Metabolismo de lípidos durante el ejercicio de resistencia.

Abstract

Los triglicéridos endógenos representan una fuente importante de combustible para ejercicios prolongados. La oxidación de triglicéridos incrementa progresivamente durante el ejercicio; el ritmo específico está determinado por los requerimientos energéticos de los músculos involucrados, por la entrega de ácidos grasos a las mitocondrias musculares, y por la oxidación de otros sustratos. La respuesta de catecolaminas al ejercicio incrementa la lipólisis de triglicéridos en tejido adiposo y de, supuestamente, triglicéridos intramusculares. Además de lo anterior, incrementa el flujo sanguíneo al tejido adiposo y músculos, disminuye la re-esterificación de ácidos grasos y facilita la entrega de ácidos grasos libres al músculo esquelético. Alteraciones en la movilización de ácidos grasos y el uso relativo de triglicéridos en los adipocitos e intramusculares durante el ejercicio, depende en su mayor parte del grado de entrenamiento y de la intensidad del ejercicio. Comparadas con personas no-entrenadas ejercitando a la misma intensidad absoluta, las personas entrenadas para ejercicio de resistencia poseen mayor oxidación de lípidos durante el ejercicio sin un incremento de lipólisis. La evidencia disponible sugiere que el incremento de la oxidación de lípidos inducida por entrenamiento se debe primariamente a una oxidación incrementada de ácidos grasos que vienen del plasma, quizás provenientes de reservas intramusculares de triglicéridos. La oxidación de lípidos es menor en ejercicio de alta intensidad que en ejercicio de moderada intensidad, en parte debido a la disminuida entrega de ácidos grasos a los músculos involucrados en el ejercicio. La suplementación parenteral de lípidos durante ejercicio de alta intensidad incrementa la oxidación de lípidos, pero el efecto de ingerir triglicéridos de cadenas largas o medias en el metabolismo de sustratos durante el ejercicio es menos claro. Este artículo discute la relación entre la movilización y la oxidación de ácidos grasos durante el ejercicio y el efecto del entrenamiento de resistencia, de la intensidad del ejercicio y de la suplementación de lípidos en estas respuestas.

Introducción

Triglicéridos endógenos representan la reserva de combustible más grande del cuerpo. La mayoría de los triglicéridos están almacenados en tejido adiposo (aproximadamente 17500mmol en un adulto esbelto), pero también están presentes en el músculo esquelético (aproximadamente 300mmol) y en el plasma (aproximadamente 0.5mmol). La cantidad total de energía almacenada como triglicéridos (aproximadamente 560MJ) es 60 veces mayor que la almacenada como glicógeno (aproximadamente 9MJ). Por lo tanto, la oxidación de ácidos grasos durante el ejercicio de resistencia permite una actividad fisiológica mantenida y retrasa el agotamiento de las reservas de glicógeno y la hipoglicemia. El uso de ácidos grasos como combustible requiere la hidrólisis de triglicéridos (lipólisis) del tejido adiposo, músculos y plasma, y la entrega de los ácidos grasos liberados a las mitocondrias del músculo esquelético para su oxidación. En este articulo, discutiremos la relación entre la movilización de ácidos grasos y la oxidación de lípidos durante el ejercicio en humanos y revisaremos la influencia de la suplementación de lípidos en el metabolismo de sustratos durante el ejercicio.

Cinética de lípidos durante el descanso y el ejercicio

Luego de una noche sin comer, la mayoría de la energía necesaria en el descanso proviene de la oxidación de ácidos grasos derivados de triglicéridos del tejido adiposo. La actividad lipolítica del tejido adiposo es regulada por el balance entre hormonas que estimulan (principalmente catecolaminas) y otras que inhiben la lipasa sensible a hormonas (principalmente insulina), la cual hidroliza triglicéridos a ácidos grasos y glicerol. Al descansar, la cantidad de ácidos grasos liberados desde tejido adiposo típicamente es mayor que la cantidad que se oxida; el ritmo de aparición en el plasma de ácidos grasos (Ra) es aproximadamente el doble que el ritmo de oxidación de los ácidos grasos. Por lo tanto, una gran cantidad de ácidos grasos liberados por lipólisis de triglicéridos en el tejido adiposo son re-esterificados, convirtiéndose en triglicéridos, principalmente en el hígado.

Ejercicio suave -o moderado- [25-65% del consumo máximo de oxigeno (VO2max)] está asociado a un aumento de entre 5 a 10 veces de la oxidación de lípidos por sobre las cantidades en el descanso debido al incremento de los requerimientos energéticos del músculo y a la mayor disponibilidad de ácidos grasos. Una gran cantidad de la reserva incrementada de ácidos grasos proviene de la lipólisis de triglicéridos en el tejido adiposo, la cual aumenta las reservas de 2 a 3 veces y es mediada por un incremento de estimulación β-adrenérgica. Además, el porcentaje de ácidos grasos liberados que son re-esterificados disminuye a la mitad, presumiblemente por las alteraciones en el torrente sanguíneo que facilitan la entrega de ácidos grasos desde tejido adiposo a los músculos en ejercicio. El ejercicio moderado/intenso dobla el flujo sanguíneo al tejido adiposo y aumenta 10 veces el flujo sanguíneo hacia los músculos esqueléticos. Incrementar

la remoción de ácidos grasos del tejido adiposo al incrementar el flujo hacia ese tejido quizás es también necesario para prevenir una acumulación regional potencialmente toxica de ácidos grasos. Hodgetts y otros investigadores encontraron que la proporción de ácidos grasos respecto a albúmina en sangre venosa extraída de tejido adiposo subcutáneo se incremento de 2:1 en el descanso hasta casos 6:1 para el final del ejercicio. Teóricamente, grandes incrementos en la concentración local de ácidos grasos podría sobrepasar la disponibilidad de sitios de unión en la albúmina y causar incrementos dañinos en la concentración de ácidos grasos sin unir.

La relación entre lipólisis (definida como 3 X glicerol Ra, porque 3 ácidos grasos y 1 glicerol son liberados de la lipólisis de 1 triglicérido), captación

plasmática de ácidos grasos [ritmo de desaparición de los ácidos grasos del plasma sanguíneo (Rd)], y oxidación de ácidos grasos en el descanso y durante un ejercicio moderado/intenso prolongado (45% del VO2max) se muestra en la Figura 1. Durante los primeros 120 minutos de ejercicio, el ritmo lipolítico es aproximadamente el doble del ritmo de oxidación de ácidos grasos. Sin embargo, la captación plasmática de ácidos grasos (Rd de ácidos grasos) es similar al ritmo de oxidación lipídica durante este periodo. De hecho, varios investigadores han reportado que la Rd de ácidos grasos es más baja que la oxidación de ácidos grasos durante las primeras 1-2 horas de ejercicio. Esta evidencia sugiere que otra fuente de lípidos, presumiblemente triglicéridos plasmáticos o intramusculares (IMTGs por sus siglas en ingles), esta siendo oxidada además de los ácidos grasos plasmáticos derivados del tejido adiposo.

Varios estudios sugieren que los IMTGs representan una porción considerable de la grasa total usada durante el ejercicio de resistencia. Estimaciones del uso de IMTGs, calculados indirectamente utilizando métodos marcadores con isótopos, indican que los ácidos grasos no derivados del plasma (presumiblemente de los IMTGs) proveen mas del 50% del total de lípidos oxidados durante el ejercicio y la contracción muscular. Varios estudios en los cuales se tomaron biopsias de músculos antes y después del ejercicio encontraron que la concentración de IMTG disminuye un 25-40% después de 1-2 horas de ciclos de ejercicio moderado/intenso en maquinas que median el rendimiento físico, lo que podría corresponder al 60-75% del total de lípidos oxidados. En contraste, otros encontraron que la concentración de IMTG disminuye mínimamente o no disminuye después de un ejercicio prolongado y por lo tanto no contribuye significativamente a la producción de energía total. La razón para estas discrepancias entre los estudios aun no es clara pero puede que esté relacionada con diferencias en los protocolos de los ejercicios, distintas formas de medición de la concentración de IMTG en las biopsias musculares, y diferencias en los intervalos entre la última tanda de ejercicios y el ensayo experimental.

Pocos estudios han evaluado la contribución de los triglicéridos plasmáticos a la producción de energía total. La información disponible sugiere que durante condiciones de descanso, los triglicéridos plasmáticos podrían corresponder al 5-10% del total de lípidos oxidados. También existe evidencia indirecta de que solo una pequeña fracción de la producción de energía total proviene de triglicéridos plasmáticos durante el ejercicio. Por ejemplo, Kiens y Lithell encontraron que la captación de triglicéridos de VLDL por parte del músculo esquelético era casi nula durante el ejercicio. No conocemos ningún estudio que haya cuantificado la oxidación de triglicéridos de VLDL o triglicéridos de quilomicrones plasmáticos durante el ejercicio en humanos.

La lipólisis de triglicéridos del tejido adiposo, la captación de ácidos grasos plasmáticos, y la oxidación de ácidos grasos incrementan progresivamente durante una tanda de ejercicio. Luego de aproximadamente 2 horas de ejercicio, el ritmo de captación de ácidos grasos plasmáticos se vuelve más grande que el ritmo de la oxidación de ácidos grasos, sugiriendo que los ácidos grasos liberados al plasma desde el tejido adiposo pueden abastecer todas los ácidos grasos usados por los músculos activos. Por lo tanto, a medida que la duración del ejercicio aumenta, es probable que la contribución relativa de los IMTGs a la oxidación de lípidos total disminuya y que la contribución de los ácidos grasos plasmáticos aumente.

Entrenamiento de resistencia

El entrenamiento de resistencia incrementa la oxidación de lípidos durante ejercicio submaximo. Varios factores contribuyen a esta respuesta adaptativa: densidad de las mitocondrias incrementada en el músculo esquelético, lo cual incrementa la capacidad para oxidación de lípidos; una proliferación de capilares dentro del músculo esquelético, lo cual potencia la entrega de ácidos grasos al músculo; un incremento en la carnitina transferasa, lo cual facilita el transporte de ácidos grasos a través de la membrana mitocondrial; y un incremento de proteínas enlazantes de ácidos grasos, las cuales regulan el transporte de ácidos grasos en el miocito.

Información de estudios in vivo e in vitro sugieren que el incremento de la lipólisis de triglicéridos del tejido adiposo no es responsable del incremento en la oxidación de lípidos en todo el cuerpo que es inducido por el entrenamiento. Aun cuando varios investigadores encontraron que la actividad lipolítica estimulada a su máximo (con concentraciones de epinefrina entre 10 -6 y 10-8

mol/L) era mayor en adipocitos obtenidos en sujetos entrenados para ejercicio de resistencia que los que eran obtenidos en sujetos no entrenados, la actividad lipolítica era la misma o ligeramente menor en sujetos que estaban entrenados si se les sometía a condiciones fisiológicas de epinefrina (entre 10-10 y 10-8 mol/L). Más adelante, usando sondas de microdialisis para medir el glicerol regional liberado in vivo, Stallknecht y otros investigadores encontraron que la respuesta lipolítica de tejido adiposo abdominal subcutáneo a una infusión de epinefrina era la misma en sujetos entrenados y no entrenados.

Similarmente, estudios transversales de sujetos entrenados y no entrenados y estudios longitudinales de entrenamientos, mostraron que el entrenamiento de resistencia no incrementaba la respuesta lipolítica en todo el cuerpo durante ejercicios realizados a una misma intensidad absoluta. Por ejemplo, los ritmos lipolíticos (3 X Ra de glicerol) medidos durante ejercicio desarrollado a la misma intensidad absoluta eran similares en atletas entrenados y en voluntarios no entrenados (Figura 2). Además de lo anterior, Martin y otros encontraron que después de 12 semanas de entrenamiento de resistencia, la Rd de ácidos grasos plasmáticos disminuyo un 30% mientras que la oxidación de lípidos se incremento un 45% durante ejercicios realizados a la misma intensidad absoluta.

La contribución disminuida de los ácidos grasos plasmáticos a la oxidación de lípidos en todo el cuerpo sugiere un incremento en la dependencia de IMTGs como fuente de combustible al estar entrenado. Sin embargo, datos de estudios que midieron las cantidades de lípidos intramusculares en biopsias musculares muestran resultados conflictivos. Algunos de los estudios, pero no todos, mostraron un mayor agotamiento de IMTG durante el ejercicio realizado después de entrenar que durante el ejercicio antes de entrenar. Las dificultades técnicas de medir la concentración de IMTG pueden haber contribuido a las diferencias entre los estudios. También no es claro como el entrenamiento de resistencia pueda incrementar la lipólisis de IMTG durante el ejercicio ya que la respuesta de catecolaminas durante el ejercicio esta disminuida y la densidad de receptores β-adrenérgicos en el músculo esquelético permanecen sin alteraciones. Por lo tanto, si el

entrenamiento de resistencia realmente incrementara la dependencia de IMTGs también debe afectar otros factores (aun desconocidos) que regulen la lipólisis de IMTG.

Durante ejercicio realizado a la misma intensidad relativa (al mismo % de VO2max), los ritmos lipolítico de todo el cuerpo son más grandes en personas entrenadas que en personas no entrenadas. De hecho, los valores de Ra de glicerol durante ejercicio de alta intensidad en atletas entrenados son las más altas jamás reportadas en humanos. No está claro porque personas mas entrenadas poseen mayor respuesta lipolítica a ejercicio realizado a la misma intensidad relativa. Se han reportado concentraciones de epinefrina plasmática tanto bajas (ligeramente) como altas (ligeramente), en personas entrenadas respecto a personas no entrenadas durante ejercicios realizados a la misma intensidad relativa. Sin embargo, se ha encontrado que los atletas entrenados en resistencia poseen mayor flujo sanguíneo al tejido adiposo (en respuesta a epinefrina) que aquellos sujetos control sedentarios y por lo tanto puede que posean una mayor entrega de catecolaminas al tejido adiposo durante el

ejercicio a pesar de concentraciones similares de catecolaminas plasmáticas. Sumado a lo anterior, un incremento en la lipólisis de IMTG después de entrenamiento de resistencia puede que sea responsable del Ra de glicerol incrementado en sujetos entrenados.

Intensidad del ejercicio

Las contribuciones relativas de los ácidos grasos plasmáticos y los IMTGs a la oxidación lipídica total durante el ejercicio a diferentes intensidades han sido estudiadas en sujetos altamente entrenados, pero no en sujetos sin entrenamiento. La contribución relativa estimada de los ácidos grasos y de los IMTGS a la oxidación lipídica total durante ejercicio a intensidades bajas, moderadas y altas (25%, 65% y 85% del VO2max respectivamente) se muestran en la Figura 3. Durante ejercicio de baja intensidad, la mayoría de los ácidos grasos oxidados provienen del plasma. Al incrementar la intensidad del ejercicio, la contribución relativa de los IMTGs también incrementa y puede representar casi la mitad de todos los lípidos oxidados.

A pesar de un ritmo de gasto de energía relativamente alto durante un ejercicio de alta intensidad (>70% de VO2max), la oxidación total de lípidos es suprimida a valores bajo a esos observados durante un ejercicio de moderada intensidad. La limitación en el uso de lípidos durante un ejercicio de alta intensidad deriva en parte de la disminución en los ácidos grasos circulantes causada por una liberación disminuida de ácidos grasos desde el tejido adiposo. La disminución del Ra de ácidos grasos no es causada por una disminución de la lipólisis, ya que el Ra del glicerol, un índice de la lipólisis, es el mismo durante ejercicios realizados a 85% y a 65% del VO 2max. Inmediatamente después de detener el ejercicio de alta intensidad, el Ra de ácidos grasos y la concentración de ácidos grasos plasmáticos incrementan marcadamente sin un incremento concomitante en la lipólisis. Estos datos sugieren que la disminución del Ra de ácidos grasos durante el ejercicio pudiera deberse a un incremento en la acumulación de ácidos grasos dentro del tejido adiposo debido a un flujo sanguíneo disminuido hacia el tejido adiposo y una remoción inadecuada de ácidos grasos por parte del torrente sanguíneo. Al aumentar las concentraciones de ácidos grasos plasmáticos a 1-2 mmol/L (mediante una infusión intravenosa de una emulsión lípida y heparina) durante la tanda de ejercicios, se incrementa la oxidación de lípidos aproximadamente un 30% pero no se restaura completamente al ritmo observado durante ejercicio de moderada intensidad. Por lo tanto, ejercicios de alta intensidad deteriora la capacidad del músculo esquelético para oxidar ácidos grasos.

La supresión de la oxidación de lípidos durante ejercicios de alta intensidad puede estar relacionada a un metabolismo del glicógeno incrementado en el músculo. El alto ritmo de glicogenólisis muscular durante un ejercicio de alta intensidad incrementa la cantidad de acetil-CoA derivada del glicógeno, lo cual presumiblemente aumenta las concentraciones de malonil-CoA en el músculo. El malonil-CoA, a su vez, inhibe la enzima responsable de la entrada de ácidos grasos de cadena larga (ácidos grasos con más de 12 átomos de carbono) al interior de la mitocondria, la carnitina O-palmitoiltrasnferasa-I (CPT-I). Por lo tanto, un ritmo alto de glicogenólisis durante un ejercicio de alta intensidad puede modificar la oxidación de lípidos al deteriorar el transporte de ácidos grasos de cadena larga hacia el interior de la mitocondria, mediante la inhibición de la CPT-I.

Efecto de la suplementación de lípidos

Proveer una emulsión lipídica con heparina intravenosamente durante el ejercicio puede incrementar la oxidación de lípidos aproximadamente un 30% cuando el Ra de ácidos grasos endógenos es baja y la concentración de ácidos grasos plasmáticos limita el ritmo de oxidación de lípidos, tal y como ocurre durante ejercicio de alta intensidad. Sin embargo, la infusión lipídica antes o durante el ejercicio no es un método práctico para potenciar la oxidación de lípidos. Ingerir comidas con alto contenido grasos, consistente primariamente de triglicéridos de cadena larga (LCT por sus siglas en ingles), antes del ejercicio tampoco es practico como fuente directa de lípidos durante el ejercicio debido a la disponibilidad retardada y limitada de grasa ingerida para la oxidación en músculo esquelético. Los LCTs se vacían lentamente desde el estomago y deben ser empacadas en forma de quilomicrones, los cuales son secretados en el sistema linfático antes de entrar al sistema sanguíneo. Solo una pequeña porción de LCTs exógenos son oxidados dentro de las primeras 6 horas post-ingestión. Adicionalmente, aun cuando la adición de LCT a una dieta altamente glicémica de carbohidratos entorpece la respuesta de la insulina y de la glucosa a la ingestión de carbohidratos durante el descanso, no altera significativamente la oxidación de lípidos o las concentraciones de glicerol, ácidos grasos y glucosa plasmática durante la tanda subsecuente de ejercicios.

A diferencia de los LTCs, los triglicéridos de cadena mediana (MCTs por sus siglas en ingles) (estos son primordialmente ácidos grasos con 8-10 átomos de carbono) son vaciados rápidamente desde el estomago y son rápidamente absorbidos e hidrolizados en el intestino delgado. Adicionalmente, los ácidos grasos de cadena mediana no son reesterificados y son más fáciles de transportar hacia la mitocondria para su subsecuente oxidación que los LTCs. La utilidad potencial de los MCTs como una fuente fácilmente disponible de energía ha llevado a su inclusión como un ingrediente en algunas barras energéticas deportivas disponibles en el comercio.

La cantidad de MCTs que pueden ser tolerados al mismo tiempo está limitada a 25-30g; ingerir cantidades mas grandes causa síntomas gastrointestinales adversos, tales como nausea y diarrea. Ingerir 25-30 g de MCT antes de un ejercicio no incrementa la oxidación de lípidos totales o la reserva de glicógeno en el músculo durante el ejercicio, ya que esta cantidad de MCT ingeridos es oxidada a un ritmo de aproximadamente 6-9 g/h y por lo tanto provee solo una pequeña cantidad de energía (aproximadamente 0.2-0.3MJ/h). Mas MCT puede ser tolerado cuando pequeñas porciones son ingeridas durante un ejercicio prolongado. Van Zyl y otros investigadores encontraron que, comparado con una ingestión de solamente carbohidratos, la ingestión de MCT (aproximadamente 30g/h) añadida a carbohidratos durante 2 horas de pedaleo a un 60% del VO2max reducía el ritmo de oxidación de glicógeno en el músculo y mejoraba ligeramente el desempeño (aproximadamente un 3%) durante un circuito simulado de 40km. En contraste, Jeukendrup y otros investigadores encontraron que la adición de 85g de MCT a una solución de 10% de carbohidratos ingerida mientras se pedaleaba durante 2 horas al 60% del VO2max no alteraba el uso de la glicólisis en el músculo ni mejoraba el desempeño de pedaleo durante un circuito de 15 minutos. Por lo tanto, la ingestión de grandes dosis de MCT (aproximadamente 85g) junto con carbohidratos durante un periodo de 2 horas de ejercicio podría reducir la glicogenólisis

en el músculo y mejorar ligeramente el desempeño durante una tanda de ejercicio subsecuente que durara aproximadamente 1 hora pero no lo haría en tandas de periodos más cortos (durando aproximadamente 15 min).

Direcciones futuras

Futuros estudios diseñados para determinar los factores regulando la movilización u oxidación de ácidos grasos derivados de distintas fuentes pueden mejorar nuestro entendimiento de cómo usar estas vastas reservas de energía durante el ejercicio. Los datos disponibles sugieren que la regulación de la lipólisis es diferente para triglicéridos musculares y del tejido adiposo. Más aun, el metabolismo del tejido adiposo es heterogéneo, dependiendo del sitio anatómico del depósito (visceral, subcutáneo abdominal, subcutáneo femoral, etc.). Poco se sabe sobre la contribución relativa de los ácidos grasos derivados de estas diferentes fuentes de triglicéridos a la producción de energía durante el ejercicio. Como se discutió, métodos indirectos o imprecisos de medición de la concentración de IMTGs han resultado en descubrimientos conflictivos respecto al uso de los IMTG durante el ejercicio. Técnicas mejoradas de medición de la concentración de IMTG podría elucidar la importancia de esta fuente de energía durante el ejercicio.

Hasta la fecha, la contribución relativa de triglicéridos plasmáticos a la producción de energía durante el ejercicio permanece poco clara. Debido a que la ingestión de lípidos aumenta la concentración de triglicéridos plasmáticos, cuantificar la contribución de esta fuente de energía durante el ejercicio permitirá saber si la suplementación de lípidos (ingesta de grasas) puede contribuir substancialmente a la producción de energía durante el ejercicio.

Resumen

Triglicéridos endógenos presentes en el tejido adiposo y el músculo esquelético son una fuente importante de combustible durante el ejercicio de resistencia. El uso incrementado de triglicéridos durante el ejercicio representa una integración cuidadosa de eventos neurales, hormonales, circulatorios y musculares que aumentan los requerimientos de energía y facilita la entrega de ácidos grasos desde el tejido adiposo y reservas de IMTG a las mitocondrias del músculo esquelético para su oxidación. La suplementación de triglicéridos exógenos, mediante lípidos y heparina administrados directamente a la circulación, ciertamente incrementa la oxidación de lípidos cuando la concentración de ácidos grasos plasmáticos endógenos se encuentra baja. Sin embargo, la ingesta de lípidos en forma de LCT o cantidades tolerables de MCT posee un efecto limitado en el metabolismo de sustratos durante el ejercicio.