Bases biológicas y fundamentos del ejercicio clínico. (ANTOLOGÍA)

FISIOLOGIA DEL EJERCICIO

La fisiología del ejercicio es el estudio de la adaptación crónica, estática y aguda del amplio rango de condiciones que optimizan el ejercicio físico. Cuando se estudia el efecto del ejercicio, se ven los efectos patológicos de este, viendo si se reduce o se reversa la progresión de una enfermedad.

No hay una facultad licenciada en el tema, por ende los parámetros son difusos. Los expertos en el tema incluyen otras áreas en el estudio, aunque no se limitan, como lo son la bioquímica, bioenergética, función cardiopulmonar, hematológica, biomecánica, fisiología del músculo esquelético, función neuroendocrina y función del sistema nervioso tanto central como periférico.

ENRGIA

Los humanos tienen alta capacidad de gasto de energía durante muchas horas de ejercicio. Un ejemplo, un ciclista se desplaza a una velocidad de 26.4 km/h, recorre 8,204 km, durante 50 días consecutivos, en total hay un gasto de 1,145 MJ con una potencia de 182.5 W. El músculo esquelético quema 90 mg de glucosa cada minuto de actividad continua, generando 24 W de energía mecánica y el músculo tiene una eficiencia promedio de 22-26%, por ende solo se conserva 76W de energía calórica. El músculo esquelético en reposo tiene una tasa basal metabólica de 0.63 W/kg, lo cual se deduce una diferencia de 160 veces entre el músculo activo y en reposo. Para esfuerzo muscular corto, el expendio de energía puede ser mayor, un hombre adulto cuando salta puede consumir una tasa de 314 W/kg, y con movimiento rápido puede llegar a generar el doble de energía en animales como los bonobús y pequeñas lagartijas. El gasto de energía es muy grande comparado con el metabolismo en reposo, considerando la tasa basal metabólica del cuerpo humano adulto. Esto varía con la edad, tamaño y género, el rango va de 45 a 85 W. El expendio total dado el gasto energético es mucho más alto dependiendo de la cantidad promedio de ejercicio y trabajo físico. En conclusión, si el ejercicio es hecho por un lago periodo, este domina el metabolismo energético del cuerpo.

CAMBIOS METABÓLICOS

Fuentes de energía inmediata

La energía necesaria para realizar actividad de corta y alta intensidad se deriva de fuentes anaeróbicas dentro del citosol de las células musculares, opuesto a la respiración aeróbica, la cual utiliza oxigeno, la cual es sostenible y ocurre en la mitocondria. Las fuentes de energía inmediata consisten del sistema de fosfocreatina (PCr), glucólisis rápida y adenilato de quinaza. Todos estos sistemas re-sintetizan la adenosin trifosfato (ATP), la cual es la fuente universal de energía en las células. La fuente de mas eficiente actuación, pero que se gasta más rápidamente es la de PCr, la cual utiliza la enzima creatina de quinaza. Esta enzima cataliza en una reacción, donde se combina la fosfocreatina y la adenosin bifosfato (ADP) y como producto se obtiene ATP y creatina. Esta fuente es poco duradera debido a que es necesaria la creatina mitocondrial de quinaza para la re-síntesis de fosfocreatina. De acuerdo con lo dicho anteriormente,

durante la respiración anaeróbica, este substrato es finito y solo duro aproximadamente 10 a 30 segundos en el ejercicio de alto rendimiento. La glicólisis rápida, sin embargo, puede funcionar aproximadamente 2 minutos anteriores a la fatiga y predominantemente usa glicógeno intracelular como sustrato. El glicógeno se rompe por medio del glicógeno fosoforilasa en unidades individuales de glucosa durante el ejercicio intenso. La glucosa se oxida, se vuelve piruvato, durante la respiración anaeróbica se reduce a acido láctico. Esta reacción también oxida el NADH a NAD, donde se libera un ion de hidrogeno, promoviendo la acidosis. Por las razones explicadas, la glicólisis no puede ser sostenible durante periodos largos. En conclusión, la adenilato de quinaza cataliza una reacción por la cual 2 moléculas de ADP se combinan para formar ATP y adenosin monofosfato. Esta reacción toma lugar durante las situaciones de baja energía, como lo son ejercicio extremo o sufrimiento de hipoxia, pero no es una fuente significante de esta. La creación de AMP resulta de la estimulación de la proteína activadora de AMP quinaza (AMP quinaza), el cual ese el censor de energía de la célula. Después de condiciones de baja energía, el AMP quinaza estimula enzimas intracelulares para incrementar las reservas de energía y disminuye todo proceso anabólico, o funciones celulares que consuman energía.

OXÍGENO

El consumo de oxigeno (VO2) durante el ejercicio se describe mejor con la ecuación de Fick: VO2=Q x (a-vO2diff), la cual se interpreta diciendo que la cantidad de oxigeno consumido es igual al gasto cardiaco (Q) multiplicado por la diferencia entre la concentración arterial y venosa. En términos más simples, el consumo de oxigeno esta dictado por la cantidad de sangre distribuida por el corazón, tanto como la habilidad muscular de absorber oxigeno dentro de la sangre; sin embrago, esto es ponerlo en términos demasiado simples. Aunque, el gasto cardiaco este pensado como un factor limitante en esta relación en los individuos, la habilidad del pulmón para oxigenar la sangre también tiene que ser considerada. Varias patologías y anomalías causan las condiciones como limitación de difusión, mal emparejamiento de ventilación/perfusión y desviación pulmonar que pueden limitar la oxigenación de la sangre y por ende su distribución. También es importante considerar la capacidad de carga de oxigeno de la sangre en la ecuación. La capacidad de la sangre para almacenar oxigeno es muchas veces considerado el objetivo de ayudas ergogenicas en deportes de duración para aumentar el hematocrito, lo que se considera doping de sangre o el uso de eritropoyetina. El consumo del oxigeno periférico es dependiente de la redirección del flujo sanguíneo hacia los músculos esqueléticos.

DESHIDRATACIÓN

El ejercicio prolongado e intenso produce desecho metabólico de calor, esto es removido por la termorregulación del sudor. Un corredor de maratones pierde cada hora alrededor de 0.83 L en clima templado y 1.2 L en caliente. El humano pierde en promedio 2 veces y medio más fluido en sudor que en orina. Esto tiene consecuencias complejas en la fisiología del cuerpo. El ciclismo continúo por dos horas en el calor (35 °C) con consumo mínimo de líquidos produce una pérdida del 3 al 5% de la masa muscular, el volumen de la sangre es de 3 al 6%, la temperatura del cuerpo aumenta constantemente y en comparación con el consumo apropiado de liquido, la tasa cardiaca aumente, volumen menor de latido y gasto cardiaco, reducción de flujo sanguíneo hacia la piel y mayor resistencia sistémica vascular. Estos efectos se pueden eliminar al momento de remplazar el 50 al 80% de los fluidos que se han perdido.

MODIFICACIONES REPIRATORIAS

Para incorporar más oxígeno del ambiente y eliminar el dióxido de carbono de la sangre, se producen más inspiraciones y espiraciones por minutos , es decir , AUMENTA LA FRECUENCIA RESPIRATORIA.

CONCEPTOS DE ACTIVIDAD FISICA

En medicina humana y veterinaria, la actividad física comprende un conjunto de movimientos del cuerpo obteniendo como resultado un gasto de energía mayor a la tasa de metabolismo basal.[2] A veces se utiliza como sinónimo de ejercicio físico, que es una forma de actividad física planificada y repetitiva con la finalidad de mejorar o mantener uno o varios aspectos de la condición física.[3] La actividad física que realiza el ser humano durante un determinado período mayor a 30 minutos y más de 3 veces por semana generalmente ocurre en el trabajo o vida laboral y en sus momentos de ocio. Ello aumenta el consumo de energía considerablemente y el metabolismo de reposo, es decir, la actividad física consume calorías.

EFECTOS DE LA ACTIVIDAD FISICA

Se ha comunicado que escolares obesas ven televisión más tiempo y realizan actividades menos intensas y más breves que niñas normales. También se ha demostrado en escolares obesos un bajo gasto energético de reposo y reducidos índices de actividad física,[4] que incluye el deporte y la educación física.

La actividad física regular se asocia a menor riesgo de enfermedad cardiovascular, enfermedad coronaria, accidente cerebrovascular, mortalidad cardiovascular y total.[5]

La actividad física no sólo aumenta el consumo de calorías sino también el metabolismo basal, que puede permanecer elevado después de 30 minutos de acabar una actividad física moderada. La tasa metabólica basal puede aumentar un 10% durante 48 horas después de la actividad física. La actividad física moderada no aumenta el apetito, incluso lo reduce. Las investigaciones indican que la disminución del apetito después de la actividad física es mayor en individuos que son obesos, que en los que tienen un peso corporal ideal.

Una reducción de calorías en la dieta junto con la actividad física puede producir una pérdida de grasa corporal del 98%, mientras que si sólo se produce una reducción de calorías en la dieta se pierde un 25% de masa corporal magra, es decir, músculo, y menos de un 75% de la grasa.

Por el contrario, el abuso de la actividad física sin planeación y vigilancia puede ser destructivo. Desde envejecimiento celular prematuro, desgaste emocional y físico, debilitamiento del sistema inmunológico.

BENEFICIOS DE LA ACTIVIDAD FISICA

La práctica de la actividad física en forma sistemática y regular debe tomarse como un elemento significativo en la prevención, desarrollo y rehabilitación de la salud,

mejoraría de la posición corporal por el fortalecimiento de los músculos lumbares, prevención de enfermedades como la diabetes, la hipertensión arterial, lumbalgias, etc.1

En general, los beneficios de la actividad física se pueden ver en los siguientes aspectos:

A nivel orgánico: Aumento de la elasticidad y movilidad articular. Mayor coordinación, habilidad y capacidad de reacción. Ganancia muscular la cual se traduce en el aumento del metabolismo, que a su vez produce una disminución de la grasa corporal (prevención de la obesidad y sus consecuencias). Aumento de la resistencia a la fatiga corporal (cansancio).

A nivel cardíaco: Se aprecia un aumento de la resistencia orgánica, mejoría de la circulación, regulación del pulso y disminución de la presión arterial.1

A nivel pulmonar: Se aprecia mejoría de la capacidad pulmonar y consiguiente oxigenación. Aumenta su capacidad, el funcionamiento de alvéolos pulmonares y el intercambio de la presión arterial, mejora la eficiencia del funcionamiento del corazón y disminuye el riesgo de arritmias cardíacas (ritmo irregular del corazón).

A nivel metabólico: Disminuye la producción de ácido láctico, la concentración de triglicéridos, colesterol bueno y malo, ayuda a disminuir y mantener un peso corporal saludable, normaliza la tolerancia a la glucosa (azúcar), aumenta la capacidad de utilización de grasas como fuente de energía, el consumo de calorías, la concentración de colesterol bueno y mejora el funcionamiento de la insulina.

A nivel de la sangre: Reduce la coagulabilidad de la sangre.

A nivel neuro-endocrino: Se producen endorfinas (hormonas ligadas a la sensación de bienestar), disminuye la producción de adrenalina, aumenta la producción de sudor y la tolerancia a los ambientes cálidos.

A nivel del sistema nervioso: Mejora el tono muscular, los reflejos y la coordinación muscular.

A nivel gastrointestinal: Mejora el funcionamiento intestinal y ayuda a prevenir el cáncer de colon.

A nivel osteomuscular: Incrementa la fuerza, el número de terminaciones sanguíneas en el músculo esquelético, mejora la estructura, función y estabilidad de ligamentos, tendones, articulaciones y mejora la postura. Desarrollo de la fuerza muscular que a su vez condiciona un aumento de la fuerza ósea con lo cual se previene la osteoporosis.

A nivel psíquico: Mejora la autoestima de la persona, incrementa la capacidad de fuerza de voluntad y de autocontrol, mejora la memoria, estimula la creatividad y la capacidad afectiva, disminuye la ansiedad, el estrés, la agresividad y la depresión.

CONSECUENCIAS DE LA INACTIVIDAD FISICA

Artículo principal: Sedentarismo físico.

El sedentarismo se ha definido como carencia de actividad física de moderada a intensa. La falta de actividad física trae como consecuencia además:

El aumento de peso corporal por un desequlibrio entre el ingreso y el gasto de calorías, que puede alcanzar niveles catalogados como obesidad.4

Disminución de la elasticidad y movilidad articular, hipotrofia muscular, disminución de la habilidad y capacidad de reacción.

Ralentización de la circulación con la consiguiente sensación de pesadez y edemas, y desarrollo de dilataciones venosas (varices).6

Dolor lumbar y lesiones del sistema de soporte, mala postura, debido al poco desarrollo del tono de las respectivas masas musculares.

Tendencia a enfermedades crónico degenerativas como la hipertensión arterial, diabetes, síndrome metabólico.

Sensación frecuente de cansancio, desánimo, malestar, poca autoestima relacionada con la imagen corporal, etc., lo que les impide realizar funciones básicas como respirar, dormir, caminar y jugar.

Disminuye el nivel de concentración.

Alteraciones en el sistema nervioso alcanzando algunas irreversibles.

La economía familiar empieza a ser afectada, debido a que, una persona con estos padecimientos invierte entre el 25% y el 30% de su ingreso económico en el tratamiento y manejo de su enfermedad.

METABOLISMO

El metabolismo (del griego μεταβολή, cambio) es el conjunto de reacciones bioquímicas y procesos físico-químicos que ocurren en una célula y en el organismo.[1] Estos complejos procesos interrelacionados son la base de la vida a escala molecular, y permiten las diversas actividades de las células: crecer, reproducirse, mantener sus estructuras, responder a estímulos, etc.

La metabolización es el proceso por el cual el organismo consigue que sustancias activas se transformen en no activas.

Este proceso lo realizan en los seres humanos con enzimas localizadas en el hígado. En el caso de las drogas psicoactivas a menudo lo que se trata simplemente es de eliminar su capacidad de pasar a través de las membranas de lípidos, de forma que ya no puedan pasar la barrera hematoencefálica, con lo que no alcanzan el sistema nervioso central.

Por tanto, la importancia del hígado y el porqué este órgano se ve afectado a menudo en los casos de consumo masivo o continuado de drogas.

El metabolismo se divide en dos procesos conjugados: catabolismo y anabolismo. Las reacciones catabólicas liberan energía; un ejemplo es la glucólisis, un proceso de degradación de compuestos como la glucosa, cuya reacción resulta en la liberación de la energía retenida en sus enlaces químicos. Las reacciones anabólicas, en cambio, utilizan esta energía liberada para recomponer enlaces químicos y construir componentes de las células como lo son las proteínas y los ácidos nucleicos. El catabolismo y el anabolismo son procesos acoplados que hacen al metabolismo en conjunto, puesto que cada uno depende del otro.

La economía que la actividad celular impone sobre sus recursos obliga a organizar estrictamente las reacciones químicas del metabolismo en vías o rutas metabólicas, donde un compuesto químico (sustrato) es transformado en otro (producto), y este a su vez funciona como sustrato para generar otro producto, siguiendo una secuencia de reacciones bajo la intervención de diferentes enzimas (generalmente una para cada sustrato-reacción). Las enzimas son cruciales en el metabolismo porque agilizan las reacciones físico-químicas, pues hacen que posibles reacciones termodinámicas deseadas pero "desfavorables", mediante un acoplamiento, resulten en reacciones favorables. Las enzimas también se comportan como factores reguladores de las vías metabólicas, modificando su funcionalidad –y por ende, la actividad completa de la vía metabólica– en respuesta al ambiente y necesidades de la célula, o según señales de otras células.

El metabolismo de un organismo determina qué sustancias encontrará nutritivas y cuáles encontrará tóxicas. Por ejemplo, algunas procariotas utilizan sulfuro de hidrógeno como nutriente, pero este gas es venenoso para los animales.[2] La velocidad del metabolismo, el rango metabólico, también influye en cuánto alimento va a requerir un organismo.

Una característica del metabolismo es la similitud de las rutas metabólicas básicas incluso entre especies muy diferentes. Por ejemplo: la secuencia de pasos químicos en una vía metabólica como el ciclo de Krebs es universal entre células vivientes tan diversas como la bacteria unicelular Escherichia coli y organismos pluricelulares como el elefante.[3] Esta estructura metabólica compartida es probablemente el resultado de la alta eficiencia de estas rutas, y de su temprana aparición en la historia evolutiva.

BIOMOLECULAS PRINCIPALES

La mayor parte de las estructuras que componen a los animales, plantas y microbios pertenecen a alguno de estos tres tipos de moléculas básicas: aminoácidos, glúcidos y lípidos (también denominados grasas). Como estas moléculas son vitales para la vida, el metabolismo se centra en sintetizar estas moléculas, en la construcción de células y tejidos, o en degradarlas y utilizarlas como recurso energético en la digestión. Muchas biomoléculas pueden interaccionar entre sí para crear polímeros como el ADN (ácido desoxirribonucleico) y las proteínas. Estas macromoléculas son esenciales en los organismos vivos. En la siguiente tabla se muestran los biopolímeros más comunes:

AMINOACIDOS Y PROTEINAS

Las proteínas están compuestas por los aminoácidos, dispuestos en una cadena lineal y unidos por enlaces peptídicos. Las enzimas son proteínas que catalizan las reacciones químicas en el metabolismo. Otras proteínas tienen funciones estructurales o mecánicas, como las proteínas del citoesqueleto que forman un sistema de andamiaje para mantener la forma de la célula.[15] [16] Las proteínas también son partícipes de la comunicación celular, la respuesta inmune, la adhesión celular y el ciclo celular.

LIPIDOS

Los lípidos son las biomoléculas que más diversidad presentan. Su función estructural básica es formar parte de las membranas biológicas como la membrana celular, o bien como recurso energético.[17] Los lípidos son definidos normalmente como moléculas hidrofóbicas o anfipáticas, que se disuelven en solventes orgánicos como la bencina o el cloroformo.[18] Las grasas son un grupo de compuestos que incluyen ácidos grasos y glicerol; una molécula de glicerol junto a tres ácidos grasos éster dan lugar a una molécula de triglicérido.[19] Se pueden dar variaciones de esta estructura básica, que incluyen cadenas laterales como la esfingosina de los esfingolípidos y los grupos hidrofílicos tales como los grupos fosfato en los fosfolípidos. Esteroides como el colesterol son otra clase mayor de lípidos sintetizados en las células[

CARBOHIDRATOS

Los carbohidratos son aldehídos o cetonas con grupos hidroxilo que pueden existir como cadenas o anillos. Los carbohidratos son las moléculas biológicas más abundantes, y presentan varios papeles en la célula; algunos actúan como moléculas de almacenamiento de energía (almidón y glucógeno) o como componentes estructurales (celulosa en las plantas, quitina en los animales).[17] Los carbohidratos básicos son llamados monosacáridos e incluyen galactosa, fructosa, y el más importante la glucosa. Los monosacáridos pueden sintetizarse y formar polisacáridos

NUCLEÓTIDOS

Los polímeros de ADN (ácido desoxirribonucléico) y ARN (ácido ribonucléico) son cadenas de nucleótidos. Estas moléculas son críticas para el almacenamiento y uso de la información genética por el proceso de transcripción y biosíntesis de proteínas.[17] Esta información se encuentra protegida por un mecanismo de reparación del ADN y duplicada por un mecanismo de replicación del ADN. Algunos virus tienen un genoma de ARN, por ejemplo el HIV, y utilizan retrotranscripción para crear ADN a partir de su genoma viral de ARN;[22] estos virus son denominados retrovirus. El ARN de ribozimas como los ribosomas es similar a las enzimas y puede catabolizar reacciones químicas. Los nucleósidos individuales son sintentizados mediante la unión de bases nitrogenadas con ribosa. Estas bases son anillos heterocíclicos que contienen nitrógeno y, según presenten un anillo o dos, pueden ser clasificadas como pirimidinas o purinas, respectivamente. Los nucleótidos también actúan como coenzimas en reacciones metabólicas de transferencia en grupo.

COENZIMAS

El metabolismo conlleva un gran número de reacciones químicas, pero la gran mayoría presenta alguno de los mecanismos de catálisis básicos de reacción de transferencia en grupo.

[24] Esta química común permite a las células utilizar una pequeña colección de intermediarios metabólicos para trasladar grupos químicos funcionales entre diferentes reacciones.[23] Estos intermediarios de transferencia de grupos son denominados coenzimas. Cada clase de reacción de grupo es llevada a cabo por una coenzima en particular, que es el sustrato para un grupo de enzimas que lo producen, y un grupo de enzimas que lo consumen. Estas coenzimas son, por ende, continuamente creadas, consumidas y luego recicladas.[

CATABOLISMO

El catabolismo es el conjunto de procesos metabólicos que liberan energía. Estos incluyen degradación y oxidación de moléculas de alimento, así como reacciones que retienen la energía del Sol. El propósito de estas reacciones catabólicas es proveer energía, poder reductor y componentes necesitados por reacciones anabólicas. La naturaleza de estas reacciones catabólicas difiere de organismo en organismo. Sin embargo, estas diferentes formas de catabolismo dependen de reacciones de reducción-oxidación que involucran transferencia de electrones de moléculas donantes (como las moléculas orgánicas, agua, amoníaco, sulfuro de hidrógeno e iones ferrosos), a aceptores de dichos electrones como el oxígeno, el nitrato o el sulfato.[37]

En los animales, estas reacciones conllevan la degradación de moléculas orgánicas complejas a otras más simples, como dióxido de carbono y agua. En organismos fotosintéticos como plantas y cianobacterias, estas transferencias de electrones no liberan energía, pero son usadas como un medio para almacenar energía solar.[38]

El conjunto de reacciones catabólicas más común en animales puede ser separado en tres etapas distintas. En la primera, moléculas orgánicas grandes como las proteínas, polisacáridos o lípidos son digeridos en componentes más pequeños fuera de las células. Luego, estas moléculas pequeñas son llevadas a las células y convertidas en moléculas aún más pequeñas, generalmente acetilos que se unen covalentemente a la coenzima A, para formar la acetil-coenzima A, que libera energía. Finalmente, el grupo acetil en la molécula de acetil CoA es oxidado a agua y dióxido de carbono, liberando energía que se retiene al reducir la coenzima nicotinamida adenina dinucleótido (NAD+) en NADH.

DIGESTION

Las macromoléculas como el almidón, la celulosa o las proteínas no pueden ser tomadas por las células automáticamente, por lo que necesitan que se degraden en unidades más simples antes de usarlas en el metabolismo celular. Muchas enzimas digieren estos polímeros. Estas enzimas incluyen peptidasa que digiere proteínas en aminoácidos, glicosil hidrolasas que digieren polisacáridos en disacáridos y monosacáridos, y lipasas que digieren los triglicéridos en ácidos grasos y glicerol.

Los microbios simplemente secretan enzimas digestivas en sus alrededores[39] [40] mientras que los animales secretan estas enzimas desde células especializadas al aparato digestivo.[41] Los aminoácidos, monosacáridos, y triglicéridos liberados por estas enzimas extracelulares son absorbidos por las células mediante proteínas específicas de transporte

FOSFORILACION OXIDATIVA

En la fosforilación oxidativa, los electrones liberados de moléculas de alimento en rutas como el ciclo de Krebs son transferidas con oxígeno, y la energía es liberada para sintetizar adenosín trifosfato. Esto se da en las células eucariotas por una serie de proteínas en las membranas de la mitocondria llamadas cadena de transporte de electrones. En las células procariotas, estas proteínas se encuentran en la membrana interna.[49] Estas proteínas utilizan la energía liberada de la oxidación del electrón que lleva la coenzima NADH para bombear protones a lo largo de la membrana.[50]

Los protones bombeados fuera de la mitocondria crean una diferencia de concentración a lo largo de la membrana, lo que genera un gradiente electroquímico.[51] Esta fuerza hace que vuelvan a la mitocondria a través de una subunidad de la ATP-sintasa. El flujo de protones hace que la subunidad menor gire, lo que produce que el sitio activo fosforile al adenosín difosfato (ADP) y lo convierta en ATP.

ANABOLISMO

El anabolismo es el conjunto de procesos metabólicos constructivos en donde la energía liberada por el catabolismo es utilizada para sintetizar moléculas complejas. En general, las moléculas complejas que dan lugar a estructuras celulares son construidas a partir de precursores simples. El anabolismo involucra tres facetas. Primero, la producción de precursores como aminoácidos, monosacáridos, isoprenoides y nucleótidos; segundo, su activación en reactivos usando energía del ATP; y tercero, el conjunto de estos precursores en moléculas más complejas como proteínas, polisacáridos, lípidos y ácidos nucleicos.

Los organismos difieren en cuántas moléculas pueden sintetizar por sí mismos en sus células. Los organismos autótrofos, como las plantas, pueden construir moléculas orgánicas complejas y proteínas por sí mismos a partir moléculas simples como dióxido de carbono y agua. Los organismos heterótrofos, en cambio, requieren de una fuente de sustancias más complejas, como monosacáridos y aminoácidos, para producir estas moléculas complejas. Los organismos pueden ser clasificados por su fuente de energía:

Fotoautótrofos y fotoheterótrofos, que obtienen la energía del Sol. Quimioheterótrofos y quimioautótrofos, que obtienen la energía mediante

reacciones oxidativas.

CARBOHIDRTAOS

En el anabolismo de carbohidratos, se pueden sintetizar ácidos orgánicos simples desde monosacáridos como la glucosa y luego sintetizar polisacáridos como el almidón. La generación de glucosa desde compuestos como el piruvato, el ácido láctico, el glicerol y los aminoácidos es denominada gluconeogénesis. La gluconeogénesis transforma piruvato en glucosa-6-fosfato a través de una serie de intermediarios, muchos de los cuales son compartidos con la glucólisis.[45] Sin embargo, esta ruta no es simplemente la inversa a la glucólisis, ya que varias etapas son catalizadas por enzimas no glucolíticas. Esto es importante a la hora de evitar que ambas rutas estén activas a la vez dando lugar a un ciclo fútil.[68] [69]

A pesar de que la grasa es una forma común de almacenamiento de energía, en los vertebrados como los humanos, los ácidos grasos no pueden ser transformados en glucosa por gluconeogénesis, ya que estos organismos no pueden convertir acetil-CoA en piruvato.[70] Como resultado, tras un tiempo de inanición, los vertebrados necesitan producir cuerpos cetónicos desde los ácidos grasos para reemplazar la glucosa en tejidos como el cerebro, que no puede metabolizar ácidos grasos.[71] En otros organismos como las plantas y las bacterias, este problema metabólico es solucionado utilizando el ciclo del glioxilato, que sobrepasa la descarboxilación en el ciclo de Krebs y permite la transformación de acetil-CoA en ácido oxalacético, el cual puede ser utilizado en la síntesis de glucosa.[72] [70]

Los polisacáridos y los glicanos son sintetizados por medio de una adición secuencial de monosacáridos llevada a cabo por glicosil-transferasas de un donador reactivo azúcar-fosfato a un aceptor como el grupo hidroxilo en el polisacárido que se sintetiza. Como cualquiera de los grupos hidroxilos del anillo de la sustancia puede ser aceptor, los polisacáridos producidos pueden tener estructuras ramificadas o lineales.[73] Estos polisacáridos producidos pueden tener funciones metabólicas o estructurales por sí mismos o también pueden ser transferidos a lípidos y proteínas por medio de enzimas.[

ACIDOS GRASOS, ISOPRENOIDES Y ESTEROIDES

Los ácidos grasos se sintentizan al polimerizar y reducir unidades de acetil-CoA. Las cadenas en los ácidos grasos son extendidas por un ciclo de reacciones que agregan el grupo acetil, lo reducen a alcohol, deshidratan a un grupo alqueno y luego lo reducen nuevamente a un grupo alcano. Las enzimas de la síntesis de ácidos grasos se dividen en dos grupos: en los animales y hongos, las reacciones de la síntesis son llevadas a cabo por una sola proteína multifuncional tipo I,[76] mientras que en plástidos de plantas y en bacterias son las enzimas tipo II por separado las que llevan a cabo cada etapa en la ruta.[77] [78]

Los terpenos e isoprenoides son clases de lípidos que incluyen carotenoides y forman la familia más amplia de productos naturales de la planta.[79] Estos compuestos son sintentizados por la unión y modificación de unidades de isopreno donadas por los precursores reactivos pirofosfosfato isopentenil y pirofosfato dimetilalil.[80] Estos precursores pueden sintentizarse de diversos modos. En animales y archaeas, estos compuestos se sintentizan a partir de acetil-CoA,[81] mientras que en plantas y bacterias se hace a partir de piruvato y gliceraldehído 3-fosfato como sustratos.[82] [80] Una reacción que usa estos donadores isoprénicos activados es la biosíntesis de esteroides. En este caso, las unidades de isoprenoides son unidas covalentemente para formar escualeno, que se pliega formando una serie de anillos dando lugar a una molécula denominada lanosterol.[83] El lanosterol puede luego ser transformado en esteroides como el colesterol.

PROTEINAS

La habilidad de los organismos para sintetizar los 20 aminoácidos conocidos varía. Las bacterias y las plantas pueden sintetizar los 20, pero los mamíferos pueden sintetizar solo los diez aminoácido no esenciales.[17] Por ende, los aminoácidos esenciales deben ser obtenidos del alimento. Todos los aminoácidos son sintetizados por intermediarios en la glucólisis y el ciclo de Krebs. El nitrógeno es obtenido por el ácido glutámico y la

glutamina. La síntesis de aminoácidos depende en la formación apropiada del ácido alfa-keto, que luego es transaminado para formar un aminoácido.[84]

Los aminoácidos son sintetizados en proteínas al ser unidos en una cadena por enlaces peptídicos. Cada proteína diferente tiene una secuencia única e irrepetible de aminoácidos: esto es la estructura primaria. Los aminoácidos pueden formar una gran variedad de proteínas dependiendo de la secuencia de estos en la proteína. Las proteínas son constituidas por aminoácidos que han sido activados por la adición de un ARNt a través de un enlace éster.[85] El aminoacil-ARNt es entonces un sustrato para el ribosoma, que va añadiendo los residuos de aminoácidos a la cadena proteica, sobre la base de la secuencia de información que va "leyendo" el ribosoma en una molécula de ARN mensajero

METABOLISMO INTERMEDIO

El metabolismo es la suma de todas las transformaciones químicas que se producen en una

célula u organismo. Tiene lugar en una serie de reacciones catalizadas enzimáticamente, que

constituyen las rutas metabólicas.

Vías o rutas metabólicas

Catabolismo: fase degradadora del metabolismo en la que moléculas nutrientes

orgánicas (glúcidos, grasas y proteínas) se convierten en productos más sencillos.

Anabolismo: fase en la que precursores sencillos se integran en moléculas mucho más

grandes y complejas como los lípidos, polisacáridos, proteínas y ácidos nucléicos.

METABOLISMO INTERMEDIARIO

Definición

La mayor parte de las células y los organismos tienen en común una serie de vías

metabólicas centrales que sirven para la síntesis, la degradación y conversión de

metabolitos importantes así como para la conversión de energía, todo lo cual se

denomina metabolismo intermedio.

Descripción de las vías para el catabolismo de los carbohidratos, proteínas y grasas de

dieta. Todas las vías producen acetil-CoA, que al oxidarse en el ciclo del ácido cítrico

genera en última instancia ATP en el proceso de la fosforilación oxidativa. (Gráfico)

La naturaleza de la dieta determina el patrón básico del metabolismo. Es necesario

procesar los productos de la digestión de carbohidratos, lípidos y proteínas de la dieta.

Se trata sobre todo de glucosa, ácidos grasos y glicerol y aminoácidos,

respectivamente. Todos los productos de la digestión se metabolizan a un producto

común, acetil-CoA, que después se oxida en el ciclo de ácido cítrico.

ACETIL-COA

El acetil coenzima A (acetil-CoA) es un compuesto intermediario clave en el

metabolismo, que consta de un grupo acetilo, de dos carbonos, unido de manera

covalente a la coenzima A.

El acetil coenzima A se forma en numerosas rutas catabólicas; por lo cual

estudiaremos las generalidades del metabolismo de los carbohidratos, lípidos y

proteínas.

METABOLISMO DE LOS CARBOHIDRATOS

La glucosa se metaboliza a piruvato por la vía de la glucólisis, que se efectúa de

manera anaerobia (en ausencia de oxígeno), cuando el producto final es lactato. En los

tejidos aeróbicos se metaboliza el piruvato a acetil-CoA, la cual entra al ciclo del

ácido cítrico para completar la oxidación a CO2 y H2O, relacionado con la formación

de ATP en el proceso de fosforilación oxidativa.

La glucosa y sus metabolitos también toman parte en otros procesos. Ejemplos:

1)Conversión al polimérico de almacenamiento glucógeno en el músculo esquelético y

el hígado.

2)La vía del fosfato de pentosa, una opción para una parte de la vía de la glucólisis, es

una fuente de equivalentes reductores (NADPH) para la biosíntesis, y la fuente de

ribosa para la síntesis de nucleótidos y ácidos nucleicos.

3)El fosfato de triosa da origen a la parte de glicerol de los triacilgliceroles.

4)El piruvato y los intermediarios del ciclo del ácido cítrico proporcionan los esqueletos

de carbono para la síntesis de aminoácidos, y la acetil-CoA, precursora de los ácidos

grasos y el colesterol (y por consiguiente de todos los esteroides sintetizados en el

cuerpo).

La gluconeogénesis es el proceso para formar glucosa a partir de precursores no

carbohidratos, por ejemplo, lactato, aminoácidos y glicerol.

Descarboxilación oxidativa del ácido pirúvico

El ácido pirúvico sufre una descarboxilación oxidativa en el complejo piruvato

deshidrogenasa de la matriz mitocondrial, antes de entrar al ciclo de Krebs, y un grupo

carboxilo es eliminado en forma de dióxido de carbono, quedando un grupo acetilo (-

CO-CH3) con dos carbonos que es aceptado por la coenzima A y se forma acetil-CoA,

que es, por tanto, un compuesto clave entre la glucólisis y el ciclo de Krebs. Esta

reacción es imprescindible para que la oxidación de los glúcidos (glucógeno, glucosa)

continúe por la vía aerobia (ciclo de Krebs, cadena respiratoria, fosforilación oxidativa).

De este modo puede aprovecharse toda la energía contenida en dichos nutrientes, con

obtención de una cantidad máxima de ATP.

METABOLISMO DE LOS LÍPIDOS

La fuente de ácidos grasos de cadena larga son los lípidos de la dieta o la síntesis de

novo de acetil-CoA derivada de carbohidratos. Los ácidos grasos podrían oxidarse

hasta acetil-CoA (ß oxidación) o esterificarse con glicerol para formar triacilglicerol

(grasa) como principal reserva de combustible del cuerpo.

La acetil-CoA formada por la ß oxidación podría tener varios destinos:

1)Al igual que la acetil-CoA que proviene de la glucólisis, se oxida a CO2 + H2O por

medio del ciclo del ácido cítrico.

2)Es la precursora para la síntesis de colesterol y otros esteroides.

3)En el hígado, forma cuerpos cetónicos (acetona, aceoacetato y 3-hidroxibutirato) que

son combustibles importantes durante el ayuno prolongado.

Beta oxidación de los ácidos grasos

Los ácidos grasos son divididos en fragmentos de dos carbonos que son aceptados por

el coenzima A originando acetil-CoA que ingresa en el ciclo de Krebs.

METABOLISMO DE LOS AMINOÁCIDOS

Los aminoácidos son necesarios para la síntesis de proteínas. Algunos deben ser

suministrados por la dieta, los aminoácidos esenciales, puesto que no se sintetizan en

el cuerpo. El resto son aminoácidos no esenciales que se suministran en la dieta, pero

que se forman a partir de intermediarios metabólicos por transaminación, por medio del

nitrógeno amino de otros aminoácidos. Después de la desaminación, el nitrógeno

amino se excreta como urea, y los esqueletos carbono que quedan después de la

transaminación 1) se oxidan a CO2 mediante el ciclo del ácido cítrico, 2) forman

glucosa (gluconeogénesis) o 3) forman cuerpos cetónicos.

Transaminación y desaminación

El grupo α-amino (nitrógeno) de los aminoácidos es separado del esqueleto de

carbono, mediante el desarrollo coordinado de la transaminación y la desaminación

oxidativa.

Durante la transaminación, el grupo α-amino de los aminoácidos proteicos, excepto

lisina, treonina y prolina, se transfiere a un cetoácido (esqueleto de carbono), en

consecuencia se forma un nuevo aminoácido y se libera el cetoácido correspondiente

al aminoácido inicial. Esta reacción es catalizada por las enzimas aminotransferasas,

también llamadas transaminasas, muchas de las cuales utilizan α-cetoglutarato como

cetoácido, por lo que tarde o temprano, el grupo amino de todos los aminoacidos es

dirigido al glutamato. El piridoxal fosfato (PLP), el cual se forma a partir de la vitamina

B6 (piridoxina), es el grupo prostético de las aminotransferasas. El PLP se enlaza a la

enzima y al sustrato formando lo que se conoce como base de Schiff. El grupo α-amino

es transferido al PLP creándose piridoxamina fosfato transitoriamente, posteriormente

el cetoácido aceptor toma el grupo amino de la piridoxamina fosfato, con lo que se

genera el aminoácido correspondiente y la piridoxamina fosfato vuelve a su estado

original.

Posteriormente, la desaminación oxidativa del glutamato es catalizada por la glutamato

deshidrogenasa. Esta enzima alostérica mitocondrial requiere de NAD o NADP como

coenzima, es inhibida por el GTP y el ATP, mientras que el GDP y ADP la activan. Así,

una disminución del nivel energético incrementa la desaminación.

Mediante esta reacción, el glutamato pierde su grupo amino en forma de amonio y

libera su esqueleto de carbono como α -cetoglutarato, esto ocurre en ambos sentidos;

la glutamato deshidrogenasa tanto desamina al glutamato como lo sintetiza.

RUTAS METABOLICAS

En las células se producen una gran cantidad de reacciones metabólicas (tanto catabólicas como anabólicas), estás no son independientes sino que están asociadas formando las denominadas rutas metabólicas. Por consiguiente una ruta o vía metabólica es una secuencia ordenada de reacciones en las que el producto final de una reacción es el sustrato inicial de la siguiente (como la glucólisis o glicólisis).

Mediante las distintas reacciones que se producen en una ruta un sustrato inicial se transforma en un producto final, y los compuestos intermedios de la ruta se denominan metabolitos. Todas estas reacciones están catalizadas por enzimas específicas.

Tipos de rutas metabólicas.

Las rutas metabólicas pueden ser:

Lineales. Cuando el sustrato de la primera reacción (sustrato inicial de la ruta) es diferente al producto final de la última reacción.

Cíclicas. Cuando el producto de la última reacción es el sustrato de la reacción inicial, en estos casos el sustrato inicial de la ruta es un compuesto que se incorpora en la primera reacción y el producto final de la ruta es algún compuesto que se forma en alguna etapa intermedia y que sale de la ruta.

Frecuentemente los metabolitos o los productos finales de una ruta suelen ser sustratos de reacciones de otras rutas, por lo que las rutas están enlazadas entre sí formando redes metabólicas complejas.

Cuadro sinóptico

Catabolismo Anabolismo

Degrada biomoléculas Fabrica biomoléculas

Produce energía (la almacena como ATP) Consume energía (usa las ATP)

Implica procesos de oxidación Implica procesos de reducción

Sus rutas son convergentes Sus rutas son divergentes

Ejemplos: glucólisis, ciclo de Krebs, fermentaciones, cadena respiratoria

Ejemplos: fotosíntesis, síntesis de proteínas

Características de las rutas metabólicas.

Todas son irreversibles y globalmente exergónicas.

Las rutas en los dos sentidos nunca pueden ser iguales porque si lo fuesen uno de los dos nunca se podría realizar. Los pasos distintos permiten asegurar los procesos en los dos sentidos. Hay muchos pasos comunes pero no todos.

Las rutas metabólicas están localizadas en unos compartimentos específicos lo que permite regularlas eficazmente.

En todas las rutas hay una reacción inicial que es irreversible y que desprende mucha energía, necesaria para llegar al final de la misma.

Todas las rutas están reguladas. Cada reacción tendrá su enzima.

Tipos metabólicos de seres vivos

No todos los seres vivos utilizan la misma fuente de carbono y de energía para obtener sus biomoléculas.

Teniendo en cuenta la fuente de carbono que utilicen existen dos tipos de seres vivos:

Autótrofos, utilizan como fuente de carbono el CO2. (vegetales verdes y muchas bacterias).

Heterótrofos, utilizan como fuente de carbono los compuestos orgánicos. (animales hongos y muchas bacterias).·

Ahora, teniendo en cuenta la fuente de energía que utilicen se diferencian dos grupos:

Fotosintéticos, utilizan como fuente de energía la luz solar.

Quimiosintéticos, utilizan como fuente de energía, la que se libera en reacciones químicas oxidativas (exergónicas).

Según cual sea la fuente de hidrógeno que utilicen pueden ser:

Litótrofos, utilizan como fuente de hidrógeno compuestos inorgánicos, como H2O, H2S, etc.

Organótrofos, utilizan como fuente de hidrógenos moléculas orgánicas.

Tomando en su conjunto todos estos aspectos, se pueden diferenciar cuatro tipos metabólicos de seres vivos:

Fotolitótrofos o fotoautótrofos: También se denominan fotosintéticos. Son seres que para sintetizar sus biomoléculas utilizan como fuente de carbono el CO2; como fuente de hidrógeno, compuestos inorgánicos, y como fuente de energía, la luz solar. A este grupo pertenecen: las plantas, las algas, las bacterias fotosintéticas del azufre, cianofíceas.

Fotoorganótrofos o fotoheterótrofos: Son seres que utilizan como fuente de carbono compuestos orgánicos, como fuente de hidrógeno compuestos orgánicos y como fuente de energía la luz. A este grupo pertenecen bacterias púrpuras no sulfuradas.

Quimiolitótrofos o quimioautótrofos: Se les denomina también quimiosintéticos. Son seres que utilizan como fuente de carbono el CO2, como fuente de hidrógenos compuestos inorgánicos y como fuente de energía la que se desprende en reacciones químicas redox de compuestos inorgánicos. A este grupo pertenecen las llamadas bacterias quimiosintéticas como las bacterias nitrificantes, las ferrobacterias, etc.

Quimioorganótrofos o quimioheterótrofos: También se les denomina heterótrofos. Son seres que utilizan como fuente de carbono compuestos orgánicos, como fuente de hidrógenos compuestos orgánicos y como fuente de energía la que se desprende en las reacciones redox de los compuestos orgánicos.

A este grupo pertenecen los animales, los hongos, los protozoos y la mayoría de las bacterias.

I.M.C

El índice de masa corporal (IMC) es una medida de asociación entre el peso y la talla de un individuo ideada por el estadístico belga L. A. J. Quetelet, por lo que también se conoce como índice de Quetelet.

Se calcula según la expresión matemática:

donde la masa o peso se expresa en kilogramos y la estatura en metros, luego la unidad de medida del IMC en el sistema MKS es:

El valor obtenido no es constante, sino que varía con la edad y el sexo (véanse las figuras 1 y 2). También depende de otros factores, como las proporciones de tejidos muscular y adiposo. En el caso de los adultos se ha utilizado como uno de los recursos para evaluar su estado nutricional, de acuerdo con los valores propuestos por la Organización Mundial de la Salud

Clasificación de la OMS del estado nutricional de acuerdo con el IMC[4]

Clasificación IMC (kg/m2)

Valores principales Valores adicionales

Infrapeso <15,99 <15,99Delgadez severa <16,00 <16,00Delgadez moderada 16,00 - 16,99 16,00 - 16,99Delgadez no muy pronunciada 17,00 - 18,49 17,00 - 18,49

Normal 18,5 - 24,9918,5 - 22,99

23,00 - 24,99Sobrepeso ≥25,00 ≥25,00

Preobeso 25,00 - 29,9925,00 - 27,4927,50 - 29,99

Obeso ≥30,00 ≥30,00

Obeso tipo I 30,00 - 34,9930,00 - 32,4932,50 - 34,99

Obeso tipo II 35,00 - 39,9935,00 - 37,4937,50 - 39,99

Obeso tipo III≥40,00 ≥40,00

* En adultos (20 a 60 años) estos valores son independientes de la edad y son para ambos sexos.

Para ver la presentación de diapositivas sobre este tema visita:

http://trabajosmedicos.blogspot.com/2011/11/presentacion-de-diapositivas-

sobre_15.html

[http://es.wikipedia.org/wiki/Actividad_f%C3%ADsica

http://es.wikipedia.org/wiki/Metabolismo

http://es.wikipedia.org/wiki/%C3%8Dndice_de_masa_corporal