La Contracción Muscular: El Ciclo del Sarcómero

La unidad funcional de la contracción del músculo esquelético se llama sarcómero. Para que se produzca la contracción muscular, se requiere la liberación de calcio (almacenado en el retículo sarcoplásmico). Este calcio liberado produce el desplazamiento de los filamentos de actina y la consecuente contracción del músculo.

Fases del Ciclo de Contracción

1. Unión del Calcio: El calcio se une a la troponina. Esto provoca un cambio en su conformación (forma), lo que hace que la troponina desplace a la tropomiosina, exponiendo los sitios de unión entre la actina y la miosina (dejando libres los sitios activos de la actina para la unión de la miosina).
2. Activación de la Miosina: Para que la cabeza de miosina se una a la actina, esta deberá haber sido activada previamente. Esto ocurre cuando el ATP se une a la cabeza de miosina y se hidroliza en ADP + Pi (fosfato inorgánico). Esta hidrólisis produce energía, lo cual activa la cabeza de miosina. Ahora la miosina ya puede unirse a la actina.
3. Golpe de Potencia: Al unirse, se libera el fosfato inorgánico (Pi). Esto hace que el enlace se fortalezca. A continuación, el ADP se libera y la cabeza de miosina desplaza el filamento de actina (el golpe de potencia).
4. Separación: Llega una nueva molécula de ATP (que se une a la cabeza de miosina) que hace que el enlace actina-miosina se debilite y se separe.

Finalmente, el ciclo se repite desde el paso 2 progresivamente. Este proceso de contracción muscular termina cuando el retículo sarcoplásmico recupera el calcio (que se había unido a la troponina). Esto causa que todo vuelva a su forma original y que los sitios activos de actina se tapen. Así, el músculo se relaja (gracias a la bomba de calcio).

Obtención de ATP: Vías Metabólicas

El Adenosín Trifosfato (ATP) es una molécula altamente energética que, cuando sus enlaces se rompen, desprende la energía necesaria para nuestro organismo. En nuestros músculos hay ATP, pero dura muy poco (aproximadamente 5 segundos). Es necesario generar más ATP para satisfacer la demanda del ejercicio físico. Las formas o vías de obtener más ATP una vez agotado son las denominadas vías de obtención de ATP.

Vía Anaeróbica Aláctica

Es inmediata, muy intensa, de corta duración y no produce residuos. Como máximo, se puede utilizar hasta los 15-20 segundos. A partir de ahí, se necesitará producir ATP de otra manera.

En los músculos tenemos ADP y PC (Fosfocreatina o fosfato de creatina, que se encuentra en el sarcoplasma). Los depósitos de PC ceden su grupo fosfato al ADP para producir ATP. También pueden cederlo al AMP para producir ADP y, finalmente, ATP.

Vía Anaeróbica Láctica

Es casi inmediata, intensa y de duración limitada, pero produce residuos. Se activa a partir de los 20-25 segundos y no se puede mantener más allá de 2-3 minutos. Se extrae ATP del glucógeno (sustancia que puede transformarse en glucosa cuando el organismo lo requiere), pero se produce un residuo denominado ácido láctico, asociado directamente con la aparición de la fatiga.

Vía Aeróbica

Es rentable, duradera, de baja intensidad y larga duración. Primero, utiliza glucosa (se necesita menos O₂) y, una vez agotada, utiliza los ácidos grasos (que necesitan mucho más O₂). También puede utilizar proteínas.

Regulación y Desechos

• La glucosa se regula por dos hormonas: la insulina (producida en el páncreas) y el glucagón (producido en el hígado, que estimula la producción de glucosa en sangre).
• Los productos de desecho son:
  • El CO₂, que se elimina por la respiración.
  • El H₂O, que se elimina por el sudor u orina.

Metabolismo de la Glucosa

Glucólisis

Proceso metabólico encargado de degradar (romper) la molécula de glucosa, con la finalidad de obtener energía (ATP). La glucólisis es un proceso que se da tanto en la vía anaeróbica láctica como en la vía aeróbica. Los procesos posteriores se diferencian según si disponemos o no de O₂ al finalizar la glucólisis:

• Si no disponemos de O₂: Las dos moléculas de ácido pirúvico obtenidas se convierten finalmente en ácido láctico, resultando en una baja producción de energía (solo 2 ATP).
• Si disponemos de O₂: Las dos moléculas de ácido pirúvico continúan degradándose para obtener más energía. El siguiente proceso es el Ciclo de Krebs.

Ciclo de Krebs

Proceso metabólico encargado de degradar totalmente la molécula de glucosa para obtener energía (a partir del ácido pirúvico). Este ciclo se repite dos veces, ya que se generan dos moléculas de ácido pirúvico por cada molécula de glucosa degradada, duplicando la obtención de productos.

Rendimiento Final de ATP

Al final de la degradación completa de la glucosa, se obtienen entre 36 y 38 ATP, dependiendo del tipo de célula.

Regulación y Recuperación Post-Ejercicio

Metabolismo y Transformación del Ácido Láctico

El ácido láctico no se elimina; es una sustancia que se transforma (o «recicla»), utilizando energía ATP para este proceso. El hígado, el corazón y los músculos (en menor medida) son los órganos encargados de transformar el ácido láctico en ácido pirúvico.

Deuda de Oxígeno (EPOC)

Cuando realizamos una actividad física intensa, nuestro cuerpo consume grandes cantidades de energía ATP y, como consecuencia, también consume mucho oxígeno (O₂). Debido a esto, sentimos cansancio y fatiga, las pulsaciones aumentan y la respiración se acelera.

La Deuda de Oxígeno se define como el oxígeno consumido en la fase de recuperación del ejercicio, por encima de la cantidad consumida en reposo. En actividades intensas, se refiere a la cantidad de oxígeno que se le «debe» al sistema para eliminar la acumulación de ácido láctico.

Causas de la Deuda de Oxígeno

• Transformación Ácido Láctico a Pirúvico: La concentración de ácido láctico en nuestro organismo se transforma en ácido pirúvico a través del corazón, del hígado y de los músculos, utilizando energía ATP. Del ácido pirúvico podemos pasar a glucosa, gastando energía.
• Resíntesis de ATP: Al consumir grandes cantidades de ATP, aumenta la cantidad de moléculas de ADP. El tiempo requerido para volver a transformar ADP en ATP se denomina deuda de oxígeno.
• Equilibrio O₂/CO₂: Cuando estamos en reposo, hay mayor concentración de O₂ en nuestros alvéolos pulmonares que de CO₂, lo que se denomina como sobrealiento. Cuando, en lugar de sobrealiento, disponemos de mayor cantidad de CO₂ que de O₂, el equilibrio que se produce para restablecer la cantidad de O₂ se denomina deuda de oxígeno.
• Recarga de Hemoglobina: Cuando realizamos ejercicio físico, la sangre dispone más de CO₂ que de O₂ (en la hemoglobina). El restablecimiento de O₂ se denomina deuda de oxígeno.
• Recarga de Mioglobina: Los músculos utilizan el O₂ de la mioglobina, pero cuando este se acaba, la hemoglobina pasa a proporcionar O₂. Cuando paramos, el restablecimiento de O₂ en la mioglobina se denomina deuda de oxígeno.