Modulo 1 Anatomia, Biomecanica y Fisiologia Humana PDF

Título Profesional Europeo en Preparación Física, Entrenamiento Personal y Funcional MÓDULO I. ANATOMÍA, BIOMECÁNICA Y FISIOLOGÍA HUMANA................. 2 1. Anatomía generalidades.................................................................................. 2 2. Anatomí...

Título Profesional Europeo en Preparación Física, Entrenamiento Personal y Funcional MÓDULO I. ANATOMÍA, BIOMECÁNICA Y FISIOLOGÍA HUMANA................. 2 1. Anatomía generalidades.................................................................................. 2 2. Anatomía del tronco........................................................................................ 2 3. Anatomía del miembro superior: hombro........................................................ 2 4. Anatomía del miembro superior: codo............................................................. 2 5. Anatomía del miembro superior: muñeca y mano............................................ 2 6. Anatomía del miembro inferior: cadera y rodilla............................................. 2 7. Anatomía del miembro inferior: tobillo y pie................................................... 2 8. Sistema cardiorrespiratorio............................................................................. 3 8.1. Estructura y función del sistema cardiovascular................................................ 3 8.2. Estructura y función del sistema respiratorio.................................................. 10 9. Sistema nervioso........................................................................................... 14 9.1. El sistema nervioso central.......................................................................... 15 9.2. El encéfalo................................................................................................. 19 9.3. Medula espinal........................................................................................... 24 9.4. Sistema nervioso periférico.......................................................................... 25 9.5. Sistema nervioso autónomo......................................................................... 28 10. Sistemas energéticos.................................................................................. 29 10.1. Introducción............................................................................................ 29 10.2. Fuentes energéticas.................................................................................. 29 10.3. Unidad básica de energía: el ATP................................................................ 30 10.4. Sistemas de producción de energía............................................................. 31 10.5. Producción de energía a partir de diferentes sustratos................................... 37 10.6. Factores limitantes de los diferentes sistemas.............................................. 39 10.7. Aplicación práctica.................................................................................... 39 1  Título Profesional Europeo en Preparación Física, Entrenamiento Personal y Funcional MÓDULO I. ANATOMÍA, BIOMECÁNICA Y FISIOLOGÍA HUMANA 1. Anatomía generalidades En el tutorial: “Anatomía generalidades” se desarrolla este tema. 2. Anatomía del tronco En el tutorial “Anatomía del tronco” se desarrolla este tema. 3. Anatomía del miembro superior: hombro. En el tutorial “Anatomía del miembro superior” se desarrolla este tema. 4. Anatomía del miembro superior: codo. En el tutorial “Anatomía del miembro superior” se desarrolla este tema. 5. Anatomía del miembro superior: muñeca y mano. En el tutorial “Anatomía del miembro superior” se desarrolla este tema. 6. Anatomía del miembro inferior: cadera y rodilla. En el tutorial “Anatomía del miembro inferior” se desarrolla este tema. 7. Anatomía del miembro inferior: tobillo y pie. En el tutorial “Anatomía del miembro inferior” se desarrolla este tema. 2  Título Profesional Europeo en Preparación Física, Entrenamiento Personal y Funcional 8. Sistema cardiorrespiratorio En el tutorial: “Sistema cardiorespiratorio” se desarrolla este tema. Los dos sistemas, cardiovascular y respiratorio, trabajan de forma coordinada, por esto se habla de sistema cardio-respiratorio. La acción coordinada de ambos sistemas es indispensable para suplir las demandas del organismo al realizar cualquier actividad física. 8.1. Estructura y función del sistema cardiovascular Las funciones principales del sistema cardiovascular son el transporte de nutrientes, la eliminación de los desechos biológicos, el mantenimiento del entorno de todas las funciones del cuerpo (p. ej.: temperatura, pH, etc.), la prevención de deshidratación y el control de infecciones, entre otras. Cualquier sistema de conducción requiere tres componentes: Una bomba: En este caso es el corazón. Un sistema de conducción: los vasos, arterias y venas. Un fluido: la sangre. El corazón está dividido en dos mitades que se comunican entre sí: la derecha (siempre contiene sangre pobre en O2, procedente de las venas cava superior e inferior) y la izquierda (sólo posee sangre rica en O2 procedente de las venas pulmonares). La circulación de la sangre a través del corazón se produce de la siguiente manera: se expulsa del corazón a través del ventrículo izquierdo, dirigiéndose a lo largo del cuerpo aportando 3  Título Profesional Europeo en Preparación Física, Entrenamiento Personal y Funcional oxígeno y nutrientes a las diferentes células, además de recoger los productos de desecho. El retorno de la sangre al corazón se realiza a través de las grandes venas cava superior e inferior que terminan en la aurícula derecha. Esta cámara recibe toda la sangre desoxigenada del cuerpo. Desde la aurícula derecha, la sangre pasa a través de la válvula tricúspide al ventrículo derecho. Ésta bombea la sangre a través de la válvula pulmonar semilunar hasta la arteria pulmonar, que llevará la sangre a los pulmones para ser oxigenada. A continuación, la sangre regresa por las venas pulmonares hacia el corazón, para llegar a la aurícula izquierda. Desde aquí la sangre pasa a través de la válvula bicúspide (o mitral) hacia el ventrículo izquierdo. La sangre abandona el ventrículo izquierdo pasando a través de la válvula aórtica semilunar a través de la aorta, que finalmente la envía a todas las partes y sistemas del cuerpo, repitiéndose el ciclo (Wilmore, J. & Costill, D. 2004). La siguiente imagen representa la circulación de la sangre a través del corazón. 4  Título Profesional Europeo en Preparación Física, Entrenamiento Personal y Funcional 8.1.1. Sistema cardíaco de conducción El músculo cardíaco tiene la capacidad única de generar su propia señal eléctrica, llamada autoconducción, lo que le permite contraerse rítmicamente sin estimulación neural. Los cuatro componentes del sistema cardíaco de conducción son: Nódulo sinoauricular o sinusal. Nódulo auriculoventricular. Haz de His. Fibras de Purkinje. El impulso para la contracción se inicia en el nódulo sinoauricular, situado en la pared posterior de la aurícula derecha. A éste se le conoce como marcapasos cardíaco. Este impulso eléctrico se difunde por las dos aurículas y llega al nódulo auriculoventricular, localizado en la pared central del corazón. Este nódulo dirige el impulso desde las aurículas hasta los ventrículos. El fascículo auriculoventricular viaja a lo largo del tabique ventricular enviando ramificaciones hacia ambos ventrículos. Las ramas terminales del fascículo son las que se denominan fibras de Purkinje, que dan el último impulso a los ventrículos para que terminen de contraerse al mismo tiempo (Wilmore, J. & Costill, D. 2004). 5  Título Profesional Europeo en Preparación Física, Entrenamiento Personal y Funcional 8.1.2. Vasos sanguíneos y circulación El sistema vascular, también llamado aparato circulatorio, se compone de una serie de vasos que transportan sangre del corazón a los tejidos y viceversa. Estos son: Arterias Arteriolas Capilares Vénulas Venas La sangre es expulsada del corazón a través de las arterias, que normalmente son las más grandes, musculadas y elásticas. Siempre llevan la sangre del corazón a las arteriolas y desde éstas, la sangre entra en los capilares. La función de los capilares es el intercambio de oxígeno, líquidos, nutrientes, electrolitos, hormonas y otras sustancias entre la sangre y los distintos tejidos corporales. Las paredes de los capilares son muy finas y permiten el intercambio de dichas sustancias dentro y fuera de los tejidos. La sangre abandona los capilares para iniciar el camino de regreso hasta el corazón en las vénulas, y de éstas a los vasos más grandes, las venas, que completan el circuito. Las paredes de las venas son delgadas y están rodeadas de tejido muscular que les permite contraerse o dilatarse, lo cual convierte la circulación venosa en una reserva de sangre en pequeñas o grandes cantidades. Algunas venas, como las de las piernas, contienen válvulas unidireccionales que mantienen el retorno venoso impidiendo el reflujo de la sangre camino del corazón, lo cual es especialmente útil cuando el cuerpo está en bipedestación (Wilmore, J. & Costill, D. 2004). 6  Título Profesional Europeo en Preparación Física, Entrenamiento Personal y Funcional 8.1.3. La frecuencia cardíaca y localización del pulso La frecuencia cardíaca es el número de contracciones del corazón por minuto, esta se comprueba de manera sencilla tomando el pulso en distintos puntos del cuerpo: muñeca (pulso radial) o en el cuello (pulso carotídeo). El pulso es una onda de presión percibida sobre la pared de una arteria cuando el corazón late y desplaza la sangre por ésta. Aunque hay varias arterias que se pueden emplear para palpar el pulso, la arteria radial y carótida son las más usadas. Localización del pulso: Pulso radial: Flexionar el brazo con la palma de la mano mirando hacia arriba. La arteria radial se localiza en la cara interna de la muñeca, cerca de la base del pulgar. Pulso carotídeo: Usando los dedos corazón e índice, se palpa suavemente la arteria carótida a ambos lados del cuello, en el espacio entre la tráquea y el músculo esternocleidomastoideo derecho o izquierdo, debajo de la mandíbula. Precaución: Debe aplicarse una leve presión para poder sentir el pulso, aunque si ésta es excesiva, reducirá el riego sanguíneo de la cabeza. Por tanto, se debe tener en mente no ejercer demasiada presión sobre la arteria ni hacerlo sobre ambas arterias al mismo tiempo. 7  Título Profesional Europeo en Preparación Física, Entrenamiento Personal y Funcional 8.1.4. Respuesta cardíaca al ejercicio Durante el ejercicio se producen numerosos cambios cardiovasculares. Todos tienen un objetivo común: permitir que el sistema satisfaga sus demandas para desempeñar de manera eficaz sus funciones. Estos cambios se producen sobre los siguientes componentes: Frecuencia cardíaca Volumen sistólico Gasto cardíaco Flujo de la sangre Tensión arterial Sangre Frecuencia cardíaca (FC): es uno de los parámetros cardiovasculares más sencillos e informativos. La frecuencia cardíaca refleja la intensidad del esfuerzo que debe hacer el corazón para satisfacer las demandas incrementadas del cuerpo durante la actividad física. Cuando se empieza a hacer ejercicio físico, la FC aumenta directamente en proporción al incremento de la intensidad del ejercicio hasta llegar a un punto cercano al agotamiento (Wilmore, J. & Costill, D. 2004). La FC máx. es el valor máximo de frecuencia cardíaca que se alcanza en un esfuerzo extremo hasta llegar al agotamiento. Es un valor muy fiable que se mantiene constante de un día para otro y sólo cambia ligeramente de año en año. Cuando el ritmo de esfuerzo se mantiene constante a niveles submáximos de ejercicio, la frecuencia cardíaca se incrementa hasta llegar a estabilizarse. Este punto es conocido como el "estado estable de la FC", y es el ritmo óptimo del corazón para satisfacer las exigencias circulatorias del esfuerzo realizado (Wilmore, J. & Costill, D. 2004). Volumen sistólico (VS): Viene determinado por cuatro factores: El volumen de sangre que regresa al corazón, la distensibilidad ventricular, la contractilidad ventricular y la tensión arterial aórtica o pulmonar (la presión contra la cual deben contraerse los ventrículos). La mayoría de las investigaciones están de acuerdo en que el volumen sistólico aumenta con ritmos crecientes de esfuerzo, pero solamente hasta intensidades de ejercicio de entre el 40% y el 60% de la capacidad máxima. El gasto cardíaco (GC): Es el producto de: FC. X VS. En reposo es de aproximadamente 5,0 l/min. El gasto cardíaco aumenta en proporción directa con el incremento de la intensidad del ejercicio hasta al menos 20 o 40 l/min. Flujo de sangre: Solamente entre un 15% y un 20% del gasto cardiaco en reposo va a los músculos, pero durante ejercicios agotadores estos reciben entre un 80% y un 85% del gasto cardíaco. Esto se logra principalmente reduciendo el flujo sanguíneo a los riñones, el hígado, estómago y los intestinos. Tensión arterial (TA): Abarca la tensión arterial sistólica y diastólica. La tensión arterial sistólica (TAS) aumenta en proporción directa a la intensidad del ejercicio. Las TAS de 120 mmHg en reposo pueden superar los 200 mmHg al llegar al agotamiento. TAS de entre 240 y 250 mmHg han sido declaradas en deportistas normales y sanos de un alto nivel de entrenamiento a intensidades máximas de ejercicio. 8  Título Profesional Europeo en Preparación Física, Entrenamiento Personal y Funcional La TAS aumentada es la consecuencia de un mayor gasto cardíaco, lo que ayuda a conducir rápidamente la sangre a través del sistema vascular. La sangre: Al iniciar el ejercicio hay un aumento de la pérdida de volumen del plasma sanguíneo hacia el espacio del fluido intersticial. Si la intensidad del ejercicio o las condiciones ambientales provocan sudoración, es de esperar una pérdida adicional de plasma. Esto se asocia a una reducción del rendimiento. Cuando el volumen de plasma se reduce, se produce la hemoconcentración. La porción fluida de la sangre se reduce y la fracción corpuscular y de proteínas representan una fracción más grande del volumen total de la sangre, por tanto, la sangre queda más concentrada (Wilmore, J. & Costill, D. 2004). 9  Título Profesional Europeo en Preparación Física, Entrenamiento Personal y Funcional 8.2. Estructura y función del sistema respiratorio El sistema respiratorio y el cardiovascular se combinan para facilitar el suministro de oxígeno a los tejidos del cuerpo y eliminar el dióxido de carbono. Este transporte comprende 4 procesos: 1. Ventilación pulmonar: entrada y salida de gases de los pulmones. 2. Difusión pulmonar: intercambio de gases entre los pulmones y la sangre. 3. Transporte: de O2 y CO2 por la sangre. 4. Intercambio capilar de gases: intercambio de gases entre la sangre capilar y los tejidos metabólicamente activos. 8.2.1. Estructura del aparato respiratorio Sistema de conducción: fosas nasales, boca, faringe, laringe, tráquea, bronquios y bronquiolos. Sistema de intercambio: conductos y los sacos alveolares. 8.2.2. Función del sistema respiratorio La inspiración (o inhalación) La inspiración es un proceso activo que implica al diafragma y otros músculos colaboradores. La contracción de los músculos inspiradores aumenta las tres dimensiones de la caja torácica, con lo cual, la presión dentro de los pulmones se reduce, en consecuencia, la presión dentro de los pulmones es menor a la del aire fuera del cuerpo, por lo tanto, el aire se precipita hacia el interior de los pulmones y así reducir esta diferencia de presiones (Wilmore, J. & Costill, D. 2004). 10  Título Profesional Europeo en Preparación Física, Entrenamiento Personal y Funcional Músculos que participan en la inspiración: Diafragma Escaleno Intercostales externos Pectorales Esternocleidomastoideo Serrato anterior La espiración (o exhalación) En reposo, la espiración suele ser un proceso pasivo que supone la relajación de los músculos inspiratorios y el retroceso elástico del tejido pulmonar haciendo que se contraiga hasta adoptar su tamaño de reposo. Esto, a su vez, aumenta la presión en el tórax, con lo que el aire es forzado a salir de los pulmones. Durante la respiración forzada, la espiración se convierte en un proceso más activo. Los abdominales y los intercostales internos traccionan de la caja torácica hacia abajo y hacia adentro. Músculos que participan en la espiración: Intercostales internos Transversos torácicos Oblicuo mayor y menor del abdomen Recto anterior del abdomen Intercambio de gases en los alvéolos: Las diferencias de las presiones parciales de los gases en los alvéolos y de los gases en la sangre crean un gradiente de presión a través de la membrana respiratoria. Ello es la base del intercambio de gases durante la difusión pulmonar. Si las presiones sobre cada lado de la membrana fueran iguales, los gases estarían en equilibrio y sería poco probable que se movieran. 11  Título Profesional Europeo en Preparación Física, Entrenamiento Personal y Funcional 8.2.3. Mecanismos de regulación de la ventilación La ventilación está controlada y regulada por el sistema nervioso involuntario que está bajo el mando del “Centro respiratorio” localizado dentro del Tronco cerebral y es quien establecen el ritmo y la profundidad de la respiración enviando impulsos a los músculos respiratorios. Además, su regulación está determinada por cambios químicos del cuerpo como: niveles de dióxido de carbono y de hidrógenos o niveles de O2 detectados por los quimiorreceptores (Wilmore, J. & Costill, D. 2004). 12  Título Profesional Europeo en Preparación Física, Entrenamiento Personal y Funcional 8.2.4. Ventilación pulmonar durante el ejercicio físico El inicio de la actividad física va acompañado por un incremento de la ventilación en dos fases. Se produce un aumento casi inmediato, seguido por una elevación continua y más gradual de la profundidad y del ritmo de la respiración. En la primera fase la elevación se produce por la mecánica del movimiento corporal. Es decir, la corteza motora se vuelve más activa y transmite impulsos estimuladores al centro inspiratorio. En la segunda fase el incremento es más gradual y se produce por cambios en la temperatura y el estado químico de la sangre arterial. El metabolismo de los músculos genera más calor, más dióxido de carbono y más hidrógeno. Estos cambios químicos son percibidos por los quimiorreceptores, que a su vez estimulan el centro inspiratorio, incrementando el ritmo y la profundidad de la respiración (Wilmore, J. & Costill, D. 2004). Beneficios de una correcta respiración: Mejor oxigenación, lo que aumenta la capacidad de resistencia. Promueve una adecuada distribución, uso del oxígeno y de la energía general del cuerpo. Los ejercicios de respiración son buenos para situaciones de estrés y nerviosismo antes de pruebas y competiciones. Una buena y completa respiración ayuda a descansar mejor después de la práctica de actividad física. La ejercitación diaria ayuda a descansar y mejorar la concentración 13  Título Profesional Europeo en Preparación Física, Entrenamiento Personal y Funcional 9. Sistema nervioso El Sistema nervioso se compone del sistema nervioso central (formado por encéfalo y la médula espinal), el sistema nervioso periférico (formado por ganglios y nervios) y el sistema nervioso autónomo (formado por el sistema simpático y parasimpático). En la siguiente imagen se muestra de forma sencilla el sistema nervioso central y periférico. 14  Título Profesional Europeo en Preparación Física, Entrenamiento Personal y Funcional 9.1. El sistema nervioso central (SNC) Es uno de los más complejos y extraordinarios del cuerpo humano. Algunas de las funciones más importantes del SNC es la de actuar en la programación, elaboración y ejecución de la respuesta motora y del movimiento muscular. Recoge millones de estímulos por segundo, que procesa y memoriza continuamente, adaptando las respuestas del cuerpo a las condiciones externas e internas. 9.1.1. Componentes del SNC El SNC se divide en partes, según su estructura y función. El encéfalo que a su vez se divide en varias partes que corresponden a una compartimentación anatómica y funcional, éstas son: cerebro, cerebelo, tronco encefálico y médula espinal. Los 12 pares de nervios craneales y 31 pares de nervios espinales que parten de la médula, forman el sistema nervioso periférico. Juntos forman el sistema nervioso voluntario o cerebroespinal, implicado principalmente en el control y en las sensaciones de las estructuras somáticas de las paredes corporales, como la piel, músculos, huesos y articulaciones, aunque muchas de sus actividades no son conscientes. En resumen, los componentes del SNC son: ▪ El cerebro: Es el órgano central del Sistema nervioso, el cual recibe, procesa y controla todas las funciones superiores de nuestro organismo. ▪ Tronco encefálico: Encargado de enviar información hacia la médula, contiene los centros reguladores autónomos que participan en el control de la postura, cabeza y ojos. ▪ Médula espinal: Es la parte más caudal del SNC. Jerárquicamente corresponde con un nivel de control inferior, comunica el encéfalo con el resto del cuerpo, se encarga de llevar los impulsos nerviosos a los 31 pares de nervios raquídeos 15  Título Profesional Europeo en Preparación Física, Entrenamiento Personal y Funcional 9.1.2. La neurona Los elementos básicos de la estructura del sistema nervioso central son las Neuronas, especializadas en la creación, transmisión y tratamiento de mensajes en forma de impulsos nerviosos. Distinguimos entre: Neuronas sensitivas: o sensoriales, perciben la información periférica (del ambiente) y la transmiten al cerebro. Neuronas motoras: transmiten una orden del cerebro hacia la periferia, músculos o glándulas. Neuronas intermediarias: sirven de enlace, principalmente en el cerebro, el cerebelo o la médula espinal. Una neurona tiene un cuerpo celular denominado soma y unas prolongaciones que parten del mismo. Estas son de dos tipos: múltiples y ramificadas, llamadas dendritas; y una única alargada, llamada axón. El axón termina en una serie de dilataciones y, excepto en algunos puntos, está envuelto por una vaina de mielina. En general, las dendritas tienen una función receptora; y el axón, una función transmisora del impulso nervioso. Las dendritas: Son finas prolongaciones ramificadas del cuerpo celular. Son las principales porciones receptoras de la neurona, recogiendo datos provenientes de otras células nerviosas, del medio extracelular o del exterior del organismo. Es por donde reciben los impulsos las neuronas. El cuerpo celular: Es el elemento de decisión que evalúa la resultante de toda la actividad recogida por las dendritas, integrándola y generando o no un impulso nervioso. El Axón: Son prolongaciones eferentes que transmiten el impulso hacia la periferia. El axón de las neuronas motoras puede ser muy largo (hasta 1metro) mientras el de las neuronas sensitivas es bastante corto. El axón termina en las ramificaciones, en cuyo extremo se encuentra el bulbo o botón sináptico. En los axones que se encuentran cubiertos de mielina el impulso puede transmitirse a una velocidad de 150 m/s. mientras que sin mielina no supera el 1 m/s. 16  Título Profesional Europeo en Preparación Física, Entrenamiento Personal y Funcional Los botones sinápticos o protuberancias sinápticas: Es la región final del axón, albergan vesículas con sustancias químicas llamadas “neurotransmisores”, que intervienen en las sinapsis químicas. Transmisión del impulso a través de sinapsis química: La sinapsis entre neuronas se realiza por neurotransmisores. Cada emisor y receptor han de reconocerse entre sí y la sustancia de intercambio. El neurotransmisor más común es la Acetilcolina, que favorece el impulso nervioso en el sarcolema. El elemento de conexión entre el S.N. y el músculo, es la placa motora. Un impulso nervioso hace que los neurotransmisores sean liberados difundiéndose a través del canal y fijándose en los receptores postsinápticos. El neurotransmisor que se une a los receptores postsinápticos, genera una reacción química que finalmente produce la excitación y el paso del impulso nervioso. 9.1.3. Fisiología de la Neurona La neurona, por tanto, transmite información gracias a una serie de fenómenos electroquímicos. Algunas características más son. Potencial de acción: Es un cambio eléctrico brusco que se propaga por el axón desde el cuerpo hacia la terminación sináptica, donde es convertido en un estímulo que afectará a otra neurona. Este potencial no ocurre si el estímulo no tiene la intensidad necesaria para producir la excitación, pero si es de intensidad igual o mayor al estímulo, el potencial aparece siempre y con una amplitud constante, de allí que se dice que sigue la “Ley del todo o nada”. Propagación del potencial eléctrico: El potencial da lugar a un estímulo eléctrico que viaja en una sola dirección; las terminaciones del axón. La sinapsis es el lugar donde una neurona (célula presináptica) transmite los impulsos a otra (célula postsináptica). Las terminaciones nerviosas convierten la energía eléctrica en energía química. En los botones sinápticos se albergan vesículas, que contienen sustancias químicas que actúan como neurotransmisores. La llegada del potencial de acción, transmitido a lo largo del axón hasta los botones sinápticos, provoca el vertido en la hendidura sináptica de los transmisores contenidos en las vesículas. La membrana de la neurona postsináptica posee receptores específicos para las sustancias liberadas en la hendidura. 17  Título Profesional Europeo en Preparación Física, Entrenamiento Personal y Funcional Excitación neuronal: Ésta se produce cuando la acción del transmisor químico sobre el receptor aumenta la permeabilidad de la membrana postsináptica a todos los iones. Esto hace que la neurona sea más excitable de lo normal, y continúe con la transmisión del impulso. Neurotransmisores: Los principales transmisores conocidos son: acetilcolina, noradrenalina, dopamina, adrenalina, glicina, ácido (GABA), serotonina, endorfinas y otros. Situaciones especiales de la transmisión sináptica: Fatiga: cuando las sinapsis excitadoras son estimuladas rápida y repetidamente, la capacidad de descarga disminuye. Esta fatiga de la transmisión sináptica es un mecanismo de protección frente a la hiperactividad sináptica. Por ejemplo, la fatiga probablemente sea la causa del cese de la hiperactividad neuronal durante un episodio epiléptico. Efectos de los ácidos y álcalis: las neuronas son especialmente sensibles a los cambios de pH del medio intersticial. La alcalosis incrementa la excitabilidad neuronal y la acidosis deprime la actividad neuronal. Hipoxia: la falta de oxígeno (hipoxia), aunque sea durante unos segundos, provoca excitabilidad de las neuronas. Drogas: la cafeína y la teofilina, por ejemplo, aumentan la excitabilidad neuronal, los anestésicos y los hipnóticos disminuyen la actividad neuronal. Esquema de sinapsis química 18  Título Profesional Europeo en Preparación Física, Entrenamiento Personal y Funcional 9.2. El encéfalo A continuación, describiremos las estructuras y funciones que conforman el encéfalo. 9.2.1. El cerebro El cerebro se compone de los hemisferios cerebrales derecho e izquierdo. Éstos están conectados entre sí por haces de fibras que se denominan “cuerpo calloso” y que permiten que los dos hemisferios se comuniquen entre sí. La corteza cerebral es nuestro cerebro consciente. Nos permite pensar, ser conscientes de los estímulos sensoriales y controlar voluntariamente nuestros movimientos. Por tanto, el cerebro procesa, analiza y coteja las informaciones procedentes del exterior e interior del cuerpo, las transforma en sensaciones y las almacena como recuerdos. En él se desarrollan los procesos que llevan a la elaboración del pensamiento y la reacción motora o endocrina del cuerpo. Aunque su peso sólo corresponde al 2% del cuerpo, consume aproximadamente el 20% del oxígeno en circulación. El cerebro está formado por cuatro lóbulos: Lóbulo frontal: Sede del pensamiento, voluntad, intelecto a nivel general del sentido moral y control motor voluntario. Lóbulo temporal: Percepción, reconocimiento e interpretación de los sonidos, palabras, música etc. Lóbulo parietal: Percepción, reconocimiento e interpretación de información sensitiva procedente del tacto. Lóbulo occipital: Percepción visual, reconocimiento e interpretación de las imágenes. 19  Título Profesional Europeo en Preparación Física, Entrenamiento Personal y Funcional Corteza Motora La corteza motora está situada en el lóbulo frontal, delante del surco de Rolando, comprende las áreas de la corteza cerebral responsables de los procesos de planificación, control y ejecución de las funciones motoras voluntarias. Es la que controla los músculos de todo el cuerpo, especialmente los que se encargan de los movimientos finos, tales como los dedos, los labios, la boca y en menor grado de los movimientos finos de los pies y dedos de éstos. Es la parte del cerebro que organiza y determina los movimientos voluntarios de nuestro cuerpo. Tiene muchas afinidades con la corteza sensitiva en cuanto a localización anatómica y a organización interna. Para que se realice un movimiento es preciso pasar por dos momentos distintos, la ideación del movimiento y su realización, que se desarrollan en dos zonas diferentes del área motora: el área premotora y el área primaria. En el área premotora se elaboran los datos y se coordinan los impulsos motores. Está junto al lóbulo frontal, donde tienen lugar los principales procesos cerebrales vinculados a la reflexión, la elaboración de esquemas complejos, la programación, el juicio, el control de la personalidad, etc. Entre sus funciones más importantes tenemos producir movimientos coordinados que comprenden secuencias de movimientos de un músculo individual o movimientos combinados de una cantidad de músculos diferentes al mismo tiempo. Es en esta área en donde se almacena gran parte del conocimiento para controlar movimientos diestros aprendidos, tales como los movimientos para desarrollar una actividad atlética. Asimismo, las áreas premotoras de los dos hemisferios están conectadas entre sí, con el fin de elaborar un “programa motor global”. En el área motora primaria, en cambio, las órdenes se combinan en una instrucción global y coordinada a los músculos. Las áreas primarias permiten realizar movimientos independientes de ambas partes del cuerpo, derecha e izquierda. 20  Título Profesional Europeo en Preparación Física, Entrenamiento Personal y Funcional Mapa de la Corteza Motora: Las distintas partes del cuerpo se pueden dibujar en proporción al número de neuronas de las respectivas áreas de proyección. De esta manera, se ha establecido un mapa de las áreas de la corteza somatosensitiva que recibe la información de distintas partes del cuerpo. Los tamaños relativos de las áreas de la corteza somatosensitiva son directamente proporcional al número de receptores sensitivos especializados que posee la zona correspondiente al cuerpo. Homúnculo de Penfield motor y sensitivo 21  Título Profesional Europeo en Preparación Física, Entrenamiento Personal y Funcional 9.2.2. Diencéfalo Se compone de tálamo e hipotálamo. El tálamo: Es un centro importante de integración sensorial. Todas las entradas sensoriales (excepto el olfato) penetran en el tálamo y son transmitidas a las áreas apropiadas de la corteza cerebral. Regula también todas las entradas que llegan a nuestro cerebro consciente, por lo que es muy importante para el control motor. El hipotálamo: Se encuentra debajo del tálamo y es responsable del mantenimiento de la homeostasis. Regula casi todos los procesos que afectan el ambiente interno de nuestro cuerpo, por ejemplo: la tensión arterial, ritmo cardíaco, respiración, la temperatura corporal, el equilibrio de fluidos, las emociones, la sed, la ingesta de comida, los ciclos del sueño y la vigilia… entre otros. 22  Título Profesional Europeo en Preparación Física, Entrenamiento Personal y Funcional 9.2.3. El Cerebelo Se encuentra detrás del tronco cerebral. Está conectado a numerosas partes del encéfalo y tiene una función crucial en el control del movimiento. A él llegan vías nerviosas por el nervio vestibular, (procedentes de los conductos semicirculares del oído interno, el órgano del equilibrio y de la orientación en el espacio). Las funciones destacadas son: coordinación de movimientos, rápidos y complejos, trabajo armonioso de diversos grupos musculares, control del equilibrio y la postura. 9.2.4. Tronco cerebral (o tronco encefálico). Está compuesto por mesencéfalo, protuberancia y bulbo raquídeo. Es el tallo de nuestro cerebro, conectando el encéfalo y la médula espinal. Todos los nervios sensores y motores pasan por él, ya que transmite información entre el encéfalo y la médula espinal. Las funciones más destacadas del tronco cerebral son: regular del aparato respiratorio y cardiovascular, coordinar la función musculoesquelética, determinar nuestro estado de conciencia, tanto de vigilia como de sueño. 23  Título Profesional Europeo en Preparación Física, Entrenamiento Personal y Funcional 9.3. Medula espinal La medula: Se trata de un cordón nervioso que se encuentra protegido por la columna vertebral. La sustancia blanca es externa y la gris interna. Las funciones son elaborar los reflejos medulares y servir como órgano conductor de la información nerviosa que viaja a lo largo del cuerpo. Reflejos medulares: son el mecanismo más simple de funcionamiento del sistema nervioso. Consiste en una respuesta automática (involuntaria) y estereotipada frente a un estímulo. El conjunto de neuronas que intervienen en la elaboración de este reflejo recibe el nombre de arco reflejo y está formado por una neurona sensitiva, otra de asociación y una motora. Función conductora de la medula: Conduce los impulsos sensitivos procedentes de los órganos receptores periféricos hacia el cerebro; y los impulsos motores elaborados en el encéfalo, hacia los órganos efectores (músculos y glándulas). Es pues, un conductor sensitivo y motor complejo. 24  Título Profesional Europeo en Preparación Física, Entrenamiento Personal y Funcional 9.4. Sistema nervioso periférico (SNP) Es la parte del sistema nervioso formado por nervios y neuronas que residen o se extienden fuera del SNC, hacia miembros y órganos. Su función principal es conectar el SNC a los órganos y miembros. De los centros nerviosos, encéfalo y médula, parten nervios que conectan dichas estructuras con los demás órganos del cuerpo humano. Los nervios son cordones formados por un conjunto de neuronas, según la naturaleza de sus axones, el nervio puede ser sensitivo, motor o mixto. Los nervios que parten del encéfalo se llaman nervios craneales. Existen 12 pares y cada uno tiene asignado un número romano. Los nervios que parten de la médula espinal se llaman nervios raquídeos. De la médula parten 31 o 32 pares de raíces nerviosas que originan los nervios periféricos. Así, la raíz posterior o sensitiva penetra en las astas posteriores de la médula, y la raíz motora o anterior sale de las astas anteriores. Los nervios raquídeos una vez fuera de la columna vertebral, se ramifican para inervar los músculos voluntarios y recogen las sensaciones periféricas. El sistema nervioso periférico consta de dos tipos de vías: 1. Vía sensitiva, informa y analiza a través de los 5 sentidos, más los receptores de presión, vibración, dolor, posición articular... 2. Vía motora, regula la función muscular y las secreciones glandulares. 25  Título Profesional Europeo en Preparación Física, Entrenamiento Personal y Funcional 9.4.1. Vías sensitivas, aferentes Estas vías transmiten impulsos de la propiocepción consciente y de la mayoría de sensaciones táctiles, por Ej.: Sensaciones táctiles, propiocepción, discriminación del peso y sensaciones vibratorias. Una segunda vía lleva los impulsos dolorosos y de temperatura. (vía espinotalámica) Hay fascículos o vías que llevan impulsos sensitivos al cerebelo, esenciales para la regulación de la postura, el equilibrio y la coordinación de los movimientos especializados. 9.4.2. Vías motoras, eferentes El haz piramidal conecta la corteza cerebral motora con las motoneuronas que se encuentran en el tronco cerebral y en la médula espinal, de ahí el impulso sale por el asta anterior que será el que estimulará al músculo a través de la unión neuromuscular. 26  Título Profesional Europeo en Preparación Física, Entrenamiento Personal y Funcional 9.4.3. Tipos de receptores Asimismo, el SNP está conformado por diferentes tipos de receptores que se encuentran a lo largo de nuestro cuerpo. Clasificación de los receptores: Según su localización: Los exteroceptores: Se encuentran sobre o cerca de la superficie del cuerpo y proporcionan información sobre el ambiente externo. Transmiten sensaciones auditivas, visuales, olfativas, gustativas, de presión, vibratorias de temperatura y de dolor. Los interoceptores: Situados en órganos internos como: los vasos sanguíneos, en el corazón, en intestinos, entre otros (Proporcionan información sobre el ambiente interno). Los propioceptores: Se encuentran en los músculos, tendones, articulaciones y en el oído interno. Proporcionan información sobre la posición y movimientos del cuerpo. Estas sensaciones informan sobre la tensión muscular, la posición y actividad de las articulaciones y las variaciones de equilibrio. Según el tipo de estímulo: Los mecanorreceptores: Detectan presión mecánica o distensión, relacionados con el tacto, la presión, la vibración, la propiocepción, la audición, el equilibrio y la presión arterial. Los termorreceptores: Detectan cambios de la temperatura. Los nociceptores: Detectan el dolor. Los fotorreceptores: Detectan la luz que llega a la retina del ojo. Los quimiorreceptores: Detectan las sustancias químicas en la boca (gusto), nariz (olfato), y líquidos orgánicos. Los fonorreceptores: Detectan el sonido. Situados en la cóclea. 27  Título Profesional Europeo en Preparación Física, Entrenamiento Personal y Funcional 9.5. Sistema nervioso autónomo (SNA) También llamado sistema neurovegetativo, es el encargado principalmente del control del tejido muscular liso que se encuentra en la mayoría de las vísceras corporales, el músculo cardíaco y las glándulas. Es un sistema que no se halla bajo el control de la voluntad, de ahí que se llame autónomo o involuntario. Cada órgano o víscera recibe una inervación doble o antagónica procedente del sistema simpático y del parasimpático, que son las dos divisiones principales del SNA. 1. El S.N. Simpático. 2. El S.N. Parasimpático. El sistema nervioso simpático: Es el sistema que nos prepara ante situaciones de estrés, emergencia o escape. Los efectos de la estimulación simpática son importantes para el deportista y la actividad física en general. Acelera el ritmo cardíaco, contracción de las arterias y aumento de la presión arterial; dilatación de los bronquios, la pupila y la vejiga; aumento del catabolismo y de la concentración de glucosa en la sangre. El sistema nervioso parasimpático: Realiza funciones opuestamente complementarias al sistema nervioso simpático. Provoca o mantiene un estado corporal de descanso o relajación tras un esfuerzo o para realizar funciones importantes como es la digestión. Actúa sobre el nivel de estrés del organismo disminuyéndolo. Aunque sus efectos, con frecuencia son antagónicos, siempre funcionan de manera recíproca equilibrada. La actividad de un órgano en un momento determinado es el resultado de la influencia de ambos sistemas. Por tanto, el SNA controla las funciones internas e involuntarias del cuerpo. Las más destacadas son: ✓ La Frecuencia cardíaca (F.C.) ✓ La Tensión Arterial (T.A.) ✓ La distribución de la sangre durante la práctica de actividad física. ✓ La respiración. 28  Título Profesional Europeo en Preparación Física, Entrenamiento Personal y Funcional 10. Sistemas energéticos En el tutorial “Bases de la fisiología deportiva” se desarrolla este tema. 10.1. Introducción Existen tres sistemas energéticos que se encargan de producir la resíntesis de ATP para prolongar la actividad muscular. Son sistemas que funcionan como un continuum energético, y son: el sistema ATP-PC, glucolítico no oxidativo y oxidativo. La energía puede adoptar un cierto número de formas como: Química – eléctrica – térmica – mecánica – nuclear, etc. La energía no se crea ni se destruye, sino que sufre una degradación pasando de una forma a otra, convirtiéndose finalmente en calor. Entre el 60% y el 70% de la energía total del cuerpo humano se degrada en calor. La realización de cualquier trabajo físico, con o sin movimiento, requiere de la transformación de la energía química en energía mecánica, más la energía calórica. El conjunto de reacciones químicas que efectúan constantemente las células de los seres vivos con el fin de sintetizar sustancias complejas a partir de otras más simples, se denomina metabolismo. Los alimentos que ingerimos no se utilizan directamente para producir energía, sino que la energía que contienen se libera químicamente dentro de nuestras células, almacenándose luego en forma de un compuesto altamente energético denominado ATP (adenosintrifosfato) 10.2. Fuentes energéticas 10.2.1. Hidratos de Carbono (HC) Los H.C. se convierten en última instancia en glucosa que es transportada por la sangre a los tejidos activos donde se metaboliza. En reposo, la ingesta de H.C. es absorbida por los músculos y el hígado, y convertido en glicógeno. Este se almacena en el citoplasma hasta que las células lo utilizan para formar ATP. Las reservas musculares y del hígado son limitadas, depende fuertemente de una ingesta adecuada. 10.2.2. Grasas Nuestro cuerpo acumula mucha más grasa que H.C. Las grasas son menos accesibles, porque primero deben ser reducidas desde su forma compleja (triglicéridos) a sus componentes básicos: glicerol y ácidos grasos libres. Sólo éstos se usan para formar ATP. Su ritmo de liberación de energía también es más lento como para satisfacer las demandas de energía de la actividad muscular intensa. Necesita más oxígeno para metabolizarse. 29  Título Profesional Europeo en Preparación Física, Entrenamiento Personal y Funcional 10.2.3. Proteínas Las proteínas pueden aportar entre el 5% y el 10% de la energía necesaria para mantener un ejercicio prolongado. Solo los aminoácidos pueden usarse para obtener energía. 10.3. Unidad básica de energía: el ATP Este ATP es un nucleótido fundamental en la obtención de la energía. Es la principal fuente de energía para la mayoría de las funciones celulares, como son el crecimiento y reparación de tejidos, aumento de masa muscular, el transporte activo de muchas sustancias, glucosa, calcio, etc. La molécula de ATP se compone de: adenosina (adenina unida a una molécula de ribosa) + tres grupos fosfatos (Pi). 10.3.1. Producción de ATP Cuando la encima ATPasa actúa sobre los grupos fosfatos, el último fosfato se separa de la molécula ATP, liberando gran cantidad de energía. (7,6 Kcal/mol de ATP) Esta reacción reduce el ATP a ADP (adenosindifosfato) + Pi, como lo vemos representado en la siguiente imagen. El proceso de almacenaje de energía formando ATP a partir de otras fuentes químicas recibe el nombre de fosforilación. Mediante varias reacciones químicas, un grupo (Pi) se añade a una molécula de ADP, convirtiéndola en ATP. Cuando estas reacciones se producen sin oxígeno, recibe el nombre de metabolismo anaeróbico. Cuando estas reacciones tienen lugar con la ayuda de oxígeno, el proceso global se llama metabolismo aeróbico. La conversión aeróbica de ADP a ATP se denomina fosforilación oxidativa. 30  Título Profesional Europeo en Preparación Física, Entrenamiento Personal y Funcional 10.4. Sistemas de producción de energía Una vez visto cuales son las fuentes de energía básica, y recordado cual es la molécula de energía básica de nuestro cuerpo, veamos cuales son los sistemas mediante los cuales nuestro organismo produce la energía para realizar todas sus funciones y concretamente la contracción muscular para generar movimientos. En primer lugar, debemos saber que las células generan ATP mediante tres sistemas: 1. El sistema ATP-PC 2. El sistema Glucolítico no oxidativo 3. El sistema Oxidativo SISTEMA Nº 1 SISTEMA Nº2 SISTEMA Nº3 ATP-Pc Glucolítico No Oxidativo (Anaeróbico oxidativo (Aeróbico) Aláctico) (Anaeróbico Láctico) Combustibles: Combustible : Combustible : Glucógeno ATP-Pc Glucógeno AGL. Y Aminoácidos Potencia: 4" - 6" Potencia: 30" - 40" Potencia: 3' - 10' Capacidad: Capacidad: Capacidad: muy 10" - 12" 1’–1,15’’ larga El sistema que permite el más rápido aporte de energía para reconstituir ATP es el anaeróbico aláctico, donde las reservas de PC están en el mismo músculo, pero a su vez son muy pequeñas, lo cual hace que su aporte energético sea muy corto en el tiempo (predomina hasta los 10” aproximadamente). El sistema nº2 glucolítico no oxidativo, antiguamente conocido como anaeróbico láctico, permite un aporte energético rápido a partir de la ruptura a gran velocidad del glucógeno que se encuentra en el interior muscular. Su liberación energética es alta y relativamente corta en el tiempo (aportando el 50% de la energía alrededor de los 10” y con un predominio en torno a los 40” y un minuto). Por último, el sistema nº3, Aeróbico u oxidativo es el que brinda el aporte energético más prolongado en el tiempo, ya que puede usar como combustible energético al glucógeno, a los ácidos grasos libres y a los aminoácidos. Este sistema comienza a aportar energía en torno a los 30’’ aproximadamente y subiendo hacia los 2-3 minutos, aportando la mayor energía en actividades de duración muy larga. Ahora bien, existen conceptos de potencia y capacidad de los distintos sistemas energéticos. Recordemos que el concepto de potencia marca el momento de mayor liberación de energía del sistema, y el concepto de capacidad se refiere al tiempo total donde el sistema puede seguir aportando energía, si el esfuerzo es máximo. Así el sistema nº1 tiene su potencia entre los 4” y 6”, aunque su predominio en el aporte energético sobre los otros sistemas se manifiesta hasta los 10” a 12”. Su capacidad puede extenderse hacia los 20” a 30” (siempre que el esfuerzo sea máximo). El sistema nº2 tiene su potencia entre los 30” y 40”, su predominio en el aporte energético se manifiesta hasta alrededor de los 60” a 90”. Y su capacidad desciende progresivamente hacia los 2´- 2:30’ aproximadamente. 31  Título Profesional Europeo en Preparación Física, Entrenamiento Personal y Funcional La limitación en este caso será la gran producción y acumulación de ácido láctico como producto de la ruptura de la glucosa a gran velocidad, determinada por la intensidad del ejercicio. Esto provocará una gran acidez, disminuyendo el PH y produciendo así una disminución en la glucólisis. También se producirá una inhibición en el proceso de contracción muscular, debido a la reducción de la participación de calcio en dicho proceso. Hay que aclarar que frente a la ejecución de un esfuerzo máximo hasta los 10”, predomina el sistema nº1. A partir de los 10” ya se puede observar una importante participación del sistema nº2, que predominará hasta los 60” – 90” aproximadamente, siempre y cuando el ejercicio sea máximo. El sistema nº3 comienza muy lentamente desde los 30’’ y va aumentando su aporte progresivamente. No es un sistema que aporte gran cantidad de energía en esfuerzos muy intensos, pero tiene gran incidencia en trabajos de media y larga duración. Esto es debido a las grandes reservas de grasas y a la disponibilidad de aminoácidos como forma energética en casos de disminución de glucógeno. Este sistema depende de la presencia de oxígeno en cantidades suficientes para generar energía, y para ello es necesaria la participación de los sistemas de transporte de oxígeno. Por esto tiene poca incidencia o participación directa en esfuerzos muy rápidos o intensos, que no dan tiempo al correcto transporte de oxígeno al interior de la célula muscular (mitocondria). Ahora bien, el combustible utilizado por el sistema aeróbico casi nunca será de un solo tipo, sino que tendrá una contribución porcentual de todos ellos, o de dos de ellos. La predominancia en la participación de cada uno de ellos va a depender de la intensidad y la duración del ejercicio. La secuencia temporal sería: En actividades muy intensas y de duración relativamente corta, los combustibles utilizados predominantemente son el ATP, PC y el glucógeno. En trabajos intensos y relativamente prolongados, el combustible que predomina será el glucógeno. En los ejercicios de intensidad baja – media y prolongados, el combustible predominante serán los Ácidos grasos libres (AGL), glucógeno. 32  Título Profesional Europeo en Preparación Física, Entrenamiento Personal y Funcional 10.4.1 Sistema Nº1 ATP-PC Otra molécula altamente energética es la fosfocreatina (PC). La descomposición de la PC se utiliza para reconstruir el ATP y mantener un suministro constante del mismo. La liberación de energía por parte de la PC es facilitada por la encima creatinquinasa (CK), que actúa sobre la PC para separar el fosfato (Pi) de la creatina. La energía liberada se puede usar para unir el Pi a una molécula de ADP, formando nuevamente ATP, de esta forma se evita el agotamiento del ATP, reduciendo PC. Es una reacción muy rápida y no precisa la presencia de oxígeno. Nuestras reservas de ATP-PC pueden mantener las necesidades de energía de nuestros músculos tan solo de 3 a 15 segundos durante un sprint máximo. La producción de energía es de 1 mol de ATP por un mol de PC. Cambios en el ATP y PC muscular durante los primeros segundos de esfuerzo máximo. 33  Título Profesional Europeo en Preparación Física, Entrenamiento Personal y Funcional 10.4.2 Sistema Nº2 Glucolítico Este método de producción de energía implica la descomposición de la glucosa. Antes de que la Glucosa o el Glucógeno puedan usarse para generar energía deben convertirse en un compuesto llamado glucosa-6-fosfato. La conversión de la glucosa requiere una molécula de ATP. El glucógeno no. Se diferencian dos caminos de la glucólisis, la lenta o aeróbica: Si el nivel de oxígeno en el músculo es suficiente y la demanda de energía es baja, la glucólisis opera de forma que el piruvato entra a la mitocondria y se combustiona aeróbicamente. Por otro lado, tenemos la glucólisis rápida o anaeróbica: Si el nivel de oxígeno en el músculo es insuficiente o si la demanda de energía es alta, el piruvato se transforma en lactato (ácido láctico). Este sistema no produce grandes cantidades de ATP. Otra limitación que tiene la glucólisis anaeróbica es que ocasiona una acumulación de ácido láctico en los músculos y fluidos, dificultando la función enzimática e impidiendo la contracción muscular. Los sistemas ATP-PC y Glucolítico predominan durante los primeros minutos de ejercicio de intensidad elevada. La glucólisis solo representa el 5% del ATP total que se genera durante la degradación total de la molécula de glucosa. Esquema de la glucólisis anaeróbica. 34  Título Profesional Europeo en Preparación Física, Entrenamiento Personal y Funcional 10.4.3 Sistema Nº3 Oxidativo Es el sistema más complejo. Emplea oxígeno, por tanto, se le llama aeróbico. Esta producción oxidativa de ATP se produce en las mitocondrias. Produce una enorme cantidad de energía, por tanto, es el método principal de producción de energía durante las pruebas de resistencia. La producción oxidativa de ATP abarca tres procesos: 1. Glucólisis. 2. Ciclo de Krebs. 3. Cadena de transporte de electrones. En primer lugar, veremos la producción de ATP a partir de la oxidación de los Hidratos de carbono. 1. Glucólisis: El proceso de glucólisis es el mismo tanto si hay O2 como si no. La presencia de oxígeno determina el destino del producto final: el ácido pirúvico. En presencia de O2, el ácido pirúvico se convierte en un compuesto llamado acetilcolina A (acetil CoA) y este puede entrar en el ciclo de Krebs. 2. Ciclo de Krebs: Una vez se forma el acetil CoA entra en el Ciclo de Krebs, para ser oxidado. El Ciclo de Krebs degrada el sustrato de acetil CoA a: dióxido de carbono y átomos de hidrógeno dentro de la mitocondria. 35  Título Profesional Europeo en Preparación Física, Entrenamiento Personal y Funcional Al final del ciclo de Krebs se han formado 2 moles de ATP y el sustrato. (en el caso de los H.C. se han descompuesto en carbono y en hidrógeno.) El carbono se combina con O2 para formar dióxido de carbono (CO2). Este CO2 difunde fuera de la célula y es transportado por la sangre a los pulmones para ser espirado. 3. Cadena de transporte de electrones: Durante la glucólisis y el Ciclo de Krebs se liberan muchos átomos de hidrógenos, que, si permanecen en el sistema, el interior de la célula se vuelve demasiado ácido. Este hidrógeno liberado se combina con dos coenzimas: NAD (nicotinamida- adenindinucleótido) y FAD (flavoadenindinucleótido). Éstas llevan los átomos de hidrógeno hacia la cadena de transporte de electrones, donde se dividen en protones y electrones. Al final de la cadena, el hidrógeno se combina con O2 para formar agua, impidiendo así la acidificación. Los electrones separados del hidrógeno pasan por unas reacciones, que finalmente proporcionan energía para la fosforilación de ADP formando nuevamente ATP. Al final de la cadena de transporte de electrones, los hidrógenos se combinan con O2 formando H2O 36  Título Profesional Europeo en Preparación Física, Entrenamiento Personal y Funcional 10.5. Producción de energía a partir de diferentes sustratos 10.5.1. Oxidación de los hidratos de carbono El Sistema Oxidativo de producción de energía puede generar hasta 39 moléculas de ATP a partir de una molécula de glucógeno. Vemos el resumen en la siguiente tabla. ATP producido por 1 mol de glucógeno hepático Fase del Directo Por fosforilación ox. Proceso (cadena de transporte) Glucólisis 3 6 Ácido pirúvico 0 6 en acetil CoA Ciclo de Krebs 2 22 Subtotal 5 34 TOTAL 39 10.5.2. Oxidación de las Grasas Las reservas de glucógeno en el hígado y en los músculos pueden proporcionar solamente de 1200 a 2000 kcal de energía, pero la grasa almacenada dentro de las fibras musculares y en nuestras células grasas pueden proporcionar entre 70.000 y 75.000 kcal. Solo los triglicéridos son fuente de energía importante. Se almacenan en las células grasas y en las fibras musculares esqueléticas. Para poder usar su energía deben descomponerse en sus unidades básicas: una molécula de glicerol y tres moléculas de ácidos grasos libres. Este proceso se llama lipólisis y lo lleva a cabo una enzima llamada lipasa. Los ácidos grasos libres son transportados por la sangre hasta las fibras musculares, donde se descomponen dentro de las mitocondrias. El catabolismo enzimático de las grasas por las mitocondrias recibe la denominación de betaoxidación (oxidación ß) 37  Título Profesional Europeo en Preparación Física, Entrenamiento Personal y Funcional La betaoxidación produce 8 moléculas de ácido acético, y cada una de estas moléculas se convierte entonces en acetil CoA. A partir de ese punto, el metabolismo de las grasas sigue el mismo camino que el de los hidratos de carbono, el acetil CoA formado por la betaoxidación entra en el Ciclo de Krebs. La combustión completa de una molécula de ácidos grasos libres requiere más oxígeno porque contiene más carbono que una molécula de glucosa. La ventaja de tener más carbono es que se forma más acetil CoA, por lo que entra más en el Ciclo de Krebs y se envían más electrones a la cadena de transporte. Asimismo, el glicerol penetra en la ruta energética de la glucólisis y los ácidos grasos penetran en el ciclo de Krebs a través de la Betaoxidación. Por cada molécula de ácido graso de 18 carbonos se fosforilan 147 moléculas de ADP a ATP. Caminos de la β-oxidación 10.5.3. Oxidación de las Proteínas Las proteínas o más bien los aminoácidos que las forman también pueden ser utilizados como combustible. (leucina, isoleucina, valina, glutamina y ácido aspártico) Algunos pueden convertirse en glucosa, otros pueden convertirse en productos intermedios como piruvato, acetil CoA. Antes se necesita eliminar el nitrógeno de la molécula de aminoácido. Solo cuando un aminoácido ha perdido su grupo amino que contiene nitrógeno el compuesto que queda, contribuye a la formación de ATP. El aporte energético en exceso de cualquier tipo de combustible puede ser contraproducente, ya que se acumularán en forma de grasa corporal. Una vez llenas las reservas de glucógeno, los hidratos de carbono que sobran se convierten en triglicéridos y almacenan en el tejido adiposo. Las proteínas, una vez desaminadas, los residuos de carbono de los aminoácidos que sobran se convierten fácilmente en grasa. 38  Título Profesional Europeo en Preparación Física, Entrenamiento Personal y Funcional 10.6. Factores limitantes de los diferentes sistemas Limitado por cantidad y calidad de fibras (FT). ATP-PC Cantidad y actividad de enzimas (CPK) concentraciones de ATP y PC muscular Limitado por acumulación de ácido láctico, un Sistema Glucolítico aumento de acidez, disminución de PH, no oxidativo. Inhibición en el proceso de contracción muscular. Nivel de sustratos amortiguadores. Niveles de reservas de glúcidos y lípidos. Sistema Oxidativo Deshidratación, equilibrio iónico, termorregulación. 10.7. Aplicación práctica 10.7.1. Entrenamiento de Fuerza Tipo de Fuerza Carga Repeticiones Sistema energético % 1RM predominante F. Máxima 95% -100% ATP-PC + de 100% 1–4 Anaeróbico alact. Fosfágenos musc. F. Hipertrofia 65 - 70% al Glucolítico + 85 - 90% 6 – 15 Fosfágenos Anaerób. láctico F. Resistencia 25 – 30% al + de 20 Aeróbico 50% 39  Título Profesional Europeo en Preparación Física, Entrenamiento Personal y Funcional 10.7.2. Entrenamiento de pruebas cíclicas de resistencia Durante la actividad física, los 3 sistemas funcionan de forma simultánea, pero siempre predomina uno de ellos en el aporte energético. Pongamos tres ejemplos del predominio de cada uno de los sistemas energéticos en diferentes pruebas: Predominio del Sistema ATP-PC: Salto de longitud, lanzamiento de bala. Predominio del Sistema Glucolítico no oxidativo: Carrera de 400 mt. Predominio del Sistema Oxidativo: Ciclismo de carretera, pruebas de larga duración. A continuación, incluimos la gráfica con las curvas de participación de los diferentes sistemas energéticos en el tiempo, marcando las distancias de carrera de diferentes pruebas de atletismo. Aclaración: La línea continua representa el aporte de energía del sistema ATP-PC, la siguiente línea de puntos representa el aporte de energía del sistema glucolítico no oxidativo y la última línea discontinua que termina prolongándose en el tiempo, representa el aporte del sistema oxidativo. En la siguiente tabla vemos la participación de los sistemas de energía en las distancias competitivas de atletismo, (en % energético). Distancia ATP-PC Glucolítico No ox. Oxidativo 100 mt. 50% 50% - 200 mt. 30% 45% 25% 400 mt. 10% 45% 45% 800 mt. 5% 35% 60% 1500 mt. 5% 20% 75% 5000 / 10000 mt. - 10% 90% Maratón - 5% 95% 40  Título Profesional Europeo en Preparación Física, Entrenamiento Personal y Funcional La siguiente tabla vemos la participación de los sistemas de energía continua y las distancias de carrera en pruebas de natación. En la siguiente tabla vemos la participación de los sistemas de energía en las distancias competitivas de natación, (en % energético). Distancia ATP-PC Glucolítico No ox. Oxidativo 50 mt 30% 40% 30% 100 mt 10% 45% 45% 200 mt 5% 35% 60% 400 mt - 25% 75% 800 mt - 15% 85% 1500 mt - 10% 90% 41  Título Profesional Europeo en Preparación Física, Entrenamiento Personal y Funcional La siguiente tabla vemos la participación de los sistemas de energía continua y las distancias de carrera en pruebas de ciclismo. En la siguiente tabla vemos la participación de los sistemas de energía en las distancias competitivas de ciclismo, (en % energético). Distancia ATP-PC Glucolítico No ox. Oxidativo Velocidad 80% 20% - Kilómetro 10% 45% 45% Persec. Individual 5% 35% 60% Ciclismo de fondo - 10% 90% 42  Título Profesional Europeo en Preparación Física, Entrenamiento Personal y Funcional 10.7.3. Aplicado al entrenamiento de deportes acíclicos Con respecto a los deportes de prestaciones acíclicas (fútbol, baloncesto, rugby, voleibol, tenis, etc.) que se caracterizan por una cambio constante e inestable de la actividad motora y espacio – temporales de los movimientos, influidos por aspectos tácticos – estratégicos y reglamentarios, incluimos la siguiente tabla con las características energéticas y fisiológicas de estas especialidades deportivas. La siguiente tabla representa datos de media, de los diferentes deportes, tomadas de deportista de alto nivel. Distancia % No VO2máx. Lactato Deporte recorrida % Aeróbico oxidativo (Ml/min/kg) intra-juego (mt) Fútbol 9500 – 12500 72 – 80% 18 – 20% 55 – 65 4–8 Rugby 5500 – 7500 65 – 70% 30 – 35% 45 – 60 4 – 11 Hockey 5500 – 7000 69 – 74% 31 – 36% 50 – 62 4–7 césped Baloncesto 4800 – 6500 68 – 70% 30 – 32% 49 – 60 3–6 Tenis (3 set) 1500 - 3500 78 – 80% 18 – 20% 52 - 62 2-4 43