FISIOLOGIA DEL EJERCICIO: Transformación de energía

FISIOLOGIA DEL EJERCICIO:Transformación de energía

•Dra. Jessica Rojano CastilloResidente de Rehabilitación [email protected]

Curso de Postgrado en RehabilitaciónCardiaca - 2012

INCICh

Abril 2012

ENERGÍA: Capacidad para realizar un trabajo

RHC- INCICh

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02

N3

Karp, Biología celular y molecular.1ª edición.1998

Concepto de energía

• Griego:ἐνέργεια/energeia(actividad u operación)

• Magnitud abstracta que esta ligada al estado dinámico de un sistema cerrado y permanece invariable en el tiempo.

• Julios (J): la energía que se requiere para elevar un metro un cuerpo de 1 gr.

• Caloría: cantidad de energía que se necesita para elevar la temperatura del agua un grado centígrado.

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Tippens, Física:conceptos y aplicaciones. 6ª edición. 2001

FUERZA• Fuerza( latín fortia ):

Magnitud física que mide la intensidad de intercambio del momento lineal entre dos partículas.

- F= m x a- N=kg*m/s2

• Acción o onfluencia que puede alterar el estado de reposo o movimiento de un cuerpo

• Velocidad, dirección o sentido de movimiento.

• Unidades: Kg-fuerza ó Newton (N); dina

• Newton: fuerza necesaria para acelerar 1m/s2 un objeto de 1 kg.

• Tippens, Física:conceptos y aplicaciones. 6ª edición. 2001

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TRABAJO

• Trabajo (W).

-Magnitud física escalar

-Producto de la magnitud del desplazamiento por el componente de la fuerza paralela al desplazamiento.

W=F. cos ὰ . ∆ x

• Energía necesaria para desplazar un cuerpo

• Joules(J) :la energía que se requiere para elevar un metro un cuerpo de 1 Kg

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POTENCIA

• Potencia:

- Cantidad de trabajo efectuado por unidad de tiempo.

• Se mide en watt, vatios, Hp

• 1 w=1 julio/seg.

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1ª Ley de Newton: Principio de la inercia

• Principio de inercia: Todo cuerpo permanecerá en su estado inicial de reposo o movimiento rectilíneo uniforme a menos que sobre el actúe una fuerza externa neta no nula.

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• Masa: propiedad de los cuerpos que mide su inercia.

• Inercia: Resistencia que oponen los cuerpos a variar su velocidad.

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2ª Ley de Newton: Principio de la masa

• La aceleración de un objeto es inversamente proporcional a su masa y directamente

• proporcional a la fuerza neta que actúa sobre él.

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• La fuerza resultante y la aceleración tienen la misma dirección y sentido.

• Si la suma de las fuerzas aplicadas es cero, entonces la aceleración es cero.

• Si la fuerza aplicada aumenta, la aceleración aumenta proporcionalmente.

• La aceleración es inversamente proporcional a la masa.

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3ª Ley de Newton: Principio de acción-reacción

• Cuando un cuerpo ejerce una fuerza sobre otro (acción), este último ejerce una fuerza de sentido contrario pero de igual magnitud sobre el primero (reacción).

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1ª Ley de la termodinámica• Ley de la conservación de la energía: La

energía no se crea ni se destruye, sólo se transforma.

• ∆E=Q-W• Donde: E=energía, Q=energía calorífica W=energía de trabajo

• Cambios en la energía se manifiestan como:

-Cambio en la cantidad de calor

-Ejecución de un trabajo

Flujo de energía en las reacciones químicas

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2ª Ley de la termodinámica• Los acontecimientos en el

universo tienen una dirección (“cuesta abajo”) de un estado de energía más alto a uno más bajo.

• Tendencia a incrementar el azar cada vez que se transfiere energía.

• Incremento de la entropía

• Solo en Cero absoluto-entropía cero

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3ª ley de la Termondinámica

• La entropía de cualquier sustancia pura en equilibrio termodinámico tiende a cero a medida que la temperatura tiende a cero.

• "No se puede llegar al cero absoluto mediante una serie finita de procesos“.

• Para poder alcanzar una temperatura igual al cero absoluto se necesitaría un sistema que tuviera una temperatura menor a este.

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Entalpía• Magnitud termodinámica (H) : Expresa una

medida de la cantidad de energía absorbida o cedida por un sistema termodinámico, es decir, la cantidad de energía que un sistema puede intercambiar con su entorno.

• El sistema alcanzará el estado de equilibrio cuando, para una presión dada, los parámetros termodinámicos varíen de tal forma que la entalpía del sistema sea la mínima posible.

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Trabajo biológicoRHC- INCICh

• El cuerpo demanda energía constantemente para realizar sus funciones.

• La dinámica de la transferencia de energía involucra enlaces químicos.

• La energía potencial contenida en los enlaces de carbohidratos, grasa y proteínas es liberada al romper el enlace

McAdrle et al. Exercise Physiology. 5ª ed. 2001. Williams-Willkins

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Factores que afectan la tasa bioenergética

ENZIMAS COENZIMAS

Proteína altamente específicas con actividad catalizadora.Aceleran las reacciones metabólicasNo cambian o son consumidas en la reacción y no alteran el equilibrio de la energía liberada.

Elementos orgánicos no proteínicos.Facilitan la función de la enzima uniendo el sustrato con la enzima específica

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• ATP+H20 ADP+Pi –∆G7.3kcal.mol-1

• La energía liberada del ATP se transfiere a otras moléculas que requieren energía.

• Enlace P de alta energía: 12000cal/mol en condición fisiológica


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Guyton.Tratado de fisiología médica. 9ª edición.1998

• La energía de la oxidación de los alimentos es obtenida y canalizada a través del ATP (trifosfato de adenosina).

• La energía potencial contenida en la molécula ATP provee a todos los procesos celulares que requieren energía

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• La molécula de ATP se rompe instantáneamente sin la necesidad de oxígeno (anaerobio).

• La hidrólisis anaerobia de ATP libera energía rápidamente.

• El cuerpo mantiene su suministro de ATP a través de diferentes vías metabólicas (citosol, mitocondria)


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• Las células almacenan pequeñas cantidades de ATP.

• Solo bajo condiciones de ejercicio extremas los niveles de ATP del músculo disminuyen.

• El cuerpo almacena 80-100gr ATP (1.44x1010 moléculas de ATP).

• El ATP se re sintetiza constantemente.


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Células tienen 6 veces mas PCr que ATPCompuestos de alta energíaHidrólisis de PCr catalizada por creatincinasa (90% citosol)


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•No requiere oxígeno.

•Alcanza un máximo en 10 segundos

•Si el esfuerzo dura más de 10 segundos la energía para la resíntesis del ATP requiere el uso de macronutrientes.

•Producen moléculas que activan las vías iniciales del catabolismo de la glucosa/glucógeno/cadena respiratoria

2 ADP ATP+AMP

Adenilato ciclasa


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Perspectiva general del metabolismo: Vías metabólicas

• Metabolismo: conjunto de reacciones bioquímicas que ocurren dentro de una

célula.

• Vías metabólicas: secuencia de reacciones químicas en las que cada reacción es catalizada por una enzima.

• Intermediario metabólico o metabolito

• Producto finalMcAdrle et al. Exercise Physiology. 5ª ed. 2001. Williams-Willkins

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Reacciones de óxido-reducción (redox)

• Reacciones con ganancia o pérdida de electrones (O, H) que implican cambios en el estado eléctrico de los reactantes

• Representan la base de la transferencia de energía


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Cadena respiratoria

• Transporte de electrones representa la vía final en el metabolismo aerobio.

• La energía química contenida en las reacciones redox forma ATP.


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Oxidación celular: Cadena respiratoria

Proporciona energía libre en cantidades pequeñas.

Más del 90% de la síntesis de ATP se realiza en la cadena respiratoria


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• NADH+H +3ADP+3Pi+1/2 O2 →NADH+H2O+3ATP

• 1 ATP conserva 7kcal (21Kcal)

• Representa una efectividad de 40%

• 60% se disipa como calor.


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Reacción Redox en ejercicio

2C3H403→2C3H603

PIRUVATO LACTATO

2C3H603→C3H403

LACTATO PIRUVATO

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Papel del O2 en el metabolismo

• Requisitos para la resíntesis de ATP en la fosforilación oxidativa

1.Disponibilidad para reducir NADH

2.Presencia de O2 (agente oxidante) en el tejido

3.Suficiente concentración de enzimas


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• Durante el ejercicio extenuante

- Disminuye la cantidad de O2

- Disminuye la concentración de enzimas

• Formación de lactato a partir de piruvato

• Permite que continue la fosforilación oxidativa.


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METABOLISMO AERÓBICO

• Reacciones catabólicas en las cuales el oxígeno sirve como el aceptor final de

electrones en la cadena respiratoria y se combina con O2 para formar H2O


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Curso de postgrado enRehabilitación Cardiaca

Dr. César López de la [email protected]

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Fisiología del Ejercicio

Sustratos Energéticos

ReservasDe ATP




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SistemaFosfocreatina




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Glucólisis Anaeróbica




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Glucólisis Anaeróbica McAdrle et al. Exercise Physiology.

5ª ed. 2001. Williams-Willkins



Exercise And The Heart. 5th Ed. Víctor F. Froelicher. . Pág. 1-11. Saunders Company.

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Adaptaciones

Metabolismo Basal X n

Dr. César López de la Vega


RESPUESTA AL EJERCICIO

CV METABOLICO-

HORMONAL

FC, TA, VO2, RVSSegmento ST, GC,

etc.

FR, Volúmenes y Capacidades, SatO2

Glucemia, epinefrina, GH, testosterona,

Lípidos, etc.


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http://www.google.com.mx/imgres?imgurl=http://www.omerique.net/twiki/pub/Recursos/MisSistemasCardiovascularYRespiratorio/sistema_circulatorio01.jpg&imgrefurl=http://www.omerique.net/twiki/bin/view/Recursos/MisSistemasCardiovascularYRespiratorio&usg=__bxbcSHITe



McAdrle et al. Exercise Physiology. 4ª ed. 2001. Williams-Willkins.

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Flujo Renal ↓ a 1/4

Flujo Coro ↑X6 (basal

200 ml/min)

RVS 1/5

GCx 4-6 x 6-8

Capilares 1/40 ~ 35/40

Flujo SNC ↑30-40%



McAdrle et al. Exercise Physiology. 4ª ed. 2001. Williams-Willkins.

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Vent profundas Mejor que ↑ FR

VC +VRI > VRE

(2.5-3.5) - (1-1.5)

V/Q (0.85)~ 0.8 ligero

~ 5.0 intenso

VEX 20

VCHasta 60%

CV

Vol ResidualAumenta

ligeramente

Capacidad Ventilatoria nl No limita tolerancia

máxima



Exercise And The Heart. 5h Ed. Víctor F. Froelicher. . Pág. 1-11. Saunders Company.

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Principio Básico # 1

VO2máx

≠

MVO2

• Determinantes– GC

– Diferencia (A-V)O2

• Determinantes• Tensión parietal (D2VI)

• Contractilidad • FC

DP



Exercise And The Heart. 5h Ed. Víctor F. Froelicher. . Pág. 1-11. Saunders Company.

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Principio Básico # 2

Interacción enManifestacionesPE (tolerancia, FC

Máx, TA, etc)

Función

PerfusiónECG

Clínica



F. Huxley


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Contracción Muscular




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NecesitaCalcio y ATP




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Tipos de Fibras Musculares

Característica Tipo I Tipo II

Tamaño + +++

Fuerza + +++

Velocidad + +++

[] mitocondrias +++ +

[] mioglobina +++ +

~ ATPasa miosina + +++




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Subclases de Fibras tipo II

Subtipo Característica

IIA Mayor metabolismo oxidativo – atletas.

IIB Verdaderas tipo II, < mitocondrias, adaptadas para actividades de corta duración.

IIC “intermedias”




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Respuesta Cardiopulmonar Agudaal Ejercicio

Objetivo de mantener

Flujo a SNC y corazón

Disipar el calor Producido

Flujo a Músculos activos

Límites DefinidosVO2máx= GCmáx(A-V O2)VO2= VE x (FiO2 – FeO2)




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Respuesta Cardiopulmonar Agudaal Ejercicio – Limitantes Centrales

Gasto cardiaco

Volumen latido

Volumen diastólico final Volumen sistólico final

presión de llenado distensibilidad contractilidad postcarga

Frecuencia cardíaca




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Frecuencia cardiaca

• Respuesta Inicial

• Mayor responsable > GC.

• Ciclo Cardiaco - componente diastólico

• Edad, tipo de actividad, posición, medicamentos

• Factores ambientales, cardiopatías.




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Volumen latido



• VL = VTDVI - VTSVI

• 50%-60% de capacidad máxima.

• Refleja > vol. Telediastólico , < vol. Telesistólico o ambos.

• En sanos con entrenamiento




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Gasto cardiaco

Volumen latido




• Principal determinante es el retorno venoso - aumenta precarga.

• Ley Frank-Starling.

• >Fuerza contracción.

• Después de pocos latidos GC=Retorno venoso.

• Afectan retorno – posición, fuerzas gravedad, ciclo respiratorio.

presión de llenado




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Gasto cardiaco

Volumen latido


D2VI distensibilidad contractilidad postcarga


distensibilidad

• Propiedad ventricular de adaptación a cambios de su radio – volumen/presión.

•Grandes cambios de volumen con mínimos en presión

• Influye estructura ventricular, integridad del pericardio, propiedades de relajación




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Gasto cardiaco

Volumen latido




contractilidad

• A mayor contractilidad, menor vol. sistólico final = volumen latido

• Estimada por la FE.




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Gasto cardiaco

Volumen latido



Frecuencia cardíacaFuerza a vencer por el flujo sanguíneo

> HAS ( <FE, > vol. Diastólico y sistólico finales ).

En ejercicio por vasodilatación

Aumentando el GC en ejerciciopostcarga




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Cambios del Volumen del VI en Ejercicio en Ortostatismo – VRIE o ECOTT

Sanos en ejercicio de intensidad

moderada , aumentan

VTDVI 15% VTSVI 30%

Intensidad alta, VTDVI ya no incremente más, pero el VTSVI

disminuye progresivamente = volumen latido se

conserva.




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Respuesta Cardiopulmonar Agudaal Ejercicio – Limitantes Periféricos

Diferencia a – v02

Contenido arterial 02 Contenido venoso 02

Hemoglobina

PA02 Capacidad pulmonar de difusión

Densidad capilar Flujo regional

Extracción de 02

Ventilación minuto




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Hemoglobina



Extracción de 02

Ventilación minuto

• Extracción refleja diferencia en el contenido a-v de 02.

•Arterial = 18-20ml02/100ml en reposo.

•Venoso=13-15ml02/100ml en reposo.

= 4-5 ml02/100ml (23% extracción)= 16-18 ml02/100ml (85% extracción) en ejercicio




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Hemoglobina



Extracción de 02

Ventilación minuto • flujo sanguíneo

muscular ∞ trabajoy requerimientos de 02.

RVS facilitan aumento.

Densidad Capilar • distancia de difusión y tránsito •Facilitan la entrega de 02 •Mejor facilidad para redistribuir el flujo•Lo opuesto ocurre en IC.




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GRACIAS

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