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Bioquímica Aplicada a Nutrição Esportiva 1 METABOLISMO O metabolismo pode ser definido como a integração de processos bioquímicos para que haja vida celular. Por exemplo, quando consumimos um pão francês, ele precisa ser metabolizado por enzimas presentes ao longo do trato gastrointestinal a fim de ser absorvido. Uma vez absorvido, os componentes deste pão (principalmente carboidratos) são metabolizados pelas nossas células, gerando energia (ATP) para manter as funções vitais em perfeito funcionamento. Há diversas reações bioquímicas ocorrendo no nosso corpo, como glicólise, gliconeogênese, cetogênese, lipólise, oxidação etc. Todas essas reações fazem parte do metabolismo e estão ocorrendo a todo momento, embora a predominância de determinada reação possa variar de acordo com o estado metabólico do indivíduo. Por exemplo, quando o indivíduo está em jejum, há predominância de vias como glicogenólise (quebra do glicogênio) e lipólise (quebra de triacilglicerol) e quando está alimentado, há predominância de vias como glicólise e lipogênese. 1.1 Anabolismo e catabolismo Certamente você já ouviu os termos “catabolismo” e “anabolismo”. Muitas pessoas acreditam que esses termos se referem apenas a degradação proteica muscular a síntese proteica, respectivamente. Entretanto, estes termos envolvem muitos aspectos além do músculo. Anabolismo inclui todos os processos de síntese, por exemplo, síntese de glicogênio, síntese de gordura, síntese de imunoglobulinas, hormônios etc. Semelhantemente, catabolismo se refere a todos os processos de degradação, por exemplo, lipólise, glicogenólise, oxidação, proteólise. A figura abaixo ilustra um exemplo de anabolismo e catabolismo. Imagine que você consumiu 100g de arroz. O arroz apresenta diversas moléculas de glicose em sua estrutura, formando um polissacarídeo. Nesse sentido, a glicose presente no arroz, após ser absorvida pelo intestino delgado, é transportada aos tecidos, como fígado, músculo, hemácias, cérebro, coração etc. No fígado, essa glicose pode ser convertida em glicogênio hepático, processo conhecido como glicogênese. A glicogênese é um processo de anabolismo e ocorre após as refeições quando o corpo já está com um suprimento adequado de ATP. Por outro lado, em um período de jejum, esse glicogênio hepático é degradado em glicose, processo conhecido como glicogenólise. A glicogenólise é um processo catabólico e torna-se importante em períodos de jejum, pois fornece glicose a tecidos que a necessitam, como cérebro e hemácias. 2 BALANÇO ENERGÉTICO O balanço energético refere-se a ingestão energética subtraída do gasto energético. Por exemplo, imagine que o seu gasto energético diário seja 2500Kcal e você consome 2000Kcal: • 2000Kcal – 2500Kcal = - 500Kcal Agora imagine o oposto, você gasta 2000Kcal diariamente e consome 2500Kcal: • 2500Kcal - 2000Kcal = + 500Kcal No primeiro exemplo, há um déficit calórico de 500Kcal, ou seja, há um consumo de 500Kcal a menos do que o seu corpo gasta diariamente, logo, você está em balanço energético negativo. No segundo exemplo, há um superávit de 500Kcal, ou seja, há um consumo de 500Kcal a mais do que o seu corpo gasta diariamente, estando em balanço energético positivo. 3 MACRONUTRIENTES A molécula de Acetil-CoA, conforme mostrada na Figura abaixo, pode ser gerada pelo metabolismo de carboidratos, proteínas e lipídios. O Acetil-CoA desempenha um papel importante no ciclo de Krebs, pois ao se juntar com a molécula de oxalacetato, forma o citrato e este dará início ao ciclo de Krebs. Sabe-se que o ciclo de Krebs é importante para geração de ATP (energia). Porém, o Acetil-CoA pode ser direcionado a outros caminhos, por exemplo, pode ser direcionado para síntese de gordura (em um ambiente hipercalórico) e para síntese de corpos cetônicos. Dessa forma, quando o corpo já apresenta energia suficiente e quando os estoques de glicogênio já foram reestabelecidos, há a síntese de gordura, processo conhecido como lipogênese de novo. A lipogênese de novo ocorre principalmente pelo excesso de carboidratos, embora também possa ocorrer pelo excesso de proteínas. O último é menos comum e há estudos mostrando que o superávit calórico advindo apenas de proteínas não contribui expressivamente pata o aumento de gordura corporal. Conforme explicado acima, o Acetil-CoA pode ser transformado em gordura, entretanto, há alguns passos para que esse processo ocorra. O Acetil-CoA, primeiramente, é transformado em ácido graxo. Quando três ácidos graxos, gerados a partir do acetil-CoA, são formados, há a união com uma molécula de glicerol. Três ácidos graxos unidos a uma molécula de glicerol formam o triacilglicerol (o glicerol pode ser sintetizado a partir da glicose ou a partir da própria molécula de glicerol). Há diversos tipos de ácidos graxos (ácidos graxos de cadeia curta, média, longa e muito longa; e ácidos graxos saturados e insaturados). Os alimentos apresentam diferentes composições de ácidos graxos, por exemplo, alimentos de origem animais apresentam principalmente ácidos graxos saturados, enquanto alimentos de origem vegetal apresentam principalmente ácidos graxos insaturados. O leite materno é rico em ácidos graxos de cadeia curta e média, enquanto carnes apresentem predominantemente ácidos graxos de cadeia longa. Além dos ácidos graxos, o Acetil-CoA pode ser convertido em corpos cetônicos. O nosso corpo sintetiza corpos cetônicos a todo momento, entretanto, é uma produção muito baixa. A produção de corpos cetônicos é potencializada em situações como jejum acentuado, dieta cetogênica e pacientes com Diabetes Mellitus descompensada (principalmente tipo 1). No DM1, não há uma secreção adequada de insulina e, consequentemente, não há uma captação eficiente de glicose para dentro das células, fazendo com que o corpo produza corpos cetônicos a partir do Acetil-CoA. Os corpos cetônicos são sintetizados pelo fígado e utilizados como substrato energético por outros tecidos, como por exemplo, pelo cérebro (o cérebro na falta de glicose, utiliza corpos cetônicos como combustível alternativo). 3.1 Proteínas viram gordura? Conforme mencionado acima, o excesso de proteínas pode ser transformado em gordura. Entretanto, é mostrado que um superávit calórico advindo apenas de proteínas pode não resultar em aumento expressivo de gordura corporal. Imagine a seguinte situação. Cláudia tem um gasto calórico de 2000kcal por dia e ingere 2500kcal, ou seja, superávit de 500kcal. Agora vamos supor que essas 500kcal foram advindas APENAS de carboidratos ou APENAS de proteínas. Alguns estudos avaliaram justamente isso e observaram que o excesso de proteínas não gera diferenças na quantidade de gordura corporal, principalmente em indivíduos fisicamente ativos. Portanto, embora haja via bioquímica, esse fato não parece ser tão relevante na prática clínica, a depender da quantidade ingerida (o quanto dessa proteína que virou gordura tornou-se expressiva?). Esse fato parece se dar em parte pelo alto custo que o nosso organismo tem em metabolizá-la. Imagine que você precisa fazer uma viagem de SC para MG e há dois trajetos disponíveis. O primeiro (proteína) você percorre uma distância maior e, consequentemente gasta mais combustível (ATP), enquanto pelo segundo o contrário. Será que compensa pegar o primeiro trajeto, sendo que o seu gasto será maior? Portanto, a proteína pode SIM virar gordura e já tem estudos mostrando lipogênese de novo a partir dos aminoácidos, a questão é apenas que esse fato dificilmente irá impactar negativamente sua composição corporal.4 SÍNTESE PROTEICA E HIPERTROFIA Síntese proteica é diferente de hipertrofia muscular. Embora a síntese proteica seja necessária para que ocorra a hipertrofia, ter síntese proteica não irá, necessariamente, refletir em hipertrofia. A síntese proteica é um processo agudo e pode ocorrer a todo o momento, por exemplo, após você consumir alimentos contendo proteínas, os aminoácidos constituintes serão direcionados ao processo de síntese proteica. Entretanto, em períodos de jejum, há catabolismo de proteínas e os aminoácidos constituintes são direcionados a produção de energia ou a formação de glicose. Nesse sentido, se você consumir proteína apenas em momento isolado do dia e/ou em quantidade insuficientes, a degradação proteica irá superar a síntese. Para que ocorra hipertrofia muscular, é necessário que a síntese proteica ultrapasse a degradação. Portanto, nosso corpo está constantemente sintetizando e degradando proteínas. Quando um estudo mostra que composto X aumentou a síntese de proteínas, estes resultados não nos dizem nada, pois precisamos avaliar se a síntese está superando a degradação em um período crônico (dias, semanas, meses). Além disso, síntese proteica não indica apenas síntese proteica muscular, temos síntese proteica de cabelo, unha, imunoglobulinas etc. Imaginem que o tijolo da figura abaixo é o músculo do tríceps de vocês. Se vocês consumirem 60g de proteínas por dia e degradarem 80g, estarão em balanço nitrogenado negativo, ou seja, a degradação proteica está superando a síntese. Logo, por mais que haja síntese proteica ao longo do dia, não haverá hipertrofia (anabolismo), pois as proteínas sintetizadas foram degradadas (catabolismo). Em 2019 foi proposto um novo modelo para a síntese proteica muscular. Ao invés de um mecanismo em que a hipertrofia muscular é resultado de aumentos intermitentes na síntese proteica de curta duração induzida pelo treinamento (resultando em uma quantidade “X” de proteína miofibrilar), o exercício de resistência parece provocar uma adaptação continua e duradoura da síntese proteica. Nesse sentido, cada sessão de exercício resistido promove biogênese de ribossomos (síntese de novos ribossomos, local onde ocorre a síntese proteica), levando a um aumento da capacidade de sintetizar proteicas. A Figura A ilustra o modelo de hipertrofia muscular em que o aumento da massa muscular é o resultado de aumentos intermitentes na síntese proteica muscular após cada sessão de exercício de resistência. Neste modelo, o que condiz a hipertrofia são alterações agudas na síntese proteica desencadeadas pelo exercício e pela alimentação. A Figura B ilustra o novo modelo de hipertrofia muscular, em que o crescimento muscular é uma adaptação crônica de episódios cumulativos, resultando em mudanças que afetam a capacidade de síntese proteica muscular (MPS) em estados basais ou de repouso. 4.1 Consumo de proteínas O consumo de proteínas na faixa de 1.4 – 2.0 g/kg atende a maioria dos pacientes. Entretanto, há algumas situações em que as recomendações podem ser diferentes. Em situações de déficit calórico, a recomendação pode aumentar para 2.3 – 3.1 g/Kg (há estudos mostrando até 3.4 g/kg). Esse fato ocorre porque em déficit calórico, há maior degradação de proteínas para geração de energia. Além disso, as proteínas aumentam a saciedade, controlando o aumento da fome observado em déficit. É comum observamos idosos consumindo baixas quantidades de proteínas, seja por costume ou por dificuldade de deglutição. Pacientes idosos apresentam menos síntese proteica quando comparado a pacientes jovens, ou seja, sintetizam menos proteína com a mesma quantidade consumida. Portanto, é importante ofertar a estes pacientes no mínimo 1.2g/Kg. Essas recomendações incluem proteínas animais, vegetais e suplementos. Há alguns pacientes que apresentam dificuldade em consumir alimentos fontes de proteínas, tornando- se interessante a suplementação (whey, proteína isolada de soja, blend de proteínas vegetais, albumina etc.). Além disso, é importante se atentar ao fracionamento da proteína ao longo do dia. É recomendado o consumo de 0.25 – 0.3g/Kg por refeição (alguns trabalhos mostram até 0.4). A qualidade da proteína também deve ser levada em consideração, sendo recomendado pelo menos 3g de leucina e de 8 a 10g de aminoácidos essenciais a cada 3-4h. Há recomendações de proteínas para a ceia, pois durante o sono o catabolismo de proteínas é mais acentuado, sendo recomendado 0.5 – 0.6g/Kg/PTN, e de preferência de lenta absorção (por exemplo, caseína, leite + whey) 4.1.1 Whey Protein Há três tipos de whey: concentrado, isolado e hidrolisado. Reparem que a quantidade de carboidrato do Whey concentrado é muito pequena (3-5g), sendo facilmente consumida pela alimentação. Dessa forma, consumir o Whey isolado pensando em reduzir o consumo de carboidratos não é uma estratégia inteligente. O whey isolado pode ser interessante em pacientes que são intolerantes a lactose, embora haja pacientes intolerantes que toleram o whey concentrado a depender do grau de intolerância. O whey protein hidrolisado é interessante em pacientes que apresentam alteração como trato gastrointestinal, como por exemplo, má digestão. Há, ainda, o Whey 3W, que apresenta em sua composição o whey concentrado, isolado e hidrolisado. 5 EMAGRECIMENTO Não é nenhuma novidade que para haver emagrecimento é necessário déficit calórico. Há diversas estratégias que podem ser adotadas para que esse déficit seja atingido, como dieta Low Carb, cetogênica, jejum intermitente, dieta mediterrânea etc. A estratégia a ser adotada irá depender dos hábitos e do perfil de cada paciente. Por exemplo, paciente obeso, resistente a insulina e com grau de esteatose hepática, pode ser interessante adotar uma dieta com menor teor de carboidratos. Independente da estratégia a ser utilizada, o objetivo é atingir um déficit calórico para que haja eliminação de gordura corporal e emagrecimento. É importante entendermos como que a gordura corporal é eliminado no nosso corpo. É comumente encontrarmos pessoas realizando estratégias mirabolantes para eliminá-la, pois há uma crença antiga de que a gordura é eliminado pelo suor, fazendo com que muitas pessoas passem horas na sauna ou saiam correndo entrouxados de roupa convictas que estão eliminando a gordura pelo suor. Entretanto, a gordura é eliminada através dos nossos pulmões na forma de CO2. Dessa forma, pode ser indutivo pensar que quanto mais respiramos, mais CO2 e mais gordura eliminamos, no entanto, o processo não é simples assim, os pulmões são apenas o órgão pelo qual a eliminamos. As gorduras são armazenas em grandes quantidades, principalmente nos adipócitos, na forma de gotículas lipídicas. Quando hormônios sinalizam a necessidade de energia, os triacilgliceróis, constituintes das gorduras, são mobilizados dos adipócitos e transportados aos tecidos, onde são oxidados para geração de energia. Esse processo de oxidação para geração de energia ocorre na mitocôndria e resulta como produto CO2 e H20. O CO2 é eliminado pelos pulmões e a água é utilizada para processos metabólicos. Outro equívoco é pensar que apenas a mobilização da gordura estocada promoverá emagrecimento, uma vez que ela pode voltar novamente ao seu respectivo local. Da mesma forma, oxidar mais gordura não reflete perda de peso ou emagrecimento, se esse aumento for agudo e você estiver em superávit calórico, essa oxidação momentânea não terá nenhuma relevância. 6 GLICOGÊNESE E GLICOGENÓLISE A glicogênese é o processo de formaçãode glicogênio, seja hepático ou muscular. Quando existe um grande aporte de carboidratos na dieta, parte da glicose é utilizada como fonte de energia pelo organismo (ciclo de Krebs), e o excesso é armazenado na forma de glicogênio no fígado e no músculo esquelético. Considerando que os estoques de glicogênio são limitados, um grande excesso de carboidratos em conjunto com um superávit calórico pode favorecer a síntese de ácidos graxos (lipogênese). A degradação do glicogênio (glicogenólise) ocorre nos períodos de jejum sob ação da enzima glicogênio fosforilase, quando os níveis de glicose e insulina estão baixos. Percebam na imagem abaixo que o glicogênio forma glicose-6-fosfato. A glicose-6-fosfato pode ter dois diferentes destinos, a depender do tecido. No fígado, a glicose-6-fosfato perde seu grupamento fosfato, pela ação da enzima glicose-6-fosfatase, transformando-se em glicose, a qual é direcionada a circulação e da circulação para tecidos que a necessitam. No músculo, a glicose- 6-fosfato é utilizada para geração de energia no ciclo de Krebs, pois o músculo esquelético não apresenta a enzima glicose-6-fosfatase, logo, não é capaz de fornecer glicose para outros tecidos. 7 EXERCÍCIO E CARBOIDRATOS Há diferentes vias metabólicas ocorrendo durante o exercício. Durante o exercício utilizamos principalmente carboidratos e gorduras para geração de energia (as proteínas apresentam pouca contribuição). Entretanto, a intensidade e duração do exercício irá determinar qual substrato será utilizado em predominância. Exercícios de intensidade alta, o carboidrato costuma ser o substrato energético predominante, além de fosfocreatina. Em exercícios de longa duração e intensidade moderadas a alta, o carboidrato também predomina como substrato energético, enquanto em exercícios de longa duração e intensidade moderadas a baixa, os lipídeos predominam. O carboidrato gera energia (ATP) de forma mais rápida do que a gordura e por isso é importante manter os estoques de glicogênio muscular. Esse fato ocorre porque o carboidrato pode gerar energia de forma anaeróbica (sem a presença de oxigênio), enquanto a gordura necessita, obrigatoriamente, de oxigênio para ser oxidada. A via anaeróbica gera ATP mais rapidamente do que via aeróbica, uma vez que não precisa passar pelo ciclo de Krebs e pela cadeia respiratória. Dessa forma, os carboidratos são importantes para o desempenho esportivo. Entretanto, o baixo consumo de carboidratos também pode oferecer benefícios, como aumento da oxidação de gorduras e algumas adaptações musculares discutidas na sequência. Quando há redução de glicogênio muscular, há uma ativação de vias como p38MAPK e AMPK, que estão associadas com a ativação do PGC-1a, um fator de transcrição. O PGC- 1a pode migrar para o núcleo da célula e como consequência gerar a ativação de vários fatores de transcrição, como NRF1 e NRF2, que estão associados a maior expressão de proteínas da cadeia respiratória (responsáveis pela produção de ATP na mitocôndria). Além disso, um menor consumo de carboidratos resulta em uma diminuição nos níveis de insulina e maior disponibilidade de ácidos graxos livres pelo aumento da lipólise. Esses ácidos graxos livres entram nas células e podem gerar um processo de ativação de fatores de transcrição, como PPAR-delta, associado a maior oxidação de gorduras por conta do estímulo de enzimas associadas a lipólise e oxidação de gorduras. Entretanto, esses fatores não podem ser interpretados de forma literal, pois maior oxidação de gorduras não irá refletir, necessariamente, em maior emagrecimento. Por exemplo, imagine que você consome 60g de gordura por dia e oxida 40g. Toda a gordura que você consumiu foi reposta pela alimentação, logo, não houve redução de gordura corporal. O déficit calórico continua sendo o fator determinante para o emagrecimento. 7.1 Recomendações de Carboidratos As recomendações de carboidratos ilustradas abaixo são da American College of Sport Medicine e baseia-se na intensidade do exercício. É importante entendermos que o consumo elevado de carboidratos (5-12g/Kg) deve ser introduzido aos poucos para evitar desconfortos gastrointestinais (cólica, flatulência, diarreia, vomito). Portanto, é necessário treinar o intestino para que haja uma boa absorção de carboidratos. Além disso, precisamos cuidar com essas recomendações. Imaginem a seguinte situação, a paciente Y chegou (60Kg) em seu consultório e relatou treinar musculação de forma intensa por 2h. De acordo com as recomendações, o seu consumo de carboidratos estaria na faixa de 5-7g/Kg. Utilizando 5g/Kg, o seu consumo ficaria em 300g/dia. Essa quantidade pode ser superestimada, uma vez que o treino “intenso” que ela relatou não é, de fato, intenso, é apenas uma percepção de esforço alterada (se a paciente realiza exercícios na bola em conjunto com algumas séries com baixo peso, mas finaliza suando e cansada, ela pode considerar um treino muito intenso). Abaixo há recomendações de carboidratos durante o treino. Essas recomendações já estão incluídas nas recomendações diárias de carboidratos e não devem ser consideradas extras. É importante que esse carboidrato ingerido não contenha em conjunto lipídeos, fibras ou proteínas, por conta do desconforto gastrointestinal. Reparem que há recomendação para utilizar diferentes transportadores. A glicose é absorvida pelo transportador SGLT1 e a frutose pelo GLUT5, dessa forma, o consumo de glicose em conjunto com o consumo de frutose diminui desconfortos gastrointestinais e melhora a absorção de carboidratos. A hidratação ao longo do treino também é muito importante. Além disso, se o paciente realiza dois treinos por dia (por exemplo, musculação de manhã e bike de tarde) com intervalos menores que 8h, é recomendado o consumo de 1 – 1.2g/Kg/h nas primeiras 4h após o primeiro treino, para repor os estoques de glicogênio muscular. 8 CREATINA Embora haja diferentes tipos de creatina, a creatina monoidratada é a mais estudada e a mais comprovada. A quantidade intramuscular de ATP é a via mais importante em exercícios com até 4 segundos de duração. Esse ATP é ressintetizado de 4 a 10 segundos por uma via anaeróbica (não depende de oxigênio), com participação da creatina. A fosfocreatina é quebrada em cretina + fosfato inorgânico. O fosfato é unido a uma molécula de ADP, formando ATP (o ATP e quebrado na contração muscular, gerando ADP). Há dois protocolos para o consumo de creatina, o protocolo de saturação e o de manutenção. No carregamento, o objetivo é aumentar rapidamente os estoques de creatina do músculo e, consequentemente, o resultado virá mais rápido. Na manutenção, os estoques de creatina são aumentados gradativamente e o resultado demora um pouco mais para chegar. Na imagem abaixo é ilustrado os protocolos de carregamento e manutenção. Há trabalhos mostrando que a creatina não atua diretamente na hipertrofia muscular, mas pode atuar de forma indireta. A creatina está associada ao bloqueio de miostatinas (composto associado com quebra de proteínas musculares), ativação de IGF-1 e mTOR e bloqueio de vias de oxidação de proteínas (FOXO). Há trabalhos, ainda, mostrando melhora do controle glicêmico com o uso de creatina pelo fato de aumentar a translocação de GLUT-4. 9 CAFEÍNA A cafeína é um dos recursos ergogênicos mais estudados. Há uma variabilidade individual na magnitude dos efeitos da cafeína, pois alguns pacientesapresentam alteração genética na enzima CYP1A2, associada ao metabolismo da cafeína (95% da cafeína é metabolizada pela CYP1A2). Estes pacientes devem cuidar o consumo de cafeína. Para pacientes sem polimorfismo (alteração na enzima), a recomendação de cafeína é de 3-6mg/Kg (podendo chegar até 9mg/Kg), 1h antes do treino (o pico de ação de cafeína é 1h após o consumo). Reparem que no estudo abaixo, os participantes que eram metabolizadores rápidos de cafeína, aumentaram a performance com o consumo de 2mg/Kg, enquanto os participantes com alteração na enzima CYP1A2 apresentaram prejuízo na performance com a mesma quantidade. É possível identificar um metabolizar rápido ou lento de cafeína pela anamnese (se o paciente relata taquicardia e insônia, por exemplo, ele provavelmente seja um metabolizador lento de cafeína). 10 VITAMINA D A vitamina D é convertida em 25 (OH) D (principal forma ativa circulante) por uma enzima chamada de CYP2R1. Algumas pessoas podem ter alteração na metabolização da vitamina D por polimorfismo na enzima CYP2R1 e é por esse motivo que alguns que alguns pacientes apresentam dificuldade em manter níveis ideais de vitamina D. Nutricionistas podem prescrever até 4000UI de vitamina D por dia.