36- Algunos aspectos biofisicos importantes del ejercicio Spengler-2

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ALGUNOS ASPECTOS BIOFÍSICOS IMPORTANTES 
DEL EJERCICIO
Spengler María Isabel
Cátedra de Física Biológica. Facultad de Ciencias Médicas, U.N.R.
Introducción
El músculo esquelético tiene tres tipos de fuentes energéticas cuya utilización varía en función de la actividad 
física desarrollada. Así, en actividades de potencia (pocos segundos de duración y elevada intensidad), el mús-
culo utilizará ATP y fosfocreatina (PC); para actividades de alrededor de 60 segundos de duración a la máxima 
intensidad posible, utilizará preferentemente las fuentes de energía glucolíticas no oxidativas (metabolismo 
anaeróbico); mientras que para actividades de más de 120 segundos, el metabolismo aeróbico será el que 
soporte fundamentalmente las demandas energéticas.
Estudios recientes sugieren que la transición entre la preponderancia de los sistemas energéticos anaeróbico 
láctico y el aeróbico ocurre antes de los 120 segundos, de manera que a partir de los 60 segundos el metabo-
lismo anaeróbico láctico pierde gran parte de su protagonismo, mientras que el aeróbico se hace realmente el 
más importante.
Es difícil la participación única de uno de estos sistemas energéticos en una actividad determinada, por lo 
que se debería hablar de “preponderancia” de un sistema energético en una actividad física dada, debido al 
solapamiento continuo que ocurre entre estos sistemas.
Rendimiento del ser vivo como máquina
Usted ha estudiado que el desarrollo de mecanismos bioquímicos y fisiológicos permiten la transformación 
de energía química en otras formas de energía esenciales para la vida. Por ello le proponemos que analice el 
“flujo” de energía química de principios alimenticios que se detalla en el siguiente esquema, teniendo en cuenta 
los 1º y 2º principios de la Termodinámica y el balance energético animal.
Cerca del 20% de la energía liberada es la energía mecánica de la contracción y el 80% restante es energía 
térmica. La gran liberación de energía térmica durante el ejercicio impone demandas adicionales al sistema 
termorregulador, en particular el aparato cardiovascular, que transporta calor a la superficie corporal y a las 
glándulas sudoríparas que desempeñan una función primordial en la transferencia de calor desde la superficie 
corporal hacia el ambiente.
Según lo presentado en el cuadro de la próxima página, analice el rendimiento del ser humano como máqui-
na, calculándose este rendimiento por la relación entrada/salida de energía.
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 El rendimiento del ejercicio o trabajo varía según la velocidad de la contracción muscular, la carga contra la 
que el músculo se contrae, el nivel de fatiga, el entrenamiento y el nivel metabólico que el organismo emplea 
para realizar el trabajo. El rendimiento calculado puede mejorarse hasta cierto punto con el entrenamiento o la 
práctica. Los atletas entrenados adquieren una coordinación de la actividad muscular a ritmos que les permiten 
obtener un rendimiento funcional máximo de la contracción muscular.
Métodos para determinar el metabolismo energético
Los tres principales métodos para determinar el metabolismo energético pueden ser utilizados también en la 
determinación del gasto energético del hombre que realiza un trabajo determinado: 1) la calorimetría directa, en 
la cual se mide la producción de calor del sujeto mediante un calorímetro para humanos; 2) la calorimetría indi-
recta, en la cual la determinación del recambio respiratorio del individuo (consumo de oxígeno y producción de 
dióxido de carbono) se emplea como base para calcular el metabolismo energético, y 3) la calorimetría indirec-
ta, en la cual se mide el balance entre la ingestión de calorías contenidas en los alimentos y las modificaciones 
de las reservas energéticas del organismo, como grasas y proteínas, durante un período de varias semanas o 
meses de trabajo. En condiciones experimentales, el trabajo realizado por un individuo es controlado y medido 
más fácilmente si se realiza en ergómetros de banda o de bicicleta. El gasto total de energía durante el trabajo 
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puede ser determinado por cualquiera de los métodos señalados anteriormente.
De estos métodos, el indirecto –basado en el cálculo del gasto energético por el consumo de oxígeno y por la 
liberación de CO2– ofrece las ventajas de rapidez, exactitud y de operación relativamente fácil.
Efecto del aumento del trabajo sobre el consumo de oxígeno
Los factores fisiológicos que pueden limitar el consumo humano de O2 son 1) velocidad del trasporte car-
diovascular al tejido activo, 2) utilización de O2 por las células en actividad y 3) capacidad de difusión de O2 
en los pulmones. Otros factores medidos con menos objetividad también son importantes, como motivación, 
habilidad, eficiencia y entrenamiento.
Durante el ejercicio máximo lo principal, con respecto al ingreso de O2, es la disponibilidad de éste a nivel celular. 
Si la cantidad de O2 consumido es igual a la requerida para toda la actividad metabólica, la producción aeróbica de 
ATP proporciona la energía necesaria a medida que se la utiliza, pero esto sólo ocurre durante el trabajo liviano o 
moderado. Como ya dijimos, cuando la oferta de O2 a las células activas se atrasa en relación con la demanda, el 
principal aporte de energía proviene de la producción anaeróbica de ATP. Esto puede considerarse un préstamo 
porque los depósitos energéticos utilizados deben reponerse después de finalizar el ejercicio. La magnitud de los 
depósitos de energía que se utilizan en forma anaeróbica y que deben reponerse son la deuda de oxígeno.
En la gráfica que sigue se representa el consumo de oxígeno en función del tiempo en un ergómetro de banda 
a seis ritmos de trabajo distintos. El consumo de oxígeno a partir del reposo se eleva rápido en los dos primeros 
minutos de trabajo, después de los cuales queda estabilizado.
El tiempo requerido para alcanzar un consumo de oxígeno de 1.6 l. /min. con el más leve trabajo es de 2 min., 
tiempo igual al que transcurre para alcanzar un consumo de 3.9 l. /min. con el trabajo más intenso.
El consumo máximo de oxígeno de un hombre representa la tasa máxima de liberación de energía aeróbica 
para el trabajo, y suele alcanzarse en el segundo o tercer minuto de cualquier trabajo exhaustivo, en el cual 
las demandas de energía exceden la capacidad máxima del metabolismo aerobio. El más alto consumo de 
oxígeno del sujeto, como se consigna en la figura, fue de 3.9 l. /min. y se mantuvo desde el segundo hasta el 
décimo minuto de una carrera sobre el ergómetro de banda a 18,6 Km. /h. Esto representa probablemente el 
consumo máximo de O2 de ese sujeto, puesto que la carreta lo agotó y fue incapaz de sobrepasar esta tasa de 
consumo de O2. El consumo máximo de oxígeno es probablemente el mejor indicador fisiológico, conside-
rado aisladamente, de la capacidad del hombre para sostener un trabajo extremadamente intenso. Para cada 
individuo, ese indicador da valores notablemente constantes, aunque puede disminuir después de inactividad 
muy prolongada o aumentar significativamente después de unos meses de entrenamiento atlético intenso.
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El consumo máximo de oxígeno por el hombre decrece con la edad.
Una vez que cesa el ejercicio, el consumo disminuye en función logarítmica con el tiempo. Así, durante la re-
cuperación, el individuo consume más oxígeno que el necesario para sus necesidades basales. Este aumento 
en el consumo de O2 durante la recuperación es, como ya dijimos, la deudade oxígeno. La oxidación adicional 
correspondiente a la deuda de oxígeno produce la energía necesaria para restablecer los sistemas de alta ener-
gía en los músculos, los cuales han liberado la energía en forma anaerobia durante el trabajo. Es característico 
que la deuda se salde rápido al principio y después con mayor lentitud.
Es probable que la deuda aumentada de O2, medida por el consumo de O2 después de cesar el ejercicio, tenga 
tres componentes: 1) un componente rápido que se repone en los primeros 2 minutos, tal vez con una pequeña 
disminución neta del O2 almacenado en la hemoglobina de la sangre venosa y músculo; 2) rápida resíntesis de los 
enlaces fosfato de alta energía del ATP y CP y 3) lenta eliminación del ácido láctico formado a partir del piruvato en 
la degradación anaeróbica del glucógeno.
La tolerancia del individuo a la falta de O2 y su aptitud para adquirir una deuda grande sin interrumpir el ejerci-
cio es otro criterio importante de aptitud o vigor físico. Las personas no entrenadas toleran un máximo de sólo 
10 litros de deuda de O2 hasta que deben desistir por fatiga y, en algunos casos, náuseas y vómitos. El tope de 
la deuda en atletas superiores llega a 17 a 18 litros.
Se advierte que si el ejercicio dura mucho (carrera de larga distancia) la persona no puede permitir la acumu-
lación incesante de la deuda, sino que debe trabajar en condiciones aeróbicas o a una intensidad lo bastante 
moderada como para que la oferta cardiopulmonar de O2 a las células activas sea paralela al requerimiento o 
costo de O2. El costo de O2 es lo que se consume por encima del estado testigo o basal durante el ejercicio, 
más la deuda de O2.
 
Regulación de la circulación periférica y de la presión arterial en el ejercicio
Nota: Recuperar los conceptos aprendidos en Hemodinamia. Unidad Nº 3, Área: Trabajo y Tiempo Libre.
Durante el trabajo intenso, la vasodilatación en los músculos activos es tal que aumenta hasta cien veces el 
número de capilares abiertos, comparativamente al reposo. Esta ampliación tan cuantiosa del lecho vascular de 
los músculos es posible gracias a la vasoconstricción compensadora en la piel y en las vísceras abdominales. 
Además de este gran aumento en el área útil para el intercambio respiratorio tisular, la distancia a la que los 
materiales deben difundir, entre los capilares y las fibras musculares, se reduce en promedio, de las 50u corres-
pondientes al reposo, a 1u a 5u durante el ejercicio.
La vasodilatación muscular durante el ejercicio es mucho mayor que la vasoconstricción compensadora en 
otras regiones vasculares. El efecto resultante de estos ajustes integrados del sistema vascular durante el 
ejercicio, consiste en una notable disminución de la resistencia vascular total al flujo. Las pruebas de esto se 
encuentran en los registros directos de la presión arterial de los sujetos en ejercicio, que muestran una caída 
significativa de la presión diastólica. La disminución de la presión diastólica durante el ejercicio se presenta 
aunque la frecuencia y el gasto cardíacos hayan aumentado en proporción considerable. Esto indica que la 
resistencia periférica ha disminuido, lo cual hace posible que el gasto cardíaco durante el ejercicio se eleve sin 
esfuerzo del corazón.
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Difusión y transporte de oxígeno 
Nota: Recuperar conceptos de “Intercambio gaseoso”. Unidad Nº 5, Área: Trabajo y Tiempo Libre.
Como ya vimos, durante el ejercicio el consumo de oxígeno aumenta en forma proporcional a la intensidad 
del trabajo físico realizado.
La intensidad de la ventilación deberá multiplicarse para poder mantener la presión alveolar de oxígeno den-
tro del rango de los valores normales.
Durante el ejercicio, la capacidad de difusión para el oxígeno aumenta. Este aumento se justifica por la aper-
tura de los capilares pulmonares que estaban cerrados en reposo, y por una mayor dilatación de los capilares 
ya abiertos. Así se posibilita un aumento de la superficie de intercambio y aumenta, por lo tanto, el área total 
de difusión.
La capacidad de difusión del oxígeno aumenta en forma casi lineal al ir aumentando la intensidad del ejercicio, 
llegando a hacer una meseta cerca del esfuerzo máximo. En general, las personas entrenadas físicamente 
tienen mayor capacidad de difusión que las sedentarias, tanto en reposo como en ejercicio.
Recordando la curva de saturación de la hemoglobina en función de la presión parcial de oxígeno:
Durante el ejercicio físico, diversos factores desplazan la curva de disociación de la hemoglobina hacia la 
derecha, entre los que se destacan el aumento de H+, el descenso de pH, aumento de PCO2 y el aumento de 
temperatura inherente a la realización de ejercicios de una determinada intensidad.
Por lo tanto, el oxígeno puede ser liberado al músculo con valores de PO2 de unos 40 mmHg (el valor normal 
de reposo) aunque se extraiga de la hemoglobina el 75-85% de oxígeno. Otro factor que desplaza la curva de 
disociación de la hemoglobina hacia la derecha es el aumento del 2,3 difosfoglicerato, compuesto que se pro-
duce en los hematíes durante las reacciones del metabolismo anaeróbico. Este compuesto reduce la afinidad 
de la hemoglobina por el oxígeno, y esto podría incrementar la disponibilidad del oxígeno por los tejidos.
La presencia de 2,3 difosfoglicerato podría ayudar a transferir oxígeno a los músculos ejercitantes durante 
ejercicios intensos en los que hay una limitación para sostener la intensidad de ejercicio aeróbico.
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Bibliografía
LÓPEZ CHICHARRO J; FERNÁNDEZ VAQUERO A. Fisiología del Ejercicio. 2º edición. Ed. Panamericana.
BEST Y TAYLOR. Bases Fisiológicas de la Práctica Médica. Editorial Panamericana, 12º edición.
GANONG W. Fisiología Médica. 15º edición. El Manual Moderno.
ANTONIO FRUMENTO. Biofísica. 2º edición. Intermédica.
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