Fisiologia do exercício - Slides

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FISIOLOGIA DO EXERCÍCIO
Atividade Física
• trabalho
• lazer
Aptidão Física 
Fisiológica
-Bem-estar
-Morbidade
-Mortalidade
• Hereditariedade
• Estilo de vida
• Meio-ambiente
• Atributos pessoais
 
Saúde
CONCEITOS
• O sistema esquelético provém a estrutura básica através das quais 
os músculos atuam
• O sistema cardiovascular supre as células com nutrientes e remove 
produtos do metabolismo
• O sistemas cardiovascular e respiratório juntos levam oxigênio às 
células e removem gás carbônico
• A pele ajuda controlar a temperatura corporal permitindo trocas de 
calor com o ambiente
• O sistema urinário ajuda a manter o balanço de líquidos e eletrólitos 
e regulação da pressão arterial de longo prazo
• Os sistemas nervoso e endócrino coordenam e direcionam as 
atividades para atender as demandas do corpo
Leonardo da Vinci (1452-1519) Andreas Vesalius (1514-1564) 
De Corporis Humani Fabrica 
FISIOLOGIA DO EXERCÍCIO
• A fisiologia do exercício evoluiu de sua disciplina 
parente, a fisiologia. Compreende o estudo de como o 
organismo se adapta ao estresse agudo do exercício, ou 
atividade física, e o estresse crônico do treinamento 
físico. A fisiologia do esporte evolui da fisiologia do 
exercício e se aplica ao problemas exclusivos do esporte 
ou de uma modalidade esportiva.
• Muito embora sejam usualmente consideradas juntas.
Aspectos históricos
• O primeiro livro publicado sobre a fisiologia do exercício 
foi em 1889 por Ferdinand LaGrange entitulado 
Physiology of Bodily Exercise.
• Harvard Fatigue Laboratory, 1927 – Lawrence J. 
Henderson (bioquímico)
• Foi dirigido por D.B. Dill 
• Erik Hohwü-Christensen, Erling Asmussen e Marius 
Nielsen – influência escandivávia HFL
• Per-Olof Astrand – Gymnastik-och Idrottshogskolan
Fisiologia do ExercícioFisiologia do Exercício 
Wasserman K, Hansen, JE, Sue, DY, Casaburi, R, Whipp, BJ. Principles of Exercise Testing and Interpretation. Lippincott Baltimore: Williams & Wilkins, 1999
FISIOLOGIA INTEGRADA
PARÂMETROS
• Potência aeróbia
• Potência anaeróbia
• Força
• Flexibilidade
• Composição corporal
• Social
• Emocional / Afetivo
• Psicológico
• Físico
• Econômico
PRINCÍPIOS BÁSICOS
• Princípio da individualidade
• Princípio da especificidade
• Princípio do desuso
• Princípio da carga progressiva
ADAPTAÇÕES AO TREINAMENTO
• adaptações agudas
• adptações crônicas
• exposição repetitiva
• modificações em células, 
tecidos e órgãos
• adaptações funcionais
Respostas e adaptações
• Celular e intracelular
• Órgãos
• Tecidos
• Sistemas
Efeitos Sub-Agudos do Exercício
EFEITOS AGUDOS
EFEITOS CRÔNICOS
EFEITOS SUB-AGUDOS
• Exercício físico
Homeostase ↑ demanda energética (musculatura 
exercitada) ↑ demanda do organismo 
Nova demanda metabólica adaptações 
fisiológicas
• Exercício físico
– Tipo (exercício dinâmico/isotônico ou 
estático/isométrico)
– Intensidade
– Duração
– Massa muscular envolvida
Tipo e magnitude da resposta
• Exercício físico
– Efeito agudo associação direta ao 
esforço
– Efeito crônico repetição do esforço
efeitos agudos do exercício físico
ocorrem durante ou no período imediato que 
antecede ou que se segue a um esforço 
100
80
60
40
20
 0
% VO2máx
% FC máx
0 20 40 60 80 100
Relação linear entre as porcentagens da FCmáx e do VO2 máx
RESPOSTAS RESPIRATÓRIAS AO EXERCÍCIO
Respostas Respiratórias ao Exercício
Consumo de O2:
• Homem adulto jovem repouso: 250 ml/min
• Maratonista = 5.1 l/min
• Puro-sangue = 70 l/min
TIPOS DE TREINAMENTO
 RESITIDO: aumento de massa muscular, força, potência 
e endurance muscular
 INTERVALADO: envolve a alternância de períodos com 
intensidades maiores, menores ou mesmo de repouso
 CONTÍNUO: sem intervalos de repouso
 CIRCUITO: séries de estações com atividades diferentes
Relação entre ∆ VO2/∆ Carga em ratos 
com ICC
Teste Progressivo Máximo
Protocolo em Rampa 
(1 m/min a cada 40”)
Enquanto houver 
nutriente
1Aeróbio
1,3 – 1,6 min2,5Anaeróbio
8 – 10 s4Fosfocreatina
Tempomol de ATP/min
 Vias de ressíntese de ATP
 Vias de ressíntese de ATP
ANAERÓBICA LÁTICA
APTIDÃO 
CARDIORRESPIRATÓRIA
26
• Indica a quantidade máxima de oxigênio que pode ser captado, 
transportado e consumido durante exercício dinâmico envolvendo 
grande massa muscular corporal (Fletcher et al., 2001);
• Considerado como medida normativa de aptidão 
cardiorrespiratória;
• Sob condições de estado estável, o VO2 proporciona uma medida 
de custo energético do exercício;
• Em combinação com a produção de CO2 (VCO2) indica o substrato 
energético metabolizado.
VO2max = FCmax x VEmax x Diferença (a-v) O2 max
Métodos de avaliação da 
aptidão cardiorrespiratória
27
TESTE CARDIOPULMONAR DE EXERCÍCIO
 Vantagem:Vantagem:
→ Possibilita avaliar de maneira precisa a aptidão 
cardiorrespiratória (método padrão-ouro), por meio da 
medida direta do consumo de oxigênio máximo e da 
determinação dos limiares ventilatórios;
 Desvantagem: Desvantagem: 
→ Aplicabilidade inviável - requer equipamentos com 
custo elevado, recursos humanos especializados e 
tempo suficiente para execução dos testes, dentre 
outras dificuldades. 28
AVALIAÇÃO DO VOAVALIAÇÃO DO VO2max2max 
29
QR = VCO2/VO2 
Adaptado de Powers & Howley. Exercise physiology : Theory and application to fitness and 
performance – Fifth Edition, 2004.
Razão de Troca Respiratória (R): utilizada para estimar a porcentagem da 
contribuição dos carboidratos e gorduras ao metabolismo energético sendo, 
portanto, a relação entre o débito de dióxido de carbono (VCO2) e o volume de 
oxigênio consumido (VO2)
R %Gordura %Carboidrato
0,70 100 0
0,75 83 17
0,80 67 33
0,85 50 50
0,90 33 67
0,95 17 83
1,00 0 100
SELEÇÃO DE SUBSTRATOS
Princípio do “Crossover” 
Metabolismo Durante Exercício 
Prolongado
32
VARIÁVEIS DE PRESCRIÇÃO DA INTENSIDADE ESFORÇO NO VARIÁVEIS DE PRESCRIÇÃO DA INTENSIDADE ESFORÇO NO 
TREINAMENTO AERÓBIOTREINAMENTO AERÓBIO
FCmáx
VO2máx
RPE
LA
%FCmáx
%FCR
%VO2R
%VO2máx
Borg 6-20
CR (0-10)
LV
LLa
VO2 VCO2 VE
RQ, Pulso de O2, VE/VO2, VE/VCO2, FR, entre outros 
AVALIAÇÃO DO VOAVALIAÇÃO DO VO2max2max 
MEDE
CALCULA
Astorino et al. JEPonline; 3(4): 1-12, 2000Bentley et al. Sports Med; 37(7): 575-586, 2007Albouaini et al. Heart; 93:1285-1292, 2007
Excitação
1. Potencial de ação liberando ACh
2. ACh se liga ao receptor na placa motora 
gerando despoolarização que se 
propaga ao túbulos transversos para 
dentro da fibra. Como resultado haverá 
liberação de Ca do retículo 
sarcoplásmático
Contração
1. Mo repouso as pontes cruzadas de 
miosina mantém uma ligação fraca com 
a actina (não há geração de força)
2. Com a despolarização o Ca se liga a 
troponina, provocando alteração da 
tropomiosina liberando os sítios de 
ligação na actina. Há formação de uma 
ligação forte.
3. Miosina “energizada”
Contração
4. Um fosfato inorgânico é liberado da ponte-
cruzada de miosina (PC-Mi) e a ponte-cruzada 
energizada puxa a molécula de actina.
5. O movimento é completado quando um ADP é 
liberado da PC-Mi, ainda numa ligação forte
6. ATP é usado para liberar a ligação da PC-M e 
actina retornando ao estado de fraca ligação. 
ADP + Pi + energia => PC-Mi
Sistema MuscularSistema Muscular
• Fibras do tipo I ou de contração lenta (vermelhas)
Altamente oxidativas
↑ no de mitocôndrias, mioglobina, capilares
↑ atividade de enzimas do sistema aeróbio
• Fibras do tipo II ou decontração rápida (brancas)
↑ diâmetro
↑ atividade de enzimas que promovem liberação rápida de energia
Fibras Tipo I
+
Algumas fibras Tipo IIA
Exercício de baixa intensidade
Percursos de resistência
↑ Intensidade e duração do exercício
↑ recrutamento 
de fibras IIA e IIB
FIBRA RÁPIDA
(TIPO II)
FIBRA LENTA
(TIPO I)
transmissão do potencial de ação,
atividade miosina ATPase,
capacidade de manipulação do cálcio 
desenvolvimento do sistema glicolítico
velocidade de contração
capacidade de gerar força
resistência à fadiga
número e tamanho de mitocôndrias
densidade capilar
desenvolvimento do sistema oxidativo
Velocidade
Duração
Velocidade
Duração
Força Força
CONTRAÇÕES DINÂMICAS
CONTRAÇÕES ESTÁTICAS
TIPOS DE FIBRAS MUSCULARES
PRINCÍPIO DO TAMANHO
• Força = No de fibras 
disponíveis solicitadas
• recrutamento de fibras 
do tipo I e depois do 
tipo II para maiores 
intensidades de esforço
• limiar
• número de unidades 
motoras solicitado
• freqüência de 
recrutamento
Sistema MuscularSistema Muscular
↑ glicogênio 
armazenado
TREINAMENTO
 ↑ nº de miofibrilas
↑ nº de enzimas 
mitocondriais
↑ componentes do 
sistema fosfagênio
↑ diâmetro das 
fibras musculares
↑ Capacidade aeróbia e anaeróbia
MODIFICAÇÕES NEURAIS
treinamento de longo prazo
HIPERTROFIA vs HIPERPLASIA ?
ADAPTAÇÕES DA FIBRA MUSCULAR
• tamanho da fibra
• miofibrilas
• actina-miosina
• sarcômeros
• ATP-CP
• glicogênio
• tipo de fibra
• tecido conectivo
• densidade óssea
ADAPTAÇÕES AO TREINAMENTO E 
READAPTAÇÕES AO TREINAMENTO DA 
FORÇA
• mulheres
• pré e pós 20 sem 
• pré e pós 6 sem
• agachamento
• leg-press
• extensão de coxa
Doherty 2003 JAP
Unilateral: esquerda
0 100 200 300 400 500 600
0
100
200
300
400
500
600 H 30 anos
H 50 anos
H 70 anos
Tempo (ms)
Fo
rç
a 
m
éd
ia
 (N
)
Unilateral
ESQ DIR
0
100
200 H 30 anos
H 70 anos
Fo
rç
a 
ex
pl
os
iv
a 
em
 1
00
 m
s
*
*
• Comparações do 
desempenho 
muscular em jovens 
e idosos
• Exercício de braço 
unilateral
Doherty 2003 JAP
Doherty 2003 JAP
Koopman JAP 2009
Larsson JAP 1979
Raue 2009 JAP
Verdijk 2007 Am J Physiol
100
80
60
40
20
 0
% VO2máx
% FC máx
0 20 40 60 80 100
Relação linear entre as porcentagens da FCmáx e do VO2 máx
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
VC
O
2 
(m
l/k
g/
m
in
)
Velocidade esteira (mph)
Produção de CO2 
-6 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 +1 +2 +3 +4 +5 +6
165
145
125
105
85
65
Repouso Exercício Recuperação
Tempo (min)
FC
 b
pm
Respostas da FC antes, durante e após 11 minutos de exercício submáximo
↓ atividade 
vagal +
↑ atividade 
nervosa 
simpática*
↓ sistema nervoso 
parassimpático 
(retirada vagal)
↑ atividade 
nervosa simpática
Otimiza contração 
miocárdica → ↑ e 
manutenção do VS
retorno da 
atividade vagal
↓ atividade 
nervosa 
simpática
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 
 
180
160
120
100
 80
Repouso Exercício Recuperação
Tempo (min)
PA
 (m
m
H
g)
Sistólica
Diastólica
Exercício dinâmico realizado até a exaustão
Respostas Cardiovasculares ao Exercício
• Q= ∆P
R
Pressão arterial
Atividade 
do nervo
simpático 
Controle 
barorreflexo 
alterado
Substâncias 
vasodilatadoras
Atividade 
do nervo simpático
Resistência vascular
PRESSÃO ARTERIAL
Halliwill 2001 Exerc Sports Sci Rev, 29(2):65-70
Aspectos Cardiovasculares
• Débito Cardíaco
–Aumento do DC:
• Relação linear direta com o consumo de oxigênio 
(VO2) (reflete a demanda periférica) 
• Garante suprimento adequado de oxigênio para 
a musculatura ativa 
• Contínuo durante a realização do exercício 
dinâmico progressivo máximo depende de 
modo direto do aumento do VS e FC
RESPOSTAS RESPIRATÓRIAS AO EXERCÍCIO
RESPOSTAS CARDIOVASCULARES AO EXERCÍCIO
Respostas Respiratórias ao Exercício
Consumo de O2:
• Homem adulto jovem repouso: 250 ml/min
• Maratonista = 5.1 l/min
• Puro-sangue = 70 l/min
Adaptações Cardiovasculares ao Treinamento
↑ Câmaras cardíacas e da massa cardíaca
↑ VS: equilíbrio hídrico +
↑ Volume de ejeção com menor FC
Adaptações Cardiovasculares ao Treinamento
↑ Volume vascular para 
atender necessidades 
CVs e termorreguladoras
0 1 2 3 4
0
10
20
30 Males
Females
VO2
C
ar
di
ac
 O
ut
pu
t (
L/
m
in
)
Figure 1 – Cardiac Output (Q) vs Oxygen Uptake (VO2) at rest 
and during exercise in men and women aged 60 yr and older. 
Solid lines are the mean regression lines. 2-way ANOVA - 
Gender effect (p<.05). □ men (n=54) – Q (L·min-1) = 2.52 + 
5.70 VO2 (L·min-1); r2= .89; SEE= 1.53; p<.01. ● women 
(n=77) – Q (L·min-1) = 2.61 + 4.67 VO2 (L·min-1); r2= .84; 
SEE= 1.08; p<.01.
Farinatti e Soares Eur J Appl Physiol 2009: submetido
0 1 2 3 4
0
50
100
150
200
Males
Females
Oxygen Uptake (L/min)
H
ea
rt 
R
at
e 
(b
pm
)
Figure 2 – Heart Rate (HR) vs Oxygen Uptake (VO2) at rest and during 
exercise in men and women aged 60 yr and older. Solid lines are the 
mean regression lines. 2-way ANOVA - Gender effect (p<.05). □ men 
(n=54) – HR (bpm) = 66.31 + 32.35 VO2 (L·min-1); r2= .72; SEE= 15.65; 
p<.05. ● women (n=77) – HR (bpm) = 62.03 + 46.55 VO2 (L·min-1); r2= .
72; SEE= 15.53; p<.01.
Farinatti e Soares Eur J Appl Physiol 2009: submetido
0 1 2 3 4
0
50
100
150
200
250
SV females
SV males
Oxygen Uptake (L/min)
St
ro
ke
 V
ol
um
e 
(m
L)
Figure 3 – Stroke Volume (SV) vs Oxygen Uptake (VO2) at rest 
and during exercise in men and women aged 60 yr and older. 
Solid lines are the non-linear regression lines. Gender effect 
(p<.05). □ men (n=54) – SV (ml) = 143.7 * (1-exp(-1.7 * VO2 
(L·min-1)). ● women (n=77) – SV (ml) = 100.6 * (1-exp(-2.6 * VO2 
(L·min-1)); p<.05.
Farinatti e Soares Eur J Appl Physiol 2009: submetido
0 10 20 30
0
50
100
150
200
Males
Females
Cardiac Output (L/min)
H
ea
rt 
R
at
e 
(b
pm
)
Figure 4 – Heart Rate (HR) vs Cardiac Output (Q) at rest and during 
exercise in men and women aged 60 yr and older. Solid lines are the 
mean regression lines. 2-way ANOVA - Gender effect (p<.05). □ men 
(n=54): – HR (bpm) = 56.33 + 5.25 Q (l/min); r2= .69; SEE= 16.48; 
p<.05. ● women (n=77) – HR (bpm) = 41.48 + 9.24 Q (l/min); r2= .73; 
SEE= 15.14; p<.01. 
Farinatti e Soares Eur J Appl Physiol 2009: submetido
Physical training session (Evangelista et al., in press)
SWIMMING SYSTEM FOR MICE
Iwasaki et al 2003; JAP, 95: 1575-1583
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