente 30% das fibras musculares disponíveis são recrutadas, está-se em um nível de gasto energético de transição, chamado limiar anaeróbio. Acima desse nível de contração muscular começa a ocorrer oclusão parcial da circulação sanguínea, impedindo a adequada perfusão de todas as fibras musculares e assim precipitando o metabolismo anaeróbio.

Nas fases iniciais de qualquer exercício a produção de energia é anaeróbia, mesmo que a intensidade não seja alta, porque os mecanismos de captação, transporte e utilização do oxigênio levam algum tempo para aumentar a eficiência. Nas fases iniciais do metabolismo anaeróbio o substrato energético predominante é a fosfocreatina, que não forma ácido lático, e portanto, a via metabólica é denominada anaeróbica aláctica.

Nas atividades mais intensas, após alguns segundos de anaerobiose aláctica, a produção energética passa a depender mais do glicogênio, que decomposto parcialmente leva à produção do lactato. Sempre que ocorre aumento de lactato a atividade é chamada anaeróbia, mas as atividades muito curtas e intensas, dependentes da fosfocreatina, também são anaeróbias mas sem produção de lactato. A produção aeróbia de energia sempre está presente mesmo nos exercícios anaeróbios, embora nas atividades intensas e muito curtas seja desprezível.

No caso de exercícios contínuos intensos como pedalar ou correr com velocidade, a produção aeróbia de energia pode chegar à sua eficiência máxima, conhecida como VO2máx. Nesses casos a produção energética depende da glicólise anaeróbia, da oxidação da glicose do músculo e do sangue, e também da oxidação dos lipídeos intramusculares. Estes exercícios são acompanhados de altos níveis de lactato sanguíneo e tecidual, caracterizando atividades anaeróbias muito intensas, toleradas apenas por pessoas hígidas.

Os exercícios com pesos são sempre anaeróbios porque a oclusão da circulação sanguínea intramuscular é grande. Assim sendo, a aerobiose ocorre apenas nas fases de relaxamento muscular que permitem a circulação do sangue, e é menor do que nos exercícios anaeróbios contínuos. Embora os exercícios com pesos sejam sempre anaeróbios, a intensidade somente será alta quando o grau de esforço também o for.

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

FOX, Edward L. & MATHEWS, Donald K. – Bases fisiológicas da ed. física e dos desportos, 3 ed, Rio de Janeiro, Interamericana, 1983.

MacARDLE, William D. KATCH, Frank. – Fisiologia do exercício, energia, nutrição e desempenho humano. Rio de Janeiro, Interamericana, 1985.

SANTAREM, J.M. – Apostila do Curso de Musculação FEPAM – Fisiologia dos exercícios com pesos, 5 ed. São Paulo, 2001.

Quais são os principais substratos energéticos?

Qual a principal fonte de energia para a contração muscular?

Quais são os substratos para o exercício?

Quais os principais substratos energéticos utilizados em exercícios anaeróbios?