Fontes Energéticas

Autor:
Instituição: PUC - PR
Tema: Bioenergia

Fontes Energéticas


INTRODUÇÃO

Este trabalho desenvolvido pelas alunas do curso de Fisioterapia, Centro de Ciências Biológicas e da Saúde, da pontifícia Universidade Católica do Paraná, refere-se a pesquisa sobre Fontes Energéticas.

Energia é um termo que implica um estado dinâmico - uma condição de mudança.

É impossível atribuir valores absolutos a energia: os valores podem ser atribuídos somente as mudanças na energia que ocorrem dentro de um processo.

Dentro deste contexto, energia relaciona-se a capacidade de realizar trabalho. À medida que o trabalho aumenta, aumenta a transferência de energia.

Neste trabalho procuramos abordar as diferentes fontes de energia que atuam no corpo humano, bem como exemplos isolados de atividades físicas em que estas fontes são atuantes.


1 - FONTES ENERGÉTICAS

Os alimentos são compostos principalmente por carbono, hidrogênio e – no caso das proteínas – nitrogênio. As ligações moleculares dos alimentos são relativamente fracas e produzem pouca energia quando rompidas. Conseqüentemente, os alimentos não são utilizados diretamente nos processos celulares. Em vez disso, a energia das ligações moleculares dos alimentos é liberada quimicamente no interior de nossas células e, em seguida, ela é armazenada sob a forma de um composto altamente energético denominado adenosina trifosfato (ATP).

Em repouso, a energia que seu corpo necessita deriva tanto da degradação dos carboidratos quanto da degradação das gorduras. Já as proteínas fornecem pouca energia para a função celular. Durante o esforço muscular leve e severo, uma maior quantidade de carboidratos é utilizada, com menor dependência das gorduras. No exercício máximo de curta duração, a ATP é gerada quase que exclusivamente a partir dos carboidratos.

CARBOIDRATOS: A dependência dos músculos de carboidratos durante o exercício está relacionada à disponibilidade dos carboidratos e do sistema bem desenvolvido dos seus músculos para o seu metabolismo. Os carboidratos são, em última instância, convertidos em glicose, um monossacarídeo (uma unidade de açúcar) que é transportado através do sangue para todos os tecidos do organismo. Em condições de repouso, os carboidratos ingeridos são captados pelos músculos e pelo fígado e, em seguida, são convertidos numa molécula mais complexa de açúcar: o glicogênio. Este é armazenado no citoplasma até as células utilizarem-no para formar ATP. Quando necessário, o glicogênio armazenado no fígado é reconvertido em glicose e esta é então transportada pelo sangue aos tecidos ativos, onde ela é metabolizada.

As reservas hepáticas e musculares de glicogênio são limitadas e podem ser depletadas, exceto se a dieta contiver uma quantidade razoável de carboidratos. Por isso, dependemos muito das fontes nutricionais de amidos e açúcares para repor as nossas reservas de carboidratos. Sem uma ingestão adequada de carboidratos, os músculos e o fígado podem apresentar privação de sua principal fonte de energia.

GORDURAS: As gorduras fornecem uma quantidade considerável de energia durante o exercício prolongado menos intenso. Os estoques orgânicos de energia potencial sob a forma de gorduras são substancialmente maiores do que as reservas de carboidratos. As gorduras são menos acessíveis para o metabolismo celular porque elas necessitam ser primeiramente reduzidas de suas formas complexas, os triglicerídeos, aos seus componentes básicos, o glicerol e os ácidos graxos livres. Somente os ácidos graxos livres são utilizados na formação de ATP.

PROTEÍNAS: As proteínas também podem ser utilizadas como fonte energética, mas elas devem ser primeiramente convertidas em glicose. No caso de depleção energética severa ou de inanição, as proteínas podem até ser utilizadas na geração de ácidos graxos livres a energia celular. O processo através do qual as proteínas ou as gorduras (o glicerol do triglicerídeo) são convertidas em glicose é denominado gliconeogênese. O processo de conversão das proteínas em ácidos graxos livres é denominado lipogênese.

As proteínas podem fornecer até 5% a 10% da energia necessária para manter o exercício prolongado. Somente as unidades mais básicas das proteínas – os aminoácidos – podem ser utilizados na produção de energia. Um grama de proteína produz aproximadamente 4,1 Kcal.


2 - DEFINIÇÕES DE ENERGIA

Primeiramente gostaríamos de definir o termo "energia". Algumas palavras comuns tipo força, potência, resistência, vigor, movimento, vida ou até mesmo espírito sugerem mais ou menos a idéia de energia. No entanto, eles não são apropriados para uma quantificação científica. Portanto, os cientistas definem energia como a capacidade de realizar trabalho. E, trabalho é definido como a aplicação de uma força através de uma distância. Como resultado, energia e trabalho são inseparáveis.

Existem seis formas de energia: (1) química, (2) mecânica, (3) térmica, (4) luminosa, (5) elétrica e (6) nuclear. Cada uma delas pode ser transformada de uma forma para outra. Essa "transformação da energia" constitui uma história fascinante e excitante, particularmente quando aplicada ao mundo biológico. Mais especificamente abordaremos a transformação da energia química em energia mecânica. A energia mecânica manifesta-se no movimento humano, cuja fonte provém da transformação do alimento em energia química dentro do nosso organismo.


3 - BIOENERGÉTICA E O EXERCÍCIO FÍSICO

O principal propósito das respostas fisiológicas ao exercício físico é o de promover energia para o desempenho durante a atividade física. Os cientistas definem energia como a capacidade de realizar trabalho.

O interesse na energia é direcionado para transformação da energia química em energia mecânica.

A energia mecânica manifesta-se no movimento humano, cuja fonte provem da conversão do alimento em energia química dentro do corpo humano.

Para mantermos a atividade muscular dependemos da capacidade em extrair energia dos alimentos ingeridos na forma de carboidratos, gorduras e proteínas, e transferi-la para os músculos ativos.

A energia necessária para a manutenção do trabalho muscular é produzida mediante a ação de processos biológicos extremamente complexos e armazenada por intermédio de compostos de fosfagênio, dos quais o trifosfato da adenosina-ATP é o principal representante.

A quebra do ATP em ADP (difosfato de adenosina) e P deverá ser caracterizado como a única fonte imediata de energia para o desenvolvimento da atividade física, porque produz energia necessária para que os filamentos de actina e miosina dos músculos deslizem um ao longo do outro, provocando a contração muscular.

ATP+ H2O = ADP + P + energia

Com a realização de sucessivas contrações musculares, na tentativa de oferecer continuidade ao desenvolvimento da atividade física, existe necessidade de que ocorra uma ressíntese constante das moléculas de ATP, tão rápida quanto estas são desintegradas. Considerando que as quantidades de ATP estocadas no tecido muscular as bastante limitadas, para que o trabalho muscular possa ter formas de reconstituição do ATP, com base em diferentes substratos energéticos. O tipo de substrato energético utilizado e a via metabólica com que o ATP é ressintetizado dependem fundamentalmente da intensidade e da duração dos esforços físicos.

Três vias metabólicas principais proporcionam energia para o desempenho de um exercício físico: a via anaeróbica alática (ATP-fosfocretina) a via anaeróbica lática (glicose) e o metabolismo oxidativo (via aeróbica). A via mais importante para o exercício de longa duração é o metabolismo oxidativo, por que utiliza o oxigênio como combustível.

O consumo Maximo de oxigênio e as suas variáveis determinantes podem ser alterados por varias condições ambientais e varias doenças cardio-pulmonares.

De forma geral, para efeito de produção de energia, os esforços físicos deverão ser classificados em duas categorias:

  • Aqueles considerados de elevada intensidade, porem de curta duração (anaeróbico).
  • Aqueles de baixa intensidade e longa duração (aeróbico).


4 - ADENOSINA TRIFOSFATO- ATP

A energia liberada durante a desintegração do alimento não é utilizada diretamente para realizar trabalho. Pelo contrário, é empregada para produzir outro composto químico, denominado adenosina trifosfato, ou, mais simplesmente ATP, que é armazenado em todas as células musculares. A célula só consegue realizar seu trabalho especializado a partir da energia liberada pela desintegração desse composto.

A estrutura do ATP consiste em um componente muito complexo, adenosina, e três partes menos complicadas, denominadas grupos fosfato.

As ligações entre dois grupos fosfato terminais representam as denominadas ligações de alta energia. Quando é desfeita uma dessas ligações fosfato, isto é, quando é removida do restante da molécula, são liberadas 7 a 12 quilocalorias de energia, ocorrendo à formação de adenosina difosfato (ADP) mais fosfato inorgânico (Pi). Essa energia é liberada durante a desintegração de ATP e represente a fonte imediata de energia que pode ser usada pela célula muscular para realizar trabalho.

ATP na Fisioterapia

A importância do Sistema de ATP não deve ser apenas descrita para a atuação Fisioterápica uma vez que este tipo de fonte fornece energia para exercícios e movimentos imediatos. Ou seja, qualquer movimento do corpo como um todo, ou, de um de seus segmentos isoladamente irá requisitar em um primeiro momento o ATP que se encontra armazenado no organismo. Vale ressaltar que os movimentos acima referidos não são apenas exercícios físicos ou terapêuticos, mas também movimentos do dia- a – dia.

4.1 - FONTES DE ATP

Existem três processos comuns produtores de energia para a elaboração de ATP:

1. O sistema ATP-CP, ou do fosfagênio. Nesse sistema, a energia para a ressíntese de ATP provém apenas de um único composto, a fosfocreatina (PC).

2. A glicólise anaeróbica, ou o sistema do ácido lático proporciona ATP a apartir da desintegração parcial da glicose ou do glicogênio.

3. O terceiro sistema, ou "sistema de oxigênio", possui, em verdade, duas partes: à parte A consiste no término da oxidação dos carboidratos e a parte B envolve a oxidação dos ácidos graxos. Ambas as partes do sistema do oxigênio possuem o ciclo de Krebs como sua via final de oxidação.

Todos os três fornecedores de energia para a ressíntese de ATP operam da mesma maneira geral. A energia liberada pela desintegração das subst6ancias alimentares e a energia liberada quando o PC é desfeito são utilizadas para refazer novamente a molécula de ATP; isto é, a energia é usada para "acionar" a reação mostrada a seguir:  :

  Da direita (B) para a esquerda (A). Em outras palavras, a energia liberada pela desintegração dos alimentos e de PC está ligada ou acoplada funcionalmente às necessidades energéticas para a ressíntese de ATP a partir de ADP e Pi. A acoplagem funcional da energia de uma série de reação para outra; e denominada bioquimicamente como reações acopladas e constitui o princípio fundamental envolvido na produção metabólica de ATP.

Dos três sistemas que participam na ressíntese de ATP já mencionada, o sistema de ATP-PC (do fosfagênio) e a glicólise anaeróbica (sistema do ácido lático), são anaeróbicos. Anaeróbico significa sem oxigênio e metabolismo refere-se às várias séries de reações químicas que ocorrem dentro do organismo (ex: dentro da célula muscular), incluindo aquelas que acabamos de mencionar. Assim sendo, metabolismo anaeróbico, ou geração anaeróbica de ATP, refere-se a ressíntese de ATP através de reações químicas que não exigem a presença do oxig6enio que respiramos.


5 - SISTEMA ATP-PC (do fosfagênio)

A fosfocratina, como a ATP, é armazenada nas células musculares. Já que tanto ATP quanto PC contém grupos fosfato, são denominados coletivamente como fosfogênios (daí o nome "sistema dos fosfagênios"). PC é semelhante também ao ATP pelo fato de que, quando o grupo fosfato é removido, é liberada uma grande quantidade de energia. Os produtos finais dessa desintegração são a cretina (C) e o fosfato inorgânico (Pi). Como antes mencionado, a energia torna-se imediatamente disponível e será acoplada bioquimicamente com a ressíntese do ATP. Por exemplo, com a mesma rapidez com que o ATP é desintegrado durante a contração muscular, será formado de novo continuamente a partir de ADP e Pi pela energia liberada durante a desintegração de PC armazenada.

Durante a recupareção após o exercício ocorre a formação de PC a partir do Pi e C, com a fonte primária de ATP provindo daquela obtida através da desintegração das substâncias alimentares. Assim sendo, quando as reservas de PC são depletadas nas atividades de ultra-intensidade de alta velocidade, elas só poderão ser reabastecidas efetivamente após o início da recuperação.

ATP-CP na Fisioterapia

 

A importância do Sistema do Fosfagênio ( ATP-CP ) para a Fisioterapia pode ser exemplificada por exercícios tais como :

  • Reflexos de pronta ação
  • Movimentos realizados por membros no Exame Isocinético- Cybex.
  • No caso de uma fisioterapia desportiva pode ser considerado um treinamento baseado no "protocolo de Shelbourn " que exija que o paciente – corra, pare- corra- pare ... e assim, consecutivamente.

O sistema do fosfagênio representa a fonte disponível mais rápida do ATP para ser usado pelo músculo. Por isso, enquadram-se nesse sistema os movimentos rápidos e vigorosos e de curta duração.


6 - O SISTEMA GLICOLÍTICO DO (ANAERÓBICO) – SISTEMA ÁCIDO LÁCTICO

Um outro método de produção de ATP envolve a liberação de energia através da degradação (lise) da glicose. Esse sistema é denominado sistema glicolítico por envolver a glicólise, que é a degradação da glicose por meio de enzimas glicolíticas especiais.

A glicose representa aproximadamente 99% de todos os açúcares circulantes no sangue. O glicogênio é sintetizado a partir da glicose por meio de um processo denominado glicogênese. O glicogênio é armazenado no fígado ou no músculo até que seja solicitado. Nesse momento, o glicogênio é quebrado em glicose-1-fosfato através do processo da glicogenólise.

Antes da glicose ou do glicogênio poderem ser utilizados para gerar energia, eles devem ser convertidos num composto denominado glicose-6-fosfato. A conversão de uma molécula de glicose exige uma molécula de ATP. Na conversão do glicogênio, a glicose-6-fosfato é formada a partir da glicose-1-fosfato sem esse gasto energético. A glicólise começa quando a glicose-6-fosfato é formada.

A glicólise, em última instância, produz ácido pirúvico. Esse processo não exige oxigênio, mas o uso deste determina o destino do ácido pirúvico formado pela glicólise. Nesse caso, o ácido pirúvico é convertido em ácido láctico.

Esse sistema energético não produz grandes quantidades de ATP. Apesar dessa limitação, as ações combinadas dos sistemas glicolítico e ATP-CP permitem que os músculos gerem força mesmo quando o suprimento de oxigênio é limitado. Esses dois sistemas predominam durante os minutos iniciais do exercício de alta intensidade.

Uma outra limitação importante da glicólise anaeróbica é que ela causa um acúmulo de ácido láctico nos músculos e nos líquidos corporais. Nos eventos de explosão máxima (all-out sprint) durando 1 a 2 minutos, o sistema glicolítico é altamente solicitado e as concentrações de ácido láctico podem aumentar de um valor de repouso de cerca de 1 mmol/kg de músculo para mais de 25 mmol/kg. Essa acidificação das fibras musculares inibe ainda mais a degradação do glicogênio, uma vez que ela compromete a função da enzima glicolítica. Além disso, o ácido reduz a capacidade de ligação com o cálcio das fibras e, por essa razão, ele pode impedir a contração muscular.

A taxa de uso de energia da fibra muscular durante o exercício pode ser 200 vezes maior do que no repouso. Os sistemas ATP-CP e glicolítico sozinhos não podem fornecer toda energia necessária. Sem outro sistema energético, nossa capacidade de realizar exercícios pode ser limitada há apenas alguns minutos.

A ATP é gerada através de três sistemas energéticos:

  • O sistema ATP-CP;
  • O sistema glicolítico;
  • O sistema oxidativo.

No sistema ATP-CP, o P é separado da creatina fosfato através da ação da creatina quinase. O P pode então se combinar com o ADP para formar ATP. Esse sistema é anaeróbico e sua principal função é manter as concentrações de ATP. A energia produzida é de 1 mol de ATP por 1 mol de creatina fosfato.

O sistema glicolítico envolve o processo da glicólise, por meio do qual a glicose ou o glicogênio é degradado em ácido pirúvico pela ação de enzimas glicolíticas. Quando realizada sem a presença de oxigênio, o ácido pirúvico é convertido em ácido láctico. Um mol de glicose produz 2 moles de ATP, mas 1 mol de glicogênio produz 3 moles de ATP.

Os sistemas ATP-CP e glicolítico são os principais fornecedores de energia durante os minutos iniciais do exercício de alta intensidade.

Glicólise Anaeróbia na Fisioterapia

A Sistema da Glicólise Anaeróbia passa a ser utilizado pelo organismo como fonte de energia em exercícios de alta intensidade/ exaustivos e curta duração.

Os exercícios ocorrem num ritmo máximo de 1-3 minutos.

  • Pode-se exemplificar isso novamente através da fisioterapia desportiva. Um Fisioterapeuta que cuide do treinamento de um corredor ( atletismo ) pode trabalhar a potência muscular através de consecutivas largadas.
  • Outro exemplo pode ser observado no tratamento com atletas nadadores que devem realizar exercícios braçais vigorosos de forma a melhorar seu desempenho.

Deve-se observar que o Sistema Anaeróbico na verdade é bem parecido com o Sistema ATP- CP e a atuação Fisioterápica será parecida enquanto se usa ambas as fontes.

GLICÓLISE AERÓBIA

No metabolismo dos carboidratos, a glicólise tem um papel tanto na produção aeróbia quanto na produção anaeróbica de ATP. O processo de glicólise é o mesmo quer haja presença ou não de oxigênio. A presença de oxigênio determina somente o destino do produto final, o ácido pirúvico. Lembrando-se de que a glicólise anaeróbia produz ácido láctico e somente 3 moles de ATP por mol de oxigênio. No entanto, na presença de oxigênio, o ácido pirúvico é convertido num composto denominado acetil coenzima A (acetil-CoA).

Glicólise Aeróbia na Fisioterapia

O sistema de Glicólise Aeróbia é extremamente importante para fornecer energia para a realização de exercícios de longa duração e baixa intensidade.

Pode-se exemplificar o uso dessa fonte em exercícios tais como:

  • esteira
  • treino de marcha
  • o dia-a-dia de um paciente que utiliza cadeira de roda
  • bicicleta ergométrica


O CICLO DE KREBS

Uma vez formada a acetil-CoA entra no ciclo de Krebs (ciclo do ácido cítrico), uma série complexa de reações químicas que permite a oxidação completa da acetil-CoA. No final do ciclo de Krebs, são formados 2 moles de ATP e o substrato (o composto sobre o qual as enzimas atuam, sendo, nesse caso, o carboidrato original) é degradado em dióxido de carbono e hidrogênio.


O SISTEMA OXIDATIVO

O sistema final de produção de energia celular é o sistema oxidativo. Esse é o mais complexo dentre os três sistemas energéticos. O processo através do qual o organismo separa substratos com o auxílio do oxigênio para gerar energia é denominado respiração celular. Como o oxigênio é empregado, trata-se de um processo aeróbio. A produção oxidativa de ATP ocorre no interior de organelas celulares especiais: as mitocôndrias. Nos músculos, elas se localizam adjacentes às miofibrilas e também se encontram difundidas no sarcoplasma.

Os músculos necessitam de um suprimento constante de energia para produzir continuamente a força necessária durante a atividade de longa duração. Ao contrário da produção anaeróbia de ATP, o sistema oxidativo possui uma enorme capacidade de produção de energia e, por essa razão, o metabolismo aeróbio é o principal método de produção de energia durante os eventos de endurance. Esse processo impõe considerável demanda sobre a capacidade do organismo de liberar oxigênio aos músculos.


CONCLUSÃO

No inicio de qualquer exercício físico os músculos utilizam um pequeno estoque de ATP armazenado. A partir daí se dá o inicio do processo de ressintese de novas moléculas de ATP para o prosseguimento das contrações musculares.

As vias para ressíntese de ATP são:

Creatina-fosfato (CP), Via de glicólise de ATP (com produção de lactato), Via de fosforilação oxidativa.

A via de CP depende da creatina, é muito potente, mas suficiente apenas para poucos segundos. A via de glicólise depende exclusivamente do glicogênio, é quase tão potente quanto à via de CP porem produz lactato que diminui o pH celular e bloqueia a glicolise, impedindo que o esforço se prolongue por mais de 3 – 4 minutos. E por ultimo a via de fosforilação oxidativa pode utilizar glicogênio, proteínas e gordura, é pouco potente, mas capaz de manter um exercício de intensidade leve e moderada durante algumas horas.

A compressão desses mecanismos no corpo é essencial para o fisioterapeuta. Uma vez que na elaboração de exercícios, series e tratamento ele saberá de que o metabolismo do paciente esta trabalhando.


BIBLIOGRAFIA

HORTON, H.Robert; Fundamentos de Bioquímica; Editora Aplicada, RJ; 1996.

FOX, Edward; Bases Fisiológicas da Educação Física e dos Desportos; 4ª edição; Editora Guanabara Koogan; RJ, 1991

SMITH, Laura; WEISS, Elizabeth; LEHMKUHL, L.; Cinesiologia Clínica de Brunnstrom. 5ª edição; Editora Manoele LTDA; SP, 1997.

http://www.eps.ufsc.br

http://www.fisiculturismo.hpg.com.br

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