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Metabolismo celular en atletas adaptados a las grasas

Los estudios sugieren que las adaptaciones metabólicas que favorecen un incremento persistente en la oxidación de grasas luego de la adaptación a las grasas pueden ser explicadas por varios mecanismos.  Las bajas concentraciones musculares de glicógeno (tanto inducidas por la dieta como por la actividad física) están asociadas con la fatiga durante el ejercicio prolongado submáximo (<85% de la captura pico de oxígeno o VO2 peak por sus siglas en inglés) con una duración mayor a 2 horas. El agotamiento de glicógeno es una función de la concentración inicial (pre-ejercicio) de glicógeno y de su tasa de utilización durante la actividad. Por lo tanto, las estrategias nutricionales para mejorar el desempeño de la resistencia se han enfocado típicamente en formas para incrementar la disponibilidad de carbohidratos (CHO, por sus siglas en inglés) para maximizar el almacenamiento de CHO en el músculo y el hígado en los días y horas previos al igual que mientras se consumen CHO adicionales durante el evento.

Sin embargo, la tasa de utilización de glicógeno muscular durante el ejercicio es una función de la concentración inicial de glicógeno. Adicionalmente, consumir CHO inmediatamente antes y/o durante el ejercicio incrementa las tasas corporales de oxidación de CHO. Por lo tanto, una estrategia alternativa para retrasar la fatiga y/o mejorar el desempeño de resistencia sería incrementar la disponibilidad y/o capacidad para oxidar grasas mientras que al mismo tiempo se reduce la tasa de utilización de glicógeno muscular. En efecto, los científicos han estado interesado por mucho tiempo en intervenciones que mejoren la oxidación de grasas mientras que se atenúan las tasas de glicogenólisis muscular durante el ejercicio submáximo prolongado que comienza con reservas elevadas de glicógeno.

Es bien conocido que el entrenamiento de resistencia resulta en adaptaciones metabólicas que incrementan las tasas de oxidación de grasas y disminuyen la utilización de glicógeno muscular durante el ejercicio submáximo (60%-85% VO2 peak). La dependencia mayor en la oxidación de grasas se atribuye generalmente a un incremento en el volumen mitocondrial, junto con un incremento de adaptaciones enzimáticas mitocondriales para emplear grasas, acoplado con una reducción en las señales (concentraciones de adenosina difosfato  -ADP, por sus siglas en inglés- y adenosina monofosfato -AMP, por sus siglas en inglés- que activan las principales enzimas que metabolizan carbohidratos, como glicógeno fosforilasa -PHOS, por sus siglas en inglés-, fosfofructoquinasa -PFK, por sus siglas en inglés- y piruvato deshidrogenasa -PDH, por sus siglas en inglés-). Tal vez menos apreciado es que las dietas de corto plazo y altas en grasas también incrementan las tasas de oxidación de grasas y “perdonan” al glicógeno muscular durante el ejercicio submáximo. La “adaptación a las grasas” es un protocolo en el cual los atletas de resistencia consumen una dieta alta en grasas y baja en carbohidratos por hasta 14 días mientras realizan su entrenamiento normal (tanto alto volumen como alta intensidad). La adaptación a las grasas puede ser realizada como una estrategia dietaria independiente o puede ser seguida inmediatamente por un periodo de restablecimiento de CHO, alcanzado mediante el consumo de una dieta alta en CHO con disminución por 1-3 días. Cuando se compara con una dieta isoenergética de CHO por la misma duración, tanto la adaptación a las grasas como la periodización dietaria combinada de adaptación a las grasas-restablecimiento de carbohidratos, incrementan las tasas corporales de oxidación de grasas y atenúan la tasa de utilización de glicógeno muscular durante el ejercicio subsecuente.

Lo interesante sobre la habilidad del protocolo de adaptación de grasas para incrementar las tasas de oxidación de grasas es que ocurre sin un incremento en el volumen mitocondrial, implicando que un mecanismo diferente puede ser responsable de la adaptación, comparado con el entrenamiento tradicional de ejercicio desde un estado no entrenado a uno entrenado.

Adaptaciones metabólicas en respuesta al entrenamiento de resistencia

El entrenamiento de resistencia incrementa la resistencia a la fatiga por contraer el músculo esquelético durante el ejercicio submáximo prolongado. Esto es alcanzado vía incrementos en la densidad capilar y en las proteínas de transporte de sustrato, como el transportador de glucosa 4  (GLUT4, por sus siglas en inglés) y las proteínas de transporte de ácidos grasos de membrana plasmática, así como el aumento del volumen mitocondrial, las proteínas de transporte de ácidos grasos y enzimas representativas de las principales rutas metabólicas (citrato sintetasa, β-hidroacil-CoA-deshidrogenasa, citocromo c oxidasa IV, aspartato aminotransferasa y PDH). Dichas adaptaciones aumentan el mantenimiento del control metabólico (igualar la producción de ATP con la hidrólisis de ATP vía mecanismos oxidativos) durante el ejercicio a tasas altas de trabajo submáximo. Adicionalmente, el entrenamiento de resistencia incrementa la capacidad de almacenamiento de varios combustibles en el músculo esquelético, con lo que las concentraciones intramiocelulares tanto de glicógeno como de lípidos son más altas en los humanos bien entrenados que en los humanos no entrenados.

Colectivamente, estas adaptaciones alteran el patrón de utilización de combustibles durante el ejercicio submáximo, en donde se incrementan en todo el cuerpo las tasas de oxidación de grasas mientras que disminuye la tasa de oxidación de CHO, principalmente a través del ahorro del glicógeno muscular, tanto  en las tasas absoluta y relativa de trabajo a antes del entrenamiento. Esto es alcanzado por el incremento en el volumen mitocondrial lo que permite una mayor oxidación de las grasas, reduce la magnitud de los incrementos en ADP y AMP inducidos por el ejercicio (menor perturbación del estado energético de la célula) a cualquier intensidad de ejercicio y disminuye la activación del metabolismo de CHO (actividades de PHOS, PFK y PDH).

Adaptación a las grasas: razonamiento y antecedentes

Mientras que el almacenamiento de glicógeno en el músculo esquelético y el hígado en el humano es limitado, el almacenamiento de lípidos en el músculo, y particularmente en el tejido adiposo, es abundante. En los humanos bien entrenados, el almacenamiento de energía de triglicéridos (TG) musculares se aproxima o iguala la equivalencia energética de las reservas musculares de CHO, mientras que las cantidades absolutas de grasa en los humanos son suficientes para muchas horas o días de ejercicio continuo aun en el más delgado de los atletas. Lógicamente, uno asumiría que algún método de entrenamiento que incrementa las tasas de oxidación de grasas durante el ejercicio por arriba de los niveles ya alcanzados por el entrenamiento de resistencia mejoraría el desempeño durante el ejercicio prolongado en el cual la disponibilidad de CHO es un factor limitante para el desempeño.

Desde hace tiempo se sabe que tanto la modificación aguda como la crónica del contenido dietario en grasas y CHO resultan en proporciones alteradas de la oxidación de sustrato tanto en reposo como durante el ejercicio. Contra este antecedente, se formuló el concepto de adaptación a las grasas o “carga grasa” y se refiere a la estrategia de consumir una dieta alta en grasas y baja en CHO mientras que se realiza un programa de entrenamiento de resistencia, para promover tasas más altas de utilización de grasas durante el ejercicio. Sin embargo, es también importante notar que las estrategias de adaptación a las grasas representan tanto un desafío de CHO bajos (entrenando de cara a una baja disponibilidad de glicógeno muscular) como un desafío de grasas elevadas (entrenando con una alta disponibilidad de grasas) para la homeostasia pues los contenidos musculares de glicógeno están reducidos durante esta fase de adaptación.

De gran importancia es la observación constante de que las estrategias de adaptación a las grasas incrementan dramáticamente las tasas de oxidación de grasas en todo el cuerpo durante el ejercicio submáximo en atletas ya entrenados sobre las tasas típicamente inducidas por el entrenamiento de resistencia solamente. Sin embargo, a pesar de esta respuesta aumentada y el ahorro concomitante de glicógeno, los efectos de la adaptación a las grasas en un rango de desempeño basado en resistencia se han manifestado de manera errática: algunos estudios han reportado beneficios mientras que otros no han mostrado una ventaja para el desempeño. Adicionalmente, las respuestas de los atletas a dichas dietas parecen ser altamente variables y pueden deteriorar la capacidad de entrenamiento. Debe notarse que dichas dietas resultan en una reducción en el contenido muscular de glicógeno y que, independientemente del nivel al cual se eleva la oxidación de grasas durante el ejercicio, es importante para los atletas aproximarse a las competencias deportivas de resistencia con una reserva maximizada de glicógeno.

Adaptación a las grasas y restablecimiento de carbohidratos

Para sortear el problema de la reserva reducida en glicógeno en el periodo de precompetencia resultante de las dietas altas en grasas y bajas en CHO, se ha propuesto un modelo de “periodización dietaria” que involucra la adaptación a las grasas seguida por el restablecimiento de CHO; dicho protocolo resultará, en teoría, en la optimización tanto de las tasas de oxidación de grasas como de las reservas de glicógeno precompetencia. Este modelo incorpora un periodo de adaptación a las grasas (5-14 días, con 70% de energía procedente de grasas y 15% de la energía procedente de CHO) seguido de una fase corta de restablecimiento de CHO (1-3 días, 15% de la energía procedente de grasas y 70% de la energía procedente de CHO). Se ha hipotetizado que la fase corta de restablecimiento de CHO sería suficiente tiempo para reponer el glicógeno en músculo e hígado, pero que al menos parte de la respuesta oxidativa elevada de grasas permanecería, aún de cara a un contenido más alto de glicógeno. Esto era crítico para el concepto, porque después de una dieta “estándar” alta en CHO, la concentración elevada de glicógeno muscular en reposo coincide con una mayor tasa de utilización durante el ejercicio subsecuente. En consecuencia, las adaptaciones fisiológicas que permiten una tasa incrementada de oxidación de grasas y “ahorro” de glicógeno de cara a niveles elevados de glicógeno muscular pre-ejercicio representan el escenario ideal para maximizar la capacidad de resistencia.

En general, los protocolos de adaptación a las grasas y restablecimiento de CHO han incluido un diseño cruzado, en donde una dieta control consistente en una dieta elevada en CHO (conteniendo la misma composición de macronutrimentos que en el restablecimiento de CHO) es comparada con la dieta de adaptación a las grasas y restablecimiento de CHO. Adicionalmente, en estos estudios se requirió que los sujetos mantuvieran su programa regular de entrenamiento, incluyendo sesiones de entrenamiento de alta intensidad a lo largo del período de intervención. Resulta interesante que aun cuando la duración de varios estudios estuvo en el rango de 1-3 días con respecto a la fase de restablecimiento, se ha mostrado consistentemente que solamente es necesario 1 día de restablecimiento de CHO para reponer la concentración de glicógeno muscular en los atletas entrenados para resistencia. Los resultados de estos estudios demuestran que aunque el restablecimiento de CHO suprime la oxidación de grasas durante el ejercicio submáximo relativo a valores registrados previamente al restablecimiento (después de la adaptación a las grasas) los valores permanecen significativamente más altos que en la linea base (antes de la adaptación a las grasas). La robustez de estos cambios fue demostrada por su persistencia a pesar de la alta disponibilidad de CHO alcanzada mediante el consumo de un desayuno alto en CHO antes del ejercicio y bebidas altas en CHO durante la sesión de ejercicio. Los resultados de experimentos adicionales revelaron que las tasas más bajas de oxidación de CHO podrían ser explicadas por una reducción en la utilización de glicógeno muscular.

A pesar de estas mejoras metabólicas, sin embargo, los beneficios de la adaptación a las grasas con restablecimiento de CHO fueron no consistentes, con algunos estudios reportando beneficios de desempeño durante varias pruebas de resistencia y otros sin mostrar cambios significativos o aun un decremento en el desempeño, por ejemplo, en ciclismo de alta intensidad (sprint de 1 Km). Es posible que muchas de estas pruebas de desempeño hayan sido realizadas a intensidades de ejercicio en las cuales los CHO son el combustible principal para el metabolismo muscular: mientras que las tasas de oxidación de grasas durante el ejercicio submáximo (60%-70% de consumo máximo de oxígeno -VO2 max) están elevadas después de la adaptación a las grasas, existe una dependencia en CHO a intensidades por arriba de 80%-85% de VO2 max. Adicionalmente, parece que hay “respondedores”, quienes son capaces de beneficiarse de dicho régimen  de dieta-entrenamiento y “no respondedores” para quienes el desempeño permanece sin cambio o es reducido. Independientemente de la variabilidad en las respuesta de desempeño en las pruebas y situaciones investigadas, permanece el interés en los mecanismos responsables de la dramática alteración en el uso de sustrato durante el ejercicio y la posibilidad de que este protocolo podría aportar beneficios para los  atletas de resistencia en aplicaciones que no se han sometido todavía a prueba.

Mecanismos para el incremento persistente en la oxidación de las grasas

Existen varios mecanismos que pueden explicar las adaptaciones del músculo esquelético inducidas por las estrategias de adaptación a las grasas. Estos podrían residir con procesos asociados con la oxidación de grasas y/o la oxidación de CHO, y podrían encontrarse a nivel de transporte de sustrato en el sarcolema (membrana citoplasmática de células musculares), reservas de sustrato, degradación de ácidos grasos o glucosa en acetil-CoA o el transporte mitocondrial.

Transporte en la membrana

El medio primario para mover FA hacia las células de músculo esquelético en contracción es vía los transportadores de FA, ácido graso translocasa (FAT/CD36, por sus siglas en inglés) y la proteína ligadora de ácido graso en membrana plasmática (FABPpm, por sus siglas en inglés). Se ha demostrado que 5 días de adaptación a las grasas estuvieron asociados con incrementos en el ARN mensajero (mRNA, por sus siglas en inglés) y la proteína de FAT/CD36, aunque en dicho estudio, el mRNA y la proteína de FABPpm no cambiaron; esto sugiere que FAT/CD36 es más sensible a cambios en el contenido de grasa dietaria que FABPpm. La sensibilidad de FAT/CD36 a los cambios dietarios fue encontrada de nuevo cuando se encontró que el contenido de proteína FAT/CD36 regresaba a niveles previos a la adaptación a las grasas después del restablecimiento de CHO. Sin embargo, las proteínas de transporte de FA están presentes en el citoplasma tanto en la membrana muscular como en la mitocondrial. Estudios previos han estado limitados a mediciones totales en músculo, que  no proporcionan información en relación al compartimiento o localización en donde han ocurrido los cambios en la proteína. Trabajos recientes en humanos han mostrado que mientras el entrenamiento de alta intensidad incrementó FABPpm y FAT/CD36 totales en músculo, los cambios en el sarcolema estuvieron confinados a FABPpm, pues FAT/CD36 no cambió (el incremento en FAT/CD36 ocurrió en las membranas mitocondriales). Adicionalmente, se ha demostrado que las proteínas de transporte de FA pueden traslocar hacia las membranas durante el ejercicio. Un estudio reciente reportó que el contenido de FAT/CD36 se incrementó en el sarcolema durante 2 horas de ciclismo a 60% de VO2 max, mientras que no hubo movimiento de FABPpm. Se requieren trabajos adicionales para determinar si la adaptación a las grasas (y el restablecimiento de CHO) altera la presencia de los transportadores de FA en el sarcolema en reposo y si el ejercicio transloca las proteínas de transporte de FA hacia la membrana muscular en estas dos situaciones.

Parece ser que hasta la fecha ningún estudio ha investigado los efectos de la adaptación a las grasas en la proteína primaria de transporte de glucosa en músculo esquelético, GLUT4, y sus ubicaciones en la célula. Aunque se ha demostrado recientemente que la proteína GLUT4 total permaneció sin cambio después de la adaptación a las grasas con restablecimiento de CHO, los efectos de solamente la adaptación a las grasas tanto en las localizaciones de la proteína GLUT4 como en las proteínas asociadas con su transporte desde los compartimientos subcelulares al sarcolema deben ser determinados para valorar si las estrategias de adaptación a las grasas per se suprime el transporte de glucosa.

El atrapar la glucosa en la célula a través de la fosforilación por hexoquinasa es un componente esencial de la oxidación de la glucosa derivada de plasma y por tanto puede ser categorizado con mecanismos asociados al transporte de glucosa. Estudios invasivos en roedores muestran que la fosforilación de glucosa es una etapa importante en la captura de glucosa en el músculo durante el ejercicio. Aunque se desconoce si este proceso regulador es importante en humanos, los mecanismos responsables para los cambios inducidos por el ejercicio en la hemodinámica y los transportadores de glucosa que determinan la importancia de la actividad de la hexoquinasa en el transporte de glucosa son similares entre roedores y humanos. Por lo tanto se asume que el transporte de glucosa durante el ejercicio prolongado en humanos podría estar limitado por una reducción en la actividad de hexoquinasa. Un grupo de estudio demostró que la actividad de hexoquinasa fue reducida por una adaptación a las grasas de 4 semanas, lo que podría explicar, al menos en parte, la reducción en la capacidad de oxidación de glucosa luego de la adaptación a las grasas. En contraste, otro grupo ha reportado que la eliminación de glucosa derivada de plasma permanece sin cambio luego de la adaptación a las grasas y el restablecimiento de CHO, sugiriendo que una reducción en la glicogenólisis es responsable de las reducciones en la oxidación de CHO. Así, los protocolos de adaptación a las grasas con una duración mayor a 1 semana pueden ser requeridos para suprimir la eliminación de glucosa en el músculo esquelético derivada de plasma; se requieren trabajos adicionales para examinar si el contenido y/o la actividad de hexoquinasa son alterados después de protocolos más cortos (menores a 7 días) así como después del restablecimiento de CHO.

Transporte mitocondrial de ácidos grasos

Los ácidos grasos de cadena larga (LCFA, por sus siglas en inglés) requieren inicialmente ser transportados hacia las mitocondrias, antes de ser metabolizados previamente a la oxidación. Este proceso requiere de transporte vía el complejo mitocondrial carnitina palmitoil transferasa (CPT, por sus siglas en inglés), y se cree que CPT1 es la enzima regulada; la proteína de transporte de FA FAT/CD36 también parece estar involucrada. FABPpm en la membrana mitocondrial no parece jugar un papel en el transporte en el transporte de FA pero es estructuralmente idéntica a la aspartato aminotransferasa, la cual está involucrada en el ir y venir de equivalentes reductores hacia la mitocondria.

Luego del entrenamiento, la actividad de CPT1 se incrementa en la misma proporción del incremento en el contenido mitocondrial. Sin embargo, la cantidad de FAT/CD36 en la membrana mitocondrial se incrementa en mayor grado que el incremento en el volumen mitocondrial luego del entrenamiento. El ejercicio prolongado agudo (2 horas de ciclismo de moderada intensidad) también resulta en la translocación de proteína FAT/CD36 hacia las membranas mitocondriales. Estos resultados sugieren que FAT/CD36 juega un papel importante a medida que se incrementa la necesidad mitocondrial de transporte de grasas. Los incrementos en la actividad de CPT1 también han sido demostrados luego de 15 y 28 días de adaptación a las grasas, aunque un estudio posterior reportó que la abundancia de mRNA y proteína de CPT1 permaneció sin cambio luego de 5 días de adaptación a las grasas. Es importante notar que mediciones de mRNA y/o proteína no son sustitutos para la actividad de la enzima CPT1.

El transporte de FA mediado por CPT1 puede ser regulado por su abundancia y por inhibidores alostéricos, siendo el más importante malonil-CoA (M-CoA). En este sentido, la regulación alostérica de la actividad de CPT1 es de gran importancia, al menos durante el reposo, en particular la regulación de la inhibición de CPT1, mediada por M-CoA, inducida por la proteína quinasa activada por 5′ AMP (AMPK, por sus siglas en inglés) y la fosforilación y supresión de la enzima limitante de tasa en la síntesis de M-CoA, acetil-CoA carboxilasa-β (ACC). Se ha reportado recientemente que la activación de AMPK y la subsecuente fosforilación de ACC son incrementadas en reposo por 5 días de adaptación a las grasas y 1 día de restablecimiento de CHO. Dado que el incremento en la actividad de AMPK y la fosforilación de ACC fueron observados luego del restablecimiento de CHO, parece razonable sugerir que estas enzimas estarían estimuladas luego de la adaptación a las grasas. Así, la regulación de la actividad de CPT1 por el eje AMPK-ACC-CPT1 podría ser un mediador primario del estímulo de la oxidación de FA inducido por la adaptación a las grasas y podría estar involucrado en una tasa sostenida oxidación vista luego del restablecimiento de CHO. Debe notarse que se sabe que la activación crónica de AMPK incrementa el contenido muscular de FAT/CD36 en miocitos cardíacos y por tanto podría estar involucrada en el estímulo de este transportador.

Sin embargo, los problemas con la teoría anterior es que estos estudios no miden directamente el contenido de M-CoA o la actividad de la enzima de degradación de M-CoA (M-CoA deshidrogenasa) en el músculo. Aunque M-CoA parece jugar un papel en la regulación de la oxidación de grasas en reposo, varios estudios en humanos han indicado que los niveles de M-CoA no disminuyen lo suficiente durante el ejercicio de intensidad moderada para explicar los incrementos en la oxidación de LCFA. Se desconoce cómo la captura de FA hacia la mitocondria es estimulada en el músculo esquelético humano al inicio del ejercicio, pero podría involucrar un incremento en la disponibilidad de sustrato por CPT1 y una menor sensibilidad a M-CoA, sin cambios en la concentración de M-CoA.

Papel del NADH

Otra posibilidad para explicar la mayor dependencia en oxidación de grasas luego de la adaptación a las grasas sin incrementos concomitantes en el volumen mitocondrial surge de los resultados de estudios en los cuales la disponibilidad de grasas fue agudamente elevada durante el ejercicio mediante el incremento de los niveles de ácidos grasos libres (FFA, por sus siglas en inglés). En este escenario existen tasas incrementadas de oxidación de grasas y una degradación menor de glicógeno y menor oxidación de CHO. La mayor disponibilidad de grasas puede aumentar, de alguna manera, incrementar la disponibilidad de nicotinamida adenina dinucleótido (NADH, por sus siglas en inglés) y adenosina trifosfato (ATP, por sus siglas en inglés) a partir de grasas en el ejercicio temprano, disminuyendo así el desajuste entre la utilización de ATP y la habilidad para regenerar ATP, con el resultado de que la acumulación de adenosina monofosfato (ADP, por sus siglas en inglés), adenosina monofosfato (AMP, por sus siglas en inglés) y fósforo inorgánico (Pi, por sus siglas en inglés) es reducida y las enzimas metabolizantes de CHO claves, PHOS, PFK y PDH están menos activadas.

La presencia de una alta disponibilidad de FA en sangre al inicio del ejercicio (alrededor de 1 hora) puede elevar la oxidación de grasas en reposo, incrementando así el nivel de NADH en reposo y/o incrementando las concentraciones de los intermediarios en la ruta de β-oxidación, llevando a un inicio más rápido de oxidación de las grasas al principio del ejercicio. El protocolo de adaptación a las grasas de 5 días puede sujetar a los atletas a periodos prolongados durante los cuales los FFA están elevados tanto en reposo como durante las sesiones de entrenamiento intenso (comparados con la dieta alta en CHO) y los músculos son preparados hacia una mayor utilización de grasas sin incrementos en el volumen mitocondrial. Los incrementos en el contenido de proteína de transporte de FA en la membrana muscular o en las mitocondrias ayudarían también en este sentido. El hecho de que este efecto no es totalmente revertido luego del restablecimiento de CHO sugiere que los cambios responsables yacen en le músculo y que son retenidos. Sin embargo, no hay estudios que exploren estas posibilidades en términos de explicar los cambios metabólicos que han sido reportados luego de la adaptación a las grasas y el restablecimiento de CHO.

Almacenamiento y degradación de triacilgliceroles intramusculares

Los niveles de almacenamiento de glicógeno y triacilgliceroles intramusculares (IMTG, por sus siglas en inglés) pueden afectar las tasas de oxidación de CHO y grasas durante el ejercicio. Los cambios en el contenido muscular de glicógeno en relación a la adaptación a las grasas y el restablecimiento de CHO ya se han discutido. Sin embargo, ex posible que existan muchos cambios asociados con el almacenamiento de IMTG. Existe poca información actualizada, pero los niveles de IMTG fueron incrementados por el protocolo de periodización de grasa dietaria y hubo una tendencia hacia un incremento en la actividad máxima de la lipasa sensible a hormona (HSL, por sus siglas en inglés) en 20% después de la adaptación a las grasas y el restablecimiento de CHO. No obstante, el contenido global de triacilgliceroles (TG) en el músculo en reposo luego de una sesión de entrenamiento depende del balance entre las tasas de captura, oxidación y almacenamiento de FA y la tasa de hidrólisis de TG. La esterificación de FFA en TG requiere la acilación por la acil-CoA sintetasa y la adición secuencial de FFA a una columna de glicerol vía una serie de 4 enzimas con las actividades de glicerol-3-fosfato aciltransferasa (GPAT) y diacilglicerol aciltransferasa (DGAT), que se cree son reguladoras.

En el lado de la degradación, se cree que la adiposo triacilglicerol lipasa (ATGL) y la HSL trabajan jerárquicamente para regular la hidrólisis completa de TG.  ATGL inicia la lipolisis removiendo específicamente el primer FFA del TG para producir el sustrato diacilglicerol, el cual es luego hidrolizado por HSL para generar un FFA adicional y el sustrato monoglicerol (MG). El MG es convertido en FFA y glicerol por la MG lipasa en la etapa final de la lipolisis.

Un incremento en los niveles de IMTG luego de la adaptación a las grasas sugiere un incremento en la síntesis sobre la degradación durante los periodos de reposo entre los entrenamientos diarios. Aunque todas las enzimas clave pueden ser estimuladas por el paradigma de adaptación a las grasas, las actividades de DGAT y GPAT pueden dominar en reposo, mientras que ATGL y HSL son más activas durante el ejercicio. Las señales que posiblemente estimulan estas proteínas son el decremento crónico en la concentración de insulina y el incremento en los FFA plasmáticos que ocurren con el paradigma de adaptación a las grasas. Los FFA son ligandos conocidos para la familia de los receptores activados por el proliferador de peroxisoma (PPAR, por sus siglas en inglés), factores de transcripción que se sabe estimulan las proteínas metabolizadoras de grasas. El trabajo en esta área es principalmente especulativo dado que poco se ha hecho para determinar la dinámica cambiante del manejo de IMTG y puede contribuir en última instancia a una mayor dependencia en la oxidación de grasas luego de los protocolos de adaptación a las grasas.

Dietas altas en grasas y actividad de piruvato deshidrogenasa

La adaptación a las grasas también tiene efectos profundos en la regulación de PDH, la enzima clave que regula la oxidación de CHO en el músculo. Se ha mostrado que las dietas altas en grasas inhiben rápidamente la cantidad de proteína PDH en forma activa (PDHa) en reposo. Esto se logra por un rápido estímulo de la enzima PDH quinasa (PDK, por sus siglas en inglés) la cual mueve a la PDH a la forma inactiva. Esta respuesta disminuye la oxidación de CHO de cara a una ingesta de CHO menor a la óptima. Se cree que la reducción en la concentración de insulina en circulación y el incremento en los niveles de FFA durante una dieta alta en grasas inducen rápidamente estos cambios. Se ha mostrado que durante el ejercicio que sigue a la adaptación a las grasas y el restablecimiento de CHO, la activación de PDH es reducida en reposo y sobre un rango de intensidades de ejercicio. En concordancia, la oxidación de CHO es reducida y, junto con otros cambios que afectan la PHOS en el músculo, la glicogenólisis es suprimida y el glicógeno es conservado.

Resulta interesante que la realimentación con CHO luego de una dieta alta en grasas disminuye rápidamente la actividad de PDK (desde 45 minutos a 3 horas) pero la supresión de la actividad de PDHa y el deterioro en la oxidación de CHO persiste por al menos 3 horas en reposo. Sin embargo, luego de 24 horas de restablecimiento de CHO, la predicción sería que la oxidación de CHO regresaría a sus valores normales en reposo y una vez que comience el ejercicio. Aun así, la oxidación de CHO regresaría solo parcialmente a la normalidad y la activación de PDH se mantendría incompleta durante el ejercicio moderado e intenso. Mientras que los sujetos de este último estudio eran altamente entrenados y se ejercitaron en el exterior a lo largo de la adaptación a las grasas y los sujetos en otros estudios eran activos de manera recreativa y no tuvieron actividad adicional a la vida diaria (no entrenados) durante los 6 días de la dieta alta en grasas, los resultados de ambos tipos de estudio son consistentes con un efecto persistente de la adaptación a las grasas en la selección de combustible por el músculo. Se requiere trabajo adicional para examinar otros sitios clave de la regulación del metabolismo de CHO y lípidos en el músculo esquelético luego de la adaptación a las grasas y 24 horas de restablecimiento de CHO.

La supresión de actividad de PDH y oxidación de CHO luego de la adaptación a las grasas y restablecimiento de CHO puede tener un efecto negativo en el ejercicio de alta intensidad. La actividad máxima de PDH se incrementa luego del entrenamiento aeróbico de intensidad moderada o alta y las tasas elevadas de oxidación de CHO son esenciales para el desempeño óptimo a tasas muy altas de ejercicio aeróbico (90%-100% de VO2 peak). Por lo tanto, la persistencia de actividad inhibida de PDH luego de las estrategias de adaptación a las grasas, aun con restablecimiento de CHO, sugiere que dichos paradigmas pueden no ser aconsejables en circunstancias en las cuales el ejercicio de intensidad más alta y sostenida es requerido. En efecto, esto podría explicar el menor desempeño en los sprints de ciclismo de 1 Km intercalados con un ciclismo de resistencia luego de un protocolo de adaptación a las grasas y restablecimiento de CHO.

Investigaciones futuras

Los resultados de los estudios presentados aquí sugieren que las adaptaciones metabólicas que favorecen un incremento persistente en la oxidación de grasas luego de la adaptación a las grasas pueden muy posiblemente ser explicadas por varios mecanismos. Claramente, existe un incremento en la habilidad del músculo esquelético para transportar, almacenar y oxidar FFA, siendo algunas de estas adaptaciones evidentes de cara al glicógeno muscular restablecido o al incremento en la disponibilidad de CHO exógeno (alimentarse con glucosa antes o durante el ejercicio luego de la adaptación a las grasas).

Trabajos recientes que examinan la regulación del metabolismo de lípidos en el músculo esquelético han demostrado la importancia de la medición de la compartimentalización-ubicación y translocación de las proteínas de transporte de FA y estos enfoques son necesarios para examinar cómo la adaptación a las grasas y sus interacciones con el ejercicio pueden alterar esta regulación. Hay una carencia de fuerte apoyo experimental para una reducción en la habilidad para oxidar glucosa. Mecanismos claros que asocien la adaptación a las grasas con la supresión del metabolismo de glucosa, tales como transporte de glucosa, oxidación de la misma y las enzimas asociadas a la síntesis y degradación de glicógeno, son importantes piezas faltantes de un rompecabezas que podría explicar parcialmente algunas de las respuestas adaptativas observadas. Dado que la oxidación de CHO permanece deprimida aun de cara a un incremento en la disponibilidad de CHO (ya sea en forma de reservas restablecidas de glicógeno muscular y/o en la provisión de grandes cantidades de CHO exógenos) los datos que demuestren la supresión tanto de la actividad de PDH como de la glicogenólisis son importantes e implican un claro deterioro en la habilidad del músculo para oxidar CHO.  Esperaría que dicho deterioro dificulte el desempeño en muchos deportes de resistencia que requieren al menos que alguna porción del trabajo sea completada en o cerca del VO2 peak.

Temas prácticos rodean la afinación de las estrategias de adaptación a las grasas, primariamente para identificar a los respondedores positivos de los no respondedores y luego optimizar los regímenes para aquellos atletas par los cuales las estrategias de periodización dietaria son benéficas. Todavía debe probarse experimentalmente si un periodo largo de restablecimiento de CHO sería capaz de “rescatar” los deterioros  en PHD inducidos por una dieta alta en grasas, de manera que las tasas de glicogenólisis muscular son sean comprometidas durante el trabajo de alta intensidad. Por supuesto, es posible que cualquier estímulo en el metabolismo del glicógeno cause una inhibición recíproca en el metabolismo de lípidos y cualquier incremento en la oxidación de grasas inducido por la dieta observado durante el ejercicio submáximo después de la adaptación a las grasas puede ser borrado en dicho escenario.

En el análisis final, las dificultades prácticas asociadas con la preparación de, y el cumplimiento con, los protocolos de adaptación a las grasas significan que es altamente deseable identificar el tiempo mínimo requerido para estimular la oxidación de FA y cuanto persiste esta perturbación de cara al restablecimiento de CHO. Finalmente, si los científicos pueden proporcionar las respuestas a algunas de estas preguntas, dependerá de los entrenadores, atletas y nutriólogos deportivos explorar cómo incorporar las estrategias de periodización dietaria en los macrociclos y microciclos de los programas de entrenamiento de resistencia.

Eel entrenamiento de resistencia resulta en adaptaciones metabólicas que incrementan las tasas de oxidación de grasas y disminuyen la utilización de glicógeno muscular durante el ejercicio submáximo.Subir

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