ACTIVIDAD FÍSICA ROL DEL OXÍGENO OBTENCIÓN DE ENERGÍA EJERCICIO Y FUNCIÓN RESPIRATORIA

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Virginia Ortíz Pérez
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ACTIVIDAD FÍSICA EJERCICIO Y FUNCIÓN RESPIRATORIA Allan White El protagonista principal en la actividad física es, sin lugar a dudas, el oxígeno, el cual es necesario para extraer cabalmente la

1 ACTIVIDAD FÍSICA EJERCICIO Y FUNCIÓN RESPIRATORIA Allan White El protagonista principal en la actividad física es, sin lugar a dudas, el oxígeno, el cual es necesario para extraer cabalmente la energía almacenada en los enlaces químicos de las moléculas complejas que ingerimos y/o sintetizamos. ROL DEL OXÍGENO El rol del oxígeno es actuar como aceptor final de electrones contenidos en los enlaces químicos de las moléculas que se oxidan en el metabolismo. Como consecuencia de su acción se produce CO 2 y H 2 O OBTENCIÓN DE ENERGÍA Se define un eje catabólico básico, el cual es representado por la oxidación (pérdida de electrones) progresiva de la glucosa y sus intermediarios, hasta convertirse idealmente en CO 2 y H 2 O. Esto ocurre sólo cuando el flujo de oxígeno que llega a las mitocondrias de las células es suficiente. 1

ADP + Pi ATP (e - + H + ) n O 2 H 2 O CADENA RESPIRATORIA 7 fumarato fumarasa 6 FADH 2 succinato deshidrogenasa FAD succinato GDP + Pi GTP 5

2 EJE CATABÓLICO BÁSICO acetil-coa 1 oxalacetato NADH + H + citrato sintasa aconitasa 2 Glucosa Otros azúcares Ácidos grasos NAD + 8 malato deshidrogenasa citrato isocitrato GLUCÓLISIS malato NAD + Aminoácidos Piruvato Acetil-CoA + OXAL CICLO DE KREBS CO 2 FOSFORILACIÓN OXIDATIVA ADP + Pi ATP (e - + H + ) n O 2 H 2 O CADENA RESPIRATORIA 7 fumarato fumarasa 6 FADH 2 succinato deshidrogenasa FAD succinato GDP + Pi GTP 5 succinil-coa sintetasa 4 α-cetoglutarato deshidrogenasa isocitrato deshidrogenasa CO2 Succinil-CoA 3 NAD + NADH + H + NADH + H + CO2 α-cetoglutarato 2

3 CADENA TRANSPORTADORA DE ELECTRONES La mayoría de los transportadores son proteínas integrales de la membrana mitocondrial interna. Además de NAD + y FAD hay otros tres tipos de transportadores de electrones: Ubiquinona o Coenzima Q (UQ). Citocromos a, b y c (proteínas con grupos hemo). Proteínas ferro-sulfuradas. ATP COMO INTERMEDIARIO La energía liberada es traspasada momentáneamente a moléculas de adenosín trifosfato (ATP), el que a su vez la transfiere haciendo posible: la síntesis de otras moléculas el paso de iones y otras sustancias a través de membranas la contracción muscular, etc. NADH + H + + ½ O 2 NAD + + H 2 O Gº = kj/mol FADH 2 + ½ O 2 FAD + H 2 O Gº = kj/mol ADP + Pi ATP + H 2 O Gº = 52 kj/mol 3

4 DISPONIBILIDAD DE ATP En un adulto de talla normal en reposo hay alrededor de 85 gramos de ATP (1/6 de mol), el que es consumido rápidamente en el ejercicio intenso. Esto ratifica la importancia del oxígeno para generar ATP en forma constante. CONSTITUCIÓN DEL ÁTOMO DE OXÍGENO Núcleo: 8 protones (Número atómico) 8 neutrones La suma de protones y neutrones da el Peso Atómico (16) Órbitas de electrones: 8 electrones ELECTRONES DEL OXÍGENO Los 8 electrones que orbitan en torno al núcleo del oxígeno lo hacen distribuyéndose en dos niveles: 1S 2 2S 2 2px 2 2py 1 2pz 1 TENDENCIA DEL OXÍGENO La tendencia natural del oxígeno es completar el segundo nivel con 8 electrones, agregando los dos que les faltan a los subniveles 2py y 2pz Con esto el oxígeno adquiere una carga negativa de dos electrones (O -2 ), reduciéndose a costa de oxidar al elemento o compuesto que le cedió los electrones. 4

OXÍGENO ATMOSFÉRICO H 2 O H O H 1S 1 1S 2 2S 2 2px 2 2py 1 2pz 1 Se supone que el oxígeno de la atmósfera tiene origen fotosintético.

aproximadamente un 20% de la atmósfera terrestre.

5 OXÍGENO ATMOSFÉRICO H 2 O H O H 1S 1 1S 2 2S 2 2px 2 2py 1 2pz 1 Se supone que el oxígeno de la atmósfera tiene origen fotosintético. La fotosíntesis es el proceso mediante el cual la energía solar excita electrones que son usados para formar enlaces de alta energía al sintetizarse moléculas orgánicas. Estos electrones provienen del agua como molécula dadora de electrones Luz + nco 2 + nh 2 O > (HCHO)n + no 2 ATMÓSFERA Actualmente el oxígeno constituye aproximadamente un 20% de la atmósfera terrestre. La mantención de este porcentaje depende de la existencia de agua, de seres capaces de fotosintetizar y del precario equilibrio entre la producción de oxígeno y su consumo. PRESIÓN PARCIAL DE OXÍGENO La presión que ejerce la columna de gases atmosféricos sobre la superficie de la tierra, a nivel del mar, es de 760 mmhg o una atmósfera. En esas condiciones la PO 2 atmosférica es cercana a 160 mmhg y la PO 2 alveolar y arterial 100 mmhg. 5

DEPENDENCIA DEL OXÍGENO En la corta existencia de los mamíferos sobre la tierra, se ha establecido una dependencia absoluta del oxígeno atmosférico como oxidante metabólico, para liberar la energía

6 DEPENDENCIA DEL OXÍGENO En la corta existencia de los mamíferos sobre la tierra, se ha establecido una dependencia absoluta del oxígeno atmosférico como oxidante metabólico, para liberar la energía de las moléculas orgánicas complejas. La mayor parte de los seres humanos viven cerca del nivel del mar y su metabolismo está adaptado al oxígeno que sus mitocondrias pueden recibir en esas condiciones desde la atmósfera. LIMITACIONES DEL OXÍGENO Sin embargo, el oxígeno debe: Desplazarse por simple gradiente de presiones parciales, desde la atmósfera hasta los alvéolos. Viajar disuelto en el plasma y líquidos intersticiales e intracelulares, a pesar de su baja solubilidad. Cruzar las paredes alveolares y de vasos sanguíneos, además de las membranas celulares y mitocondriales dependiendo sólo de gradientes de concentración. OXÍGENO INSUFICIENTE Cuando el flujo de oxígeno es inferior a la demanda: El piruvato no se oxida a Acetil CoA El piruvato se reduce a lactato La producción de ATP disminuye significativamente Se produce fatiga 6

Producción de ATP Muy poco por Creatina-P Poco por Glucólisis anaeróbica Mayor producción de ATP en mitocondrias con O 2 Insuficiencia de O 2 Produce lactato y acidosis Se evidencia el Umbral de

7 Producción de ATP Muy poco por Creatina-P Poco por Glucólisis anaeróbica Mayor producción de ATP en mitocondrias con O 2 Insuficiencia de O 2 Produce lactato y acidosis Se evidencia el Umbral de lactato ROLES DE LA RESPIRACIÓN Incorporación de O 2 Eliminación de CO 2, H 2 O y H + FACTORES QUE INFLUYEN EN EL RENDIMIENTO FÍSICO Capacidad de consumo de oxígeno (V O 2 máx) Capacidad de eliminar CO 2 Regulación del ph Pérdida de agua por la espiración. 7

8 REGULACIÓN DE LA RESPIRACIÓN En los alvéolos la concentración de O 2 es 13 % (PO 2 de 100 mmhg), mientras la de CO 2 es 5,3 % (PCO 2 de 40 mmhg). En la sangre arterial la PO 2 es también 100 mmhg y la PCO 2 40 mmhg. Estos valores normales son regulados a través de los quimiorreceptores carotídeos (O 2 ) y bulbares (CO 2 ). AJUSTES RESPIRATORIOS Cuando el consumo de O 2 y la producción de CO 2 disminuye y aumenta, respectivamente, los niveles arteriales, los receptores gatillan una respuesta del centro respiratorio. Dicha respuesta consiste en órdenes enviadas a los músculos inspiratorios y espiratorios para que se contraigan más y con mayor frecuencia, incrementando la amplitud y frecuencia de la respiración. ROL DEL SISTEMA CARDIOVASCULAR Un aumento de la actividad cardíaca y velocidad de circulación de la sangre puede impedir que la sangre arterial alcance a equilibrarse con el aire alveolar. Esto puede constituir otra causa de disminución de la PO 2 y aumento de la PCO 2 arteriales 8

COMPRESIÓN DINÁMICA Cuando se realiza un gran esfuerzo espiratorio con la intención de renovar más rápidamente el aire, el flujo espiratorio no es proporcional a dicho esfuerzo, debido a la

9 COMPRESIÓN DINÁMICA Cuando se realiza un gran esfuerzo espiratorio con la intención de renovar más rápidamente el aire, el flujo espiratorio no es proporcional a dicho esfuerzo, debido a la compresión dinámica de las vías aéreas. Esto se convierte en una resistencia adicional al flujo de aire. RESISTENCIA DINÁMICA Cuando aumenta la actividad respiratoria, las resistencias dinámicas adquieren más importancia relativa. Estas resistencias son: la resistencia al flujo de aire en el interior de los ductos la viscosidad tisular. ROL DE LA MIOGLOBINA A una PO 2 de 40 mmhg la Hb todavía contiene un 75 % de O 2 unido. A medida que la PO 2 baja, la Hb comienza a entregar el O 2 con mucha mayor facilidad. Sólo cuando la PO 2 local disminuye mucho comienza a ser liberado el O 2 almacenado en la mioglobina, con la que tiene una afinidad mucho mayor que con la Hb. 9

10 EFECTOS BOHR Y HALDANE Constituyen una contribución al adecuado intercambio de gases entre la sangre y los tejidos Bohr: Corresponde a una pérdida de afinidad de la Hb por el O 2 cuando aumenta la PCO 2 Haldane: Corresponde a un aumento de afinidad de la Hb por el CO 2 cuando disminuye la PO 2 REGULACIÓN DEL ph La capacidad tampón de la Hb mejora cuando se desoxigena. Un incremento de la actividad respiratoria contribuye a eliminar el exceso de ácido producido por el metabolismo, en la forma de CO 2 OTROS AJUSTES RESPIRATORIOS CO 2 + H 2 O H 2 CO 3 H 2 CO 3 H + + HCO 3 - La actividad respiratoria en el ejercicio aumenta en respuesta a: Aumento de la temperatura Estímulos articulares y musculares Aumento de la distensión pulmonar Voluntad, a través de la corteza motora Emociones (esto explica la anticipación) 10

una ventilación alveolar prácticamente nula. Esto se debe al espacio muerto.

11 RELACIÓN FRECUENCIA - AMPLITUD La ventilación alveolar es más eficiente cuando se incrementa la profundidad (amplitud) En cambio, una respiración demasiado rápida y superficial puede llegar a producir una ventilación alveolar prácticamente nula. Esto se debe al espacio muerto. EVALUACIONES ÚTILES Capacidad vital forzada (CVF). Volumen espiratorio forzado en un segundo (VEF1). Ventilación voluntaria máxima (VVM). 11

ROL DE LOS RADICALES LIBRES Mayor actividad respiratoria

2, sin aumento de la capacidad antioxidante.

y células de músculos, epitelios y otros tejidos.

12 ROL DE LOS RADICALES LIBRES Mayor actividad respiratoria puede incrementar la producción de radicales libres del O 2, sin aumento de la capacidad antioxidante. Esto puede ocasionar estrés oxidativo, dañando eritrocitos y células de músculos, epitelios y otros tejidos. Esto podría disminuir el rendimiento físico, especialmente en el ejercicio prolongado. 12

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