Nutrição e Esporte
Uma abordagem bioquímica
QBQ 2003
Departamento de Bioquímica
Instituto de Química
Nutrição e Esporte
Uma abordagem bioquímica
Professores
Alexandre Z. Carvalho
(ale.zat.carvalho@bol.com.br)
André Amaral G. Bianco
(biancob@iq.usp.br)
Daniela Beton
(danielab@iq.usp.br)
Erik Cendel Saenz Tejada
(esaenz@iq.usp.br)
Fernando H. Lojudice da Silva
(lojudice@iq.usp.br)
Karina Fabiana Ribichich
(kribi@iq.usp.br)
Leonardo de O. Rodrigues
(leonardo@iq.usp.br)
Sayuri Miyamoto
(miyamot@iq.usp.br)
Tie Koide
(tkoide@iq.usp.br)
Supervisor
Bayardo B. Torres
(bayardo@iq.usp.br)
Cronograma das Aulas
Nutrição e Esporte – Uma abordagem bioquímica (QBQ 2003) Instituto de Química da USP – Bloco 6 inferior
Dia Período Tema Abordado
Manhã Apresentação do curso
Contração muscular e fibras Revisão de vias metabólicas 10/02/2003 Tarde Adaptação Tomada de O2 VO2 Manhã Lactato Carboidratos Lipídeos
Intensidade do exercício físico 11/02/2003
Tarde Proteínas
Manhã Estresse Oxidativo
Defesa Anti-Oxidante 12/02/2003 Tarde Vitaminas Sais Minerais Câimbra Hidratação Manhã Doping 13/02/2003 Tarde Suplementos
Manhã Grupos Especiais
14/03/2003
INDICE
1. Contração Muscular e Fibras ... 1
2. Revisão – Vias metabólicas... 16
3. ?-Oxidação ... 23
4. Síntese de Ácidos Graxos... 28
5. Tomada de Oxigênio ... 30
6. Déficit de O2... 31
7. VO2max - Consumo máximo de oxigênio ... 32
8. Recuperação após o exercício ... 35
9. Limiar de Lactato ... 40
10. Adaptações na utilização de diferentes substratos durante o treinamento ... 42
11. Treinamento de longa duração e alta intensidade ... 44
12. Exercícios de intensidade baixa e moderada... 46
13. Proteínas... 48
14. Carboidratos... 55
15. Lipídios... 57
16. Estresse Oxidativo, Defesa Antioxidante e Atividade Física ... 61
17. Vitaminas e Minerais ... 80
18. Adaptações ao exercício em diferentes populações ... 91
19. Doping ...103
20. Suplementos ...119
21. Suplementação de Aminoácidos...131
22. Hidratação...135
23. Mitos e verdades acerca dos suplementos alimentares...136
CONTRAÇÃO MUSCULAR E FIBRAS
1. Contração Muscular e Fibras
S
CONTRAÇÃO MUSCULAR E FIBRAS
1.1. Introdução
Os músculos são órgãos constituídos principalmente por tecido muscular, especializado em contrair e realizar movimentos, geralmente em resposta a um estímulo nervoso. Os músculos podem ser formados por três tipos básicos de tecido muscular (figura 1):
Tecido Muscular Estriado Esquelético
Apresenta, sob observação microscópica, faixas alternadas transversais, claras e escuras. Essa estriação resulta do arranjo regular de microfilamentos formados pelas proteínas actina e miosina, responsáveis pela contração muscular. A célula muscular estriada chamada fibra muscular, possui inúmeros núcleos e pode atingir comprimentos que vão de 1mm a 60 cm.
Tecido Muscular Liso
Está presente em diversos órgãos internos (tubo digestivo, bexiga, útero etc) e também na parede dos vasos sanguíneos. As células musculares lisas são uninucleadas e os filamentos de actina e miosina se dispõem em hélice em seu interior, sem formar padrão estriado como o tecido muscular esquelético. A contração dos músculos lisos é geralmente involuntária, ao contrário da contração dos músculos esqueléticos.
Tecido Muscular Estriado Cardíaco
Está presente no coração. Ao microscópio, apresenta estriação transversal. Suas células são uninucleadas e têm contração involuntária.
Figura 1: Os três tipos de tecido muscular
Músculo Esquelético
CONTRAÇÃO MUSCULAR E FIBRAS
Antes de prosseguirmos devemos nos recordar que os músculos esqueléticos não podem executar suas funções sem suas estruturas associadas (figura 2). Os músculos esqueléticos geram a força que deve ser transmitida a um osso através da junção músculo-tendão. As propriedades destes elementos estruturais podem afetar a força que um músculo pode desenvolver e o papel que ele tem em mecânicos comuns.
O movimento depende da conversão de energia química do ATP em energia mecânica pela ação dos músculos esqueléticos. O corpo humano possui mais de 660 músculos esqueléticos envolvidos em tecido conjuntivo. As fibras são células musculares longas e cilíndricas, multinucleadas que se posicionam paralelas umas às outras. O tamanho de uma fibra pode variar de alguns mm como nos músculos dos olhos a mais de 100 mm nos músculos das pernas.
Composição Química
Cerca de 75% do músculo esquelético e composto por água e 20%, proteína. Os 5% restantes consistem em sais inorgânicos, uréia, acida lático, fósforo, lipídeos, carboidratos, etc. As proteínas mais abundantes dos músculos são: miosina (60%), actina e tropomiosina. Além disso, a mioglobina também esta incorporada no tecido muscular (700 mg de proteína para 100g tecido).
Aporte Sanguíneo
Durante o exercício, a demanda por oxigênio é de 4.0L/min e a tomada de oxigênio pelo músculo aumenta 70 vezes, 11mL/110g/min, ou seja, um total de 3400mL por minuto. Para isso, a rede de vasos sanguíneos fornece enormes quantidades de sangue para o tecido. Aproximadamente 200 a 500 capilares fornecem sangue para cada mm2 de tecido ativo.
Com treinamentos de resistência, pode haver um aumento na densidade capilar dos músculos treinados. Além de fornecer oxigênio, nutrientes e hormônios, a microcirculação remove calor e produtos metabólicos dos tecidos. Há estudos utilizando microscopia eletrônica que mostram que em atletas treinados, a densidade de capilares é cerca de 40% maior do que em pessoas não treinadas. Essa relação era aproximadamente igual à diferença na tomada máxima de oxigênio observada entre esses dois grupos.
Figura 2: Estruturas associadas ao músculo.
CONTRAÇÃO MUSCULAR E FIBRAS
Para entender a fisiologia e o mecanismo da contração muscular, devemos conhecer a estrutura do músculo esquelético.Os músculos esqueléticos são compostos de fibras musculares que são organizadas em feixes, (fascículos) (figura 3).
Os miofilamentos compreendem as miofibrilas, que por sua vez são agrupadas juntas para formar as fibras musculares. Cada fibra possui uma cobertura ou membrana, o sarcolema, e é composta de uma substância semelhante à gelatina, sarcoplasma. Centenas de miofibrilas contráteis e outras estruturas importantes, tais como as mitocôndrias e o retículo sarcoplasmático, estão inclusas no sarcoplasma.
Figura 3: Estrutura muscular
Ultraestrutura
Cada miofibrila contém muitos miofilamentos. Os miofilamentos são fios finos de duas moléculas de proteínas, actina (filamentos finos) (figura4) e miosina (filamentos grossos), que forma um filamento bipolar (figura 5). Há outras proteínas envolvidas na contração muscular: troponina e tropomiosina, que se localizam ao longo dos filamentos de actina (figura 4), dentre outras.
Figura 4: Os filamentos de actina são polímeros de moléculas globulares de actina que se enrolam formando uma hélice. A tropomiosina é um dímero helicoidal que se une cabeça a cauda formando um cordão. A troponina é um trímero que se liga a um sítio específico em cada dímero de tropomiosina.
CONTRAÇÃO MUSCULAR E FIBRAS
Figura 5: Filamento grosso de miosina. As moléculas de miosina se associam cauda a cauda para formar o filamento
Ao longo da fibra muscular é possível observar bandas claras e escuras, o que dá ao músculo a aparência estriada (figura 6). A área mais clara é denominada banda I e a mais escura, A. A linha Z bissecciona a banda I e fornece estabilidade à estrutura. A unidade entre duas linhas Z é denominada de sarcômero, a unidade funcional da fibra muscular. A posição da actina e miosina no sarcômero resulta em filamentos com sobreposição. A região A contém a zona H, onde não há filamentos de actina. Essa zona é bisseccionada pela linha M que delineia o centro do sarcômero e contém estruturas protéicas para suportar o arranjo dos filamentos de miosina.
Figura 6: (A) Micrografia eletrônica de baixa magnificação através de corte longitudinal de músculo esquelético, mostrando o padrão estriado. (B) Detalhe do músculo esquelético mostrado em (A), mostrando porções adjacentes de duas miofibrilas e a definição de sarcômero. (C) Diagrama esquemático de um único sarcômero, mostrando a origem das bandas claras e escuras vistas nas micrografias eletrônicas. A linha Z, localizada nas extremidades dos sarcômeros, estão ligadas a sítios dos filamentos finos (filamentos de actina), a linha M, na metade do sarcômero, é a localização de proteínas específicas que ligam filamentos grossos adjacentes (filamentos de miosina). As regiões verdes marcam a localização dos filamentos grossos e são referidas como banda A. As regiões vermelhas contêm somente filamentos finos e são chamadas de banda I.
CONTRAÇÃO MUSCULAR E FIBRAS
Etapas da Contração Muscular
1) Um potencial de ação trafega ao longo de um nervo motor até suas terminações nas fibras musculares;
2) Em cada terminação, o nervo secreta uma pequena quantidade de substância neurotransmissora: a acetilcolina;
3) Essa acetilcolina atua sobre uma área localizada na membrana da fibra muscular, abrindo numerosos canais acetilcolina-dependentes dentro de moléculas protéicas na membrana da fibra muscular;
4) A abertura destes canais permite que uma grande quantidade de íons sódio flua para dentro da membrana da fibra muscular no ponto terminal neural. Isso desencadeia potencial de ação na fibra muscular;
5) O potencial de ação cursa ao longo da membrana da fibra muscular da mesma forma como o potencial de ação cursa pelas membranas neurais; 6) O potencial de ação despolariza a membrana da fibra muscular e também
passa para profundidade da fibra muscular, onde o faz com que o retículo sarcoplasmático libere para as miofibrilas grande quantidade de íons cálcio, que estavam armazenados no interior do retículo sarcoplasmático;
7) Os íons cálcio provocam grandes forças atrativas entre os filamentos de actina e miosina, fazendo com que eles deslizem entre si, o que constitui o processo contrátil;
CONTRAÇÃO MUSCULAR E FIBRAS
8) Após fração de segundo, os íons cálcio são bombeados de volta para o retículo sarcoplasmático, onde permanecem armazenados até que um novo potencial de ação chegue; essa remoção dos íons cálcio da vizinhança das miofibrilas põe fim à contração.
Mecanismos da Contração Muscular
A teoria mais aceita para a contração muscular é denominada sliding
filament theory (figura 7), que propõe que um músculo se movimenta devido ao
deslocamento relativos dos filamentos finos e grossos sem a mudança dos seus comprimentos. O motor molecular para este processo é a ação das pontes de miosina que ciclicamente se conectam e desconectam dos filamentos de actina com a energia fornecida pela hidrólise de ATP. Isto causa uma mudança no tamanho relativo das diferentes zonas e bandas do sarcômero e produz força nas bandas Z.
A miosina tem um papel enzimático e estrutural na ação muscular. A cabeça globular tem atividade de ATPase ativada por actina no sitio de ligação a actina e fornece a energia necessária para a movimentação das fibras
Seqüência de eventos na contração muscular
1)Com o sítio de ligação de ATP livre, a miosina se liga fortemente a actina (figura 8);
2) Quando uma molécula de ATP se liga a miosina, a conformação da miosina e o sítio de ligação se tornam instáveis liberando a actina;
3) Quando a miosina libera a actina, o ATP é parcialmente hidrolisado (transformando-se em ADP) e a cabeça da miosina inclina-se para frente;
4) A religação com a actina provoca a liberação do ADP e a cabeça da miosina se altera novamente voltando à posição de início, pronta para mais um ciclo.
5) Todo este ciclo leva ao deslocamento dos filamentos e o músculo contrai;
Figura 7: Sliding filament theory como modelo de contração muscular. Os filamentos de actina e de miosina deslizam uns sobre os outros sem diminuição no tamanho do filamento.
CONTRAÇÃO MUSCULAR E FIBRAS
6) A ativação continua até que a concentração de cálcio caia e libere os complexos inibitórios troponina-tropomiosina, relaxando o músculo.
Tipos de Fibras Musculares
Há diferentes e controversos critérios para a classificação do músculo esquelético humano. Baseados nas características de contração e metabolismo podemos classificar dois tipos de fibras, as de contração rápida e lenta (figura 9).
Figura 9: (A) Células especializadas em produzir contrações rápidas são marcadas com anticorpos contra miosina “rápida”. (B) Células especializadas em produzir contrações lentas e longas são marcadas com anticorpos contra miosina “lenta”.
Figura 8: O ciclo de mudanças nas quais a molécula de miosina “caminha” sobre os filamentos de actina (Baseado em I. Rayment et al., Science 261:50-58, 1993).
CONTRAÇÃO MUSCULAR E FIBRAS
Uma técnica comum para estabelecer o tipo de fibra é baseada na sensibilidade diferencial a alteração de pH da miosina ATPase. São as características dessa enzima que determinam a velocidade de contração do sarcômero. Nas fibras rápidas (fast-twitch), a miosina ATPase é inativada por pH ácido mas é estável em pH alcalino, essas fibras coram escuro para esta enzima. Para fibras lentas (slow-twitch) a atividade da miosina ATPase permanece alta em pH ácido e fica estável em pH alcalino.
As fibras rápidas são conhecidas como células musculares brancas porque elas contém relativamente pouco de mioglobina, proteína que se torna vermelha quando na presença de oxigênio. As fibras lentas são chamadas de células musculares vermelhas, porque elas contêm muito mais desta proteína. As células podem ajustar-se à característica rápida ou lenta através de mudanças de expressão gênica de acordo com o padrão de estimulação nervosa que elas recebem.
Características dos diferentes tipos de fibra muscular
Figura 10: Percentagem do grupo de fibras lentas nos músculos de atletas de diferentes categorias.
Cada esporte exige uma demanda de energia, esforço e obviamente uma velocidade de contração muscular diferente. Sendo assim é mais do que lógico imaginar que existem tipos diferentes de fibras que compõem a musculatura. Como observado na figura 10, cada atleta possui uma percentagem específica de fibras de contração rápida e lenta.
CONTRAÇÃO MUSCULAR E FIBRAS
Slow-twitch – tipo I ?? Metabolismo aeróbio
?? Baixa atividade de miosina ATPase
?? Baixa velocidade de captação e liberação de cálcio ?? Capacidade glicolítica menor do que na fast-twitch
?? Número grande de mitocôndrias, tamanho das organelas é maior
?? A concentração de mitocôndria e citocromos combinada com alta pigmentação por mioglobina são responsáveis pela coloração característica. ?? Alta concentração de enzimas mitocondriais para o metabolismo aeróbio ?? Usadas para treino de resistência
?? SO : slow speed of shortening ?? Adaptadas ao exercício prolongado
Fast-twitch – tipo II
?? Alta capacidade de transmissão eletroquímica dos potenciais de ação ?? Alta atividade de miosina ATPase
?? Alta velocidade de liberação e captação de cálcio (reticulo endoplasmático desenvolvido)
?? Gera energia rapidamente para ações rápidas e potentes
?? Velocidade de contração é de 3 a 5 vezes maior que na slow-twitch ?? Sistema glicolítico de curta duração bem desenvolvido
?? Metabolismo anaeróbio
Tipo IIA
Intermediaria: contração rápida e capacidade aeróbia moderada (alto nível SDH) e anaeróbia (PFK) = FOG (fast oxidative glicolytic fiber)
Tipo IIB
Potencial anaeróbio maior – verdadeira fast – twitch FG (fast glicolytic)
Tipo IIC
CONTRAÇÃO MUSCULAR E FIBRAS
Tipo de fibra pode ser mudado?
Treinamento: pode induzir mudanças, mas há controvérsias.
Pode ser que só haja um aumento na capacidade aeróbia das fast. Ou vice versa. Altamente determinado pelo código genético.
Idade não é impedimento
Diferenças entre grupos atléticos 45 a 55% de slow-twitch
slow twitch – atletas de resistência
Hipertrofia x Hiperplasia
Hipertrofia é um aumento no tamanho e volume celular enquanto que Hiperplasia é um aumento no número de células.
Se você olhar para um fisiculturista e para um maratonista, de cara dá para notar que a especificidade de um treinamento produz efeitos diferentes em cada atleta. Um treinamento aeróbico resulta em um aumento de volume/densidade mitocondrial, enzimas oxidativas e densidade capilar (devido a um aumento no número de hemácias). Atletas de resistência também possuem as fibras de seus músculos treinados, menores quando comparadas com as de pessoas sedentárias. Por outro lado, fisiculturistas e outros levantadores de peso, têm músculos muito maiores. Sabe-se que o aumento de massa é devido primariamente à hipertrofia das fibras, mas há situações onde a massa muscular também aumenta em resposta a um crescimento no número de células.
Apesar de hiperplasia ser uma grande controvérsia entre pesquisadores da área, em modelos animais já foi demonstrado que sob certas condições podem ocorrer tanto hipertrofia quanto hiperplasia das fibras musculares, com um aumento de até 334% para massa muscular e 90% para o número de fibras.
Uma das evidências da existência da Hiperplasia em seres humanos, é que este processo também pode contribuir para o aumento de massa muscular. Por exemplo, um estudo feito em nadadores, revelou que estes tinham fibras do tipo I e IIa do músculo deltóide menores que as de não nadadores, entretanto o tamanho deste músculo era muito maior nos nadadores. Por outro lado, alguns pesquisadores mais céticos atribuem o fato de fisiculturistas e outros atletas deste tipo possuírem fibras de tamanho menor ou igual ao de indivíduos não treinados à genética: estes atletas simplesmente nasceram com maior número de fibras.
Existem dois mecanismos primários pelos quais novas fibras podem ser formadas. No primeiro, fibras grandes podem se dividir em duas ou mais fibras menores. No segundo, células satélite podem ser ativadas. Células satélite são “stem cells” (células-tronco) miogênicas envolvidas na regeneração do músculo esquelético. Quando você danifica, estira ou exercita as fibras musculares, células satélite são ativadas. Células satélite proliferam e dão origem a novos mioblastos. Estes novos mioblastos podem tanto se fundir com fibras já existentes quanto se fundir com outros mioblastos para formar novas fibras.
CONTRAÇÃO MUSCULAR E FIBRAS
Câimbras e Fadiga Muscular
Apesar de existirem muitas causas para câimbras musculares ou tetania, grandes perdas de sódio e líquidos costumam ser fatores essenciais que predispõem atletas a câimbras musculares. O sódio é um mineral importante na iniciação dos sinais dos nervos e ações que levam ao movimento nos músculos. Nós temos uma baixa nas reservas de sódio no organismo ao transpirarmos quando praticamos alguma atividade física.
Um estudo realizado com um tenista profissional no EUA apresentava que a perda de sódio em uma partida de várias horas era muito maior do que o consumo diário desse mineral pelo atleta e o quadro de câimbras musculares era reincidente. Dada a popularidade de dietas com pouco sódio, um déficit de sódio não está fora de questão quando um atleta está suando em taxas altas, particularmente nos meses quentes do ano.
Mas não devemos apenas associar as câimbras musculares o déficit do sódio no organismo. Existem outras causas potenciais como diabetes, problemas vasculares (estes pela baixa de oxigênio na fibra muscular, já que o oxigênio é elemento fundamental na contração muscular) ou doenças neurológicas. Os atletas atribuem câimbras à falta de potássio ou outros minerais como cálcio ou magnésio. A opinião médica atual não dá apoio a esta idéia. Os músculos tendem a acumular potássio, cálcio e magnésio de forma tal que são perdidos em níveis menores na transpiração, se comparados com sódio e cloreto. A dieta geralmente fornece quantidades adequadas para prevenir déficits que iriam contribuir para a ocorrência de câimbras.
A fadiga pode ser entendida como um declínio gradual da capacidade do músculo de gerar força, resultante de atividade física (figura 11).
CONTRAÇÃO MUSCULAR E FIBRAS
A fadiga muscular resulta de muitos fatores, cada um deles relacionados às exigências específicas do exercício que a produz. Esses fatores podem interagir de maneira que acabe afetando sua contração ou excitação, ou ambas. As concentrações de íons de hidrogênio podem aumentar causando acidose. Os estoques de glicogênio podem diminuir dependendo das condições de contração. Os níveis de fosfato inorgânico podem aumentar. As concentrações de ADP podem aumentar. A sensibilidade de Ca2 + da Troponina pode ser reduzida. A concentração
de íons livres de Ca2 + dentro da célula pode estar reduzida. Pode haver mudanças
na freqüência de potenciais de ação dos neurônios. Uma redução significativa no glicogênio muscular está relacionada à fadiga observada durante o exercício submáximo prolongado. A fadiga muscular no exercício máximo de curta duração está associada à falta de oxigênio e um nível sangüíneo e muscular elevado de ácido lático, com um subseqüente aumento drástico na concentração de H+ dos
músculos que estão sendo exercitados. Essa condição anaeróbica pode causar alterações intracelulares drásticas dentro dos músculos ativos, que poderiam incluir uma interferência no mecanismo contrátil, uma depleção nas reservas de fosfato de alta energia, uma deterioração na transferência de energia através da glicólise, em virtude de menor atividade das enzimas fundamentais, um distúrbio no sistema tubular para a transmissão do impulso por toda a célula e desequilíbrio iônicos. É evidente que uma mudança na distribuição de Ca2+ poderia alterar a atividade dos
miofilamento e afetar o desempenho muscular. A fadiga também pode ser demonstrada na junção neuromuscular, quando um potencial de ação não consegue ir do motoneurônio para a fibra muscular. O mecanismo exato da fadiga é desconhecido.
A contração muscular voluntária envolve uma “cadeia de comando” do cérebro às pontes cruzadas de actina-miosina (figura 12). A fadiga pode ocorrer como resultado de rompimento de qualquer local da cadeia de comando. A fadiga pode ser descrita tanto como central como periférica. A fadiga central está tipicamente associada com a ausência de motivação, transmissão espinhal danificada ou recrutamento das unidades motoras danificado. Geralmente, fatiga periférica se refere ao dano na transmissão nervosa periférica, na transmissão neuromuscular, dano no processo de ativação das fibras ou interações actina-miosina.
Figura 11: Representação esquemática da fadiga de contrações intermitentes submáximas. A capacidade máxima de geração de força diminui logo a partir do início da atividade.
CONTRAÇÃO MUSCULAR E FIBRAS
1. Preencha a tabela abaixo, indicando para cada esporte, qual seria o tipo de fibra predominante (tipo I - lenta, tipo II - rápida), a fonte de energia mais utilizada e se o exercício é aeróbio ou anaeróbio
Tipo de Esporte Tipo de fibra Fonte de energia Aeróbio/anaeróbio Corrida 100m
Maratona Caminhada Natação Sedentário
2. Além do ATP, a creatina fosfato também fornece energia e sua reserva é de 3 a 5 vezes maior do que as de ATP. A creatina fosfato é produzida nos períodos de repouso, por fosforilação à custa de ATP:
A reação é reversível catalisada pela creatina quinase. Durante a atividade muscular, processa-se no sentido da regeneração de ATP, o doador imediato de energia para a contração. A quantidade de ATP e de Creatina Fosfato (CP) armazenada no músculo é de aproximadamente 5 mmol e 15 mmol por kg de músculo, respectivamente. A hidrólise de 1 mol de ATP libera aproximadamente 7 kcal/mol e a de Creatina fosfato, 10kcal/mol. Seja uma pessoa de 70kg com 30kg de massa muscular que mobiliza 20kg dos músculos durante uma atividade física. Para cada uma das atividades, calcule por quanto tempo seria possível realiz ar a atividade, levando em consideração os dados de gasto energético fornecidos na tabela.
Tipo de Esporte Gasto energético
(kcal/min) Tempo
Ciclismo (rápido) 12,0
Creatina + ATP Creatina Fosfato + ADP + H+
Figura 12: Figura esquemática representando a “cadeia de comando” da contração muscular.
CONTRAÇÃO MUSCULAR E FIBRAS Judo 13,8 Karate 13,8 Corrida (rápido) 20,5 Natação (intenso) 12,0 Competição pólo aquático 13,6
Baseado nos seus cálculos, explique como essas atividades podem ser mantidas por um período de tempo maior, como ocorre usualmente. Que tipo de substrato seria utilizado como fonte de energia? Você se lembra das vias de utilização desses substratos? Para utilizar os substratos que você citou, é necessário que haja oxigênio?
REVISÃO –VIAS METABÓLICAS
2. Revisão – Vias metabólicas
(retirados do livro de Bioquímica básica do Bayardo)
Geral
Mapa pg 340 (mapa1) Ex1
Qual é a finalidade biológica dos processos descritos no mapa 1? Quais os compostos aceptores de hidrogênio?
Qual é a função das coenzimas e do oxigênio na oxidação dos alimentos?
Ex2
Mapa pg 116
Observe o mapa abaixo. Ele mostra de forma simplificada o metabolismo de degradação de carboidratos, lipídeos e proteínas, com reações reversíveis e irreversíveis.
REVISÃO –VIAS METABÓLICAS
Complete o quadro abaixo, indicando se as conversões indicadas são possíveis e quais etapas seriam percorridas para cada conversão possível
Conversões Possível? Etapas
a. Proteína ? Glicose b. Proteína ? Ácido Graxo c. Glicose ? Ácido Graxo d. Glicose ? Proteína e. Ácido Graxo ? Glicose f. Ácido Graxo ? Proteína
REVISÃO –VIAS METABÓLICAS GLICOSE GLICOSE 6 P FRUTOSE 6 P FRUTOSE 1,6 BISFOSFATO hexoquinase fosfofrutoquinase 1 DIIDROXIACETONA FOSFATO GLICERALDEÍDO 3 P FOSFOENOLPIRUVATO PIRUVATO piruvato quinase
REVISÃO –VIAS METABÓLICAS
2.1. Glicólise
1. Quais são os substratos iniciais da via? 2. Quais são os seus produtos?
3. O NADH produzido na glicólise pode ser oxidado aerobia ou anaerobiamente? Que vias ou reações estariam envolvidas? O que ocorre com o piruvato?
4. Fosfofrutoquinase 1: Esta enzima tem como inibidor o ATP e como efetuador alostérico positivo o AMP. Pense, em um músculo em contração vigorosa, qual é a conseqüência dessa regulação? Se o aporte de oxigênio for insuficiente para o músculo, o que deve ocorrer com as coenzimas? Haverá produção de lactato?
2.2. Conversão de piruvato a acetil-coA
A conversão do piruvato a acetil-coA é catalisada por um complexo multienzimático chamado complexo piruvato desidrogenase que requer cinco coenzimas: tiamina pirofosfato (TPP), coenzima A (CoA), nicotinamida adenina dinucleotídeo (NAD+), flavina adenina dinucleotídeo (FAD) e ácido lipóico. As quatro
primeiras coenzimas são derivadas de vitaminas hidrossolúveis: tiamina, ácido pantotênico, nicotinamida e riboflavina, respectivamente. O ácido lipóico também é uma vitamina. A equação da reação é a seguinte:
Piruvato + Coenzima A + NAD+ ? Acetil-CoA + NADH + CO 2
a) Qual é a importância dessa reação no metabolismo? De onde vem o piruvato? b) O que a falta de uma das vitaminas causaria?
c) Em que compartimento celular ocorre esta reação?
d) Se um indivíduo possuir um excesso de vitamina, haverá um aumento na velocidade de reação?
REVISÃO –VIAS METABÓLICAS 2.3. Ciclo de Krebs ACETIL-CoA MALATO CITRATO ?-CETOGLUTARATO SUCCINIL-CoA SUCCINATO ISOCITRATO FUMARATO OXALOACETATO NAD+ NADH + H+ CO2 NAD+ NADH + H+ CO2 Co-A GDP + Pi GTP CoA FAD FADH2 NADH + H+ NAD+ H2O CoA isocitrato desidrogenase ?-cetoglutarato desidrogenase citrato sintase succinato desidrogenase H2O
1. O ciclo de Krebs se inicia com a condensação de acetil-coA e oxaloacetato. Observe o mapa 1. De onde vem o acetil-CoA? (Na sua opinião, qual é a contribuição de cada composto para formação de acetil-CoA?)
2. Quantas coenzimas são reduzidas para uma molécula de acetil-coA?
3. Como o ciclo de Krebs pode contribuir para a formação de grande parte do ATP produzido na célula se ele gera somente 1 ATP e 1 GTP por molécula de acetil-coA? Esta via pode funcionar em condições anaeróbias?
4. Em um programa de treinamento, foram medidas a atividade da succinato desidrogenase e da citrato sintase. Em que vias essas enzimas participam? Qual seria o motivo para utilizar essas medidas para avaliação em um programa de treinamento físico?
2.4. Cadeia de transporte de elétrons e Fosforilação oxidativa
1. Qual é a função da cadeia de transporte de elétrons? Esta via poderia funcionar sem oxigênio?
2. As necessidades celulares de ATP variam bastante de acordo com o estado fisiológico da célula. Uma fibra muscular pode ter suas necessidades
REVISÃO –VIAS METABÓLICAS
aumentadas de 100 vezes em poucos segundos quando passa do repouso para uma atividade física intensa. Para promover o ajuste de produção de ATP e seu gasto, o transporte de elétrons só ocorre com a síntese de ATP e vice-versa. Para que essas reações ocorram, os substratos são: coenzimas reduzidas, oxigênio, ADP e Pi, dentre os quais somente o ADP atinge concentrações limitantes na célula.
Descreva o que ocorre no ciclo de Krebs, cadeia de transporte de elétrons, fosforilação oxidativa e glicólise quando
a) a razão ATP/ADP aumenta b) a razão ATP/ADP diminui 1) a razão NAD+/NADH aumenta
2) a razão NAD+/NADH diminui
2.5. Glicogênio
1. O glicogênio é sintetizado principalmente pelo fígado e músculos quando a oferta de glicose supera as necessidades energéticas imediatas destes órgãos. O glicogênio deve ser sintetizado em uma situação fisiologicade razão ATP/ADP alta ou baixa? Por que? Essa condição deve ocorrer durante o exercício ou durante o repouso?
2.6. Gliconeogênese
1. A gliconeogênese é uma via que se processa no fígado e minoritariamente nos rins e tem como objetivo a síntese de glicose a partir de compostos que não são carboidratos, aminoácidos, lactato e glicerol. Essa via utiliza as reações reversíveis da glicólise e substitui por outras irreversíveis. Há gasto de energia para efetuar a síntese de glicose? Qual é a necessidade de sintetizar glicose para um organismo? Essa via é realmente necessária já que temos reservas de glicogênio?
(-OXIDAÇÃO
3.
? -Oxidação
A continuação você tem os mapas das vias metabólicas mais importantes tal e qual elas são conhecidas em mamíferos. Eles estão relativamente simplificados ao efeito de que você consiga relembrar coisas básicas e não fique perdido no meio da complexidade que elas possuem. Logo de cada via, se apresentam detalhes dos pontos importantes por serem pontos de regulação, por envolverem gasto ou produção de energia ou poder redutor, ou por mostrar moléculas que serão nomeadas de aqui em diante e cujo destino você conseguirá seguir pelo universo metabólico. Alguns desses detalhes serão de utilidade não nessa fase de revisão e sim ao longo do curso.
-Observe a via de degradação de triacilgliceróis e oxidação (?-oxidação) de ácidos graxos.
(-OXIDAÇÃO
Revisemos alguns pontos dos caminhos indicados no diagrama anterior:
(1) - Utilização do glicerol
(2) - Ativação ao nível da membrana externa da mitocôndria
(-OXIDAÇÃO
(3) - ? - Oxidação
(E) A TRANSFERASE cataliza o processo e é regulada por (-) malonil-CoA (Ver na via da síntese de ácido graxo)
(-OXIDAÇÃO
Em determinadas condições fisiológicas, o acetil-CoA gerado na ? - oxidação não pode ser aproveitado no ciclo de Krebs e se produz a formação de corpos cetônicos (acetona, acetoacetato, .e ?-hidroxibutirato), como se indica em baixo.
Tente responder:
1- Observando a via geral, de que depende a mobilização dos depósitos de triacilgliceróis? Considerando que os hormônios catecolaminas (epinefrina ou adrenalina e norepinefrina ou noradrenalina) são sintetizados em situações de perigo, hipoglicemia, exercício físico e exposição a baixas temperaturas, estimulando a produção de glucagon e inibindo a da insulina, em que condições
(-OXIDAÇÃO
fisiológicas é ativada a lipase dos adipócitos? Nessas condições, quais serão as principais fontes de energia do tecido muscular?
2- Os subprodutos das vias que estão realçados (diidroxiacetona fosfato, o acetil-CoA e o Succinil-acetil-CoA) funcionam como intermediários de outras vias nas quais eles são processados. Quais são essas vias.
3- A carnitina é um composto amplamente distribuído pelos diferentes tecidos mas encontrado em concentrações elevadas no músculo. O que sugere este dado? 4- Em quais das seguintes situações haverá estímulo da formação de corpos cetônicos:
-dieta rica em hidratos de carbono e normal em lipídeos -jejum
SÍNTESE DE ÁCIDOS GRAXOS
4. Síntese de Ácidos Graxos
A primeira etapa da síntese de ácidos graxos é o transporte de Acetil-CoA para o citossol
Revisemos o ponto da síntese dos caminhos indicados no diagrama anterior:
SÍNTESE DE ÁCIDOS GRAXOS
4.1. Síntese de triacilgliceróis
Discuta a seguinte afirmação:
1) “Os triacilgliceróis constituem a forma de armazenamento de todo o excesso de nutrientes”
TOMADA DE OXIGÊNIO
5. Tomada de Oxigênio
A figura acima mostra a tomada de oxigênio pulmonar durante os minutos iniciais de uma corrida com velocidade constante por 10 min, ou seja, um exercício leve. Nos primeiros minutos, há um aumento exponencial da tomada de O2. A
região do gráfico onde nível de tomada de O2 permanece constante é considerado o
estado estacionário.
1. O que significa o estado estacionário em relação ao balanço energético? 2. A produção de ATP ocorre de forma aeróbia ou anaeróbia?
DÉFICIT DE O2
6. Déficit de O
2O déficit de O2 é a diferença entre o oxigênio total consumido durante o exercício e
o total que teria sido consumido se uma taxa estacionária do metabolismo aeróbio tivesse sido alcançada no início. No gráfico, o déficit está representado pela área em lilás.
1. Enquanto a tomada de oxigênio é pequena, qual é a fonte de energia utilizada preferencialmente?
2. Por que há sempre um atraso do aumento na tomada de oxigênio em relação ao gasto de energia? Responda levando em consideração a produção de substratos oxidáveis.
VO2MAX -CONSUMO MÁXIMO DE OXIGÊNIO
7. VO
2max - Consumo máximo de oxigênio
Em uma conversa entre atletas profissionais, provavelmente você irá ouvir a frase: "qual é o seu VO2Max?" Um alto nível de consumo máximo de oxigênio é
uma das características principais de atletas de esportes de alta intensidade como corrida e ciclismo, portanto, deve ser uma característica importante... Mas o que é e como ele é medido?
7.1. Definição de VO2 Max
VO2Max é o volume máximo de oxigênio consumido pelo corpo por minuto
durante o exercício realizado no nível do mar. Como o consumo de oxigênio está linearmente relacionado com o gasto de energia, quando medimos o consumo de oxigênio, estamos medindo indiretamente a capacidade máxima do indivíduo de realizar um trabalho aeróbico.
7.2. Por que o dele é maior que o meu???
Devemos começar perguntando: "quais são os determinantes do VO2Max?" Toda célula consome oxigênio para converter a energia dos alimentos em ATP para o trabalho celular. As células musculares em contração têm alta demanda por ATP, o que faz com que o consumo de oxigênio aumente durante o exercício. A soma total de bilhões de células de todo o corpo consumindo oxigênio e gerando CO2
pode ser medida pela respiração, usando equipamentos que medem o volume e a presença de oxigênio. Portanto, se medimos um consumo maior de oxigênio durante o exercício, sabemos que mais células musculares estão contraindo e consumindo oxigênio. Para receber e usar o oxigênio para gerar ATP para a contração muscular, as fibras musculares são absolutamente dependentes de dois fatores:
1) um sistema de delivery para levar o oxigênio da atmosfera para as células musculares
2) mitocôndrias para realizar o processo de transferência de energia aeróbia De fato, os atletas de resistência são caracterizados por possuir um ótimo sistema cardiovascular e uma capacidade oxidativa bem desenvolvida nos músculos esqueléticos. Precisamos de uma bomba eficiente para enviar o sangue rico em oxigênio para os músculos e também de músculos ricos em mitocôndria para usar o oxigênio e sustentar altas taxas de exercício físico. Mas, qual seria o fator limitante na VO2Max, o delivery ou a utilização de oxigênio? Esta questão
criou muito debate entre os fisiologistas, mas agora já temos uma resposta clara. 7.3. Os músculos dizem, se você entrega-ló, nós o usaremos.
Muitos experimentos de diferentes tipos sustentam o conceito de que, em indivíduos treinados, é o delivery e não a utilização de oxigênio que limita o VO2Max. Realizando exercícios com uma perna e medindo diretamente o consumo
muscular de oxigênio de uma pequena massa muscular, foi mostrado que a capacidade do músculo utilizar o oxigênio excede a capacidade do coração de bombeá-lo. Apesar de um homem adulto possuir de 30 a 35 kg de músculo, somente uma parte desse músculo pode ser perfundido com sangue a qualquer momento. O coração não pode enviar um grande volume de sangue para todo o músculo esquelético e ainda manter uma pressão sangüínea adequada. Como mais uma evidência para uma limitação no delivery, um treino de resistência longo pode resultar em um aumento de 300% da capacidade oxidativa do músculo mas
VO2MAX -CONSUMO MÁXIMO DE OXIGÊNIO
aumenta somente de 15 a 25% o VO2Max. O VO2Max pode também ser
alterado artificialmente mudando a concentração de oxigênio no ar. Além dissso, o VO2Max costuma aumentar em pessoas não-treinadas antes que ocorra uma
mudança na capacidade aeróbica do músculo. Todas essas observações demonstram que o VO2Max pode ser dissociado das caracterísiticas do músculo
esquelético.
O volume de sangue que é ejetado do ventrículo esquerdo a cada batimento cardíaco é chamado de "stroke" e está relacionado linearmente com o VO2max. O
treinamento faz com que haja um aumento do stroke volume e portanto, um aumento da capacidade caríaca máxima. Isto resulta em uma maior capacidade para o delivery de oxigênio. Mais músculos são abastecidos de oxigênio simultaneamente e ao mesmo tempo, a pressão sanguínea é mantida.
É importante também considerar e compreender o papel da capacidade oxidativa do músculo. À medida que o sangue rico em oxigênio passa pela rede de capilares de um músculo esquelético em ação, o oxigênio difunde para fora dos capilares para a mitocôndria, seguindo o gradiente de concentração. Quanto maior a taxa do consumo de oxigênio pela mitocôndria, maior é a extração do oxigênio e maior a diferença entre a concentração de O2 entre o sangue arterial e venoso. O
delivery é o fator limitante pois mesmo nos músculos treinados, não se pode usar o oxigênio que não é fornecido. Mas, se o sangue chega nos múculos que não são treindados, VO2max será menor apesar de uma maior capacidade de delivery.
7.4. Como o VO2Max é medido?
Para determinar a capacidade aeróbica máxima, devemos seguir condições de exercício que demandam a capacidade máxima de delivery de sangue pelo coração. Para isso, devemos considerar as seguintes características:
?? Utilizar pelo menos 50% da massa muscular total. Atividades que cumprem este requisito: corrida, ciclismo, remo. O método mais comum no laboratório é a corrida em uma esteira, com inclinações e velocidades diferentes.
?? Ser independente da força, velocidade, tamanho do corpo e habilidades. ?? Ter duração suficiente para que as respostas cardiovasculares sejam
maximizadas. Geralmente, testes para capacidade máxima usando exercício contínuos são completados em 6 a 12 minutos.
?? Ser feito por pessoas motivadas pois os testes para medir VO2max são
muito pesados mas terminam rapidamente.
Eis um exemplo do que ocorre durante um teste. Sua freqüência cardíaca será medida e o teste se inicia por uma caminhada em uma esteira a velocidades baixas e sem inclinação. Se você estiver em forma, o teste pode ser iniciado com uma corrida leve. Então, a velocidade e/ou a inclinação da esteira é aumentada em intervalos regulares (30s a 2 min). Enquanto você corre, estará respirando por um sistema de 2 válvulas. O ar entra do ambiente mas será expirado por sensores que medem o volume e a concentração de O2.
Usando estas válvulas, a tomada de O2 pode ser calculada por um
computador em cada estágio do exercício. A cada aumento na velocidade ou inclinação, uma massa muscular maior será utilizada em maior intensidade. O consumo de oxigênio ira aumentar linearmente com o aumento de carga. Porém,
VO2MAX -CONSUMO MÁXIMO DE OXIGÊNIO
em algum ponto, o aumento da intensidade não irá resultar em um aumento do consumo de oxigênio. Esta é a indicação de que você atingiu o VO2 max.
O valor do VO2 max pode ser dado em duas formas: absoluta, ou seja, em
litros/min e o valor é tipicamente entre 3 e 6 para homes e 2,5 e 4,5 para mulheres. O valor absoluto não leva em conta as diferenças de tamanho do corpo. Por isso, outra forma de expressar o VO2max é na forma relativa, em ml por min
por kg.
O consumo máximo de oxigênio entre homens não -treinados com aproximadamente 30 anos é aproximadamente 10-45 ml/min/kg e diminui com a idade. O indivíduo que faz exercícios regularmente pode aumentar para 50-55 ml/min/kg. Um corredor de ponta com 50 anos pode ter um valor de VO2max
maior do que 60 ml/min/kg. Já um campeão olímpico de 10.000 metros provavelmente apresenta um valor próximo de 80ml/min/kg. Claramente, o treino é importante mas a genética favorável também é um fator crítico. Mais uma informação: antes de você ficar muito impressionado com o corredor na TV, lembre-se ue os humanos não são nada em comparação com muitos animais atletas - o VO2 de um cavalo treinado é de 600 litros/min ou 150ml/min/kg!
Como vimos no texto, um dos fatores que afeta o VO2max é a pressão de oxigênio. Isso ocorre pois a ligação do oxigênio à hemoglobina é regulada pelo 2,3 bisfosfoglicerato (2,3 BPG). O 2,3 BPG está presente em concentrações relativamente altas nos eritrócitos e faz com que a afinidade da hemoglobina pelo oxigênio seja bastante reduzida de acordo com a pressão de oxigênio. A concentração de BPG no sangue de um indivíduo normal é de aproximadamente 5 mM no nível do mar e de aproximadamente 8 mM em grandes altitudes. O gráfico abaixo mostra uma curva de saturação de oxigênio para a hemoglobina em função da pressão de oxigênio para diferentes concentrações de BPG.
a) Explique por que o BPG é importante para a adaptação fisiológica em regiões de grandes altitudes.
b) A afinidade da hemoglobina fetal por BPG é maior ou menor que nos adultos? Por que?
c) Os indivíduos treinados possuem maior ou menor concentração de 2,3 BPG. Este fato é coerente com a diferença de déficit de oxigênio observada no gráfico da tomada de oxigênio?
RECUPERAÇÃO APÓS O EXERCÍCIO
8. Recuperação após o exercício
8.1. Definição de EPOC / relação de EPOC com intensidade do exercício Após uma atividade física, os processos fisiológicos do corpo não voltam imediatamente ao estado de repouso. Independente da intensidade do exercício, a tomada de oxigênio durante a recuperação (pós-exercício) sempre excede o valor do repouso. Este excesso é chamado de débito de oxigênio ou recovergy oxygen
uptake ou EPOC (“Excess Post Exercise Oxygen Consumption” - excesso de
oxigênio pós-exercício). Ele é calculado como:
(Oxigênio total consumido na recuperação) - (Oxigênio total que teria sido consumido no repouso durante o período de recuperação se o exercício não tivesse sido realizado)
Então, se um total de 5.5L de oxigênio foi consumido durante a recuperação até atingir o valor de repouso de 0.310L/min e o tempo de recuperação foi de 10 min, o débito de oxigênio seria de 5.5L - (0.310L x 10 min) = 2.4L.
RECUPERAÇÃO APÓS O EXERCÍCIO
Os gráficos acima mostram a tomada de oxigênio durante e depois do exercício. Indique para cada um dos gráficos a intensidade do exercício:
a) leve
b) aeróbico moderado a pesado c) máximo (aeróbico + anaeróbico)
Justifique, tentando explicar o por que de uma componente mais rápida e outra mais lenta nos dois últimos gráficos, relacionando com a intensidade e duração do exercício. Que elementos indicados no gráfico levaram a essas conclusões?
2. Qual seria a função desse excesso de oxigênio pós-exercício? 3. Implicações do EPOC na recuperação
O EPOC tem implicações para a recuperação após o exercício que pode ser feita de forma ativa ou passiva. A forma passiva consiste em repouso, inatividade completa que reduz o requerimento de energia, liberando o O2 para o processo de
recuperação. A forma ativa ou cooling down é feita com exercício aeróbio sub-maximal, dessa forma, o movimento aeróbio contínuo evita a fadiga e facilita a recuperação.
Que tipo de recuperação seria mais adequado para: a) exercício feito com uptake de O2 abaixo de 50% de VO2 max
b) exercício cuja intensidade ultrapassa 60 a 75% do VO2 max
Justifique, levando em consideração a função do EPOC e a formação de ácido lático.
Observe o gráfico abaixo e responda:
1. Descreva as diferenças observadas no gráfico entre um indivíduo treinado e não treinado para as diferentes intensidades de exercício físico.
RECUPERAÇÃO APÓS O EXERCÍCIO
2. No exercício leve, como o ATP necessário é gerado? Há aumento na concentração do lactato? Por que?
3. Assumindo que ocorre hipóxia nos tecidos, como explicar o acúmulo de lactato no exercício moderado? Explique, utilizando na sua resposta a via glicolítica e a produção de NADH.
4. Por que durante o repouso há produção de lactato? O que significa o nível basal de lactato? O lactato pode ser formado continuamente em repouso e durante o exercício moderado. Em condições aeróbias, há um balanço entre a produção e a remoção de lactato por outros tecidos, mantendo a concentração estável. Quando a taxa de remoção não é equilibrada pela produção, ocorre o acúmulo de lactato. Por que nos indivíduos treinadas o acúmulo de lactato é menor no exercício moderado? Por que no exercício intenso o acúmulo de lactato no indivíduo treinado é maior??
5. A enzima lactato desidrogenase (LDH) favorece a conversão de piruvato em lactato nas fibras musculares de contração rápida. Já nas fibras lentas, a LDH favorece as reações contrárias, transformando preferencialmente lactato em piruvato. Como isso é possível? Nos exercícios em que há maior mobilização de fibras do tipo II, o que seria esperado em relação à concentração de lactato? Este fato dependeria da oxigenação dos tecidos? Como pode uma mesma enzima favorecer reações no sentido contrário?
6. A enzima lactato desidrogenase é uma enzima oligomérica formada por diferentes subunidades. Os vertebrados possuem duas subunidades distintas dessa enzima: M, que predomina nos músculos e H, que predomina no tecido cardíaco. Para saber quantas subunidades compõem a enzima, as diferentes proteínas oligoméricas (formadas somente por subunidades M ou H) foram purificadas, misturadas, dissociadas de suas subunidades componentes em condições suaves de
RECUPERAÇÃO APÓS O EXERCÍCIO
desnaturação (mudança de pH, adição de uréia) e foram então incubadas juntas para se reassociarem (retirando as condições desnaturantes). Foi feita uma eletroforese onde na primeira canaleta a amostra aplicada foi a isoenzima composta somente de subunidades M, na segunda, a mistura após desnaturação leve e renaturação e na terceira, a isoforma H, como mostra a figura.
O que representam as diferentes bandas na canaleta contendo a mistura? Quantas subunidades compõem a enzima?
Quantas isoformas da LDH existem? Descreva a composição de subunidades das isoformas. M mistura H Origem (-) (+) 8.2. INFORMAÇÕES ADICIONAIS
A Lactato Desidrogenase encontra-se na maioria de todos os tecidos. Quando há dano nas células em tecidos contendo LDH, há liberação de LDH na corrente sangüínea. Como a LDH é amplamente distribuída, a análise total de LDH não é útil para o diagnóstico de uma doença específica. Mas, devido a suas diferentes isoformas, a análise dos níveis de LDH pode auxiliar no diagnóstico de certas doenças, mas há controvérsias. As diferentes isoformas são: LDH-1, LDH-2, LDH-3, LDH-4, LDH-5. Em geral, cada isoforma é usada por um tecido específico. LDH-1 é encontrada preferencialmente no coração, LDH-2 está associada com sistemas de defesa contra infecção, LDH-3 está encontrada nos pulmões e em outros tecidos, LDH-4 no rim, placenta e pâncreas e LDH-5 no fígado e músculo esquelético. Normalmente, os níveis de LDH-2 são maiores do que o das outras isoenzimas.
Certas doenças têm padrões de níveis elevados de isoenzimas LDH. Por exemplo, um nível maior de LDH-1 em relação a LDH-2 pode ser indicação de ataque cardíaco, elevações de LDH-2 e LDH-3 podem indicar danos nos pulmões, elevações em LDH-4 e LDH-5 podem indicar danos no fígado ou músculo. Um aumento de todas as isoformas da LDH simultaneamente pode ser diagnóstico de lesões em múltiplos órgãos.
Um dos testes comumente utilizados é o diagnóstico de infarto do miocárdio. O nível total de LDH aumenta em 24-48h após o ataque do coração, tem um pico em 2 ou 3 dias e retorna ao normal em aproximadamente 5 ou 10 dias. Este
RECUPERAÇÃO APÓS O EXERCÍCIO
padrão pode ser útil para um diagnóstico tardio. Já o diagnóstico utilizando a isoforma LDH-1 é mais sensível e específica do que o LDH total. Normalmente, o nível de 2 é maior do que o de 1. Um nível de 1 maior do que LDH-2 pode ser um indicativo de ataque cardíaco. Essa inversão aparece em 1LDH-2-LDH-24h após o ataque.
Porém, o uso dos níveis de LDH como diagnóstico de infarto do miocárdio têm sido considerado obsoleto pois após mais de 10 anos tentando fazer com que os testes utilizando as isoformas de LDH tivessem mais sensibilidade e especificiade, continua apresentando muitas falhas quando utilizado na prática.
LIMIAR DE LACTATO
9. Limiar de Lactato
Para determinar o limiar de lactato, podemos utilizar dois procedimentos distintos:
1. O indivíduo em teste faz corridas de 800m e tem o lactato dosado. A primeira corrida é feita em alta velocidade, a máxima conseguida pelo indivíduo. Após uma pequena pausa, faz-se um ciclo de corridas em velocidades baixas e crescentes intercaladas com curtos descansos. Para isso, é necessário ter um controle de velocidade do atleta e um lactímetro. Para dois indivíduos, obtivemos os seguintes dados:
Limiar de lactato
0 2 4 6 8 10 12 14 21 18 7 8 9 10 velocidade (Km/h) concentração de lactato (mmol/L) 1 2 Limiar de lactatoO limiar de lactato é a velocidade em que o indivíduo atinge a concentração mínima de lactato, ou seja, quando a taxa de produção começa a exceder a taxa de remoção.
2. Pode ser feito um teste em laboratório, utilizando estágios sucessivos de exercício em bicicleta ergométrica, esteira, etc. Inicialmente, a intensidade do exercício é de 50 a 60% do VO2max. Cada estágio do exercício tem duração de 5
minutos. Perto do final de cada estágio, a taxa cardíaca e o consumo de oxigênio são registrados e uma amostra de sangue é coletada para a dosagem de lactato. Após essas medidas, a carga do exercício é aumentada e as medidas são repetidas. Após o sexto estágio, obtém-se uma distribuição de intensidades como mostra o gráfico abaixo. O limiar de lactato é quando a taxa de produção de lactato excede a taxa de remoção, correspondendo ao consumo de oxigênio de 45ml/min/kg. Geralmente determina-se o limiar de lactato em % do VO2max. Qual seria o limiar de lactato do indivíduo abaixo, dado que o VO2max é de 61 mo/min/kg?
LIMIAR DE LACTATO
Consumo de oxigênio (ml/min/kg)
Concentração de lactato (mmol/L)
Freqüência Cardíaca
a) Qual a finalidade de se medir o limiar de lactato?
b) Observando os gráficos do item 1, responda: qual indivíduo é o treinado? Por que? Quais os fatores que devem influenciar o acúmulo de lactato no organismo? c) Qual seria uma forma de monitorar o limiar de lactato durante o exercício sem que seja efetuada a sua dosagem?
ADAPTAÇÕES NA UTILIZAÇÃO DE DIFERENTES SUBSTRATOS DURANTE O TREINAMENTO
10. Adaptações na utilização de diferentes substratos durante o
treinamento
Sistemas de transferência de energia durante o exercício. Exercício de duração imediata e de curta duração.
1. A atividade física demanda a maior quantidade de energia, comparada com todas as outras funções metabólicas complexas que ocorrem no corpo. Durante uma corrida de velocidade ou uma competição de nado, por exemplos, o gasto de energia dos músculos ativos pode ser 100 vezes maior que o gasto em repouso. Durante um exercício menos intenso mais intenso, como uma maratona, o requerimento de energia aumenta para 20 ou 30 vezes em ralação com o requerido na ausência de atividade. Dependendo da intensidade e duração do exercício, os três grandes sistemas de transferência de energia existentes no corpo são requisitados em forma diferenciada e a sua contribuição relativa para o exercício é distinta.
-Considere o gráfico abaixo e preencha os espaços em branco com os nomes dos sistemas de transferência de energia correspondentes com cada curva. Após isso estabeleça: Que sistemas operam em forma anaeróbia e quais em forma aeróbia? Que sistemas liberam energia mais rapidamente? Existem atividades que sejam feitas em foram anaeróbia ou aeróbia exclusivamente?
0 20 40 60 80 100 120 duração do exercício
contribuição dos sitemas de energia (%)
10 s 2 min 30 s 5 min
2. Segundo a gráfica em baixo, o lactato sangüíneo não se acumula a todas as intensidades de exercício. Porque o lactato aumenta a medida que aumenta a intensidade do exercício? Observe as diferenças entre treinados e não treinados e discuta quais seriam as vantagens dessa diferença no caso de um atleta e possíveis explicações para essa diferença. Que significam os pontos que estão sendo indicados pelas setas? Com que tipo de atleta (ou seja, praticando que tipo de esporte) se corresponde a curva dos “treinados”?
ADAPTAÇÕES NA UTILIZAÇÃO DE DIFERENTES SUBSTRATOS DURANTE O TREINAMENTO
0 25 50 75 100
VO2 max. (%)
Concentração de lactato sangüíneo
Não treinados Treinados
exercício fraco exercício moderado exercício extenuante
3) Treino de intervalo: intercalar exercícios de alta intensidade com descanso permite realizar exercícios de alta intensidade que não seriam possíveis se foram feitos continuamente. Baseado no metabolismo energético, justifique se há ou não base para esse treino.
TREINAMENTO DE LONGA DURAÇÃO E ALTA INTENSIDADE
11. Treinamento de longa duração e alta intensidade
Treinamento de longa duração e alta intensidade
1. Os atletas que fazem esportes de alta intensidade, freqüentemente experimentam uma sensação de fadiga crônica, na qual dias sucessivos de treinamento extenuante chegam a ser mais difíceis de suportar, progressivamente. Essa fadiga, pode-se relacionar com uma gradual diminuição das reservas de CHO corporais. Na Figura 1 mostra-se a mudança na concentração de glicogênio intramuscular em seis atletas ingerindo uma dieta com as doses recomendadas de CHO, lipídeos e proteínas, antes e depois de corridas de 16,1 km realizadas em três dias sucessivos.
Figura 1. Mudanças na concentração de glicogênio intramuscular em seis atletas homens antes e depois de corridas de 16,1 km realizadas em três dias sucessivos. O glicogênio muscula r também foi medido 5 dias após a última corrida.
Observe as variações na concentração e na velocidade de degradação e discuta como está sendo utilizado o glicogênio ao longo dos três dias de competição. Estão sendo utilizadas outras fontes de energia ao longo dos três dias? Como varia a utilização dessas outras fontes em relação com a variação nos níveis de glicogênio? Que pode dizer respeito da recuperação nos níveis de glicogênio (5º dia pós)?
2. Em uma experiência para avaliar o efeito da dieta sobre as reservas de glicogênio intramuscular e sobre a duração do exercício, três grupos de pessoas foram alimentados de forma diferente durante três dias, e após essa dieta diferenciada, foram submetidos a uma sessão de ciclismo até o limite das suas forças (tempo de fadiga o de extenuação) (Figura 1). A quantidade de calorias ingeridas foi a recomendada normalmente nos três casos, mas em uma condição a maior parte das calorias foi dada como lipídeos, na segunda as porcentagens diárias recomendadas de CHO, lipídeos, e proteínas foram mantidas, e na terceira, a dieta foi rica em CHO.
Figura 1. Efeitos da dieta no conteúdo de glicogênio no quadriceps femoris e na duração do exercício feito sobre uma bicicleta
TREINAMENTO DE LONGA DURAÇÃO E ALTA INTENSIDADE
Discuta:
-O que pode dizer ao respeito da relação entre a dieta, as reservas de glicogênio no músculo e a resistência ao exercício?
EXERCÍCIOS DE INTENSIDADE BAIXA E MODERADA
12. Exercícios de intensidade baixa e moderada
1. Em condições de treinamento moderado, que tipo de substrato você espera que seja degradado preferencialmente e porque? Como espera que essa degradação evolua ao longo do tempo do exercício?
2. Observe os gráficos inseridos em baixo e discuta as seguintes afirmações:
a. O consumo de lipídeos aumenta na medida que o tempo do exercício aumenta.
b. A contribuição relativa de cada substrato (o fonte de carbono) ao exercício que está sendo feito depende da intensidade do exercício, da duração do exercício, e da aptidão física.
c. Como resultado do treinamento as reservas de glicogênio são preservadas.
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18
tempo do exercicio (min)
entrada de oxigênio (mM/min)
Fontes não sangüíneas FFA
glicose
Figura 1. Consumo de oxigênio e nutrientes durante o exercício prolongado em condições moderadas. As Fontes não sangüíneas são glicogênio, triglicerídeos e proteínas do músculo.
EXERCÍCIOS DE INTENSIDADE BAIXA E MODERADA 0 50 100 150 200 250 300 350 porcentagem do VO2max
Gasto de energia (kcal/kg/min)
glicogênio do músculo triglicerídeos dos músculos FFA do plasma
glicose do plasma
25 65 85
Figura 2. Utilização do substrato em diferentes intensidades de exercício
Observação: 25% do VO2 max equivale a exercício suave
65% do VO2 max equivale a exercício moderado 85% do VO2 max equivale a exercício intenso
0 50 100 150 200 250 sedentário treinado ácidos graxos livres no plasma triglicerídeos glicogênio glicose sangüínea
Figura 3. Contribuição estimada de vários substratos ao metabolismo energético em músculos dos membros treinados e não treinados, considerando exercícios de intensidade moderada.
3. A glicose é transportada para dentro das células mediante difusão facilitada. Uma família de transportadores denominados GLUT1-7 é responsável pelo transporte. Nos músculos esqueléticos dos humanos adultos há três isoformas presentes. Dessas, GLUT 1 é responsável pelo transporte basal e GLUT 4 é o maior transportador de glicose. Na presença de insulina ou por efeito da contração muscular, GLUT 4 é translocado de depósitos intracelulares para a membrana plasmática.
Discuta quais seriam as diferenças entre o uso da glicose proveniente da degradação dos depósitos de glicogênio muscular, hepático ou da ingestão de sacarose, pelos músculos em atividade.
PROTEÍNAS
13. Proteínas
Proteínas na dieta
Alguns aminoácidos devem ser fornecidos através da dieta porque sua síntese no organismo é inadequada para satisfazer as necessidades metabólicas. Eles são chamados aminoácidos essenciais. Esses aminoácidos são: treonina, triptofano, histidina, lisina, leucina, isoleucina, metionina, valina e fenilalanina. A ausência ou ingestão inadequada de qualquer desses aminoácidos resulta em balanço nitrogenado negativo, perda de peso, crescimento menor em crianças e pré-escolares e sintomas clínicos. As necessidades de aminoácidos essenciais estão na tabela 1.
Tabela 1: Estimativas das exigências nutricionais (mg/kg/dia) de aminoácidos por grupo de idade
Aminoácido Lactentes, idade
3-4 meses Crianças, idade ~2 anos Crianças, idade 10-12 anos Adultos
Histidina 28 ? ? 8-12 Isoleucina 70 31 28 10 Leucina 161 73 44 14 Lisina 103 64 44 12 Metionina + Cisteína 58 27 22 13 Fenilalanina + tirosina 125 69 22 14 Treonina 87 37 28 7 Triptofano 17 12,5 3,3 3,5 Valina 93 38 25 10
Os demais aminoácidos são chamados não essenciais e são igualmente importantes na estrutura protéica. Se ocorrer deficiência na ingestão desses aminoácidos, eles podem ser sintetizados em nível celular a partir de aminoácidos essenciais ou de precursores contendo carbono e nitrogênio.
Aminoácidos conhecidos como condicionalmente essenciais são aqueles que se tornam indispensáveis sob certas condições clínicas. Acredita-se que a cisteína, e possivelmente a tirosina, podem ser condicionalmente essenciais em crianças prematuras. A arginina pode se tornar indispensável em indivíduos mal nutridos, sépticos ou em recuperação de lesão ou cirurgia.
Fontes de proteína
As proteínas estão amplamente distribuídas na natureza, mas poucos alimentos contêm proteínas com todos os aminoácidos essenciais, como as proteínas do ovo e do leite utilizadas como referência.
Alimentos de origem animal, como carnes, aves, peixes, leite, queijo e ovo, possuem proteínas de boa qualidade, suficiente para serem considerados as melhores fontes de aminoácidos essenciais.
Os dados sobre consumo de alimentos de 1985 e 1987 do departamento de Agricultura do Estados Unidos (USDA) revelaram que os alimentos de origem animal fornecem 65% da proteína consumida. No Brasil esse valor é de aproximadamente 40% dependendo do poder econômico da população.
As leguminosas (10 a 30% de proteínas) são os alimentos mais ricos em proteínas, mas são deficientes em metionina. Os cereais (6 a 15% de proteínas) apresentam um conteúdo protéico menor do que as leguminosas e são deficientes em lisina, mas contribuem mais para a ingestão protéica da população, pois são
PROTEÍNAS
consumidos em grandes quantidades. Frutas e hortaliças fornecem pouca proteína (1 a 2% do seu peso).
Tabela 2: Composição de aminoácidos em alguns alimentos.
Aminoácidos essenciais Queijo, ovo,
leite e carne
Milho Cereal Legumes Grão integral (com germe) Nozes, óleos de sementes, soja Sementes de gergelim e girassol Amendoim Vegetais, “folhas verdes” Gelatina Levedura Metionina X _ X _ X _ _ _ X Isoleucina X Leucina X Lisina X _ _ X X X _ _ _ Fenilalanina _ Treonina X _ _ X _ X _ X Triptofano _ _ X _ Valina X
X = Altas quantidades de aminoácidos presentes no alimento
_ = Baixas quantidades de aminoácidos presentes no alimento
Recomendações nutricionais para proteínas
O aumento da ingestão de proteínas mais que três vezes o nível recomendado não aumenta o desempenho durante o treinamento intensivo. Para atletas, a massa muscular não aumenta simplesmente através de uma alimentação rica em proteína. Por exemplo, o aumento do consumo extra de proteína de 100g (400 calorias) para 500g diárias não aumenta a massa muscular. Calorias adicionais na forma de proteínas são depois da desaminação (remoção do nitrogênio) usadas diretamente como componentes de outras moléculas incluindo lipídeos que são estocados em depósitos subcutâneos. Assim, se numa dieta com excesso de proteínas o músculo não tiver condições de utilizar os aminoácidos para síntese de tecido muscular, as cadeias carbônicas serão usadas na gliconeogênese e o nitrogênio excedente excretado pela urina. O aumento da excreção de nitrogênio leva a uma maior necessidade de água, uma vez que ele é incorporado à uréia e esta à urina. Isto, a longo prazo pode sobrecarregar os rins e causar desidratação.
A tabela 3 mostra as recomendações nutricionais de proteínas para adolescente e adultos homens e mulheres. Em média, o consumo diário de proteína recomendado por kg de massa corpórea é 0,83g (para determinar o requerimento de homens e mulheres com idade de 18 a 65 multiplicou-se a massa corpórea em kg por 0,83. Por exemplo, para um homem com 90 kg, a necessidade diária de proteína é 90 x 83 ou 75 g).
Geralmente, a necessidade e a quantidade de aminoácidos essenciais diminuem com a idade. A recomendação protéica diária para lactentes e crianças em crescimento é de 2 a 4g por kg de massa corpórea, enquanto para mulheres grávidas é 20 g e para mães em fase de amamentação é 10g. Stress e doenças aumentam a necessidade protéica.
É tema de debate a grande necessidade de proteínas para atletas adolescentes que estão em crescimento moderado, atletas envolvidos em programas de desenvolvimento de força e resistência. Em geral, o aumento no consumo de proteínas desses atletas serve mais para compensar o aumento no gasto de energia. Homens e mulheres fisiculturistas e halterofilistas e outros atletas de força costumam ingerir entre 0,5 a 4 vezes o RDA para proteína por dia. Esse excesso é consumido na forma de líquido, pó ou pílulas de “proteínas” purificadas. Essas preparações que contém proteínas são “predigeridas” quimicamente em aminoácidos em laboratórios.
