RESEÑA

CLUB DE REVISTA POSGRADO DE MEDICINA DE LA ACTIVIDAD FÍSICA Y EL DEPORTE - FUCS

TÍTULO DEL ARTÍCULO

Exercise Metabolism and the Molecular Regulation of Skeletal Muscle Adaptation

AUTOR

Brendan Egan and Juleen R. Zierath

BIBLIOGRA FÍA

Cell Metabolism 17, February 5, 2013 ª2013 Elsevier Inc.

La preservación de la capacidad aeróbica y de la fuerza a través de la práctica regular de ejercicio puede mejorar la disfunción metabólica y prevenir enfermedades crónicas, los cuales se logran por la remodelación metabólica y molecular, las cuales se logran por una perfecta interacción entre vías de señalización y trascripción y traducción de proteínas. En la vida cotidiana se ha tomado el ejercicio como la piedra angular en cuanto a medicina de prevención de enfermedades crónicas tales como la diabetes mellitus la hipertensión arterial y la sarcopenia entre otras sin embrago las estadísticas muestran que uno de cada tres adultos y cuatro de cada 5 adolescentes no cumplen con las recomendaciones mínimas para que este ejercicio muestre los cambios necesarios para mejorar la calidad de vida esperada. La píldora mágica como es descrita por otros autores muestra que en corto plazo puede revertir parcialmente los daños producidos por enfermedades de tipo metabólico, y si lo combinamos con dieta y con tratamientos farmacológicos adecuados y a tiempo podemos prevenir enfermedades tan letales y graves como la diabetes mellitus y sarcopenia. Si bien es cierto que estos beneficios son bien conocidos en este artículo encontramos como las vías de señalización y las moléculas reguladoras son las que coordinan las respuestas de la adaptación al ejercicio. La base molecular de la adaptación del músculo esquelético al ejercicio: Las contracciones musculares continuas asociadas a la práctica de ejercicio constante son las que finalmente logran la adaptación fisiológica lo cual genera con el tiempo no solo maleabilidad sino remodelación. Estos cambios además se ven reflejados en las proteínas contráctiles, la función mitocondrial, la regulación metabólica, la señalización intracelular y las respuestas transcripcionales. Estos mecanismos moleculares producidos por las adaptaciones al entrenamiento implicarían una alteración gradual el mecanismo de las proteínas y actividades enzimáticas por la activación o represión de las vías específicas de señalización que regulan la transcripción y la traducción y la expresión genética inducida por el ejercicio. Estos cambios genéticos en la trascripción de genes incluyen genes inmediatos tempranos, reguladores miogénicos, genes de hidratos de carbono, metabolismo, movilización de lípidos, el trasporte y la oxidación, metabolismo mitocondrial y la fosforilación oxidativa y reguladores mitocondriales de la expresión génica y la biogénesis mitocondrial. Es por esto que una sesión de ejercicio alteraría la actividad de unión de ADN de una variedad de factores de trascripción. La estabilidad de las proteínas y la localización subcelular de complejos de factores de trascripción en el núcleo y la mitocondria también se ven afectados. Además en estudios anteriores se ha

comprobado que la hipometilación de ADN transitoria de las regiones promotoras de genes específicos procede aumentos de la expresión de RNAm en r espuesta al ejercicio agudo. Además estos pulsos de RNAm que se elevan durante la recuperación del ejercicio agudo facilitan la síntesis de proteínas y provocan remodelación estructural de manera gradual que genera ajustes graduales a largo plazo. Si bien es cierto que estas remodelaciones son intrínsecas al musculo esquelético, de forma colectiva ayudan a maximizar la entrega de sustrato, la capacidad respiratoria mitocondrial y la función contráctil durante el ejercicio. La finalidad de todos estos cambios se ve reflejada en la preparación adecuada para una siguiente sesión de ejercicio, lo cual genera una homeostasis metabólica ideal lo cual genera una demora en la aparición de la fatiga. Biología de musculo esquelético y metabolismo. El musculo esquelético corresponde al 40% de la masa total del cuerpo y representa el 30% de la masa metabólica en reposo. El músculo esquelético desempeña un papel fundamental en el control de la glucemia y la homeostasis metabólica, siendo el sitio predominante de eliminación de glucosa, además de ser la reserva más grande de glucógeno. Cabe destacar que una sesión de ejercicio mejora en todo el cuerpo la sensibilidad a la insulina durante 48 horas. Además el ejercicio aumenta la glucosa a nivel muscular y la absorción a un nivel diferente al de la insulina, lo cual genera una alteración en la homeostasis de la glucosa. En cuanto a las fibras musculares sabemos que el color depende de la cantidad de una proteína que es la mioglobina que es la encargada de transportar oxígeno, así pues sabemos que hay una clasificación típica que son las tipo I y Las Tipo II siendo las tipo I más rojas y las tipo II más claras. La subclasificación delas fibras de tipo II, en fibras IIa, IIx, IIb que esta principalmente en roedores, este tipo de fibras está determinado genéticamente durante el desarrollo, pero la adaptación de trasformación está muy debatido. Dada la capacidad de plasticidad del músculo los cambios metabólicos y la morfología independientemente si se observa o no un cambio en el tipo de fibra la cual puede ser medida por el cambio en la expresión de la cadena pesada de la miosina. Una de las características más destacables del musculo esquelético es la capacidad de tasa de producción de energía, flujo de sangre y utilización de sustratos rápidamente como respuesta a la locomoción, esta anergia es gracias a la hidrolisis del ATP por la miosina ATPasa sumada a la interacción del NA; K y Ca. El ejercicio intenso puede aumentar quizá 20 veces la tasa metabólica, mientras que la tasa de rotación de ATP quizá aumente unas 100 veces. El musculo esquelético es rico en mitocondrias y muy dependiente de la fosforilación oxidativa, durante el ejercicio vigoroso el consumo de oxígeno a nivel muscular aumenta 30 veces. Modalidades de ejercicio: El ejercicio aeróbico implica alta frecuencia con baja carga mientras que el de resistencia implica baja frecuencia con alta resistencia, estas dos solo podrían ser en cuanto a respuesta similares si lográramos una perfecta adaptación muscular. Es importante recalcar que los diferentes tipo de ejercicio pueden generar diferentes cambios y beneficios para la salud es así como el ejercicio aeróbico puede generar cambios benéficos a nivel de sistema cardiovascular, mientras que el ejercicio de resistencia puede mejorar la tasa metabólica basal, la masa muscular y la función física de los ancianos. Es así como se ha demostrado que la combinación de ambos entrenamientos

puede disminuir la resistencia a la insulina y las limitaciones funcionales de la obesidad y el síndrome metabólico, lo cual mejoraría el control glucémico en la diabetes. RESPUESTA AGUDA METABÓLICA A UNA SERIE DE EJERCICIOS: Utilización de sustrato durante el ejercicio: Durante el ejercicio la producción de energía depende de la activación de las vías las cuales se activan dependientes de la potencia y la intensidad producida por el ejercicio realizado. La potencia determina la tasa de ATP requerido, mientras que la intensidad será la que active la contribución relativa de carbohidratos y fuentes de lípidos. En ejercicios de baja a moderada intensidad las fuentes de energía principalmente son la glucosa los derivados de la glucogenolisis hepática (o la gluconeogénesis), o la ingesta oral y los ácidos grasos libres liberados por lipólisis del tejido adiposo. Estas son en gran medida respuestas a activaciones hormonales al ejercicio (adrenalina, noradrenalina, glucagón, insulina, cortisol) a medida que aumenta la intensidad de ejercicio disminuye la utilización de ácidos grasos libres, y aumenta demanda de oxígeno y de glucosa, la energía proporcionada en estas intensidades máximas de energía son por el glucógeno muscular. Cuando se prolonga el ejercicio por más de 60 minutos una creciente producción de energía entra en juego que es la oxidación de lípidos. El glucógeno muscular es la principal fuente de carbohidratos durante el ejercicio moderado e intenso y la glucogenolisis es proporcional a la intensidad del ejercicio, esta se deriva de la activación de la glucógeno fosforilasa que refleja alteraciones en el Ca, fosforo inorgánico, estimulación de los beta adrenérgicos dependientes de AMPc, y la modulación alostérica de AMP e IMP. Las tasas más altas de glucogenolisis ocurren cuando la concentración inicial de glucógeno muscular es altas, pero a medida de que aumentan las intensidades de ejercicio disminuyen los niveles de glucógeno y la activación de glucógeno fosforilasa. La utilización de sustratos durante el ejercicio está limitada por: 1. Factores propios del ejercicio como intensidad, duración y modo. 2. Factores metabólicos como el patrón de reclutamiento muscular, capacidades enzimáticas, tasa de sustrato, estado de carga de energía y actividad de ciclos del sustrato. 3. Factores externos como las condiciones ambientales, estado nutricional, eda d y la composición corporal. El papel de los aminoácidos como productores de energía es muy importante no solo en transaminación, desaminación, oxidación y catabolismo irreversible de aminoácidos específicos y otros actúan en la gluconeogénesis durante el ejercicio prolongado. El suministro de energía a base de proteínas constituye el 5 al 15% del total mientras que otros estados como el del agotamiento de glucógeno exigen una mayor contribución, esta energía se obtiene de la degradación de proteínas intramusculares y oxidación por parte de los alfa ceto acido deshidrogenasa. EL METABOLISMO DEL SUSTRATO DURANTE EL PERIODO DE RECUPERACION DESPUES DEL EJERCICIO: Tras el cese de ejercicio la tasa metabólica permanece elevada en un 10% por un periodo de aproximadamente 24 horas. Este periodo de recuperación se caracteriza por dos fases: 1. Recuperación de homeostasis en las células musculares. 2. La contribución de células de adaptación al ejercicio. Esta homeostasis incluye la restitución de reservas de oxígeno, resíntesis de ATP, fosfocreatina, la oxidación y la eliminación de lactato así como las respuestas inflamatorias y anti inflamatorias. Durante este periodo de recuperación se aumenta la oxidación de lípidos y ahorradores de la fuente

de carbohidratos para suministro de energía. Este cambio tiene capacidad para priorizar la resíntesis de glucógeno muscular mientras que la oxidación de los lípidos es elevado para satisfacer las necesidades de energía. La tasa de oxidación de lípidos puede ser del 25% en el post ejercicio y contribuir a más del 60% del metabolismo oxidativo durante la recuperación. Otros procesos que ayudan a recuperar esta homeostasis son el porcentaje elevado de la síntesis de proteínas mitocondriales y miofibrilares, reesterificación de ácidos grasos libres liberados anteriormente y la resíntesis de glucógeno. La recuperación de los noveles de glucógeno para una nueva sesión de ejercicio intenso o prolongado es de 24 a 48 horas la cual puede ser disminuida en parte por una buena dieta, la lata ingesta de carbohidratos en parte ayuda a una súper compensación de glucógeno supera con creces las concentraciones pre ejercicio. La reposición de esta reserva en musculo dependen principalmente de: 1. Disponibilidad de sustrato tanto de glucosa como de alanina y lactato. 2. La actividad enzimática. 3. La lipogénesis a nivel muscular. Los intermediarios lipídicos tales como el diacilglicerol y las ceramidas se reducen en el musculo esquelético al cesar el ejercicio. CONTRACCIÓN INDUCIDA DE TRASDUCCIÓN DE SEÑALES EN EL MÚSCULO ESQUELETICO: La contracción inducida en tensión mecánica por rotación de ATP, flujo de Ca, equilibrio Redox, especies reactivas de oxígeno y la presión de oxigeno intracelular han sido implicados en la activación de la cascada de transducción de señales que regulan la plasticidad del musculo esquelético. A su vez existen sensores celulares transducen estos cambios homeostáticos para acoplar la contracción y los procesos de transcripción, lo cual conlleva a que las respuestas metabólicas y moleculares agudas sean contiguas a los procesos de adaptación al entrenamiento. LA OXIGENACION TISULAR LOCAL Y FACTORES INDUCIBLES POR HIPOXIA: El sensor del oxígeno siempre está establecido en la regulación de los procesos de adaptación celular. La principal vía de transducción de señales sensibles a la presión de oxigeno es el factor inducible de hipoxia, durante la hipoxia la hidroxilación de enzimas se alteran la eritropoyesis, angiogénesis, glucolisis y el metabolismo energético, lo cual aumenta la entrega de oxígeno y mejora la capacidad de obtener ATP por otras vías no dependientes de oxígeno. En reposo el fósforo inorgánico y el oxígeno es apenas una 5 parte de presión del aire inhalado, el ejercicio agudo lo reduce en el musculo que se contrae aproximadamente a 1/40. El Ca es esencial para facilitar la interacción entre puentes cruzados de miosina y actina durante la contracción muscular. Durante la contracción muscular, el musculo es un potente productor de ROS mediante la producción de superóxido por un sistema de transporte de electrones y la activación de NADPH oxidasa y la xantina oxidasa. Los ROS son potentes activadores de señales, durante el ejercicio es atenuada con activación de antioxidantes como la N Acetil Cisteína. El NAD es un portador de electrones que juega un papel crítico en el metabolismo de combustibles, a través de su reducción y reoxidación por la generación de lactato en el citosol o actividad

mitocondrial de transporte. Las fluctuaciones dinámicas de NAD y NADH se producen en respuesta a estímulos como el ejercicio agudo y el ayuno. Con el incremento del ejercicio el NAD citosólico y el NADH disminuye como la relación lactato/piruvato aumentan. La preservación de la glucosa durante la recuperación después del ejercicio coincide con un aumento de la Beta oxidación y la reoxidación de NADH a NAD. Es así como podemos determinar que la hipertrofia muscular mediada por el ejercicio se determina en gran parte por la activación de la síntesis de proteínas de músculo esquelético como consecuencia de proteínas diana, proteínas ribosomales y de la activación de sustancias relacionadas. La biogénesis mitocondrial es una respuesta bien establecida para la pr áctica de ejercicio aeróbico y se define como el aumento en el número de mitocondrias en el músculo así como los cambios concomitantes en la composición del organelo, en respuesta a este aumento de actividad se observó una vida media de aproximadamente de 1 semana para las proteínas mitocondriales . Después de 6 semanas de entrenamiento los músculos aumentan la densidad mitocondrial en un 50-100%, evidenciando estos cambios en todos los tipos de fibras pero siendo mayor en las de tipo IIa, esta mejora en las fibras se verá reflejado en el consumo máximo de oxígeno, además de hacer un musculo más efectivo en cuanto a que mejora la capacidad oxidativa y además disminuye la necesidad de sustrato y la entrega de este es mejor; en concreto estas adaptaciones metabólicas reflejan el aumento de la abundancia de las proteínas que participan en la producción de ATP mitocondrial, la movilización, transporte y la oxidación de ácidos grasos, metabolismo glucolítico, la capacidad antioxidante, la síntesis de glucógeno y el transporte de glucosa y la entrega de oxígeno y su extracción a partir de músculo esquelético. Este tipo de adaptaciones llevaran finalmente al uso de menor cantidad de energía para realizar el mismo consumo de oxigeno por gramo de músculo. Por lo tanto la misma tasa de metabolismo oxidativo celular se alcanza con menos perturbación de los nucleótidos de adenina y una tasa más baja de la fosforilación oxidativa por la mitocondria. La disminución de la utilización de carbohidratos durante el ejercicio en la persona entrenada esta compensada por un aumento proporcional de las tasas de oxidación de lípidos en la misma intensidad. El aumento de rendimiento de la resistencia post entrenamiento es atribuido a una mayor resistencia a la fatiga en virtud del agotamiento de glucógeno muscular reducida. Los factores de transcripción y las proteínas coreguladoras son las que regulan el fenotipo del musculo esquelético mediante integración de señales de estímulos fisiológicos, esta capacidad para alterar la expresión de enzimas claves en carbohidratos y metabolismo lipídico sumado a la coordinación de la miogénesis y la biogénesis mitocondrial en respuesta al ejercicio. La sincronización adecuada de estos factores incluyendo la transcripción de genes, la traducción de RNAm, la replicación de ADN mitocondrial, la transcripción y la traducción de genes mitocondriales, la biosíntesis de fosfolípidos dela membrana mitocondrial y el complejo de los complejos enzimáticos son lo que podemos llamar el cambio en cuanto la regulación de la expresión génica.

Elaborado por CAMILO ALBERTO CAMARGO PUERTO

RESIDENTE SEGUNDO AÑO MEDICINA DE LA ACTIVIDAD FÍSICA Y EL DEPORTE FUCS FECHA 19 – Agosto- 2014

Bogotá - Colombia