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SDE0096 FISIOLOGIA DO EXERCÍCIO UNIDADE I – ENERGIA PARA A ATIVIDADE FÍSICA Prof. Nuno Frade de Sousa INTRODUÇÃO À TRANSFÊRENCIA DE ENERGIA UNIDADE I – ENERGIA PARA A ATIVIDADE FÍSICA Revisão sobre a estrutura celular; Conhecimento sobre reações químicas celulares; Conhecimento sobre reações de oxidação e redução; Conhecimento sobre a característica e função das enzimas; Características dos substratos utilizados para fornecer energia durante o exercício. OBJETIVOS ESPECÍFICOS ESTRUTURA CELULAR 1.Nucléolo, 2.Núcleo celular, 3.Ribossomos, 4.Vesículas, 5.RER, 6.Complexo de Golgi, 7.Microtúbulos, 8.REL, 9.Mitocôndrias, 10.Vacúolo, 11.Citoplasma, 12.Lisossomas, 13.Centríolos. “A energia não pode ser criada nem destruída mas, pelo contrário, transformada de uma forma para outra sem ser depletada – princípio da conservação de energia” 1ª LEI DA TERMODINÂMICA BIOENERGÉTICA REAÇÕES QUÍMICAS CELULARES Transferências de energia de uma substância para outra proporcionando a energia necessária para o trabalho químico das células do organismo ?ENERGIA? LIBERAÇÃO E CONSERVAÇÃO DE ENERGIA Endergônica Exergônica LIBERAÇÃO E CONSERVAÇÃO DE ENERGIA REAÇÃO ENDERGÔNICA Reações químicas que armazenam ou absorvem energia. Representam processos ascendentes. REAÇÃO EXERGÔNICA Reações químicas que liberam energia para as suas adjacências. Representam processos descendentes LIBERAÇÃO E CONSERVAÇÃO DE ENERGIA Fotossíntese Respiração celular Energia solar Energia química TRABALHO BIOLÓGICO REAÇÕES DE HIDRÓLISE Moléculas complexas Moléculas simples AB + H2O → A-H + B-OH Hidogênio Grupo hidroxila REAÇÕES DE CONDENSAÇÃO Moléculas simples Moléculas complexas A-H + B-OH → AB + H2O HIDRÓLISE/CONDENSAÇÃO REAÇÕES DE OXIDAÇÃO E REDUÇÃO OXIDAÇÃO Processo no qual os átomos em um elemento perdem elétrons, com um ganho global correspondente na valência. REDUÇÃO Processo no qual os átomos em um elemento ganham elétrons, com uma redução global correspondente na valência. Transferência de átomos de oxigênio, hidrogênio ou elétrons REAÇÕES REDOX Exemplos de reações redox REAÇÕES DE FOSFORILAÇÃO / DESFOSFORILAÇÃO CARACTERÍSTICAS E FUNÇÃO DAS ENZIMAS - Catalisadores protéicos; - Aceleram os rítmos das reações; - Não é modificada durante a reação; - Reduzem a energia de ativação. CARACTERÍSTICAS E FUNÇÃO DAS ENZIMAS ENZIMAS – MODELO CHAVE FECHADURA ENZIMAS – SUFIXO “ASE” - Hidrolase: acrescenta água durante reações de hidrólise; - Protease: interage com a protéina; - Oxidase: acrescenta oxigênio a uma substância; - Isomerase: reorganiza a estrutua atômica da molécula; - Ribonuclease: responsável pela cisão do RNA. RITMO DAS REAÇÕES - Velocidade variável; - Trabalho de cooperação; - Alosteria ATIVIDADE ENZIMÁTICA COENZIMAS INIBIÇÃO ENZIMÁTICA Competitiva Não competitiva 1 2 “A energia não pode ser criada nem destruída mas, pelo contrário, transformada de uma forma para outra sem ser depletada – princípio da conservação de energia” 1ª LEI DA TERMODINÂMICA BIOENERGÉTICA Aula 2 ENERGIA PARA A ATIVIDADE FÍSICA UNIDADE I – ENERGIA PARA A ATIVIDADE FÍSICA Fosfatos de alta energia; Vias metabólicas para a produção de ATP; Mecanismos de controle das vias metabólicas. OBJETIVOS ESPECÍFICOS FOSFATOS DE ALTA ENERGIA - ATP Adenina Ribose Grupos fosfato Energia metabolismo FUNÇÕES DO ATP Extrair a energia potencial do alimento e conservá-la dentro das ligações do ATP Extrair e transferir a energia química contida no ATP para acionar o trabalho biológico ATP MITOCÔNDRIA CITOSOL Cilco de Krebs β-oxidação Cadeia respiratória Sistema fosfagênio Glicólise LIBERAÇÃO DE ENERGIA PELOS NUTRIENTES SISTEMA FOSFAGÊNIO - FOSFOCRIATINA AS CÉLULAS ARMAZENAM 4 A 6 VEZES MAIS PCR QUE ATP Creatina quinase PCr Creatina REAÇÃO QUE NÃO NECESSITA DE OXIGÊNIO PRODUÇÃO MÁXIMA DE ENERGIA EM 10 SEGUNDOS ADP É O PRINCIPAL REGULADOR DO SISTEMA FOSFAGÊNIO (↑[ADP] PROVOCA HIDRÓLISE DA PCR) SISTEMA FOSFAGÊNIO NUTRIENTES COMO FONTE DE ENERGIA ESTÁGIO 2 Degradação de subunidade para Acetil-CoA ESTÁGIO 1 Digestão, absorção e assimilação dos nutroentes Proteínas CHO Gorduras Aminoácidos Glicose Ácidos graxos Glicólise Piruvato Acetil-CoA CTE NH3 Ureia H2O CO2 Glicerol ESTÁGIO 3 Oxidação de Acetil-CoA para CO2 e H2O Eletrons METABOLISMO DOS CARBOIDRATOS GLICÓLISE GLICOSE (GLICOGÊNIO) 2 PIRUVATO 2 LACTATO 3 FASE PREPARATÓRIA (Gasto de energia) CLIVAGEM DA MOLÉCULA FASE DE PAGAMENTO (Produção de energia) GLICÓLISE – FASE PREPARATÓRIA Exoquinase / (G-6-fosfatase) Fosfofrutoquinase GLICÓLISE – CLIVAGEM DA MOLÉCULA Aldolase Clivagem do açúcar, formando 2 moléculas de 3 carbonos GLICÓLISE – FASE DE PAGAMENTO Oxidação e fosforilação Gliceraldeído fosfato deidrogenase Desfosforilação Fosfoglicerato quinaase Desfosforilação Piruvato quinase GLICOSE (GLICOGÊNIO) 2 PIRUVATO 2 LACTATO 2 ACETIL CoA - O2 + O2 GLICÓLISE ANAERÓBIA GLICÓLISE – BALANÇO ENERGÉTICO GLICÓLISE – MECANISMOS DE CONTROLE A modulação da glicólise é realizada através da enzima fosfofrutoquinase Enzima Alostérica ↑ ↑ ↑ ATP inibe a fosfofrutoquinase ↑ ↑ ↑ ADP aumenta a atividade da fosfofrutoquinase ↑ ↑ ↑ 1,6-difosfato inibe a fosfofrutoquinase PFK HEXOQUINASE PIRUVATO QUIINASE GLICOGÊNESE GLICOGÊNIO GLICOSE GLICOGÊNIO Glicogênio sintetase GLICOGENÓLISE GLICOGÊNIO GLICOSE 6 FOSFATO GLICOSE GLICOGÊNIO Glicogênio fosforilase GLICOGÊNIO Glicogênio fosforilase Glicose 6-fosfatase GLICOGENÓLISE HEPÁTICA GLICOGÊNIO GLICOSE Regulado pela concentração de glicose e atividade metabólica GLICONEOGÊNESE GLICOSE (GLICOGÊNIO) 2 PIRUVATO 2 LACTATO CICLO DE CORI PRINCIPAIS ENZIMAS DAS VIAS METABÓLICAS Via dos fosfagênios: creatina quinase; Glicólise: fosfofrutoquinase; LDH Glicogênese: glicose sintetase; Glicogenólise: glicose fosforilaze; Glicogenólise no fígado: glicose 6-fosfatase. Glicose Piruvato Lactato Glicogênio 1 2 4 3 * Aula 3 GLICOSE (GLICOGÊNIO) 2 PIRUVATO 2 LACTATO 2 ACETIL CoA - O2 + O2 ESTÁGIO 2 Degradação de subunidade para Acetil-CoA ESTÁGIO 1 Digestão, absorção e assimilação dos nutroentes Proteínas CHO Gorduras Aminoácidos Glicose Ácidos graxos Glicólise Piruvato Acetil-CoA CTE NH3 Ureia H2O CO2 Glicerol ESTÁGIO 3 Oxidação de Acetil-CoA para CO2 e H2O Eletrons IMPORTÂNCIA DOS TRANSPORTADORES DE ELETRONS CHO Lípidios ATP H+ NAD+ / FAD NADH / FADH2 NADH / FADH2 Moléculas ricas em energia Carreadoras de elétrons Importantes na CTE CICLO DE KREBS PIRUVATO ACETIL CoANAD NADH REAÇÃO IRREVERSSÍVEL – CICLO DE KREBS Piruvato desidrogenase CTE GTP CICLO DE KREBS – MECANISMOS DE CONTROLE A modulação do ciclo de Krebs é realizado através da enzima citrato sintase ↑ ↑ ↑ ATP inibe a citrato sintase ↑ ↑ ↑ ADP aumenta a atividade da citrato sintase A disponibilidade de oxaloacetato também regula o ciclo de krebs ESTÁGIO 2 Degradação de subunidade para Acetil-CoA ESTÁGIO 1 Digestão, absorção e assimilação dos nutroentes Proteínas CHO Gorduras Aminoácidos Glicose Ácidos graxos Glicólise Piruvato Acetil-CoA CTE NH3 Ureia H2O CO2 Glicerol ESTÁGIO 3 Oxidação de Acetil-CoA para CO2 e H2O Eletrons CADEIA TRANSPORTADORA DE ELÉTRONS NADH / FADH2 H2O CTE ATP sintetase NEUTRALIZAÇÃO DO ÍON H+ MITOCÔNDRIAL FOSFORILAÇÃO OXIDATIVA– MECANISMOS DE CONTROLE Disponibilidade de NADH e FADH2 Presença de oxigênio suficiente Concentração suficiente de enzimas e mitocôndrias PRODUÇÃO DE ATP – OXIDAÇÃO GLICOSE 1 NADH produz 3 ATPs 1 FADH2 produz 2 ATPs ESTÁGIO 2 Degradação de subunidade para Acetil-CoA ESTÁGIO 1 Digestão, absorção e assimilação dos nutroentes Proteínas CHO Gorduras Aminoácidos Glicose Ácidos graxos Glicólise Piruvato Acetil-CoA CTE NH3 Ureia H2O CO2 Glicerol ESTÁGIO 3 Oxidação de Acetil-CoA para CO2 e H2O Eletrons METABOLISMO DAS GORDURAS GORDURA COMO FONTE ENERGÉTICA 50.000 a 100.000 kcal TG muscular TG das células adiposas AGL circulantes LIPÓLISE - LHS TG Glicerol + 3AGL LHS Glicerol AGL Lípase Hormônio Sensível CARNITINA ACIL-TRANSFERASE Permite a entrada dos AGL para dentro da matriz mitocôndrial TG AGL Lipase Hormônio Sensível ADIPÓCITO CAPILAR + Catecolaminas Glucagon ACTH Cortisol GH T3 e T4 AGL AGL ACETIL-CoA β-OXIDAÇÃO CICLO DE KREBS β-OXIDAÇÃO CTE C14 C12 C10 C8 C6 C4 C2 + C2 PRODUÇÃO DE ATP – AGL ÁCIDO GRAXO CARBONOS ATP LAURÍCO 12 95 MIRÍSTICO 14 112 PALMÍTICO 16 129 ARAQUÍDICO 20 163 LIGNOCÉRICO 24 197 ESTÁGIO 2 Degradação de subunidade para Acetil-CoA ESTÁGIO 1 Digestão, absorção e assimilação dos nutroentes Proteínas CHO Gorduras Aminoácidos Glicose Ácidos graxos Glicólise Piruvato Acetil-CoA CTE NH3 Ureia H2O CO2 Glicerol ESTÁGIO 3 Oxidação de Acetil-CoA para CO2 e H2O Eletrons LIPÓGÊNESE TG Glicerol + 3AGL LLP Lípase lipoproteíca METABOLISMO DAS PROTEÍNAS Aula 4 POTÊNCIAS BIOENERGÉTICAS POTÊNCIAS BIOENERGÉTICAS POTÊNCIA ANAERÓBIA ALÁTICA POTÊNCIA ANAERÓBIA LÁTICA POTÊNCIA AERÓBIA SISTEMA ATP-CP VIA DOS FOSFAGÊNIOS GLICÓLISE ANAERÓBIA VIA GLICOLÍTICA VIA OXIDATIVA Como as potências bioenergéticas atuam para a produção de energia em diferentes exercícios com diferentes intensidades e durações? CONTRIBUIÇÃO RELATIVA DAS POTÊNCIAS BIOENERGÉTICAS Tempo (segundos) En e rg ia p ro d u zi d a (% ) ATP - CP Glicolítica Aeróbia ATP CP GLICOLÍTICO AERÓBIO Atletismo 100 m 50 50 - 200 m 25 65 10 400 m 12,5 62,5 25 800 m 6 50 44 1.500 m * 25 75 5.000 m * 12,5 87,5 10.000 m * 3 87 Maratona - - 100 Futebol 10 70 20 Handebol 50 40 10 Halterofilismo 100 - - Dormir - - 100 POTÊNCIAS BIOENERGÉTICAS Palavras chave PREDOMINÂNCIA (de vias ou potências) INTENSIDADE DO EXERCÍCIO Sistema ATP-CP Importante no ínicio do exercício e mudanças de velocidade Caminhada rápida por 1 minuto; Ritmo de maratona por 20 segundos; Corrida com velocidade máxima por 10 segundos. ESTIMATIVA DA DEMANDA ENERGÉTICA POTÊNCIA ANAERÓBIA ALÁTICA POTÊNCIA ANAERÓBIA LÁTICA POTÊNCIA AERÓBIA Creatina fosfato Concentração de lactato Consumo de oxigênio ENERGIA PARA A ATIVIDADE FÍSICA UNIDADE I – ENERGIA PARA A ATIVIDADE FÍSICA Demandas energéticas no repouso; Transição do repouso para o exercício; Transição do exercício para recuperação. OBJETIVOS ESPECÍFICOS DEMANDAS ENERGÉTICAS NO REPOUSO METABOLISMO ANAERÓBIO METABOLISMO AERÓBIO ATP [Lac] < 1mmol/L VO2 = 3,5 mL.(kg.min) -1 ou 1MET REPOUSO CONSUMO MÁXIMO DE OXIGÊNIO O consumo máximo de oxigênio (VO2máx) é a capacidade máxima que um indivíduo apresenta de captar, transportar e metabolizar o oxigênio para a biossíntese oxidativa de ATP. TRANSIÇÃO DO REPOUSO PARA EXERCÍCIO Quais alterações metabólicas devem ocorrer no músculo esquelético no início de um exercício leve ou moderado para fornecer energia necessária para continuar o movimento? TRANSIÇÃO REPOUSO EXERCÍCIO LEVE A MODERADO DÉFICIT DE OXIGÊNIO Retardo do consumo de oxigênio no início do exercício (duração entre 1 a 4 minutos). Vários sistemas energéticos estão envolvidos na transição repouso para exercício – principalmente o sistema ATP-CP. O déficit de oxigênio é maior em indivíduos não-treinados do que treinados. Indivíduos treinados têm maior capacidade bioenergética Aumento das enzimas aeróbias Aumento da velocidade de reações aeróbias Rapidez e maior oferta de oxigênio na mitocôndria TRANSIÇÃO DO EXERCÍCIO PARA RECUPERAÇÃO DÉBITO DE OXIGÊNIO (compensar o déficit de O2) Remoção do lactato EPOC (Excess post-exercise oxygen consumption) FATORES QUE CONTRIBUEM PARA O EPOC EPOC Ressíntese da PCr no músculo Remoção de lactato Restauração dos estoques de O2 no músculo e sangue Elevação das FC e FR pós-exercício Temperatura corporal elevada Hormônios elevados FASES DO EPOC FASE RÁPIDA Declínio inicial acentuado no consumo de oxigênio (os primeiros 30 segundos). Em exercício leve a moderado a fase rápida é responsável pela maioria do EPOC. FASE LENTA Recuperação do consumo de oxigênio que pode levar até 24h. Em exercício vigoroso representa a maioria do EPOC. INFLUÊNCIA DO EXERCÍCIO NO EPOC RECUPERAÇÃO EXERCÍCIO EM RITMO ESTÁVEL Não existe acúmulo de lactato; Consumo de oxigênio abaixo de 55 – 60% do VO2max. Ressíntese do fosfatos de alta energia Restabelecimento do O2 no sangue Pequeno custo energético RECUPERAÇÃO PASSIVA Repouso Recuperação EXERCÍCIO SEM RITMO ESTÁVEL Formação de lactato nos músculos maior que a sua remoção; Acúmulo de lactato sanguíneo; Consumo de oxigênio acima de 55 – 60% do VO2max. Exercício aeróbio acelera a remoção de lactato sanguíneo RECUPERAÇÃO ATIVA Exercício Recuperação INTENSIDADE DO EXERCÍCIO 30 A 40% DO VO2MAX FATORES QUE ASSEGURAM A REMOÇÃO DO LACTATO Gliconeogênese (Ciclo de Kori) (20%) Lactato convertido em ácido pirúvico e oxidado pelo coração e músculos esqueléticos (70%) Conversão em aminoácidos (10%) 30 – 40% VO2max Maior perfusão de sangue no fígado e coração; Fluxo sanguíneo adequado aos múslculos com oferta de oxigênio. EXERCÍCIO INTERVALADO DE CURTA DURAÇÃO Maior parte de energia origina-se do sistema ATP-CP; Dependência mínima da via glicolítica; Exercício com intensidade supra máxima. Estímulo que não provoca acúmulo acentuado de lactato sanguíneo A manipulação da duração dosintervalos de exercício e de repouso pode impor uma sobrecarga efetiva ao sistema específico de transferência de energia. EXERCÍCIO INTERVALADO Aula 5 (Ministrar intensidade de exercício) ENERGIA PARA A ATIVIDADE FÍSICA UNIDADE I – ENERGIA PARA A ATIVIDADE FÍSICA Definição de limiar anaeróbio; Compreender a terminologia limiar anaeróbio e limiar de lactato; Determinação do limiar anaéróbio OBJETIVOS ESPECÍFICOS LIMIAR ANAERÓBIO “O lactato sanguíneo não se acumula para todas as intensidades de exercício.” LIMIAR ANAERÓBIO É o momento, em relação à intensidade do esforço físico ou consumo de oxigênio, quando a produção de ATP é suplementada pela glicólise anaeróbia, com formação de ácido lático. É a intensidade do exercício onde ocorre a transição do metabolismo aeróbio para anaeróbio. LIMIAR ANAERÓBIO É a mais alta intensidade do esforço físico mantida plenamente pelas vias aeróbias É caracterizado quando existe um equilíbrio dinâmico máximo entre a produção e reconversão do ácido lático LIMIAR ANAERÓBIO Lactacidemia (Limiar de lactato) Glicemia (Limiar glicêmico) Parâmetros respiratórios (Limiar ventilatório) EMG (Limiar EMG) Catecolaminas Outros MECANISMOS RESPONSÁVEIS LAn Oxigênio muscular baixo Recrutamento de fibras de contração rápida Taxa de remoção do ácido lático reduzida Glicólise acelerada MÚSCULO SANGUE PULMÃO A. Aeróbio Substrato + O2 Energia + CO2 O2 O2 CO2 CO2 B. Aeróbio + anaeróbio Substrato + O2 Anaeróbio Aeróbio Energia CO2 H+Lactato CO2 CO2 O2 O2 CO2 CO2 Lactato Como determinar a concentração de lactato e o limiar anaeróbio (lactato)? CONCENTRAÇÃO DE LACTATO SANGUÍNEO Lactímetro enzimático Lactímetro fotocolorimétrico DETERMINAÇÃO DO LAn TESTE CRESCENTE TESTE LACTATO MÍNIMO MÁXIMA FASE ESTÁVEL DO LACTATO TESTE CRESCENTE LACTATO MÍNIMO MÁXIMA FASE ESTÁVEL DE LACTATO RECUPERAÇÃO APLICAÇÕES PRÁTICAS DO LAn Prescrição da intensidade adequada do treinamento aeróbio; Predição de performance em atividades de endurance; Avaliação dos efeitos do treinamento aeróbio, principalmente durante um acompanhamento longitudinal. O LAn é um ponto metabólico de suma importância para o entendimento da fisiologia do exercício. ENERGIA PARA A ATIVIDADE FÍSICA UNIDADE I – ENERGIA PARA A ATIVIDADE FÍSICA Estimativa da utilização de substrato durante exercício físico; A relação entre o dióxido de carbono produzido, o oxigênio consumido e a utilização do substrato; Locais de armazenamento de substrato no organismo. OBJETIVOS ESPECÍFICOS Como determinar a contribuição de carboidrato, gordura ou proteína para o metabolismo energético UTILIZAÇÃO DE SUBSTRATO PRODUÇÃO CALÓRICA DOS NUTRIENTES QR NÃO PROTEÍCO QR % VO2max 1,00 0,82 100 40 MAIOR OXIDAÇÃO DE GORDURA EM INTENSIDADES LEVES A MODERADAS MAIOR OXIDAÇÃO DE CARBOIDRATO A PARTIR DE INTENSIDADES MODERADAS LAn Aula 6 RESERVAS DE ENERGIA DO ORGANISMO CARBOIDRATOS Dieta mista Dieta rica Dieta pobre Glicogênio hepático 60 g (215 kcal) 90 g (360 kcal) < 30 g (120 kcal) Glicose sanguínea 10 g (40 kcal) 10 g (40 kcal) 10 g (40 kcal) Glicogênio muscular 350 g (1400 kcal) 600 g (2400 kcal) 300 g (1200 kcal) GORDURAS (Dieta mista) Adipócitos 14 kg (107800 kcal) Músculos 0,5 kg (3850 kcal) A seleção de substrato é dependente da intensidade e duração de exercício? INTENSIDADE DO EXERCÍCIO E SELEÇÃO DE SUBSTRATO GORDURAS CHO MISTO O que causa o desvio do metabolismo das gorduras para carboidratos com aumento da intensidade do exercício? 1. Recrutamento de fibras rápidas 2. Aumento do nível sanguíneo de adrenalina (degradação de glicogênio muscular) 3. Demanda energética maior que o consumo de oxigênio DURAÇÃO DO EXERCÍCIO E SELEÇÃO DE SUBSTRATO BAIXA A MODERADA INTENSIDADE Quais fatores controlam a taxa de metabolismo de gorduras durante o exercício prolongado de moderada intensidade? 1. Catecolaminas e glucagon aumentam a atividade lipolítica 2. O ausência de ácido lático e a diminuição da insulina estimulam a oxidação de lipídios. Exercício submáximo (65 – 75% VO2max) Nota: apresenta variações dependendo da intensidade inicial do exercício. PONTOS FUNDAMENTAIS (RESUMO) A regulação da seleção de substrato durante o exercício encontra-se sob um controle complexo e dependente de vários fatores, incluindo a dieta, a intensidade e duração do exercício. Em geral, carboidratos são utilizados como a principal fonte de substrato durante o exercício de alta intensidade. Durante o exercício prolongado, ocorre um desvio gradual do metabolismo de carboidratos para gorduras. FIM
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