Metabolismo energético do músculo esquelético durante o exercício

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21/03/2021 Metabolismo energético do músculo esquelético durante o exercício | Metabolismo da Natureza
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Artigo de revisão Publicados: 03 de agosto de 2020
Metabolismo de energia do músculo esquelético durante o
exercício
Mark Hargreaves eLawrence L. Spriet  
Metabolismo da Natureza  2 , 817 - 828 ( 2020 )
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Uma correção do autor para este artigo foi publicada em 10 de setembro de 2020
Este artigo foi atualizado
Resumo
O fornecimento contínuo de ATP aos processos celulares fundamentais que sustentam a contração
do músculo esquelético durante o exercício é essencial para o desempenho esportivo em eventos
que duram de segundos a várias horas. Como os estoques musculares de ATP são pequenos, as
vias metabólicas devem ser ativadas para manter as taxas necessárias de ressíntese de ATP. Essas
vias incluem a degradação da fosfocreatina e do glicogênio muscular, permitindo assim a
fosforilação em nível de substrato ('anaeróbica') e a fosforilação oxidativa usando equivalentes
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redutores do metabolismo de carboidratos e gordura ('aeróbio'). A contribuição relativa dessas
vias metabólicas é determinada principalmente pela intensidade e duração do exercício. Para a
maioria dos eventos nas Olimpíadas, o carboidrato é o principal combustível para o metabolismo
anaeróbio e aeróbio. Aqui, nós fornecemos uma visão geral do metabolismo do exercício e os
principais mecanismos regulatórios garantindo que a ressíntese de ATP seja intimamente
associada à demanda de ATP do exercício. Também resumimos várias intervenções que visam o
metabolismo muscular para benefício ergogênico em eventos atléticos.
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Principal
Em 2020, atletas de todo o mundo deveriam se reunir em Tóquio para o quadrienal festival
olímpico de esporte, mas o evento foi adiado até 2021 por causa da pandemia COVID-19.
Quando as Olimpíadas acontecerem, testemunharemos esforços físicos e mentais extraordinários
no atletismo, na água e no ar. Talvez possamos nos perguntar como esses feitos são alcançados.
Esses esforços são o culminar de anos de treinamento dedicado, e o desempenho atlético é
determinado por uma complexa interação de fatores biológicos, mentais e ambientais. A
disponibilidade de ATP é crítica para a atividade contrátil do músculo esquelético, tanto em
eventos de força explosiva ou sprint com duração de segundos ou minutos, quanto em eventos de
resistência com duração de horas.
O ATP é necessário para a atividade das principais enzimas envolvidas na excitabilidade da
membrana (Na / K ATPase), manipulação do cálcio do retículo sarcoplasmático (Ca 
ATPase) e ciclagem da ponte cruzada do miofilamento (miosina ATPase). Como os estoques
intramusculares de ATP são relativamente pequenos (~ 5 mmol por kg de músculo molhado), eles
são incapazes de sustentar a atividade contrátil por longos períodos. Por exemplo, durante o
exercício máximo, total (como corrida) a uma potência de 900 W (~ 300% do consumo máximo
de oxigênio (VO 
2
 máx.)), A taxa estimada de utilização de ATP é 3,7 mmol ATP kg s , e o
exercício poderia durar <2 s se o ATP armazenado fosse a única fonte de energia. Durante o
+ + 2+
−1 -1
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exercício submáximo a ~ 200 W (~ 75% VO
2
 máx), os valores correspondentes são 0,4 mmol
ATP kg s e ~ 15 s, respectivamente.
Portanto, outras vias metabólicas devem ser ativadas (Quadro 1 ), incluindo fosforilação em nível
de substrato (ou anaeróbica) e fosforilação oxidativa (ou aeróbia). Este último é criticamente
dependente dos sistemas respiratório e cardiovascular, para garantir o fornecimento adequado de
oxigênio para o músculo esquelético em contração e para reduzir os equivalentes do metabolismo
principalmente de carboidratos e gordura . As vias de energia anaeróbica têm uma potência
muito maior (taxa de produção de ATP), mas uma capacidade menor (ATP total produzido) do
que as vias aeróbias . Em termos de metabolismo oxidativo, a oxidação de carboidratos tem uma
maior produção de energia, mas uma capacidade menor do que a oxidação de gordura; este é um
fator que contribui para a diminuição da produção de energia com a depleção de carboidratos
durante exercícios extenuantes prolongados . Esta revisão fornece uma breve visão geral do
metabolismo do exercício e um resumo dos principais mecanismos regulatórios, e identifica
estratégias potenciais que visam o metabolismo para benefício ergogênico durante eventos
atléticos.
Caixa 1 Metabolismo de energia no músculo esquelético
Utilização de ATP
ATP + H 
2
 O → ADP + P 
i
 + H (Δ G ° ´ = –6,3 kcal mol )
Ressíntese de ATP
Fosforilação em nível de substrato
PCr + ADP + H → ATP + creatina
2 ADP → ATP + AMP
Glicogênio n + 3 ADP + 3 P i
 → glicogênio n –1
 + 2 lactato + 3 ATP
−1 −1
1
2
2
+ –1
+
 a
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Fosforilação oxidativa
Glicose + 6 O 
2
 + 36 ADP → 6 CO 
2
 + 6 H 
2
 O + 36 ATP 
Palmitato + 23 O 
2
 + 130 ADP → 16 CO 
2
 + 16 H 
2
 O + 130 ATP 
 O glicogênio muscular é a principal fonte de CHO durante o exercício intenso. Glicogênio n é
um polímero de glicogênio de n resíduos de glicose. O rendimento total de ATP inclui aquele da
fosforilação em nível de substrato na glicólise e o ciclo de TCA. rendimentos de ATP
relatados são baseados no valor tradicionalmente usado de 3 ATP por NADH, mas se os valores
mais contemporâneos de 2 ou 3 ATP por NADH fossem usados, os rendimentos reais de ATP
seriam menores; no entanto, as contribuições relativas de glicose e palmitato para a geração geral
de ATP permanecem as mesmas.
Show less
Visão geral do metabolismo do exercício
A contribuição relativa das vias de geração de ATP (Quadro 1 ) para o fornecimento de energia
durante o exercício é determinada principalmente pela intensidade e duração do exercício. Outros
fatores que influenciam o metabolismo do exercício incluem o status do treinamento, dieta
anterior, sexo, idade e condições ambientais. Geralmente, os atletas de calibre olímpico são bem
treinados, seguem uma boa alimentação e tendem a ser mais jovens e bem adaptados às condições
ambientais em que treinam. Posteriormente na Revisão, abordaremos alguns desses fatores no
contexto do desempenho e abordaremos resumidamente as diferenças sexuais no metabolismo.
Durante esforços muito intensos que duram segundos (como arremessos, saltos ou sprints de 100
a 400 m) ou durante atividades de jogo intermitentes e esportes de campo, a maior parte do ATP é
derivada da quebra da fosfocreatina (PCr) e do glicogênio em lactato. Medições diretas de PCr e
glicogêniomuscular antes, durante e após tais sessões de exercício mostram diminuições
b, c
b, c
a
b
c Os
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substanciais nos níveis desses substratos (Fig. 1 ). A diminuição é geralmente maior no tipo II
do que nas fibras musculares do tipo I . A concentração de ATP muscular é razoavelmente bem
mantida, embora possa diminuir em ~ 20% durante exercícios muito intensos . Os grandes
aumentos na utilização de ATP e glicólise, bem como os fluxos de íons fortes durante esse
exercício, resultam em acidose metabólica. Depois que a duração do exercício se estende além de
aproximadamente 1 minuto (por exemplo, em um evento de pista de 800 m), a fosforilação
oxidativa é a principal via de geração de ATP e o glicogênio intramuscular é a fonte de
combustível dominante. Embora seja relativamente menos estudado, o exercício de resistência,
como visto durante eventos de levantamento, também está associado a perturbações metabólicas
substanciais na contração do músculo esquelético .
Fig. 1: Metabolismo de energia muscular durante exercícios intensos.
Contribuições de PCr (verde claro), glicólise (verde médio) e fosforilação oxidativa
(verde escuro) para o turnover de ATP durante o exercício máximo. Amostras
3 , 4
5
5
6
7 , 8
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musculares foram obtidas antes e durante 30 s de exercício completo de ciclismo.
Dw, peso seco. Adaptado com permissão da ref. , American Physiological Society.
Durante eventos que duram de vários minutos a horas, o metabolismo oxidativo de carboidratos e
gorduras fornece quase todo o ATP para a contração do músculo esquelético. Mesmo durante
eventos de maratona e triatlo com duração de 2–2,5 h, existe uma dependência primária da
oxidação de carboidratos . Os principais substratos intramusculares e extramusculares são
glicogênio muscular, glicose sanguínea (derivada da glicogenólise hepática e gliconeogênese e do
intestino quando o carboidrato é ingerido) e ácidos graxos derivados de ambos os músculos
(triglicerídeo intramuscular (IMTG)) e as reservas de triglicerídeos do tecido adiposo. Essas
reservas e a energia relativa disponível a partir delas são mostradas na Fig. 2. Os principais
determinantes da contribuição relativa desses substratos para o metabolismo oxidativo são a
intensidade e a duração do exercício (Fig. 3 ).
Fig. 2: Fontes de combustível intramuscular e extramuscular para o metabolismo do
exercício.
4
9 , 10
11 , 12
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Principais fontes de carboidratos no músculo e fígado e de gordura no músculo e
tecido adiposo durante o exercício. A estimativa de energia potencial disponível de
cada fonte de combustível também é fornecida. TG, triglicerídeo; FFA, ácidos graxos
livres.
Fig. 3: Contribuições relativas das fontes de carboidratos e gorduras como combustível
durante o exercício.
Ciclistas treinados se exercitavam em intensidades crescentes, e as contribuições
relativas dos combustíveis para a contração do músculo esquelético foram medidas
com métodos de calorimetria indireta e traçador. Uma contribuição crescente de
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combustíveis de carboidratos, notavelmente glicogênio muscular, é observada em
intensidades de exercício mais altas. FFA, ácidos graxos livres; cal, calorias. Adaptado
com permissão da ref. , American Physiological Society.
A oxidação de carboidratos, particularmente do glicogênio muscular, domina em intensidades de
exercício mais altas, enquanto a oxidação de gordura é mais importante em intensidades mais
baixas. As taxas máximas de oxidação de gordura ocorrem em ~ 60–65% VO 
2
 máx. A oxidação
do glicogênio muscular e dos ácidos graxos derivados do IMTG é maior durante os estágios
iniciais do exercício e diminui à medida que a duração do exercício é estendida, coincidindo com
aumentos progressivos na captação e oxidação glicose muscular e ácidos graxos 
. Acompanhando o aumento na captação de glicose muscular está um aumento na produção de
glicose no fígado tanto da glicogenólise do fígado quanto da gliconeogênese . Com
exercícios prolongados, a produção de glicose do fígado pode cair abaixo da captação de glicose
pelo músculo , resultando em hipoglicemia que pode ser prevenida pela ingestão de
carboidratos .
Um aumento na lipólise do tecido adiposo apóia o aumento progressivo na captação e oxidação 
ácidos graxos plasmáticos , mas como a lipólise excede a captação e oxidação, os níveis de
ácidos graxos plasmáticos aumentam. A inibição da lipólise do tecido adiposo aumenta a
dependência tanto do glicogênio muscular quanto do IMTG, mas tem pouco efeito na captação de
glicose muscular . A importância da oxidação de IMTG durante o exercício tem sido motivo de
debate, e os resultados na literatura podem ser influenciados por diferenças no estado de
treinamento dos indivíduos, sexo, distribuição do tipo de fibra e estoques de IMTG em repouso 
. No entanto, IMTG parece ser uma importante fonte de combustível durante o exercício em
indivíduos treinados .
Apesar da ativação das vias oxidativas no músculo esquelético durante o exercício, taxas
aceleradas de glicólise resultam na produção de lactato, que se acumula no músculo e no sangue,
principalmente em intensidades de exercício mais elevadas . Embora o lactato tenha sido
considerado simplesmente um produto residual metabólico por muitos anos, agora é reconhecido
11
de 13 , 14 , 15 , 16 , 17
15 , 18 15 , 19
 15
 20
de
21
17
22
23
24
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como um substrato importante para o metabolismo oxidativo, gliconeogênese e glicogênese
muscular , e como uma molécula sinalizadora que medeia as adaptações ao exercício e a
comunicação interorganizacional . O glicerol é liberado na circulação a partir da
contração do músculo esquelético e do tecido adiposo, assim como a alanina do músculo, e ambos
podem servir como precursores gliconeogênicos do fígado durante o exercício .
O exercício aumenta a renovação das proteínas durante o exercício e, embora os aminoácidos,
notadamente os aminoácidos de cadeia ramificada, possam ser oxidados pela contração do
músculo esquelético, a contribuição para a produção geral de ATP é baixa. Em condições de baixa
disponibilidade de carboidratos, a contribuição do metabolismo de aminoácidos é aumentada 
 , enquanto o treinamento de resistência resulta em diminuição da oxidação da leucina . De
maior importância são os aumentos pós-exercício na síntese de proteínas miofibrilares e
mitocondriais que sustentam as adaptações aos exercícios agudos e crônicos de endurance e
resistência .
Regulação do metabolismo do exercício
Considerações gerais
Como o aumento na taxa metabólica do repouso ao exercício pode exceder 100 vezes, sistemas de
controle bem desenvolvidos garantem o fornecimento rápido de ATP e a manutenção do conteúdo
de ATP nas células musculares. Numerosas revisões examinaram a regulação do metabolismo
energético do músculo esquelético e as adaptações que ocorrem com o treinamento físico 
 . Aqui, destacamos brevemente alguns dos fatores que regulam a notável capacidade do
músculo esquelético de gerar ATP durante exercícios físicosextenuantes (Fig. 4 ).
Fig. 4: Principais vias metabólicas na contração do músculo esquelético durante o
exercício.
25 , 26 , 27
28 , 29 , 30
15
31
32 ,
33 34
35
1 , 36 , 37 ,
38
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A utilização de carboidratos extramusculares e intramusculares e combustíveis de
gordura, junto com os principais locais de regulação em enzimas-chave e proteínas
de transporte. As interações entre as vias anaeróbia e aeróbia, e entre carboidratos e
gordura, garantem o suprimento de ATP para a contração do músculo esquelético.
FFA, ácidos graxos livres; PM, membrana plasmática; FABP 
PM
 , proteína de ligação a
ácidos graxos da membrana plasmática; FATP, proteína de transporte de ácido graxo;
ATG, triglicerídeo adiposo; HS, sensível ao hormônio; MG, monoglicerídeo; TG,
triglicerídeo; FABP 
c
, proteína de ligação de ácido graxo citoplasmática; HK,
hexoquinase; PFK, fosfofrutocinase; LDH, lactato desidrogenase; Cr, creatina; mtCK,
creatina quinase mitocondrial; mt OM e mt IM, membrana mitocondrial externa e
interna; ACT, acil-CoA transferase; MCT, transportador de monocarboxilase; ANT,
transporte de adenina; PDH, piruvato desidrogenase; ETC, cadeia de transporte de
elétrons.
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Exercício intenso de curto prazo
Quando o exercício de curto prazo muito intenso começa, todas as vias associadas ao
fornecimento de ATP anaeróbico e aeróbio são ativadas (Quadro 1 ). No entanto, as taxas de
fornecimento de ATP das fontes anaeróbicas, PCr e glicólise anaeróbica são muito mais rápidas
do que as das vias aeróbias. PCr é uma fonte de combustível notável, porque apenas uma reação
metabólica é necessária para fornecer ATP (Quadro 1 ). A enzima que catalisa essa reação, a
creatina fosfoquinase, é altamente abundante e é regulada apenas pela concentração de seus
substratos e produtos - uma chamada 'enzima quase em equilíbrio'. Assim que as contrações
musculares começam, o ATP é quebrado e a concentração de ADP livre aumenta, essa reação se
move da esquerda para a direita (Quadro 1), e o ATP é regenerado em vários milissegundos.
Simultaneamente, o Ca celular (e até certo ponto a epinefrina de fora da célula) ativa a
fosforilase quinase, transformando assim a glicogênio fosforilase de sua forma menos ativa 'b' em
sua forma mais ativa 'a' (regulação covalente; Fig. 4 ). Os aumentos de ADP e AMP ativam
principalmente a fosforilase a (por meio da regulação alostérica), que decompõe o glicogênio; os
produtos então se combinam com o fosfato inorgânico (P 
i
 ), produzindo assim glicose 1-fosfato,
glicose 6-fosfato e frutose 6-fosfato na via glicolítica. A fosforilase é considerada uma 'enzima
em desequilíbrio' porque é controlada por fatores externos e não apenas pelos seus substratos e
produtos. O controle duplo por fatores locais associados às contrações musculares e epinefrina ,
e a combinação da regulação covalente e alostérica explicam como o fluxo através da fosforilase
pode aumentar de muito baixo em repouso para muito alto durante exercícios intensos em apenas
milissegundos.
Os aumentos nos reguladores alostéricos ADP, AMP e P 
i
 (os subprodutos da degradação do ATP)
e o substrato frutose 6-fosfato ativam a enzima reguladora fosfofrutocinase e o fluxo através das
reações da via glicolítica continua com uma produção líquida de três moléculas de ATP e
formação de lactato (Fig. 4 ). Embora haja mais reações na via glicolítica do que na hidrólise de
PCr, a produção de ATP por meio da glicólise anaeróbia também é ativada em milissegundos. O
acúmulo de lactato pode ser medido no músculo após apenas uma contração de 1 s, e a
contribuição da energia anaeróbia do PCr e da glicólise anaeróbia é essencialmente equivalente
2+
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após 6–10 s de exercício intenso (Fig. 1 ). A capacidade do armazenamento de energia de
PCr é uma função de seu conteúdo de repouso (~ 75 mmol por kg de músculo seco) e pode ser
esgotada principalmente em 10-15 s de exercício total. A capacidade glicolítica anaeróbia é
aproximadamente três vezes maior (~ 225 mmol por kg de músculo seco) em exercícios que
duram 30-90 se é limitada não pela disponibilidade de glicogênio, mas pelo aumento da acidez
intramuscular.
É importante notar que a produção aeróbia de ATP também é ativada durante exercícios muito
intensos, e 70–100% do VO 
2
 máx pode ser alcançado em um sprint de 30 s (Fig. 1 ).
Considerando que muito pouca energia aeróbica é fornecida nos primeiros 5–10 s, ~ 50% da
contribuição de energia nos últimos 5 s de um sprint de 30 s é aeróbia . Durante a transição do
repouso para o exercício intenso, o substrato para o aumento da produção aeróbica de ATP
também é o glicogênio muscular, e uma pequena quantidade do piruvato produzido é transferido
para a mitocôndria, onde é usado para produzir acetil-CoA e o equivalente redutor NADH em a
reação da piruvato desidrogenase (PDH). O PDH também está sob controle covalente, existindo
em uma forma inativa em repouso e fazendo a transição para uma forma ativa via Ca durante o
exercício. A influência do Ca , com a ajuda do piruvato, mantém a quantidade adequada da
enzima na forma ativa, apesar dos aumentos de acetil-CoA que normalmente inativariam a
enzima em repouso (Quadro 2 ).
Caixa 2 Controle metabólico durante o exercício
Um conceito central na rápida ativação das vias metabólicas no início do exercício é como os
fatores que regulam o metabolismo em repouso são imediatamente substituídos pelos fatores
reguladores mais poderosos ('heavy hitter') que assumem o controle e dominam durante o
exercício. Um bom exemplo é a enzima PDH, que é mantida na forma inativa pelos níveis de
repouso de acetil-CoA e NADH. Quando o exercício começa, os reguladores do exercício Ca e
piruvato aumentam a conversão da enzima para a forma ativa e, enquanto os substratos (piruvato,
CoA e NAD ) estão presentes, o fluxo ocorre apesar dos aumentos em acetil-CoA e
possivelmente NADH , o que normalmente manteria o PDH inativo em repouso. A potência
desses reguladores em repouso é fraca em comparação com a dos pesos pesados em exercício.
4 , 24 , 40
4 , 41
4
2+
2+
42
2+
+
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Controle do metabolismo em dois estágios
A discussão anterior apóia o conceito de controle de estágio duplo no metabolismo do músculo
esquelético: o primeiro estágio é 'controle total' por Ca (e possivelmente epinefrina), que ativa
enzimas regulatórias importantes, e o segundo estágio, 'controle de ajuste fino 'posteriormente
ajusta a produção de ATP para a demanda real de ATP (feedback de ADP, AMP, P 
i
 e muitos
outros fatores em enzimas específicas). O controle bruto pode ser chamado de alerta antecipado
ou controle de feed-forward, porque o Ca - que é liberado do retículo sarcoplasmático e se liga
à troponina, permitindo assim o movimento da ponte cruzada e a contração - também ativa muitas
etapas importantes na regulação das vias metabólicas usando carboidratos e gordura para produzir
energia. O feedback dos "sintonizadores finos" do metabolismo é bem adequado para a regulação
do segundo estágio, porque essas moléculas se acumulam como uma função direta do uso de ATP
na contração do músculo esquelético .
Sinalização molecular e regulação metabólica
Os muitos sinais gerados na contração do músculo esquelético durante o exercício (Ca ; ADP,
AMP, P 
i
 e carga de energia alterada;AMP cíclico após ativação β-adrenérgica; e óxido nítrico
(NO), espécies reativas de oxigênio (ROS), tensão e temperatura) não apenas têm efeitos diretos
nas vias metabólicas, mas também ativam numerosas quinases e cascatas de sinalização. Muita
atenção tem sido dada às quinases que são sensíveis a mudanças nas concentrações
intramusculares de Ca , carga de energia e concentrações plasmáticas de epinefrina 
. Um importante papel da proteína quinase ativada por 5′-AMP (AMPK), um sensor de carga
de energia muscular e níveis de glicogênio, na captação de glicose muscular e oxidação de
gordura durante o exercício seria teleologicamente atraente, mas parece não ser o caso . Em vez
disso, a ativação da AMPK durante o exercício pode ser funcionalmente mais importante para as
mudanças pós-exercício no metabolismo muscular e na sensibilidade à insulina, e para mediar
algumas das principais respostas adaptativas ao exercício no músculo esquelético, como
biogênese mitocondrial e expressão do transportador de glicose aprimorada (GLUT) 4 .
2+
2+
42
2+
2+ 43 , 44 , 45 , 46
, 47
48
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É provável que ocorram redundâncias consideráveis e interações espaciais e temporais complexas
entre várias vias de sinalização intramuscular durante o exercício. De fato, estudos recentes
realizando análises fosfoproteômicas do músculo esquelético humano e de roedores antes e depois
do exercício e / ou contração muscular identificaram mais de 1.000 fosfositos regulados pelo
exercício em mais de 550 proteínas, muitos dos quais têm função desconhecida . Outros
estudos sobre mioblastos L6 demonstraram que a co-administração de Ca e agonistas β-
adrenérgicos recapitula de perto a assinatura fosfoproteômica observada no exercício e / ou
contração muscular , enfatizando novamente os papéis principais do Ca e epinefrina durante
o exercício. Em estudos futuros, essas abordagens devem fornecer novos insights sobre a
regulação molecular do metabolismo energético do músculo esquelético durante o exercício.
Exercício aeróbico
Ao examinar a produção de energia durante o exercício de endurance em intensidades abaixo de
100% VO 
2
 max, a geração aeróbia de ATP domina. Nessa situação, há tempo para mobilizar
substratos de gordura e carboidratos de fontes no músculo, bem como do tecido adiposo e do
fígado (fig. 2 ). Os músculos ainda dependem de energia anaeróbica para o 1–2 min inicial ao
fazer a transição do repouso para uma saída de potência aeróbia, mas então o metabolismo
aeróbio domina. Para produzir o ATP necessário, a cadeia respiratória ou de transporte de elétrons
na mitocôndria requer os seguintes substratos: equivalentes redutores na forma de NADH e
FADH 
2
 , ADP livre, P 
i
 e O 
2
 (Fig. 4) Os sistemas respiratório e cardiovascular garantem o
fornecimento de O 
2
 aos músculos em contração, e os subprodutos da utilização do ATP no
citoplasma (ADP e P 
i
 ) são transportados de volta para a mitocôndria para a ressíntese de ATP.
Os processos que movem ATP para fora das mitocôndrias e ADP e P 
i de
 volta para as
mitocôndrias estão sendo intensamente estudados e parecem ser mais regulados do que se
pensava anteriormente . Na presença de amplos níveis de O 
2
 e ADP e P 
i
 nas mitocôndrias,
acredita-se que o aumento da concentração de ADP com o exercício ativa a cadeia respiratória
para a produção de ATP .
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Em termos das vias metabólicas, o ciclo do ácido tricarboxílico (TCA) na mitocôndria se
especializa na produção de equivalentes redutores e aceita acetil-CoA principalmente de
carboidratos e gordura (e outros combustíveis) para fazê-lo. Durante o exercício aeróbico, o
aumento das concentrações mitocondriais de Ca ativa as enzimas isocitrato e α-cetoglutarato
desidrogenase no ciclo do TCA (Fig. 4 ). O acúmulo de substrato e os reguladores locais ajustam
o fluxo através das desidrogenases e uma terceira enzima, a citrato sintase, controla o fluxo do
ciclo do TCA. Ca também ativa a glicogênio fosforilase e PDH, mas o fluxo glicolítico
necessário para fornecer acetil-CoA suficiente a partir de carboidratos e, finalmente, a produção
aeróbica de ATP é muito menor do que durante o exercício de sprint, devido a aumentos menores
nos sintonizadores finos do metabolismo, ADP, AMP e P 
i
 . O NADH adicional é produzido tanto
na via glicolítica, após o qual é transportado do citoplasma para a mitocôndria, quanto na reação
PDH, que ocorre na mitocôndria.
Simultaneamente, o Ca e a epinefrina ativam as principais enzimas que regulam a degradação
de IMTG - lipase de triglicerídeos adiposa e lipase sensível a hormônios - e os ácidos graxos são
fornecidos no citoplasma . O Ca também contribui para o movimento de glicose e ácidos
graxos do sangue para as células musculares, por meio do uso de proteínas de transporte no
sarcolema e nos túbulos transversais. A proteína transportadora GLUT4 facilita o influxo de
glicose nas células e aumenta a entrega de glicose, secundária ao aumento do fluxo sanguíneo
muscular e metabolismo da glicose intramuscular, garantindo que o gradiente de difusão de
glicose seja mantido durante o exercício . A translocação do GLUT4 é um evento fundamental
na captação de glicose muscular induzida pelo exercício e sua regulação tem sido bem estudada 
. A pesquisa inicial focou nos papéis potenciais de Ca e AMPK, mas mais recentemente NO e
ROS foram implicados, e um papel chave da pequena família Rho GTPase Rac1 foi sugerido .
As proteínas de transporte de gordura também são translocadas para a membrana muscular
(principalmente proteína de ligação de ácido graxo da membrana plasmática) e membranas
mitocondriais (principalmente translocase de ácido graxo (FAT, também conhecido como CD36)),
onde transportam ácidos graxos para as células e mitocôndrias . Os ácidos graxos que são
transportados para o citoplasma da célula e liberados de IMTG também devem ser transportados
através das membranas mitocondriais com a ajuda do sistema carnitina palmitoil transferase
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(CPT) I e proteínas de transporte de gordura, principalmente FAT (CD36) . Uma vez dentro
da mitocôndria, a gordura entra na via de β-oxidação, que produz acetil-CoA e equivalentes
redutores (NADH e FADH 
2
), e a natureza de cadeia longa dos ácidos graxos resulta na geração
de grandes quantidades de ATP aeróbio (Quadro 1 ).
Em intensidades de exercício moderadas de ~ 50-70% VO 
2
 max, tanto a gordura quanto os
carboidratos contribuem com substrato dos estoques dentro e fora do músculo (Fig. 3 ). No
entanto, durante os eventos de resistência comuns nas Olimpíadas, as intensidades dos exercícios
são maiores e se aproximam de 80–100% do VO 
2
 máx. Nessas situações, o uso de combustível
passa a ser carboidrato e a dependência da gordura é reduzida (Fig. 3) Do ponto de vista do
desempenho, essa mudança de combustível faz sentido, porque o rendimento energético da
produção aeróbica de ATP de carboidratos é aproximadamente 7% mais eficiente do que a
gordura. No entanto, se o evento de resistência for prolongado, os estoques de glicogênio do
fígado e do músculo esquelético podem se esgotar, exigindo que os atletas diminuam o ritmo. Os
pesquisadores já identificaram vários locais onde o metabolismo da gordura é regulado para baixo
em altas intensidades de exercícios aeróbicos, incluindo diminuição da liberação de ácidos graxos
do tecido adiposo e, portanto, menos transporte de ácidos graxos para as células; diminuição daativação da lipase sensível ao hormônio e possivelmente da lipase triglicerídica adiposa; menos
quebra de IMTG; e inibição da atividade de CPT I como resultado de pequenas diminuições no
pH muscular, .
O carboidrato é o combustível para exercícios de alta intensidade
Um aspecto do metabolismo que se torna aparente para atletas de calibre olímpico é o valor do
carboidrato como combustível para exercícios de alta intensidade - seja no domínio altamente
aeróbico (~ 80-100% VO 
2
 máx), durante a corrida (normalmente referido como% VO 
2
 máx
acima de 100%) ou uma combinação dos dois em esportes individuais e coletivos pare e arranca 
 . Em muitos esportes de equipe, uma alta capacidade aeróbica é necessária para os jogadores
se moverem no campo ou na superfície de jogo, enquanto sprints (e ATP anaeróbico), conforme
ditado pelo jogo, são adicionados à contribuição do ATP aeróbio. Este cenário se repete muitas
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, 64
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vezes durante um jogo, e o carboidrato fornece a maior parte do combustível aeróbio e grande
parte do combustível anaeróbico.
Sem surpresa, quase todos os aspectos regulatórios do metabolismo de carboidratos são
projetados para fornecer ATP rápido. O carboidrato é o único combustível que pode ser usado
para a produção aeróbica e anaeróbica de ATP, e ambos os sistemas são ativados muito
rapidamente durante as transições do repouso para o exercício e de uma potência para uma
potência mais alta. O carboidrato também pode fornecer todo o combustível durante o exercício
em uma potência que elicia ~ 100% VO 
2
 máx, e é um combustível mais eficiente do que a
gordura, conforme declarado acima. A produção de ATP derivada de gordura é projetada para
fornecer um 'combustível auxiliar' durante o exercício, com uma quantidade máxima de energia
em saídas de potência de ~ 60-65% VO 
2
 máx. . Além disso, os processos que fornecem ácidos
graxos aos músculos e as vias que metabolizam a gordura e fornecem ATP nos músculos são mais
lentos do que as vias dos carboidratos. No entanto, em eventos que requerem longos períodos de
exercício em saídas de potência submáximas, a gordura pode fornecer energia por longos
períodos de tempo e tem uma capacidade de geração de ATP muito maior do que os carboidratos.
A oxidação de gordura também contribui com energia na recuperação de exercícios ou períodos
de descanso entre as atividades.
Ressíntese de Fosfocreatina
Outro aspecto importante do metabolismo em esportes radicais é a capacidade de ressintetizar
rapidamente a PCr quando a intensidade do exercício cai para níveis baixos ou o repouso do
atleta. Nessas situações, a produção aeróbia contínua de combustíveis ATP alimenta a
regeneração do PCr, de modo que ele pode ser completamente recuperado em 60-120 s (ref. ).
Essa produção é extremamente importante para a habilidade de correr repetidamente em esportes
parados e intermitentes. A recuperação de sprint prolongado (20-120s) e alto fluxo glicolítico
sustentado é mais lenta, porque a acidez muscular associada requer minutos, não segundos, para
se recuperar e pode limitar o desempenho .
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Outros combustíveis potenciais
É importante ressaltar que outros combustíveis podem fornecer energia aeróbica às células
durante o exercício, incluindo aminoácidos, acetato, triglicerídeos de cadeia média e as cetonas β-
hidroxibutirato e ácido acetoacético. Embora esses combustíveis possam ser usados para poupar o
uso de gordura e carboidratos em algumas situações de exercícios de intensidade moderada, eles
não têm a taxa de fornecimento de energia necessária para alimentar o exercício aeróbio intenso,
porque a maquinaria metabólica para esses combustíveis não é projetada para fornecer energia
rápida . O fornecimento de combustível para o músculo pode ser lento, e a quantidade
armazenada ou disponível nos músculos e / ou o conteúdo da enzima que controla o uso desses
combustíveis pode ser baixo. Os combustíveis alternativos não podem igualar os carboidratos em
termos da taxa de fornecimento de energia aeróbia , e esses combustíveis não podem ser usados 
para produzir energia anaeróbica na ausência de oxigênio.
Diferenças sexuais no metabolismo
O sexo pode ter papéis na regulação do metabolismo do músculo esquelético. Freqüentemente,
presume-se que homens e mulheres respondem de maneira semelhante ao exercício agudo e ao
treinamento físico, mas a maior parte do trabalho citado nesta revisão envolveu participantes do
sexo masculino. Existem diferenças claras entre homens e mulheres - incluindo as concentrações
de hemoglobina, massa muscular e níveis de hormônio reprodutivo - e mostraram afetar o
metabolismo e o desempenho nos exercícios, tornando assim as comparações perfeitas entre
homens e mulheres muito difíceis. As potenciais diferenças sexuais no metabolismo são
brevemente mencionadas no Quadro 3 , e uma discussão mais detalhada pode ser encontrada em
uma revisão de Kiens .
Caixa 3 Diferenças de sexo no metabolismo do exercício
Uma questão no estudo da regulação do metabolismo do exercício no músculo esquelético é que
muitos dos dados disponíveis foram derivados de estudos em homens. Embora os principais
princípios que controlam a regulação do metabolismo pareçam ser verdadeiros para mulheres e
homens, algumas diferenças foram observadas. Embora se possa argumentar que combinar
homens e mulheres completamente é impossível ao estudar o metabolismo, o trabalho inicial com
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atletas de corrida bem treinados não relatou diferenças na atividade enzimática do músculo
esquelético, composição do tipo de fibra e oxidação de gordura entre homens e mulheres .
No entanto, um trabalho mais recente relatou que uma porcentagem maior do uso de combustível
em todo o corpo é derivada da gordura em mulheres que se exercitam na mesma intensidade
submáxima relativa, e esse efeito provavelmente está relacionado aos níveis circulantes de
estrogênio . As mulheres apresentam maior proporção de fibras do tipo I,
menor capacidade máxima de enzimas glicolíticas e maior dependência de IMTG durante o
exercício do que os homens, efeitos que podem estar relacionados às maiores concentrações de
IMTG nas mulheres nas fibras do tipo I . Além disso, a suplementação com estrogênio em
homens diminui a oxidação de carboidratos e aumenta a oxidação de gordura durante exercícios
de resistência . Esses resultados sugerem que as mulheres podem ser mais adequadas para
exercícios de resistência do que os homens.
Outra área que tem sido investigada são os efeitos da fase menstrual e do estado menstrual na
regulação do metabolismo do músculo esquelético. Geralmente, os estudos que examinam o
exercício nas fases lútea e folicular relataram apenas pequenas ou nenhuma mudança no
metabolismo da gordura e dos carboidratos em várias intensidades de exercício .
Trabalho adicional examinando a regulação do metabolismo em participantes do sexo feminino
bem treinadas em ambas as fases do ciclo menstrual, e com ciclos menstruais variados, durante o
exercício em altas intensidades aeróbicas e supramáximas proporcionais aos esportes de elite, é
garantido.
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Objetivando o metabolismo para benefício ergogênico
Considerações gerais
O desempenho esportivo é determinado por muitos fatores, mas, em última análise, é limitado
pelo desenvolvimento de fadiga, de modo que os atletas com maior resistência à fadiga costumam
ter sucesso. No entanto, pode haver uma linha tênue entre glória e catástrofe, e a mesma
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motivação que leva os atletas à vitória às vezes pode empurrá-los além de seus limites. A fadiga é
o resultado de uma interação complexa entre a regulação neural central, a função neuromuscular e
os vários processos fisiológicos que suportam o desempenho do músculo esquelético .
Manifesta-se como uma diminuição na força ou capacidade de produção de força do músculo
esquelético e uma incapacidade de manter a intensidade do exercício necessária para o sucesso
final.
Ao longo dos anos, considerável interesse tem sido colocado na importância relativa dos fatores
musculares neurais centrais e periféricos na etiologia da fadiga. O grande corredor finlandês e
nove vezes campeão olímpico Paavo Nurmi disse uma vez: “A mente é tudo; músculo, pedaços
de borracha. Tudo o que sou, sou por causa da minha mente. ” Numerosas mudanças induzidas
pelo exercício ocorrem dentro do sistema nervoso central e na saída do motor espinhal que
contribuem para a fadiga , junto com muitos fatores intramusculares que diminuem a força e a
geração de energia , e ocorrem interações entre os dois locais .
Talvez as duas principais intervenções usadas para aumentar a resistência à fadiga sejam o
treinamento regular e a nutrição , e as interações entre eles foram reconhecidas . Revisamos
brevemente os efeitos do treinamento e da nutrição no metabolismo energético do músculo
esquelético e no desempenho do exercício, com foco na disponibilidade de substrato e produtos
finais metabólicos. Em relação aos suplementos dietéticos, limitamos nossa discussão àqueles que
foram razoavelmente investigados quanto à eficácia em participantes humanos .
Treinamento
O treinamento físico regular é uma estratégia eficaz para aumentar a resistência à fadiga e o
desempenho nos exercícios, e muitas dessas adaptações são mediadas por mudanças no
metabolismo e na morfologia muscular. O treinamento intervalado de alta intensidade aumenta a
capacidade de produção de energia anaeróbia , aumenta a tolerância à acidose metabólica
devido ao aumento da capacidade tampão do músculo e melhora a regulação iônica,
notadamente o equilíbrio de K . Esse treinamento também está associado aos benefícios
cardiovasculares e metabólicos frequentemente observados no treinamento de resistência
tradicional . Uma adaptação marcante para o treinamento de exercícios de resistência é o
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aumento da capacidade de transporte de oxigênio, medida pelo VO 
2
max , levando a uma
maior resistência à fadiga e melhor desempenho nos exercícios . O outro é o aumento da
densidade mitocondrial do músculo esquelético , um fator importante que contribui para a
diminuição da utilização e oxidação de carboidratos e produção de lactato , aumento da
oxidação de gordura e aumento do desempenho em exercícios de endurance . A capacidade de
oxidação de carboidratos musculares também aumenta, permitindo assim a manutenção de uma
maior produção de energia durante o exercício e melhor desempenho . Finalmente, o
treinamento de resistência resulta em aumento da força, função neuromuscular e massa muscular
, efeitos que podem ser potencializados por intervenções nutricionais, como o aumento da
ingestão de proteínas na dieta .
Suplementação de creatina
A observação de que a ingestão a curto prazo de monohidrato de creatina aumenta o conteúdo
total de creatina do músculo esquelético em 20-25% e os níveis de PCr em 10-15% (refs. )
levou a mais estudos que demonstram os benefícios ergogênicos da suplementação de creatina
para desempenho de exercícios de alta intensidade . Acredita-se que o desempenho
aprimorado seja devido à ressíntese aprimorada de ATP durante o exercício, como resultado do
aumento da disponibilidade de PCr. Algumas evidências também indicam que a suplementação de
creatina pode aumentar a massa muscular e força durante o treinamento de resistência . Nenhum
efeito adverso importante da suplementação de creatina foi observado em curto prazo, mas faltam
estudos de longo prazo. A creatina continua sendo um dos suplementos alimentares relacionados
ao esporte mais amplamente usados.
Carboidrato
A importância dos carboidratos para o desempenho em exercícios extenuantes foi reconhecida
desde o início do século XIX e, por mais de 50 anos, a fadiga durante exercícios extenuantes
prolongados foi associada à depleção de glicogênio muscular . O glicogênio muscular é
crítico para a geração de ATP e fornecimento para todas as ATPases-chave envolvidas no
acoplamento excitação-contração no músculo esquelético . Recentemente, foi demonstrado que
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exercícios prolongados diminuem o glicogênio em cérebros de roedores, sugerindo a
possibilidade intrigante de que a depleção de glicogênio cerebral pode contribuir para a fadiga
neural central .
O aumento da ingestão de carboidratos na dieta antes do exercício aumenta a disponibilidade de
glicogênio muscular (chamada 'carga de glicogênio') e aumenta a capacidade de exercício de
resistência e desempenho em eventos mais longos do que ~ 60–90 min (refs. ). A
disponibilidade de glicogênio muscular também pode ser importante para o desempenho de
exercícios de alta intensidade . Os níveis de glicose no sangue diminuem durante exercícios
extenuantes prolongados, porque o glicogênio hepático está esgotado e a gliconeogênese hepática
aumentada é incapaz de gerar glicose a uma taxa suficiente para corresponder à captação de
glicose pelo músculo esquelético. A manutenção dos níveis de glicose no sangue ou ligeiramente
acima dos níveis pré-exercício pela suplementação de carboidratos mantém a oxidação de
carboidratos, melhora o equilíbrio da energia muscular em um momento em que os níveis de
glicogênio muscular diminuem e retarda a fadiga . A ingestão de glicose durante o
exercício tem efeitos mínimos sobre a utilização líquida de glicogênio muscular mas
aumenta a captação de glicose muscular e diminui significativamente a produção de glicose
hepática , porque o intestino fornece a maior parte da glicose para a corrente sanguínea. É
importante ressaltar que, embora a ingestão de carboidratos retarde a fadiga, ela não a previne, e
muitos fatores contribuem claramente para a fadiga durante exercícios extenuantes prolongados.
Como a glicose é o substrato chave para o cérebro, a fadiga neural central pode se desenvolver
durante exercícios prolongados como consequência da hipoglicemia e diminuição da captação
cerebral de glicose . A ingestão de carboidratos exerce seu benefício, aumentando a captação
cerebral de glicose e mantendo o impulso neural central . A amônia (NH 
3
 ) é produzida no
músculo esquelético em contração pela quebra de ATP e / ou aminoácidos e é liberada na
circulação, aumentando assim os níveis plasmáticos de NH 
3
 durante o exercício. O NH 
3
 pode
cruzar a barreira hematoencefálica e tem o potencial de afetar os níveis de neurotransmissores
centrais e a fadiga neural central. Digno de nota, a ingestão de carboidratos atenua o NH 3
muscular e plasmáticoacúmulo durante o exercício , outro mecanismo potencial pelo qual a
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ingestão de carboidratos exerce seu efeito ergogênico.O desempenho aprimorado nos exercícios
também foi observado pelo simples fato de ter carboidratos na boca, um efeito que tem sido
associado à ativação dos centros cerebrais envolvidos no controle motor .
Dietas ricas em gorduras
O aumento da disponibilidade de ácidos graxos plasmáticos diminui a utilização de glicogênio
muscular e a oxidação de carboidratos durante o exercício . Dietas ricas em gordura
também foram propostas como uma estratégia para diminuir a dependência de carboidratos e
melhorar o desempenho de endurance. Um estudo anterior observou que a capacidade de
exercício mantida em ~ 60-65% VO 
2
 max com uma dieta rica em gordura que induziu cetose,
apesar de uma diminuição acentuada no uso de glicogênio muscular ; entretanto, a intensidade
de exercício estudada foi aquela que pode ser amplamente suportada pela oxidação de gordura e é
menor do que a observada durante eventos de resistência competitiva. Outros estudos
demonstraram aumento da oxidação de gordura e menores taxas de uso de glicogênio muscular e
oxidação de carboidratos após adaptação a uma dieta rica em gordura de curto prazo, mesmo com
restauração dos níveis de glicogênio muscular, mas nenhum efeito sobre o desempenho em
exercícios de endurance . Na verdade, o desempenho em exercícios de alta intensidade é
prejudicado na dieta rica em gordura , aparentemente como resultado de uma incapacidade de
ativar totalmente a glicogenólise e PDH durante o exercício intenso . Além disso, foi
demonstrado que uma dieta rica em gordura prejudica a economia de exercícios e o desempenho
em caminhantes de corrida de elite .
Um problema relacionado com as dietas com alto teor de gordura e baixo carboidrato é a indução
da cetose nutricional após 2-3 semanas. Sugere-se que essa dieta cetogênica (<50 g de
carboidratos por dia) seja útil para aumentar o desempenho nos exercícios . No entanto,
quando essa dieta é seguida por 3 semanas, e as concentrações de corpos cetônicos são elevadas,
uma diminuição no desempenho foi observada em caminhantes de corrida de elite . A
justificativa para seguir esta abordagem dietética para otimizar o desempenho foi questionada .
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Embora o treinamento com uma dieta rica em gordura pareça resultar em adaptações abaixo do
ideal em participantes previamente não treinados , alguns estudos relataram respostas
aprimoradas ao treinamento com baixa disponibilidade de carboidratos em participantes bem
treinados . Ao longo dos anos, os atletas de resistência geralmente realizam parte de seu
treinamento em um estado de relativamente baixo teor de carboidratos. No entanto, manter um
programa de treinamento intenso é difícil sem a ingestão adequada de carboidratos na dieta .
Além disso, dada a grande dependência de carboidratos durante muitos dos eventos nas
Olimpíadas , a estratégia mais eficaz para a competição parece ser aquela que maximiza a
disponibilidade e utilização de carboidratos.
Ésteres cetônicos
A cetose nutricional também pode ser induzida pela ingestão aguda de ésteres cetônicos, que tem
sido sugerido para alterar a preferência de combustível e melhorar o desempenho . O estado
metabólico induzido é diferente da cetose induzida por dieta e tem o potencial de alterar o uso
de gordura e carboidratos como combustíveis durante o exercício. No entanto, estudos publicados
sobre atletas treinados do sexo masculino em pelo menos quatro laboratórios independentes até o
momento não apóiam um aumento no desempenho. Verificou-se que a ingestão aguda de ésteres
cetônicos não tem efeito no desempenho experimental de 5 km e 10 km ou no
desempenho durante um teste incremental de bicicleta ergométrica . Um outro estudo relatou
que a ingestão de éster cetônico diminui o desempenho durante um contra-relógio de ciclismo de
31,7 km em ciclistas profissionais . A taxa de fornecimento e metabolismo de cetonas no
músculo esquelético durante exercícios de alta intensidade parece provavelmente insuficiente para
substituir a taxa na qual os carboidratos podem fornecer energia.
Cafeína
O trabalho inicial sobre a ingestão de altas doses de cafeína (6–9 mg de cafeína por kg de massa
corporal) 60 minutos antes do exercício indicou aumento da lipólise e oxidação da gordura
durante o exercício, diminuição do uso de glicogênio muscular e aumento do desempenho de
resistência em alguns indivíduos . Esses efeitos parecem ser resultado de aumentos de
catecolaminas induzidos pela cafeína, que aumentam a lipólise e, conseqüentemente, as
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concentrações de ácidos graxos durante o período de descanso antes do exercício. Após o início
do exercício, esses ácidos graxos circulantes são rapidamente absorvidos pelos tecidos do corpo
(10-15 min), as concentrações de ácidos graxos voltam ao normal e nenhum aumento na oxidação
de gordura é aparente. Além disso, um exame direto da oxidação do combustível nas pernas
durante 60 min de exercício a 70% VO
2
 máx não revelou nenhum efeito da ingestão de cafeína (6
mg por kg de massa corporal) na oxidação de gordura . É importante ressaltar que os efeitos
ergogênicos da cafeína também foram relatados em doses mais baixas de cafeína (~ 3 mg por kg
de massa corporal) durante o exercício e não estão associados ao aumento das concentrações de
catecolaminas e ácidos graxos e outras alterações fisiológicas durante o exercício .
Essa observação sugere que os efeitos ergogênicos são mediados não por eventos metabólicos,
mas pela ligação a receptores de adenosina nos sistemas nervosos central e periférico. A cafeína
tem sido proposta para aumentar o disparo auto-sustentado, bem como a ativação voluntária e a
força máxima no sistema nervoso central, e para diminuir as sensações associadas à força, dor e
percepção de esforço ou esforço durante o exercício no sistema nervoso periférico . A
ingestão de baixas doses de cafeína também está associada a menos ou nenhum dos efeitos
adversos relatados com altas doses de cafeína (ansiedade, tremores, insônia, incapacidade de
concentração, inquietação gastrointestinal ou irritabilidade). A pesquisa contemporânea sobre
cafeína está se concentrando nos efeitos ergogênicos de baixas doses de cafeína ingeridas antes e
durante o exercício em muitas formas (café, cápsulas, goma de mascar, barras ou géis), e uma
dose de ~ 200 mg de cafeína tem sido considerada ideal para exercícios desempenho .
Carnitina
O potencial da suplementação com l- carnitina tem recebido muito interesse, porque este
composto tem um papel importante na movimentação de ácidos graxos através da membrana
mitocondrial e na regulação da quantidade de acetil-CoA na mitocôndria. A necessidade de
carnitina suplementar pressupõe que ocorra uma escassez durante o exercício, durante o qual a
gordura é usada como combustível. Embora esse resultado não pareça ocorrer durante exercícios
de baixa e moderada intensidade, os níveis de carnitina livre são baixos em exercícios de alta
intensidade e podem contribuir para a redução da oxidação de gordura nessas intensidades. No
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entanto, a suplementação oral com carnitina sozinha leva apenas a pequenos aumentos nos níveis
de carnitina plasmática e não aumenta o conteúdo de carnitina muscular .
No entanto, nos últimos 15 anos, uma série de estudos mostrou que a ingestão oral de l- carnitina
(~ 2 g) e grandes quantidades de carboidratos(~ 80 g, para gerar altos níveis de insulina) duas
vezes por dia pode aumentar a carnitina muscular absorção e produção de aumentos de ~ 20% ao
longo de um período de 3 a 6 meses . Um nível de insulina de ~ 70 mU 1 é
necessário para promover a captação de carnitina pelo músculo . Embora o consumo de altas
doses de carboidratos duas vezes por dia por um longo período seja motivo de preocupação, um
aumento de 11% foi observado em um teste de desempenho de exercício 30 minutos .
No entanto, até o momento, não há evidências de que a suplementação de carnitina pode melhorar
o desempenho durante as intensidades de exercício mais elevadas comuns aos esportes de
resistência.
Nitrato
NO é uma molécula bioativa importante com múltiplas funções fisiológicas dentro do corpo. É
produzido a partir da L- arginina pela ação da óxido nítrico sintase e também pode ser formado
pela redução não enzimática de nitrato e nitrito. A observação de que o nitrato dietético diminui o
custo de oxigênio do exercício estimulou o interesse no potencial do nitrato, muitas vezes
ingerido na forma de suco de beterraba, como um auxiliar ergogênico durante o exercício. De
fato, vários estudos observaram desempenho de exercício aprimorado associado com menor custo
de oxigênio e maior eficiência muscular após a ingestão de suco de beterraba . O efeito
da suplementação de nitrato parece ser menos aparente em atletas bem treinados , embora
os resultados na literatura sejam variados . A suplementação de nitrato dietético pode ter
efeitos benéficos por meio de uma melhora no acoplamento excitação-contração , porque
a suplementação com suco de beterraba não altera a eficiência mitocondrial no músculo
esquelético humano , e os resultados com a suplementação de nitrato inorgânico foram
ambíguos .
Alcalose e buffering
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completo de 137
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https://www.nature.com/articles/s42255-020-0251-4 27/55
Com a quebra de ATP, PCr e glicogênio na contração do músculo esquelético durante o exercício
intenso, aumentos acentuados de Mg , ADP, P 
i
 , lactato e H ocorrem e têm sido associados à
fadiga em várias etapas da via excitação-contração . Acredita-se que o lactato não tenha um
grande efeito negativo na geração de força e energia e, como mencionado anteriormente, é um
importante intermediário metabólico e molécula de sinalização. De maior importância é a acidose
decorrente do aumento do metabolismo muscular e dos fluxos de íons fortes. Acredita-se que
concentrações aumentadas de H interferem na força muscular e na produção de energia ,
embora os resultados dos estudos em fibras musculares únicas e preparações musculares isoladas
sejam ambíguos . Em humanos, a acidose não parece prejudicar a produção de força isométrica
máxima, mas limita a capacidade de manter a produção de força submáxima , sugerindo assim
um efeito no metabolismo energético e na geração de ATP . A ingestão de alcalinizantes orais,
como o bicarbonato, é frequentemente associada ao aumento do desempenho em exercícios de
alta intensidade , em parte devido ao metabolismo energético aprimorado e à regulação
iônica . Como mencionado anteriormente, o treinamento de exercícios de alta intensidade
aumenta a capacidade de buffer muscular . Um dos principais determinantes da capacidade
de tamponamento muscular é o conteúdo de carnosina, que é maior em velocistas e remadores do
que em corredores de maratona ou indivíduos não treinados . A ingestão de β-alanina aumenta
o conteúdo de carnosina muscular e melhora o desempenho em exercícios de alta intensidade
 .
Antioxidantes
Durante o exercício, as EROs, como ânions superóxidos, peróxido de hidrogênio e radicais
hidroxila, são produzidas e têm papéis importantes como moléculas sinalizadoras que mediam as
respostas agudas e crônicas ao exercício . No entanto, o acúmulo de ROS em níveis mais altos
pode afetar negativamente a força muscular e a produção de energia e induzir a fadiga . O
treinamento físico aumenta os níveis das principais enzimas antioxidantes (superóxido dismutase,
catalase e glutationa peroxidase) e antioxidantes não enzimáticos (glutationa reduzida, β-caroteno
e vitaminas C e E) podem neutralizar os efeitos negativos das ROS. Se a suplementação dietética
com antioxidantes pode melhorar o desempenho nos exercícios, é duvidoso , embora a
ingestão de N-acetilcisteína aumenta a capacidade oxidante muscular e atenua a fadiga muscular
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https://www.nature.com/articles/s42255-020-0251-4 28/55
durante exercícios prolongados . Alguns relatórios sugeriram que a suplementação com
antioxidantes pode potencialmente atenuar a adaptação do músculo esquelético ao exercício
regular . No geral, as ROS podem ter um papel fundamental na mediação das
adaptações aos exercícios agudos e crônicos, mas, quando se acumulam durante o exercício
extenuante, podem exercer efeitos de fadiga que limitam o desempenho do exercício.
Hipertermia
Como a eficiência mecânica durante o exercício é de ~ 20%, a maior parte da energia gerada pelo
metabolismo é liberada como calor, que é dissipado pela evaporação do suor e outros mecanismos
de perda de calor. Quando a taxa de produção de calor é alta, como durante exercícios
extenuantes, ou a perda de calor é comprometida por temperatura ambiente elevada e / ou
umidade, a hipertermia pode desenvolver e prejudicar o desempenho do exercício por meio de
efeitos no impulso neural central, função cardiovascular e metabolismo muscular e função . Os
efeitos negativos da hipertermia são potencializados por perdas de fluidos induzidas pela sudorese
e desidratação , particularmente diminuição do fluxo sanguíneo do músculo esquelético e
aumento da utilização de glicogênio muscular durante exercícios no calor . Catecolaminas
plasmáticas aumentadas e temperaturas musculares elevadas também aceleram a glicogenólise
muscular durante o exercício no calor . Estratégias para minimizar os efeitos
negativos da hipertermia no metabolismo e desempenho muscular incluem aclimatação,
resfriamento pré-exercício e ingestão de líquidos .
Conclusão e perspectivas futuras
Para atender às necessidades de aumento de energia do exercício, o músculo esquelético tem uma
variedade de vias metabólicas que produzem ATP tanto anaerobicamente (sem requerer oxigênio)
quanto aerobicamente. Essas vias são ativadas simultaneamente desde o início do exercício para
atender com precisão as demandas de uma determinada situação de exercício. Embora as vias
aeróbicas sejam as vias padrão de produção de energia dominante durante o exercício de
resistência, elas requerem tempo (segundos a minutos) para serem totalmente ativadas, e os
sistemas anaeróbicos rapidamente (em milissegundos a segundos) fornecem energia para cobrir o
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que o sistema aeróbio não pode fornecer . O fornecimento de energia anaeróbia também é
importante em situações de exercício de alta intensidade, como corrida, em que a necessidade de
energia excede em muito a taxa que o sistema aeróbio pode fornecer. Esta situação é comum em
esportes radicais, em que as transições das necessidades de energia mais baixa para as de energia
mais alta são numerosas, e o fornecimento de energia aeróbica e anaeróbica contribui com energia
para o sucesso atlético. Juntos, a produção de energia aeróbica usando gordura e carboidratos
como combustíveis e o fornecimento de energiaanaeróbica da quebra de PCr e uso de
carboidratos na via glicolítica permitem que os atletas olímpicos atendam às necessidades de alta
energia de eventos ou esportes específicos.
As várias vias metabólicas são reguladas por uma gama de sinais intramusculares e hormonais
que influenciam a ativação enzimática e a disponibilidade de substrato, garantindo assim que a
taxa de ressíntese de ATP seja intimamente compatível com as demandas de ATP do exercício. O
treinamento regular e várias intervenções nutricionais têm sido usados para aumentar a resistência
à fadiga por meio da modulação da disponibilidade de substrato e dos efeitos dos produtos finais
metabólicos.
A compreensão da provisão de energia do exercício, a regulação do metabolismo e o uso de
combustíveis de gordura e carboidratos durante o exercício aumentou ao longo de mais de 100
anos, com base em estudos usando vários métodos, incluindo calorimetria indireta, amostras de
tecido de músculo esquelético em contração, amostragem de traçador, preparações de músculo
esquelético isoladas e análise de amostras de sangue arteriovenoso regional e de corpo inteiro. No
entanto, em praticamente todas as áreas da regulação do metabolismo de gorduras e carboidratos,
muito permanece desconhecido. A introdução de técnicas de biologia molecular forneceu
oportunidades para maiores insights sobre as respostas agudas e crônicas ao exercício e sua
regulação, mas mesmo esses estudos são limitados pela capacidade de amostrar músculos
repetidamente em participantes humanos para examinar completamente os variados cursos de
tempo de eventos importantes. A capacidade de traduzir totalmente as descobertas de
experimentos in vitro e estudos com animais para o exercício de humanos em ambientes
competitivos permanece limitada.
21/03/2021 Metabolismo energético do músculo esquelético durante o exercício | Metabolismo da Natureza
https://www.nature.com/articles/s42255-020-0251-4 30/55
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O campo também continua a lutar com medidas específicas para os vários compartimentos que
existem na célula, e continua faltando conhecimento sobre as estruturas físicas e andaimes dentro
desses compartimentos, e a comunicação entre proteínas e vias metabólicas dentro dos
compartimentos. Um exemplo claro dessas questões é estudar os eventos que ocorrem nas
mitocôndrias durante o exercício. Uma área que não avançou tão rapidamente quanto necessário é
a capacidade de medir de forma não invasiva os combustíveis, metabólitos e proteínas em vários
compartimentos importantes das células musculares que estão envolvidos na regulação do
metabolismo durante o exercício. Embora a espectroscopia de ressonância magnética seja capaz
de medir certos compostos de forma não invasiva, geralmente não é possível medir as mudanças
que ocorrem com o exercício nos níveis molecular e celular.
Alguns pesquisadores estão investigando o metabolismo do exercício no nível do corpo inteiro
por meio de uma abordagem fisiológica, e outros estão examinando os meandros da sinalização
celular e das mudanças moleculares por meio de uma abordagem reducionista. Existem novas
oportunidades para o uso integrado de abordagens de genômica, proteômica, metabolômica e
biologia de sistemas em análises de dados, o que deve fornecer novos insights sobre a regulação
molecular do metabolismo do exercício. Muitas questões permanecem em todas as áreas do
metabolismo energético, a regulação do metabolismo de gorduras e carboidratos durante o
exercício, intervenções de treinamento ideais e o potencial de manipulação de respostas
metabólicas para benefícios ergogênicos.
Histórico de mudanças
17 de fevereiro de 2021
Uma correção para este artigo foi publicada: https://doi.org/10.1038/s42255-020-00290-7
Referências
https://doi.org/10.1038/s42255-020-00290-7