Fisiología del ejercicio Lic. Isaí Cruz Pérez
FISIOLOGÍA • Desde el punto de vista etimológico proviene de las raíces griegas Physis referido a naturaleza y Physiologoi a los eruditos y sabios que dedicaban su tiempo al estudio de la naturaleza. • Fue considerada “el conjunto de saberes o ciencia cuyo objeto era el estudio de la naturaleza”
EJERCICIO • Tiene sus orígenes etimológicos en el latín Exercitium que los romanos usaron para referirse a los movimientos corporales repetidos, a la actividad física. • Según la RALE es definido como “cualquier movimiento corporal repetido y destinado a conservar la salud y recobrarla”.
• A la la fis fisio iolo log g a del del ej ejer erccic icio io ta tam mbi n se se le le ha denominado fisiología del esfuerzo, entiéndase éste como “el empleo energético de la fuerza física contra algún impulso o resistencia” o como “empleo energético del vigor o actividad del ánimo para conseguir una cosa venciendo dificultades”. • En el ámbito deportivo y médico deportivo se define como el equivalente de actividad física, siendo más adecuado usar el término de ejercicio, para referirse a la actividad física.
Fisiología del ejercicio: Fisiología • Ciencia que estudia el funcionamiento de los órganos, aparatos y sistemas que componen el organismo humano durante el ejercicio físico, desde el nivel molecular y celular hasta el nivel integral de la persona, la interrelación existente entre ellos con el medio externo, así como los mecanismos de regulación e integración funcional que hacen posible la realización del ejercicio físico. (L. Chicharro) • Abarca el estudio de las modificaciones tanto estructurales como funcionales que la práctica crónica del ejercicio, o entrenamiento físico ocasiona.
• La fisiología del ejercicio físico: estudia las funciones del cuerpo humano antes, durante y después del la ejercitación, o el estudio de los efectos acumulativos a largo plazo del ejercicio. La Fisiología del esfuerzo , estudia los
cambios morfológicos y funcionales de los órganos corporales durante ejercicios agudos (inmediatos) y crónicos (a largo plazo)
La Fisiología del Deporte: Aplicación de los
principios de la fisiología del ejercicio y entrenamiento deportivo con el fin de mejorar la ejecutoria competitiva del atleta
ANTECEDENTES HISTÓRICOS DE LA FISIOLOGÍA DEL EJERCICIO
Las cosas se entienden mejor cuando uno ha logrado ver con alguna claridad cómo se formaron (Aristóteles).
La aparición de la fisiología del ejercicio como disciplina científica obedece a tres causas principales. • 1ro. La necesi a impu sa a por os mi itares e mejorar e conocimiento de los factores que pueden determinar el rendimiento físico de los soldados. • 2do. 2do. El fenóm fenómeno eno depo deporti rtivo vo que que de elit elitist istaa y exclu exclusiv sivo o se extiende al resto de población a lo largo del siglo XX, donde la identidad nacional con los logros obtenidos despiertan el interés de buscar nuevos procedimientos de entrenamiento, selección de talentos, etc., que permitan aumentar el rendimiento de los atletas. • 3ro. 3ro. El avan avance ce cient científi ífico co en el el ámbit ámbito o de la fis fisiol iología ogía en los los mecanismos de regulación homeostática homeostática..
• Antes del siglo XX el objetivo de la fisiología era conseguir información clínica, en tanto la respuesta orgánica y sistémica al ejercicio no recibió atención. • La fisiología del ejercicio, como ente diferenciado de la fisiología tiene sus comienzos a principios del siglo XX, en Copenhague donde se creó el primer laboratorio de Teoría de la Educación Física del mundo dirigida por Johannes Lindhard, quien se considera el iniciador e impulsor de la Fisiología del ejercicio moderna.
Causas que facilitaron la aparición de la fisiología del ejercicio: •
E inter s e os isi ogos por esve ar as c aves e metabolismo energético, donde se experimentó con músculos de rana in Vitro.
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El re reco cono noci cimi mien ento to de lo loss va valo lore ress hi higi gién énic icos os y pe peda dagó gógi gico coss del ejercicio físico, dando lugar a las clases de gimnasia y educación física en el ámbito escolar.
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La elec eccció ión n del del ej ejeerci ciccio fí físsic ico o com como o mod modeelo pa para ra el estudio de la fisiología regulatoria e integrativa es decir aquella que estudia simultáneamente la respuesta de varios órganos y sistemas, para tratar de establecer cómo se relacionan las partes con el todo.
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Los ava Los avan nces té técn cnic icos os qu quee fa facililiita tan n el el des desaarr rrol olllo de de los los primeros ergómetros y espirómetros.
• La dema demanda nda de conoc conocimi imient entos os acerc acercaa de la la respu respuest estaa del del cuerpo humano sometido a situaciones extremas. extremas. • Recono Reconocim cimien iento to del del valor valor dia diagnó gnósti stico co en en los los test test de de esfuerzo en medicina. • El inter interés és milit militar ar espe especia cialme lmente nte en en EUA por por las las guerra guerrass mundiales y la guerra fría y la determinación del límite humano ( calor, frío, altura, deshidratación, inmersión, ingravitéz, etc). En 1953 se determina que los niños americanos tienen niveles de condición física inferiores a los europeos surgiendo de ahí el Youth Fitness Test 1959. • La progr progresi esiva va impor importa tanci nciaa que que va cobra cobrando ndo el el deport deportee como como fenómeno social, económico y político, especialmente tras los Juegos Olímpicos de Berlín.
Avances de la fisiología del ejercicio: –
Conoci Cono cimi mien ento to de dell pr proc oces eso o de ve vent ntililac ació ión n pu pulm lmon onar ar (V (Ves esal alio io,, Ho Hook oke, e, Borelli, Boyle) y establecido totalmente por Lavoisier en el siglo XVIII.
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Demost Demo stra raci ción ón de la la sim simililit itud ud ent entre re la la com combu bust stió ión n y la la resp respir irac ació ión, n, Relacionando la oxidación de sustratos energéticos. (Boyle, Black, Priestley, Stahl, Hales y Lavoisier.
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Constatación de que el metabolismo oxidativo y por tanto el calor corporal no proviene de los pulmones como creyó Lavoisier, sino que tiene lugar en las células.
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Demostración de Lavoisier de que el consumo de oxígeno aumenta con la actividad muscular en los seres humanos.
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Demostración de que el consumo de oxigeno está determinado por la demanda energética y es independiente de la concentración de oxígeno en el aire inspirado (Paul Bert).
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Descubrimiento de la hemoglobina y su capacidad para oxigenarse. (Edwards, Magnus, Hope-Seyler, Haldane, Barcroft, Hendersen y Augusto Krogh).
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Conoci Cono cimi mien ento to de dell fun funci cion onam amie ient nto o y re regu gula laci ción ón co coor ordi dina nada da de lo loss aparatos respiratorio y circulatorio, según las necesidades del recambio gaseoso del organismo (Mayow, Edwards, Dulong y Despres).
Principales manuscritos y libros de texto de fisiología del ejercicio publicados antes del 1942. Autor
T í t ul o
Año
Byford WH
On the physiology of exercise
1855 (M)
Flit A
Influence of excessive and prolongued muscular exercise
1970 (M)
Lagrange F
Physiology of body exercise
1988 (L)
Bene Be nedic dictt FG, FG, Cath Cathcar cartt EP
Muscu Mu scular lar wor work, k, a meta metabo bolic lic stu study dy wit with h speci special al refer referen ence ce to to the efficiency of the human body as a machine
1913
Braingbridge FA
The physiology of muscular exerciseq
1923-1927 (L)
Steinhaus A
Chronic effects of exercise
1933 (M)
Jokl E
On indisposition after running Physical fitness
1941 (M)
Fisiología del deporte y su expansión mundial.
Estados Unidos: 1.
En 18 1871 71 el pr pres esid iden ente te de la Un Univ iver ersi sida dad d de de Ha Harv rvar ard, d, Ch Char arls lses es Wi Willllia iam m Elliot, promueve la reorganización de la misma, donde en 1891 se crearon los primeros estudios universitarios de Educación Física de EUA.
3.
El fam famos oso o bioq bioquí uími mico co L.J L.J.. Hend Hender erso son n (con (conoc ocid ido o por por sus sus estu estudi dios os sob sobre re el el Ph) funda el Laboratorio de Fatiga de Harvard 1927, que se centraba en estudios de altitud y calor, determinando la relación VO2 máx y capacidad de resistencia.
5.
Sid Rob Sid Robin inso son n 193 1938, 8, dem demue uest stra ra qu quee el el V02 V02 má máx. x.,, dis dismi minu nuye ye co con n la la eda edad d a causa de la frecuencia cardíaca máxima.
7.
Se cla claus usur uraa el el Ins Insti titu tuto to de la la Fat Fatig igaa en en 194 1947 7 yen yendo do los los ci cien enttíf ífic icos os a Europa.
9.
Entree los Entr los ex expo pone nent ntes es am amer eric ican anos os es está tán n Jac Jackk Wim Wimor oree est estud udio ioso so de la composición corporal y de la condición física, George Brooks (metabolismo ácido básico), Bill Evans (efectos del ejercicio en los ancianos). Keneth Cooper que publica su libro Aerobics 1968.
Escuela Escandinava de Fisiología del esfuerzo: – El primer primer fisiól fisiólogo ogo danés danés fue Peter Peter Ludwig Panu Panun n (1820(18201885), siendo catedrático de fisiología de la Universidad de Copenhague quien montó su propio laboratorio. – Christia Christian n Bohr Bohr conocido conocido por el el efecto efecto Bohr, Bohr, por por el transporte de sangre e intercambio de gases. – Erik Richter, metabolismo y transporte de glucosa; Michael Kjaer, fisiología cardiovascular , metabolismo, medicina deportiva, metabolismo de los tendones y Keijo Hakinen, adaptaciones neuromusculares al entrenamiento entrenamient o de la fuerza.
Fisiología del esfuerzo en Alemania: • Después de la segunda Guerra Mundial adquiere relevancia la Escuela Alemana de fisiología del ejercicio, pero no llega al prestigio de la anterior. • Influyó en los estudios de ergometría y respuesta lactatémica al ejercicio como mecanismo de control de la intensidad del esfuerzo. Entre sus investigadores están Mader, Hollman y Heck.
• Fisiología del ejercicio en Gran Bretaña - Archivald Hill es el fisiólogo más destacado de stacado con estudios en los mecanismos responsables de la fatiga y de la acción neuromuscular. • Fisiología del ejercicio en España - En 1919 se creo la Escuela Central de Gimnasia Militar en Toledo y se dispone de un laboratorio de fisiología.
FISIOLOGÍA DEL EJERCICIO:
TRASFONDO HISTÓRICO
•1885: Fernand La Grange - Primer libro de texto sobre Fisiología del Ejercicio •1921: 1921: A.V. A.V. Hill - Premio Nobel en Metabolismo EnergéticoJ.S. Haldane Métodos/Materiales VO2 •1927-47: Harvard Fatigue Laboratory •1941-66: 1941-66: Influencia Influencia Escandinava Asmussen, Nielsen, Christensen, Hansen, Åstrand, Bergstrom, Saltin •Fisiología del Ejercicio Moderno: Bergstrom, Saltin, Edgerton, Gollnick, entre otros
FISIOLOGÍA DEL EJERCICIO:
BASE PARA OTROS CAMPOS
• Eucación Física: Pioneros - Peter Karpovich, Dudley Sargent, J.H. McCurdy, Thomas K. Cureton, entre otros • Aptitiud Física - Thomas K. Cureton, Kenneth Cooper • Medicina Clínica/Prev Clínica/Preventiva: entiva: Promoción de Salud - Programas de Bienestar y Estilos de Vida Sanos: Prescripción de Ejercicio, Fomento de Actividad Física
FISIOLOGIA DEL ESFUERZO Y EL DEPORTE
Control neurológico del movimeinto
Lic. Isaí Cruz Pérez
CONTROL NEUROLÓGICO DEL MOVIMIENTO • Todos los movimientos humanos desde el parpadeo hasta una maratón dependen del apropiado funcionamiento de los músculos esqueléticos. • Ti Tipo poss de mú músscul ulos os:: A.Esquelético B. Cardíaco C. Liso
Estructura muscular • E m scu o isecciona o e exterior a interior se encuentra de la siguiente manera, una capa externa que lo cubre epimisio, rodeando todo el músculo y manteniéndolo unido. En él se encuentran pequeños haces de fibras envueltos en una vaina de tejido conectivo (fascículos) siendo esta el perimisio. Y por último cortando el perimisio perimisio y usando usando una lupa se pueden ver las fibras musculares que son las células musculares individuales. •
Cada fibra Cada fibra se se encuen encuentra tra cubi cubiert ertaa por una una vaina vaina de de tejid tejido o conectivo llamada endomisio.
• Las fib fibras ras más lar largas gas tie tienen nen un unos os 12 cm, cor corres respon pondie diendo ndo a unas unas 500,000 500,000 sarcómeras sarcómeras de fibras, fibras, oscilando oscilando el el número de fibras en unos 10,000 a más de un millón.
Estructura muscular
Términos a conocer • Fibra muscular: Tienen un diámetro de 10 a 80 micrometros, casi invisibles para el ojo humano, teniendo la mayoria la misma longitud que el músculo al que pertenecen. Su número varía en función del tamaño y función. • Sarcol Sarcolema ema:: La fib fibra ra se se rodea rodea de una una memb membran ranaa de pla plasma sma llamada sarcolema, en el extremo de cada fibra ésta se funde con el tendón e inserta al hueso, siendo los tendones cuerdas fibrosas de tejido conectivo que transmiten la fuerza generada a los huesos. • Sarcoplasma: Dentro del sarcolema se puede ver que la fibra muscular contiene subunidades sucesivamente más pequeñas. Las mayores son las miofibrillas. Una sustancia similar a la gelatina llena los espacios existentes entre éstas es el sarcoplasma, conteniendo depósitos depósitos de glucogéno, proteínas, minerales y grasas disueltas, así como las organelas necesarias. Se diferencia del citoplasma porque contiene gran cantidad de depósitos de glucógeno y mioglobina, similar a la hemoglobina.
• Túbulo Túbuloss transv transvers ersale ales:E s:Ell sarpop sarpoplas lasma ma tiene tiene una una exten extensa sa estructura de canales denominados denominados túbulos T, que son extensiones del sarcolema sarcolema que que pasa lateralmen lateralmente te a través través de la fibra muscular. Se encuentran interconectados pasando por entre las miofibrillas, permitiendo que lleguen los impulsos nerviosos y transportando fluidos extracelularess como glucosa, oxígeno y iones. extracelulare • Retícu Retículo lo sar sarcop coplas lasmát mático ico:: Son una red lon longit gitudi udinal nal de túbulos, siendo canales membranosos que corren parejos a las miofibrillas y dan vueltas alrededor de ellas. Sirven como depósito de calcio esencial para la contracción muscular. • Miofibr Miofibrill illa: a: Cada Cada fibra fibra musc muscula ularr indivi individua duall contien contienee entre entre varios centenares y miles de miofrillas, siendo elementos contráctiles de los músculos esqueléticos. Estas aparecen como largos filamentos de subunidades más pequeñas las sarcómeras.
Estriaciones y sarcómera: • Las fibras musculares tienen un aspecto estriado o rayado, de ahí su denominación de músculos estríados. • Las regiones oscuras se conocen como bandas A, alternadas con regiones clareas o bandas I. Cada banda A tiene una región más clar en su centro (zona H), que es visible solamente cuando la miofibrilla está relajada. • Las bandas I, están interrumpidas por una franja oscura conocida como línea Z.
• La sarcómera es la unidad funcional y estructural del músculo. Cada miofibrilla se compone de numerosas sarcómeras unidos de un extremo a otro en las líneas Z. Cada sarcómera incluye lo que se halla entre cada par de líneas Z de la siguiente forma: – Banda I (zona clara) – Banda A(zona oscura) – Zona H (en medio de la banda A) – Bada A (el resto ) – Una segunda Banda I.
• Miofilamentos: Existen dos tipos de pequeños filamentos más delgados denominados actina y miosina. Existen aproximadamente 3,000 miofilamentos de actina y 1,500 de miosina uno al lado del otro. • Filamentos de Miosina: Alrededor de dos tercios de las proteínas musculares son miosina siendo gruesos. Formados por unas 200 moléculas de miosina alineadas juntas de punta a punta. Esta se conforma de dos hilos de proteínas enrollados juntos, formando una cabeza glomerular denominada cabeza de miosina. Cada filamento contiene varias de estas cabezas que sobresalen para formar puentes cruzados interactuando con los puntos activos de la actina en la contracción muscular. Tienen aproximadamente 5 mm de diamétro y 1 micra de largo. • Filament Filamentos os de de actina actina:: Tiene Tiene en uno uno de los ext extremo remoss inserta insertado do en una líne líneaa Z, con el extremo contrario extendiéndose hacia el centro de la sarcómera, tendida en el espacio de los filamentos de miosina. • Cada fila filament mento o de actin actinaa conti contiene ene un punto punto acti activo vo al al que que puede puede adheri adherirse rse la cabeza de miosina. Este a su vez se conforma de tres moléculas: – Actina – Tropomiosina – Troponina
Miofilamentos • La acti actina na form formaa la colu columna mna ver verteb tebral ral del fila filamen mento, to, cada una es globular y se unen para formar hilos de moléculas de actina. Todas forman un diseño helicoidal como perlas entrelazadas entrelazadas.. • La tro tropom pomios iosina ina es un unaa prote proteína ína en for forma ma de tubo tubo enrollada alrededor de los hilos de actina, encajando en las hendiduras de ellos. • La troponina es una proteína más compleja que se une a intervalos regulares a los dos hilos de actina y tropomiosina. Las dos últimas actuan juntas con el ión calcio para mantener la relajación o para iniciar la acción de la miofibrilla.
Acción de las fibras musculares: • Cada fibra muscular está inervada por un solo nervio motor, finalizando cerca de la mitad de la fibra muscular. • Unidad Unidad mot motora ora:: Es el único único nerv nervio io motor motor y toda todass las fibra fibrass muscul musculare aress a las que inerva reciben colectivamente. Esta sinapsis entre un nervio motor y una fibra muscular se denomina Unión neuromuscular, siendo el lugar donde se produce la unión entre los sistemas nervioso y muscular. • Neurotran Neurotransmisor smisores: es: Se han ident identificad ificado o más de 50 neur neurotra otransmiso nsmisores, res, pudiendo clasificarse como a) neurotransmisores de moléculas pequeñas y de acción rápida, o b) neurotransmisores neuropéptidos neuropéptidos o de acción lenta. Los primeros son los responsables de la mayoría de transmisiones nerviosas siendo la acetilcolina y la noradrenalidad lo más importantes al estar implicados en las funciones fisiológicas del ejercicio.
• La acetilcolina es el principal neurotransmisor para las motoneuronas de los músculos esqueléticos y muchas parasimpáticos. Es excitatorio, pero puede tener efectos inhibitorios como en el corazón. • La noradrenalina es el neurotransmisor para neuronas somáticas, pudiendo ser excitariora o inhibitoria dependiendo de los receptores implicados.
• Impulso Impulso nervi nervioso: oso: El impuls impulso o nervioso nervioso lleg llegaa a las las termina terminacion ciones es del del nervio, nervio, llamadas axones terminales que están localizadas cerca del sarcolema. • Cuando el impulso llega las terminaciones nerviosas segregan una sustancia neurotransmisora que se une a los receptores (acetilcolina) que se une a los receptores en el sarcolema. •
Si se une suficiente acetilcolina a los receptores se transmitirá una carga eléctrica a todo lo largo de la fibra muscular permitiendo que le socio traspase la membrana celular. A esto se conoce como despolarización que dispara el potencial de acción.
• Función del calcio: Además de despolarizar la membrana de la fibra el impulso nervioso viaja en los túbulos T y retículo sarcoplasmático hacia el interior de la célula. • La llega llegada da de una carg cargaa eléctr eléctrica ica hac hacee que que el retí retículo culo sarc sarcopla oplasmá smático tico libere grandes cantidades de iones de calcio (Ca++) almacenados en el Sarcoplasma. • En estado de reposo los iones de calcio se encuentran encima de los puntos activos de actina, impidiendo la unión con la miosina. Si se liberan los iones de calcio del retículo sarcoplasmático se unen con la troponina en los filamentos de actina. • Iniciando el levantado de la tropomiosina de los puntos activos de actina.
Energía para la acción muscular: • La acción muscular es un proceso activo que requiere energía. Además del lugar de enlace para la actina, una cabeza de miosina contiene un punto de enlace para el ATP. La molécula de miosina debe enlazarse con el ATP para que la acción muscular se produzca pues proporciona la energía necesaria. • La enzima ATPasa, localizada en la cabeza de miosina divide el ATP en ADP, PI (fosfato inorgánico) y energía. La energía liberada se emplea para unir la cabeza de miosina con el de actina.
Mecanismos de control de la fuerza muscular por el sistema nervioso: • Reclutamiento del número de unidades motoras activas. Las UM se activan por el “Principio “Principio del tamaño” primero lo hacen las de menor tamaño tipo I y luego las mayores tipo IIa y IIb, y según las demandas de tensión que requiera la actividad. • Frecuencia de la descarga de cada UM: Un único potencial en el nervio produce una fuerza contráctil débil, aumentando la frecuencia de descarga aumenta la fuerza resultante, pudiendo por efecto de sumación llegar al límete o contracción tetánica. Al inicio la frecuencia es de 5-10 x seg., pudiendo llegar a 60 o más x seg.
