4-bioenergética do exercício

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Bioenergética 
 Bioquímica do Exercício 2019 - EEFERP 
Prof. Dr. Tiago R. Figueira 
O desafio bioenergético do exercício 
físico 
 
Objetivos 
Compreender o desafio bioenergético que 
representa o exercício físico 
Na sequência, compreender detalhadamente os 
sistemas metabólicos que sustentam a regeneração 
de ATP no repouso e no exercício 
Sumário 
1. Introdução: glossário e conceitos básicos 
 
2. Quantificação do desafio bioenergético 
durante o exercício 
3. Alta demanda energética é sustentada por 
pouco tempo: relação com a bioenergética 
Introdução: glossário e conceitos básicos 
Matéria 
• tudo aquilo que 
contém massa 
• Massa é a medida de 
quantidade de 
matéria 
Energia 
• tudo aquilo que realiza 
trabalho 
• é a capacidade de transformar 
a matéria ou produzir 
movimento 
4 
Introdução: glossário e conceitos básicos 
Potência: 
• fluxo de energia 
• quantidade de energia liberada por unidade de tempo 
Unidade de medida: Watts (W) 
1 W = 1J/s 
1 kcal = ~4,2 kJ 
5 
Introdução: glossário e conceitos básicos 
Em organismos vivos, energia é necessária para 
promover trabalho biológico 
6 
• Síntese de biomoléculas 
• Transferência de informação genética 
• Gradientes elétrico e químico 
• Trabalho mecânico 
• Produção de luz 
O Exercício Físico Aumenta a Demanda 
por Energia (hidrólise de ATP) 
ADP+Pi 
ATP Processos 
Celulares 
(eg. contração 
muscular) 
A performance física em 
algumas atividades reflete a 
capacidade do organismo 
re-sintetizar ATP 
Sumário 
1. Introdução: glossário e conceitos básicos 
 
2. Quantificação do desafio bioenergético 
durante o exercício 
3. Alta demanda energética é sustentada por 
pouco tempo: relação com a bioenergética 
Evidências fundamentais do desafio 
bioenergético durante o exercício em humanos 
 
9 
• É fácil a mensuração do 
trabalho biológico mecânico 
externo 
• Liberação de energia na 
forma mecânica 
Raciocinemos “do meio externo” para o “interno” 
A capacidade de liberar energia 
mecânica tem um amplo espectro 
10 
Homem de 70 kg 
0 200 400 600
Potência mecânica no cicloergômetro (W)
saudável não treinado 
0 200 400 600 800 1000 1200 1400
Potência mecânica no cicloergômetro (W)
saudável não treinado 
atleta de elite (sprinter) 
11 
0 200 400 600 800 1000 1200 1400
Potência mecânica no cicloergômetro (W)
saudável não treinado 
atleta de elite (sprinter) 
Qual é a quantidade de energia requerida pelo 
organismo para sustentar estes trabalhos ? 
Biologia e duas leis da termodinâmica norteiam a resposta 
Qualitativamente podemos responder 
12 
Se um corpo libera energia mecânica em uma 
determinada taxa (ex. 600 W), o total de energia química 
liberada por unidade de tempo, internamente, será um 
valor superior. 
ΔH = ΔG + TΔS 
Entropia 
•Energia não útil ao 
sistema 
Energia útil •Entalpia 
(total de energia) 
A eficiência do organismo humano na 
produção de trabalho mecânico 
13 
ΔH = ΔG + TΔS 
Do total de energia : 
• ~20% (15-24%) trabalho mecânico 
• o restante para 100% é calor 
Custo energético da geração de 
trabalho mecânico 
14 
0 200 400 600 800 1000 1200 1400
0
10
20
30
40
50
60
70
80
so
me
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a
x
a
 d
e
 r
e
p
o
u
s
o
)
Potência mecânica (W) 
Custo energético do estado de repouso = ~1,23 kCal/min 
X (W) Y 
(vezes) 
Energia 
 (kCal/min) 
25 3 3,8 
325 16 20 
600 29 35 
Sumário 
1. Introdução: glossário e conceitos básicos 
 
2. Quantificação do desafio bioenergético 
durante o exercício 
3. Alta demanda energética é sustentada por 
pouco tempo: relação com a bioenergética 
Alta demanda energética (energia por unidade 
de tempo) é sustentada por pouco tempo 
16 
∆E 
∆T 
Elevada 
Potência 
Exercício tolerado 
por pouco tempo 
∆E 
∆T 
Baixa 
Potência 
Exercício tolerado 
por mais tempo 
Analisemos os records mundiais em 
provas do atletismo (fonte: IAAF) 
17 
Distance (km) Word record time (s) Speed (km/h) 
0,1 9.58 37.58 
0.2 19.19 37.52 
0.4 43.03 33.47 
0.8 100.91 28.54 
1.0 131.96 27.28 
1.5 206.00 26.21 
1.6 223.13 25.81 
2.0 284.79 25.28 
3.0 440.67 24.51 
5.0 757.35 23.77 
10.0 1577.53 22.82 
20.0 3386.00 21.26 
30.0 5207.40 20.74 
∆E 
∆T 
20 22 24 26 28 30 32 34 36 38
0
1200
2400
3600
4800
T
im
e
 t
o
le
ra
te
d
 (
s
)
Speed of locomotion (km/h)
Records mundiais: tempo vs. velocidade 
18 
∆E 
∆T 
Taxa de trabalho mecânico 
Ou gasto energético por 
unidade de tempo = 
Intensidade de Esforço 
4 16 64 256 1024 4096
20
22
24
26
28
30
32
34
36
38
40
Sp
ee
d 
of
 lo
co
m
ot
io
n 
(k
m
/h
)
Time tolerated (s)
Se o gráfico for invertido e o eixo X for 
em escala log, temos 
19 
20 22 24 26 28 30 32 34 36 38
0
1200
2400
3600
4800
T
im
e
 t
o
le
ra
te
d
 (
s
)
Speed of locomotion (km/h)
200 m (19,19s) 
1000 m (132s) 
4 16 64 256 1024 4096
20
22
24
26
28
30
32
34
36
38
40
Sp
ee
d 
of
 lo
co
m
ot
io
n 
(k
m
/h
)
Time tolerated (s)
Essa três zonas resultam do recrutamento 
diferencial de três sistemas distintos de 
liberação de energia 
20 
Os três sistemas de liberação de energia 
química são nomeados: 
21 
Sistema Anaeróbio 
Imediato 
Metabolismo 
Aeróbio 
Sistma Anaeróbio 
Lático 
CrP Glicolítico 
Oxidativo 
(Resp. Mitocondrial) 
Os três sistemas de liberação de energia 
degradam diferentes substratos 
22 
Metabolismo 
Anaeróbio Imediato 
Metabolismo 
Aeróbio 
Metabolismo 
Anaeróbio Lático 
Estoques endógenos 
fosfatados (ex. CP) 
Carboidratos 
Ácidos graxos 
Aminoácidos 
Diferenças bioenergéticas primordiais 
entre os três sistemas 
São bem distintos em relação: 
•Capacidade (total de energia) 
•Potência (taxa de transformação de energia) 
Anaeróbio Imediato 
Anaeróbio Lático 
Metabolismo 
Aeróbio 
Capacidade 
Potência 
Questões 
1. Quais teorias permitem concluirmos que o gasto energético 
aumenta durante o exercício em comparação ao repouso? 
2. Quais os trabalhos biológicos celulares ocorrem em maior 
intensidade durante o exercício? 
3. Quem é o intermediário energético que sustenta os trabalhos 
celulares? Qual é a forma de energia contida nele? 
4. Quais sistemas energéticos regeneram o ATP? 
5. Em um determinado tipo de exercício cíclico, como a corrida, 
qual é o gasto energético? 
6. Qual a relação da intensidade com o recrutamento dos 
sistemas metabólicos e com a tolerância ao exercício? 
Recapitulação final 
25 
• O exercício pode elevar muito a demanda energética 
em relação ao basal 
• Altas intensidades de esforço (fluxo energético) são 
toleradas por pouco tempo 
• A intensidade de esforço influencia o sistema 
energético predominantemente recrutado 
• O ATP é o intermediário energético e já foi discutido 
anteriormente que seu ∆G é mutável 
Referências 
Referências 
1. Brooks GA, Fahey TD, Baldwin KM. Exercise physiology: human bioenergetics and its 
applications. 4o ed. Nova York: McGraw-Hill; 2004. 876 p. 
2. Dorel S, Hautier CA, Rambaud O, Rouffet D, Van Praagh E, Lacour J-R, et al. Torque and 
Power-Velocity Relationships in Cycling: Relevance to Track Sprint Performance in World-
Class Cyclists. Int J Sports Med. 2005;26(9):739–46. 
3. Mourão-Junior CA, Abramov DM. Biofísica Essencial. Primeira. Rio de Janeiro: 
Guanabara Koogan; 2015. 196 p. 
4. Nelson DL, Cox MM. Princípios de bioquímica de Lehninger. 6o ed. Porto Alegre: Artmed; 
2014. 1220 p. 
5. Nicholls DG, Ferguson SJ. Bioenergetics 3. 3o ed. Londres: Elsevier; 2002. 297 p. 
6. Nickleberry BL, Brooks GA. No effect of cycling experience on leg cycle ergometer 
efficiency. Med Sci Sports Exerc. 1996;28(11):1396–401 
7. Pazin N, Bozic P, Bobana B, Nedeljkovic A, Jaric S. Optimum loading for maximizing 
muscle power output: the effect of training history. Eur J Appl Physiol. 
2011;111(9):2123–30. 
8. Swain DP. Energy cost calculations for exercise prescription:an update. Sports Med. 
2000;30(1):17–22. 27