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Fisologia do esforço e metabolismo energético
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Fisiologia Comparativa (animais)• Tem como objetivo o entendimento de como funcionam os animais durante a atividade física e das caraterísticas que permitem um desempenho atlético notável em táxons especializados
•Pode utilizar métodos invasivos
• Focaliza modelos animais extremos para melhor estudar a fisiologiado esforço
Fisiologia Aplicada (Humanos)• Tem como objetivo entender o desempenho atlético humano e as maneiras de melhora-lo
•Pode utilizar estudos longitudinais extensos
•Protocolos complexos podem ser aplicados
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•Quais os mecanismos de controle associados ao incremento da taxa metabólica durante a atividade física?
•Que fatores fisiológicos impõem um limite superior à taxametabólica?
•Que substratos energéticos são utilizados durante as diversas etapas de uma atividade aeróbia?
•Porque a taxa de metabolismo permanhece aumentada após da atividade física?
•Porque a atividade física cansa?
•Qual o papel do metabolismo do lactato na capacidade para desempenhar atividades de caráter aeróbio?
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Potê
ncia
Duração
Velocidade (100 m, <10 seg)
Ultramaratona(1’000.000 m, > 5 dias)
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•A taxa metabólica aumenta até 25 vezes•O consumo de oxigênio do músculoesquelético (utilizado) aumenta até 200 vezes
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Tempo
Gas
tode
ener
gia
Fim da atividadeInicio da atividade
6
Captaçãode gases
Sensor O2 BombaFiltros
16.35
30% 100% VO2max
A medição do VO2
7
Tempo
Con
sum
ode
O2
Fim da atividadeInicio da atividade
“Déficit” de oxigênio
“Débito” de oxigênio
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ATP
Fosfocreatina
GlicolisisPiruvato
Lactato
Mioglobina
H2OCO2
Mitocôndria(Ciclo de Krebs e
fosforilação oxidativa)
Glicogênio
Lipídeos(estoque intracelular)
Lipídeos(do tecido adiposo, livres o
ligados a albúmina)
O2 (liberado pelas
hemâceas)Glucose
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Tempo
Con
sum
ode
O2
Fim da atividadeInicio da atividade
•Re-síntese de ATP•Re-síntese de fosfocreatina •Conversão de lactato em glucose
•Gliconeogênese•Reposição dos estoques de mioglobina
•Elevação da taxa de batimento cardíaco•Aumento da temperatura corpórea•Efeitos de hormônios (adrenalina,tiroxina etc.)
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Duração / intensidade da atividade
Con
sum
ode
O2
VO2 max
VO2 rep
EscopoMetabólico
Produçãode
lactato
Na atividade, o ciclo de Krebs e a glicolise acontecem simultanamente, embora mude, com a intensidade e duração da atividade, a importância relativa de cada via
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Intensidade da atividade
VO2 max
AAM (atividae aeróbia máxima)
Con
sum
ode
O2
12
Intensidade da atividade
VO2 max
AAM
Zona de mudançano tipo dominante
de fadiga
Fadiga “a” Fadiga “s”C
onsu
mo
de O
2
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Possíveis fontes de fadiga no esforço máximo
• Limitações na liberação deCa++ do RS por alterações nos canais iônicos ou perda da capacidade dos tubos T para transmitir potenciais de ação.
• Diminuição da concentração de fosfatos de alta energia incluindo PCr
• Aumento da concentraçãode H+ , Pi, ou H2PO4
-1
• Complicações neuromotoras
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•Depleção das reservas energéticas?
•Acúmulo de metabolitos?
•Limites no transporte de oxigênio?
Limites ao esforço aeróbio
Propriedades dos substratos energéticos
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A disponibilidade de substratos energéticos não limita uma atividade intensa e curta
•PCr (5-6 seg)
•Glicolise significativa (10 seg)
•Fosforilação oxidativa evidente (após de 45 seg)
… porém, pode ser um fator limitante na atividade sustentada
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Substratos energéticos: Implicações na fisologia da atividade aeróbia
17
100
80
60
40
20
0%da
orig
em d
a en
ergi
a ut
ilizad
aTriglicerídeos musculares
Glucose circulante
AG via plasma
Gligogênio muscular
Duração da atividade
(Modificado de Coyle, 1995)
Considerações sobre o tamanho das reservas
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Potê
ncia
máx
ima
Intensidade relativa da atividade
100
80
60
40
20
0
Hidrólise de PCr
Fermentação de glicogênio
Oxidação de glicogênio
Oxidação de AG
Considerações sobre a potência sustantável
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Considerações sobre a disponibilidade
Triglicerídeos
Transportados como VLDL ou HDL ou junto com albúminaA entrada expressiva na célula requer transportadoresGradiente de concentração fraco (AG livres são pouco concentrados)A difusão no citoplasma deve ser facilitada
Os triglicerídeos não cheguam ás mitocóndras em condições saturantes
Glucose
Muito solúvel em águaPrecisa ser transportada através da membranaOcorre em níveis saturantes em relação aos transportadores de membrana
A disponibilidade per se parece não ser uma fator limitante para a produçãode ATP
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Duração da atividade
Con
sum
ode
O2
moderada extrema
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Considerações sobre o valor energético total e por litro de oxigênio
Valor calórico total: AG >>> CHO (Kg vs. g)
Valor calórico por grama: AG >> CHO (9.4 vs. 4.2 Cal/g)
Valor calórico por molde oxigênio: CHO > AG (5.1 vs. 4.7 Cal/L)
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Con
triui
ção
àde
man
dade
ATP
(por
exe
mpl
oµm
oll/K
g/m
in)
Porcentagem do VO2 max
AG
GLU
(Modificado de Brooks, 1998)
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PCr Glicose (glicólise) Oxidação%
do
uso
nom
úscu
lo e
sque
létic
o
100
Tempo em minutos
0 1
24
ATP PCr Glicose (glicólise)
Glicose (oxidação)
Lipídeos (oxidação)
% d
ous
ono
mús
culo
esq
uelé
tico
100
Tempo em minutos
0 5 15
25
Tamanho das reservas decarboidratos
Fadigamuscular na
atividade aeróbia
Taxa relativa deuso das
reservas de CI e AG
Control hormonal
Retroalimentação?
Balanço (nor)adrenalina, glucagon,insulina, Ciclo de triglicéridos?
Dietadetermina
De que depende a duração das reservas de carboidratos?
depende de Intensidadeda atividade
Preparaçãofísica
Herança
Últimas refeições
Distribuição da atividade
Duração daatividade
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Intensidade da atividade (% VO2max)Con
cent
raçã
ode
lact
ato
(mM
ol/l)
10
5
15
30 40 50 60 70 80 90 100
O metabolismo do lactato parece ter um papelfundamental nas atividaes sustentadas
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VO2 max 2
MEA
Intensidade da atividade
Con
sum
ode
O2
VO2 max 1
MEA
O VO2 máximo prediz o desempenho aereobio de um atleta?
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Intensidade da atividade
VO2 max
Con
sum
ode
O2
eMEA MEA
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Morfo/fisiologia
Mecanismos de controle metabólico
Condições ambientais
Têcnica (cinemática)
Equipamento
Composição de fibras (ST são mais eficiêntes)
Eficiência das ATP'ases musculares
Tamanho corporal
Forma do corpo
Caraterísticas elásticas de músculos e tendões
Ciclos regulatórios na generação e uso da energía bioqúimica
Coeficientes de fricção e viscosidade
Aero (hidro) dinâmica
Molecular
Músculo
Eficiência da transformação da
energia bioquímica em trabalho
Alocação de energía bioquímica na
contração muscular
Transformação de energia bioquímica em
contração muscular
Transformação da contração muscular em movimento alvo
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• Porque o consumo de O2 não continua aumentando indefinidamente com a atividade física? O que limita o VO2max?
• Porque existe variação no VO2max entre espécies ou indivíduos?
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VO2m
ax(m
l/min
/kg)
150
100
50
650
700
O VO2max varía entre espécies muito mais do que entre atletas humanos
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Porque o VO2max é maior em animais ehumanos atletas?
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• Aumento da capacidade para armazenar lipídeos e carboidratos
• Aumento da capilarização
• Incremento do número e tamanho das mitocôndrias e a concentração de enzimas mitocondriais
• Aumento da capacidade de certos órgãos (p. ex. coração) para utilizar lactato como substrato energético
• Aumento da eficiência das ATPases das fibras musculares (actomiosina-ATPase, Ca2+ -ATPase e Na+/K+ ATPase)
• Aumento da capacidade para o transporte de O2 e lipídeos no sangue via SCV
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Quais os limites ao VO2max de uma espécie ou indivíduo?
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Tecido adiposo
Glicerol
FígadoIntestino delgado
SCV
Trocas gasosas
Fluxo sangüíneo
Glucose Lactato
H2OCO2
Ácidos graxos
?
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•Taxa de assimilação de alimentosTaxa de absorção de glucose intestinal
•Taxa de transporte de O2 até as mitocôndriasTaxa de transporte de substratos energéticos atéas mitocôndrias:
Taxa de difusão de ácidos graxosTaxa de liberação de glucose pelo fígado
•Taxa de oxidação de substratos energéticos nas mitocôndrias
•Taxa de contração - relaxamento das fibras musculares (depende de ATPases vinculadas aos processos de contração)
Possíveis limites ao VO2max
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Algumas conclusões 1
• Existem vários fatores que podem impor limites no VO2max, sendo que o fluxo de oxigênio, o fluxo desubstratos e a taxa máxima de oxidação têm recebidoparticular atenção.
• Estes fatores parecem altamente integrados, demaneira que é difícil, nas sitauções mais típicas,identificar parâmetros isolados que limitem o VO2max de um indivíduo.
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Algumas conclusões 2
• O desempenho de um atleta aeróbio é influenciado pela eficiência de transformação de energia bioquímicano movimento alvo.
• Certos aspectos desta eficiência é infuenciável pelo treino, melhora da técnica ou avanços tecnológicos.
• Outros fatores são hereditários, incluindo tamanho e forma corporal, distribuição e tipos de fibras musculares e eficiência das ATPases musculares.
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