Metabolismo e sistemas energéticos básicos

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1. Metabolismo e sistemas 
energéticos básicos
1.1.Energia para a atividade celular;
Carboidratos, gorduras e proteínas;
1.2.Bioenergética e a síntese de ATP;
Sistemas ATP-CP;
Sistema Glicolítico;
Sistema Oxidativo;
1.3.Sistemas energéticos e os exercícios
Mensuração da utilização de 
energia durante o exercício
 Calorimetria Direta – Somente cerca de 
40% da energia liberada durante o 
metabolismo da glicose e das gorduras 
são utilizadas para a produção de ATP. Os 
60% restante são convertidos em calor. 
Mensurar a quantidade de calor produzido 
pelo corpo é uma técnica conhecida como 
calorimetria direta, que pode ser 
utilizada para estimar o gasto calórico.
Calorimetria Direta
 O calorímetro é uma câmera, construída 
para mensura a produção de calor do 
corpo. A partir de tabulações de cobre, no 
quais passam-se água, a qual é aquecida 
pela produção de calor humano.
 Desvantagem deste equipamento, é que o 
mesmo caro, e não consegue mensurar 
instantaneamente as rápidas alterações da 
liberação de energia.
Calorímetro
Calorimetria Indireta
 Metabolismo aeróbico da glicose e das 
gorduras depende de 02, produz CO2 e água.
 A quantidade de O2 e CO2 trocados nos 
pulmões normalmente é igual à utilizada e 
liberada pelos tecidos corporais.
 Assim sendo, o gasto calórico pode ser 
estimado pela mensuração dos gases 
respiratórios, sendo esta uma técnica da 
calorimetria indireta.
Razão da Troca Respiratória
 Os conteúdos de carbono, e de oxigênio da 
glicose, dos ácidos graxos livres e dos 
aminoácidos diferem se acentuadamente.
 Como resultado, a quantidade de oxigênio 
utilizada durante o metabolismo do tipo de 
substrato que estiver sendo oxidado.
 A calorimetria indireta mensura a quantidade de 
CO2 liberado (VCO2) e O2 consumido (VO2)
 A relação destes dois valores é denominada 
razão da troca respiratória ou R.
 R = VCO2/VO2
Espirômetro Computadorizado
Razão da Troca Respiratória
 A quantidade de oxigênio necessária para 
oxidar completamente uma molécula de 
carboidrato ou de gordura é proporcional 
á quantidade de carbono existente no 
substrato.
 A glicose (C6 H12 O6), por conter seis 
moléculas de carbono, serão necessárias 
seis moléculas de oxigênio para produzir 
seis moléculas de CO2.
Razão da Troca Respiratória
 Avaliando-se quanto de CO2 é liberado em 
comparação com a quantidade de O2, 
verifica-se que o R dos carboidratos é = 1
 6 O2 + C 6 H 12 O 6 = 6CO2 + 6 H2O 
 R = VO2/VO2 = 6CO2/602 = 1,0
Razão da Troca Respiratória
 Os ácidos graxos livres por possuírem uma 
maior quantidade de carbono e de hidrogênio, e 
menor quantidade de O2, necessita de 23 
moléculas de oxigênio para oxidar 
completamente uma molécula de gordura (C 16 
H 32 02).
16 C + 16 O2 = 16 CO2
32 H + 8 O2 =16 H2O
Total de 24 O2, menos 1 molécula O2 já presente
na composição = 23 O2 
 R= VCO2/VO2 = 16/23= 0,70
Razão da Troca Respiratória
Taxa Metabólica de Repouso
 A taxa na qual o seu corpo utiliza energia 
é a sua taxa metabólica.
 Como foi anteriormente observado, 
estimativas do gasto energético baseia-se 
mensuração do consumo de O2 total do 
organismo e de seu equivalente calórico.
 Em repouso, uma pessoa média consome 
aproximadamente 0,31 de O2/min. 181/h 
ou 432 l / dia.
Taxa Metabólica de Repouso
 Em repouso uma pessoa queima uma mistura de 
carboidratos e gorduras. Um R 0,80 é 4,80 kcal 
por litro de O2.
Kcal/dia= litros de O2 consumidos por dia x
kcal usados por litros de O2.
= 432 l de O2 dia x 4,80 kcal / l de O2
= 2074 kcal dia
• Uma medida padronizada do gasto energético 
em repouso é a taxa metabólica basal.
Taxa metabólica basal
 A TMB é a taxa de gasto energético de um 
indivíduo em repouso, em posição supina, 
mensurada imediatamente após um 
mínimo 08 horas de sono e 12 horas de 
jejum.
 Este valor reflete a quantidade mínima de 
energia para cuidar das funções essenciais 
do corpo.
Taxa metabólica basal
 A TMB está relacionada com a massa 
magra (isenta de gordura). Apresentada 
em quilocalorias (kcal x kg-1 x min-1).
 Quanto maior a superfície corporal, maior 
perda de calor, maior gasto calórico. 
Também apresentada em quilocalorias por 
metro quadrado por hora (kcal x m2 x h -
1) 
Fatores que influenciam a TMB
 Idade, esta diminui em virtude da 
diminuição da massa magra;
 Temperatura corporal, se esta se eleva 
aumenta também TMB;
 Estresse, via Sistema nervoso simpático;
 Hormônios: a tiroxina, adrenalina aumenta 
a TMB
Taxa metabólica durante o exercício
 Quando o seu corpo passa de repouso ao 
exercício, suas necessidades de energia 
aumentam;
 O metabolismo aumenta em proporção a 
taxa de trabalho.
Controle do ambiente interno
 Homeostasia – é a manutenção de um 
meio interno constante ou inalterado, em 
condições sem estresse, resultante das 
respostas reguladoras.
 Estado estável – Em contraste o estado 
estável não significa que o ambiente 
interno encontra-se completamente 
normal, apenas ele não está se alterando.
Controle do ambiente interno
 Exemplo: Em um ambiente externo 
neutro, durante uma atividade física que 
tenha duração em torno de quarenta 
minutos, a temperatura corporal irá se 
alterar, até que esta atinja um platô. Esse 
platô de temperatura constante, está 
acima da temperatura corporal em 
repouso, no entanto, representa o estado 
estável da temperatura corporal sobre este 
estresse físico.
Sistemas de controle do corpo
 O corpo possuí literalmente centenas de 
sistemas de controle diferentes, e o 
objetivo global da maioria deles é a 
regulação da variável fisiológica em um 
valor constante ou quase constante.
Sistema de controle biológico
 Receptor – Componente capaz de 
detectar a partir de um estímulo uma 
alteração da variável em questão. 
 Centro de integração – Uma caixa de 
controle, que avalia a força do estímulo e 
envia uma mensagem adequada ao efetor.
 Efetor – Responsável pela correção do 
distúrbio.
Déficit de oxigênio
 O termo déficit de oxigênio se aplica ao 
retardo da captação de oxigênio no início 
do exercício. 
 Especificamente, esse déficit é definido 
como a diferença entre a captação de 
oxigênio nos primeiros minutos de 
exercício e um período de tempo igual 
após o estado estável ter sido obtido.
EPOC – Excesso de Consumo de 
Oxigênio Pós-exercício
EPOC indica a captação de oxigênio acima da taxa
de repouso, após a prática de exercício, causada
pela:
 Ressíntese da Creatina Fosfato;
 Remoção do Lactato;
 Hormônios elevados;
 Restauração dos estoques de oxigênio dos 
músculos e do sangue;
 Temperatura corporal elevada;
 Frequência cardíaca e respiratória elevadas. 
Respostas metabólicas ao exercício: 
influência da duração e da intensidade.
 Exercício intenso e de curta duração
a energia para a sua realização origina-se 
essencialmente das vias metabólicas 
anaeróbicas.
 O quanto da produção de ATP é 
denominada pelo Sistema ATP-CP ou pela 
glicólise depende primariamente da 
duração da atividade. 
Respostas metabólicas ao exercício: 
influência da duração e da intensidade.
 Por exemplo a energia dispendida numa 
corrida de 50 metros ou durante uma 
cortada do voleibol é oriunda do sistema 
ATP-CP;
 Em uma corrida de 400 metros (45 
segundos) provém da combinação do 
sistema ATP-CP, glicolítico e aeróbico, com 
a glicólise produzindo a maior parte da 
ATP.
Respostas metabólicas ao exercício: 
influência da duração e da intensidade.
 Em geral o sistema ATP-CP pode suprir quase 
toda ATP necessária para o trabalho em eventos 
que duram de um a cinco segundos;
 O exercício intenso com mais de cinco segundoscomeça a utilizar a capacidade de produção de 
ATP da glicólise.
 Os eventos com mais de 45 segundos utilizam-
se uma combinação dos três sistemas 
energéticos.
 Eventos de 60 segundos= 70% anaeróbico, 
30% aeróbico.
Exercício progressivo
 O teste começa com o individuo realizando 
um rápido aquecimento, seguido de um 
aumento na taxa de trabalho de um três 
minutos, até que não seja possível manter a 
potência desejada.
 Na esteira, este aumento pode ser 
conseguido com o aumento de sua 
velocidade ou inclinação. Na bicicleta 
ergométrica ou no ergômetro de braço com 
o aumento da resistência.
VO2 máx
 A captação máxima de oxigênio durante o 
exercício progressivo aumenta como uma 
função linear, da taxa de trabalho, até que 
o VO2 máx seja atingido. Quando isto 
ocorre um aumento na taxa de trabalho 
não acarreta o aumento na captação de 
oxigênio. 
VO2 máx
 Portanto, o VO2 máx representa o “teto 
fisiológico” da capacidade do sistema de 
transporte de oxigênio de liberar O2 aos 
músculos que estão se contraindo.
Fatores fisiológicos que influenciam 
o VO2 máx
 1 – a capacidade máxima do sistema 
cardiorrespiratório de liberar o oxigênio ao 
músculo que está se contraindo;
 2 – a capacidade muscular de captar o 
oxigênio e produzir ATP aerobicamente.
Tanto a genética como o treinamento
influenciam no VO2 máx.
Limiar do Lactato
 A maior parte da produção de ATP 
utilizada para fornecer energia á contração 
muscular nos estágios iniciais de um teste 
progressivo é oriunda de fontes aeróbicas.
 No entanto, a medida que a intensidade 
do exercício aumenta, o níveis sanguíneos 
de ácido láctico começam a se elevar.
Limiar do Lactato
 O Limiar do Lactato é definido como o 
ponto no qual o lactato sérico começa a 
acumular além da concentração de 
repouso durante um exercício de 
intensidade constante;
 Nos indivíduos não treinados, isso se dá 
em torno de 50% á 60% do VO2 máx;
 Nos indivíduos treinados 65% a 80% VO2 
máx;
Limiar do Lactato
Limiar do Lactato
 Oxigênio muscular baixo;
 Glicólise acelerada;
 Recrutamento de fibras de contração 
rápida;
 Taxa de remoção do lactato reduzida;
Uso prático do Limiar do Lactato
 Pesquisadores estabelecem um valor de 
2,0 ou 4,0 mmol de lactato por litro de 
sangue para representar o ponto em que 
começa o acúmulo deste resíduo 
metabólico.
 Isso permite o estabelecimento de um 
ponto de referência (inicio do acúmulo de 
lactato), a partir do qual se pode 
trabalhar.
Uso prático do Limiar do Lactato
 O Limiar do Lactato é expresso em VO2.
 A capacidade do atleta de exercitar numa 
intensidade elevada sem acúmulo de 
lactato é benéfica para o atleta, pois a 
formação de lactato contribui para a 
fadiga.
 Assim sendo este Limiar aponta a exata 
intensidade do treino dos atletas.
Composição segundo o tipo de fibra 
muscular e treinamento de endurance
 Sistema muscular é composto por fibras 
musculares de contração lenta (CL) e 
contração rápida (CR).
 A fibras CL apresentam maior capacidade 
aeróbica que as de CR.
 As fibras CL apresentam maior quantidade 
de mitocôndrias e de enzimas oxidativas.
 As fibras CR são mas adequadas para a 
produção de energia glicolítica.
Composição segundo o tipo de fibra 
muscular e treinamento de endurance
 O treinamento de endurance aumenta a 
capacidade oxidativa de todas as fibras, 
em especial das CL.
 Por meio deste há um incremento na 
quantidade e densidade mitocondrial, 
assim como nas enzimas oxidativas.
Intensidade do Exercício e Seleção 
do Substrato
 As gorduras são os substratos 
predominantes para os músculos durante 
o exercício de baixa intensidade (< 30% 
do VO2 máx).
 Os carboidrato são substrato dominante 
no exercício de alta intensidade (> 70% 
do VO2 máx).
Intensidade do Exercício e Seleção 
do Substrato
 A influência da intensidade do exercício 
sobre a seleção do substrato muscular 
está ilustrada a seguir.
 Observe que a medida que a intensidade 
do exercício aumenta, ocorre um aumento 
progressivo do metabolismo dos 
carboidratos e uma diminuição dos 
metabolismo das gorduras.
Intensidade do Exercício e Seleção 
do Substrato
O que faz com que ocorra esse desvio do 
metabolismo das gorduras para o metabolismo do 
carboidratos?
 O recrutamento das fibras de CR. 
 Quando a intensidade do exercício 
aumenta, cada vez mais fibras musculares 
rápidas são recrutadas.
Duração do exercício e a seleção do 
substrato
 Durante o exercício prolongado de baixa 
intensidade (> que trinta minutos), ocorre 
um desvio gradual do metabolismo dos 
carboidratos em direção de uma maior 
dependência da gorduras como substrato.
Duração do exercício e a seleção do 
substrato
Duração do exercício e a seleção do 
substrato
 Os triglicerídeos são degradados em ácidos 
graxos livres e glicerol por enzimas 
denominadas lipases.
 Essas lipases são inativas até serem estimuladas 
pelos hormônios adrenalina e noradrenalina e 
glucagon.
 Exercício de baixa intensidade e longa duração 
= aumento adrenalina + aumento da lipase = 
aumento da lipólise = aumento dos ácidos 
graxos livres = metabolismo das gorduras.
Interação entre o metabolismo das 
gorduras e dos carboidratos
 A depleção dos carboidratos disponíveis 
reduz a velocidade da glicólise e, 
consequentemente, a concentração do 
ácido pirúvico no músculo fica reduzida.
 Diminui a taxa de produção aeróbia de 
ATP pela redução dos intermediários do 
ciclo de Krebs.
 O acúmulo de intermediários é necessário 
para que ocorra a aceleração neste ciclo. 
Interação entre o metabolismo das 
gorduras e dos carboidratos
 É importante observar que uma redução 
dos intermediários do ciclo de Krebs 
acarreta uma diminuição da taxa de 
produção de ATP a partir do metabolismo 
das gorduras.
 As gorduras queimam na chama dos 
carboidratos.
Fontes de carboidratos durante o 
exercício
 A contribuição relativa do glicogênio 
muscular e da glicose sanguínea não 
metabolismo energético, varia em função 
de sua intensidade e duração.
 A glicose sanguínea desempenha um 
papel maior durante o exercício de baixa 
intensidade, enquanto o glicogênio 
muscular participam nos exercícios de alta 
intensidade.
Fontes de carboidratos durante o 
exercício
 Os carboidratos são armazenados como 
glicogênio nos músculos e no fígado.
 Durante a primeira hora de exercício 
submáximo prolongado, grande parte dos 
carboidratos metabolizados pelos 
músculos provém do glicogênio muscular, 
no entanto, quando estes diminuem a 
glicose sanguínea se torna cada vez uma 
importante fonte de combustível.
Fontes de carboidratos durante o 
exercício
Fontes de gorduras durante o 
exercício
 Quando um indivíduo consome mais energia 
(alimento) do que gasta, essa energia 
adicional é armazenada sob forma de 
gordura. Um ganho de 3.500 kcal acarreta no 
armazenamento de 454 gramas de gordura.
 Maior parte é armazenada sob a forma de 
triglicerídeos nos adipócitos (células 
adiposas), mas uma pequena parte é 
armazenada nas células musculares.
Fontes de gorduras durante o 
exercício
 Os estoques de gordura utilizados como 
fonte de combustível variam em função da 
intensidade e da duração do exercício.
 Os ácidos graxos livres plasmáticos (livre 
dos adipócitos) são a principal fonte de 
gordura durante o exercício de baixa 
intensidade.
Fontes de gorduras durante o 
exercício
 Em taxas de trabalho mais elevadas, o 
metabolismo dos triglicerídeos musculares 
aumentam.
 Em intensidades de 65% a 85% do VO2 
máx a contribuição dos triglicerídeos 
musculares e dos ácidos graxos livres são 
praticamenteiguais.
Gasto energético de várias 
atividades
 O arco e a flecha exigem apenas um 
pouco mais de energia do que de repouso, 
outras como as corridas de curtas exigem 
tanta, que só podem ser mantidos os 
níveis de esforços por poucos segundos.
Causas da fadiga
 Fadiga representam as sensações gerais 
de cansaço que levam a redução do 
desempenho muscular;
 Falhas nos sistemas energéticos (ATP-CP, 
glicolítico e oxidativo);
 O acúmulo de subprodutos metabólicos;
 O sistema nervoso;
 Falha no mecanismo contrátil.
Falha no Sistema ATP-CP
 Depleção da Creatina Fosfato. Se o ritmo 
inicial da atividade física for muito rápido, 
a ATP e a creatina fosfato disponíveis 
diminuirão rapidamente, levando à fadiga 
precoce e à incapacidade de manutenção 
do ritmo nos estágios finais.
 O treinamento e a experiência permitem 
que o atleta julgue o ritmo ideal para a 
execução da atividade.
Falha no Sistema Glicolítico
 A depleção do glicogênio também é um 
dos fatores que implicam em fadiga 
muscular.
 Como no uso da Creatina Fosfato, a taxa 
de depleção do Glicogênio muscular é 
controlada pela intensidade da atividade. 
O aumento da taxa de trabalho resulta na 
diminuição desproporcional do glicogênio 
muscular. 
Sub-produtos metabólicos e a 
Fadiga
 O ácido láctico acumula-se na fibra 
muscular somente durante o esforço breve 
e intenso.
 Os maratonistas podem apresentar baixa 
concentração de ácido láctico e exaustão, 
então a sua fadiga foi provocada por um 
suprimento inadequado de energia, o que 
provoca esta falha na produção de ATP?
Sub-produtos metabólicos e a 
Fadiga
 Quando não eliminado, o ácido láctico se 
dissocia, transformando-se em lactato e 
causando um acúmulo de íons de 
hidrogênios, produzindo a acidose 
muscular.
 Felizmente, ás células e os líquidos 
corporais possuem tampões como o 
bicarbonato (HCO3), o qual minimiza a 
influência desequilibradora do H+.
Sub-produtos metabólicos e a 
Fadiga
 Sem estes tampões, o H+ reduziria o pH 
e, aproximadamente 1,5 matando as 
células.
 Mesmo durante as atividades de alta 
intensidade, a partir deste mecanismo a 
concentração de H+ permanece baixa, de 
modo que o pH caia de 7,1 para no 
máximo a 6,6 ou 6,4 na exaustão. 
Sub-produtos metabólicos e a 
Fadiga
 As alterações do pH nesta magnitude afetam a 
produção de energia e a contração muscular;
 pH 6,9 inibe a fosfofruto quinase (enzima 
glicolítica) diminuindo velocidade da glicólise e 
da produção de ATP;
 pH 6,4 cessa a degradação do glicogênio;
 H+ pode deslocar o cálcio do interior da fibra 
interferindo no acoplamento da miosina sobre a 
actina reduzindo a força contrátil;
Transmissão Neural e a fadiga
 Evidências sugerem que, sob 
determinadas circunstâncias, a fadiga 
pode ser resultante de uma incapacidade 
de ativação das fibras musculares.
Transmissão Neural e a fadiga
 O impulso nervoso é transmitido através 
da junção neuromuscular para ativar a 
membrana da fibra e fazer com que o 
retículo sarcoplasmático da fibra libere o 
cálcio. O cálcio por sua vez, liga-se a 
troponina para iniciar a contração 
muscular.
Transmissão Neural e a fadiga
 A fadiga pode ocorrer na junção 
neuromuscular, impedindo a transmissão 
do impulso nervoso à membrana da fibra 
muscular.
Transmissão Neural e a fadiga
 Redução na síntese ou transmissão da 
acetilcolina;
 Hiperatividade da enzima colinesterase (enzima 
que degrada aceticolina - falta);
 Hipoatividade da enzima colinesterase 
(excesso);
 Limiar elevado da membrana da fibra;
 Substâncias que competem com acetilcolina;
 O potássio pode deixar o espaço intracelular 
(diminui o potencial de ação).
O Sistema Nervoso Central
 O SNC também pode ser um local de 
fadiga;
 O SNC pode diminuir o ritmo do exercício 
a um nível tolerável para proteger o 
atleta;
 De fato, de modo geral, os pesquisados 
concordam que o desconforto percebido 
na fadiga precede o início da limitação 
fisiológica dos músculos.