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FISIOLOGIA GERAL E DO MOVIMENTO PROF.a SYLVIA CHEDID SEIDINGER “A Faculdade Católica Paulista tem por missão exercer uma ação integrada de suas atividades educacionais, visando à geração, sistematização e disseminação do conhecimento, para formar profissionais empreendedores que promovam a transformação e o desenvolvimento social, econômico e cultural da comunidade em que está inserida. Missão da Faculdade Católica Paulista Av. Cristo Rei, 305 - Banzato, CEP 17515-200 Marília - São Paulo. www.uca.edu.br Nenhuma parte desta publicação poderá ser reproduzida por qualquer meio ou forma sem autorização. Todos os gráficos, tabelas e elementos são creditados à autoria, salvo quando indicada a referência, sendo de inteira responsabilidade da autoria a emissão de conceitos. Diretor Geral | Valdir Carrenho Junior FISIOLOGIA GERAL E DO MOVIMENTO PROF.a SYLVIA CHEDID SEIDINGER FACULDADE CATÓLICA PAULISTA | 3 SUMÁRIO AULA 01 AULA 02 AULA 03 AULA 04 AULA 05 AULA 06 AULA 07 AULA 08 AULA 09 AULA 10 AULA 11 AULA 12 AULA 13 AULA 14 AULA 15 05 16 27 39 52 60 76 85 93 103 113 124 134 143 153 METABOLISMO, FONTES DE ENERGIA E EXERCÍCIO FÍSICO BIOENERGÉTICA METABOLISMO NO EXERCÍCIO SISTEMA CARDIOVASCULAR SISTEMA RESPIRATÓRIO SISTEMA CARDIOPULMONAR E EXERCÍCIO SISTEMA ENDÓCRINO E EXERCÍCIO FÍSICO EXERCÍCIO FÍSICO E O CONTROLE HORMONAL DA MOBILIZAÇÃO DE SUBSTRATOS CONTROLE NERVOSO DO MOVIMENTO HUMANO SISTEMA NEUROMUSCULAR E EXERCÍCIO I SISTEMA NEUROMUSCULAR E EXERCÍCIO II AVALIAÇÃO DO CONDICIONAMENTO FÍSICO E DO DESEMPENHO EQUILÍBRIO ÁCIDO-BÁSICO E TERMORREGULAÇÃO EXERCÍCIO FÍSICO, AMBIENTE E SISTEMA IMUNE SAÚDE, CONDICIONAMENTO FÍSICO E DESEMPENHO FISIOLOGIA GERAL E DO MOVIMENTO PROF.a SYLVIA CHEDID SEIDINGER FACULDADE CATÓLICA PAULISTA | 4 INTRODUÇÃO O tema central da disciplina é a regulação da homeostase durante o exercício físico, com o objetivo de fornecer um conhecimento atualizado sobre a fisiologia do exercício. Por meio de uma discussão detalhada sobre as vias de sinalização envolvidas na manutenção da homeostase corporal, bem como as principais adaptações que ocorrem nos diversos sistemas corporais com a prática de exercícios físicos, com um enfoque maior para a adaptação da musculatura esquelética ao exercício. Bons estudos! FISIOLOGIA GERAL E DO MOVIMENTO PROF.a SYLVIA CHEDID SEIDINGER FACULDADE CATÓLICA PAULISTA | 5 AULA 1 METABOLISMO, FONTES DE ENERGIA E EXERCÍCIO FÍSICO Objetivos da aula: aprender temas associados à bioenergética, como o conceito de homeostasia, a estrutura celular e os nutrientes usados como combustíveis para o exercício físico. 1. Introdução Para a manutenção da vida são necessários processos que vão desde o nível micro até o macroscópico. Como o movimento humano faz parte desses processos é importante aprender os principais aspectos relacionados a ele. 1.1. A estrutura celular ara estudar bioenergética é necessário entender um pouco a estrutura e função das células. O cientista inglês Robert Hooke foi quem descobriu a célula no século XVII, e os avanços científicos desde então possibilitaram a evolução nos conceitos biocelulares. A célula é como uma fábrica extremamente organizada, pois é responsável pela síntese de compostos necessários para todas as funções celulares e corporais. Dessa forma, a célula é considerada como a unidade funcional básica do corpo humano. Nem todas as células são semelhantes ou responsáveis pelas mesmas funções, mas basicamente possuem a mesma estrutura. Em geral, a estrutura celular é dividida em três partes principais: a membrana celular, o citoplasma e o núcleo. Nas células musculares a membrana também pode ser chamada de sarcolema e o citoplasma de sarcoplasma. FISIOLOGIA GERAL E DO MOVIMENTO PROF.a SYLVIA CHEDID SEIDINGER FACULDADE CATÓLICA PAULISTA | 6 Título: Estrutura interna de uma célula animal. Fonte: Célula Humana Membrana Celular - Foto gratuita no Pixabay • Membrana celular: circunda todos os componentes intracelulares, atuando como uma barreira semipermeável responsável por separar a célula do meio extracelular, além de controlar a passagem de inúmeras substâncias para dentro e fora da célula. • Citoplasma: é a parte líquida da célula, que se encontra entre a membrana e o núcleo. É constituído de várias estruturas (também chamadas de organelas) responsáveis por funções celulares específicas. A mitocôndria é uma organela bem conhecida, e participa da conversão oxidativa dos alimentos em energia utilizável pelas células. • Núcleo: apresenta-se como um corpo amplo e de formato arredondado que está situado dentro da célula. Em seu interior estão os genes celulares, que são os responsáveis por regular a síntese proteica que controla a atividade e composição celulares. Diferentemente da maioria das células, que apresentam somente um núcleo, as células musculares esqueléticas apresentam vários núcleos em seu interior (multinucleadas). https://pixabay.com/pt/photos/c%c3%a9lula-humana-membrana-celular-6546023/ FISIOLOGIA GERAL E DO MOVIMENTO PROF.a SYLVIA CHEDID SEIDINGER FACULDADE CATÓLICA PAULISTA | 7 Título: Célula do músculo esquelético em seu formato tubular e seus vários núcleos. Fonte: Vetores de O Músculo Esquelético De Fibras e mais imagens de Musculoso - iStock (istockphoto.com) 1.2. Homeostasia corporal e metabolismo A palavra homeostasia se origina do conjunto das palavras gregas homoios (o mesmo) e stasis (ficar ou permanecer), e pode ser definida como “a manutenção de um ambiente interno relativamente constante” (POWERS; HOWLEY, 2014, p. 51). Então, a homeostase de um organismo é a habilidade em manter seu meio interno em um equilíbrio quase constante, independentemente das mudanças no ambiente externo. Para manter sua homeostasia, o corpo humano age por meio de diversos mecanismos complexos de controle para regular uma variável fisiológica em busca de um valor constante. Isso pode acontecer tanto em repouso quanto frente a estressores como exercícios físicos ou estresses térmicos. Quase todos os sistemas do corpo agem para auxiliar a manutenção da homeostasia. Um bom exemplo de mecanismo de controle está dentro da própria célula: os meios de controle celular trabalham produzindo energia, sintetizando e degradando proteínas e mantendo quantidades adequadas dos nutrientes armazenados. Para a homeostasia corporal é essencial a capacidade de as células constatarem alterações em seu ambiente interno e responderem adequadamente a elas. Com isso, surge o conceito de sinalização celular que se refere à comunicação entre as células com o objetivo de coordenar as atividades celulares. Assim, a todo o momento acontecem milhares de reações bioquímicas por todo o corpo humano. Entre essas reações estão as reações responsáveis pela síntese de moléculas (vias anabólicas) ou pela degradação delas (vias catabólicas). O conjunto de todas essas reações é denominado metabolismo. Essas reações bioquímicas que ocorrem no corpo são controladas por proteínas catalisadoras, chamadas de enzimas, que possuem o papel fundamental de regular a https://www.istockphoto.com/br/vetor/o-m%C3%BAsculo-esquel%C3%A9tico-de-fibras-gm499206093-42344550 FISIOLOGIA GERAL E DO MOVIMENTO PROF.a SYLVIA CHEDID SEIDINGER FACULDADE CATÓLICA PAULISTA | 8 velocidade em que uma reação ocorre. Elas são assim denominadas, pois catalisam as reações bioquímicas, o que significa que elas são responsáveis por diminuírem a energia necessária para uma reação começar. As enzimas, portanto, não fazem uma reação bioquímica acontecer, apenas regulam a velocidade em que essa reação irá ocorrer. 1.3. Nutrição e exercício Toda energia existente na Terra advém do Sol. As plantas utilizam a energia luminosa do Sol para realizarem reações bioquímicas responsáveis por formar carboidratos na forma de açúcares simples, pelo processo denominado fotossíntese. É pela fotossínteseque as plantas sintetizam esses nutrientes a partir da interação entre gás carbônico (CO2), água e energia solar. O ser humano e os animais se alimentam de vegetais e outros animais para sobreviverem, e assim ingerem carboidratos, gorduras e proteínas. Todas as células do corpo humano têm uma constante necessidade de energia e, por isso, são capazes de converter esses nutrientes dos alimentos em energia biologicamente utilizável. Esse processo celular que transforma os nutrientes presentes nos alimentos em energia utilizável pelas células é conhecido como bioenergética. A energia se apresenta em vários tipos (química, elétrica, térmica, mecânica) e cada uma delas pode ser convertida em outra. A transformação dos nutrientes dos alimentos em energia utilizável pelo corpo somente ocorre por conta dessa capacidade de conversão de uma energia em outra. O corpo então utiliza os nutrientes como as gorduras, proteínas e carboidratos para fornecer energia necessária à manutenção das atividades das células, tanto em repouso quanto em exercício. Para realizar uma atividade como pular ou correr, por exemplo, as células musculares esqueléticas convertem a energia química desses nutrientes ingeridos em energia mecânica a ser utilizada nas contrações musculares, para dar continuidade à realização dos movimentos. Em casos assim, as gorduras e os carboidratos são os nutrientes primários utilizados para a obtenção de energia durante o exercício, sendo que as proteínas contribuem somente com uma pequena parte da energia total utilizada. Quando o corpo utiliza energia para realizar um trabalho, há liberação de calor. A produção de calor pelas células acontece por meio da bioenergética e do trabalho celular. A taxa de produção de calor é proporcional à taxa metabólica de um indivíduo. Nesse sentido, a medida da produção de calor de um indivíduo, fornece a mensuração direta da sua taxa metabólica. A unidade mais comumente utilizada para mensurar energia do calor é a caloria. A caloria é definida como a quantidade de calor necessária para elevar a temperatura de um grama de água em 1°C (POWERS; HOWLEY, 2014). Pelo fato de a caloria ser muito pequena, o termo quilocaloria (kcal) é mais utilizado para FISIOLOGIA GERAL E DO MOVIMENTO PROF.a SYLVIA CHEDID SEIDINGER FACULDADE CATÓLICA PAULISTA | 9 designar o gasto e o valor energético dos alimentos, já que uma kcal é equivalente a mil calorias. 1.4. Combustíveis para o exercício O corpo humano é composto basicamente de quatro substâncias bioquímicas básicas: oxigênio (65%), carbono (18%), hidrogênio (10%) e nitrogênio (3%). Esses elementos compõem aproximadamente 95% do corpo humano e, entre os outros 5%, encontram- se os elementos como o sódio, ferro, zinco, magnésio, cloreto, potássio e cálcio. Todos esses elementos formam moléculas ou compostos através de ligações químicas entre si. Aqueles compostos que contêm o elemento carbono são denominados compostos orgânicos e aqueles sem carbono são denominados inorgânicos. Os carboidratos, as proteínas e as gorduras, contêm carbono em sua composição e, portanto, são considerados compostos orgânicos. 1.4.1. Carboidratos Os carboidratos são compostos por átomos de carbono, hidrogênio e oxigênio. Um grama de carboidrato pode oferecer quatro kcal de energia. Os carboidratos se classificam em: • Monossacarídeos: são carboidratos simples como a glicose, a galactose e a frutose. A frutose é encontrada no mel e nas frutas, a galactose no leite e a glicose em diversos tipos de alimentos. Todo monossacarídeo é composto de seis átomos de carbono, 12 de hidrogênio e seis de oxigênio, dispostos em estrutura anelar de seis carbonos em arranjos diversos. Título: Fórmula estrutural da glicose. Fonte: Adaptado de Kraemer, Fleck e Deschenes (2016, p. 54). FISIOLOGIA GERAL E DO MOVIMENTO PROF.a SYLVIA CHEDID SEIDINGER FACULDADE CATÓLICA PAULISTA | 10 Dissacarídeos: são formados por dois monossacarídeos. A sacarose (também conhecida como açúcar de mesa) é composta por glicose e frutose, enquanto que a maltose é composta por duas moléculas de glicose. Título: Fórmula estrutural da maltose, a partir de duas moléculas de glicose. Fonte: Adaptado de Kraemer, Fleck e Deschenes (2016, p. 55). • Polissacarídeos: são carboidratos complexos compostos de, pelo menos, três monossacarídeos. Tanto os polissacarídeos quanto os dissacarídeos precisam ser degradados em monossacarídeos pelo trato digestivo para serem absorvidos pela corrente sanguínea. As formas mais comuns de polissacarídeos vegetais são o amido e a celulose. O amido pode ser encontrado em grãos e na batata. A celulose constitui parte das fibras da dieta e é excretada como matéria fecal, já que o corpo não tem a capacidade de utilizá-la como fonte de energia. O glicogênio é o polissacarídeo armazenado no tecido animal. As moléculas de glicogênio geralmente são amplas, contendo centenas ou milhares de moléculas de glicose. As células podem armazenar glicogênio para suprir futuras necessidades de energia. As células musculares, por exemplo, transformam o glicogênio muscular em moléculas de glicose (processo denominado glicogenólise) para serem utilizadas como fonte de energia para a contração muscular. Os estoques de glicogênio totais no corpo são pequenos, e, portanto, em exercícios prolongados eles são depletados em poucas horas. Dietas com baixa ingestão de carboidratos podem comprometer a síntese de glicogênio muscular (glicogênese). O fígado também possui estoques de glicogênio e libera glicose na circulação sanguínea (via glicogenólise) para ser transportada pelo corpo quando necessário. Assim, os carboidratos armazenados fornecem energia a ser disponibilizada de forma rápida. FISIOLOGIA GERAL E DO MOVIMENTO PROF.a SYLVIA CHEDID SEIDINGER FACULDADE CATÓLICA PAULISTA | 11 Título: Longas cadeias de glicose que formam uma molécula de glicogênio. Cada uma das estruturas vermelhas é uma molécula de glicose. Fonte: Adaptado de Kraemer, Fleck e Deschenes (2016, p. 55). 1.4.2. Gorduras As gorduras também são compostas por carbono, hidrogênio e oxigênio, porém, a proporção de carbono:oxigênio é relativamente maior do que a encontrada nos carboidratos. Cada grama de gordura rende cerca de nove kcal de energia, portanto, a gordura corporal armazenada se torna o combustível ideal para exercícios prolongados. Geralmente, as gorduras são encontradas em quatro formas: • Fosfolipídios: são responsáveis pela integridade estrutural das membranas plasmáticas celulares e como bainha isolante que envolve fibras nervosas. Título: Fosfolipídio da membrana plasmática. Fonte: Banco de imagens científicas para apresentações - FCiências (fciencias.com) https://www.fciencias.com/2015/08/18/banco-de-imagens-cientificas-para-apresentacoes/ FISIOLOGIA GERAL E DO MOVIMENTO PROF.a SYLVIA CHEDID SEIDINGER FACULDADE CATÓLICA PAULISTA | 12 • Esteroides: o esteroide mais comum é o colesterol, que compõe todas as membranas celulares e tem importante papel na síntese de hormônios sexuais como a progesterona, testosterona e estrogênio. Título: Colesterol na membrana plasmática. Fonte: Estruturas Celulares e Organelas citoplasmáticas - Com vídeos e imagens. (planetabiologia.com) • Ácidos graxos: tipo primário de gordura utilizado pelas células musculares para obtenção de energia. Cada ácido graxo apresenta em sua composição um número par de 4 a 24 átomos de carbono ligados em cadeia, um grupo ácido (COOH) e um grupo metila (CH3). • Triglicerídeos: são compostos por três moléculas de ácidos graxos mais uma molécula de glicerol. São armazenados em maior quantidade nas células adiposas (adipócitos), mas também são encontradas na musculatura esquelética. Em casos de necessidade, a molécula de triglicerídeo inteira é útil como fonte de energia para o corpo, sendo quebrada pelo processo chamado de lipólise, e os três ácidos graxos são utilizados como substrato energético pelos músculos e tecidos e oglicerol é utilizado pelo fígado para sintetizar glicose (gliconeogênese). Os estoques de gordura são bem abundantes em qualquer indivíduo, e, portanto, não há depleção total dos estoques durante o exercício, mesmo durante eventos prolongados. https://planetabiologia.com/estrutura-celular-e-organelas-citoplasmaticas/ FISIOLOGIA GERAL E DO MOVIMENTO PROF.a SYLVIA CHEDID SEIDINGER FACULDADE CATÓLICA PAULISTA | 13 Título: Composição de um triglicerídeo. Fonte: Adaptado de Kraemer, Fleck e Deschenes (2016, p. 57). 1.4.3. Proteínas Os aminoácidos são moléculas que se unem através de ligações peptídicas para formar proteínas. As proteínas são compostas basicamente de carbono, hidrogênio, oxigênio e o que as diferenciam dos carboidratos é a presença de nitrogênio em sua estrutura. São necessários, pelo menos, vinte tipos de aminoácidos para formar os diversos tecidos corporais, as enzimas, as proteínas, e assim por diante. Entre esses vinte aminoácidos, nove são considerados essenciais, mas não são sintetizados pelo corpo, portanto devem ser ingeridos via alimentação. Os aminoácidos não essenciais são aqueles que o corpo sintetiza e compõem mais da metade dos aminoácidos existentes. Cada grama de proteína pode oferecer cerca de quatro kcal. As proteínas podem ser utilizadas como substratos para energia durante o exercício por dois modos. No primeiro, o aminoácido chamado alanina é convertido no fígado em glicose que, consequentemente, pode ser utilizada para síntese de glicogênio. No segundo modo, alguns aminoácidos são convertidos em compostos que podem participar diretamente da bioenergética nas células musculares, participando de forma direta como combustível. FISIOLOGIA GERAL E DO MOVIMENTO PROF.a SYLVIA CHEDID SEIDINGER FACULDADE CATÓLICA PAULISTA | 14 ANOTE ISSO • Lipólise: processo de quebra de triglicerídeos em ácidos graxos e glicerol. • Glicogênese: as moléculas de glicose podem se combinar, no fígado ou na musculatura esquelética e formar glicogênio. • Gliconeogênese: formação de glicose a partir de outras substâncias que não os carboidratos (lactato, glicerol, aminoácidos). Esse processo geralmente acontece no fígado. • Ciclo de Cori: O ciclo de Cori tem início com a produção de lactato pelo músculo esquelético ou outros tecidos, o qual chega ao sangue e é transportado para o fígado, onde é usado para sintetizar glicose. Em seguida, a glicose recém-formada pode servir para manter os níveis de glicose sanguínea ou para sintetizar glicogênio hepático (KRAEMER; FLECK; DESCHENES, 2016, p. 85). • Ciclo alanina-glicose: exercícios prolongados e/ou dietas com baixa ingestão de nutrientes favorecem a utilização de proteínas para a produção de energia durante o exercício. Nesses casos, o aminoácido alanina, derivado da musculatura esquelética durante exercício, vai até o fígado para ser convertido em glicose (via gliconeogênese). Essa glicose será utilizada como fonte de energia pela musculatura esquelética. Além disso, esse processo ajuda a manter a glicemia para suprir as necessidades do sistema nervoso durante o exercício (MCARDLE; KATCH; KATCH, 2016). • Glicogenólise: quando há necessidade de energia para a contração muscular, o glicogênio muscular é quebrado em glicose. O fígado também pode realizar a glicogenólise, liberando glicose na circulação sanguínea para ser transportada pelo corpo. Resumindo: Título: Processos de formação e degradação da glicose. Fonte: Adaptado de Powers e Howley (2014, p. 55). FISIOLOGIA GERAL E DO MOVIMENTO PROF.a SYLVIA CHEDID SEIDINGER FACULDADE CATÓLICA PAULISTA | 15 Todos os aminoácidos apresentam a mesma estrutura básica, composta de uma molécula de carbono central, um grupo amino, um grupo ácido e um grupo lateral único, que é o que irá diferenciar um aminoácido do outro, conforme ilustrado a seguir: Título: Estrutura dos aminoácidos. Fonte: Adaptado de Kraemer, Fleck e Deschenes (2016, p. 57). CONCLUSÃO Para sobreviver, realizar atividades e manter sua homeostasia o corpo humano necessita de energia. Essa energia vem da transformação da energia química dos alimentos (carboidratos, proteínas e gorduras) em energia mecânica, para a contração muscular. A produção de energia pelo corpo é um processo complexo, que envolve vários mecanismos e sistemas corporais que serão vistos no decorrer dos capítulos seguintes. FISIOLOGIA GERAL E DO MOVIMENTO PROF.a SYLVIA CHEDID SEIDINGER FACULDADE CATÓLICA PAULISTA | 16 AULA 2 BIOENERGÉTICA Objetivos da aula: aprender sobre os fosfatos de alta energia e entender as vias metabólicas para produção de energia. 2. INTRODUÇÃO Existem várias vias para a produção de energia para a contração muscular no corpo humano. Essas vias são responsáveis por produzirem a molécula de ATP (trifosfato de adenosina) aeróbia ou anaerobiamente, de forma lenta ou de forma rápida. Esse ATP será degradado liberando energia para a contração muscular. 2.1. A molécula da energia O trifosfato de adenosina, mais conhecido como ATP, não é a única, mas é a molécula de energia mais importante das células e, por isso, costuma ser chamada de doador de energia universal. O ATP é a fonte de energia imediata para a contração muscular. Sua estrutura é composta basicamente de adenina, ribose e três fosfatos. A adenina e a ribose, quando combinadas também são chamadas de molécula de adenosina, que juntamente com os três fosfatos formam o trifosfato de adenosina ou ATP. Título: Fórmula estrutural do ATP. Fonte: Banco de imagens científicas para apresentações - FCiências (fciencias.com) https://www.fciencias.com/2015/08/18/banco-de-imagens-cientificas-para-apresentacoes/ FISIOLOGIA GERAL E DO MOVIMENTO PROF.a SYLVIA CHEDID SEIDINGER FACULDADE CATÓLICA PAULISTA | 17 A formação do ATP acontece pela combinação do difosfato de adenosina (ADP) e um fosfato inorgânico (Pi). A junção da ADP com o Pi requer uma grande quantidade de energia, que é armazenada na ligação química entre esses dois elementos. Quando há necessidade de realização de trabalho (contração muscular, por exemplo) a enzima ATPase quebra essa ligação e libera essa energia para ser utilizada. Título: Formação do ATP. Fonte: Adaptado de Kraemer, Fleck e Deschenes (2016, p. 60). 2.2. Produção de ATP As células musculares armazenam ATP em quantidades limitadas, e como para a realização do exercício físico é necessário um suprimento constante de ATP para fornecer a energia da contração muscular, as células devem possuir vias capazes de produzir ATP de forma rápida. Essa produção ocorre por meio de uma ou da combinação de três vias: • Sistema fosfagênio ou ATP-CP: formação de ATP pela quebra de fosfocreatina (também chamada creatina fosfato); • Glicólise anaeróbia: formação de ATP pela degradação de glicose ou glicogênio; • Formação oxidativa de ATP, com a participação das mitocôndrias. A formação de ATP pelas vias ATP-CP e glicólise são denominadas vias anaeróbias, pois não necessitam do uso de oxigênio (O2). O sistema ATP-CP, por não necessitar de O2 e não ter como produto final o lactato, também pode ser chamado de metabolismo anaeróbio alático. A glicólise também é anaeróbia, porém, tem como um dos produtos finais a formação de lactato e por isso pode ser chamada de metabolismo anaeróbio lático. Já a formação oxidativa de ATP é denominada aeróbia, pois envolve o uso de O2 e também pode ser chamada de metabolismo aeróbio.. FISIOLOGIA GERAL E DO MOVIMENTO PROF.a SYLVIA CHEDID SEIDINGER FACULDADE CATÓLICA PAULISTA | 18 O sistema ATP-CP é utilizado para gerar ATP para substituir aquele usado durante o exercício físico. Nesse caso, o grupo fosfato da fosfocreatina (PC) é transferido para o ADP para formar ATP. Esse sistema tem a capacidade de manter um exercício por cerca de 30 segundos apenas. Conforme o exercício continua, a glicólise será a responsável por repor o ATP por, aproximadamente, três minutos. A formação oxidativa de ATP se torna dominante para exercícioscom mais de três minutos. Dessa forma, as duas vias anaeróbias são as principais fontes de energia em atividades com duração curta e intensidades elevadas, com um sprint, por exemplo. A via aeróbia se torna a principal fonte de energia em atividades prolongadas, como uma caminhada. ANOTE ISSO Antes de se aprofundar nas três vias metabólicas envolvidas na produção de ATP, é necessário entender melhor e saber diferenciar os conceitos de potência e capacidade. Potência é um termo usado para “descrever quanto trabalho é realizado por unidade de tempo” (POWERS; HOWLEY, 2014, p. 37). Essa palavra descreve a velocidade em que um trabalho é realizado. A capacidade diz respeito à quantidade de energia disponível para ser liberada. As vias metabólicas anaeróbias fornecem a maior parte do ATP necessário para realizar exercícios físicos de alta intensidade e curta duração, o que significa que são vias com grande potência, pois disponibilizam bastante energia em um curto período de tempo. Já a via aeróbia provê grande parte do ATP necessário para a prática de exercícios de baixa intensidade, porém com durações prolongadas, o que faz dessa via uma via altamente capaz, pois fornece energia por grandes períodos de tempo. Exemplificando: Título: Potência e capacidade das vias energéticas. Fonte: Adaptado de Powers e Howley (2014, p. 55). FISIOLOGIA GERAL E DO MOVIMENTO PROF.a SYLVIA CHEDID SEIDINGER FACULDADE CATÓLICA PAULISTA | 19 2.3. Produção anaeróbia de ATP 2.3.1. Sistema ATP-CP É o sistema mais simples e rápido para produção de ATP. Conforme o ATP é quebrado em ADP + Pi em decorrência do exercício, ele já é ressintetizado por meio da doação de um grupo fosfato da fosfocreatina e de sua energia de ligação ao ADP. Essa reação é catalisada pela enzima chamada creatina quinase. Essa reação vem ilustrada a seguir: Título: Formação de ATP pela fosfocreatina. Fonte: Adaptado de Powers e Howley (2014, p.51). A fosfocreatina é armazenada em pequenas quantidades na célula muscular, limitando a formação de ATP por essa reação. Essa via fornece energia para o exercício com duração de cinco até 30 segundos aproximadamente. A reposição de fosfocreatina requer ATP e ocorre durante a recuperação ou intervalo do exercício. Essa via pode ser apreciada considerando-se atividades esportivas que requerem apenas poucos segundos para serem concluídas e, com isso, necessitam de suprimento imediato de ATP como o salto em altura, levantamento de peso ou um sprint no futebol. 2.3.2. Glicólise anaeróbia É a segunda via que produz ATP rapidamente e sem a participação do O2. Por meio dela a energia de ligação da glicose é transferida para juntar o Pi ao ADP. Essa via acontece no sarcoplasma da célula muscular, e a glicose a ser utilizada advém de reservas sanguíneas de glicose e também dos estoques intramusculares de glicogênio. É uma via que envolve uma série de 10 reações químicas e algumas enzimas que serão responsáveis pela quebra do glicogênio ou da glicose para formação de duas moléculas de ATP, e duas moléculas de piruvato ou lactato para cada molécula de glicose. A glicose é uma molécula composta de seis carbonos, enquanto o piruvato e o lactato são moléculas compostas por três carbonos cada, por isso, a produção de duas moléculas de piruvato ou lactato a partir de uma molécula de glicose. Quando o glicogênio é utilizado, o saldo líquido da glicólise são três ATP. FISIOLOGIA GERAL E DO MOVIMENTO PROF.a SYLVIA CHEDID SEIDINGER FACULDADE CATÓLICA PAULISTA | 20 Se considerarmos a glicólise de maneira detalhada, as reações que ocorrem entre a glicose até a formação do piruvato podem ser consideradas em duas fases distintas: uma fase de investimento de energia, e a segunda de geração de energia. A primeira fase, a de investimento de energia envolve cinco reações em que se utiliza ATP para formar fosfatos de açúcar a partir da glicose. Em dois momentos no início dessa via ocorre a adição de ATP para que a glicólise seja continuada. As últimas cinco reações da glicólise são consideradas como a fase de geração de energia, em que são produzidas as moléculas de ATP. Titulo: Esquema que resume a glicólise anaeróbia. PFK: enzima fosfofrutoquinase. Fonte: Adaptado de Kraemer, Fleck e Deschenes (2016, p. 81). Após a divisão da cadeia de seis carbonos da glicose em duas cadeias de três carbonos, ocorre a remoção de hidrogênio de cada uma das cadeias de três carbonos. Esse processo é importante, pois são necessários hidrogênios para produzir a maioria FISIOLOGIA GERAL E DO MOVIMENTO PROF.a SYLVIA CHEDID SEIDINGER FACULDADE CATÓLICA PAULISTA | 21 do ATP pela via aeróbia. Esses hidrogênios podem ser aceitos por uma molécula carreadora de hidrogênios chamada nicotinamida adenina dinucleotídeo (NAD+) originando uma molécula, o NADH, que transporta os hidrogênios para a mitocôndria para serem utilizados na via aeróbia. Com as quantidades adequadas de O2 presentes na célula, a glicólise produz uma molécula chamada acetil-CoA que pode penetrar na mitocôndria e participar da produção aeróbia de ATP. Se o metabolismo aeróbio não entrar em ação, os hidrogênios do NADH se juntam ao piruvato que se transforma em lactato. O metabolismo anaeróbio fornece a maior parte do ATP em exercícios físicos de curta duração e elevada intensidade. Com o decorrer do exercício, acontece maior dependência da glicólise e do metabolismo aeróbio para fornecimento do ATP necessário. Conforme a duração do exercício vai além de três minutos, a sua intensidade diminui e há maior dependência do metabolismo aeróbio para obtenção do ATP necessário. Alguns exercícios obtêm a maior parte do ATP necessário de uma via em particular, porém sempre há uma grande interação entre as três vias. Nenhuma fonte de produção de ATP é desligada, e todas as fontes suprem parte do ATP a todo o momento, o que acontece é que o metabolismo aeróbio ou o anaeróbio pode fornecer a maioria do ATP para determinado exercício. Para exemplificar, aproximadamente 90% da energia necessária para uma corrida de 100 metros rasos, é fornecida por fontes anaeróbias, com grande parte da energia proveniente do sistema ATP-CP. Para uma corrida de 400 metros rasos, cerca de 70- 75% da energia é fornecida por fontes anaeróbias, com a glicólise suprindo a maior parte do ATP para essa atividade. Em um evento como uma maratona, que envolve correr 42 quilômetros, é a produção aeróbia de ATP que atenderá à quantidade de energia necessária. Título: Contribuições de cada via energética de acordo com a duração do exercício. Fonte: Adaptado de Kraemer, Fleck e Keschenes (2016, p. 68). FISIOLOGIA GERAL E DO MOVIMENTO PROF.a SYLVIA CHEDID SEIDINGER FACULDADE CATÓLICA PAULISTA | 22 ISTO ACONTECE NA PRÁTICA “O desempenho aeróbio pode ser definido como a habilidade de correr 5 km ou uma maratona, e a capacidade de sprint pode ser definida como aquela de realizar sprint repetido ou um único” (KRAEMER; FLECK; DESCHENES, 2016, p.67). 2.4. Produção aeróbia de ATP As principais características dessa via são a existência de O2 adequado, produção relativamente lenta de ATP, porém, capacidade de gerar muito ATP. Isso faz com que dependamos do metabolismo aeróbio não somente durante exercícios de longa duração e intensidade leve a moderada, mas também durante o repouso. O produto final da via glicolítica vista anteriormente é o piruvato e o destino dele dependerá da quantidade de O2 existente na célula. Quando não há O2 adequado, o piruvato é convertido em lactato, o que pode elevar a acidose intramuscular devido aos íons de hidrogênio produzidos. Este ambiente ácido pode ser limitador de desempenho e estar associado à fadiga. Com o aporte adequado de O2, o piruvato entrará na mitocôndria para participar do metabolismo aeróbio (ciclo de Krebs e cadeia de transporte de elétrons, respectivamente), o que previne a formação de condições ácidas na fibra muscular. Enquanto o metabolismo anaeróbio utiliza somente carboidratos,o metabolismo aeróbio utiliza carboidratos, gorduras e proteínas como substrato para gerar ATP. O resultado final do metabolismo aeróbio é ATP, gás carbônico (CO2) e água. O ATP será utilizado como energia para as funções celulares corporais, o CO2 será transportado pelo sangue para ser expirado pelos pulmões e a água será utilizada pelo corpo para qualquer função que a exija. O processo de produção aeróbia do ATP acontece no interior da mitocôndria e envolve a interação de duas vias: o ciclo de Krebs e a cadeia de transporte de elétrons. O ciclo de Krebs ou ciclo do ácido cítrico tem a função de completar a remoção de hidrogênio (processo chamado de oxidação) dos carboidratos, gorduras ou proteínas usando NAD + e FAD como transportadores de hidrogênio. Pelo fato de os hidrogênios possuírem elétrons, eles contêm energia em potencial que pode ser usada na cadeia de transporte de elétrons para formar ATP com a junção de ADP e Pi. O oxigênio não participa do ciclo de Krebs, mas é quem vai aceitar o hidrogênio no fim da cadeia de transporte de elétrons, onde ocorre a formação de água (H2 + O = H2O). FISIOLOGIA GERAL E DO MOVIMENTO PROF.a SYLVIA CHEDID SEIDINGER FACULDADE CATÓLICA PAULISTA | 23 ANOTE ISSO O ciclo de Krebs é assim denominado em homenagem a Hans Krebs, bioquímico responsável pela pesquisa pioneira que ampliou os conhecimentos sobre esse ciclo complexo. Título: Ciclo de Krebs. Fonte: Vetores de Ilustração Em Vetor Do Ciclo De Krebs Cítrico Ácido Tricarboxílico Rotulado Esquema e mais imagens de Ciclo - iStock (istockphoto.com) Para cada molécula de glicose que entra na glicólise anaeróbia, são formadas duas de piruvato, e com a presença de O2 o piruvato é convertido em duas moléculas de acetil-CoA. O acetil-CoA é uma molécula de dois carbonos, portanto, o carbono remanescente é liberado na forma de CO2. A seguir, a acetil-CoA combina-se com o oxaloacetato, formando citrato. Conforme vai ocorrendo a remoção, no decorrer do ciclo de Krebs, dos hidrogênios dos diversos substratos e da energia a eles associada, são formadas três moléculas de NADH e uma molécula de FADH2. Além disso, após essa série de reações ocorre a formação de oxaloacetato novamente para o ciclo de Krebs se reiniciar. O NADH e o FADH2 seguirão caminho e passarão pela cadeia de transporte de elétrons para a produção final de ATP e água. https://www.istockphoto.com/br/vetor/ilustra%C3%A7%C3%A3o-em-vetor-do-ciclo-de-krebs-c%C3%ADtrico-%C3%A1cido-tricarbox%C3%ADlico-rotulado-esquema-gm1034141326-276887597 FISIOLOGIA GERAL E DO MOVIMENTO PROF.a SYLVIA CHEDID SEIDINGER FACULDADE CATÓLICA PAULISTA | 24 ANOTE ISSO O oxaloacetato é a molécula que se combina com o acetil-CoA para entrar no ciclo de Krebs, e também é produzido na última reação desse ciclo. É por isso que o ciclo de Krebs é chamado de ciclo. O ciclo de Krebs, resumidamente, termina a oxidação dos carboidratos, proteínas ou gorduras, produz CO2 e disponibiliza elétrons para a cadeia de transporte de elétrons que fornecerão energia para a produção de ATP, de forma aeróbia. A cadeia de transporte de elétrons pode ser chamada de cadeia respiratória ou cadeia de citocromo e tem como objetivo fazer os elétrons passarem por uma série de citocromos (transportadores de elétrons) e disponibilizar energia para impulsionar a produção de ATP na mitocôndria. Para esse fim, cada elemento da cadeia de transporte de elétrons passa por reações de oxidação-redução, em que o último citocromo é oxidado pelo O2. O oxigênio (captado originalmente pela respiração) é responsável por aceitar dois elétrons derivados da cadeia de transporte de elétrons, a partir do NADH e FADH2. Com a sua molécula reduzida, o oxigênio se liga a dois prótons (H+) para formar água. O rendimento total da produção aeróbia de ATP é de 32 ATP e água, quando da quebra da glicose, e de 33 ATP e água, quando da quebra do glicogênio. O processo de produção aeróbia do ATP, mais especificamente a cadeia de transporte de elétrons é chamado de fosforilação (adição de um grupo fosfato a outra molécula) oxidativa (remoção hidrogênios e elétrons). Em resumo, o metabolismo aeróbio envolve três processos principais: as reações que produzem moléculas que conseguem adentrar no ciclo de Krebs, a oxidação das moléculas que nele adentraram (processo que produz pouco ATP), e a produção de ATP na cadeia de transporte de elétrons por fosforilação oxidativa (produz o restante do ATP). Titulo: Esquema que resume a produção aeróbia de ATP dentro da mitocôndria. CTE: cadeia de transporte de elétrons. Fonte: Adaptado de Powers e Howley (2014, p. 56). FISIOLOGIA GERAL E DO MOVIMENTO PROF.a SYLVIA CHEDID SEIDINGER FACULDADE CATÓLICA PAULISTA | 25 Durante atividades de baixa intensidade, as fibras musculares utilizam principalmente a glicose do sangue. Em exercícios moderados, é utilizada tanto a glicose sanguínea quanto o glicogênio intramuscular. Quando a glicose sanguínea está baixa, o fígado reduz seus estoques de glicogênio e libera glicose na corrente sanguínea (glicogenólise). Quando a glicose sanguínea é elevada, ou será utilizada no metabolismo ou armazenada na forma de glicogênio muscular ou hepático (glicogênese). Além do glicogênio hepático e intramuscular e da glicose sanguínea, o lactato pode ser uma fonte para o metabolismo do carboidrato utilizado durante o exercício, e até mesmo durante o repouso. No ciclo de Cori, o lactato que chega ao sangue é transportado para o fígado e é utilizado para sintetizar glicose (gliconeogênese). Essa glicose pode ser utilizada para sintetizar glicogênio hepático ou para manter as concentrações de glicose no sangue. Foi detalhado até agora, o papel dos carboidratos na formação do acetil-CoA para o ciclo de Krebs. A partir de agora, esclareceremos o papel das gorduras e das proteínas. As gorduras são quebradas (lipólise) formando ácidos graxos e glicerol. Os ácidos graxos podem passar por um processo repleto de reações chamado beta-oxidação, e formar acetil-CoA para entrar no ciclo de Krebs. Os ácidos graxos podem apresentar até 24 pares de moléculas de carbono e, por isso, produzem mais ATP do que os carboidratos. São as reservas de triglicerídeos nos adipócitos que liberam os ácidos graxos a serem usados no metabolismo aeróbio. O glicerol não é uma fonte de combustível direta e imediata para a musculatura durante o exercício. As proteínas podem contribuir somente com cerca de 2 a 15% do combustível durante o exercício, não sendo consideradas como uma fonte importante de combustível para tal. As proteínas quebram-se em aminoácidos e podem entrar nas vias bioenergéticas em diferentes locais, e isso vai depender dos aminoácidos envolvidos. Existem aminoácidos que serão convertidos em glicose ou piruvato enquanto outros em acetil-CoA. Dietas hipocalóricas (ingestão calórica muito baixa) podem fazer com que os aminoácidos sejam captados dos tecidos, inclusive o muscular, para serem metabolizados e produzirem energia, o que resulta em perda de tecido muscular. Já as dietas com ingestão elevada, porém, não excessiva, de proteínas podem levar a um maior uso de proteínas para a produção de energia. FISIOLOGIA GERAL E DO MOVIMENTO PROF.a SYLVIA CHEDID SEIDINGER FACULDADE CATÓLICA PAULISTA | 26 2.5. Controle da bioenergética O metabolismo é regulado pela atividade enzimática. A maioria das vias metabólicas tem uma enzima que determina a velocidade em que essas vias ocorrerão. Essas enzimas, denominadas limitadoras de velocidade, são sempre encontradas nas fases iniciais de uma via metabólica. No sistema ATP-CP a quebra da fosfocreatina é regulada pela atividade da creatina quinase. Entre vários fatores que podem controlar a glicólise, a enzima limitadora mais importante é a fosfofrutoquinase (PFK). Ao iniciar o processo de glicólise ela é convertida em glicose-6-fosfato e depois em frutose-6-fosfato. A PFK catalisará a frutose-6-fosfato em frutose-1,6-bifosfato, para dar continuidadeao processo de glicólise. Outras duas enzimas da glicólise estudadas com frequência são a glicogênio fosforilase, que catalisa a degradação de glicogênio intramuscular em glicose e a lactato desidrogenase (LDH) que é responsável por catalisar a conversão de piruvato em lactato. As enzimas limitadoras de taxa do ciclo de Krebs e da cadeia de transporte de elétrons são a isocitrato desidrogenase e a citocromo oxidase, respectivamente. CONCLUSÃO O metabolismo energético é essencial para a realização de exercícios físicos. Porém, tanto a predominância como a interação dessas vias metabólicas dependem da intensidade e duração do exercício, conforme será visto na próxima aula. FISIOLOGIA GERAL E DO MOVIMENTO PROF.a SYLVIA CHEDID SEIDINGER FACULDADE CATÓLICA PAULISTA | 27 AULA 3 METABOLISMO NO EXERCÍCIO Objetivos da aula: aprender sobre as principais adaptações metabólicas ao treinamento e entender a relação da intensidade e duração do exercício com as vias mais implicadas para a produção ATP nesses casos. 3. INTRODUÇÃO O organismo tem respostas fisiológicas diferentes quando em repouso ou em exercício, além de um programa de treinamento físico realizado ao longo prazo promove adaptações nas vias metabólicas. 3.1. Adaptações metabólicas ao treinamento Com relação ao sistema ATP-CP, o aumento na atividade das principais enzimas envolvidas nesse metabolismo (creatina quinase, por exemplo), pode resultar em uma regeneração mais rápida do ATP, podendo otimizar o desempenho em exercícios breves e intensos. Além disso, maiores concentrações de ATP e fosfocreatina intramusculares podem otimizar esse tipo de exercício. Essas adaptações podem ser conquistadas via treinamento de sprints e também de resistência (endurance). Com relação às adaptações do treinamento na glicólise anaeróbia estão a intensificação da atividade de algumas enzimas, o aumento das reservas intramusculares de glicogênio e a elevação da capacidade de tamponamento intramuscular. O tamponamento muscular diz respeito ao tamponamento dos íons de hidrogênio produzidos durante a glicólise anaeróbia. Esse mecanismo é uma forma de melhorar o desempenho e também a recuperação em exercícios em que ocorre a acidez intramuscular. Um sistema de tamponamento envolve o bicarbonato, pois este se combina com os íons hidrogênio formando ácido carbônico, que é um ácido mais fraco. O bicarbonato de sódio intracelular pode agir como tampão muscular, mas a musculatura esquelética possui outros tampões como as proteínas e os grupos fosfato. Tanto treinamentos de FISIOLOGIA GERAL E DO MOVIMENTO PROF.a SYLVIA CHEDID SEIDINGER FACULDADE CATÓLICA PAULISTA | 28 endurance quanto treinamentos de sprints podem ser capazes de melhorar a capacidade de tamponamento. Com a capacidade de tamponamento melhorada, é possível otimizar o desempenho, pois mais ATP será produzido antes que a elevação na acidose reduza a produção de força e potência muscular. ANOTE ISSO O aumento da acidez interfere na produção de força e potência muscular porque, entre outras coisas, pode afetar a capacidade do retículo sarcoplasmático liberar e captar o cálcio, o que compromete a ligação do cálcio com a troponina e reduz a atividade da enzima ATPase da miosina e, consequentemente, a capacidade do músculo de contrair-se. As adaptações aeróbias podem acontecer na atividade das enzimas, mas também na disponibilidade dos substratos. Os treinamentos físicos de intensidade submáxima e longa duração são os responsáveis por melhorar a capacidade do organismo em produzir ATP aerobicamente. Entre as principais adaptações aeróbias ao treinamento, estão: • Atividade enzimática exacerbada no ciclo de Krebs e da cadeia transportadora de elétrons; • Aumento do número e/ou da densidade das mitocôndrias; • Aumento da concentração de mioglobina (proteína responsável pelo transporte de oxigênio nos músculos); • Aumento do número de capilares sanguíneos; • Aumento dos estoques de glicogênio e lipídio intramusculares; • Aumento da dependência do metabolismo de ácidos graxos, o que pode resultar em menor utilização de carboidratos e menor chance de acontecer acidez intramuscular. 3.2. Metabolismo em repouso e exercício 3.2.1. Principais conceitos Segundo Powers e Howley (2014, p. 16) trabalho é “o produto da força pela distância em que a força atua”, onde: Trabalho = força X distância. A unidade de medida utilizada para a força é Newton (N), enquanto a distância é o metro (m). FISIOLOGIA GERAL E DO MOVIMENTO PROF.a SYLVIA CHEDID SEIDINGER FACULDADE CATÓLICA PAULISTA | 29 Durante um exercício é possível calcular o débito de trabalho humano e a eficiência do exercício realizado. Por exemplo, o cicloergômetro, um ergômetro bem popular em laboratórios de fisiologia do exercício, é uma bicicleta estacionária que permite mensurar a quantidade de trabalho realizada em um exercício. Outro exemplo é a esteira ergométrica. Título: Bicicleta ergométrica. Fonte: Bicicleta Ergométrica Treino - Foto gratuita no Pixabay Mensurar o gasto energético de um indivíduo em repouso ou exercício possui grande aplicabilidade dentro da fisiologia do exercício. Uma forma de mensuração desse gasto é por meio da calorimetria, que nada mais é do que medir a produção de calor de um indivíduo. Como a taxa de produção de calor é proporcional à taxa metabólica de um indivíduo, medir a produção de calor equivale à mensuração direta de sua taxa metabólica. Existem duas técnicas utilizadas para tal: a calorimetria direta e a calorimetria indireta. A calorimetria direta é um procedimento mais elaborado e caro que exige a utilização de uma câmara hermética denominada calorímetro. O indivíduo adentra o calorímetro, que é isolado do meio ambiente por meio de revestimento de água ao redor da câmara. O calor do corpo do indivíduo faz com que a temperatura da água que circunda a câmara se eleve e é possível mensurar a alteração da temperatura do indivíduo por unidade de tempo e, consequentemente, a quantidade de calor produzida. https://pixabay.com/pt/photos/bicicleta-ergom%c3%a9trica-treino-6486193/ FISIOLOGIA GERAL E DO MOVIMENTO PROF.a SYLVIA CHEDID SEIDINGER FACULDADE CATÓLICA PAULISTA | 30 O calor produzido pela pessoa na câmara pode ser calculado medindo o aumento da temperatura do compartimento de água. Conhecer o calor produzido possibilita o cálculo direto da taxa metabólica. O fluxo de ar pela câmara acontece para que a troca de oxigênio e dióxido de carbono possa ocorrer e os cálculos possam ser corrigidos para o resfriamento evaporativo do suor (KRAMER; FLECK; DESCHENES, 2016, p. 103). Título: Câmara de calorimetria direta. Fonte: Kraemer, Fleck e Deschenes (2016, p.103). A calorimetria indireta consiste na medida do consumo de oxigênio produzido, já que existe relação direta entre o oxigênio consumido pelo organismo e a quantidade de calor produzida. Dessa forma, a mensuração do consumo de oxigênio fornece estimativa da taxa metabólica do indivíduo. Estima-se que um indivíduo que consome dois litros de oxigênio por minuto durante o exercício, gaste em torno de dez quilocalorias de energia a cada minuto. Nesse sentido, a mensuração mais válida do condicionamento cardiovascular é o consumo máximo de oxigênio ou VO2 máximo (VO2máx). O VO2máx é a “capacidade máxima de transporte e utilização de oxigênio durante o exercício” (POWERS; HOWLEY, 2014, p. 76). O teste mais utilizado para mensurar o VO2máx é o teste incremental, em que, após realizar o aquecimento, o indivíduo é submetido a uma taxa de trabalho, que é aumentada geralmente a cada 1-3 minutos, até não conseguir realizar mais a atividade. Esse teste geralmente acontece em uma esteira ou cicloergômetro. FISIOLOGIA GERAL E DO MOVIMENTO PROF.a SYLVIA CHEDID SEIDINGER FACULDADE CATÓLICA PAULISTA | 31 O VO2máx pode ser expresso em valores absolutos pela unidade de medida litros por minuto (L/min) ou em valores relativos, pela unidade mililitros de massacorporal por minuto (mL/Kg/min). Este último é mais adequado para exercícios como a corrida ou o ciclismo em ladeira, pois é preciso carregar o próprio peso corporal. Título: Gráfico hipotético que demonstra as alterações no consumo de oxigênio durante o exercício incremental, em que o platô representa o VO2máx. Fonte: Adaptado de Powers e Howley, (2014, p. 76). Enquanto o VO2máx é o maior volume de oxigênio que se consegue captar, transportar e utilizar por unidade durante o exercício, o VO2pico é o consumo máximo de oxigênio atingido antes de haver estabilização da quantidade de oxigênio captado. É possível identificar no gráfico acima o VO2pico como o consumo máximo de oxigênio antes de aparecer um platô (POWERS; HOWLEY, 2014). Durante testes incrementais para determinar o consumo de oxigênio, atletas altamente treinados geralmente conseguem atingir o VO2máx, enquanto indivíduos treinados ou sedentários geralmente atingem o VO2pico, pois não conseguem manter a intensidade de exercício para que o consumo atinja o platô. Durante as fases iniciais de um exercício incremental, grande parte do ATP produzido advém de fontes aeróbias e conforme a intensidade aumenta, os níveis de lactato no sangue começam a se elevar exponencialmente. Essa elevação é considerada como um ponto em que há dependência crescente da glicólise anaeróbia para produção do ATP necessário para a continuidade do exercício. Nesse sentido, Powers e Howley (2014, p. 77) se referem a limiar de lactato como a “elevação súbita dos níveis sanguíneos de lactato durante o exercício incremental”. FISIOLOGIA GERAL E DO MOVIMENTO PROF.a SYLVIA CHEDID SEIDINGER FACULDADE CATÓLICA PAULISTA | 32 O limiar do lactato ainda pode ser definido como “a intensidade do exercício na qual o ácido láctico sanguíneo começa a se acumular acima da concentração de repouso” (KRAEMER; FLECK; DESCHENES, 2016, p. 94). O limiar de lactato de indivíduos sem treinamento geralmente acontece entre 50-60% do VO2máx. Já para indivíduos treinados aerobicamente o limiar de lactato pode ocorrer aproximadamente entre 65-80% do VO2máx. Isso quer dizer que o limiar de lactato representa “a intensidade do exercício que pode ser mantida por um longo período” (KRAEMER; FLECK; DESCHENES, 2016, p. 94), pois permite a realização de exercícios mais intensos sem elevação da concentração sanguínea de ácido lático. ANOTE ISSO Ácido lático e lactato são moléculas relacionadas. Lactato diz respeito ao sal do ácido lático. Após a dissociação e liberação dos íons de hidrogênio pelos ácidos, a molécula que resta se chama base conjugada do ácido, portanto, lactato é a base conjugada do ácido lático. Em um pH corporal normal o ácido lático se dissocia e rapidamente o lactato é formado. É importante lembrar que a concentração de ácido lático pode não ser a responsável direta pela elevação da acidez sanguínea e muscular. A degradação de ATP produz um íon de hidrogênio, conforme a intensidade do exercício aumenta a acidez metabólica também aumenta, afinal mais ATP são degradados. A acidez metabólica (redução do pH) interfere na capacidade do músculo de gerar força, o que pode contribuir para incapacidade de manutenção de determinada intensidade de exercício. Título: Gráfico hipotético para demonstrar concentrações de lactato durante exercício incremental. Fonte: Adaptado de Powers e Howley (2014, p. 77). FISIOLOGIA GERAL E DO MOVIMENTO PROF.a SYLVIA CHEDID SEIDINGER FACULDADE CATÓLICA PAULISTA | 33 O limiar de lactato é quando há elevação abrupta das concentrações de lactato, que no caso do gráfico acima, ocorreu aproximadamente em 50% VO2máx. O limiar de lactato pode ser explicado por um ou pela combinação dos seguintes fatores: baixas concentrações de oxigênio muscular, glicólise elevada (via adrenalina e noradrenalina), recrutamento de fibras musculares rápidas ou ainda diminuição da taxa de remoção de lactato. ISSO ACONTECE NA PRÁTICA Antigamente, o limiar de lactato era chamado de limiar anaeróbio (Lan) devido à óbvia ligação existente entre o metabolismo anaeróbio e o surgimento do lactato. No entanto, argumentos a respeito da terminologia sugeriram um termo mais neutro, o que permitiu que limiar de lactato começasse a ser utilizado. Para mais informações a esse respeito consulte: Powers e Howley (2014, p. 76-79). 3.2.2. Necessidades metabólicas no repouso e exercício 3.2.2.1. Utilização da energia em repouso O termo taxa metabólica basal (TMB) “é a taxa metabólica determinada em decúbito dorsal, 12 a 18 horas após uma refeição, imediatamente após acordar e em ambiente termoneutro” (KRAEMER; FLECK; DESCHENES, 2016, p. 106). A TMB é responsável por, aproximadamente, 60-75% do total de calorias metabolizadas em um dia. Taxa metabólica de repouso (TMR) “é a taxa metabólica cerca de 4 horas depois de uma refeição leve e após aproximadamente 30 a 60 minutos de repouso sossegado” (KRAEMER; FLECK; DESCHENES, 2016, p. 106). Ambas são influenciadas por inúmeros fatores, a saber: • Idade: a TMB diminui com a idade; • Sexo: homens podem apresentar TMB mais alta do que mulheres devido à maior quantidade de massa corporal magra; • Área de superfície corporal: quanto maior a área de superfície corporal, maior a perda de calor, o que resulta em uma maior TMB. • Temperatura corporal: aumentos na temperatura corporal podem elevar a TMB; • Estresse: elevados níveis de estresse podem elevar a TMB. FISIOLOGIA GERAL E DO MOVIMENTO PROF.a SYLVIA CHEDID SEIDINGER FACULDADE CATÓLICA PAULISTA | 34 3.2.2.2. Utilização da energia durante exercício As reservas intramusculares de ATP e fosfocreatina e a glicose da corrente sanguínea são fontes de energia anaeróbia. As proteínas e os triglicerídeos não são usados para produção de energia de maneira anaeróbia, o que faz com que durante uma atividade anaeróbia, as proteínas e os triglicerídeos não sejam metabolizados significativamente para produção do ATP necessário. Durante atividades aeróbias, a maior parte do ATP necessário é obtida do metabolismo de carboidratos ou triglicerídeos, a depender da duração e da intensidade do exercício. A energia utilizada para manter as funções corporais em repouso é produzida quase 100% pelo metabolismo aeróbio, o que significa que os níveis de lactato em repouso são baixos e estáveis. A mensuração do oxigênio (O2) consumido pelo corpo é um índice que reflete a produção aeróbia de ATP. Um indivíduo em repouso apresenta necessidade de energia relativamente baixa. Um homem adulto com peso corporal de 70 quilos consome 0,25 litros de O2 por minuto. O exercício físico aumenta as necessidades energéticas de um indivíduo, com o gasto energético corporal aumentando cerca de 25 vezes acima do gasto de repouso. Similarmente à mensuração do consumo de O2 em repouso, a medida do consumo de O2 em exercício também fornece informações sobre o metabolismo aeróbio, porém agora em exercício. Considere a situação em que você está em pé, em repouso. Se você realizar apenas um salto e voltar à posição inicial, a fonte de energia para esse movimento será o ATP intramuscular. Caso você precise começar a caminhar, a cada passo, seus músculos aumentam a taxa de produção de ATP a partir da quantidade requerida à permanência em pé para a quantidade requerida para a caminhada. Então, ao se iniciar um exercício, quais são as alterações metabólicas necessárias no músculo esquelético para o fornecimento adequado de energia para a continuidade do exercício? Na transição repouso-exercício o consumo de O2 aumenta rapidamente atingindo um estado estável entre 1-4 minutos aproximadamente. Pelo fato de o consumo de O2 não aumentar de forma instantânea para um valor estável, significa que a produção geral do ATP no início do exercício vem da contribuição das fontes anaeróbias. FISIOLOGIA GERAL E DO MOVIMENTO PROF.a SYLVIA CHEDID SEIDINGER FACULDADE CATÓLICA PAULISTA | 35 ANOTE ISSO Estado estável: este termo pode ser definidocomo um ambiente interno constante, mas não necessariamente o ambiente interno está em repouso e normal. Quando o organismo se encontra em estado estável, quer dizer que “foi atingido um equilíbrio entre as demandas impostas ao corpo e a resposta deste a essas demandas” (POWERS; HOWLEY, 2014, p.33). O termo déficit de oxigênio diz respeito à “diferença entre o consumo de oxigênio nos primeiros minutos de exercício e um período equivalente após o estado estável ser alcançado” (POWERS; HOWLEY, 2014, p. 91). O fato de o consumo de O2 não aumentar instantaneamente ao se iniciar um exercício significa que as vias anaeróbias contribuem para a produção do ATP no início do exercício e somente depois que um estado estável é alcançado que a produção de ATP ocorre via metabolismo aeróbio. ISSO ACONTECE NA PRÁTICA Indivíduos treinados têm uma capacidade aeróbia mais desenvolvida, devido às adaptações cardiovasculares e musculares ao treinamento de endurance, o que permite que esses indivíduos atinjam um estado estável de VO2 mais rapidamente comparado a indivíduos não treinados ou sem treinamento. Nestes dois últimos, o déficit de oxigênio é menor. Em termos práticos, a produção de ATP pela via aeróbia em treinados está ativa antes mesmo do início do exercício e acarreta uma menor produção de lactato e de íons de hidrogênio, em comparação ao indivíduo sem treinamento. 3.2.2.3. Recuperação do exercício Considere agora mais uma situação: você está correndo em esteira ergométrica de maneira confortável há aproximadamente 30 minutos, e então resolve sair da esteira. O seu consumo de O2 não diminui instantaneamente para os valores de repouso, ele continuará alto por vários minutos imediatamente após o exercício. A magnitude e a duração do consumo de O2 após exercício são influenciadas pela intensidade do exercício realizado. FISIOLOGIA GERAL E DO MOVIMENTO PROF.a SYLVIA CHEDID SEIDINGER FACULDADE CATÓLICA PAULISTA | 36 Nesse sentido, débito de oxigênio é o termo utilizado para o “consumo de oxigênio elevado (acima dos níveis de repouso), após o exercício“ (POWERS; HOWLEY, 2014, p.92). Vários pesquisadores argumentaram que o termo débito de oxigênio deveria ser eliminado da literatura, pois o consumo de O2 elevado subsequente ao exercício não parece ser totalmente devido a um «empréstimo» de O2 a partir das reservas corporais de O2. Nos últimos anos, foram sugeridos diversos termos para substituição. Um desses termos é o EPOC (excess post exercise oxygen consumption), que indica o «consumo excessivo de oxigênio pós-exercício». Vários aspectos contribuem para o consumo excessivo de O2 pós-exercício como, por exemplo: • Um pouco do O2 utilizado no início do período de recuperação é usado para ressintetizar fosfocreatina no músculo e repor as reservas de O2 sanguíneas e musculares; • A temperatura corporal elevada; • A quantidade de O2 necessária na gliconeogênese (conversão do lactato em glicose); • Concentração sanguínea elevada de adrenalina e noradrenalina. Título: Déficit de oxigênio e consumo excessivo de oxigênio pós-exercício (EPOC). Fonte: Kraemer, Fleck e Deschenes (2016, p. 100). FISIOLOGIA GERAL E DO MOVIMENTO PROF.a SYLVIA CHEDID SEIDINGER FACULDADE CATÓLICA PAULISTA | 37 3.2.3. Intensidade do exercício e seleção do combustível As gorduras e os carboidratos são as principais fontes de energia durante o exercício em indivíduos saudáveis e com uma dieta equilibrada. As proteínas contribuem com menos de 2% em exercícios com até uma hora de duração. Porém, o papel das proteínas como fonte de combustível pode aumentar em até 3-5% durante exercícios prolongados, com duração entre 3 e 5 horas. Vários são os fatores que determinam se a fonte primária de combustível para a atividade será gordura ou carboidrato, como, por exemplo: a dieta, a duração e a intensidade do exercício e a realização prévia de exercícios de resistência. Dietas pobres em carboidratos e ricas em gorduras resultam em alta taxa do metabolismo de gorduras. Em exercícios prolongados (30 minutos ou mais) e de intensidade moderada (40-59% do VO2máx) acontece um deslocamento gradual do metabolismo de carboidratos para um uso crescente do metabolismo de gorduras. Título: Gráfico ilustrativo da seleção do combustível conforme a duração do exercício. Fonte: Adaptado de Powers e Howley (2014, p. 82). Exercícios intensos usam prioritariamente o carboidrato como combustível, enquanto em exercícios de baixa intensidade, a gordura é o combustível primário a ser utilizado. Em exercícios prolongados e de baixa intensidade (30% do VO2máx), ocorre um aumento progressivo da gordura utilizada pelos músculos e os carboidratos são o combustível durante exercícios de alta intensidade (70% VO2máx). À medida que a intensidade do exercício aumenta, ocorre aumento progressivo do metabolismo de carboidratos e uma diminuição do metabolismo de gorduras. FISIOLOGIA GERAL E DO MOVIMENTO PROF.a SYLVIA CHEDID SEIDINGER FACULDADE CATÓLICA PAULISTA | 38 Título: Gráfico ilustrativo da seleção de combustível conforme a intensidade do exercício. Fonte: Adaptado de Powers e Howley (2014, p. 80). CONCLUSÃO Após compreender a integração entre as vias energéticas bem como as suas principais adaptações ao treinamento físico, é fundamental saber como os sistemas corporais respondem à realização de exercícios. FISIOLOGIA GERAL E DO MOVIMENTO PROF.a SYLVIA CHEDID SEIDINGER FACULDADE CATÓLICA PAULISTA | 39 AULA 4 SISTEMA CARDIOVASCULAR Objetivos da aula: descrever a estrutura geral e organização do sistema cardiovascular bem como as suas principais funções. 4. INTRODUÇÃO Exercícios físicos impõem grande demanda muscular de oxigênio, o que resulta em um desafio para a homeostase corporal. Para obter êxito nesse desafio é necessária a atuação dos vários sistemas corporais. A seguir, será visto como o sistema se constitui e suas principais funções para, posteriormente, ser possível compreender como esse sistema reage frente ao exercício físico. 4.1. Organização do sistema cardiovascular O propósito principal do sistema cardiovascular é eliminar resíduos que foram formados nos tecidos do corpo e distribuir oxigênio e nutrientes em quantidades ideais para esses mesmos tecidos. Fora isso, esse sistema também ajuda no tamponamento da acidose e no controle da temperatura corporal, além de fazer o transporte de hormônios e de células do sistema imune como as plaquetas e os leucócitos. O sistema circulatório e o respiratório (ou sistema “cardiopulmonar”) trabalham de forma conjunta ao atuarem para manter a homeostasia de oxigênio e dióxido de carbono nos tecidos. O sistema respiratório traz oxigênio para o corpo e remove dióxido de carbono do sangue, enquanto o circulatório distribui sangue oxigenado e nutrientes para os tecidos corporais conforme a necessidade. Por meio do sistema circulatório o sangue circula pelo corpo, passando por todos os tecidos corporais. Esse sistema é formado pelo coração, sangue e vasos sanguíneos. O coração ao agir como uma bomba muscular é o responsável pela pressão hidrostática que faz o sangue circular pelo corpo. Ao sair do coração o sangue arterial (repleto de oxigênio) corre pelas artérias para ser distribuído pelo corpo e faz o caminho contrário, indo do corpo de volta ao coração, pelas veias. As artérias ramificam-se extensivamente até se tornarem microscópicas, formando uma árvore de vasos menores chamados arteríolas. As arteríolas se desenvolvem em vasos chamados capilares, que são os menores, porém mais numerosos, vasos FISIOLOGIA GERAL E DO MOVIMENTO PROF.a SYLVIA CHEDID SEIDINGER FACULDADE CATÓLICA PAULISTA | 40 do corpo. As trocas gasosas e de nutrientes entre o sangue e os tecidos acontecem através dos capilares. Após isso, o sangue passa para pequenos vasos chamados vênulas e conforme as vênulas seguem em direção ao coração levando o sangue venoso (sangue com quase nenhum oxigênio e repleto de dióxido decarbono), elas aumentam de tamanho e transformam-se em veias. O sangue venoso cai diretamente dentro do lado direito do coração, no átrio direito. O lado direito do coração bombeia o sangue venoso para dentro dos pulmões onde o dióxido de carbono é liberado pela expiração e o oxigênio passa para o sangue. Esse circuito é chamado de pequena circulação ou circulação pulmonar. O sangue oxigenado volta para o coração, desembocando no átrio esquerdo, e depois no ventrículo esquerdo, para ser bombeado para o corpo. Esse circuito é chamado de grande circulação ou circulação sistêmica. Título: Circulação sistêmica e pulmonar. Fonte: www.planetabiologia.com/sistema-circulatorio http://www.planetabiologia.com/sistema-circulatorio FISIOLOGIA GERAL E DO MOVIMENTO PROF.a SYLVIA CHEDID SEIDINGER FACULDADE CATÓLICA PAULISTA | 41 O coração está dividido em quatro câmaras: átrio e ventrículo direitos (formando a bomba direita, responsável pela circulação pulmonar) e o átrio e ventrículo esquerdos (formando a bomba esquerda, responsável pela circulação sistêmica). Então se pode dizer que o coração consiste em duas bombas em uma. O que separa o lado direito do coração do lado esquerdo e impede que o sangue de ambos os lados se misturem é uma parede muscular chamada septo interventricular. Título: Câmaras do coração. Fonte: Heart_physiology.ppt (live.com) O sangue percorre o coração sempre em um único sentido, indo dos átrios para os ventrículos. Para evitar o movimento retrógrado do sangue para os átrios, existem válvulas de mão única, as valvas atrioventriculares esquerda e direita. A valva atrioventricular esquerda impede que o sangue retorne do ventrículo esquerdo para o átrio esquerdo e é denominada valva bicúspide (Conforme ilustrado na figura Sistema Condutor do Coração). A valva atrioventricular direita que impede que o sangue retorne do ventrículo direito para o átrio direito é denominada valva tricúspide (Conforme ilustrado na figura Sistema Condutor do Coração). Ao sair dos ventrículos, o sangue é bombeado para dentro das artérias, para ir para o pulmão ou para o corpo. O fluxo de volta do sangue das artérias para dentro dos ventrículos é evitado pela valva semilunar pulmonar no ventrículo direito e pela valva semilunar aórtica no ventrículo esquerdo (Conforme ilustrado na figura Sistema Condutor do Coração). A parede do coração possui três camadas, sendo uma camada https://view.officeapps.live.com/op/view.aspx?src=https%3A%2F%2Fsmart.servier.com%2Fwp-content%2Fuploads%2F2016%2F10%2FHeart_physiology.ppt&wdOrigin=BROWSELINK FISIOLOGIA GERAL E DO MOVIMENTO PROF.a SYLVIA CHEDID SEIDINGER FACULDADE CATÓLICA PAULISTA | 42 externa (ou epicárdio), uma camada muscular média (ou miocárdio) e uma camada interna (ou endocárdio). Título: Camadas da parede do coração. Fonte: Heart_physiology.ppt (live.com) O miocárdio ou músculo cardíaco é responsável por contrair e impulsionar o sangue para fora do coração e, por isso, apresenta alta demanda de oxigênio e nutrientes, mesmo durante o repouso. O seu suprimento sanguíneo é de responsabilidade das artérias que se ramificam da aorta e circundam o coração, que são chamadas de artérias coronárias esquerda e direita. Acompanhando lateralmente essas artérias estão as veias coronarianas que drenam o sangue coronariano para o seio coronário que é uma veia maior que deposita o sangue dentro do átrio direito. As artérias e veias coronárias são encontradas na superfície externa do coração, para que elas não sejam comprimidas durante a contração cardíaca, permitindo fluxo constante de sangue para suprir o coração. Quando uma câmara cardíaca passa pela sístole, o músculo cardíaco, como todos os músculos, se contrairá em todas as direções, comprimindo os vasos sanguíneos dentro do tecido e ocluindo, ou parcialmente ocluindo, o fluxo sanguíneo. Assim, o tecido cardíaco recebe boa parte do seu suprimento sanguíneo durante a diástole. Uma adaptação ao treinamento aeróbio ou cardiovascular é uma diminuição da frequência cardíaca durante o repouso, bem como durante um exercício submáximo. Com uma frequência cardíaca menor, a fase diastólica do ciclo cardíaco é maior. Assim, a frequência cardíaca menor durante um exercício submáximo ajuda a garantir suprimento sanguíneo suficiente para o tecido cardíaco. Essa é uma razão pela qual a frequência cardíaca menor é uma adaptação positiva ao treinamento aeróbio ou cardiovascular (KRAEMER; FLECK; DESCHENES, 2016, p. 216). https://view.officeapps.live.com/op/view.aspx?src=https%3A%2F%2Fsmart.servier.com%2Fwp-content%2Fuploads%2F2016%2F10%2FHeart_physiology.ppt&wdOrigin=BROWSELINK FISIOLOGIA GERAL E DO MOVIMENTO PROF.a SYLVIA CHEDID SEIDINGER FACULDADE CATÓLICA PAULISTA | 43 Título: Artérias coronárias e veias coronarianas. Fonte: Heart_physiology.ppt (live.com) ANOTE ISSO Quando o fluxo de sangue para o miocárdio é interrompido, por algum bloqueio sanguíneo coronariano, mesmo que por alguns poucos minutos, o coração pode sofrer danos permanentes. Esses danos ou lesões que culminam na morte de células do miocárdio são mais comumente chamados de ataque cardíaco ou infarto do miocárdio. 4.2. Ciclo cardíaco Um ciclo cardíaco diz respeito ao padrão repetitivo de contração (sístole) e relaxamento (diástole) do coração. O coração tem ação de bombeamento em duas etapas: os átrios direito e esquerdo contraem-se juntos, esvaziando sangue para dentro dos ventrículos, que irão se contrair juntos para distribuir o sangue pulmonar e sistêmico. A contração atrial (ou sístole atrial) ocorre enquanto os ventrículos estão em diástole, e no relaxamento dos átrios, os ventrículos estão em sístole (ou sístole ventricular). É essa dinâmica que irá determinar a frequência cardíaca em repouso de um indivíduo. Uma mulher saudável de 21 anos de idade apresenta frequência cardíaca em torno de 75 batimentos por minuto, aproximadamente. Quando os átrios estão relaxados o sangue advindo da circulação venosa flui para dentro deles. Conforme os átrios se enchem, a pressão em seu interior se eleva. Aproximadamente 70% do sangue que entra nos átrios relaxados flui diretamente para dentro dos ventrículos passando pelas valvas atrioventriculares. Na sístole atrial, https://view.officeapps.live.com/op/view.aspx?src=https%3A%2F%2Fsmart.servier.com%2Fwp-content%2Fuploads%2F2016%2F10%2FHeart_physiology.ppt&wdOrigin=BROWSELINK FISIOLOGIA GERAL E DO MOVIMENTO PROF.a SYLVIA CHEDID SEIDINGER FACULDADE CATÓLICA PAULISTA | 44 a pressão dentro dos átrios sobe, forçando os 30% restante do sangue ali presente para dentro dos ventrículos. Durante o enchimento dos ventrículos, a pressão dentro deles é baixa. A pressão dos ventrículos vai sofrendo elevação discreta durante a contração dos átrios, e conforme os ventrículos vão se contraindo a pressão dentro deles aumenta abruptamente, o que faz com que as valvas atrioventriculares se fechem para evitar o refluxo de sangue para os átrios. Dessa forma, a pressão dentro dos ventrículos ultrapassa a pressão das artérias aorta e pulmonar e as suas respectivas valvas se abrem levando o sangue para as circulações sistêmica e pulmonar, respectivamente. Quanto mais grossa for a parede de uma câmara cardíaca, maior será a força com que ela ejetará o sangue. O ventrículo esquerdo bombeia sangue para todo o corpo contra uma pressão arterial mais alta, e, dessa forma, certa resistência ao fluxo, por isso, ele tem maior espessura de parede. Durante exercícios físicos, principalmente os treinos de força que são realizados contra uma alta resistência, a pressão arterial sistêmica se eleva. A realização do treinamento físico por algumas semanas pode resultar em um espessamento da parede ventricular esquerda facilitando para que o ventrículo esquerdo supere essa elevação de pressão arterial durante realização da atividade mais facilmente. A hipertensão arterial crônica também pode aumentar a espessura da parede ventricular esquerda,porém muitas vezes ultrapassando um aumento que é considerado normal (13 mm aproximadamente), o que pode prejudicar a quantidade de sangue a ser ejetada pelo ventrículo. Com isso, existem diferenças na magnitude da alteração da espessura ventricular esquerda quando comparada a adaptação ao treinamento e a alteração pela hipertensão. Com o treinamento causando a hipertrofia fisiológica no coração, a vasculatura coronária também se adapta, aumentando o tamanho das artérias principais e a capilarização do miocárdio. Entretanto, quando a massa ventricular esquerda aumenta em virtude da adaptação patológica à hipertensão crônica, as mudanças na vasculatura não ocorrem, demonstrando novamente que existe uma diferença entre as adaptações patológica e fisiológica do miocárdio (KRAEMER; FLECK; DESCHENES, 2016, p. 221). 4.3. Controle do ciclo cardíaco 4.3.1. Controle intrínseco São necessários mecanismos anatômico-fisiológicos para garantir que a contração dos átrios aconteça antes da contração ventricular. O controle intrínseco da atividade FISIOLOGIA GERAL E DO MOVIMENTO PROF.a SYLVIA CHEDID SEIDINGER FACULDADE CATÓLICA PAULISTA | 45 do coração, portanto, diz respeito a estruturas internas do coração que possibilitam que as câmaras contraiam em uma ordem específica que assegure que o sangue se mova na direção correta do coração em direção às circulações sistêmica e pulmonar. O tecido nervoso que inerva a musculatura cardíaca em conjunto com as próprias fibras musculares cardíacas são capazes de iniciar o impulso próprio para contração. Essa capacidade de contração a intervalos de tempo relativamente determinados, é denominada automatismo cardíaco. O nodo sinoatrial (nodo SA) é “uma área de tecido nervoso especializado na porção superior do átrio direito que tem a taxa mais rápida de automatismo” (KRAEMER; FLECK; DESCHENES, 2016, p. 218), atuando como um marca-passo cardíaco. O estímulo para contração se espalha pelos átrios, que se contraem, e com isso o impulso se espalha para outras áreas do tecido nervoso especializado localizado na parte inferior do átrio direito, chamada de nodo atrioventricular (nodo AV). A passagem do impulso pelo nodo AV atrasa o impulso por, aproximadamente, 1/10 de segundo antes de propagar o impulso para os ventrículos, e isso permite que a sístole atrial ocorra antes da sístole ventricular, para que os ventrículos se encham com o sangue dos átrios. O nodo AV conecta os átrios aos ventrículos por meio de um par de vias condutoras denominadas feixes direito e esquerdo. Os feixes direito e esquerdo ramificam-se em fibras menores ao chegarem aos ventrículos, denominadas fibras de Purkinje. As fibras de Purkinje são responsáveis por espalharem a onda de contração por toda extensão dos ventrículos, de modo que todo o tecido cardíaco seja contraído durante cada batida, em um curto período, porém de maneira bastante sincronizada. Esse mecanismo garante que o sangue seja bombeado pelos ventrículos de forma muito eficiente, pois utiliza o mínimo possível de energia. Um dos registros da atividade elétrica do coração durante o ciclo cardíaco é chamado de eletrocardiograma (ECG). O ECG registra o “movimento dos íons (ou seja, corrente elétrica) durante um ciclo cardíaco, e pode ser utilizado para determinar se um coração está funcionando normalmente ou se há uma anormalidade dentro do ciclo cardíaco” (KRAEMER; FLECK; DESCHENES, 2016, p. 224). FISIOLOGIA GERAL E DO MOVIMENTO PROF.a SYLVIA CHEDID SEIDINGER FACULDADE CATÓLICA PAULISTA | 46 Título: Sistema condutor do coração. Fonte: Adaptado de Powers e Howley (2014, p. 197) 4.3.2. Controle extrínseco No controle extrínseco (externo ao coração) do ciclo cardíaco, estão dois fatores principais que influenciam a frequência cardíaca em repouso ou em exercício: os componentes simpático e parassimpático da divisão autonômica do sistema nervoso. Fibras nervosas parassimpáticas que inervam os nodos SA e AV se originam no centro de controle cardiorrespiratório localizado no bulbo e chegam ao coração como parte do nervo vago. Nos nodos SA e AV, essas fibras nervosas parassimpáticas liberam acetilcolina, que é responsável por diminuir a atividade de ambos os nodos, o que resulta na diminuição da frequência cardíaca. Dessa forma, aumentos na estimulação parassimpática diminuem a frequência cardíaca enquanto a inibição da estimulação parassimpática resulta em elevação na frequência cardíaca. As fibras nervosas simpáticas chegam ao nodo SA e AV e ao miocárdio como parte dos nervos aceleradores cardíacos. Nos nodos SA e AV essas fibras simpáticas liberam norepinefrina, responsável por aumentar a frequência cardíaca. A norepinefrina também age aumentando a força de contração do coração, elevando o volume de sangue bombeado por ele a cada contração. Assim, um aumento na atividade simpática eleva FISIOLOGIA GERAL E DO MOVIMENTO PROF.a SYLVIA CHEDID SEIDINGER FACULDADE CATÓLICA PAULISTA | 47 a frequência cardíaca e a remoção da estimulação simpática diminui a frequência cardíaca. Portanto, a frequência cardíaca, depende do balanço entre as estimulações simpática e parassimpática. Se no repouso a pressão arterial na aorta aumenta acima do normal, ocorre estimulação parassimpática, enquanto há diminuição na estimulação simpática, resultando em decréscimo na frequência cardíaca e na força contrátil do miocárdio. Consequentemente, há menor volume de sangue bombeado a cada batimento cardíaco e retorno da pressão arterial aos valores normais de repouso. Ao se iniciar um exercício, há redução na estimulação parassimpática, e consequente elevação da frequência cardíaca. Essa informação nos leva à hipótese de que a diminuição da frequência cardíaca de repouso como adaptação a exercícios aeróbios tem como causa o aumento da estimulação parassimpática e a redução da estimulação simpática. 4.4. A pressão arterial O sistema circulatório atua como um sistema de “alça fechada” contínua, em que o fluxo de sangue acontece devido a diferenças de pressão entre as duas extremidades do sistema. Assim, o sangue flui da região de maior pressão (artéria aorta) para a região de menor pressão (átrio direito) e conforme ele vai passando pela aorta, depois pelas artérias, capilares e, finalmente, pelas veias, a pressão diminui a cada passo adiante nesse ciclo. A contração do coração para o bombeamento do sangue cria pressão, forçando o sangue para as circulações pulmonar e sistêmica. O sangue então exerce pressão ao passar por todo o corpo, e junto às artérias essa pressão se torna mais intensa. A pressão arterial é classificada como a “força exercida pelo sangue contra as paredes arteriais e é determinada pela quantidade de sangue bombeada e intensidade da resistência ao fluxo sanguíneo” (POWERS; HOWLEY, 2014, p. 194). A pressão arterial é medida e usada como indicador da condição de saúde de um indivíduo. O aparelho usado para aferir a pressão arterial é o esfigmomanômetro, que pode ser manual ou digital. Em homens adultos saudáveis a pressão arterial gira em torno de 120/80 milímetros de mercúrio (mmHg) e em mulheres adultas saudáveis em torno de 110/70 mmHg. E o que significam esses números? O número maior, que vem expresso primeiro, é a pressão arterial sistólica (pressão gerada nas artérias pelo sangue vindo do coração durante a sístole ventricular). O número menor, que FISIOLOGIA GERAL E DO MOVIMENTO PROF.a SYLVIA CHEDID SEIDINGER FACULDADE CATÓLICA PAULISTA | 48 vem expresso depois do maior, representa a pressão arterial diastólica (durante a diástole ventricular a pressão nas artérias diminui). Exemplificando, em termos práticos: na sístole do ventrículo esquerdo, a pressão aumenta e a válvula aórtica se abre. O sangue flui para a artéria aorta e consequentemente para as artérias de distribuição. A pressão nas artérias aumenta (120 mmHg). Ao final da sístole ventricular esquerda, a válvula aórtica se fecha e o sangue armazenado nas