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Capítulo

Metabolitos y sustratos

En el control del entrenamiento, la evaluación del estado metabólico del organismo suele llevarse a cabo mediante la valoración de diversos metabolitos y sustratos presentes en la sangre, la orina, la saliva o el sudor. Los resultados obtenidos definen lo que está pasando en los músculos activos. Para conseguir una información directa, es necesario la obtención de una muestra para biopsia. En la investigación del metabolismo muscular, el valor de la información obtenida sobre los metabolitos o sustratos a partir de cada uno de los métodos utilizados decrece según el orden siguiente:

Biopsia muscular diferencia arteriovenosa sangre venosa sangre capilar orina y saliva sudor

No obstante, la viabilidad de cada método aumenta en el mismo orden, siendo la biopsia muscular el menos viable y el sudor el más viable. Más adelante se expondrán diversas opciones respecto al uso de la biopsia. En condiciones de campo, la punción arterial y, en consecuencia, la valoración de la diferencia arteriovenosa, no es utilizable.

Así, el investigador debe escoger el «medio de oro», el método más viable en las circunstancias particulares de la actividad y que proporcione la información suficiente para la evaluación de la función objeto del control. Por otra parte, los metabolitos y sustratos escogidos para la medición deben estar relacionados con la tarea del control. No obstante, la interpretación de la información obtenida depende del conocimiento de la vía metabólica que genera la formación del metabolito, el destino metabólico de la sustancia y la producción/uso del sustrato.

Biopsia muscular

La información de más valor sobre las reservas energéticas y los procesos metabólicos se consigue mediante la biopsia muscular tras la determinación de los metabolitos/sustratos en el tejido muscular. Este método ha proporcionado valiosos resultados para el establecimiento de las principales características del metabolismo energético en los músculos de los seres humanos y es muy recomendable para los experimentos sobre entrenamiento en condiciones de laboratorio.

No obstante, el método tiene un uso limitado. Hultman señaló que había utilizado este método para la investigación en jugadores de fútbol. El método está basado en la extracción de una muestra de tejido muscular utilizando una aguja para biopsia percutánea. La aguja fue introducida por Bergström (1962). En un principio, el método fue utilizado en condiciones clínicas para la determinación de los electrólitos musculares en seres humanos (Bergström, 1962). Actualmente es un método ampliamente empleado en la fisiología humana del ejercicio y la medicina deportiva. Los estudios de Hultman (1967, 1971) contribuyeron ampliamente a la promoción y la expansión de este método para su uso en los estudios bioquímicos en seres humanos durante el ejercicio.

Primeros estudios

A partir de 1966 empezaron a aparecer publicaciones que describían los resultados obtenidos mediante biopsias sobre las modificaciones del glucógeno muscular (Bergström y Hultman, 1966a; Ahlborg et al., 1967; Hultman, 1967), los electrólitos (Bergström y Hultman, 1966a; Ahlborg et al., 1967) y los fosfatos ricos en energía (Hultman, 1967; Karlsson, 1971) en los seres humanos durante el ejercicio. Los resultados demostraron que una caída del contenido en glucógeno muscular inducida por el ejercicio estimulaba la actividad de la síntesis del glucógeno (Bergström y Hultman, 1966b). Quedó claro que (1) el contenido en glucógeno muscular es un factor limitante para la capacidad de rendimiento en ejercicios intensos prolongados y (2) la supercompensación del glucógeno postejercicio puede incrementarse mediante una combinación de ejercicio exhaustivo y una dieta modificada de hidratos de carbono (Bergström et al., 1967; Hultman, 1967, 1971). El efecto del entrenamiento sobre el contenido en glucógeno del músculo del ser humano fue confirmado en diversos estudios (véase Saltin y Gollnick, 1983), incluido el efecto del entrenamiento en condiciones isquémicas (Viru y Sundberg, 1994).

Los métodos para la valoración de la actividad de enzimas oxidativas (Björntorp et al., 1970; Moesch y Howald, 1975) y otras enzimas –por ejemplo, la fosforilasa (Taylor et al., 1972), la glucógeno sintetasa (Piehl et al., 1974) y el adenosín trifosfato miofibrilar (ATPasa) (Ingjer, 1979), y para la determinación del lactato y otros metabolitos (Hultman, 1971; Karlsson, 1971; Karlsson y col., 1971; Harris et al., 1974) o los lípidos musculares (Carlson et al., 1971)– fueron adaptados para la biopsia y utilizados en estudios dedicados a los efectos del ejercicio, y además se llevó a cabo un extenso estudio sobre los cambios del pH muscular intra y extracelular (Sahlin, 1978). También mediante el uso de la biopsia del músculo esquelético humano se demostró un incremento de la producción mitocondrial de ATP como respuesta al entrenamiento de resistencia (Wibom y Hultman, 1990).

Aplicación de estudios morfológicos

La biopsia muscular fue utilizada para la determinación de la distribución individual de las fibras musculares de varios tipos en deportistas de diferentes eventos deportivos (Gollnick et al., 1973a; Costill et al., 1976a; Thornstensson et al., 1977). Mediante este método fue posible discriminar los efectos del ejercicio agudo sobre los cambios metabólicos entre las fibras musculares de varios tipos (Costill et al., 1973a; Gollnick et al., 1973b; Edgerton et al., 1975), y se empezaron a acumular resultados sobre los cambios de la sección transversal y de las características metabólicas del músculo inducidos por el entrenamiento en función del tipo de fibra y los ejercicios utilizados (Gollnick et al., 1973a; Karlsson et al., 1975; Thorstensson et al., 1977; Costill et al., 1979). Estos estudios se ampliaron con deportistas adolescentes (Eriksson et al., 1973) y para la evaluación de las diferencias entre los dos sexos (Costill et al., 1976b; Komi y Karlsson, 1978; Nygaard, 1982), de manera que se pudo establecer el papel esencial desempeñado por un factor genético en la distribución interindividual de las fibras musculares de los diferentes tipos (Komi et al., 1977). Las biopsias también proporcionaron un fundamento para el contenido de la transformación del tipo de fibra en el entrenamiento, como mínimo la transformación de un subgrupo en otro (Anderson y Henriksson, 1977; Jansson et al., 1978).

Para resolver el problema de la hipertrofia frente a la hiperplasia en los músculos esqueléticos entrenados, se realizó un recuento del número total de fibras a partir de mediciones de la sección total del músculo (tomografía computarizada) y el área de las fibras individuales (muestras para biopsia). Los resultados obtenidos demostraron la existencia de considerables variaciones en el número de fibras en individuos diferentes. No obstante, no se encontró evidencia alguna de una diferencia sistémica entre personas sedentarias y entrenadas. Las mayores dimensiones encontradas en los deportistas se atribuyeron a la gran sección transversal de las fibras individuales (Nyagaard, 1980).

Mediante la utilización de la técnica de la biopsia muscular, se demostró la existencia de un mayor suministro de los capilares a los músculos y un mayor contenido en mitocondrias en los seres humanos como resultado del entrenamiento de resistencia (Ingjer, 1979).

Combinación de la biopsia con otros métodos

Las muestras seriadas para biopsia muscular obtenidas durante la contracción muscular repetida inducida eléctricamente proporcionó una oportunidad para la realización de estudios precisos sobre el fundamento metabólico de la fatiga muscular (Chasiotis, 1983; Hultman y Sjöholm, 1983; Hultman y Spriet, 1988; Spriet et al., 1988). Una tendencia prospectiva es la utilización de la biopsia muscular en combinación con la estimación de las diferencias arteriovenosas en múltiples sitios y las mediciones del flujo sanguíneo de las piernas. Por ejemplo, durante el estudio realizado sobre el trabajo muscular inducido eléctricamente se pudieron detectar los flujos de lactato y potasio en el músculo esquelético humano durante y después de un ejercicio intenso de extensión de la rodilla (Juel et al., 1990), la producción de energía anaeróbica, y la relación O₂–deuda durante el ejercicio exhaustivo (Bangsbo et al., 1990), así como la relación lactato/glucógeno durante el período de recuperación posterior al ejercicio (Bangsbo et al., 1991).

Por otra parte, la información obtenida sobre los procesos metabólicos también aumenta cuando la biopsia se combina con estudios isotópicos (véase pág. 32).

Separación de fibras musculares individuales de las muestras de biopsia

La técnica de separación de las fibras musculares individuales de las muestras de biopsias permite una comparación mucho más específica de las peculiaridades de las fibras de tipo I y tipo II en los estudios metabólicos. No obstante, para estos estudios es necesario utilizar nuevos procedimientos analíticos. Para ello, se ha elaborado un nuevo método luminométrico que permite la determinación del ATP y la fosfocreatina (PCr) en las fibras musculares (Wibom et al., 1991). Mediante este método se ha descubierto que el índice de renovación de ATP es unas tres veces superior en las fibras de tipo II que en las de tipo I, y que la pérdida de PCr es especialmente rápida en las fibras de tipo II. Tras la estimulación, la resíntesis de ATP no era completa en las fibras de tipo II tras 15 min de recuperación oxidativa (Söderlund, 1991). Durante la estimulación eléctrica una rápida glucogenólisis también en las fibras de tipo II con una prácticamente indetectable glucogenólisis en las fibras de tipo I. La inyección de adrenalina aumentaba 10 veces el índice de las fibras de tipo I, mientras que dejaba invariable el índice de las fibras de tipo II (Greenhaff et al., 1991).

Estudios sobre el metabolismo proteico

Las combinaciones de biopsia muscular y métodos isotópicos permiten el estudio del metabolismo proteico durante la actividad muscular. La biopsia, los análisis de sangre y la administración de isótopos fueron utilizados de forma combinada para valorar el metabolismo de los aminoácidos, la cinética y la síntesis de la urea en los seres humanos. (Wolfe et al., 1982, 1984). La inyección intravenosa de aminoácidos marcados con isótopos estables (¹³C-leucina, ¹⁵C-glicina) permitir el estudio de la dinámica de la síntesis proteica y el recambio proteico durante y después del ejercicio (Millward et al., 1982; Nair et al., 1988). Se demostró que las fases tardías de la recuperación postejercicio se caracterizan no sólo por la sustitución del catabolismo proteico por el anabolismo, sino también por la persistencia de elevados índices de recambio proteico (Millward et al., 1982; Carraro et al., 1990). En el entrenamiento con pesas el índice fraccional de la síntesis proteica muscular aumentó a un índice comparable en individuos jóvenes y ancianos (Yarasheski et al., 1993).

Las bombas Na⁺-K⁺ de la membrana sarcoplasmática son unas estructuras proteicas esenciales que están siendo investigadas mediante biopsias musculares. Su densidad en la membrana puede estimarse mediante el número de sitios de enlace a la ouabaina. Las muestras microscópicas de músculo esquelético pueden ser incubadas en una solución tampón que contenga ouabaina radioactiva. La actividad específica de la [³H]-ouabaina en el medio de incubación y la cantidad de [³H]-ouabaina captada por el tejido muscular y retenida en la muestra permiten al investigador calcular la concentración de la bomba (Nøgaard et al., 1983). En el músculo vasto lateral, la densidad de la bomba Na⁺-K⁺ era mayor en los nadadores, corredores e individuos entrenados para la fuerza, que en individuos desentrenados emparejados por la edad (Klitgaard y Clausen, 1989).

La biopsia del músculo vasto lateral ha sido utilizada para la determinación de los efectos del entrenamiento sobre las proteínas del shock por calor (HSP = heat-shockproteins) también denominadas proteínas del estrés. En el ser humano, la HSP predominante es la HSP70, con un peso molecular de 72. Los experimentos realizados en animales han demostrado que el ejercicio induce la producción de HSP70 (Salo et al., 1991; Skidmore et al., 1995). Liu et al., (1999) examinaron a remeros varones entrenados durante una fase de entrenamiento de 4 semanas de duración para el Campeonato del Mundo. Paralelamente al aumento de la capacidad de resistencia, el contenido en HSP70 aumentó varias veces en relación con la carga del entrenamiento. El significado positivo de la respuesta de la HSP70 podría ser la capacidad de este tipo de proteínas para proteger las funciones vitales y prevenir lesiones (Hutter et al., 1994) y su influencia sobre la síntesis de proteínas y su repliegue (Beckmann et al., 1990).

Estudios sobre receptores hormonales

Las muestras musculares para biopsia abierta en seres humanos obtenidas mediante cirugía se han utilizado para investigar los receptores citoplasmáticos de las hormonas esteroideas. Los sitios de unión para los andrógenos y los glucocorticoides fueron específicos, y en la mayoría de los músculos humanos analizados se detectaron ambos receptores (Snochowski et al., 1981).

En esta investigación, la cantidad de tejido muscular obtenido en la muestra fue relativamente grande, de 2 a 4 g, una cantidad imposible de obtener mediante la técnica habitual de biopsia con aguja. Cuando la cantidad de tejido es aproximadamente 100 veces menor, es necesario desarrollar métodos especiales para el estudio de los receptores.

Biopsia de otros tejidos

En un limitado número de personas, se obtuvieron muestras para biopsia de tejido hepático antes y después del ejercicio. El contenido en glucógeno disminuyó de 15 a 8 g (en estado de reposo) a niveles del orden de 2 g/kg de peso corporal (Hultman y Nilsson, 1973). No obstante, las biopsias de tejido hepático sólo pueden realizarse en condiciones clínicas. Este procedimiento sólo está aprobado éticamente para diagnósticos y pronósticos.

La biopsia de tejido adiposo subcutáneo ofrece una amplia área de estudio. Este método demostró que el entrenamiento de resistencia elevaba el efecto lipolítico de la adrenalina (Despres et al., 1984; Crampes et al., 1986) y el efecto lipogénico de la insulina (Savard et al., 1985). En deportistas desentrenados, la elevada sensibilidad a la acción lipolítica de la adrenalina parecía desaparecer, mientras que la sensibilidad a la acción lipogénica de la insulina estaba reducida (Viru et al., 1992b).

Consideraciones metodológicas

Los aspectos metodológicos de la biopsia de músculo esquelético han sido tratados en varios artículos (Edwards et al., 1983; Jansson, 1994, Viru, 1994). Aquí, bastará con un breve resumen al respecto.

La aguja de Bergström (1962) es la más utilizada en la fisiología humana del ejercicio. La succión realizada con esta aguja hace posible aumentar el tamaño de la muestra obtenida (Evans et al., 1982), y para los músculos más pequeños se ha diseñado una aguja modificada (Bylund et al., 1981). Otra de las técnicas percutáneas es la técnica con concótomo (biopsias «semiabiertas») en las que se utilizan unas pinzas tipo aligator o un concótomo en lugar de la aguja de Bergström o agujas similares (Henriksson, 1979). La ventaja de la técnica del concótomo en comparación con la aguja de Bergström es cuestionable; de hecho, no se han hallado diferencias metodológicas convincentes en cuanto a los resultados.

Antes de la inserción de la aguja, es necesario lavar, afeitar y anestesiar la zona. Normalmente, se administra de 1 a 2 ml de lidocaína al 1% en el tejido subcutáneo y la fascia muscular. Hay que tener cuidado para que el anestésico no alcance el tejido muscular. La aguja o el concótomo se inserta a través de una incisión de 5 mm practicada con un escalpelo de cuchilla puntiaguda en la piel y la fascia. Es un procedimiento rápido que deja una cicatriz prácticamente invisible. Los individuos no tienen que restringir su actividad después de practicada la biopsia (Jansson, 1994); de hecho, la posibilidad de afectar el rendimiento del deportista o provocar algún efecto persistente durante mucho tiempo después de la biopsia es mínima.

Normalmente, la cantidad de músculo obtenida con la aguja de Bergström es de 25 a 50 mg. Cuando además se utiliza la absorción o el concótomo, la cantidad de tejido puede aumentar hasta entre 70 y 150 mg.

En la fisiología del ejercicio, la mayoría de las muestras obtenidas para su posterior biopsia se obtienen del músculo vasto lateral implicado en el ciclismo y la carrera. También se han investigado otros músculos, como por ejemplo el sóleo, el tibial anterior, el deltoides, el bíceps braquial y el tríceps braquial. Los distintos músculos del cuerpo difieren en la composición de las fibras; algunos presentan una predominancia de fibras de contracción lenta y otros de fibras de contracción rápida (para más información, véase Saltin y Gollnick, 1983). No obstante, los resultados obtenidos en las necropsias (en personas que han muerto de repente sin presentar una enfermedad muscular conocida) (Johnson et al., 1973) o en estudios realizados sobre biopsias de varios músculos de un mismo individuo (Sjøgaard, 1979) demostraron que la persona con un elevado porcentaje de fibras de contracción lenta en el músculo sóleo también presentaba un elevado porcentaje de estas mismas fibras en los otros tres (las biopsias) o los otros cinco (necropsia), que incluían el músculo vasto lateral, los gemelos, el deltoides, el bíceps braquial y el tríceps braquial en comparación con los mismos músculos en personas sedentarias (Nygaard, 1981).

Cuando se calculó la presencia relativa de los tipos de fibras en las regiones adyacentes al músculo, se obtuvo un aumento de entre 5 y 15% (Saltin y Gollnick 1983). Las variaciones en determinados músculos fueron determinadas de forma más precisa con el análisis de secciones del «músculo entero» obtenidas en individuos que habían muerto de forma repentina: existen diferencias regionales en el número relativo de las diferentes fibras musculares (Lexell et al., 1983). El error metodológico era aproximadamente del 12% cuando el porcentaje de fibras de contracción lenta se estimaba a partir de una única biopsia (Glenmark et al., 1992). Cuando el mismo análisis se practicaba sobre dos muestras el error se reducía a aproximadamente el 8% (Blomstrand y Ekblom, 1982).

Cuando la biopsia se realizaba con múltiples muestras del músculo vasto lateral, el coeficiente de variación para la ocurrencia relativa de cada uno de los tipos de fibras fue de un 5-15%. Fue de un 5% para el tamaño del tipo de fibra correspondiente (Thorstensson, 1976; Halkjaer-Kristensen e Ingemann-Hansen, 1981).

En el músculo vasto lateral se encontró una clara tendencia hacia un mayor porcentaje de fibras de contracción lenta en las partes más profundas del músculo (Lexell et al., 1983), pero esta diferencia no ha sido confirmada en otros estudios (Elder et al., 1982; Nygaard y Sánchez, 1982). En cualquier caso, es preferible realizar una biopsia estándar, teniendo en cuenta la profundidad de la toma de la muestra, la pierna derecha o la izquierda, la dirección de la inserción de la aguja y la posición sobre el vientre muscular (Jansson, 1994).

En algunos casos, es mejor analizar material fresco, sin congelar (p. ej.: las enzimas unidas a la membrana son más sensibles a la congelación que las enzimas citoplasmáticas). La actividad de la citocromo-c oxidasa de las mitocondrias puede cambiar completamente tras la congelación del tejido (Bylund-Fellenius et al., 1982). Si se quiere estudiar las mitocondrias aisladas, de nuevo es preferible utilizar tejido fresco. Por otra parte, la citrato sintasa localizada en la matriz mitocondrial no cambia su actividad tras la congelación o tras un liofilizado (Henriksson et al., 1986). No obstante, si la enzima no se altera por la congelación, podría ser utilizada para evitar las diferencias entre ensayos. Cuando se utilizan muestras liofilizadas, se puede eliminar la sangre, la grasa y el tejido conectivo del tejido muscular, con lo cual se reduce el error de análisis.

Para el análisis del ATP y la PCr se recomienda la congelación del tejido inmediatamente después del ejercicio. Los niveles de reposo de la PCr se elevaron incluso para retrasos de la congelación de 1 a 6 min (Söderlund y Hultman, 1986). Cuando la congelación se retrasa unos 10 s, la fracción fosforilasa se reduce un 12% (Ren y Hultman, 1988).

Cuando se realicen análisis histoquímicos de secciones de corte transversal de tejido congelado, se debe utilizar isopentano con aproximadamente 2 min de retraso después de haber retirado la muestra del vientre muscular (Larsson y Skogsberg, 1988). En este caso, el retraso de la congelación es importante para realizar la medición de la sección de las fibras musculares, puesto que la toma de muestras de tejido y/o la congelación inmediata pueden inducir la contracción muscular, que a su vez induce un incremento del área de sección de las fibras (Jansson, 1994).

Normalmente, las muestras para biopsia se toman de un solo músculo. Cuando la muestra se utiliza para la evaluación de los cambios metabólicos durante un ejercicio, es necesario tener en cuenta la función del músculo en la realización del ejercicio: un diseño experimental correcto debe considerar los músculos más activos para la toma de muestras. Además, surge otro problema relacionado con las posibles diferencias en la actividad de las distintas partes del músculo (porciones superficial o profunda, porciones proximal o distal) debido a la localización de las fibras musculares pertenecientes a las unidades motoras reclutadas. Cuando se estudian los efectos del entrenamiento, es necesario escoger el músculo objeto de la biopsia de acuerdo con el ejercicio utilizado y la naturaleza específica de los efectos del entrenamiento. En estos estudios debe determinarse lo siguiente: los cambios adaptativos en los músculos activos que han sido provocados por el ejercicio utilizado, y de qué manera satisface el diseño del entrenamiento la necesidad de mejora en un nivel específico de resultados en relación con un evento deportivo. La elección del ejercicio determina cuáles son los músculos más activos, pero esto no significa que dichos músculos sean especialmente aquéllos cuya adaptación sea decisiva para mejorar el rendimiento. Se trata de un problema esencial cuando se utiliza la biopsia para la evaluación práctica de la eficiencia del entrenamiento en deportistas.

Conclusión

Se ha obtenido una amplia evidencia sobre las ventajas de la biopsia del músculo esquelético en los estudios metabólicos relativos a la actividad muscular. La facilidad de la obtención de muestras musculares en el ser humano mediante una biopsia por punción y la disponibilidad de métodos histoquímicos y bioquímicos válidos para la estimación del contenido de fibras musculares, el área de sección de las fibras, la actividad enzimática y las reservas de energía hacen de esta técnica una valiosa herramienta experimental. La mayor parte de la información relativa a la adaptación a los diversos tipos de entrenamiento procede de estudios en los cuales las muestras de músculo se obtuvieron con una biopsia por punción.

No obstante, la toma de muestras para biopsia no es un método aplicable a los estudios de campo para la práctica del control bioquímico del entrenamiento. Las biopsias deben llevarse a cabo en laboratorios que cumplan los estándares clínicos para la toma de muestras destinadas a la realización de biopsias. No obstante, la biopsia es necesaria para la evaluación de la composición de las fibras de los músculos esqueléticos, con lo cual la biopsia aparece como un método esencial en la selección de deportistas para los distintos acontecimientos deportivos y demás tareas específicas (por ejemplo, comprobación de la disminución o la super-compensación de las reservas de energía, el valor de la actividad enzimática muscular, los cambios de las proteínas reguladoras, la capacidad amortiguadora del músculo o sus sistemas antioxidantes). Todo ello es posible si el investigador es capaz de superar las limitaciones psicológicas (miedo/repulsión a la toma de muestras para biopsia).

Según Gollnick et al., (1980), la biopsia muscular es, principalmente, una herramienta para la investigación. La biopsia con aguja muestra las relaciones existentes entre algunas características de las fibras del músculo esquelético y el rendimiento deportivo, pero no debe sobreestimarse su significación; además, los resultados de la biopsia muscular pueden ser utilizados como predicción del éxito deportivo sólo si se combinan con métodos que proporcionen información adicional sobre otros factores.

Metabolitos de la sangre

El uso eficaz de los metabolitos para el control del entrenamiento presupone unos conocimientos específicos previos. En primer lugar, para entender la información proporcionada por los cambios de un metabolito, es necesario conocer la posición de ese metabolito en el metabolismo. Ello significa conocer la vía o vías metabólicas que conducen a la formación del metabolito y su destino final. En algunos casos es esencial conocer cómo interviene el metabolito en un proceso de síntesis, su posterior degradación y el ritmo de eliminación a través del líquido corporal estudiado (p. ej.: en el plasma sanguíneo). Al mismo tiempo, es necesario saber el significado de los procesos metabólicos implicados y estar familiarizado con los principales resultados de los estudios fisiológicos sobre el ejercicio respecto a la dinámica del metabolito en cuestión durante diversos ejercicios y sesiones de entrenamiento. Naturalmente, el investigador debe estar informado sobre las consideraciones metodológicas a fin de evitar posibles errores en la valoración del metabolito.

El objetivo de este capítulo no es establecer una lista de los metabolitos más adecuados para el control del entrenamiento, sino proporcionar un breve resumen de los conocimientos necesarios para la realización de estudios metabólicos y el análisis de los resultados obtenidos. Actualmente, se utilizan diversos metabolitos, aunque la significación de algunos en el control del entrenamiento sea modesto o incluso inexistente. El motivo de su inclusión es que fueron medidos en diversos estudios sobre el entrenamiento y su importancia en el control del entrenamiento puede llegar a establecerse en un futuro.

Lactato sanguíneo

El valor del lactato sanguíneo suele ser utilizado para determinar la contribución de la glucogenólisis anaeróbica en la producción de energía durante el ejercicio. El lactato es el producto final de la degradación anaeróbica del glucógeno, o glucosa. No obstante, el nivel del lactato sólo es una manera de medir el metabolismo energético. Es únicamente una estimación semicuantitativa de la contribución de la glucogenólisis anaeróbica a la formación de energía.

El lactato se forma a partir del piruvato producido en la glucogenólisis, o degradación de la glucosa. Una parte de piruvato se oxida siempre; una cierta cantidad puede utilizarse para la síntesis de alanina (figura 3.1); la última fase consiste en la adición de un grupo amino a la molécula de piruvato (véase pág. 45).

Cuando la intensidad del ejercicio es baja o moderada, la tasa de formación de piruvato está en equilibrio con su velocidad de oxidación. En consecuencia, la parte de piruvato que se transforma en lactato permanece constante y, al mismo tiempo, una cierta cantidad de aminoácidos de cadena ramificada se oxidan. Algo muy distinto ocurre cuando la intensidad del ejercicio se eleva por encima del umbral anaeróbico. Entonces, la tasa de formación de piruvato sobrepasa su tasa de oxidación y la relación entre la oxidación del piruvato y la transformación del piruvato en lactato cambia debido al aumento de esta última. Por otra parte, la proporción de piruvato utilizada para la síntesis de alanina sigue estando en función de la oxidación de los aminoácidos de cadena ramificada. Incluso en condiciones de ejercicios anaeróbicos cortos «puros», el lactato acumulado no se encuentra en la relación cuantitativa precisa con la cantidad de energía producida por la glucogenólisis anaeróbica. Ello es así debido a que sigue produciéndose la oxidación de una limitada cantidad de lactato, al menos por las fibras oxidativas del propio músculo (véase Brooks, 2000). La tasa de glucogenólisis anaeróbica es mayor en las fibras glucolíticas rápidas (FT), pero la capacidad de oxidación es mayor en las fibras oxidativas lentas (ST). Como resultado, las fibras FT producen más lactato y las fibras ST pueden oxidar más lactato. En conjunto, la contribución de la resíntesis oxidativa de ATP es significativa, incluso en ejercicios supramáximos cortos (Greenhaff y Timmons, 1998). Por ejemplo, al final de un ejercicio de unos 30 s de duración realizado a la mayor tasa posible, la tasa de oxidación aumenta otro tanto para proporcionar la mayor parte de la energía para la resíntesis de ATP (Trump et al., 1996).

Figura 3.1. Destino del piruvato procedente de la degradación del glucógeno (o glucosa).

Por otra parte, al principio del ejercicio intenso, la energía para la resíntesis de ATP se obtiene de la degradación de la PCr. La resíntesis del ATP a expensas de la combinación de dos moléculas de ADP también contribuye a los procesos de energía anaeróbica. En consecuencia, la acumulación de lactato en sangre es característica sólo de la glucólisis anaeróbica, pero no de la producción anaeróbica de energía en su conjunto.

El nivel de lactato en sangre expresa en realidad la relación entre la afluencia de lactato desde los músculos activos y la salida de lactato desde la sangre hacia los lugares donde ocurren los procesos de oxidación (principalmente las fibras ST de los músculos en reposo y el miocardio), la resíntesis de glucógeno (en los músculos en reposo) o la gluconeogénesis (en el hígado). Los estudios realizados con radioisótopos han demostrado que la relación entre la aparición y la desaparición de lactato en sangre permanece constante hasta una cierta intensidad del ejercicio. Esta intensidad constituye el umbral anaeróbico. En ejercicios de mayor intensidad, la aparición de lactato supera la desaparición (Brooks, 1985). Por lo tanto, el lactato en sangre puede ser utilizado para caracterizar la contribución de la producción de energía anaeróbica en los músculos activos, pero hay que tener en cuenta las limitaciones de los cálculos cuantitativos.

Además, cuando unos músculos, cuyo glucógeno se ha agotado debido a un ejercicio previo prolongado o una dieta pobre en hidratos de carbono, realizan un ejercicio, las concentraciones de lactato se reducen a un nivel idéntico a la carga submáxima, mientras que el rendimiento máximo y la producción de lactato disminuyen (Yoshida, 1989). Todo ello conduce a la sobreestimación de la capacidad de resistencia aeróbica cuando ésta se calcula como una estimación basada en el cálculo del umbral anaeróbico sobre la base de valores fijos de lactato (4 mmol/l) o a la subestimación de la intensidad del ejercicio en el control del entrenamiento (Urhausen y Kindermann, 1992a). En el ejercicio con pesos de alta intensidad, la administración de un suplemento nutricional de proteínas e hidratos de carbono reduce significativamente la repuesta de lactato sanguíneo (Kraemer et al., 1998).

Lactato en la saliva

La posibilidad de utilizar el lactato en la saliva ha sido señalada por Ohkuwa et al., (1995). El lactato en saliva y en sangre mostraba dinámicas paralelas tras carreras de 400 y 3.000 m (figura 3.2). Los autores del estudio creen que el lactato en saliva puede servir como un indicador fiable para determinar la participación de la glucogenólisis anaeróbica (Ohkuwa et al., 1995). No obstante, las concentraciones de saliva dependen en gran medida del índice de secreción salival que se altera bajo la influencia de un equilibrio autónomo (relación entre acciones simpáticas y parasimpáticas). El ejercicio físico incrementa la actividad nerviosa simpática y el nivel de adrenalina en sangre, inhibiendo el índice de secreción de saliva. En consecuencia, la evaluación precisa de la respuesta de lactato en la saliva requiere también la valoración del índice de secreción salival.

Consideraciones metodológicas

El lactato suele determinarse en muestras de sangre arterial, capilares arteriales y sangre venosa. En los estudios de campo, la punción arterial está fuera de toda duda. La determinación del lactato en sangre venosa no es la mejor opción, puesto que existe el problema referente al intercambio de lactato entre el plasma y los eritrocitos. Para la determinación precisa del lactato en el plasma, hay que tener en cuenta la distribución del lactato entre el plasma y las células sanguíneas y la cinética de este intercambio (Foxdal et al., 1990; Smith et al., 1997).

Lormes et al., (1998) enumeraron las precauciones que hay que tomar para determinar el lactato en la sangre venosa:

• La sangre tiene que ser enfriada inmediatamente a una temperatura de aproximadamente 4 ºC.

• No debe utilizarse ningún estabilizante.

• La muestra de sangre debe ser centrifugada inmediatamente a 4 ºC.

• El sobrenadante (plasma) de este centrifugado se utiliza para análisis posteriores.

Cuando se utiliza un catéter venoso para la obtención de muestras de sangre, éste debe mantenerse limpio para permitir el paso de la sangre durante largos períodos, lo cual se consigue desplazando la sangre atrapada en el catéter con suero salino o suero salino heparinizado. En esta situación, la solución introducida en el catéter puede contaminar las muestras de sangre y hacer descender artificialmente el nivel de lactato (Bishop y Martino, 1993). El tratamiento de la sangre con fluoruro potásico o heparina provoca cambios inmediatos de volumen y, por lo tanto, de la concentración de lactato en plasma (Lormes et al., 1998).

En el control del entrenamiento, la zona de muestreo más habitual para el análisis del lactato es el lóbulo de la oreja o la yema de los dedos. En caso de un flujo libre de sangre, especialmente tras el calentamiento de la zona de muestreo, la muestra obtenida contiene sangre de un capilar arterial (Bishop y Martino, 1993). La zona de muestreo puede calentarse con agua limpia caliente. «Ordeñar» el tejido para desplazar una mayor cantidad de sangre hacia la zona es una técnica del todo cuestionable. Se cree que este procedimiento diluye la muestra de sangre mediante la introducción de líquido extravascular en la muestra. Godsen et al., (1991) descubrieron que éste no era el caso.

Figura 3.2. Concentración de lactato en sangre y en saliva tras una carrera de 400 y 3.000 m.

Reimpresión de Itoh y col. 1995.

También hay que procurar evitar la contaminación de la muestra con sudor, puesto que el nivel de lactato del sudor es superior a la concentración de lactato de la sangre. Es importante secar la zona alrededor de la punción antes de tomar la muestra.

Algunos métodos analíticos recomiendan la mezcla inmediata de la muestra con ácido triclórico, que impide cualquier posibilidad de coagulación o la continuación de la glucólisis en los eritrocitos (añadiendo una nueva porción de lactato a la muestra), pero puede inducir a nuevos errores por dilución. Algo similar ocurre con el uso de analizadores automáticos. Si el procedimiento requiere la lisis de los glóbulos rojos, pueden aparecer errores de dilución (Bishop y Martino, 1993). Lormes y colaboradores (1998) afirmaron que no se ha demostrado que el lactato en plasma ofrezca alguna ventaja en comparación con los valores de lactato procedente de muestras de sangre total hemolizada.

En estudios sobre el ejercicio, el principal objetivo es obtener el pico de recuperación del lactato. Según Bishop y Martino (1993), el tiempo transcurrido hasta la aparición del pico de lactato varía de 1 a 10 min. En los casos de ejercicio moderado prolongado, el pico de lactato puede aparecer inmediatamente después del ejercicio. En una prueba de esfuerzo incremental para la valoración del V^.O₂ máx., el tiempo de aparición del pico de lactato más frecuente fue 3 min.

Amoníaco

Al principio de un ejercicio intenso, la resíntesis de ATP se basa en la degradación de la PCr, tal y como se ha mencionado en párrafos anteriores. Si se utiliza la mayoría de la PCr, el nivel de ADP formado durante la contracción muscular aumenta, y ello conduce a una mayor formación de adenosín monofosfato (AMP) a través de la reacción de la miocinasa.

El ADP es un eficaz activador de la adenilato desaminasa, una enzima que cataliza la eliminación del AMP:

Como resultado, se acumulan inosín monofosfato (IMP) y amoníaco (NH₃). La defosforilación del IMP conduce a la formación de inosina, que se convierte en hipoxantina y ácido úrico. El IMP y el amoníaco sirven como activadores de la glucogenólisis anaeróbica: el IMP contribuye a la activación de la fosforilasa b, mientras que el amoníaco es un activador de la fosfofructocinasa. Ambas enzimas son también activadas por el AMP.

Además de la degradación del nucleótido adenina, la desaminación de los aminoácidos contribuye a la acumulación de amoníaco en los músculos esqueléticos, una acumulación que se reduce por la formación de glutamato y glutamina. La glutamina y la alanina transportan grupos amino al hígado y al riñón para su posterior eliminación (véase págs. 44-46).

El aumento de la producción de amoníaco está específicamente relacionado con las fibras FT, de manera que realizar una medición del amoníaco durante el entrenamiento puede proporcionar indicios sobre los tipos de fibras que más se han reclutado (Meyer y Terjung, 1979; Dudley et al., 1983). En ratas, el aumento de amoníaco e IMP en las fibras musculares durante la carrera depende de la velocidad. Sin embargo, sólo se halló acumulación de productos de la desaminación del AMP en las fibras de contracción rápida (Meyer et al., 1989). En los deportistas, la acumulación de amoníaco en el plasma sanguíneo depende de la intensidad de los ejercicios de esprint (Itoh y Ohkiwa, 1991). Tras un esprint de 75 m, el amoníaco en sangre se elevó más que tras una carrera de 1.000 m y la respuesta fue mayor en los esprinters que en los corredores de media distancia. Partiendo de estos resultados, se propuso la relación de la concentración de amoníaco tras distancias de 75 y 1.000 m como criterio para la selección de corredores. Una respuesta elevada es típica de los esprinters, mientras que un índice bajo es específico de los corredores de media distancia (Hageloch et al., 1990).

Según los resultados obtenidos por Katz et al., (1986), el ejercicio cíclico submáximo no eleva los niveles de NH₃ en el plasma sanguíneo ni en el tejido muscular. Durante el ejercicio realizado al 97% del máx hasta el agotamiento, el NH₃ se incrementó de forma significativa en el músculo en concordancia con el descenso del depósito total de nucleótidos adenina (ATP + ADP + AMP). Estos cambios se acompañaron de un incremento de la concentración de lactato en los músculos hasta valores de 104 ± 5 mmol/kg · ms (músculo seco), al mismo tiempo que el NH₃ se elevaba en el plasma sanguíneo.

El amoníaco también se excreta durante la espiración. En el ejercicio incremental la excreción de amoníaco por la respiración aumenta exponencialmente con la carga del ejercicio. No obstante, el incremento exponencial del amoníaco en el aire espirado fue menos pronunciado que el incremento del nivel de amoníaco en sangre (Ament et al., 1999).

Hipoxantina

El IMP puede ser reanimado a AMP. Si la acumulación de IMP es excesiva, IMP puede convertirse en inosina que a su vez se cataboliza en hipoxantina mediante la purina nucleósido fosforilasa. Durante un ciclo prolongado (a 74% del máx) hasta la fatiga (duración media del ejercicio 79 ± 8 min), las concentraciones plasmáticas de hipoxantina se incrementaron ocho veces al mismo tiempo que descendía el contenido total en nucleótido adenina de los músculos (ATP + ADP + AMP). Tras 60 min de ejercicio, el nivel de hipoxantina en sangre es directamente proporcional a las concentraciones de amoníaco en plasma y lactato en sangre. El tiempo de resistencia es inversamente proporcional a la hipoxantina plasmática, pero no al amoníaco plasmático y al lactato sanguíneo (Sahlin et al., 1999). El uso potencial de la hipoxantina plasmática para valorar el estado del entrenamiento tiene un cierto interés, pero requiere un estudio más profundo.

Ácido úrico

En relación con la degradación de los adenonucleótidos, el nivel sanguíneo de ácido úrico aumenta en los ejercicios prolongados (Chailley-Bert et al., 1961; Cerny 1975; Rougier y Babin, 1975), así como su excreción urinaria (Nichols et al., 1951; Rougier y Babin, 1975), y se ha encontrado ácido úrico en el sudor recogido durante el ejercicio (Verny, 1975). En cualquier caso, la determinación del ácido úrico en el control del entrenamiento no es una necesidad especial.

Urea

El principal producto final del metabolismo de las proteínas (degradación de los aminoácidos) es la urea, y el hígado es el órgano donde se forma en mayor cantidad, aunque también se ha descubierto formación de urea en los músculos (Pardridge et al., 1982) y los riñones. La síntesis de urea está relacionada con la desaminación de los aminoácidos. Mientras que en los músculos la desaminación de los aminoácidos de cadena ramificada suministra grupos amino para la síntesis de alanina en el hígado, la desaminación de la alanina y otros aminoácidos que se da durante la gluconeogénesis es paralela a la síntesis de urea. La urea se produce en uno de los pasos del ciclo de la urea, en concreto durante el proceso de formación de la ornitina a partir de la arginina tras la introducción de grupos NH₃ en el ciclo de la urea, procedentes del amoníaco tras la formación de ácido aspartático o aspartato. Una parte de la urea formada está relacionada con la liberación de amoníaco en la degradación del AMP.

Se ha demostrado que los ejercicios prolongados provocan un incremento de la concentración de urea en la sangre, el hígado, los músculos esqueléticos, la orina y el sudor (para más información, véase Lorenz y Gerber, 1979; Lemon y Nagle, 1981; Poortmans, 1988; Viru, 1987), situación que se considera un reflejo de un aumento de la producción de urea. Por el contrario, la determinación de la tasa de producción de urea en seres humanos tras la administración de isótopos estables no consiguió demostrar ningún aumento durante el ejercicio prolongado (Wolfe et al., 1982, 1984; Carraro et al., 1993). No obstante, los ejercicios utilizados tampoco aumentaban la concentración de urea en sangre (Wolfe et al., 1984; Carraro et al., 1993). En consecuencia, estos resultados no se corresponden con la situación metabólica que con frecuencia aparece en los deportistas que realizan ejercicios de larga duración y que reflejan un aumento de la concentración de urea en sangre. En los experimentos realizados con ratas de Wistar, la tasa de producción de urea fue valorada mediante el contenido en ¹⁴C-urea en el tejido hepático tras la administración de NaH¹⁴CO₃. En ratas intactas, la natación provocó un aumento del contenido en ¹⁴C-urea en el hígado (en un 35% tras 3 h de natación, en un 103% tras nadar durante 10 h). En ratas adrenalectomizadas, 3 h de natación dieron como resultado un descenso de la ¹⁴C-urea del hígado (en un 24%). Así, los resultados confirmaron el incremento de la producción de urea inducida por el ejercicio e indicaron el papel esencial de las hormonas suprarrenales en esta respuesta (Litinova y Viru, 1995a). La posibilidad de un aumento de la producción de urea en el hígado y los músculos esqueléticos ha sido confirmada por la activación inducida por el ejercicio de la arginasa, una enzima que interviene en la síntesis de la urea (Yakovlev, 1977, 1979). En ratas, la adrenalectomía suprimió la actividad de la arginasa del hígado durante el reposo y tras la natación (Viru A et al., 1994).

La acumulación de urea se utiliza frecuentemente como una medida del catabolismo proteico. Sobre la base de los valores obtenidos tras la medición de la urea excretada a través de la orina, se calculó que la degradación proteica era de 2,5 a 11,0 g/h durante carreras de esquí de fondo de 70 a 90 km (Refsum y Strömme, 1974) y de 3,8 g/h durante un recorrido de 100 km (Decombaz et al., 1979). Teniendo en cuenta la eliminación de nitrógeno a través de la excreción de urea por el sudor (Lemon y Mullin, 1980), el cálculo indicaba una degradación proteica de 13,7 g/h en individuos con una carga de hidratos de carbono tras una carrera de 26 km que duró 128 ± 6 min (Lemon y Nagle, 1981). El estudio de la excreción de urea a través de la orina y el sudor sugiere que el umbral de utilización de las proteínas puede aparecer entre el 42 y el 55% del máx (Lemon y Nagle, 1981).

El catabolismo proteico inducido por el ejercicio y, en consecuencia, la acumulación de urea y su excreción dependen de la disponibilidad de hidratos de carbono (véase Lemon y Nagle, 1981). De la misma manera, el índice del catabolismo proteico durante el ejercicio depende del nivel inicial de glucógeno muscular (Lemon y Mullin, 1980).

Existe una tendencia general a utilizar la urea en sangre para la evaluación de la carga de una sesión de entrenamiento y los procesos de recuperación (Lorenz y Gerber, 1979; Voznesenskij et al., 1979; Urhausen y Kindermann, 1992a). Se cree que un incremento pronunciado de la concentración de urea indica una influencia significativa de la sesión de entrenamiento, mientras que la normalización del nivel de urea en sangre se considera un índice de tiempo para realizar posteriores sesiones de entrenamiento intenso.

La actividad de las enzimas implicadas en la síntesis de la urea depende de la dieta (Shimke, 1962). Durante el entrenamiento, la ingesta de creatina eleva la concentración de urea en sangre en ratas entrenadas y no entrenadas (Ööpik et al., 1993). Por tanto, hay que considerar los posibles efectos nutricionales cuando se utiliza la urea para el control del entrenamiento. Una temperatura ambiente baja incrementa la excreción de nitrógeno a través de la urea durante el ejercicio (Dolny y Lemon, 1988). Este último resultado se explica por la intensificación de la degradación proteica. Así, a bajas temperaturas, los niveles de urea constituyen la adaptación metabólica combinada al frío y al ejercicio. Las respuestas de urea inducidas por el ejercicio también cambian durante la aclimatación a una altitud media (Matsin et al., 1997).

La utilización de los niveles de urea está limitada por la supresión de la producción de urea en los ejercicios que inducen elevados niveles de lactato (figura 3.3) (Litvinova y Viru, 1997). En experimentos realizados en animales se ha demostrado que a un pH 7,1 la síntesis de urea en el hígado se reduce un 40% (Saheki y Katunuma, 1975). De ello se deduce que el cambio del pH sanguíneo provocado por la acumulación de lactato podría suprimir la síntesis de urea durante el ejericio intenso. Esta sugerencia está corroborada por el hecho de que la concentración de urea deja de aumentar cuando la concentración de lactato alcanza niveles de 10 a 17 mmol/l (Litvinova y Viru, 1997). Gorski et al., (1985) no observaron ningún incremento de la concentración de urea en sangre o una alteración de la excreción renal de urea durante ejercicios de corta duración como consecuencia de una elevación del lactato en sangre hasta niveles comprendidos entre 15 y 17 mmol/l. De la misma manera, Poortmans (1988) señaló que cuando se realizaban ejercicios de corta duración, la urea sanguínea permanecía relativamente estable. En los deportistas, el incremento de la urea sanguínea, normalmente dependiente de la carga utilizada en el entrenamiento, desparecía cuando se incluían ejercicios de alta intensidad en la sesión de entrenamiento (Voznesenskij et al., 1979).

Gorski et al., (1985) hallaron una elevada tasa de excreción de urea a través del sudor durante la realización de ejercicios intensos de corta duración (el lactato sanguíneo se elevó hasta 15 a 17 mmol/l). Este resultado demuestra que, además de la supresión de la síntesis de urea, la elevada eliminación a través del sudor también puede incidir en la respuesta de urea en sangre.

Se ha considerado que la alteración de la eliminación de urea durante y tras el ejercicio puede influir en el nivel de urea en sangre (Zerbes et al., 1983). Así, la retención renal de la excreción de urea puede provocar o facilitar el incremento de la concentración de urea en sangre inducido por el ejercicio. No obstante, en ratas, el período postejercicio se caracterizaba por un incremento de la eliminación renal de urea tras períodos de natación de distinta duración. Sólo tras 10 h de natación, el aumento de la excreción de urea y la elevación del índice renal de eliminación se produjo tras un período de latencia de 12 h. El incremento de la eliminación renal de urea posterior al ejercicio depende de los glucocorticoides y no aparece en ratas adrenalectomizadas (Litvinova et al., 1989).

Figura 3.3. Niveles de lactato y urea antes y después de un recorrido de esquí de 5 y 10 km en esquiadores cualificados. A partir de los resultados de Litvanova y Viru, 1997.

Creatina y creatinina

La creatina es un constituyente específico del tejido muscular, y entre el 95 y el 98% de su depósito total puede encontrarse en los músculos esqueléticos (Waterlow et al., 1972). Según el material de biopsia, el contenido total en creatina de los músculos esqueléticos es de 115 a 140 mmol/kg ms (músculo seco). La PCr rica en energía constituye del 60 al 65% del contenido total en creatina de los músculos esqueléticos humanos.

La creatina se obtiene en el tubo digestivo a partir de los alimentos o se sintetiza en el hígado a partir de los aminoácidos arginina, glicerina y metionina. Además, también existe una cierta producción de creatina en los riñones. Desde el tubo digestivo (absorción de creatina), el hígado o los riñones (producción de creatina), el compuesto es transportado por la corriente sanguínea hasta el tejido muscular donde su principal función está relacionada con el metabolismo de la PCr. La cretina libre es el sustrato para la síntesis de la PCr y al mismo tiempo el producto de la disociación de la PCr.

La síntesis de la PCr consiste en la formación de un enlace rico en energía que une la creatina y el fosfato en un proceso que consume energía. La degradación de la PCr libera energía, que a su vez se utiliza en la refosforilación del ADP (para la resíntesis de ATP). Durante la contracción muscular, el ATP se hidroliza en ADP ante la actividad catalítica de la miosina. Rápidamente se produce la refosforilación del ADP, con la PCr como donante del grupo fosfato rico en energía. Como resultado, la creatina libre que será refosforilada ante la acción catalítica de la creatinacinasa mitocondrial y la intervención del ATP que se ha formado en las mitocondrias a expensas de la energía de oxidación, se libera. De todo ello se deduce que la PCr es extremadamente importante para el suministro de ATP durante el ejercicio de alta intensidad. Al mismo tiempo, también es necesario mantener un contenido óptimo de creatina para el mantenimiento de las reservas de PCr (Spriet, 1995).

De la creatina total del organismo, del 1,5 a 2% se deshidrata y da lugar a creatinina, que a su vez es excretada a través de la orina (Crim et al., 1975). En los riñones, la creatinina se elimina del plasma sanguíneo por filtración sin que haya reabsorción posterior. En consecuencia, la excreción de creatinina se emplea para la evaluación del proceso de filtración renal.

Aunque la creatina no es únicamente un subproducto del metabolismo muscular, la creatinina es excretada funcionalmente a toda la masa muscular. No obstante, la excreción de creatinina está influida por la dieta, el ejercicio, el estado emocional, el ciclo menstrual y ciertos estados patológicos, además de las variaciones diarias habituales (Heymsfield et al., 1983). Debido a todas estas influencias, es cuestionable si la excreción de creatinina puede ser utilizada para valorar los efectos del entrenamiento sobre la masa muscular. Los resultados pueden ser de utilidad si la orina es recogida durante un período de 24 h, se consume una dieta estándar durante 1 o 2 días antes del ejercicio y se consiguen evitar las tensiones emocionales. Evidentemente, es muy difícil lograr que se den todas estas condiciones al mismo tiempo. Además, los efectos del entrenamiento sobre la creatina muscular/metabolismo de la PCr y la masa miofibrilar pueden disociarse. En lugar de la valoración de la excreción de cretina, una forma más sencilla de calcular la masa muscular aproximada es la valoración de la gravedad específica del cuerpo mediante la utilización del peso hidrostático. El método no invasivo más preciso para la evaluación del desarrollo muscular se basa en el principio de los ultrasonidos (véase Pollock et al., 1995).

Se ha sugerido que la acumulación de creatina en sangre puede utilizarse como una valoración semicuantitativa de la magnitud del uso de la PCr durante el ejecicio, algo similar a la evaluación de la glucogenólisis anaeróbica mediante la acumulación de lactato (Tchareyeva, 1986a). Esta sugerencia está basada en el supuesto de que durante un ejercicio intenso de corta duración la creatina liberada durante la degradación de la PCr puede penetrar en la sangre en una relación cuantitativa con el descenso del contenido en PCr. No obstante, esta relación cuantitativa no ha sido establecida. Normalmente, la creatina libre se une a la membrana externa de la mitocondria gracias a la intervención de la enzima PCr cinasa. Para aceptar el supuesto anteriormente mencionado, se debería establecer la capacidad de unión de la enzima, y ésta debería ser significativamente inferior al uso de la PCr durante los ejercicios intensos de corta duración.

En la década de 1930 se empezaron a acumular resultados sobre los cambios del nivel de creatina y creatinina en sangre inducidos por el ejercicio (Kacl, 1932) y su excreción urinaria (Margaria y Foa, 1929/1939). No obstante, se ha hallado que las personas bien entrenadas pueden no mostrar esta respuesta (Castenfors et al., 1967).

Un ejercicio de 2 h de duración provoca la supresión de la excreción urinaria de creatinina (Cerny, 1975). Probablemente, este cambio expresa el reducido suministro de sangre renal durante el ejercicio (véase Rowell, 1986). La combinación de cambios en los riñones y la transformación de creatina liberada desde las fibras musculares en creatinina puede ser la razón del incremento de creatinina en el suero sanguíneo durante la Maratón de Boston en pacientes poscoronarios (Shephard y Kavanagh, 1975). Neumann et al., (1980) hallaron un mayor nivel de creatinina en sangre tras una carrera de maratón, mientras que los niveles de creatina permanecieron estables. Tras una carrera de esquí alpino de 90 km, la excreción de creatina permaneció elevada (Refsum y Strömme, 1974).

Fosfato inorgánico

Similar a la acumulación de creatina en el suero sanguíneo como una característica indirecta del metabolismo PCr/ATP, el fosfato inorgánico en sangre también se eleva durante el ejercicio (Gerber y Roth, 1969; Tchareyeva, 1986a). En un principio se creyó que el fosfato inorgánico penetraba en el torrente sanguíneo cuando la tasa de la degradación del ATP y la PCr era mayor que su resíntesis. Sin embargo, no se ha establecido ninguna dependencia del nivel de fosfato inorgánico en el plasma sanguíneo durante el ejercicio con la degradación del ATP y la PCr. En consecuencia, el uso del fosfato inorgánico para la valoración de la relación degradación/resíntesis de fosfatos ricos en energía no está justificado.

Aminoácidos libres

Los aminoácidos libres se encuentran principalmente en el músculo esquelético, en una proporción que alcanza del 50 al 80% de la cantidad total de aminoácidos libres en el organismo (Smith y Rennie, 1990). El plasma sanguíneo sólo contiene entre un 0,2 y un 6% del total de aminoácidos individuales. El efecto del ejercicio sobre los aminoácidos libres del plasma es variable respecto a los resultados obtenidos en los diferentes estudios y a los cambios de la concentración de los diversos aminoácidos individuales. Los estudios sobre las diferencias arteriovenosas en aminoácidos han demostrado la liberación de aminoácidos desde los músculos esqueléticos (Felig y Wahren, 1971; Keul et al., 1972) y el miocardio (Carlsten et al., 1961; Keul et al., 1964). Como resultado, la cantidad total de aminoácidos en el plasma puede aumentar (Carlsten et al., 1962; Felig y Wahren, 1971; Poortmans et al., 1974). No obstante, durante el ejercicio prolongado, es muy típico observar un descenso del contenido total de aminoácidos en el plasma (Haralambie y Berg, 1976; Decombaz et al., 1979; Holz et al., 1979). Cerny (1975) observó un incremento de la concentración de aminoácidos totales durante los primeros 80 min de ejercicio al 60 o 75% del máx. Una vez transcurridos 120 min de ejercicio, la concentración era inferior a los niveles iniciales. La disminución del contenido en aminoácidos totales está asociada a un aumento de la excreción renal (Decombaz et al., 1979) y del catabolismo de los aminoácidos, indicado por una correlación negativa entre el incremento del nivel de urea y la disminución del contenido en aminoácidos (Haralambie y Berg, 1976).

Los experimentos realizados en ratas demostraron que la natación prolongada inducía un descenso significativo del contenido total en aminoácidos de los músculos esqueléticos y el hígado. En el miocardio se encontró también una reducción del contenido en aminoácidos libres tras 1,5 h de natación con una carga del 6% del peso corporal, pero no se halló ningún cambio tras 12 h sin la intervención de una carga adicional (Eller y Viru, 1983).

Los cambios de la reserva total de aminoácidos se integran en un conjunto de modificaciones que afectan a las concentraciones de todos los aminoácidos individuales. En consecuencia, la reserva total de aminoácidos libres en el plasma sanguíneo tiene sólo una importancia limitada, en todo caso, para la evaluación del estado metabólico. Respecto al control del entrenamiento, en lugar de a la reserva de los aminoácidos libres totales, hay que prestar atención a la alanina, la glutamina, la leucina y otros aminoácidos de cadena ramificada, la tirosina y el triptófano, y observar la importancia fisiológico de sus cambios en la actividad muscular. Estos aminoácidos proporcionan información sobre la liberación y el transporte de amoníaco desde las fibras musculares y sobre los cambios catabólicos en los músculos, así como las condiciones de síntesis de diversas hormonas y neurotransmisores.

Tirosina

En los experimientos bioquímicos, la liberación de tirosina se utiliza como un índice del catabolismo proteico en los músculos. El músculo no puede metabolizar este aminoácido. Durante el ejercicio, el aumento del catabolismo proteico está asociado al del contenido en tirosina libre en los músculos de las ratas (Dohm et al., 1981; Eller y Viru, 1983) y a la entrada de tirosina en el torrente sanguíneo en el ser humano (Ahlborg et al., 1974). Como resultado, el ejercicio induce el aumento del nivel de tirosina libre en el suero (Haralambie y Berg, 1976), la orina y el sudor (Haralambie, 1964b). Tras la Maratón de Boston, aumentó la concentración de tirosina libre de los corredores (Conlay et al., 1989) y un experimento realizado en ratas demostró que la tirosina libre alcanzaba un máximo en el cuádriceps femoral durante 2 y 6 h en la sangre tras 10 h de natación. En el músculo, el nivel elevado de tirosina persistió durante 24 h después de la natación (figura 3.4) (Viru et al., 1984).

3-Metilhistidina

La excreción de 3-metilhistidina es un índice específico del catabolismo de las proteínas contráctiles del músculo. En las últimas fases de la síntesis de las moléculas de actina y miosina, la histidina sufre un proceso de metilación. Cuando la miosina y la actina se degradan, se libera 3-metilhistidina, un aminoácido que no puede ser reutilizado y acaba siendo excretado por la orina. En consecuencia, la excreción de la 3-metilhistidina es una medida cuantitativa de la degradación de las proteínas contráctiles (Yung y Munro, 1978). No obstante, existe una importante limitación provocada por el efecto de la ingesta de proteínas sobre la excreción de 3-metilhistidina, ya que este compuesto se libera durante la digestión de productos cárnicos, siendo absorbido por la sangre y excretado posteriormente a través de la orina. En consecuencia, la 3-metilhistidina puede utilizarse para el control bioquímico, siempre y cuando no se haya consumido carne o si se tiene en cuenta la cantidad consumida para calcular la proporción en la cantidad total eliminada; es decir, la excreción real de 3-metilhistidina debe ser corregida mediante la sustracción de la 3-metilhistidina exógena del valor total. Un experimento especial demostró que una sesión de entrenamiento de fuerza dio como resultado un cambio de la excreción corregida de 3-metilhistidina muy cercano al obtenido tras la misma sesión de entrenamiento realizada por personas que habían estado 5 días sin probar la carne (Viru y Seli, 1992).

Figura 3.4. Dinámica de (a) tirosina libre en la sangre y el músculo y (b) 3-metilhistidina en el músculo esquelético y el músculo liso en ratas tras 12 h de natación.

De los resultados obtenidos por Viru y col. 1984.

Los ejercicios musculares pueden influir en la excreción de la 3-metilhistidina en personas que no comen carne y cuando la excreción se corrige con la aportación exógena. A pesar de la gran variabilidad de los cambios que se dan en la excreción de la 3-metilhistidina durante el ejercicio, un aumento de la excreción es un fenómeno típico después del ejercicio (para mas información, véase Dohm, 1986; Viru, 1987). El aumento posterior al ejercicio de la liberación de 3-metilhistidina también aparece en la respuesta de la 3-metilhistidina en sangre (Dohm et al., 1985) y la acumulación de este metabolito en los músculos esqueléticos (Varrik et al., 1992).

Otra de las limitaciones para la utilización de la excreción de la 3-metilhistidina es que existen otros tejidos, además del tejido muscular, que liberan este aminoácido y que contienen miosina y actina (músculos lisos del tubo digestivo, piel y miocardio). Los cálculos han demostrado que, al menos en ratas, la reserva de 3-metilhistidina en los músculos esqueléticos contribuye sólo en un 50% a la excreción de este aminoácido. La reserva intestinal contribuye en un 30%, y los demás tejidos en otro 30% (Millward et al., 1980).

Para valorar la importancia de la reserva intestinal en el aumento de la excreción de 3-metilhistidina durante el ejercicio, el contenido en aminoácido del intestino, el músculo esquelético y la orina se midió simultáneamente en ratas tras 10 h de natación. El contenido en 3-metilhistidina de los músculos esqueléticos se incrementó entre las 2 y las 24 h posteriores al ejercicio, y su excreción aumentó significativamente durante el segundo día del período de recuperación. El nivel de 3-metilhistidina en el intestino se elevó sólo durante las primeras h de recuperación (véase figura 3.4). Obviamente, ello no contribuyó al retraso de la elevación de la excreción del aminoácido (Viru et al., 1984).

Durante el ejercicio no se detectan cantidades apreciables de 3-metilhistidina en el sudor (Dohm et al., 1982).

En varios estudios, la excreción de 3-metilhistidina ha sido expresada respecto a la excreción de creatinina. El objetivo es evitar los cambios inducidos por el ejercicio sobre la producción de orina. No obstante, el ejercicio también puede influir en la excreción de creatinina (véase pág. 40). En consecuencia, durante la actividad muscular, los resultados pueden verse afectados por un error metodológico cuando se utiliza la relación 3-metilhistidina/creatina.

Un experimento realizado en ratas indicó que la acumulación de tirosina libre y 3-metilhistidina en el músculo esquelético es distinta en los diversos tipos de fibras musculares. Durante 10 h de natación, los contenidos en ambos metabolitos se incrementaban en la fibra blanca de los músculos del cuádriceps (que contienen fibras FT). En la fibra roja de este mismo músculo (que contiene fibras glucolíticas oxidativas de contracción rápida [ST]), la tirosina no experimentó ningún cambio, mientras que el contenido en 3-metilhistidina aumentó menos que en la fibra blanca (figura 3.5). Considerando el descenso del glucógeno, las fibras ST fueron más activas que las fibras FT. De ello se deduce que la actividad suprime la degradación proteica en las fibras musculares activas (Varrik et al., 1992).

Figura 3.5. Dinámica de (a) 3-metilhistidina, (b) tirosina libre y (c) glucógeno en las fibras roja (ST) y blanca (FT) del músculo cuádriceps en ratas tras 12 h de natación.

Reimpreso de A. Viru, 1987.

Aminoácidos de cadena ramificada: leucina

Este grupo de aminoácidos lo integran la leucina, la valina y la isoleucina (aminoácidos esenciales que no pueden ser sintetizados por el organismo). Estos aminoácidos tienen la particularidad de que pueden ser oxidados en los músculos esqueléticos, un proceso que se inicia con la transferencia enzimática de un grupo amino. Como resultado de la transaminación de los aminoácidos de cadena ramificada, se forman glutamato y α-cetoácido. El glutamato puede donar nitrógeno al piruvato o al oxalacetato, y formar alanina o glutamina, respectivamente. El siguiente paso en el catabolismo de los aminoácidos de cadena ramificada es catalizado por la enzima deshidrogenasa, que también actúa como descarboxilasa. El paso de la deshidrogenasa es limitante en el catabolismo de los aminoácidos de cadena ramificada durante el ejercicio y la recuperación (Kasperek, 1989). Este paso es ligeramente diferente para cada uno de los tres aminoácidos esenciales. El 2-cetoisocapronato es el cetoácido formado como resultado de la transaminación de la leucina. Los átomos de carbono de la leucina, presentes al final de la transformación enzimática del 2-cetoisocapronato, se convierten en acetilcoenzima-A (CoA) o acetoacetato, que a su vez se introducen en ciclo de los ácidos de tres carbonos y son oxidados. La isoleucina forma acetil-CoA y succinil-CoA; la primera es oxidada y la segunda puede ser convertida en glucosa. La valina produce sólo succinil-CoA y en consecuencia, proporciona material sólo para la gluconeogénesis (véase Brooks et al., 1996).

Aunque los músculos esqueléticos utilizan seis aminoácidos (alanina, aspartato, glutamina, isoleucina, leucina y valina), los aminoácidos de cadena ramificada son los más importantes y proporcionan los sustratos para la oxidación durante el ejercicio. La oxidación total de 1 mol de leucina, isolucina y valina proporcionan 43, 42 y 32 moles de ATP, respectivamente (véase Graham et al., 1995). Estas cantidades hacen referencia a la energía liberada en la oxidación de los aminoácidos de cadena ramificada y los aminoácidos utilizados para la gluconeogénesis. Los aminoácidos pueden contribuir desde un 3 hasta un 18% al total de energía necesaria durante el ejercicio prolongado (Poortmans 1984; Dohm 1986; Brooks 1987).

Los experimentos realizados sobre el control de la producción de ¹³CO₂ o ¹⁴CO₂ a partir de la administración de un aminoácido de cadena ramificada marcado mostraron que el aminoácido oxidado en mayor proporción es la leucina. La oxidación de la leucina aumenta durante el ejercicio en roedores (Lemon y col 1982; Hood y Terjung, 1987a) y en el ser humano (Hagg et al., 1982; Wolfe et al., 1982; Knopik et al., 1991). La mayor oxidación de la leucina se da en el músculo esquelético activo, ubicación que quedó convincentemente demostrada en la perfusión en los músculos de los muslos de ratas durante una estimulación eléctrica. Los cálculos, basados en el aumento de la oxidación de la leucina en los músculos, mostraron que la oxidación de la leucina en los músculos determina de manera fiable el índice de oxidación de la leucina en todo el organismo (Hood y Terjung, 1987b).

El alcance de la oxidación de los aminoácidos de cadena ramificada depende de la intensidad y la duración del ejercicio (Millward et al., 1982; Henderson et al., 1985). También se encontró una relación lineal entre la intensidad del ejercicio y la oxidación de la leucina en el intervalo del 25 al 89% del máx. En este intervalo, se oxidó el 54% del flujo de leucina (Millward et al., 1982). Al 100% del máx., la oxidación de la leucina alcanzó aproximadamente el 80% del flujo de leucina de todo el organismo (Babij et al., 1983).

Se ha demostrado que la oxidación de la leucina al mismo es mayor en las ratas entrenadas (Dohm et al., 1977; Henderson et al., 1985). La explicación evidente de este hecho es la mayor actividad de la deshidrogenasa en los músculos entrenados (Dohm et al., 1977). No obstante, en experimentos realizados en ratas con perfusión de los cuartos traseros y estimulación eléctrica, el entrenamiento reducía la contribución relativa de la oxidación de la leucina al (Hood y Terjung, 1987b).

Los aminoácidos de cadena ramificada para la oxidación proceden de fuentes intra y extramusculares. Las fuentes intramusculares son una reserva intramuscular de aminoácidos libres y los aminoácidos libres liberados en la degradación de las proteínas en otros tejidos. La fuente extramuscular está considerada significativamente mayor que la intramuscular (Graham et al., 1995) y consiste en la entrada de aminoácidos de cadena ramificada procedentes del plasma sanguíneo en las fibras musculares. De hecho, se ha evidenciado una intensa entrada de aminoácidos de cadena ramificada procedentes del plasma sanguíneo en las fibras musculares (véase Poortmans, 1984; Graham et al., 1995). El depósito plasmático de aminoácidos libres depende de la degradación de las proteínas en los distintos tejidos, incluidos los músculos esqueléticos en reposo y la absorción de aminoácidos en el tubo digestivo. El hígado humano presenta una escasa actividad del aminoácido de cadena ramificada transferasa. Por tanto, la tasa de consumo hepático de aminoácidos de cadena ramificada es modesto y afecta rápidamente a los niveles circulatorios de estos aminoácidos (Wahren et al., 1975). Durante el ejercicio prolongado, existe la posibilidad de una liberación de aminoácidos de cadena ramificada procedentes del hígado (Ahlborg et al., 1974). La afluencia de aminoácidos de cadena ramificada al interior de los músculos esqueléticos puede compensarse debido a su oxidación sin cambio de la cantidad de su depósito intramuscular (MacLean et al., 1991). En algunos estudios, se ha hallado incluso un incremento del contenido en aminoácidos libres de cadena ramificada de los músculos esqueléticos (Dohm et al., 1981; Eller y Viru, 1983). Estos resultados indican la posibilidad de que la intensidad del ejercicio y/o su duración influyan en la abundancia de aminoácidos de cadena ramificada. Rennie et al., (1989) señalaron que, al menos en el ser humano, el incremento del contenido muscular en aminoácidos de cadena ramificada aparece al principio del ejercicio, mientras que durante el ejercicio prolongado las reservas disminuyen (Rennie et al., 1980, 1981).

También se han encontrado cambios similares de los niveles plasmáticos de aminoácidos de cadena ramificada durante el ejercicio: un incremento al principio del ejercicio que es sustituido por una disminución tras la realización de una cierta cantidad de trabajo (Rennie et al., 1980). El aumento de los aminoácidos de cadena ramificada con ejercicios intensos de corta duración es atribuido a una alteración del intercambio esplácnico más que a un aumento de su liberación desde los tejidos periféricos (Felig y Wahren, 1971).

Al final de la Maratón de Estocolmo, se encontró una significativa reducción del contenido en aminoácidos de cadena ramificada (Parry-Billings et al., 1990). No obstante, los resultados de la Colmar Ultra Triatlón mostraron que sólo descendía significativamente el nivel de valina, pero no el nivel de leucina e isoleucina (Lehmann et al., 1995). Tras la Maratón de Boston, no se observó ningún cambio en los niveles sanguíneos de leucina, isoleucina y valina (Conlay et al., 1989).

La valoración de la dinámica de la leucina es importante para la comprensión del metabolismo de los aminoácidos. En el entrenamiento, el principal significado del control del nivel plasmático de la leucina es establecer la carencia crítica en el suministro de aminoácidos de cadena ramificada que daría lugar a una exagerada degradación de las proteínas en los músculos. No obstante, para llegar a unas conclusiones convincentes, es necesario saber cuánto debe descender la concentración de leucina en el plasma sanguíneo para que aumente el catabolismo proteico.

Alanina

La alanina es sintetizada principalmente en el tejido muscular mediante la combinación de piruvato y un grupo amino. Durante el ejercicio, el piruvato se forma como resultado de la glucogenólisis o degradación de la glucosa sanguínea. Perriello et al., (1995) hallaron que el 42% de la alanina liberada por el músculo humano estaba formada a expensas del piruvato derivado de la glucosa sanguínea. El resto de la alanina liberada por el músculo estaba sintetizada a partir del piruvato procedente del glucógeno muscular. Los grupos amino necesarios para la síntesis de alanina eran liberados en la oxidación de los aminoácidos de cadena ramificada (véase fugura 3.1). De esta manera, la alanina adquiere su función metabólica. La alanina es un sustrato esencial para la gluconeogénesis en el hígado. Tras la desaminación de la alanina, los grupos amino liberados se emplean en la síntesis de urea. La estructura de carbono restante proporciona el material necesario para la síntesis de glucosa. Todos estos procesos forman el ciclo de la glucosa-alanina (Felig, 1973): el hígado envía glucosa que se degrada a piruvato en los músculos, liberando energía para la resíntesis anaeróbica de ATP. Una parte del piruvato se combina con los grupos amino, y la alanina formada actúa como vehículo, transportando NH₃ hacia el hígado para evitar la acumulación de amoníaco y proporcionar un sustrato para la síntesis de glucosa (figura 3.6). Durante el ejercicio, la producción de alanina aumenta en los músculos activos con un incremento concomitante de su nivel sanguíneo, y la utilización de la alanina en el hígado para la gluconeogénesis y la formación de urea aumenta tras la formación de urea (para más información, véase Felig, 1977; Viru, 1987).

En la síntesis de alanina, el grupo amino procedente de aminoácidos precursores, es transferido primero al α-cetoglutarato para formar glutamato, un sustrato habitual cuyo metabolismo será determinado por los factores que controlan la síntesis y la liberación de alanina o glutamina. La síntesis de alanina, así como su metabolismo en el hígado, es catalizada por la alanina-aminotransferasa. Los factores que inhiben esta enzima bloquean la formación de nueva alanina (Garber et al., 1976). El cortisol es un inductor de la síntesis de alanina-aminotransferasa, mientras que la insulina inhibe la enzima (Felig, 1973). La falta de glucocorticoides en las ratas adrenalectomizadas excluye la elevación de los niveles de alanina en el plasma sanguíneo, las fibras ST y el hígado inducida por 3 h de natación. El aumento normal de la actividad de la alanina-aminotransferasa no aparecía en los músculos y era sustituido por una supresión de la actividad en el hígado en ratas adrenalectomizadas entrenadas (Viru A. et al., 1994).

El entrenamiento aumenta la actividad de la alanina aminotransferasa en el músculo esquelético. En consecuencia, los músculos que se están adaptando al entrenamiento de resistencia presentan una mayor capacidad para generar alanina a partir del piruvato (Mole et al., 1973).

En los deportistas de elite la concentración de alanina en sangre aumenta considerablemente tras carreras de competición de 200 y 400 m (Weicker et al., 1983). Para establecer la importancia que supone la intensidad del ejercicio, hombres voluntarios realizaron ejercicios a intensidades de 25, 50, 75 y 100% del máx. Con las dos primeras cargas, la concentración de alanina en sangre no aumentó significativamente, mientras que a intensidades del 75 y el 100%, el incremento del nivel de alanina fue muy significativo (Babij et al., 1983). Berg y Keul (1980) compararon el efecto del ejercicio prolongado (esquí de fondo, carrera, natación). La concentración de alanina aumentó considerablemente con los ejercicios de 70 u 80 min de duración, mientras que con ejercicios de varias horas, la concentración de alanina descendió significativamente.

Figura 3.6. Ciclo de la glucosaalanina.

Reimpreso de A. Viru, 1987.

El estudio realizado por Felig y Wahren (1971) estableció que la secreción de alanina y la elevación de la tasa de la glucólisis son proporcionales a la demanda de energía. Las biopsias realizadas demostraron que durante los primeros 10 min de ejercicio submáximo, el contenido muscular en alanina aumentaba (de un 50 a un 60%) en combinación con un descenso (entre el 50 y el 70%) del contenido en glutamato precursor. A continuación, al final de 90 min de ejercicio, la alanina regresaba lentamente a su nivel inicial, mientras que la glutamina permanecía a un nivel bajo (Bergström et al., 1985). Sahlin et al., (1990) y Van Hall et al., (1995) hallaron resultados similares. El descenso de la secreción de alanina está asociado con una reducción del contenido muscular en glucógeno (Van Hall et al., 1995). El bajo nivel de glutamato muscular puede explicarse por la conversión de su estructura de carbono a través del α-cetoglutarato en otros productos intermedios del ciclo del ácido tricarboxílico (Sahlin et al., 1990; Van Hall et al., 1995). Así, la reacción alanina-aminotransferasa en el músculo esquelético es esencial no sólo para la síntesis de alanina, sino también para la disponibilidad de α-cetoglutarato para el ciclo del ácido tricarboxílico.

In vitro se detectó un descenso progresivo de la síntesis de alanina y glutamina durante la incubación prolongada. Este descenso se evitó mediante la adición de aminoácidos en el medio de incubación (Garber et al., 1976). En consecuencia, tras un período prolongado de actividad muscular in vivo, el descenso de la producción de alanina puede estar relacionado con una reducción del suministro de aminoácidos de cadena ramificada debido a una aportación inadecuada desde el hígado. A su vez, la aportación inadecuada de aminoácidos de cadena ramificada puede estar relacionada con una reducción del contenido proteico del hígado durante el ejercicio prolongado (Kasperek et al., 1980).

En ratas, tras 12 h de natación se observó un descenso significativo de la concentración de alanina en los músculos activos y el hígado en combinación con un aumento de los niveles de leucina, valina, isoleucina y glutamina (Eller y Viru, 1983), pero no se observó una falta de disponibilidad de aminoácidos de cadena ramificada. En consecuencia, otros factores fueron los responsables del descenso de la producción de alanina en este experimento. En primer lugar, la actividad alaninaaminotransferasa pudo ser inhibida y, en consecuencia, el glutamato fue utilizado principalmente para la síntesis de glutamina. Esta posibilidad se confirmó por el aumento de la concentración de glutamina en el músculo esquelético. Otras posibles explicaciones son la supresión de la tasa de oxidación de los aminoácidos de cadena ramificada y, por lo tanto, una menor liberación de grupos amino y/o una disminución de la disponibilidad de piruvato en relación con la caída de las reservas de glucógeno muscular y la hipoglucemia. Cuando durante un ejercicio prolongado se produce un descenso del glucógeno, el descenso del contenido muscular de piruvato (Sahlin et al., 1990) puede limitar la participación de la reacción alanina-aminotransferasa (Wagenmakers, 1999).

En el ser humano, la determinación de la diferencia arteriovenosa de la alanina demostró que el consumo de alanina en el área esplácnica (probablemente por el hígado) aumentaba durante el ejercicio prolongado. Durante los primeros 40 min de ejercicio, el incremento fue moderado, pero desde su continuación hasta una duración de 4 h se hizo más pronunciado (Felig y Wahren, 1971; Felig, 1977).

Puesto que la alanina tiene una función esencial en el metabolismo, los datos sobre este indicador son importantes para comprender la situación metabólica durante el ejercicio. No obstante, se trata de un aspecto que necesita un estudio detallado y no está indicado para un control rutinario del entrenamiento.

Glutamina

En la desaminación o la transaminación de los aminoácidos, el objetivo básico es convertir los aminoácidos en glutamina. En las mitocondrias, la desaminación oxidativa convierte la glutamina en α-cetoglutarato ante la presencia de la acción catalítica de la glutamato deshidrogenasa. El NAD y el NH₃ participan en esta reacción. Finalmente, cambian a NADH e iones amonio (NH₄⁺), respectivamente. El α-cetoglutarato está relacionado con el proceso de oxidación; es un producto intermedio del ciclo del ácido tricarboxílico (ATC). El NADH puede producir varias moléculas de ATP como resultado de la fosforilación oxidativa en las mitocondrias.

La síntesis de glutamina consiste en la combinación de glutamato con NH₄. Como resultado, la glutamina transporta dos grupos aminos de los músculos activos al hígado o los riñones para su posterior eliminación. Así pues, la glutamina está muy bien adaptada para prevenir la toxicidad del amoníaco durante el ejercicio (Brooks et al., 1996). Los estudios realizados con [¹⁵N]-leucina han demostrado convincentemente que los grupos amino de los aminoácidos de cadena ramificada se incorporan en el nitrógeno α-amino de la alanina (Wolfe et al., 1982) y la glutamina (Darmaun y Decheotte, 1991) en el ser humano. Las estructuras de carbono de los seis aminoácidos (leucina, isoleucina, valina, glutamina, aspartato y asparagina) difieren de la síntesis de alanina y son utilizadas para la nueva síntesis de glutamina pero no del piruvato, como en el caso de la síntesis de alanina (Chang y Goldberg, 1978; Wagenmakers et al., 1985).

Se ha señalado que la glutamina es más importante que la alanina como vehículo de transporte del carbono y el nitrógeno derivados de las proteínas desde los músculos a través del plasma y hacia los lugares donde se da la gluconeogénesis o su posterior metabolismo (Wagenmakers, 1999). En el estado postabsorción, la glutamina representa el 71% de los aminoácidos liberados y el 82% del nitrógeno liberado de los músculos (Elia et al., 1989). No obstante, según los resultados de Williams et al., (1998), la alanina, y no la glutamina, es el elemento transportador de N predominante implicado en la transferencia de N desde el músculo hasta el hígado, al menos durante el ejercicio de intensidad moderada.

Los glucocorticoides (cortisol en el ser humano y corticosterona en la rata) están implicados en el control del metabolismo de la glutamina. Aumentan la descarga de glutamina desde los músculos esqueléticos (Darmaun et al., 1988) y la expresión del ARNm de la glutamina sintetasa (Max, 1990), y en consecuencia la actividad de la enzima (Ardawi y Jamal, 1990).

Los ejercicios pueden dar lugar a diversos cambios de la concentración plasmática de glutamina. Un ejercicio de velocidad de corta duración aumenta el nivel de glutamina, mientras que las carreras de maratón lo disminuyen. Entre estos dos extremos, algunos ejercicios no provocan ningún cambio de la concentración plasmática de glutamina (Parry-Billings et al., 1990). Esta ausencia de cambios hallada en diversos estudios (p. ej.: Poortmans et al., 1974) concuerda con los conocimientos sobre el nivel sanguíneo de glutamina, que sólo se altera en los extremos del continuo de ejercicio. Respecto al ejercicio de corta duración, la intensidad es importante. En ejercicios cíclicos al 25-100% del máx el nivel plasmático de glutamina aumentaba exponencialmente con el nivel de trabajo (Babij et al., 1983). Katz et al., (1986) hallaron un elevado nivel plasmático de glutamina tras 4 min de ejercicio al 100% del max. en combinación con un incremento de la tasa de liberación de glutamina desde el músculo esquelético. Según los cálculos, la cantidad de glutamina liberada constituía sólo una mínima proporción de las reservas totales de glutamina. De ello se deduce que el contenido de glutamina muscular no se modificó (Katz et al., 1986).

En el ejercicio prolongado, es habitual hallar un descenso de la concentración de glutamina (Brodan et al., 1976; Decombaz et al., 1979; Rennie et al., 1981). Sin embargo, el aumento de la concentración plasmática de glutamina también se halló en ejercicios que no eran ni «prolongados» ni «extremadamente intensos»: en 45 min de ejercicio al 80% del máx (Eriksson et al., 1985) y en 90 min de ejercicio al 70% del máx (Sahlin et al., 1990). Sahlin et al., (1990) establecieron que el elevado nivel plasmático de glutamina estaba asociado a un incremento dos veces mayor de la tasa de liberación de glutamina desde el músculo esquelético y a un modesto (10%) descenso del contenido de glutamina en el músculo. Bergström et al., (1985) observaron un elevado nivel de glutamina en el músculo esquelético tras los primeros 10 min de ejercicio al 70% del máx, seguido de un descenso. Rennie et al., (1981) hallaron un contenido en glutamina muscular igual al 50% del nivel inicial tras 225 min de ejercicio al 50% del máx. De ello se deduce que para sugerir la importancia de alguna de las funciones metabólicas de la glutamina, es necesario tener en cuenta la posibilidad de diferentes cambios de los niveles de glutamina. En consecuencia, para realizar una suposición de este tipo, tenemos que conocer el cambio real de los niveles de glutamina.

Los experimentos realizados en ratas han confirmado el descenso del contenido en glutamina de los músculos esqueléticos durante el ejercicio (Dohm et al., 1981) y también han demostrado el descenso del contenido en este aminoácido del miocardio (Eller y Viru, 1983) y el hígado (Dohm et al., 1981; Eller y Viru, 1983).

La sobrecarga en el entrenamiento está relacionada con un bajo nivel de glutamina en el plasma sanguíneo (para mayor información, véase Parry-Billings et al., 1992; Rowbottom et al., 1996). Debido a que la glutamina producida por los músculos esqueléticos es un importante regulador de la síntesis del ADN y el ARN en las células mucosas y las células del sistema inmunitario (véase Wagenmakers, 1999) y afecta a la función inmune de los leucocitos (véase Rowbottom et al., 1996) y algunas otras respuestas inmunes (véase Rowbottom et al., 1996), el descenso de la concentración plasmática de glutamina en el sobreentrenamiento puede contribuir a una inmunodeficiencia (Parry-Billings et al., 1992).

En el hígado, la producción de glutatión antioxidante necesita la glutamina como precursor. Por tanto, Rowbottom y col (1996) sugirieron que la elevación del índice de producción de radicales libres inducida por el ejercicio está relacionada con la supresión de los niveles de glutamina.

Otros posibles usos del nivel plasmático de glutamina en el control del entrenamiento son la obtención de información sobre el metabolismo proteico y la fatiga central. La glutamina interviene en el control de la síntesis y la degradación de las proteínas (MacLennan et al., 1987). Durante el ejercicio, el descenso de la producción de glutamina provoca la degradación de las proteínas, mientras que durante el período de recuperación, el aumento de la producción de glutamina favorece el incremento de la tasa de la síntesis de proteínas, inhibiendo además su degradación. De nuevo, la glutamina es sólo uno de los factores de control, pero no hay que olvidar que, tras un ejercicio intenso, los niveles plasmáticos de glutamina permanecen bajos durante varias h (Rennie et al., 1981), tras una carrera de 100 km durante más de 24 h (Decombaz et al., 1979).

Graham et al., (1990) estimaron que durante 1 h de ejercicios de extensión de piernas al 80% del máx la descarga neta de NH₃ desde el músculo activo era 4,4 mmol; la de glutamina, 3,3 mmol, y la de alanina, 2,5 mmol. Estos datos indican que la descarga de glutamina y alanina sumadas era superior a la de NH₃. Al mismo tiempo, corroboran que la liberación de glutamina puede ser mayor en comparación con la liberación de alanina en el ejercicio prolongado. En ejercicios de alta intensidad y corta duración, la descarga de NH₃ desde los músculos activos puede elevarse hasta 300 µmol/min (Graham et al., 1990) y cuando el ejercicio intenso da lugar a extenuación a los 3 min, el flujo de NH₃ alcanza 500 µmmol durante el ejercicio, pero la liberación de glutamina y alanina permanece a un nivel bajo (Graham et al., 1995). Así pues, «el transporte de amoníaco anatóxico» que utiliza la glutamina y la alanina puede ser efectivo en el ejercicio prolongado, pero no en los ejercicios intensos de corta duración. A este respecto, es digna de mención la sugerencia de Bannister y Cameron (1990) respecto a que el ejercicio intenso puede provocar un estado de toxicidad aguda por NH₃ con alteración de la función del SNC, incluido el control motor. Graham et al., (1995) se muestran escépticos ante los espectaculares efectos del NH₃ sobre las funciones del SNC durante el ejercicio, pero consideran la contribución del NH₃ a la fatiga central una teoría interesante.

Se plantea la cuestión de si la relación glutamina/amoníaco en el plasma sanguíneo proporciona una posibilidad de evaluar la fatiga central. En cualquier caso, es un tema que requiere estudios especiales. De nuevo, no disponemos de información convincente como para poder emitir conclusiones aceptables sobre la fatiga central mediante la relación glutamina/amoníaco. Desconocemos qué características cuantitativas de esta relación pueden ser utilizadas para el diagnóstico de la fatiga central. No obstante, la relación puede ser de utilidad para comprender la tendencia general. Otra cuestión es si la acumulación de NH₃ participa en la fatiga periférica. Además, la penetración del NH₃ a través de la barrera hematoencefálica se ve facilitada por un pH sanguíneo elevado y no por la acidosis que aparece en los ejercicios extenuantes (véase Graham et al., 1995). Finalmente, el propio cerebro posee un mecanismo de defensa contra la acumulación de amoníaco, el mismo que el del músculo esquelético: la síntesis de la glutamina. En el tejido cerebral, la glutamina interviene en la síntesis de un neurotransmisor, el ácido gammaaminobutírico (GABA), ya que el glutamato es el precursor para la síntesis de la glutamina y el GABA, que a su vez actúan como neurotransmisores implicados en el control motor y la regulación de la locomoción (Cazalets et al., 1994). Cuando las ratas son sometidas a una carrera en el tapiz rodante hasta el agotamiento, los niveles de amoníaco se elevan en la sangre, la corteza cerebral, el cerebelo y el cuerpo estriado (aproximadamente un 50% más en las ratas previamente entrenadas que en las desentrenadas). El incremento de amoníaco estimula la síntesis de glutamina en el cerebro para reducir los niveles de amoníaco. El contenido en glutamina se eleva en las estructuras cerebrales de las ratas entrenadas y desentrenadas, mientras que el contenido en glutamato desciende en todas las estructuras de las ratas entrenadas, pero sólo en el cuerpo estriado de las ratas desentrenadas. En el cuerpo estriado de las ratas entrenadas, el nivel de GABA desciende (Guezennec et al., 1998). Los autores explicaron las diferencias encontradas entre las ratas entrenadas y las desentrenadas por el hecho de que la duración de la carrera fue de 228 ± 12 min en las entrenadas y de 62 ± 5 min en las desentrenadas.

Triptófano

El triptófano pertenece al grupo de los aminoácidos esenciales. En el plasma sanguíneo, el triptófano se encuentra en el estado de un enlace libre y unido a fracciones de albúmina. La concentración total de triptófano es baja. El triptófano es un precursor de la síntesis de un neurotransmisor, el 5-hidroxi-triptomina (serotonina). Como la serotonina está implicada en el mecanismo de la fatiga central, el estudio de este aminoácido está justificado en relación con el control del entrenamiento.

Una de la teorías sobre la fatiga central (Newsholme et al., 1992; Krieder, 1998) asume que durante el ejercicio prolongado un nivel reducido de aminoácidos de cadena ramificada en la sangre y/o un aumento del triptófano libre facilitan la entrada de triptófano en el cerebro. El triptófano, incluso en bajas concentraciones, compite con algunos aminoácidos, incluidos los aminoácidos de cadena ramificada, para atravesar la barrera hematoencefálica. En consecuencia, un aumento de la relación del triptófano libre a aminoácidos de cadena ramificada en el plasma facilitaría la entrada del triptófano en el cerebro (Fernstrom, 1983).

La síntesis de serotonina está controlada por la triptófano hidroxilasa, cuya actividad depende de su sustrato, el triptófano, de manera que un aumento o un descenso de la concentración de triptófano cambiaría la tasa de formación de la serotonina (Fernstrom, 1983; Chaouloff, 1993). La abundancia de serotonina puede provocar una alteración de la actividad de las neuronas serotonérgicas implicadas en el control de las funciones motoras. De hecho, la administración de antagonistas de la serotonina reduce la resistencia en el ser humano (Wilson y Maughan, 1992) y en las ratas (Bailey et al., 1993b). Los antagonistas de la serotomina incrementaron el tiempo de carrera hasta el agotamiento (Bailey et al., 1993b).

Ya en 1964 Haralambie (1964a) determinó la concentración de triptófano en el suero sanguíneo de deportistas participantes en diversos eventos deportivos tras sesiones de entrenamiento intenso. Los resultados no consiguieron demostrar el cambio, salvo un descenso en dos jugadores de fútbol. Once años después, Cerny (1975) demostró un incremento de la concentración de triptófano en el suero durante los primeros 40 min de un ciclo de ejercicios al 60-65% del máx. La continuación del ejercicio durante 2 h más dio como resultado un descenso espectacular del nivel de triptófano. Más recientemente, se ha encontrado un incremento de la concentración plasmática de triptófano libre tras el ejercicio prolongado, incluido el entrenamiento militar o las carreras de maratón (Blomstrand et al., 1988), triatlones de ultrarresistencia (Lehman et al., 1995), ciclismo durante 255 min (Davis et al., 1992) y ciclismo al 40% del máx hasta el agotamiento (Mittleman et al., 1998). Todos estos estudios demostraron un incremento de la relación entre triptófano libre y aminoácidos de cadena ramificada.

Los experimentos realizados en ratas han demostrado que el triptófano total en plasma no cambiaba durante una carrera en el tapiz rodante de 1 a 2 h de duración, pero que, por el contrario, el triptófano libre sí se elevaba. El incremento del triptófano libre también apareció en el tejido cerebral y el líquido cefalorraquídeo (LCR) (Chaouloff et al., 1985, 1986). Blomstrand et al., (1989) y Bailey et al., (1993a) establecieron el incremento de serotonina en diversas regiones cerebrales durante el ejercicio asociado al incremento del triptófano libre en plasma y el triptófano en el cerebro. En diversas regiones cerebrales, el aumento del nivel de serotonina iba acompañado de un elevado contenido en otro neurotransmisor, la dopamina. Los niveles se elevaron al máximo al llegar al agotamiento (Bailey et al., 1993a). Todo ello confirmó la penetración del triptófano en el cerebro inducida por el ejercicio y la consiguiente producción de serotonina.

La entrada de triptófano al cerebro puede verse favorecida por el aumento de la concentración de triptófano libre en el plasma sanguíneo (Davis et al., 1992).

La serotonina se metaboliza a ácido 5-hidroxi-indolacético (5-HIAA). El aumento del contenido en 5-HIAA demostró una elevada tasa de renovación de la serotonina y, en consecuencia, una elevación de la actividad de los sistemas serotonérgicos. Los experimentos realizados en ratas han indicado que el incremento de la secreción de serotonina está asociado con un mayor contenido en 5-HIAA en la región cerebral (Blomstrand et al., 1989) y el LCR (Chaouloff et al., 1986).

Sería incorrecto pensar que el cerebro está desbordado de serotonina en el estado de fatiga que se desarrolla durante el ejercicio prolongado y que la abundancia general de serotonina altera la función de todas las neuronas implicadas en el control motor. La serotonina, como neurotransmisor, sólo influye en las neuronas serotonérgicas (es decir, las neuronas que poseen receptores específicos para la serotonina). Además, se sintetiza en las neuronas serotonérgicas. El aumento del nivel de serotonina en las regiones cerebrales indica una intensa síntesis de este neurotransmisor y, en consecuencia, su liberación hacia el compartimiento extracelular. En esta situación, la función de las neuronas serotonérgicas se ve favorecida. La misma situación puede presentarse cuando los agonistas exógenos de la serotonina se fijan a sus receptores específicos. Se han identificado diversos receptores para la serotonina, cada uno de ellos con unas características funcionales y bioquímicas distintas. Por ejemplo, el estudio realizado por Bailey et al., (1993a) demostró que en las ratas el bloqueo de los receptores de la serotonina 1C y 2 era efectivo para retrasar la aparición de la fatiga. Los experimentos realizados en seres humanos no consiguieron demostrar una alteración significativa del rendimiento durante un recorrido en bicicleta al 65% de la potencia máxima de salida tras el bloqueo de los receptores de la serotonina 2A/2C (Meeusen et al., 1997). Así pues, incluso un elevado nivel de serotonina en el tejido cerebral no implica la actividad sincrónica de todas las neuronas serotonérgicas.

Desde el aspecto metodológico, las alteraciones de los niveles tisulares de neurotransmisores son medidas imprecisas de la actividad, que no reflejan necesariamente un cambio correspondiente en la liberación sináptica (Meeusen y DeMeirleir, 1995). Se puede obtener una información más precisa con ayuda de la investigación de microdiálisis. Utilizando este método, Meeusen (1996) demostraron que los niveles de serotonina extracelular y 5-HIAA aumentaron en el hipocampo de las ratas que habían estado corriendo durante 1 h. Estas respuestas aumentaban cuando se administraba triptófano antes de la carrera.

Meeusen y DeMeirleir (1995) concluyeron que las interacciones entre los neurotransmisores cerebrales y sus receptores específicos podrían tener algo que ver en la aparición de la fatiga durante el ejercicio prolongado. Los neurotransmisores centrales pueden afectar a los mecanismos efectores motores a diversos niveles. No obstante, el punto crucial es si los cambios del nivel de los neurotransmisores desencadenan o reflejan los efectos producidos por su liberación. Hay que tener en cuenta la interacción de los efectos de diversos neurotransmisores y no limitarse a una acción «aislada» de un neurotransmisor.

En conclusión, la dinámica del triptófano, especialmente la relación entre el triptófano libre y los aminoácidos de cadena ramificada, puede ser utilizada en el control del entrenamiento para la detección de las condiciones que favorecen el desarrollo de la fatiga central. Sin embargo, no es suficiente para su diagnóstico, puesto que la fatiga central está relacionada con una integración de diversos cambios neuronales y neuroquímicos. La serotonina, cuya síntesis está controlada por la disponibilidad de triptófano, es uno de los componentes del conjunto. Puede ser uno de los componentes principales, pero se trata sólo de un componente.

Sustratos oxidativos de la sangre

Los dos principales sustratos oxidativos de la sangre son la glucosa y los ácidos grasos libres. La función de la sangre es transportarlos hacia los tejidos para que puedan ser oxidados en las mitocondrias de las células. La evaluación de la dinámica de estos sustratos permite conocer las condiciones generales de la oxidación. Lo más importante es detectar la hipoglucemia que altera la oxidación en las células nerviosas. También es esencial conocer la disponibilidad de ácidos grasos libres durante los ejercicios de resistencia para valorar la transferencia de hidratos de carbono a lípidos como sustratos de la oxidación.

Otros sustratos oxidativos de la sangre son los aminoácidos de cadena ramificada cuyo metabolismo ya ha sido mencionado, los trigliceroles, el lactato y las lipoproteínas. El lactato puede ser oxidado durante el ejercicio en el miocardio y las fibras oxidativas (sólo en ejercicios de baja intensidad y en cantidades modestas). El nivel plasmático de trigliceroles es demasiado bajo como para contribuir de una forma significativa. Las lipoproteínas raramente son utilizadas para la oxidación en los músculos esqueléticos, pero su valoración es muy útil para determinar el efecto antiesclerótico del entrenamiento.

Glucosa

La glucosa sanguínea pertenece al grupo de los parámetros homeostáticos rígidos que deben mantenerse a un nivel constante. Las desviaciones intensas o prolongadas de dichos parámetros dan lugar a serias alteraciones metabólicas, incluida la incapacidad para mantener las actividades de la vida diaria.

La glucosa sanguínea es un combustible esencial para diversos tejidos, especialmente para las células nerviosas. En comparación con las células nerviosas, las fibras musculares cuentan con una buena reserva de hidratos de carbono (glucógeno) que puede ser utilizada sola o con la glucosa sanguínea, mientras que en las células nerviosas, la reserva de glucógeno es mínima. El tejido muscular es capaz de sustituir los hidratos de carbono por los lípidos como sustrato para los procesos de oxidación. Los lípidos no pueden ser oxidados en las células nerviosas.

La glucosa sanguínea también desempeña un importante papel en el control metabólico. En primer lugar, la respuesta metabólica provocada por una alteración de los niveles de glucosa sanguínea interviene en la regulación homeostática. Las respuestas están dirigidas a mantener un nivel constante de glucosa en el plasma sanguíneo o bien a restablecer el nivel normal tras su alteración. No obstante, la denominada regulación glucostática no se limita al restablecimiento de los niveles de glucosa en sangre. La alteración de la glucosa sanguínea influye en la respuesta hormonal que interviene en la movilización general de las reservas de energía.

Un sensible mecanismo homeostático asegura la correspondencia entre la liberación de glucosa procedente del hígado y su utilización en los tejidos (Newsholme, 1979; Jenkins et al., 1985; Hoelzer et al., 1986). El mecanismo regulador más importante es el equilibrio entre la secreción de insulina y glucagón (Vranic et al., 1976; Felig y Wahren, 1979; Jenkins et al., 1986; Hoelzer et al., 1986; Wolfe et al., 1986). Cuando la utilización de glucosa en los tejidos aumenta, la liberación de glucosa desde el hígado se eleva en consecuencia debido principalmente al descenso de la relación insulina/glucagón (se detiene la secreción de insulina y aumenta la de glucagón). Este cambio regulador también origina un descenso del empleo de la glucosa en diversos tejidos salvo en las células nerviosas. En consecuencia, la reducción de la utilización de la glucosa no está destinada únicamente a la homeostasia de la glucosa sanguínea, sino también a su reserva para las células nerviosas. Cuando aparece la tendencia a una elevación del nivel de glucosa en sangre se desencadena el mecanismo de regulación opuesto. Una mayor secreción de insulina inhibe la salida de glucosa hepática y estimula la entrada de glucosa en los tejidos, incluido el regreso hacia el hígado. En esta situación la secreción de glucagón se mantiene en el nivel basal.

Los experimentos realizados con seres humanos entrenados han confirmado que cuando la producción de insulina y glucagón se mantenía constante de forma artificial, no aumentaba la liberación de glucosa. El aumento de la liberación de glucosa inducida por el ejercicio fue máximo cuando simultáneamente se inhibió la secreción de insulina y se estimuló la producción de glucagón (Marker et al., 1991).

Aunque no se ha podido evidenciar el papel de la adrenalina en la estimulación de la descarga de glucosa hepática durante el ejercicio (Carlson et al., 1985), hay pruebas convincentes respecto al papel esencial de la adrenalina en la glucogenólisis en los músculos esqueléticos (Richter, 1984). No obstante, existen hechos acerca de la contribución de las catecolaminas en la homeostasia de la glucosa sanguínea (Péquignot et al., 1980; Young et al., 1985; Hoelzer et al., 1986).

La gluconeogénesis está bajo un complejo control ejercido por la insulina, el glucagón, las catecolaminas y los glucocorticoides. Junto a la influencia estimulante sobre la gluconeogénesis y el control del sustrato gluconeogénico liberado por los tejidos periféricos (Exton et al., 1972), el cortisol inhibe el transporte de la glucosa hacia el tejido adiposo, entre otros (Fain, 1979). El cortisol eleva el nivel de glucosa en sangre incrementando el ritmo de la gluconeogéneis e inhibiendo la utilización periférica de la glucosa.

En el control de la producción de glucosa hepática, los nervios simpáticos y parasimpáticos desempeñan un cierto papel influyendo en el proceso directamente o bien a través de un cambio de la secreción de insulina por las células β del páncreas (para más información, véase Shimazu, 1987). En el ser humano la inervación simpática del hígado es más abundante que en la mayoría de los animales. Obviamente, esta eficaz inervación asegura un rápido aumento de la producción de glucosa al principio del ejercicio.

Diversos artículos han demostrado que el sensible mecanismo homoestático asegura una euglucemia estable durante el ejercicio (Jenkins et al., 1986; Wolfe et al., 1986). No obstante, otros artículos han demostrado variabilidad e inestabilidad en el patrón de la respuesta de la glucosa al ejercicio prolongado (Yakovlev, 1955; Flynn et al., 1987; Lavoie et al., 1987). Un estudio sobre 27 deportistas de resistencia y 34 personas no entrenadas demostró una pronunciada variabilidad interindividual en el patrón de la glucosa durante un ejercicio cíclico de 2 h de duración al 60% del máx (Viru et al., 1995). Los resultados demostraron que la estabilización del nivel de glucosa era precedido de un ajuste inicial; en el 79% de las personas estudiadas se encontró un descenso transitorio de la glucosa sanguínea, y en el 21% restante apareció un ascenso inmediato al principio del ejercicio. En las personas entrenadas, se superó el descenso inicial y se estableció un nivel normal de glucosa más rápidamente que en las personas no entrenadas (figura 3.7). El descenso transitorio inicial ya había sido detectado anteriormente en otros estudios (Yakovlev, 1955; Costill, 1984). Newsholme (1979) considera la hipoglucemia inicial como un estímulo que homeostáticamente aumenta la producción de glucosa por el hígado. En el 25% de las personas, el estímulo homeostático para aumentar la liberación de glucosa era tan fuerte, que durante todo el ejercicio el nivel de glucosa fue ascendiendo gradualmente. Por otra parte, en el 41% de las personas el estímulo ejercido por la hipoglucemia inicial fue débil; el nivel reducido de glucosa sanguínea (4,5 mmol/l como promedio) persistió al final del ejercicio. El descenso inicial fue seguido por una estabilización de la glucemia en el nivel inicial sólo en un 13% de las personas.

En muy pocas personas (21%) el nivel de glucosa se eleva inmediatamente después del inicio del ejercicio (Viru et al., 1995). El incremento podría estar relacionado con el rápido aumento de la liberación de la glucosa hepática iniciada por la regulación central de retroalimentación positiva. De la misma manera, se ha demostrado que la producción de glucosa hepática puede superar la liberación de glucosa periférica en personas entrenadas (Katz et al., 1986) y que el desequilibrio entre la producción y la utilización es especialmente pronunciado en las primeras fases del ejercicio (Kjaer et al., 1987). En nuestro experimento, la rápida elevación de los niveles de glucosa fue seguida por una nivelación a valores superiores al inicial (6,2 mmol/l como promedio) o mediante un descenso gradual de los niveles de glucosa al final del ejercicio. Estas variantes apareciron en el 11 y el 10% de las personas, respectivamente. Según la variabilidad interindividual mencionada, se identificaron 5 variantes de los patrones de glucosa durante las 2 h de ejercicio (figura 3.8) (Viru et al., 1995).

Los resultados obtenidos no están en contradicción con el mecanismo homeostático anteriormente mencionado. En definitiva sugieren que este mecanismo asegura una correspondencia entre la liberación de glucosa desde el hígado y la utilización de glucosa sanguínea a diversos niveles establecidos, a su vez, mediante diversos patrones. Cabe señalar que la estabilización de la concentración de glucosa en sangre puede situarse no sólo al nivel inicial de glucosa sino también a niveles inferiores o superiores.

Figura 3.7. Dinámica de la glucosa en sangre durante 2 h de ejercicio al 60% del máx en hombres entrenados en resistencia (línea continua) y desentrenados (línea de puntos).

Reimpreso a partir de A. Viru et al., 1995.

En nuestro estudio, se valoró el patrón de los niveles sanguíneos de insulina, hormona del crecimiento y cortisol. No conseguimos establecer la relación entre los patrones de insulina, cortisol y glucosa durante el ejercicio. No obstante, la hormona del crecimiento puede desempeñar un papel significativo en el control de la glucosa. Esta sugerencia está basada en que cuando se observan altos niveles de hormona del crecimiento, la tendencia es hacia una hiperglucemia, mientras que los niveles más bajos se acompañan de una tendencia a la hipoglucemia (Viru et al., 1995).

Durante el ejercicio prolongado, puede aparecer hipoglucemia en relación con el agotamiento de las reservas de hidratos de carbono. Los principales mecanismos endógenos para evitar la hipoglucemia son la gluconeogénesis intensiva y el cambio del sustrato de oxidación de hidratos de carbono a lípidos.

Figura 3.8. Cinco variantes de la dinámica de la glucosa sanguínea durante un ejercicio de 2 h. (Las líneas continuas representan la glucosa interrumpida, y las líneas de puntos, la hormona del crecimiento.)

Reimpreso a partir de A. Viru y col. 1995.

Otro mecanismo que evita la hipoglucemia en el ejercicio prolongado puede ser la resistencia transitoria a la insulina provocada por el factor-2 de necrosis tumoral (TNF₂) de los tejidos sin grasa que favorece la lipólisis. No obstante, puede aparecer hipoglucemia (véase cap. 1, pág. 4) y alcanzar valores inferiores a 2,5 mmol/l (Felig et al., 1982). Para evitar una pérdida de rendimiento debido a la hipoglucemia, los deportistas suelen consumir glucosa cuando van a realizar ejercicios de varias h de duración. Por una parte, la glucosa consumida restablece la disponibilidad de hidratos de carbono y aumenta las posibilidades para su oxidación (Van Handel et al., 1980). Por otra, altera la regulación metabólica hormonal: los niveles sanguíneos de insulina aumentan y descienden los de catecolaminas, glucagón y cortisol. Estos cambios son una típica expresión de la regulación glucostática (Nazar, 1981) en la que participan las estructuras nerviosas glucosensibles del hipotálamo (Kozlowski et al., 1981).

Tras la ingesta de glucosa, los resultados derivados de la alteración del control hormonal son una reducción de la liberación de glucosa hepática, mayor utilización de la glucosa en las fibras musculares y supresión de la lipólisis. En consecuencia, los hidratos de carbono vuelven a ser utilizados como sustrato de oxidación en lugar de los lípidos, con lo cual deja de haber escasez de hidratos de carbono.

La ingesta de glucosa después del ejercicio genera consecuencias muy similares. Si bien el consumo de hidratos de carbono antes de empezar el ejercicio elevaba el nivel de glucosa hasta 6,5 y 7,0 mmol/l, un rápido descenso durante los primeros 10 a 15 min de ejercicio hace que la concentración de glucosa en sangre se sitúe por debajo de los 2,5mmol/l (Costill et al., 1977). En esta situación, la utilización del glucógeno muscular aumenta considerablemente (Ahlborg y Felig, 1977) provocando una pronta aparición de la fatiga. La hiperglucemia inicial tras el consumo de glucosa anterior al ejercicio está claramente relacionada con la hiperinsulinemia y la relativa hipoglucagonemia (Ahlborg y Felig, 1977). El significado también puede ser una elevada sensibilidad a la insulina y una baja actividad simpatosuprarrenal (Kuipers et al., 1999).

La determinación de la glucosa en sangre es esencial para la elaboración de una dieta con un contenido adecuado en hidratos de carbono para las competiciones. Pero este régimen será, por otra parte, eficaz si considera no sólo el restablecimiento de la reserva de hidratos de carbono, sino también sus efectos sobre la regulación glucostática.

Ácidos grasos libres (AGL) y glicerol

El tejido adiposo representa la reserva energética más voluminosa. Para utilizar esta energía, los trigliceroles depositados deben ser degradados a AGL y glicerol. Los AGL son liberados por la acción de la lipasa sensible a hormonas. El glicerol restante es liberado tras una hidrólisis adicional por la monoacilglicerol lipasa. Una parte de los ácidos grasos es reesterificada para formar de nuevo triglicerol y constituye el ciclo del ácido graso-triglicerol. La otra parte de AGL es eliminada del tejido adiposo y depende de la concentración de albúmina en el plasma (la albúmina se une a los AGL en el plasma sanguíneo) y de la corriente sanguínea que fluye a través del tejido adiposo. El glicerol no puede ser reutilizado en el tejido adiposo. Sus pequeñas moléculas se difunden fácilmente a través de la membrana de los adipositos hacia la sangre. Así, los cambios de la concentración del glicerol en la sangre ofrecen una oportunidad para la evaluación indirecta del índice de lipólisis en el tejido adiposo (para más información, véase Bülow, 1988; Jeukendrup et al., 1998).

El ejercicio prolongado provoca un aumento pronunciado de la lipólisis en el tejido adiposo (Shaw et al., 1975). Este hecho ha sido confirmado mediante la microdiálisis del espacio extracelular del tejido adiposo subcutáneo (Arner et al., 1990). El principal activador de la lipólisis durante el ejercicio es el sistema simpaticosuprarrenal. Utilizando este método en hombres, Arner et al., (1990) demostraron que un mecanismo inhibidor a-adrenérgico modula la lipólisis durante el reposo, mientras que durante el ejercicio actúa un efecto estimulante b-adrenérgico. El efecto b-adrenérgico aparece con la estimulación del nervio simpático o la adrenalina. Esta hormona es el principal activador de la lipasa sensible a hormonas. No obstante, existen otras hormonas que también estimulan la lipólisis. Los experimentos realizados con adipocitos aislados de seres humanos establecieron que las dosis fisiológicas de los glucocortoides, la tirotropina y la hormona del crecimiento son efectivas en la activación de la lipólisis (Coppack et al., 1994). Los experimentos realizados en animales demostraron la acción lipolítica del glucagón y la corticotropina, pero no está confirmado que estas hormonas, las hormonas tiroideas y la hormona del crecimiento sean esenciales para el efecto lipolítico en seres humanos en condiciones in vivo (Hales et al., 1978). Los glucocorticoides ejercen una influencia permisiva que favorece la acción de las catecolaminas y la hormona del crecimiento. La acción permisiva de los glucocorticoides está relacionada con los cambios del metabolismo intracelular del Ca²⁺ (Exton et al., 1972) o con la inhibición de la fosfodiesterasa para favorecer la acumulación de AMPc (Lamberts et al., 1975).

La acción lipolítica de las catecolaminas y otras hormonas depende de la concentración de insulina. La insulina inhibe la actividad de la lipasa y bloquea la acción de las hormonas lipolíticas (Fain et al., 1966). De ello se deduce que la movilización efectiva de las reservas lipídicas requiere un descenso del nivel de insulina en sangre.

El descenso de la concentración de insulina es una manifestación habitual del control metabólico hormonal durante el ejercicio prolongado (Galbo, 1983; Viru, 1985a). Al principio de un ejercicio submáximo prolongado, aparece un descenso del nivel de insulina en sangre tras un período de latencia de 10 a 15 minutos. A este respecto, cabe señalar que el aumento de la concentración de AGL en sangre también se retrasa de 10 a 15 min (Hargreaves et al., 1991; Langfort et al., 1996).

Un factor metabólico significativo en la supresión de la lipólisis es la glucosa (Arner et al., 1983). Utilizando un bloqueante de la hipófiso-pancreático para mantener la insulina a niveles basales en personas sanas durante el ejercicio, Carlson et al., (1991) demostraron que la hiperglucemia (10 mmol/l) suprimía las tasas de aparición de los AGL y el glicerol. Los autores dedujeron que la glucosa regula la movilización de los AGL independientemente de los cambios de insulina mediante la supresión de la lipólisis.

En el ejercicio ligero a moderado, la entrada de AGL en la corriente sanguínea está favorecida por la supresión de la tasa de reesterificación de los AGL. Cuando la tasa de oxidación de los AGL es 10 veces mayor que el nivel alcanzado durante el descanso, sólo se reesterifican el 25% de los AGL liberados en comparación con el 70% en condiciones de reposo. Durante la recuperación postejercicio, el proceso de reesterificación aumenta rápidamente (Wolfe et al., 1990). La significación de la intensificación del flujo sanguíneo y de la unión de los AGL a la albúmina se sugiere como una causa del descenso de la reesterificación de los AGL. El flujo sanguíneo a través del tejido adiposo se triplica durante el ejercicio prolongado (Bülow y Madsen, 1978), lo que directamente aumenta la liberación de AGL (Bülow y Madsen, 1981). Los experimentos realizados con adipocitos aislados demostraron que la reesterificación de los ácidos grasos se reduce tras la administración de glucocorticoides en relación con la inhibición de la utilización de la glucosa por los adipocitos. No obstante, existe un lapso de 1 a 3 h antes de que la liberación de los ácidos grasos sea acelerada por los glucocorticoides (Fain et al., 1963). La penetración de los AGL en el músculo esquelético es un proceso que requiere un medio de transporte. Se sabe que la disponibilidad de hidratos de carbono y la contracción muscular regulan el transporte de AGL en la membrana (Turcotte et al., 1995).

A intensidades de ejercicio de hasta el 70% del máx el aumento del nivel de los AGL está relacionado con la intensidad y la duración del ejercicio (Pruett, 1970a). Durante los ejercicios de mayor intensidad (por encima del umbral anaeróbico) la acumulación de lactato inhibe la liberación de AGL. El lactato disminuye la secreción de los AGL incrementando su reesterificación sin afectar a la lipólisis (Issekutz y Miller, 1962). Ésta es la razón por la cual el nivel de AGL aumenta durante el ejercicio prolongado de intensidad moderada pero no durante el ejercicio de alta intensidad de corta duración. Se ha demostrado que durante el ejercicio intenso, el lactato suprime la liberación y el intercambio de AGL (Issekutz et al., 1975). Una concentración de lactato de 2 mmol/l reduce la secreción de AGL de un 35 a un 40% (Shaw et al., 1975).

El glicerol es utilizado para la glucogenólisis hepática. Durante un ejercicio de 4 horas, la contribución de la gluconeogénesis en la liberación total de glucosa hepática aumenta de un 25% en el estado de reposo a un 45% durante el ejercicio y en relación con una utilización del glicerol 9 veces superior (Wahren y Björkman, 1981).

La relación entre el consumo y la oxidación de los AGL en los músculos activos y el nivel de AGL en el plasma sanguíneo se conoce desde la década de 1960 (Issekutz et al., 1967; Hagenfeldt y Wahren, 1968). En 1974, Ahlborg et al., señalaron que durante un ejercicio de 4 h al 30% del máx el consumo de ácido oleico (un ácido graso) por las piernas en movimiento se triplicó durante los primeros 40 min de ejercicio y posteriormente un 140% durante el tiempo restante. El consumo de ácido oleico supone el 35% del intercambio de este ácido durante la duración total del ejercicio. El nivel sanguíneo de ácido oleico y su consumo fueron paralelos durante las 4 h de ejercicio.

La concentración de ácidos grasos en el plasma es un factor importante, pero no es el único que determina la oxidación plasmática de ácidos grasos (Jeukendrup et al., 1998). Durante el ejercicio, la oxidación de los ácidos grasos disminuye cuando la disponibilidad de los AGL se ve reducida debido a la hiperglucemia y la hiperinsulinemia.

Un resultado esencial del cambio de sustrato de oxidación de los hidratos de carbono a los lípidos y del aumento de la oxidación de los ácidos grasos es el ahorro de las reservas de hidratos de carbono. Durante el ejercicio, la elevación de los AGL plasmáticos reduce la utilización del glucógeno muscular (Costill et al., 1977), mientras que la inhibición de la movilización de los 20 AGL provocada por el ácido nicotínico incrementa la utilización del glucógeno (Bergström et al., 1969). No obstante, también se han obtenido resultados contradictorios en este sentido; la duplicación del contenido plasmático en AGL no tiene ningún efecto sobre la utilización del glucógeno muscular durante un ejercicio de extensión de rodillas de 60 min de duración (Hargreaves et al., 1991). No obstante, hay que tener en cuenta el potencial para una reducción de la utilización de glucógeno causado por un incremento de la disponibilidad y oxidación de los AGL.

Romijn et al., (1995) demostraron que a una intensidad de ejercicio del 85% del máx. la tasa de oxidación lipídica era menor que al 65% en combinación con la falta de un incremento de la tasa de aparición de los AGL y un descenso de la concentración plasmática de los AGL. Cuando en los ejercicios realizados al 85% del máx. la concentración de los AGL se incrementaba debido a la infusión de la heparina-lípidos, la tasa de oxidación lipídica se restablecía sólo parcialmente en comparación con los niveles observados durante el ejercicio realizado al 65% del máx. Los resultados confirman que a una intensidad de ejercicio superior al umbral anaeróbico (p. ej.: a 85% del máx), se deterioraba la oxidación de los lípidos debido a la falta de movilización de AGL, pero esto explica sólo parcialmente la reducción de la oxidación lipídica durante el ejercicio intenso.

Los experimentos realizados en animales (véase Holloszy, 1973; Yakovlev, 1977) indicaron que, como resultado del entrenamiento para mejorar la resistencia, el nivel de AGL en sangre y la oxidación de los ácidos grasos se incrementaban en los ejercicios aeróbicos-anaeróbicos a pesar de las elevadas concentraciones de lactato. Obviamente, el entrenamiento alteraba el control metabólico de ambos niveles de adipocitos (reducción de la reesterificación de los AGL por el lactato) y fibras musculares (estimulación de la oxidación de los AGL en el ejercicio de alta intensidad). Las razones plausibles de esta última situación son la mayor actividad de las enzimas de β-oxidación (Costill et al., 1979; Holloszy y Coyle, 1984) y una condiciones más favorables para la entrada de unidades acetil, derivadas de la β-oxidación de los ácidos grados, en el ciclo TCA de los organismos entrenados para la resistencia (Gollnick et al., 1985). En este sentido, el entrenamiento de resistencia favorece una mayor utilización de los lípidos. El ahorro paralelo de las reservas de glucógeno está considerado como un factor esencial para la mejora del rendimiento de resistencia (para más información, véase Saltin y Gollnick, 1983; Holloszy y Coyle, 1984; Coggan y Williams, 1995). En organismos entrenados en resistencia la participación de las grasas en los procesos de oxidación es elevada para las mismas intensidades de ejercicio relativas y absolutas en comparación con la de las personas no entrenadas (Costill et al., 1977; Henriksson, 1977; Jansson y Kaijsser, 1987). Sin embargo, tan pronto como las reservas de glucógeno empiezan a agotarse y la oxidación de los hidratos de carbono cae a un nivel crítico, la intensidad del ejercicio debe reducirse, puesto que la tasa de resíntesis de ATP también se reduce (Newsholme, 1989).

La valoración de estos efectos metabólicos favorables del entrenamiento de resistencia requiere la determinación de los AGL y el lactato (es mejor determinar también la glucosa y el glicerol) tras la realización de ejercicios competitivos aeróbicos-anaeróbicos. Considerándolo todo, los patrones de los niveles sanguíneos de AGL y glicerol proporcionan información sobre la utilización de los lípidos durante el ejercicio prolongado; los cambios del glicerol informan sobre el índice de lipólisis (degradación de los triglicéridos en el tejido adiposo), y la dinámica de los AGL proporciona información sobre la disponibilidad de los sustratos esenciales para la oxidación en los músculos activos. La valoración adicional del lactato y la glucosa nos permite comprender la razón por la cual la movilización de lípidos no es tan alta como sería de desear.

Lipoproteínas

Las lipoproteínas son los vehículos de transporte de los lípidos a los lugares de su metabolismo en los distintos tejidos. Las lipoproteínas plasmáticas se distinguen por su densidad, que determina sus características de flotación en la ultracentrifugación. Existen cuatro tipos principales: las lipoproteínas de alta densidad (HDL), las lipoproteínas de baja densidad (LDL), las lipoproteínas de muy baja densidad (VLD) y los quilomicrones (CM). Además, las HDL se dividen en tres subclases, HDL₁, HDL₂ y HDL₃.

Las lipoproteínas están formadas por proteínas (apolipoproteínas o apoproteínas) y un lípido. Las apolipoproteínas incluyen tres apo A (apo AI, AII y AIV), dos apo B (apo B1 y apo BII), tres apo C (apo CI, CII y CIII), una apo D y varias formas polimórficas de apo E. Las apolipoproteínas son componentes estructurales cuya función es asegurar la estabilidad de la molécula de lipoproteína, reconocer los receptores de la membrana celular y actuar como cofactores para las enzimas implicadas en el metabolismo de las lipoproteínas. Los principales constituyentes lipídicos son los triglicéridos, fosfolípidos, colesterol no esterificado y ésteres de colesterol.

Las principales lipoproteínas son partículas esféricas cuyo núcleo está formado por triglicéridos y ésteres de colesterol; el revestimiento superficial está formado por apolipoproteínas, fosfolípidos y colesterol no esterificado. Continuamente se da un intercambio de lípidos y apoproteínas entre las partículas de lipoproteínas y entre las lipoproteínas y las células. Las enzimas como la lipoproteína lipasa, la hepático lipasa y la lecitíncolesterol aciltransferasa contribuyen a estos intercambios.

La función de las VLDL es transportar los triglicéridos desde el hígado a los demás tejidos. Bajo la influencia catalítica de la lipoproteína lipasa, las VLDL y los quilomicrones se degradan proporcionando glicerol y AGL como sustratos energéticos para los tejidos periféricos. Los componentes de superficie de las VLDL degradadas (colesterol y fosfolípidos) son transferidos a las HDL, mientras que las apoproteínas de la VLDL son captadas por las LDL (apo B) y HDL (apo E y apo C) tras su degradación.

Las LDL interactúan con un receptor específico de la membrana plasmática de diversas células a través de la apo B. La unión de la apo B con el receptor hace que toda la proteína sea transportada hacia el interior de la célula. El consumo de LDL por las células forma parte de un mecanismo homeostático que regula el metabolismo del colesterol intracelular y proporciona colesterol, un componente estructural esencial para la formación de las membranas plasmáticas. No obstante, una elevada concentración de colesterol plasmático en la forma de LDL es el factor más importante que causa la arteriosclerosis (para más información véase Stokes y Mancini, 1988).

En condiciones normales, cuando la concentración del colesterol en el interior de las células crece demasiado, la producción de receptores celulares para las LDL disminuye, reduciéndose así una entrada adicional de LDL. Si este mecanismo no funciona correctamente, se desarrollarán las lesiones grasas llamadas placas ateromatosas en el interior de la pared arterial. Estas placas depositan cristales de colesterol en la túnica íntima y en los músculos lisos subyacentes de las paredes arteriales. Con el tiempo los cristales aumentan de tamaño. Simultáneamente, las fibras de alrededor y el tejido muscular liso proliferan para formar capas adicionales, constituyendo placas más anchas y más largas.

El mecanismo endógeno que evita los altos niveles de LDL está relacionado con la ingestión de LDL por las células hepáticas y la menor formación de nuevo colesterol. El exceso de colesterol inhibe el sistema enzimático hepático implicado en la formación de colesterol.

Las HDL contienen apoproteínas AI y AII, que tienen una mayor afinidad para los diferentes receptores celulares que las apoproteínas B o LDL. Las HDL pueden absorber los cristales de colesterol que empiezan a formarse en las paredes arteriales y los transfieren de nuevo hacia las LDL circulantes, las cuales a su vez los conducen hasta el hígado. Cuando una persona tiene una relación HDL/LDL elevada, la probabilidad de desarrollar arteriosclerosis se reduce considerablemente (para más información, véase Catapano, 1987).

Se han obtenido indicios de que el entrenamiento de resistencia genera un descenso de los niveles de colesterol total y LDL y un incremento de la concentración de HDL (para más información, véase Dufaux et al., 1982; Tran et al., 1983). El efecto del entrenamiento implica una mayor actividad de la lipoproteína lipasa del músculo esquelético y el tejido adiposo (Nikkilä et al., 1978; Marniemi et al., 1980). En consecuencia, la determinación del colesterol total y/o el HDL y LDL-colesterol es esencial para la evaluación del efecto antiesclerótico del entrenamiento y, por tanto, para la mejora de la salud.

La liberación de AGL desde las VLDL y los quilomicrones puede ser utilizada para la energía de los músculos activos (Havel et al., 1967). La lipoproteína lipasa catalizadora está situada en la superficie luminal de la pared vascular. La actividad de esta enzima cambia no sólo con el entrenamiento, sino también durante el ejercicio agudo (Ladu, 1991). No obstante, el consumo muscular de los AGL liberados a partir del VLDL-triglicérido es lento e interviene en menos del 5% del CO₂ derivado de los AGL en el ejercicio prolongado (Havel et al., 1967). En consecuencia, no tiene sentido investigar las VLDL y los quilomicrones como sustrato de oxidación en el control del entrenamiento.

Microdiálisis

La técnica de microdiálisis abre nuevas posibilidades metodológicas para los estudios metabólicos. Se puede introducir una sonda de microdiálisis en el espacio extracelular del tejido adiposo subcutáneo o en el tejido muscular. La sonda está formada por una membrana de fibra hueca que funciona como un vaso artificial. Se utilizan dos clases de sonda. Una de ellas está formada por un tubo de diálisis con cánulas de acero en cada extremo. La otra es una cánula de luz doble con la membrana de microdiálisis pegada en la parte superior de la cánula. A través de la sonda se bombea un disolvente de diálisis neutro (p. ej.: solución de Ringer) a poca velocidad (1 a 5µl/min). El disolvente saliente es analizado para identificar las moléculas procedentes del espacio acuoso extracelular (para más información, véase Ungerstedt, 1991).

El método se ha utilizado para el estudio del ejercicio en los seres humanos. Por ejemplo, el equilibrio entre la glucosa y el lactato en el músculo esquelético y el tejido adiposo humanos ha sido estudiado mediante la técnica de la microdiálisis durante una contracción isométrica (Rosdahl et al., 1993). Se obtuvieron resultados esenciales sobre la regulación adrenérgica de la lipólisis (Arner et al., 1990) durante el ejercicio.

Si bien la técnica de microdiálisis es una prometedora herramienta para los estudios metabólicos en los seres humanos, tiene significado para los estudios de laboratorio y clínicos, pero no para estudios en condiciones de campo; por lo que no es utilizable para el control del entrenamiento. Además, la microdiálisis presenta también ciertas limitaciones, puesto que sólo permite el análisis de moléculas «pequeñas» como la glucosa o el lactato pero no de moléculas tipo TNF-alfa. El desarrollo de la técnica de microdilución tal vez supere esta limitación.

Consideraciones generales

Se han presentado diversos parámetros metabólicos que pueden emplearse en el control bioquímico del entrenamiento. Los metabolitos más utilizados para el control del entrenamiento se enumeran en la tabla 3.1. No obstante, cada método es útil sólo en el lugar adecuado. Así, el conocimiento de un parámetro determinará si su aplicación es apropiada para el control del entrenamiento.

El valor de la información obtenida depende de la validez del método analítico utilizado. Realizar dos análisis es la mejor opción. No obstante, diversas condiciones (elevado coste de los análisis, tiempo limitado para la obtención de las muestras o cantidad limitada de la muestra, etc.) hacen que esta opción sea limitada. En cualquier caso, la calidad de los análisis es de máxima importancia y los estudios de campo deben ser realizados por personal experimentado.

Es importante que los procedimientos analíticos sean tan simples como sea posible para minimizar el tiempo transcurrido entre la toma de muestras y los resultados. En algunos casos, obtener una información rápida es esencial. Por ejemplo, que los deportistas reciban la información sobre los cambios del lactato durante las sesiones de entrenamiento permite cambiar la intensidad del ejercicio o la duración de los intervalos de descanso. La misma información recibida varias h o días después de la sesión puede ser importante para la futura planificación de una sesión similar, pero carece de interés en la situación actual para el control del entrenamiento. No obstante, la utilización de métodos específicos presupone el conocimiento de sus errores metodológicos. Las conclusiones basadas en los resultados de métodos específicos sólo son válidas si los cambios encontrados superan la estimación cuantitativa del error metodológico. La determinación del lactato con el Analizador del Lactato Accusport a niveles de lactato altos y bajos ha demostrado ser precisa, lineal y fiable (Fell et al., 1998).

Otra de las consideraciones es dilucidar si los cambios sustrato/metabolito dependen de la masa de los músculos en ejercicio. Cuando los niveles sanguíneos de catecolaminas y lactato se comparan en ejercicios de la misma intensidad pero realizados con una o las dos piernas, se evidencia la dependencia de los cambios respecto a la cantidad de músculos en ejercicio. Un ejercicio de 10 min de duración en el que intervenían las dos piernas inducía una concentración dos veces mayor de lactato y cuatro veces mayor de noradrenalina y adrenalina en la sangre arterial que el mismo ejercicio realizado con una sola pierna. Durante el ejercicio con una sola pierna, cuando la concentración de adrenalina se elevaba mediante la infusión de la hormona, la secreción de lactato en los músculos activos se incrementaba significativamente, pero en ningún caso alcanzaba el nivel encontrado tras el ejercicio realizado con las dos piernas y sin infusión. La concentración de glucosa en la sangre arterial era similar en los ejercicios con una y dos piernas (Jensen-Urstad et al., 1994). No obstante, la dependencia de la masa corporal puede no ser la misma que la dependencia de la cantidad de músculos activos. Existen razones para sugerir una relación entre los cambios ejercidos por el entrenamiento en los componentes de la sangre y la masa corporal. En primer lugar, el volumen sanguíneo (y por consiguiente, el volumen del plasma) está fisiológicamente ajustado a la masa corporal. Así, en estado de reposo, la concentración de los componentes de la sangre no debería depender de la masa corporal; sin embargo, durante el ejercicio la situación es ligeramente distinta. La secreción de metabolitos totales desde los músculos hacia el torrente sanguíneo depende de la cantidad de músculos activos, por una parte, y del volumen del plasma, por otra. Suponiendo que el volumen del plasma dependa de la masa corporal, el cambio de la concentración de metabolitos será menos pronunciado durante el ejercicio (la potencia de salida no depende de la masa corporal) en personas con una mayor masa corporal pero con una masa de músculos activos similar. Así, el cambio de los metabolitos en la sangre estaría vinculado a la relación entre el tejido muscular total y la masa corporal y/o a la relación entre los músculos activos y el tejido muscular total. No obstante, estas diferencias tan sutiles pueden aparecer entre individuos de estructura corporal diferente, pero no en la misma persona con una alimentación normal y un entrenamiento habitual. Así pues, respecto al control del entrenamiento, la cantidad de masa corporal o muscular tiene un significado teórico pero no práctico para la interpretación de los cambios de los metabolitos en el control del entrenamiento de una persona concreta.

Tabla 3.1.

Metabolitos y sustratos utilizados en el control bioquímico del entrenamiento

Los cambios inducidos por el entrenamiento en el volumen plasmático requieren mayor atención. Cuando en los nadadores la albúmina, la transferina y las globulinas unidas a hormonas sexuales se ajustaban al porcentaje de cambio del volumen plasmático, su concentración no se alteraba durante la sesión de entrenamiento y un período de recuperación de 2 horas. Así, los cambios de concentración de estos parámetros eran debidos, al menos parcialmente, a los cambios del volumen plasmático. Al mismo tiempo, cuando se corregían los niveles de urea, ácido úrico, creatinina y calcio en función del porcentaje de cambio del volumen plasmático, seguían apareciendo cambios significativos (Kargotich et al., 1997). Los resultados son lógicos. Las proteínas y los metabolitos/sustratos unidos a las proteínas plasmáticas no pueden traspasar la membrana vascular y, por consiguiente, durante el ejercicio la extravasación del plasma elevaba directamente su concentración en el interior de los vasos sanguíneos sin una intervención real del ejercicio. No obstante, los compuestos de bajo peso molecular son fácilmente intercambiables entre el plasma y el líquido intersticial. Así, los cambios del volumen plasmático no pueden influir en su concentración plasmática.

No existe una evidencia estricta de que los cambios metabólicos inducidos por el ejercicio estén relacionados con los ritmos biológicos. Galliven et al., (1997) comprobaron esta cuestión midiendo las respuestas del lactato y glucosa al ejercicio al 90 y 70% del máx por la mañana y al final de la tarde en la fase folicular (días 3 a 9), ciclo medio (días 10 a 16) y fase luteínica (días 18 a 26) del ciclo menstrual. Los resultados obtenidos no consiguieron demostrar diferencias diurnas significativas en la magnitud de las respuestas del lactato y la glucosa. Durante el ciclo menstrual se encontró una interacción significativa tiempo-fase para la glucosa, pero las respuestas integrales de glucosa y lactato fueron similares en todas las fases del ciclo. Los resultados de un estudio realizado por Hackney et al., (1991) hallaron que la oxidación y la utilización de las grasas era mayor durante la ovulación, mientras que los hidratos de carbono eran el sustrato preferente durante la fase folicular media en comparación con la ovulación y la fase luteínica media. Los resultados obtenidos por Scheen et al., (1998) demostraron que las elevaciones de la temperatura corporal inducidas por 3 h de ejercicio al 40-60% del máx eran mayores a primeras h de la mañana (a las 5:00 h) que a las 14:30 h o alrededor de media noche. Durante el ejercicio, el descenso de la glucosa era aproximadamente un 50% mayor alrededor de medianoche que por la tarde o a primeras h de la mañana.

Resumen

Algunos metabolitos de la sangre, la orina, la saliva y los sustratos oxidativos del plasma sanguíneo ofrecen la posibilidad de evaluar la situación metabólica del organismo y son utilizables para el control del entrenamiento.

Con frecuencia, el deseo del investigador es valorar la participación de las diversas vías metabólicas en la resíntesis del ATP durante el ejercicio. El principal objetivo de estas valoraciones es tener una idea sobre la dirección del efecto del entrenamiento cuando el ejercicio es repetido sistemáticamente. Los resultados más claros y concisos se obtienen utilizando la respuesta del lactato sanguíneo para evaluar la participación de la glucogenólisis anaeróbica. Estos resultados pueden ser utilizados para la obtención de características semicuantitativas, ya que la estimación cuantitativa exacta es imposible de obtener debido a tres limitaciones: (1) el lactato se forma a partir del piruvato como una entre otras transformaciones posibles (oxidación, síntesis de alanina y resíntesis de glucógeno); (2) el lactato se forma en las fibras musculares y desde allí se difunde hacia la sangre con un cierto retraso en el tiempo; la estimación de la participación de la glucogenólisis anaeróbica es exacta cuando la muestra de sangre para la determinación del lactato se toma en el momento exacto de valores máximos en la sangre; (3) durante el ejercicio, el nivel del lactato sanguíneo depende de la relación entre la entrada de lactato en sangre y su eliminación; además, hay que tener en cuenta que la magnitud de la respuesta del lactato al ejercicio no está en relación estrictamente lineal con la intensidad del ejercicio. Al nivel máximo de potencia la respuesta del lactato no es la máxima, puesto que existe una significativa participación del mecanismo de la PCr.

El lactato sanguíneo es una herramienta válida para la valoración de la capacidad anaeróbica, el umbral anaeróbico y la intensidad de los ejercicios de entrenamiento (de nuevo hay que considerar la limitación anteriormente mencionada).

Se ha planteado la cuestión de si la participación del mecanismo de la PCr está caracterizado por el incremento de la concentración plasmática de creatina. No obstante, no se ha detectado una relación estricta entre la participación del mecanismo de la PCr en la resíntesis del ATP y el nivel de creatina en sangre. La razón evidente es que los cambios de la creatina de la PCr son rápidos y están provocados, principalmente, por las reservas de creatina intracelular.

Existe la posibilidad de que los niveles de creatina (normalmente la forma transformada de creatinina en orina) sean utilizados para la valoración de la masa muscular del organismo, aunque hay otros métodos más simples y más precisos.

La participación de la reacción de la miocinasa en la resíntesis del ATP puede ser evaluada (de nuevo sólo semicuantitativamente) mediante la acumulación de los productos de la degradación del AMP (amoníaco, hipoxantina y ácido úrico), siendo la más importante de todas la determinación del amoníaco. La producción de amoníaco es más intensa en las fibras FT, de manera que se puede diseñar un ensayo destinado a la evaluación indirecta de la composición de las fibras FT sobre la base de las respuestas del amoníaco al ejercicio de alta intensidad. De hecho, se ha utilizado uno de estos ensayos para la selección de esprinters a través de la respuesta del amoníaco en carreras de velocidad y media distancia.

A menudo, la respuesta de la urea se utiliza para la evaluación de la carga de la sesión de entrenamiento y la dinámica de la recuperación. No obstante, hay que considerar que la respuesta de la urea es inhibida por unos niveles elevados de lactato y está relacionada con los factores nutricionales y las condiciones ambientales.

Las respuestas catabólicas inducidas por el ejercicio durante el período de actividad y el de recuperación pueden definirse mediante el nivel sanguíneo y la excreción por la orina de la tirosina y la 3-metilhistidina. Como el consumo de carne provoca una entrada de 3-metilhistidina exógena, la valoración de la producción de este aminoácido debe llevarse a cabo durante una dieta sin carne o bien realizar los ajustes necesarios eliminando del total la 3-metilhistidina de origen exógeno.

Los aminoácidos de cadena ramificada y especialmente la leucina contenidos en la sangre caracterizan su disponibilidad como sustratos adicionales para la oxidación. Los niveles de alanina y glutamina en el plasma sanguíneo son esenciales para el estudio de los procesos metabólicos, pero su valor para el control habitual del entrenamiento es reducido. Cuando se pretende valorar el desarrollo de la fatiga central, merece especial atención la relación entre el triptófano y los aminoácidos de cadena ramificada.

Los sustratos de oxidación, la glucosa y los AGL proporcionan información sobre la disponibilidad de los hidratos de carbono y los lípidos como sustratos de oxidación. Respecto a la glucosa, existe un mecanismo homeostático específico que mantiene constantes los niveles en sangre durante el reposo y el ejercicio. La determinación de la glucosa en sangre es importante para detectar la duración crítica del ejercicio a partir de la cual empieza a desarrollarse la hipoglucemia, que a su vez reduce la disponibilidad de glucosa para los tejidos. Lo más importante es el mantenimiento de la euglucemia sobre todo para las células nerviosas. La determinación de la glucosa en sangre también es esencial cuando se ingiere glucosa durante el ejercicio. En estos casos, la tendencia a la hiperglucemia conduce a la exclusión del mecanismo hormonal que moviliza las reservas de energía y, en especial, los lípidos.

La detección de los AGL proporciona información sobre la disponibilidad y el uso real de los lípidos como sustrato de oxidación. Cuando se añade la determinación del nivel sanguíneo de glicerol, el índice de lipólisis en el tejido adiposo se evalúa de forma más precisa, ya que, a diferencia de los AGL, el glicerol no es reutilizado para la síntesis de triglicéridos.