FISIOLOGIA DO EXERCÍCIO AULA- 3

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Fisiologia do exercício
Aula 3 - Metabolismo energético e ressíntese
de ATP no exercício físico
INTRODUÇÃO
O papel principal do metabolismo energético humano é transformar a energia contida em moléculas de carboidratos,
lipídios e proteínas em energia para o trabalho celular.
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O processo contrátil muscular esquelético, cuja ativação é necessária ao movimento e à locomoção, depende de
fontes que sintetizam, com maior ou menor velocidade, moléculas de ATP.
Como somos descendentes de seres anaeróbicos, que, há bilhões de anos, eram capazes de gerar energia mesmo na
ausência do oxigênio, ainda hoje, retemos uma capacidade, embora limitada, de utilizar essas vias para subsidiar o
trabalho muscular durante o exercício físico.
Apesar disso, somos organismos, acima de tudo, aeróbicos e, apesar da hibridez metabólica, apresentamos
mecanismos adaptativos bem conhecidos para ajustar a demanda energética a processos de transformação de
energia que ocorrem no interior das mitocôndrias.
Mesmo assim, ainda que a intensidade do exercício seja inferior à máxima capacidade aeróbica, o recrutamento de
�bras do tipo II exerce impacto sobre a glicólise, obrigando a produção de lactato até diante da plena oferta de
oxigênio.
Nesta aula, estudaremos a colaboração dos processos anaeróbico alático e lático para a geração de ATP em diferentes
situações e intensidades de exercício.
Apesar do que foi popularmente divulgado, em vez de ser responsável pela fadiga, o lactato é uma molécula útil para
sinalização e síntese de moléculas que asseguram a homeostasia, desa�ada durante o exercício.
OBJETIVOS
Explicar o processo anaeróbico lático de ressíntese de ATP, bem como sua ativação na hipóxia e em intensidades
submáximas de exercício.
Listar os mecanismos de sinalização do AMP para outras divisões do metabolismo.
Identi�car o papel do lactato, as rotas de eliminação e in�uências teciduais.
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TRANSFERÊNCIA DE ENERGIA E METABOLISMO ENERGÉTICO
O princípio da conservação de energia, que representa a primeira lei da termodinâmica, esclarece:
Um sistema não pode criar ou consumir energia, mas apenas armazená-la ou transferi-la ao meio em que se encontra.
A transferência de energia potencial em organismos biológicos é unidirecional e se processa sempre para reduzir a
capacidade da energia total de trabalho.
Esta é a base da segunda lei da termodinâmica: nos processos de transferência, ocorre sempre perda de e�ciência da
energia, que passa a ter qualidade inferior – não aproveitável – e, consequentemente, eleva a entropia (glossário).
Animais obtêm a energia de que precisam para se manter vivos e reproduzir mediante recon�guração de átomos das
moléculas dos alimentos e posterior liberação de energia química. Assim, do ponto de vista �siológico:
Fonte:
Trabalho é todo processo realizado que aumenta a ordem no sistema.
Um animal realiza trabalho �siológico quando:
• Sintetiza macromoléculas como proteínas;
• Gera gradientes elétricos e químicos para transportar ativamente solutos através da membrana.
• Contrai sarcômeros para movimentar seu corpo e fugir dos predadores.
Todavia, a capacidade de armazenamento das moléculas de carboidratos e lipídeos no interior das �bras musculares é
limitada, e não há reservas intracelulares de aminoácidos.
Por isso, esses nutrientes precisam ser transportados através do sangue desde outros compartimentos do organismo
até o músculo ativo, onde serão aerobiamente transformados para produção de energia.
Apesar de esse processo ser capaz de produzir grandes quantidades de energia, a velocidade de produção nem
sempre atende as necessidades do músculo durante o esforço físico intenso.
Para solucionar o problema, a maior parte das células de organismos aeróbicos possui rotas de síntese anaeróbica de
energia, que ocorrem no citosol. Embora produzam pequena quantidade de energia, fazem isso muito rápido.
No tecido muscular, é possível transformar a energia das moléculas de glicose e gordura em algumas moléculas de Adenosina
Trifosfato (ATP), cuja hidrólise é a única possibilidade biológica de utilização de energia que �nancia o trabalho mecânico para
contração muscular.
Mas apenas 30% do total de energia liberada na degradação de ATP são transformados em trabalho. Há perda de 70% para uma
forma de energia menos utilizável (calor), o que, conforme proposto pela segunda lei da termodinâmica, contribui para aumento
da entropia do sistema.
Desa�ando essa ideia, de acordo com Schrödinger (1944), o principal atributo dos sistemas biológicos é a capacidade de gerar
ordem a partir da desordem. De fato, a ordem é essencial à vida, mas tem um custo energético.
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Existem duas possibilidades de produção intracelular de energia:
por meio do metabolismo aeróbico ou do anaeróbico.
Este último ainda contempla as subdivisões lática e alática, que se referem ao produto �nal das reações metabólicas
de transformação de substratos.
A �gura a seguir apresenta tais possibilidades:
Contribuição de cada sistema energético para diferentes períodos de esforço máximo
Fonte: Brooks, Fahey e Baldwin, 2005.
A concentração de ATP intracelular é pequena e nunca pode se esgotar. Por esse motivo, é necessário produzir a
molécula por meio do metabolismo energético.
Isso é um grande desa�o para as �bras musculares, que aceleram a degradação de ATP durante o processo contrátil
em níveis muito superiores à demanda basal e na ameaça de colapso, a �m de preservar a homeostase, bem como de
acionar mecanismos que provoquem fadiga e interrupção do processo.
METABOLISMO ANAERÓBICO ALÁTICO
Fosfagênios são moléculas presentes no interior das �bras musculares de animais, cuja hidrólise de ligações permite a
liberação de energia. Tratam-se de compostos guanidino-fosforilados, unidos à ressíntese de ATP.
Apesar de existirem oito tipos diferentes no reino animal, a molécula de creatinofosfato – também conhecida como
fosfocreatina (PCr) – é a mais amplamente distribuída em invertebrados e cordados inferiores, e a única presente em
vertebrados.
Convencionalmente, fosfagênios como a PCr funcionam como tampões temporais de ATP, preservando a
concentração intracelular da molécula quando existe desequilíbrio entre sua oferta e demanda. Além disso, eles
participam de:
Regulação da glicólise;
Tamponamento de prótons de hidrogênio;
Transporte de energia dentro da célula.
A creatina é um peptídeo sintetizado por nosso organismo a partir dos aminoácidos alanina, glicina e metionina, em
processo que envolve participação renal e hepática.
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Assim, alanina e glicina produzem nos rins uma substância conhecida como guanidino-acetato, que, em seguida, é
direcionada para o fígado, a �m de aceitar grupamento metil extraído da metionina e originar a creatina.
O nível intramuscular de PCr é cerca de três vezes superior aos níveis de ATP. Essa molécula pode sustentar esforço de
intensidade máxima por, aproximadamente, 6 segundos e é igualmente usada no início de qualquer atividade física.
Sua degradação é catalisada pela enzima Creatino-Kinase (CK), cuja ativação depende do aumento dos níveis
intracelulares de ADP e Pi, associado ao incremento da taxa de hidrólise do ATP. Esse é o meio metabólico mais rápido
para ressíntese de tal molécula.Além disso, como catalisa a reação da PCr com a molécula de ADP na presença de íons magnésio e de próton de
hidrogênio, a CK também colabora no processo de tamponamento de prótons e de regulação do pH intracelular no
início do exercício.
A energia livre liberada ou a variação de energia entre estado �nal e inicial ( G) da hidrólise de PCr é de -11 kcal/mol.
Nós possuímos, em média, 30 mmol/kg em cada �bra muscular.
Se assumirmos que um indivíduo de 70 kg possui cerca de 30 kg de massa muscular, concluiremos que esse substrato
energético é capaz de prover, aproximadamente, 10 kcal de energia, a qual pode ser usada para reintegrar os produtos
da hidrólise do ATP – como o ADP e o fosfato.
Apesar de o nível intramuscular de PCr permitir esforço contrátil máximo por, aproximadamente, 6 segundos, o
esgotamento de suas reservas coincide com a fadiga observada em alguns atletas praticantes de modalidades
esportivas que exigem muita força e velocidade (potência), e representa prejuízo de rendimento.
Exemplo
, A velocidade máxima de corredores de 100 metros rasos é alcançada em cerca de 60 metros ou o equivalente a 6 segundos por
aqueles que integram a elite do atletismo.
Assim, �ca evidente que a sustentação da velocidade depende da participação de outras rotas metabólicas com capacidade de
produção de ATP, que são capazes de manter a atividade contrátil, a despeito dos prejuízos da potência associados ao
esgotamento das reservas de PCr.
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Tais processos incluem a participação dos metabolismos anaeróbico lático e aeróbico, que já são ativados desde o
início do exercício, e não seletivamente acionados com o esgotamento do anterior, como muitas vezes imaginamos.
Tradicionalmente, aceita-se que a participação do metabolismo aeróbico em eventos de curta duração e alta
intensidade – como os 100 metros rasos – seja de, no máximo, 5% do total de ATP usados durante a corrida.
Apesar disso, evidências recentes quanto à avaliação do dé�cit de oxigênio acumulado têm sugerido que a
participação dessa divisão do metabolismo pode chegar, nessas ocasiões, a valores de até 20%.
A observação da rotina de treinamento dos corredores de 100 metros rasos nos permite constatar que o intervalo de
descanso entre as séries de 60 metros é de cerca de 5 a 7 minutos. Mas por que seria necessário tanto tempo de
pausa?
Ora, o descanso após o esforço muscular máximo com 10 segundos de duração é necessário para recuperação das
reservas de PCr, antes esgotadas com a atividade. Acredita-se que sejam necessários em torno de 1 minuto para
ressintetizar 50% dessas reservas e cerca de cinco minutos para completa restauração.
Mas o período de recuperação da PCr pode ser modulado de acordo com o grau de condicionamento aeróbico do
indivíduo e prejudicado pela restrição do �uxo sanguíneo.
Isso ocorre porque o processo de ressíntese da PCr envolve a reação da molécula de creatina com fosfato inorgânico
na presença de energia, que provém de moléculas de ATP produzidas pelo metabolismo aeróbico.
Assim, o processo de restauração das reservas intramusculares de PCr só será e�ciente quando o músculo consumir
moléculas de ATP em taxa mais reduzida – algo que não acontece durante o exercício intenso.
A ausência de contração muscular (recuperação passiva) é a estratégia mais adequada para recuperação das reservas
de PCr e da capacidade muscular de desempenhar novo esforço máximo.
Entretanto, em esportes com intervalos – como o futebol –, há necessidade de sucessivos períodos de exercício muito
intenso durante curto tempo, intercalados com períodos mais longos de atividade moderada. A redução da demanda
muscular de ATP nesses períodos mais amenos permite recuperação de grande parte das reservas de PCr,
dependendo do nível de condicionamento aeróbico do sujeito.
A hidrólise do ATP resulta na produção de próton de hidrogênio (H+), que, ao se acumular no citosol da �bra muscular,
contribui para baixa redução do pH do sarcoplasma.
Atualmente, algumas propostas indicam que o acúmulo de fosfato inorgânico – e não a acidose – é a causa da fadiga
durante o exercício intenso.
Apesar disso, sugere-se que a redução do pH intramuscular de 7,4 para 6,3 já é su�ciente para alterar a a�nidade da
troponina C sarcomérica aos íons cálcio e prejudicar o bombeamento da forma ionizada desse mineral para o retículo
sarcoplasmático – eventos que interferem negativamente no processo contrátil.
A degradação da molécula de PCr ocorre junto ao consumo de H+ em fenômeno que contribui para evitar a redução
exagerada do pH intracelular durante o exercício. Em níveis moderados, mantém a excitabilidade do sarcolema.
Além disso, a ressíntese de PCr, que acontece durante o período regenerativo em esportes com intervalos, auxilia o
tamponamento de fosfato livre intracelular, retardando a manifestação da fadiga periférica.
As reservas de PCr atendem provisoriamente a demanda de ATP sempre que a velocidade de produção é inferior à taxa
de consumo intramuscular.
Embora essa ideia seja facilmente compreendida em situações de esforço físico máximo e de curta duração, a energia
que vem da degradação de PCr é igualmente necessária para subsidiar a carência de ATP na transição do repouso para
o exercício submáximo, quando o metabolismo aeróbico ainda não é capaz de acelerar o su�ciente para assumir o
controle energético daquele momento.
Isso �ca claro quando percebemos que as �bras do músculo em repouso produzem ATP para processos basais,
usando recursos do metabolismo aeróbico, sustentado pela constante oferta de nutrientes através da circulação
sanguínea.
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Nessas condições, a necessidade de oxigênio e ácidos graxos para o músculo gerar energia é atendida por um débito
cardíaco de cerca de 5 litros por minuto – algo que, para a maior parte dos indivíduos, é alcançado com Frequência
Cardíaca (FC) de 70 batimentos por minuto (bpm).
Agora, imagine a seguinte situação:
Logo, embora parte do ATP intramuscular seja �nanciada pelo metabolismo aeróbico, a outra parte precisa ser
provisoriamente atendida – enquanto o débito cardíaco não se eleva até o valor esperado – pelas divisões alática e
lática do metabolismo anaeróbico. Isso explica por que o consumo de oxigênio continua alto após o exercício, mesmo
quando não estamos mais fazendo contrações musculares.
Precisamos pagar o dé�cit contraído no início – ou seja, usar energia do ATP – para ressintetizar, aerobiamente, parte
das reservas de PCr utilizadas no início do processo contrátil, bem como para oxidar o lactato produzido naquele
momento.
Em todo início de movimento, há uma parcela de ATP fabricada graças à colaboração da hidrólise da PCr e à
aceleração da glicólise.
A ressíntese de PCr depois do exercício é apenas parte da explicação do motivo pelo qual consumimos oxigênio em
excesso aos valores de pré-exercício, mesmo após a interrupção do processo contrátil.
Esse consumo adicional de oxigênio – conhecido como Excess Post-Exercise Oxygen Consumption (EPOC) –
apresenta uma fase rápida e outra lenta.
A ressíntese de PCr depois do exercício é apenas parte da explicação do motivo pelo qual consumimos oxigênio em
excesso aos valores de pré-exercício, mesmo após a interrupção do processo contrátil.
Esse consumo adicional de oxigênio – conhecido como Excess Post-Exercise Oxygen Consumption (EPOC) –
apresenta uma fase rápida e outra lenta.
A primeira envolve ressíntese de PCr e remoção de lactato.
A segunda pode durar horas e está predominantemente associada aos elevados níveis de catecolaminas presentes no
plasma, sempre que o exercício é realizado de forma intensa ou por período de tempo prolongado.
A �gura a seguir apresenta esse processo:
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Consumo de oxigênio em excesso após a atividade física em relação aos valores pré-exercício, nos exercícios
submáximo (A) e máximo (B)
Fonte: Brooks, Fahey e Baldwin, 2005.
A rápida degradação de ATP e PCr intramuscular no início do exercício contribui para aumento da concentração de
ADP, Pi e creatina, e representa estado de crise energética na célula.
As reservas de ATP não podem ser reduzidas a níveis extremos, sob pena de interrupção dos processos basais de
sustentação da vida da célula. Com isso, a �m de prevenir desordem, catástrofe e morte celular, os excessos de ADP, Pi
e creatina ativam, alostericamente, a enzima miokinase.
Essa reação:
• Impede que os níveis de ADP e Pi �quem muito altos e acabem impossibilitando o processo de degradação de ATP;
• Permite a fabricação rápida de nova molécula de ATP;
• Aumenta o nível intracelular de AMP.
Exemplo
, Vamos nos basear no exemplo do corredor jamaicano Usain Bolt. Em agosto de 2009, ele estabeleceu o recorde mundial dos 100
metros rasos com o tempo de 9 segundos e 58 centésimos (36 km/h). Nessas circunstâncias, a taxa de degradação de ATP é tão
grande (cerca de 45 kcal/min) que a hidrólise da PCr só pode sustentar energia por alguns poucos segundos de exercício., ,
Apesar de pequena, a quantidade de energia transformada e disponibilizada para o processo contrátil por meio da reação
catalisada pela miokinase (cerca de 1,0 kcal por 30 kg de músculo) é fundamental durante a alta intensidade. Ao aumentar a
concentração de AMP, essa enzima sinaliza ajustes moleculares de curto e longo prazos., , Por meio da ativação da AMP Kinase
(AMPK), a molécula de AMP se envolve na membranalização aguda de transportadores de glicose e na indução crônica de
fenótipo aeróbico, que inclui aumento da biogênese mitocondrial mediante ativação do PGC-1α, bem como expressão de ATPase
lenta e de MHC1., , Apesar das características de rápido aporte de energia proporcionado pela PCr, o esgotamento de suas
reservas ocorre rapidamente, e obriga o suporte de fontes glicolíticas e oxidativas de energia., , Se a intensidade do exercício se
mantém elevada, e a colaboração do metabolismo anaeróbico lático é superior a 90%, grandes quantidades de lactato e prótons
são produzidas, o que desa�a o equilíbrio acidobásico da célula., , Evidências recentes indicam que a produção de AMP – que se
inicia, imediatamente, com aumento da hidrólise do ATP durante o exercício – ativa o metabolismo aeróbico nas �bras do tipo I e
o anaeróbico naquelas do tipo II., , A elevação dos níveis intracelulares de AMP representa crise energética no interior da célula,
sinalizando para que alterações agudas e crônicas ampliem a síntese de ATP e impeçam sua rápida degradação.
O destino da molécula de AMP depende do tipo de �bra muscular.
Possuímos dois tipos que se diferenciam pela velocidade de contração e pelas características metabólicas. São eles:
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Fibras do tipo I
Apresentam menor velocidade de contração – fenômeno que depende da atividade da
ATPase presente na cabeça da miosina.
Fibras do tipo II
Apresentam isoforma da ATPase com atividade mais acelerada. Portanto, encurtam os
sarcômeros e degradam o ATP mais rapidamente.
Como uma das maiores necessidades de �bras do tipo I para gerar energia aeróbica é a oferta de oxigênio, a molécula
de AMP é desfosforilada nessas células em adenosina (glossário) e fosfato.
Já em �bras do tipo II, a molécula de AMP é desaminada, o que origina Inosina Monofosfato (IMP) e amônia (NH3) –
moléculas importantes para ativação de enzimas da glicólise, cuja contribuição para produção de ATP é mais elevada
nessas �bras.
Ambas as reações ativam processos que visam aumentar a produção de ATP e permitir a sustentação da contração
muscular.
O próton de hidrogênio é consumido no processo de desaminação de AMP nas �bras do tipo II. Isso colabora para
neutralizar o efeito acidi�cante do exercício físico, já que a hidrólise de ATP produz prótons e, quando muito intensa,
reduz o pH intramuscular.
O aumento excessivo dos níveis de AMP também pode exigir sua eliminação por meio da perda de nucleotídeos. Isso
acontece porque a velocidade de hidrólise de ATP diminui sempre que ocorrem aumentos muito exagerados de ADP e
AMP.
Diante de excessos de AMP, a solução é transformar tanto a adenosina das �bras do tipo I quanto o IMP das �bras do
tipo II em inosina, que, primeiro, é irreversivelmente convertida em hipoxantina e, depois, em xantina.
A conversão de hipoxantina em xantina origina ácido úrico pela ação da enzima xantina-oxidase – uma das mais
importantes fontes de Espécies Reativas de Oxigênio (ROS) (glossário) no musculoesquelético durante o exercício
intenso. Por isso, é comum observarmos aumentos signi�cativos dos níveis séricos de ácido úrico após exercício de
alta intensidade, que podem estar associados à maior produção de ROS.
Saiba mais
, Recentemente, foi identi�cado um polimor�smo do gene Adenosina Monofosfato Desaminase (AMPD), que reduz a atividade da
enzima e que está presente em grande número de atletas de alto nível de esportes de resistência aeróbia.
A�nal, nesse caso, o AMP seria predominantemente degradado em adenosina e fosfato, provocando incrementos signi�cativos
do �uxo de sangue e da oferta de oxigênio – necessários para esse tipo de atividade.
De forma alternativa, durante o exercício prolongado – realizado com menor intensidade –, o IMP poderia ser
reaminado, a �m de originar, por meio do ciclo das purinas, uma nova molécula de AMP. Como esse processo consome
aspartato e produz fumarato (glossário), sugere-se que o ciclo das purinas contribua para ativar a respiração
mitocondrial no decorrer da atividade mais longa.
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Depois de um período de 6 a 8 semanas de treinamento, a elevação intermitente dos níveis de AMP intracelular,
proporcionada por cada sessão de exercício físico, é capaz de contribuir, cronicamente, para adaptações que
melhoram as possibilidades de produção de ATP e limitam sua velocidade de degradação.
A crônica elevação do AMP na �bra muscular, que também é modulada pela dieta:
1. Ativa a AMPK;
2. Aumenta a biogênese de mitocôndrias e a síntese de transportadores de glicose (GLUT-4);
3. Reduz a atividade da ATPase.
Essas adaptações são reforçadas pela ação da calcineurina e da CaMKII. As duas primeiras elevam as probabilidades
de síntese de energia aeróbica. A última limita a possibilidade de o processo contrátil degradar ATP em velocidade
muito superior à capacidade da célula em ressintetizar essa molécula.
Atenção
, A diminuição da atividade da ATPase não deve ser considerada má adaptação. É um meio que a célula encontra para impedir que
os níveis de ATP sejam muito reduzidos, o que pode ser perigoso.
Ao interferir na síntese de isoformas da ATPase, todo tipo de treinamento muscular tende a transformar as �bras do
tipo IIx naquelas do tipo IIa, e as do tipo IIa em �bras do tipo I, reforçando ainda mais as características dessas últimas.
A combinação de menor velocidade de degradação de ATP com aumento do número de mitocôndrias e GLUT-4 eleva a
capacidade de resposta da célula frente a desa�os contráteis, e não deve ser tratada como prejuízo absoluto do
aproveitamento físico.
Maratonistas de alto rendimento percorrem a distância da maratona (42.195 metros) em velocidade próxima a 20 km/h
e possuem, predominantemente, �bras do tipo I. Experimente correr apenas 1 km nessa velocidade.
Mesmo assim, diante do treinamento muscular, a indução do fenótipo de �bras de contração lenta pode produzir
resultado oposto para atletas de esportes de potência muscular, como o corredor de 100 metros rasos. Por isso, esses
atletas limitam o volume de corrida ao mínimo necessário e realizam longos períodosde polimento pré-competitivo, a
�m de manter o desempenho com �bras que contraiam o mais rápido possível.
Em contrapartida, indivíduos com membros imobilizados por longo período de tempo manifestam fenótipo de
contração rápida da ATPase, com perdas signi�cativas do volume mitocondrial, e dependem, em grande parte, do
metabolismo glicolítico e de reservas de PCr para geração de energia.
Tais adaptações são contrárias às anteriores, bem como explicam por que os músculos desses indivíduos fadigam tão
rapidamente e, muitas vezes, reduzem a capacidade de utilização de glicose diante de insulina.
Embora saibamos que a CK se encontra no citosol, próxima aos sarcômeros, recentemente, demonstrou-se a presença
de isoforma dessa enzima na membrana mitocondrial. Acredita-se que a CK mitocondrial é ativada quando os níveis de
ATP citosólico começam a diminuir.
Como o transporte do ATP através da membrana mitocondrial, sintetizado durante a fosforilação oxidativa, é um
processo lento e dispendioso, a CK contribuiria para acelerar a transferência de energia (de origem aeróbica) da matriz
mitocondrial para o citosol.
Parte do ATP produzido no interior das mitocôndrias seria degradada ali mesmo, liberando energia para reorganizar,
por meio da CK mitocondrial, a PCr no citosol. Essa molécula poderia, então, ser degradada pela CK citosólica para
promover a ressíntese de ATP no citosol e colaborar com uma espécie de tamponamento espacial de energia.
Aumentos na concentração de creatina intracelular têm sido associados à elevação da atividade da CK mitocondrial,
que acelera o transporte da energia do ATP mitocondrial para o citosol, a �m de atender a demanda dos sarcômeros
em atividade.
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Por isso, a suplementação com creatina – tradicionalmente utilizada por praticantes de modalidades esportivas de
força e potência muscular – também vem sendo cogitada entre atletas de esportes aeróbicos, já que contribui para
acelerar a oferta de energia aeróbica ao processo contrátil.
A �gura a seguir apresenta essa relação:
Integração entre CK mitocondrial e citosólica para transferência de energia
Fonte: Suarez, 2003.
Nessa mesma linha argumentativa, a elevação dos níveis intracelulares de creatina também já foi associada à ativação
da AMPK, provendo estímulos para aumento da biogênese mitocondrial e de transportadores de glicose, que podem
desempenhar importante papel na terapia de algumas doenças neurodegenerativas com elevado estresse oxidativo e
disfunção mitocondrial.
A suplementação com creatina ainda apresenta efeito antioxidante e anti-in�amatório. Ela é capaz de melhorar a
função vascular e de participar da terapia de prevenção de doenças que se caracterizam pela disfunção do endotélio
de vasos na microcirculação.
METABOLISMO ANAERÓBICO LÁTICO
Durante o exercício, alguns fatores contribuem para ativar as enzimas glicogênio fosforilase e Fosfofrutokinase (PFK),
acelerando, respectivamente, glicogenólise e glicólise, de forma proporcional aos aumentos da intensidade.
São eles:
• Aumento da concentração de íons cálcio – resultante da excitação elétrica do sarcolema, que se propaga pelos
túbulos T e pelo retículo sarcoplasmático;
• Elevação dos níveis intracelulares de AMPc – em resposta ao aumento da atividade simpaticoadrenérgica;
• Diminuição da razão ATP/AMP.
Apesar de intensidades de exercício até 45% do VO2 máximo utilizarem ácidos graxos livres como substrato
predominante na oxidação mitocondrial, naquelas mais elevadas, a contribuição do piruvato formado na via glicolítica
aumenta progressivamente até que prevaleça em intensidades superiores a 75% do VO2 máximo.
A velocidade de síntese e o destino metabólico do piruvato são determinantes para manutenção da homeostase, e sua
identi�cação é importante recurso para avaliação do estresse metabólico durante o exercício.
Diferente daquelas do tipo I, as �bras do tipo II possuem enzimas glicolíticas com atividade mais elevada. Seu
recrutamento durante o exercício implica rápida ativação dos processos de glicogenólise e glicólise, resultando em
expressivo aumento da concentração intracelular de piruvato e da razão NADH+H+/NAD+.
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As �bras do tipo II apresentam atividade mais elevada da enzima Lactato Desidrogenase (LDH). Assim, maior parcela
de piruvato é desviada para formação de ácido lático, em vez de esse composto orgânico ser integralmente
aproveitado nas:
• Reações Mitocondriais de formação de acetil-CoA – catalisadas pelo complexo enzimático Piruvato Desidrogenase
(PDH);
• Reações de transaminação – catalisadas pela Transaminase Glutâmico-Pirúvica (TGP), necessária à síntese de
alanina.
Atenção
, A síntese de ácido lático pode ocorrer mesmo em intensidades abaixo do VO2 máximo e, portanto, junto à respiração
mitocondrial. Não é uma molécula exclusivamente formada em condições anaeróbicas.
No músculo cardíaco – predominantemente composto por �bras do tipo I –, apenas obstruções coronarianas são
capazes de reduzir, de forma drástica, a oferta de oxigênio e de provocar aumento da razão NADH+H+/NAD+,
conjugada à síntese de ácido lático.
Mas tal condição raramente ocorre no musculoesquelético. O uso das �bras do tipo II – e não a reduzida oferta de
oxigênio – determina a produção dessa molécula durante o exercício.
Na reação da LDH, o segundo carbono da molécula de piruvato é reduzido pela adição de um elétron e um íon de
hidrogênio transportados no NADH+H+, dando origem a uma ligação covalente com o hidrogênio.
Na mesma reação, o outro elétron do NADH+H+ é usado com um íon de hidrogênio extraído do citosol para formar o
grupo carboxila presente na molécula de piruvato.
Assim, concluímos que a reação da LDH consome dois íons de hidrogênio, em fenômeno que compensaria aqueles
produzidos nas reações da Hexokinase (HK) e da PFK, os quais dependem da hidrólise de ATP e ocorrem na primeira
fase da glicólise.
A �gura a seguir apresenta esse processo:
Remoção de lactato e prótons de hidrogênio provenientes das �bras do tipo II, e seus destinos
Fonte: Hall et al, 2016.
Diferente do proposto nos primeiros experimentos em músculos isolados eletricamente e estimulados in vitro, o
aumento da produção de ácido lático não é responsável pela redução do pH da �bra muscular, que pode existir em
intensidades mais elevadas de exercício.
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Na glicólise, nenhum próton de hidrogênio é formado. Quando esse processo ocorre a partir da degradação do
glicogênio (glicogenólise), sem a reação da HK, a formação do ácido lático contribui para efeito alcalinizante do citosol.
Mesmo assim, diante do aumento da velocidade de hidrólise do ATP – signi�cativamente mais elevada nas �bras do
tipo II –, há elevação da síntese de prótons de hidrogênio e acidose intracelular moderada durante o exercício intenso.
Em nosso organismo, existem reduções de 0.5 a 0.7 unidades no pH da �bra muscular, em efeito capaz de in�uenciar,
igualmente, o equilíbrio acidobásico dos líquidos extracelulares.
À semelhança do que ocorre com o acúmulo de Pi, a redução do pH intracelular pode diminuir a a�nidade da troponina-
C aos íons cálcio, prejudicando a ativação do sarcômero e contribuindo para a fadiga.
A despeito disso, em estudos realizados em �bras isoladas, em que o pH foi reduzido na presença de temperaturas
normalmente veri�cadas no músculo durante o exercício, constatou-se:
Diante do aumento dos níveis de prótons, há redução na a�nidade de todas as proteínas celulares aos íons cálcio
(inclusive a SERCA).
É possível que, em termos absolutos, o resultado seja a maior disponibilidade de cálcio para ativar a troponina-C,compensando sua reduzida a�nidade pelo íon.
Longe de contribuir para a fadiga, a baixa diminuição do pH é útil para:
Manter o nível de excitabilidade do sarcolema durante o exercício intenso – quando o potencial de e�uxo dos íons
potássio é alterado.
Aumentar a atividade simpática por meio dos estímulos sobre os receptores metabólicos – associados àqueles de
aferentes IV (localizados nas �bras musculares).
Da mesma forma, quando tais prótons de hidrogênio alcançam o sangue – em quantidades moderadas –, são
igualmente úteis para reduzir a a�nidade da hemoglobina e elevar a oferta local de oxigênio, ativando
quimiorreceptores que induzem aumentos da ventilação durante o exercício.
Apesar disso, a presença da LDH mitocondrial ainda não foi demonstrada de forma adequada. Pelo contrário, é até
mesmo refutada por alguns pesquisadores.
Mesmo assim, certos autores indicam que, em áreas próximas às mitocôndrias, como a maior parte do piruvato é
transportado para o interior dessas organelas, o lactato acumulado nessa região pode ser reoxidado para formar
NADH+H+ e piruvato. Isso aconteceria em processo distinto daquele ocorrido em regiões mais distantes das
mitocôndrias, em que a reação da LDH favorece a formação de lactato.
O modelo de compartimentalização proposto permitiria que o lactato produzido na glicólise próximo à bomba de sódio
potássio do sarcolema fosse oxidado em mitocôndrias subsarcolêmicas.
A molécula de ácido lático possui reduzido pKa de seu grupo carboxílico (pH = 3.87), pois é formada no citosol da �bra muscular,
que tem pH = 7.0. Por isso, sua meia-vida é muito breve: a molécula dissocia-se imediatamente em seu sal para originar o lactato.
O lactato produzido nas �bras do tipo II pode ser removido desse local pelos transportadores de Monocarboxilato (MCT-1)
presentes no sarcolema. Ao impedir o acúmulo dessa molécula, tal processo preserva a atividade da LDH e, portanto, atenua a
acidose imposta pela rápida hidrólise do ATP – necessária para sustentar ciclos intensos de encurtamento e relaxamento do
sarcômero.
Além disso, uma vez que a remoção de lactato ocorre junto com um próton de hidrogênio extraído do sarcoplasma, sua produção
é importante para prevenir acidose durante o exercício.
Sugere-se que algum lactato formado durante o exercício nas �bras do tipo II também pode ser reoxidado na mitocôndria dessa
mesma célula, já que, recentemente, transportadores MCT-1 foram encontrados na membrana mitocondrial.
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Já o lactato derivado da glicólise associada ao bombeamento de íons cálcio para o retículo sarcoplasmático seria
oxidado nas mitocôndrias intermio�brilares.
Embora esse sistema não trans�ra elétrons para a matriz mitocondrial, ajudaria a regenerar NAD+ e a manter o
equilíbrio redox-citosólico, assegurando gradiente favorável para entrada de NADH+H+ na mitocôndria através das
lançadeiras glicerol-fosfato e malato-aspartato.
Tanto após o encerramento quanto durante determinadas intensidades de exercício, enquanto cerca de 25% são
transportados para o sangue, outros 75% do lactato produzido em �bras do tipo II são, preferencialmente,
transportados para �bras do tipo I adjacentes.
de períodos de alto volume e de baixa intensidade de exercício é um dos meios mais e�cazes para potencializar esse
processo.
Frente à presença de reduzida razão NADH+H+/NAD+, essa quantidade de lactato é reoxidada pela LDH para formar
piruvato e NADH+H+, que, depois, são transportados para o interior das mitocôndrias para alimentar, respectivamente,
o ciclo de Krebs e a fosforilação oxidativa.
A partir do momento em que �bras do tipo II começam a ser recrutadas durante o exercício – em torno de 45% do VO2
máximo –, há pequeno aumento da concentração de lactato no sangue, o qual, devido à ausência de mitocôndrias nas
hemácias, mesmo em repouso, já parte de 1 mM.
O aproveitamento do lactato e do H+ nas �bras do tipo I depende da densidade mitocondrial, o que é modulado pelo
treinamento aeróbico. Por elevar os níveis de AMPK e CaMKII nas �bras do tipo I, a implementação.
Como a remoção de lactato das �bras do tipo II ocorre junto a outro próton de hidrogênio (H+) e está associada à alta
taxa de hidrólise do ATP durante o exercício intenso, é provável que o aprimoramento de tal processo – que decorre da
melhoria do condicionamento físico – contribua para limitar as reduções do pH dessas células.
Após o encerramento do exercício, por manter o �uxo sanguíneo e a atividade metabólica de �bras do tipo I, a
execução de procedimentos agudos de volta à calma (em baixa intensidade), com os mesmos grupamentos
musculares e movimentos da atividade que provocou o acúmulo de lactato, acelera a remoção de lactato e H+, bem
como contribui para o reequilíbrio autonômico. Isso é positivo para a recuperação.
Durante exercício de intensidade progressiva, as �bras do tipo I alcançam máxima capacidade de uso de lactato e H+, e
quantidades adicionais continuam sendo produzidas por novas �bras do tipo II mobilizadas.
Por isso, parte dessas moléculas se acumula no interior da célula na qual foi produzida. O restante é removido para o
sangue, em que a concentração passa a se elevar em padrões distintos.
Assim, são conhecidos dois limiares do lactato:
Limiar aeróbico (LT1 ou OBLA)
Aumento gradual e linear do lactato no sangue, em concentração entre 1 e 3 mM, que está
associado ao início do recrutamento de �bras do tipo II – algo em torno de 45% do VO2
máximo.
Limiar anaeróbico e ventilatório (LT2)
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Ocorre a partir de 4 mM e delimita o ponto de início para a elevação exponencial dos níveis
sanguíneos de lactato, cuja produção equivale à máxima capacidade de sua remoção para
�bras do tipo I, como mostra a �gura a seguir:
Elevação da concentração de lactato sanguíneo – importante marcador metabólico do aumento da
intensidade do exercício
Fonte: Philp, Macdonald e Watt, 2005
O equilíbrio entre a produção e a remoção tecidual oxidativa de lactato ou a máxima concentração em que seus níveis
permanecem constantes no sangue (MAXLASS) são importantes marcadores de estresse metabólico no exercício
submáximo prolongado. Apesar de arbitrados em 4 mM, são extremamente individuais, e podem oscilar entre 2 e 8
mmol/L.
Diante disso, as três zonas mais frequentemente usadas no treinamento aeróbico são de�nidas com base nos níveis
sanguíneos de lactato. São elas:
ZONA 1
entre 30% do VO2 máximo e LT1.
ZONA 2
entre LT1 e LT2.
ZONA 3
entre LT2e VO2.
Exercícios físicos na zona 1 costumam ser mais confortáveis. Por isso, ela já foi considerada zona de conforto. Em
contrapartida, à medida que a intensidade se aproxima de LT2, ingressando na zona 2, o desconforto aumenta
expressivamente.
No sangue, enquanto os H+ extraídos da �bra em associação ao lactato são neutralizados pela reserva plasmática de
bicarbonato, originando dióxido de carbono e água, o lactato pode servir como substrato gliconeogênico no fígado
(ciclo de Cori) ou ser usado pelo miocárdio e pelo cérebro como fonte de energia.
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A esse respeito, estudos sugerem que o consumo cerebral de lactato durante o exercício exerce efeito neuroprotetor e
é igualmente importante para prevenir a fadiga central.
Também já foi demonstrado que, como as limitações para o transporte do lactato através de membranas celulares são
inferiores àquelas relativas à glicose, o aumento de sua concentração sanguínea contribui para preservar a glicemia
durante o exercício.
Como o processo de oxidação do lactato envolve a ressíntese de NADH + H+ e piruvato, ele também tem sido
considerado relevante substratoenergético mitocondrial, útil à manuntenção da betaoxidação em peroxissomos.
Nessa linha argumentativa, recentemente, propôs-se que o acúmulo de lactato no músculo ou em outros tecidos seria
capaz de sinalizar para a ativação do fator de transcrição HIF-1α. Além de elevar a síntese de eritropoietina renal,
estimulando a eritropoiese, isso in�uenciaria positivamente o processo de angiogênese em mecanismo mediado pelo
sistema óxido nítrico-VEGF.
Além disso, o HIF-1α também é capaz de aumentar a expressão de genes de enzimas glicolíticas e, consequentemente,
de melhorar a resposta das �bras musculares em desa�os que exijam alta potência muscular. Justi�cam-se, então, as
clássicas séries de tolerância ao lactato, tradicionalmente usadas no treinamento de natação há mais de quatro
décadas.
Paradoxalmente, também existem evidências de que o lactato produzido pelo músculo sinaliza para ativação do
coativador de fatores de transcrição (PGC-1α), responsável pelo aumento da biogênese mitocondrial e pela expressão
de genes que codi�cam para proteínas da betaoxidação e do ciclo de Krebs. Isso ocorre em nítido processo de
resposta celular frente aos desa�os impostos pela crise energética da �bra muscular durante o exercício.
Por �m, há pouco tempo, demonstrou-se que a ativação da PGC-1α regula positivamante o sistema de transporte
malato-aspartato no musculoesquelético e, assim, aprimora as possibilidades de transporte de NADH+H+ para a
matriz mitocondrial, como mostra a �gura a seguir:
Estímulo do lactato a HIF-1α e PGC-1α
Fonte: Nalbandian e Takeda, 2016.
EXERCÍCIO
Questão 1: Além de liberar energia, a hidrólise do ATP contribui para formação de próton de hidrogênio, que, durante o
exercício intenso, desa�a o equilíbrio acidobásico.
A degradação da molécula de fosfocreatina, catalisada pela enzima creatinocinase, atenua esse processo, porque:
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a) Ressintetiza o ATP muito rapidamente e reduz a formação de ácido lático – principal responsável pela acidi�cação da �bra
muscular durante o exercício intenso.
b) Favorece a ressíntese de ATP, impedindo que essa molécula – necessária para sustentar o processo contrátil – seja
hidrolisada e, consequentemente, evitando a acidi�cação do meio.
c) Contribui para rápida ressíntese de ATP ao mesmo tempo em que consome próton de hidrogênio, evitando a excessiva
acidi�cação do meio durante o esforço máximo de curta duração.
d) Sustenta exercícios físicos intensos, com cerca de 6 a 10 segundos de duração, e resulta na ativação de bombas de prótons
no sarcolema, que possibilitam a manutenção do pH estável.
e) Libera energia, que pode ser usada rapidamente para sustentar o processo contrátil, e aumenta a a�nidade de íons fosfato
com prótons de hidrogênio, evitando redução excessiva do pH durante exercício intenso.
Justi�cativa
Questão 2: Costuma-se dividir a intensidade do treinamento em três zonas metabólicas e associadas à concentração
de lactato no sangue. A esse respeito, assinale a opção CORRETA:
a) A zona 3 corresponde à intensidade até o primeiro limiar do lactato.
b) A zona 1 corresponde à intensidade superior ao segundo limiar do lactato.
c) A zona 2 corresponde à intensidade superior ao segundo limiar do lactato.
d) A zona 2 corresponde à intensidade entre o primeiro e o segundo limiar do lactato.
e) A zona 3 corresponde à intensidade entre o primeiro e o segundo limiar do lactato.
Justi�cativa
Questão 3: Durante o exercício intenso, o acúmulo de lactato no musculoesquelético é capaz de promover sinalizações
que alteram o per�l metabólico da �bra muscular. A esse respeito, assinale a opção que apresenta a sinalização
induzida em sessões de treinamento que visam à produção ou ao aumento da tolerância do lactato:
a) Ativação do FOXO e da sinalização para atro�a muscular.
b) Aumento da constrição vascular e redução da oferta de oxigênio.
c) Indução do PPARϒ e redução da expressão de proteínas associadas à betaoxidação de ácidos graxos.
d) Diminuição da atividade da AMPK-PGC-1α, redução da densidade mitocondrial e aumento dos processos oxidativos.
e) Indução do fator de transcrição HIF-1α – capaz de sinalizar aumento da angiogênese local e da expressão de enzimas
glicolíticas.
Justi�cativa
ATIVIDADE
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Alguns estudiosos defendem a teoria de que a molécula de lactato é oxidada na mesma �bra na qual foi produzida, o
que auxilia a transferência de elétrons para a cadeia transportadora da matriz mitocondrial.
Explique melhor como isso acontece com base no que estudamos aqui.
Resposta Correta
Glossário
ENTROPIA
Grau de desordem de tudo.
ADENOSINA
Importante agente vasodilatador, capaz de aumentar o �uxo sanguíneo para o músculo ativo durante o exercício e a produção
aeróbica de ATP.
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ESPÉCIES REATIVAS DE OXIGÊNIO (ROS)
Moléculas que, em quantidades excessivas – como durante o estresse oxidativo –, podem causar in�amação e muitos danos
irreversíveis a várias estruturas celulares, condenando a célula à morte.
FUMARATO
Intermediário do ciclo de Krebs.