AULA 04 Energia para a Atividade Física - Sistema Aeróbio

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FISIOLOGIA EXERCÍCIO 
Energia para a Atividade Física - Sistema Aeróbio
Prof.: Felipe Tamer Filizzola L. Garcia
Introdução
A energia para a contração do músculo é derivada diretamente da quebra de adenosina trifosfato através da enzima miosina ATP(Adenosina tri-fosfato). Quando ativada essa enzima, o grupo fosfato (fosfato inorgânico [Pi]) de alta energia é dividido, gerando a quebra da molécula de ATP. Desse modo ocorre a liberação de energia necessária para dirigir as contrações musculares (7,6 kcal/molécula de ATP).
Se a força e a frequência da contração aumenta, o índice de quebra do ATP aumenta. Durante a contração do músculo é importante que a concentração de ATP no músculo não diminua em quantidade substancial, porque isso poderá diminuir o valor da energia livre, mudando e inibindo mais tarde a contração muscular.
A concentração de ATP livre no músculo é, entretanto, bastante limitado e suficiente para a contração máxima de apenas 2-3 segundos de duração. Para manter a concentração de ATP durante a contração, o músculo conta com ambos os processos metabólicos - aeróbio e anaeróbio. A proporção de energia fornecida por esses processos está intensamente relatada. A alta intensidade da contração tem grande dependência da produção de energia anaeróbia. Ao contrário, a baixa intensidade da contração tem grande dependência da produção de energia aeróbia.
Sistema de Energia Aeróbio
Para que os músculos continuem a produzir força, por um longo período de tempo, eles precisam ter constante suprimento de energia. Na presença do oxigênio, a fibra muscular está apta a quebrar os carboidratos, gorduras e proteínas, se necessário, para a geração. de ATP.
Esse processo é chamado de metabolismo aeróbio ou respiração celular. Tem se discutido que a produção anaeróbia de ATP é bastante ineficiente e inadequada para o exercício, após alguns poucos minutos. Consequentemente, o metabolismo aeróbio é o principal método de produção de energia durante o exercício de resistência.
Sistema aeróbio ou oxidativo
 Consiste no término da oxidação dos carboidratos envolve a oxidação dos ácidos graxos. Ambas as partes do sistema do oxigênio possuem o Ciclo de Krebs como sua via final de oxidação (McArdle, Katch e Katch, 2003). A energia liberada pela desintegração das substâncias alimentares e quando a CP é desfeita, são utilizadas para refazer novamente a molécula de ATP. Fontes Aeróbias de ATP - Metabolismo Aeróbio Na presença de oxigênio, 1 mol de glicogênio é transformado completamente em dióxido de carbono (CO2) e água (H2O), liberando energia suficiente para a ressíntese de 39 moles de ATP (McArdle, Katch e Katch, 2003). 
As reações do sistema do oxigênio ocorrem dentro da célula muscular, ficam confinadas em compartimentos subcelulares especializados, denominadas mitocôndrias. O músculo esquelético está repleto de mitocôndrias. As muitas reações do sistema aeróbio podem ser divididas em três séries principais: (1) Glicólise Aeróbia; (2) Ciclo de Krebs; (3) Sistema de Transporte dos Eletrons.
Metabolismo durante os exercícios 
aeróbios
 
Durante os exercícios aeróbios o corpo tem um suprimento constante de oxigênio para produzir adenosina trifosfato (ATP), o que oferece ao indivíduo uma tremenda capacidade energética. O metabolismo aeróbio é o método mais lento de produção de energia (incluir o oxigênio no processo de produção de energia envolve reações mais complexas e demoradas) e utiliza principalmente gorduras e carboidratos como fontes de energia.
Metabolismo durante os exercícios 
aeróbios
 Os ácidos graxos (provenientes das gorduras) e o glicogênio (vindo dos carboidratos) são metabolizados e fragmentados formando substratos para o ciclo de oxalacetato. Os elétrons vão para a cadeia transportadora de elétrons e são então captados por moléculas de oxigênio dentro da mitocôndria. Esse processo é capaz de ressintetizar cerca de 36 moléculas de ATP para cada molécula de glicose. O limite desse sistema é a quantidade de oxigénio transportado para as mitocôndrias 
Importância do sistema aeróbio
Sistema aeróbio: Provê grande parte da energia em toda a atividade com duração acima de 2 minutos. Utiliza-se dos produtos do sistema anaeróbio (lactato piruvato).Tanto velocistas como fundistas necessitam de um sistema aeróbio bem desenvolvido. Quando o sistema aeróbio é bem desenvolvido utiliza mais piruvato gerado pela glicólise anaeróbia, com isso retarda o aparecimento da acidose nas fibras musculares. Para todos os atletas é muito importante, mas, para os velocistas se torna crucial. O sistema aeróbio é o mais treinável dos três sistemas de energia. O sistema de energia aeróbio envolve uma estrutura física (mitocôndria) assim como a síntese de diversas enzimas aeróbias na célula, o número e o tamanho das mitocôndrias assim como as quantidades das enzimas aeróbias respondem ao treinamento. 
Quais são os benefícios de um
 exercício aeróbico?
O exercício aeróbico, quando realizado cronicamente, estimula nosso corpo a desenvolver adaptações capazes de aumentar nossa utilização de gorduras como fonte de energia endógena.
 
O metabolismo soberano da espécie humana é o aeróbio. Isso quer dizer que o oxigênio que extraímos do ar que respiramos nos permite a vida. A molécula de oxigênio é combustível essencial para a oxidação de substratos energéticos e reações bioquímicas que suportam a vida na Terra. É por isso que somos seres aeróbios e não anaeróbios, que realizam metabolismo fermentativo. Essa evolução adaptativa nos permite uma eficiência energética aeróbia 16-17 vezes  maior que a produção  anaeróbia de ATPs.
O que acontece durante o exercício 
aeróbico?
A partir do momento que realizamos movimentos corporais, existe uma demanda maior por oxigênio. Isso ocorre devido à necessidade de oxidação de substratos energéticos como os ácidos graxos livres e a glicose circulante. Dessa maneira, o metabolismo aeróbio é potencialmente aumentado para suprir a energia requerida pelas contrações musculares, sejam elas de qualquer intensidade. 
No entanto, quanto mais intensa a contração muscular, maior será o grau de transporte, distribuição e captação de oxigênio pela célula. Esse processo tem interdependência da quantidade de enzimas e proteínas carreadoras de oxigênio. É por isso que a atividade física, desde que seja realizada regularmente e na dose ideal, é o melhor remédio para a saúde. A partir dela, aumentamos a nutrição celular pelo aumento da capacidade aeróbia que gerencia o metabolismo e, consequentemente, todo nosso corpo.
Visão geral do ciclo do ácido cítrico
O ciclo de Krebs, tricarboxílico ou do ácido cítrico, é uma série de reações químicas que ocorrem na vida da célula e seu metabolismo. 
O ciclo é executado na matriz da mitocôndria dos eucariontes e no citoplasma dos procariontes. Trata-se de uma parte do metabolismo dos organismos aeróbicos (utilizando oxigênio da respiração celular); organismos anaeróbicos utilizam outro mecanismo, como a fermentação lática, onde o piruvato é o receptor final de elétrons na via glicolítica, gerando lactato. É uma rota anfibólica, ou seja, possui reações catabólicas e anabólicas, com a finalidade de oxidar a acetil-CoA (acetil coenzima A), que se obtém da degradação de carboidratos, ácidos graxos e aminoácidos a duas moléculas de dióxido de carbono (CO2).
Visão geral do ciclo do ácido cítrico
Etapa 1. Na primeira etapa do ciclo do ácido cítrico, o acetil  CoA,  se liga a uma molécula com quatro carbonos, o oxaloacetato, liberando o grupo CoA, e formando uma molécula com seis carbonos, chamada citrato.
Visão geral do ciclo do ácido cítrico
Etapa 2. Na segunda etapa, o citrato é convertido em seu isômero, o isocitrato. Na realidade, este é um processo com duas etapas, que envolve primeiramente a remoção e em seguida a adição de uma molécula de água,
Visão geral do ciclo do ácido cítrico
Etapa 3. Na terceira etapa, o isocitrato é oxidado e libera uma molécula de dióxido de carbono, restando uma molécula com cincocarbonos (o alfacetoglutarato). Durante esta etapa, o NAD+ é reduzido, formando NADH. A enzima catalisadora desta etapa, a isocitrato desidrogenase, é importante na regulação da velocidade do ciclo do ácido cítrico.
Visão geral do ciclo do ácido cítrico
Etapa 4. A quarta etapa é semelhante à terceira. Neste caso, o alfacetoglutarato é oxidado, reduzindo o NAD+ a NADH e liberando uma molécula de dióxido de carbono no processo. A molécula restante, com quatro carbonos, se liga à Coenzima A, formando um composto instável, a CoA. A enzima catalisadora desta etapa, a alfacetoglutarato desidrogenase, também é importante na regulação do ciclo do ácido cítrico.
Visão geral do ciclo do ácido cítrico
Etapa 5. Na quinta etapa, o CoA do succinil é substituído por um grupo fosfato, que em seguida é transferido ao ADP para formar ATP. Em algumas células, GDP - guanosina difosfato—é usada no lugar de ADP, formando GTP—guanosina trifosfato—como produto. A molécula de quatro carbomos formada nessa etapa é chamada de succinato.
Visão geral do ciclo do ácido cítrico
Etapa 6. Na etapa seis, o succinato é oxidado formando outra molécula com quatro carbonos, chamada fumarato. Nessa reação, dois átomos de hidrogênios—com seus elétrons—são transferidos para FAD, produzindo FADH2. A enzima que realiza essa etapa se encontra inserida na membrana interna da mitocôndria, portanto FADH2, pode transferir seus elétrons diretamente para a cadeia transportadora de elétrons. 
Visão geral do ciclo do ácido cítrico
Etapa 7. Na etapa sete, água é adicionada à molécula de fumarato, com quatro carbonos, convertendo-a em outra molécula com quatro carbonos, o malato.
Visão geral do ciclo do ácido cítrico
Etapa 8. Na última etapa do ciclo do ácido cítrico, o oxaloacetato—o composto de quatro carbonos inicial—é regenerado através da oxidação do malato. Outra molécula de NAD+ é reduzida a NADH no processo.
Produtos do ciclo do ácido cítrico
Traçando o destino dos carbonos que entraram no ciclo do ácido cítrico e contando os carreadores de elétrons reduzidos—NADH, FADH2 e ATPs produzidos.
Em uma única volta do ciclo,
dois carbonos entram pela acetil CoA, e duas moléculas de dióxido de carbono são liberadas;
três moléculas de NADH e uma molécula de FADH2​, 2, são geradas; e
uma molécula de ATP ou GTP é produzida.
Esses valores são para uma volta do ciclo, correspondendo a uma molécula de acetil CoA. Cada glicose produz duas moléculas de acetil CoA, então temos que multiplicar esses números por 2, se quisermos o rendimento por glicose.
Cadeia transportadora de elétrons 
A cadeia transportadora de elétrons é uma série de proteínas e moléculas orgânicas encontradas na membrana interna da mitocôndria. Os elétrons são passados de um componente da cadeia transportadora para outro em uma série de reações redox. A energia liberada nestas reações é capturada na forma de um gradiente de prótons, o qual é usado para produzir ATP em um processo chamado quimiosmose. Juntas, a cadeia transportadora de elétrons e a quimiosmose formam a fosforilação oxidativa.
Cadeia transportadora de elétrons 
As principais etapas desse processo, mostradas de maneira simplificada no diagrama acima, incluem:
Entrega de elétrons por NADH e FADH2. Os carreadores reduzidos (NADH e FADH2) das outras etapas da respiração celular transferem seus elétrons para moléculas próximas ao início da cadeia de transporte. No processo, eles voltam a ser NAD+ e FAD, que podem ser reutilizados em outras etapas da respiração celular.
Cadeia transportadora de elétrons 
Transferência de elétrons e bombeamento de prótons. Conforme os elétrons passam pela cadeia, eles se movem de um nível de energia mais alta para um de mais baixa, liberando energia. Parte dessa energia é usada para bombear íons H+, tirando-os da matriz celular e jogando-os no espaço intermembranar. Esse bombeamento estabelece um gradiente eletroquímico.
Cadeia transportadora de elétrons 
Divisão do oxigênio, formando água. No final da cadeia de transporte de elétrons, os elétrons são transferidos para a molécula de oxigênio, que é se divide ao meio e se junta ao H+, formando água.
Cadeia transportadora de elétrons 
Síntese de ATP causada pelo gradiente. Conforme os íons H+ fluem a favor do gradiente para a matriz, eles passam por uma enzima chamada ATP sintase, que aproveita o fluxo de prótons para sintetizar ATP.
Características do treinamento aeróbico
O treinamento aeróbico para produzir efeitos significativamente benéficos ao organismo precisa possuir uma prescrição adequada e com e com suas respectivas características de treino.
 Para Hollmannn & Hettinger (1983), uma atividade física aeróbica deve apresentar um esforço de longa duração e com intensidade moderada. Lopes (1987) e Fetter (1994), confirmam afirmando que a intensidade, a freqüência semanal, a duração das sessões e o tipo de programa influenciam diretamente o efeito do treinamento aeróbico, entretanto, Lopes (1987) sugere que não há diferenças significativas em treinamento contínuo e treinamento com intervalos de dias, em relação aos benefícios cardiorespiratórios. Grünelwald & Wöllzenmüller (1984), entendem por treinamento aeróbico a capacidade de poder executar um trabalho muscular durante um longo período, sem apresentar consideráveis sinais de fadiga. Então o treinamento aeróbico tem características que determinam o seu melhor aproveitamento:
Características do treinamento aeróbico
 Frequência: segundo Cooper (1978 e 1982), sugere que o treinamento aeróbico ocorrá no mínimo 3 vezes por semana, mas se possível 4 vezes por semana. Entretanto a American College of Sport Medicine (1980), recomenda uma frequência de treinamento de 3 a 5 dias por semana. Segundo Pollock (1993), o treinamento aeróbico feito 2 vezes por semana com uma carga de 30% superior do que um treinamento de 3 vezes por semana, não difere em relação ao ganho de VO2máx de uma pessoa, entretanto com o treinamento feito 2 vezes por semana não se obtêm perdas na composição corporal. Mcardle, Katch & Katch (1998), descrevem que o treinamento pode ser de 2 a 3 dias por semana.
Obs: Para indivíduos com insuficiência cardíaca, Rondon (2000), afirma que o treino deve ser feito apenas 3 vezes por semana em dias intercalados para uma melhor recuperação do organismo.
Características do treinamento aeróbico
 Duração: a American College of Sport Medicine (1980), recomenda uma duração de 15 a 60 minutos contínuos. Mcardle, Katch & Katch (1998), afirma que o treino não precisa ultrapassar 30 minutos. Pollock (1993), descreve que o treino pode ser de 20 a 30 minutos. Entretanto, Cosenza (2001), afirma que em seus estudos na literatura encontrou como um bom volume de atividade aeróbica uma faixa de 40 a 45 minutos contínuos. Pacientes com insuficiência cardíaca devem começar com 15 minutos e progressivamente a 30 e 40 minutos, afirma Rondon (2000).
Intensidade: a American College of Sport Medicine (1980), recomenda uma frequência cardíaca de 60% a 90% da Fcmáx ou 50% a 85% do VO2máx, porém Cosenza (2001), afirma que em seus estudos a intensidade deve ser numa faixa de 70% a 75% do VO2máx. Jenkins (2000), descreve que a partir de 55% do VO2máx é suficiente para melhorar o sistema cardiovascular e muscular. Para comprovar ele demonstra uma relação da freqüência cardíaca máxima com o VO2máx
Prescrição de treinamento aeróbico
  Qualquer treinamento aeróbico e atividade física precisa de uma prescrição de treino correta para que os objetivos apareçam e os resultados sejam satisfatórios. Tem-se maneiras de descobrir a zona alvo de treinamento, que é o parâmetro melhor para seguir e ter certeza que está trabalhando aerobicamente:
Prescrição de treinamento aeróbico
 Prescrição pela frequência cardíaca:
    Para prescrevermos a zona alvo, terá que ser descoberto a Fcmáx do indivíduo que será treinado. Segundo Karvonen (1957) [citado por Marins (1998)], a fórmula é 220- idade. Entretanto Jones (1975) [citado por Marins(1998)], a fórmula é 220- (0,65x idade). Sheffiel (1965) [citado por Marins (1998)] e Pinheiro (1998), descreve que a fórmula para destreinados é 205- (0,41x idade) e para treinados é 198- (0,41x idade). Por fim, em estudos recentes, Seals & Tanaka (2001) a nova fórmula (considerada a mais fidedigna) propõe: 208- (0,7x idade).
    Marins (1998), afirma que pela tabela de Cooper se o nível da aptidão física (VO2máx) for bom ou superior se trabalha a 65% até 85% da Fcmáx, entretanto se for fraca ou regular se trabalha a 55% até 80% da Fcmáx.
    Para descobrimos a zona alvo de treinamento aplicamos a fórmula de Karvonen (1957) [citado por Marins (1998)], tanto para o limite inferior como para o superior:
FcT = %T (Fcmáx - Fc rep.) + Fc rep.
Onde: FcT = frequência cardíaca de treinamento;
%T = percentual de treino;
Fcmáx = frequência cardíaca máxima;
Fc rep. = frequência cardíaca de repouso.
Prescrição de treinamento aeróbico
Prescrição de treinamento aeróbico
 Calcular a Frequência Cardíaca Máxima (FCM) é fácil, rápido e imprescindível para saber os limites do seu corpo antes de começar a se exercitar.  Para encontrar a sua, subtraia sua idade de 220.  Por exemplo: uma pessoa de 35 anos deve fazer o cálculo 220 – 35 = 185. Assim, a FCM de uma pessoa de 35 anos é 185 bpm (batimentos por minuto). 
Para calcular as frequências determinadas nos diversos níveis de exercícios indicados nas planilhas, basta usar uma regra de três simples. Voltando ao exemplo 185 é igual a 100% da FCM.
Usando ainda o mesmo exemplo, veja como sua frequência deve se comportar em cada nível de esforço: 
Caminhada Rápida: média de 55% a 60% da FCM. Ou seja, 102 a 111 bpm
Trote: média de 65% a 70% da FCM. Ou seja, 120 a 129 bpm
Corrida leve: média de 75% a 80% da FCM. Ou seja, 139 a 148 bpm
Corrida moderada: média de 85% a 90% da FCM. Ou seja, 157 a 166 bpm
Corrida intensa: acima de 95% da FCM. Ou seja, 175 bpm
Prescrição de treinamento aeróbico
 Para calcular as frequências determinadas nos diversos níveis de exercícios indicados nas planilhas, basta usar uma regra de três simples. Voltando ao exemplo 185 é igual a 100% da FCM.
Usando ainda o mesmo exemplo, veja como sua frequência deve se comportar em cada nível de esforço:
185bpm-----------100%
			 Xbpm------------80%
100x=185x80----100x=14800-----x=14800 ---- x= 148bpm
 
Caminhada Rápida: média de 55% a 60% da FCM. Ou seja, 102 a 111 bpm
Trote: média de 65% a 70% da FCM. Ou seja, 120 a 129 bpm
Corrida leve: média de 75% a 80% da FCM. Ou seja, 139 a 148 bpm
Corrida moderada: média de 85% a 90% da FCM. Ou seja, 157 a 166 bpm
Corrida intensa: acima de 95% da FCM. Ou seja, 175 bpm
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