Stress metabólico pode também ter um efeito hipertrófico significante.
Stress metabólico refere-se a acumulação
de metabólitos da glicólise anaeróbica para produção de ATP.
Metabólitos como lactato, creatina
e iões de hidrogénio acumulam-se (1,2,3), e causam um stress metabólico
substancial. Há aumentos de lactato no sangue, lactato intramuscular, glicose e
glicose-6-fosfato (1,3,4) com um impacto significante em processos anabólicos
(5).
Glicólise
A glicólise extrai energia química ao oxidar glicose
para piruvato. A glicose é oxidada para formar duas moléculas de piruvato. Grande
parte da energia permanece armazenada nas duas moléculas de piruvato.
As células usam moléculas chamadas
transportadoras de electrões como agentes oxidativos. O mais importante é um
composto chamado de nicotinamida
adenina dinucleotídeo (NAD).
NAD existe como NAD+, que tem carga positiva,
e NADH que é a forma reduzida. O H em NADH é um ião de hidrogénio adicionado, que vem junto quando a molécula
apanha dois electrões adicionais.
NAD captura electrões da glicose através de enzimas chamadas Desidrogenases. Desidrogenases removem
átomos de hidrogénio de substratos orgânicos (glucose=C6H12O6).
Desidrogenases essencialmente removem dois electrões e
dois protões (o mesmo que dois átomos de hidrogénio) do substrato. Dois desses
electrões e um protão é entregue a
NAD+ (formando NADH), e o outro protão é libertado. Assim, para cada dois
átomos de hidrogénio tirados da glicose um ião de hidrogénio é libertado
(existem também outras reacções a libertar iões de hidrogénio ou protões).
Electrões libertados da oxidação da glucose formam duas moléculas de NADH. A
glicólise ocorre quer haja ou não Oxigénio presente. Se oxigénio está presente o
piruvato e NADH são oxidados (oxidação de piruvato) e entra na mitocôndria,
onde a oxidação da glicose é completada.
Contudo, fermentação e
respiração anaeróbica permite que as células produzam ATP sem o uso de
oxigénio. Fermentação é uma extensão da glicólise, mas deve haver uma
quantidade suficiente de NAD+ que é reciclado de NADH sob condições aeróbicas. Uma
alternativa anaeróbica é transferir
electrões de NADH para piruvato, que forma lactato.
Glicólise é estimulada pela própria contracção muscular. Quanto mais rápidas
as contracções mais rápidas as reacções dessa via metabólica. A velocidade da
via é controlada pela enzima fosfofrutoquinase.
Ácido láctico
A glicólise começa com glicose
ou glicogénio, e termina com
piruvato após 10 ou 9 passos respectivamente. O que quer que aconteça com
piruvato é outro processo além da glicólise.
Ácido láctico é um sub-produto da glicólise (6), e é fortemente associada com a
libertação de testosterona e hormona de crescimento (7,8,9), contudo aumentos
agudos têm um efeito negligenciável na hipertrofia (10,11). A energia do
sistema de ácido láctico é maximizada quando se faz entre 30-120s de trabalho,
quanto mais activa a enzima lactato
desidrogenase maior a acumulação de lactato.
Durante a fermentação de ácido láctico
o piruvato é reduzido directamente por electrões de NADH para formar lactato
(lactato é a forma ionizada de ácido láctico). As células do músculo criam ATP através de fermentação quando o oxigénio é escasso. Isto ocorre
durante exercício intenso, os músculos podem estar a decompor açúcar pela
glicólise tão rápido que a NADH não o consegue oxidar rápido o suficiente, neste
ponto as células trocam da respiração aeróbica para anaeróbica (fermentação).
Acumulação de lactato no sangue
Com fornecimento e utilização inadequados de oxigénio todos os hidrogénio
formados na glicólise rápida não são oxidados, então piruvato converte-se para lactato na reacção química: piruvato + 2H ─>Lactato.
Lactato forma-se enquanto os hidrogénios em excesso produzidos durante a glicólise
se juntam ao piruvato. Lactato é removido ao ser transformado em piruvato no citoplasma para entrar na mitocondria
(fig. 1). Na mitocôndria o piruvato
converte-se para acetilcoenzima-A para entrar no ciclo
do ácido cítrico ou ciclo de krebs, ou ainda chamado de ciclo tricarboxílico,
para o metabolismo de energia aeróbico.
A formação de lactato continua a aumentar em níveis de exercício intensos
quando o músculo não consegue energia adicional aeróbicamente.
As fibras musculares lentas e rápidas têm diferentes
densidades de mitocôndria e assim diferentes ritmos de remoção de lactato. As fibras
mais lentas têm mais mitocôndria que as rápidas, assim as fibras rápidas têm menos capacidade para lidar com o lactato
produzido, promovendo a acumulação.
A velocidade da reacção (produção de lactato) é
directamente correlacionada com o ritmo catalítico da enzima que controla o
processo – lactato desidrogenase. Esta enzima é responsável pela produção de lactato
do piruvato, que transfere dois hidrogénios para piruvato para formar ácido
láctico. Quanto mais rápida a glicólise mais rápida a acumulação de ácido
láctico (12). Um aumento em piruvato vai derradeiramente levar a um aumento na
acumulação de lactato.
Outros usos
para o lactato
Grande parte do lactato acaba por ser oxidado pelo
ciclo do ácido cítrico dentro da mitocôndria. Contudo, algum lactato é também
libertado para o sangue e entra no fígado onde é convertido de volta a piruvato e sintetizado de volta a glicose
através das reacções gliconeogénicas do Ciclo
de Cori. Esta glicose do lactato pode voltar ao músculo esquelético para o
metabolismo energético ou ser sintetizado em glicogénio para armazenamento.
Acidose
O maior ambiente ácido pode mediar uma maior resposta hipertrófica ao
aumentar a degradação das fibras e maior estimulação de actividade simpática
(24).
Contudo, não é o lactato que causa a acidez na célula, não há nenhum
suporte bioquímico para a produção de lactato causar acidez (25,26). De facto,
a produção de lactato retarda, não causa, a acidez. Acidez é causada por outras
reacções tais como acumulação de protões (iões de hidrogénio) na célula.
Protões são usado para a respiração mitocôndrial (fosforilação oxidativa).
Quando a intensidade de exercício aumenta para além de um certo valor, a
libertação de protões aumenta e causa acidez. Acidez metabólica é causada por
uma crescente dependência de formação de ATP não-mitocôndrial.
A libertação de protões na glicólise é associada
com a hidrólise de ATP na Hexoquinase
(tornando-se glicose-6-fosfato) e com as reacções da fosfofrutoquinase, tal como a oxidação de Gliceraldeído-3-fostato na reacção de Gliceraldeído-3-fosfato desidrogenase (25). Estes são
os protões relevantes para a acidez.
O uso de glicogénio como substrato primário (glicogenólise) difere da
glicólise ao saltar a primeira reacção e assim partilha das restantes 9
reacções. A libertação de protões de
glicólise difere dependendo se a glicose ou glicogénio é usado para formar
glicose-6-fosfato e alimentar a glicólise (25).
Para a produção de 2 piruvatos há uma libertação de 2 protões quando a glucose
é a fonte, e 1 protão quando o glicogénio
é a fonte. Usar glicogénio como fonte em vez de açúcar do sangue é menos acidificante
para o músculo durante exercício intenso (25).
Inchaço celular
Stress metabólico e series com repetições moderadas
aumenta o volume de sangue no músculo o que pode facilitar a hidratação
miofibrilar (13). O bombeamento e acumulação resulta através do colapso de veias enquanto as
artérias continuam a fornecer sangue aos músculos, fazendo com que o fluxo de
sangue volte para trás e hidrate o tecido. Este processo pode inibir a proteólise
(catabolismo proteico), e aumenta o anabolismo ou ritmos de síntese (14,15,16).
Inchaço celular inibe o catabolismo e estimula a síntese proteica, e o
encolhimento celular faz o oposto. O inchaço é um sinal anabólico e o
encolhimento é um sinal catabólico (16).
Isquemia
Isquemia é a restrição de sangue aos tecidos, causando uma falta de oxigénio
e glicose necessários para trabalho biológico. Isquemia muscular também causa
stress metabólico, e ainda mais se for a par de glicólise anaeróbica (1,17,18).
Este stress metabólico aumenta o ambiente hormonal, causa inchaço celular,
produção de radicais livres, e aumento de actividade de factores de transcrição
de crescimento (1,19,20,21).
Hipoxia
Hipoxia é a redução de oxigénio. O treino com resistência sob hipoxia
sistémica leva a maiores aumentos em massa muscular (22), resistência muscular
e angiogénese (novos vasos
sanguíneos) no músculo esquelético (23). Sabe-se que o Factor de Crescimento do Endotélio Vascular (VEGF) tem um papel crítico no
aumento de angiogénese. Há aumentos de concentrações de VEGF no plasma, e
aumento no rácio de capilares:fibras – hipoxia sistémica aumenta a capilarização
do músculo (23).
Hipoxia aumenta a acumulação de lactato e reduz o ritmo de remoção (1,22),
contribuindo para o inchaço que tem sido demonstrado aumentar a síntese proteica
(16).
Isquemia produz hipoxia, contudo hipoxia pode ocorrer sem isquemia, como
por exemplo e treino de alta altitude.
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Referências:
1. Brad Schoenfeld. The mechanisms of muscle hypertrophy and their
application to resistance training. J Strength Cond Res. 24(10):
2857–2872, 2010.
2. Suga, T, Okita, K,Morita, N, Yokota, T, Hirabayashi, K,Horiuchi, M,
Takada, S, Takahashi, T, Omokawa,M, Kinugawa, S, and Tsutsui, H. Intramuscular
metabolism during low-intensity resistance exercise with blood flow
restriction. J Appl Physiol 106: 1119–1124, 2009
3. Tesch, PA, Colliander, EB, and Kaiser, P. Muscle metabolism during
intense, heavy-resistance exercise. Eur J Appl Physiol Occup Physiol 55:
362–366, 1986.
4. Esse´n-Gustavsson, B and Tesch, PA. Glycogen and triglyceride
utilization in relation to muscle metabolic characteristics in men performing
heavy-resistance exercise. Eur J Appl Physiol Occupl Physiol 61: 5–10, 1990.
5. Kraemer, WJ and Ratamess, NA. Hormonal responses and adaptations to
resistance exercise and training. Sport Med 35: 339–361, 2005.
6. Dudley GA (1988). Metabolic consequences of resistive-type exercise. Med
Sci Sports Exerc. 20(5 Suppl):S158-S161
7. Schoenfeld, Brad, 2000: Repetitions and Muscle Hypertrophy. Strength and
Conditioning Journal: Vol. 22, No. 6, pp. 67–69.8. Kraemer, W.J. Changes in
hormonal concentrations after different heavy resistance exercise protocols in
women. J. Appl. Physiol. 75:(2)594–604. 1993.
9. Lu, S.S. Lactate and the effects of exercise on testosterone secretion:
Evidence for the involvement of a cAMP-mediated mechanism. Med. Sci. Sports
Exerc. 29:(8)1048–1054. 1997
10. West DW, Phillips SM. Anabolic Processes in
Human Skeletal Muscle: Restoring the Identities of Growth Hormone and
Testosterone. Phys Sportsmed. 2010 Oct;38(3):97-104.
11. West DW, Burd NA, Staples AW, Phillips SM. Human
exercise-mediated skeletal muscle hypertrophy is an intrinsic process. Int
J Biochem Cell Biol. 2010 Sep;42(9):1371-5.
12. Brooks G. (2000). Intra and extra cellular
lactate shuttle. Medicine and Science in Sports and Exercise, 32, 790-9.
13. Wilmore, J.H. Physiology of Sport and Exercise. (2nd ed.).
Champaign, IL: Human Kinetics, 1999.
14. Häussinger, D. Cellular hydration state: An important determinant of
protein catabolism in health and disease. Lancet. 341:(8856)1330–1332.
1993.
15. Millar, I.D. Mammary protein synthesis is acutely regulated by the
cellular hydration state. Biochem. Biophys. Res. Commun. 230:(2)351–355.
1997.
16. Waldegger, S. Effect of cellular hydration on protein metabolism. Miner.
Electrolyte Metab. 23:(3–6)201–205. 1997
17. Pierce, JR, Clark, BC, Ploutz-Snyder, LL, and Kanaley, JA. Growth
hormone and muscle function responses to skeletal muscle ischemia. J Appl
Physiol 101: 1588–1595, 2006.
18. Toigo, M and Boutellier, U. New fundamental resistance exercise
determinants of molecular and cellular muscle adaptations. Eur J Appl Physiol
97: 643–663, 2006.
19. Gordon, SE, Kraemer,WJ, Vos, NH, Lynch, JM, and Knuttgen, HG. Effect of
acid–base balance on the growth hormone response to acute high-intensity cycle
exercise. J Appl Physiol 76: 821–829,1994.
20. Goto, K, Ishii, N, Kizuka, T, and Takamatsu, K. The impact of metabolic
stress on hormonal responses and muscular adaptations. Med Sci Sport Exerc 37:
955–963, 2005.
21. Takarada, Y, Nakamura, Y, Aruga, S, Onda, T, Miyazaki, S, and Ishii, N.
Rapid increase in plasma growth hormone after low intensity resistance exercise
with vascular occlusion. J Appl Physiol 88: 61–65, 2000.
22. Takarada, Y, Takazawa, H, Sato, Y, Takebayashi, S, Tanaka, Y, and
Ishii, N. Effects of resistance exercise combined with moderate vascular
occlusion on muscular function in humans. J Appl Physiol 88: 2097–2106, 2000.
23. Michihiro Kon, Nao Ohiwa, Akiko Honda1, Takeo Matsubayashi, Tatsuaki
Ikeda, Takayuki Akimoto, Yasuhiro Suzuki, Yuichi Hirano, Aaron P. Russell.
Effects of systemic hypoxia on human muscular adaptations to resistance
exercise training. Physiol Rep. 2014 Jun 6;2(6).
24. Buresh, R, Berg, K, and French, J. The effect of resistive exercise
rest interval on hormonal response, strength, and hypertrophy with training. J
Strength Cond Res 23: 62–71, 2009.
25. Robert
A. Robergs, Farzenah Ghiasvand, Daryl Parker. Biochemistry of
exercise-induced metabolic acidosis. Am J Physiol Regul Integr Comp Physiol.
2004 Sep;287
26. Juel C, Klarskov C, Nielsen JJ,
Krustrup P, Mohr M, and Bangsbo J. Effect of high intensity intermittent
training on lactate and H_ release from human skeletal muscle. Am J Physiol
Endocrinol Metab 286:E245–E251, 2004.
