Mejorando a los mejores
Carga y Descarga de Energía Química en el Deporte
Guillermo Laich
18/09/2024 21:23
Todo organismo vivo requiere tres elementos fundamentales para sobrevivir: alimento, agua, y energía - sobre todo energía.
Para un ingeniero, una máquina es cualquier dispositivo que transforma una forma de energía en otra. Las palancas de primer, segundo, y tercer grado son tres diferentes tipos de máquinas. Y lo son porque cada una de ellas es capaz de transformar la energía de una forma distinta a las demás.
Un músculo y un motor de combustión interna son máquinas que convierten la energía química contenida en la gasolina en energía mecánica cuando la misma gasolina entra en combustión. En el motor, el calor es un intermediario necesario que se libera cuando el combustible de hidrocarburos reacciona con el oxígeno.
El ser humano toma O2 (oxigeno) del aire y quema (consume) materia orgánica (componente de los cuerpos, sustancias, y derivados de los seres vivos). En este proceso denominado “combustión” se obtiene la energía necesaria para que los músculos realicen movimientos, así como el CO2 (anhidrido carbónico) que es liberado hacia la atmosfera.
El proceso de combustion organica es muy semejante al producido por las cerillas encendidas de la foto que encabeza este articulo.
En el músculo, la energía química contenida en las uniones químicas se utiliza directamente para producir el acortamiento de las miofibrillas en el interior de las fibras musculares, y el calor se produce de forma incidental. Una unión química consiste en la fuerza atractiva que actúa entre átomos, evitando que se separen.
Cabe destacar que este proceso vital es idéntico en todos los músculos y se basa en la hidrólisis del ATP (adenosín trifosfato). La hidrolisis consiste en una reacción química que utiliza agua para descomponer un compuesto.
A modo de ejemplo, cabe destacar que los potentes músculos de los miembros inferiores de un velocista de élite hidrolizan más de mil millones de moléculas de ATP en cada zancada. En esta reacción productora de energía, el ATP reacciona con el agua para separar un ion fosfato, convirtiéndolo en ADP (adenosín difosfato), con una pequeña liberación de energía.
En esencia, todo organismo vivo requiere tres componentes fundamentales para sobrevivir: alimento, agua en estado líquido, y energía - sobre todo energía, o sea, la capacidad para realizar trabajo. Una forma sencilla de medir la descarga o liberación de energía es subir escaleras corriendo entre cuatro y seis segundos.
Subir las escaleras rápidamente requiere más esfuerzo que subirlas lentamente. Por lo tanto, el factor tiempo también forma parte de la ecuación. La cantidad de energía utilizada en un determinado lapso de tiempo se denomina potencia, siendo su unidad el vatio (W). La potencia producida se expresa en vatios, donde un vatio (W) igual a un julio (J) por segundo.
La energía se mide en julios (J), una unidad que eventualmente reemplazara a la caloría. Una caloría equivale a 4,2 julios. Para convertir calorías a julios se multiplica la cantidad de calorías por 4,2. Mil julios representan un kilojulio (kJ).
En reposo, la potencia generada por el cuerpo humano es de aproximadamente 0,1 kW (como una bombilla de luz). Un corredor de maratón con un tiempo cercano a las tres horas descarga energía a la orden de 0,8 kW, mientras que uno de elite descarga 1,3 kW. Por otro lado, un velocista de elite produce un gasto de 3,5 kW.
La mayor parte del gasto energético en la actividad física es liberada en forma de calor. ¿Ahora bien, exactamente de dónde procede tal energía? La respuesta es de la energía química, y todos los animales (incluidos los humanos) obtienen toda su energía química de los alimentos que consumen.
Los alimentos son una mezcla compleja de compuestos químicos que incluyen macronutrientes como los carbohidratos, las grasas, y las proteínas. Los tres contienen energía química, pero ésta sólo puede descargarse para realizar una actividad física cuando se producen determinadas reacciones químicas.
La combustión es una reacción química en la cual los átomos que componen la sustancia alimenticia (por ejemplo, la glucosa) y el oxígeno (el otro reactivo) se reorganizan para formar dióxido de carbono y agua, que contiene menos energía. La diferencia se debe a la descarga y utilización de la energía liberada.
Dado que la energía liberada al quemar un gramo de carbohidratos, grasas, o proteínas es constante y siempre la misma, resulta fácil calcular el contenido energético de los alimentos conociendo su composición. Una ingesta media contiene cerca de 4.000 kJ de energía, siendo el requerimiento energético diario de 13.400 kJ para los varones y 9.600 kJ para las mujeres.
Los alimentos liberan energía cuando entran en combustión con él oxígeno. En consecuencia, la cantidad de oxígeno consumido será proporcional a la energía liberada, donde el consumo de un litro de oxígeno producirá unos 20 kJ de energía.
Los corredores de maratón de élite consumen aproximadamente 4 litros de oxígeno por minuto, lo que equivale a unos 80 kJ por minuto; mientras que los corredores de nivel amateur consumen cerca de 2,5 litros por minuto. El actual récord del mundo de maratón es de 2h00:35 y pertenece a Kelvin Kiptum, el atleta keniano que en el año 2023 ganó la maratón de Chicago.
La maratón supera el límite fisiológico normal de suministro de combustible para todos, excepto para los corredores de élite extremadamente bien entrenados. La distancia es demasiado larga y el ritmo demasiado rápido.
Existe evidencia de que un entrenamiento adecuado aumenta la capacidad de las reservas de glucógeno para durar toda la carrera de maratón. Esta capacidad dependiente del entrenamiento permite a los corredores de élite soportar hasta el 70% de su potencia aeróbica máxima mediante la oxidación de ácidos grasos.
La energía química es una forma de energía particularmente útil debido a su facilidad para el almacenamiento o carga. Los alimentos consumidos en las ingestas se almacenan o cargan a modo de energía química. En la forma almacenada, la energía química siempre está disponible para ser liberada de forma controlada durante la actividad física.
En esencia, podemos afirmar que la energía química almacenada es la que proporciona el combustible para las actividades físicas de resistencia, y no la energía química inmediatamente disponible proporcionada por los alimentos consumidos previos a la actividad.
El entrenamiento físico y la digestión de los alimentos son procesos mutuamente excluyentes. Esto sucede porque ambos generan grandes cantidades de estrés metabólico, especialmente sobre los sistemas digestivo y muscular.
Si bien la composición de los alimentos consumidos previo una sesión de entrenamiento de resistencia tiene su importancia, nunca debe eclipsar la importancia de los combustibles previamente cargados (almacenados) y su descarga (utilización) para lograr un rendimiento físico óptimo.
El gasto energético del cuerpo es constante y continuo. Incluso mientras se duerme ciertas sustancias son transportadas a través de membranas, se sintetizan macromoléculas, múltiples impulsos neuronales corren por los nervios, y ciertos grupos musculares son activos.
Sin embargo y, a diferencia del flujo constante de gasto energético, el repostaje nutritivo constituye un acto intermitente. Por lo general, el ser humano come tres o cuatro veces en un periodo de 24 horas.
Por lo tanto, el cuerpo debe cargar (almacenar) energía para descargarla (utilizarla) entre las comidas, o bien para cuando se requiera grandes cantidades de energía ante una determinada actividad física.
En todo este complejo proceso de carga y descarga de energía química existen dos combustibles principales, donde cada uno desempeña funciones metabólicas específicas. Tales combustibles son el glucógeno y la grasa.
La fatiga se define como la incapacidad para mantener la producción de energía. Casi toda la investigación actual apunta a que la causa más común de fatiga sea de orden metabólica. De hecho, y metabólicamente hablando, el ser humano es un organismo adaptado para caminar largas distancias, y no un corredor de maratones con una distancia de 42.2 kilómetros.
Sólo si la oxidación de los ácidos grasos proporcionara todas y cada una de las necesidades energéticas implicadas, el ser humano seria capaz de correr largas distancias lentamente, pero con relativa facilidad.