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METABOLISMO AERÓBICO E ANAERÓBICO DURANTE O EXERCÍCIO Disciplina de Fisiologia Aplicada à Fisioterapia Profa. Patrícia Neves ftpatricianeves@yahoo.com.br METABOLISMO ANAERÓBICO DURANTE O EXERCÍCIO Disciplina:Fisiologia do exercício Metabolismo aeróbico e anaeróbico • Aeróbico requer oxigênio para produção de ATP • Anaeróbico não requer oxigênio para produção de ATP • Não são exclusivos – trabalham simultaneamente para produção de energia • Um sistema predomina sobre o outro dependendo das condições do exercício Metabolismo aeróbico e anaeróbico 1. Metabolismo anaeróbico alático: sistema ATP-PC – energia para 10 segundos de atividade máxima 2. Metabolismo anaeróbio lático: glicólise anaeróbica – Energia quando as demandas de ATP ultrapassam a capacidade dos sistemas ATP-PC e aeróbico 3. Metabolismo aeróbico: glicólise aeróbica /ciclo de Krebs/ cadeia transportadora de elétrons e fosforilação oxidativa: – Energia do repouso e do trabalho até o limite máximo de captação e consumo de oxgênio (VO2 máx). Produção anaeróbica alática de ATP • Sistema fosfagênio ou ATP-PC – regeneração do ATP • Presente nos músculos – a quantidade armazenada depende do tipo de fibras – Fibras oxidativas (glicólise aeróbica) ou de contração lenta – Fibras glicolíticas (glicólise anaeróbica) ou de contração rápida – possuem mais PC que ATP • Utilizada preferencialmente nas atividades de alta intensidade e curta duração e como energia imediata quando a demanda aumenta • Ex: piques, arrancadas, corridas de 400 m, natação de 100m. Fosfocreatina - PC • Creatina ligada ao fosfato • 120 a 125 mmol/Kg de músculo seco • Degradada para creatina – 2g/dia excretada pelos rins • 1 g é ingerido (carne, aves, peixes) e outro g é sintetizado no fígado a partir de aminoácidos (arginina, glicina, metionina) • 95% da creatina é armazenada no músculo – 40% como creatina livre e 60% como fosfocreatina Produção anaeróbica alática de ATP Metabolismo anaeróbico lático • Produzido nas células musculares na glicólise pela transferência dos íons H+ para o piruvato. • Os valores sanguíneos dependem do equilíbrio entre a produção e a remoção (duração e intensidade do exercício) Desequilíbrio acúmulo de lactato – limiar de lactato sanguíneo Metabolismo anaeróbico lático • Fatores determinantes da produção de ácido lático: – Contração muscular – Atividade enzimática – Tipos de fibras musculares – Ativação do SNS – Quantidade insuficiente de oxigênio Metabolismo anaeróbico lático • Contração muscular : o cálcio liberado durante a contração muscular ativa a glicogenólise pela via rápida produção de lactato independente dos níveis de oxigênio • Atividade enzimática: a desidrogenase lática (LDH) - enzima que catalisa a conversão de piruvato a lactato - maior velocidade de atividade que as enzimas catalisadoras das demais vias maior produção de ácido lático • Tipos de fibras musculares: as fibras glicolíticas produzem ácido lático independente da disponibilidade de O2 Metabolismo anaeróbico lático • Ativação do SNS: no exercício - libera epinefrina e glucagon que acelera a glicogenólise e formação de piruvato aumento da produção de lactato. • Oxigênio insuficiente: na indisponibilidade do O2 receber os íons H+ • A presença de lactato não reflete necessariamente a ausência de O2 mas apenas a maior utilização da via glicolítica anaeróbica. Depuração do lactato • Oxidação: ao entrar nas mitocôndrias (transporte intracelular) ou em fibras oxidativas ou outras células (transporte extracelular) pode ser convertido a piruvato pela oxidação dos íons H+ principal processo de depuração • Gliconeogênese: no fígado energia para as células musculares ou será convertido em glicogênio. • Transaminação: poderá sofrer trasaminação nas fibras musculares ou no fígado aminoácidos (alanina gliconeogênes) e cetoácido ciclo de Krebs. Lactato constitui uma fonte de energia muscular e de outros órgãos Mensuração do metabolismo anaeróbico • Avaliação das substâncias químicas usadas (ATP e PC) e produzidas (lactato) no metabolismo anaeróbico. • Quantificar o trabalho realizado ou a potência gerada numa atividade de alta intensidade e curta duração. Mensuração do metabolismo anaeróbico: ATP-PC e lactato • ATP, PC e lactato amostras de biópsia muscular • Lactato análise sanguínea venosa ou capilar da polpa digital • Equilíbrio entre os valores sanguíneos e musculares leva de 5 a 10 min. • Valores: – Repouso: 1-2 mmo/L ou 9-18 mg/100mL – Trabalho máximo: > 8 mmol/L ou 72 mg/100 mL Teste de potência e capacidade anaeróbica • Capacidade: quantidade total de energia produzida pelo sistema • Potência: quantidade máxima de energia produzida por unidade de tempo Sistema de energia Potência Kcal/min Tempo Capacidade Kcal ATP-PC 72 09-10 seg 11 Glicólise anaeróbica 36 1 min e 20 seg 48 Glicólise aeróbica + ciclo de Krebs 7,2 – 19,1 2 horas e 19 min 359-1.268 Teste de potência e capacidade anaeróbica: medidas indiretas • Realização de testes que avaliam: – Potência mecânica total gerada durante um trabalho de alta intensidade e curta duração; – Quantidade de trabalho mecânico realizado em um período de tempo específico; – Tempo necessário para realizar uma determinada quantidade de trabalho presumivelmente anaeróbico. Teste anaeróbico Wingate • Medir a potência e capacidade anaeróbicas. • Pedalagem explosiva de 30 segundos contra uma resistência baseada no peso corporal: – 0,075 kg/kg de peso crianças – 0,086 kg/kg de peso mulheres adultas – 0,095 kg/kg de peso homens adultos – 0,1 kg/kg de peso atletas Variação do teste de Katch: carga fixa para o sexo e tempo total de 40 segundos. Teste anaeróbico Wingate • Número de revoluções da roda a cada 5 segundos (5 segundos e total – 30 segundos) • Distância percorrida por revolução • Carga relativa ao peso Teste anaeróbico Wingate • Variáveis calculadas: Pico de potência (PP): potência máxima num trabalho de 5 seg anaerobiose alática – energia imediata Potência média (PM): potência média no tempo total - 30 seg anaerobiose lática – energia a curto prazo Índice de fadiga: percentual de queda do PP anaerobiose alática e lática – imediata e a curto prazo. Capacidade anaeróbica: trabalho total empreendido nos 30s Há contribuição glicolítica aeróbica! Não é puramente, mas é predominantemente anaeróbico Subida da escada de Margaria-Kalamen • Corrida de 6 metros numa superfície plana + subir uma escadaria pulando três degraus por vez. • A potência é calculada com o peso do indivíduo, a altura vertical entre o 3º e 9º degraus e o período de tempo entre o 3º e 9º degraus . • Considerado um teste de potência anaeróbica alática pelo curto período envolvido – menos de 5 seg. Testes de campo • Testes com salto vertical: mede-se a altura final alcançada • Teste com salto horizontal: mede-se a distância final alcançada Trabalho = força X distância • Estão correlacionados com a potência anaeróbica alática indicadores aceitáveis. Objetivos dos testes de metabolismo anaeróbico • Inferir sobre as diferenças individuais na capacidade degerar energia anaeróbica; • Estimar a potência individual comparando-a com a encontrada em outros indivíduos com características semelhantes (idade, sexo, altura, peso); • Avaliar as mudanças que ocorrem no desempenho do atleta com o treinamento. METABOLISMO AERÓBICO DURANTE O EXERCÍCIO Consumo de oxigênio no exercício (VO2) • Aumenta rapidamente nos primeiros minutos de exercício • Atinge um platô no exercício em ritmo constante equilíbrio entre a demanda de energia muscular e a produção aeróbica de ATP – não ocorre acúmulo de lactato. Déficit de oxigênio e consumo excessivo de oxigênio após o exercício • Déficit de oxigênio: diferença entre o oxigênio necessário no início do exercício e o oxigênio fornecido e utilizado. • Consumo excessivo de oxigênio (EPOC): consumo de oxigênio no período de recuperação acima dos valores normais de repouso. O que causa o déficit de oxigênio? Não significa apenas uma incapacidade dos sistemas circulatório e respiratório atender as demandas metabólicas! • Consequente a utilização limitada de O2 como resultado de ajustes metabólicos – os níveis elevados de ADP, Pi e NADH+ + H+ estimulam tanto os processo aeróbicos como os anaeróbicos. • O fornecimento de energia ocorre pela transição uniforme entre as fontes anaeróbicas e aeróbicas com considerável sobreposição entre elas. O que causa o EPOC? • Restauração das reservas de ATP-PC: refosforilar ATP e creatina para os níveis de repouso • Restauração das reservas de O2: reabastecer as reservas de O2 do sangue (Hb) e do músculo (mioglobina) • Função cardiovascular e respiratória elevada: FR, amplitude respiratória e FC • Níveis hormonais elevados: até que os hormônios sejam eliminados haverá consumo de ATP e O2 • Temperatura corpórea elevada: eleva o metabolismo basal - o resfriamento leva alguns segundos para acontecer • Remoção do lactato Por que o lactato constitui um problema? • Quantidade de H+ ultrapassa a capacidade de tamponamento o pH torna-se ácido. • Dor estimulação de nociceptores musculares • Redução de desempenho fadiga metabólica e muscular Queda do desempenho - fadiga • Fadiga metabólica: menor produção de ATP – Alterações enzimáticas – Alterações nos mecanismos de transporte de membrana que afetam o movimento intra-celular das moléculas – Redução da disponibilidade de substrato • Fadiga muscular: – Força e velocidade de contração reduzidas inibição da actinomiosinaATPase e das ações e captação do cálcio. Intensidade de Exercício: Metabolismo do triglicerídio e do carboidrato. REPOUSO EXERCÍCIO MODERADO EXERCÍCIO MÁXIMO ATP 33% CARBO 66% TRIG TRIG>CARBO 100%CARBO ( Triglicerídeos e proteínas não são usados no metabolismo anaeróbio) Metabolismo Máximo de gorduras entre 65-75% da FCmáx Mensuração do metabolismo aeróbico • Objetivo quantificar toda a energia necessária para completar uma atividade. • Metabolismo aeróbico consome oxigênio e produz calor Consumo de oxigênio espirometria Produção de calor calorimetria Calorimetria • Mensuração direta do calor • Aplicação prática limitada Mensuração da energia térmica liberada ou absorvida nos processos metabólicos Espirometria – calorimetria indireta • Método indireto para estimar o dispêndio de energia pela análise da quantidade de O2 consumido e de CO2 produzido. • O consumo de O2 é proporcional a produção de calor e ATP no equilíbrio dinâmico – relação linear entre VO2 e produção de ATP. 1. Espirometria de circuito fechado: O2 a 100% é inspirado em um recipiente lacrado e mede-se a diferença entre os volumes final e inicial de oxigênio ; 2. Espirometria de circuito aberto: ar ambiente é inspirado e analisa-se a diferença nas concentrações do O2 e CO2 numa amostra do gás exalado. Bicicleta ergométrica ou esteira Sistema computadorizado e microprocessado programado para cálculos metabólicos, impressora e monitor Monitor de FC, PA e temperatura Sistemas para obtenção das amostras do ar expirado Analisador de O2 e CO2 Medida da ventilação pulmonar Espirometria durante o exercício Boa concordância com a calorimetria direta Espirometria – calorimetria indireta Espirometria – calorimetria indireta • Consumo de Oxigênio (VO2): quantidade de oxigênio captada, transportada e usada ao nível celular. – Quantidade de O2 inspirada - expirada • Dióxido de carbono produzido (VCO2): quantidade de CO2 gerada durante o metabolismo. - Quantidade de CO2 inspirada – expirada • Quantidade do gás = volume do ar x percentual do gás • Oxigênio: 20,93% • Gás carbônico: 0,03% • Nitrogênio: 79,04% Concentração dos gases no ar atmosférico Espirometria – calorimetria indireta Consumo de O2 (VO2) = [ volume do ar inspirado x percentual do O2 no ar inspirado] – [volume do ar expirado x percentual do O2 no ar expirado] Produção de CO2 (VCO2) = [ volume do ar inspirado x percentual do CO2 no ar inspirado] – [volume do ar expirado x percentual do CO2 no ar expirado] Exercício em estado estável Após a elevação inicial, o VO2 alcança um equilíbrio e permanece estável durante todo o exercício – equilíbrio dinâmico Exercício submáximo , leve a moderada intensidade (< 70% do VO2máx) e curta duração (5 a 10 min) VO2 em diferentes tipos de exercício No exercício aeróbico incremental até o máximo – solicita-se o exercício até o indivíduo ficar excessivamente cansado para prosseguir; Aumenta-se a velocidade ou o grau de inclinação da esteira para deixar o exercício mais árduo; Os valores da ventilação e do VO2 aumentam proporcionalmente ao aumento da demanda. Demonstra a capacidade máxima do sistema ventilatório; Produção máxima de ATP pela capacidade aeróbica. VO2máx quantidade mais alta de O2 que o indivíduo consegue captar e utilizar para produzir ATP aerobicamente durante um exercício vigoroso. Determinação do esforço máximo • Lactato > 8 mmol/L • FC = FCmáx prevista (220-idade) + 12 bpm • Relação de permuta respiratória (RPR) = 1,0 ou 1,1 de acordo com a idade • Platô no consumo de oxigênio Quociente respiratório – Relação da permuta respiratória • Relação de permuta respiratória (RPR): relação do volume de CO2 produzido dividido pelo volume de O2 consumido em nível corporal total. • Quociente respiratório (QR): relação da quantidade de CO2 produzida dividida pela quantidade de O2 consumida em nível celular. QR = CO2 O2 Quociente respiratório • Varia de acordo de acordo com a fonte de energia utilizada – diferença na composição química dos alimentos. Ex: 1. Carboidratos: glicose C6H12O6 + 6O2 6CO2 + H2O + energia QR = 6CO2/6O2 1 2. Gordura: palmitato C16H32O2 +23O2 16CO2 +15H2O + energia QR = 16CO2/23O2 0,71 3. Proteína: albumina C72H112N2O22S + 77O2 63CO2 + 38H2O + SO3 + 9CONH2 QR = 63CO2/77O2 0,82. Quociente respiratório • Permite estimar os combustíveis utilizados – QR = 1 -> alta dependência de carboidrato – QR = 0,71 -> alta dependência de gordura – QR = 0,82 -> alta dependência de proteínas • Dieta normal -> vários combustíveis • Exercício intenso -> produção de CO2 anaeróbica• Qualquer situação que aumente a ventilação -> aumento do CO2 exalado – estresse pré-teste; início da recuperação após um trabalho. Relação de permuta respiratória (RPR) • Medida mais precisa para indicar a relação entre a produção de Co2 e o consumo de O2 –mistura dos combustíveis. • RPR > 1 -> exercício máximo – participação do metabolismo anaeróbico • Não permite diferenciar a utilização de diferentes combustíveis • Para medir a utilização das proteínas seria necessário medir o nitrogênio excretada na urina ou no suor – RPR não proteico. Estimativa do dispêndio calórico • Os carboidratos são mais eficientes no uso do oxigênio para produzir energia, seguidos da gordura e, posteriormente, pelas proteínas. • Número de calorias produzidas por litro de O2 consumido (Kcal/L de O2) equivalente calórico • Se o VO2 e o equivalente calórico são conhecidos pode-se calcular o custo calórico: dispêndio de energia aeróbica de uma atividade realizada por um período de tempo específico calorias totais (Kcal), calorias por minuto (Kcal/min) ou em relação ao peso corporal (Kcal/Kg/min) Estimativa do dispêndio calórico • Ex: corrida na esteira O indivíduo tinha um RPR = 0,91 e utilizou 2,15 L de O2/min. O equivalente calórico para essa RPR = 4,936 Kcal/L de O2. Custo calórico = 2,15 x 4,936 = 16,1 Kcal/min • O custo calórico é uma estimativa do dispêndio de energia aeróbica; • Não informa sobre o componente anaeróbico . • Útil para prescrição do exercício. Equivalente metabólico (MET) • Custo energético médio de oxigênio na posição sentada e em repouso de um adulto = 3,5 mL/Kg/min ou 1 Kcal/Kg/h. • Seus múltiplos (1 MET, 2 MET, 3 MET...) representam o consumo de oxigênio da atividade em relação ao repouso. • Uma atividade que consome 5 MET exige 5 vezes mais oxigênio que o repouso. Equivalente metabólico (MET) • Nº de MET da atividade = consumo de oxigênio (ml/Kg/min) dividida por 3,5 mL/Kg/min . • Se um indivíduo gasta 29 mL/Kg/min de O2 em uma determinada tarefa, o nível de MET é de 29 mL/Kg/min / 3,5 mL/Kg/min = 8,3 MET. • Converter MET em Kcal usar a a relação 1 MET = 1 Kcal/Kg/h, transformar hora em minuto e multiplicar pelo peso. Para uma pessoa de 68 Kg : 8,3 MET = 68Kg x 8,3 Kcal/60 min = 9,4 Kcal/min Equivalente metabólico (MET) • O nº de MET utilizado por cada atividade podem ser usados para prescrição do exercício. Atividade MET Basquete 7-12 Boliche 2-4 Caminhada 2,3-3,6 Dança 6-9 Natação 4-8 Pular corda 8-12 TESTE ERGOMÉTRICO TESTE ERGOMÉTRICO • Resposta sintoma-imitada • 6 a 15 minutos • Carga inicial baixa que aumenta em intervalos regulares É a capacidade de realizar atividades físicas cotidianas, ocupacionais, esportivas e de lazer. Capacidade de suportar uma atividade dinâmica, que envolva grandes grupos musculares, por um longo período. Chamada também de capacidade Aeróbia, expressa pelo VO2máx. Capacidade Funcional Capacidade Funcional – efeitos benéficos com exercício Dose/resposta 2000Kcal/semana Aumento na expectativa de vida Ajustes Cardiovasculares 50% VO2máx VS VO2máx Medida do VO2máx Realizada por meio de protocolos de esforço: • Medida Direta (ergoespirometria) • Medida Indireta, estimada (ergometria) Critérios para medida do VO2máx CRITÉRIOS DESCRIÇÃO Duração do teste 6-15 minutos Duração do estágio 1-3 minutos ou rampa Intensidade do aumento Baseada na duração do estágio e na aptidão cardiorrespiratória do indivíduo Modo Especificidade do indivíduo em relação ao treinamento, estado das doenças e considerações musculoesqueléticas. Critérios para estabelecer Platô no VO2 VO2máx versus VO2 pico Razão de troca respiratória (R ) >1,1 FCmáx atingida igual a Fcmáx prevista ou até 10bpm mais baixa Atrofia Muscular por desuso Dispnéia Sensação de cansaço Mobilidade Capacidade Funcional Função Pulmonar / cardiovascular Intolerância ao exercício Comprometimento da Capacidade Funcional Teste de Esforço Físico - Máximo O teste de esforço para avaliação da CF fornece uma medida objetiva da intolerância ao exercício, permite classificar o indivíduo e realizar comparações interindividuais pré e pós-treinamento, determinar o prognóstico e planejar o treinamento físico adequado às condições físicas de cada paciente. Teste de Esforço Físico - Submáximo A sintomatologia relacionada ao esforço, as respostas cardiovasculares ao exercício e a evolução podem ser avaliadas no decorrer do tratamento fisioterápico pelos testes de esforço submáximos. Os testes submáximos utilizam a FC para estimar o VO2máx, o que representa desvantagem pois a FC não é o único indicador de condicionamento físico e sofre influências do meio, como uso de medicamentos. Contra-indicações para o Teste de Esforço Físico Absolutas • Modificações recentes no ECG de repouso; • Angina instável; • Arritmias cardíacas descontroladas; • Estenose aórtica sintomática grave; • ICC descompensada; •Embolia pulmonar ou sistêmica recente; • Miocardite ou pericardite aguda; • Aneurisma dissecante da aorta; •Infecções agudas; •Edema pulmonar; •IRpA; •SpO2 de repouso <85% Contra-indicações para o Teste de Esforço Físico Relativas • Estenose coronária esquerda principal; • Doença valvular estenótica moderada; • Anormalidade eletrolíticas; • HÁ grave: PAS > 200mmHg e/ou PAD> 110mmHg, em repouso; • Cardiomiopatia hipertrófica; • BAV de grau elevado; • Aneurisma ventricular; • Doença metabólica descompensada (diabetes) • Doença infecciosa crônica (AIDS, Hepatite, etc) Classificação da Capacidade Funcional Classe VO2máx Condicionamento Físico (mL.Kg.min-1) --------- acima de 50 Atletlas e bem-condicionados I entre 30 e 50 Trabalhadores braçais e indivíduos não-sedentários I e II entre 14 e 35 Sedentários sadios II e III entre 7 e 15 Restrição para as atividades cotidianas IV entre 3,5 e 7 Sintomáticos Classificação da Capacidade Funcional pela New York Heart Association(NYHA) Teste de Esforço Físico - Máximo Mais utilizado para diagnosticar DAC; Tanto a velocidade como a inclinação são aumentadas a cada 3 minutos; A vantagem é o tempo que o paciente chega à exaustão (± 9 a 12min) Para indivíduos de baixa FC a fadiga pode ser precoce (protocolo de Bruce modificado) Desvantagem para quem alcança o estágio IV e tem que correr, devido a falta de precisão das medidas. Protocolo de Bruce (Esteira) Teste de Esforço Físico - Máximo Homens Saudáveis e ativos VO2máx = (3,778 x T) + 0,19 Homens Saudáveis e sedentários VO2máx = (3,298 x T) + 4,07 Portadores de disfunções cardíacas VO2máx = (2,327 x T) + 9,48 Adultos Saudáveis VO2máx = 6,70-(2,82xS)+(0,056xTT)Onde T = tempo em minutos; TT= tempo em segundos; S=sexo(2 para mulheres e 1 para homens) Protocolo de Bruce (Esteira) Teste de Esforço Físico - Máximo Protocolo de Ellestad (Esteira) Velocidade aumenta progressivamente de 1,7 a 6,0 milhas/hora, sem alterar a inclinação da esteira. A inclinação permanece em 10% até o V estágio quando sobe para 15%. Trata-se de um teste com alta carga de trabalho(inicia com 5MET), mais indicado para indivíduos ativos.
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