En apretada síntesis, este artículo pretende aclarar una serie de conceptos complejos referentes al control y regulación de las vías energéticas musculares mediante ocho puntos cardenales. La totalidad de la energía del ejercicio físico proviene de la interacción de las vías energéticas anaeróbicas y aeróbicas.

En términos generales, cuanto más breve e intensa sea la actividad, mayor será la contribución de las vías anaeróbicas; y cuanto más prolongada y menos intensa sea la actividad, mayor será la actividad de las vías aeróbicas. No obstante, para comprender la regulación y el control preciso de tales vías es necesario primero echar un vistazo a la esencia de dos conceptos básicos: 1.- retroalimentación o feedback; y 2.- tiempo de retraso o de desfase.

1.- Feedback Negativo o Retroalimentación Negativa

En términos generales, un timón es un dispositivo o sistema que desempeña un papel en la dirección de algo. En muchas embarcaciones, el timón permanece oculto debajo del casco y no se le ve. Movemos el timón en una determinada dirección, con la esperanza de que el barco gire en la dirección opuesta.

No obstante, el efecto no es instantáneo y el barco tarda un cierto tiempo en responder al cambio de ángulo del timón. Siendo ese el caso, empujamos aún más el timón en la dirección deseada con el fin de lo girar el grado de giro deseado. Solo entonces la embarcación comienza a girar en el sentido deseado.

En el caso de que la embarcación gire demasiado, empujamos el timón hacia el lado opuesto. En breve, la embarcación se balancea violentamente de un lado a otro ya que la respuesta deseada tardara en producirse. Esto se debe a que hay un retraso en el efecto en el sistema de retroalimentación con respecto a su acción.

Ahora supongamos que un buen jugador de futbol se encuentra lanzando penaltis hacia la portería en uno de los entrenamientos. No obstante, en esos momentos se está haciendo de noche y la iluminación de la cancha es relativamente mala. De hecho, es tan deficiente que el jugador apenas es capaz determinar con relativa exactitud el contorno de la portería.

En tal caso el jugador es incapaz de precisar con exactitud en que cuantía cada disparo que realiza erra a la portería. Como es incapaz de saberlo, tampoco es capaz de ajustar debidamente su puntería. En tales condiciones el jugador carece de un sistema de retroalimentación que le guie la puntería.

Debido a la mala iluminación, y por lo que sabe el jugador, es posible que el balón que acaba de lanzar haya entrado en la portería, o bien dado en el travesaño, o errado por completo. Pero si la iluminación de la cancha fuera de mejor calidad, y el jugador se retroalimentara respecto a la dirección real del balón en cada lanzamiento, entonces el este sería capaz de ajustar su puntería cada vez más al lanzar al lanzar los siguientes penaltis.

Lo mismo sucede en un aseo con ducha. Abrimos el agua caliente del grifo, pero la ducha todavía emite agua fría, así que abrimos aún más el grifo de agua caliente. De repente el agua sale muy caliente y nos quema, así que abrimos el grifo de agua fría y cerramos el de agua caliente. Durante un espacio determinado de tiempo no pasa nada, pero luego la ducha se vuelve fría.

Debido a que hay un retraso en el mecanismo de retroalimentación, es difícil lograr la temperatura correcta de forma instantánea. En todos los sistemas de retroalimentación existe un factor de retraso en el mecanismo de corrección y, por lo tanto, la corrección y el efecto final implementado nunca se produce con carácter inmediato. De forma inexorable, en todo proceso de retroalimentación se producirá un retraso en el proceso de corrección entre la causa principal y el efecto secundario.

Una típica cisterna de inodoro o lavabo representa un claro ejemplo de un sistema regulado mediante un mecanismo de retroalimentación negativa. Al tirar de la cadena, el agua contenida en la cisterna es expulsada para higienizar los residuos. A continuación, y con la finalidad de recargar la cisterna con agua, esta llega a través de la tubería. Pero, y medida que el nivel del agua aumenta, una ligera bola de plástico hueca flota hacia arriba hasta que finalmente se activa el tapón adjunto para cerrar el flujo de entrada de agua.

El efecto de la acción (liberación del agua) se ha retroalimentado para alterar esa acción (deteniéndola). La esencia de la retroalimentación consiste en que el efecto de una determinada acción es retroalimentada precisamente para alterar esa misma acción.

2.- Tiempo de Retraso o Tiempo de Desfase

El concepto de desfase o retraso se refiere a un período de tiempo entre dos acciones relacionadas, como una causa inicial y su efecto secundario resultante. Esto implica la existencia de un espacio de tiempo muerto entre una causa primaria y su efecto secundario. Los periodos de retraso indican el desfase de tiempo desde que se produce el primer evento hasta que se produce el segundo evento.

Por ejemplo, hay un lapso de tiempo entre el momento en que vemos un semáforo en rojo y accionamos el freno, e incluso otro lapso adicional de tiempo hasta que el automóvil se detiene por completo. Un desfase temporal representa un intervalo de tiempo variable entre un evento y otro evento relacionado que sucede después del primero. En Ingles se le denomina: “lag-time.”

En los ejemplos de mecanismos de retroalimentación expuestos anteriormente hablamos sobre el tiempo de retraso que se crea en todos ellos. Sin embargo, en muchas situaciones existe un desfase notable y muy variable entre una acción y su efecto.

Si giramos el timón de un crucero transatlántico, por ejemplo, el desfase entre el giro del timón y el giro real del barco sería considerable debido a la enorme inercia involucrada. En tal caso, el tiempo de retraso resulta ser muy largo, mientras que en el caso de una embarcación considerablemente más pequeña y ligera el tiempo de retraso es más corto debido al menor componente de inercia.

De esta manera, los desfases de tiempo entre las acciones sus respuestas tienden a variar según las circunstancias.

El control y la regulación de los sistemas biológicos y no biológicos complejos serían relativamente sencillos de controlar si no existiera un tiempo de retraso en el mecanismo de feedback negativo. Muy a menudo, y debido a que los retrasos pueden ser muy largos, tiene que haber muchas conjeturas, especulaciones, y extrapolaciones de posibles acciones y tendencias.

De esta manera, se produce la extraordinaria paradoja en las decisiones más importantes y transcendentes ya que estas deben tomarse en base datos y pruebas parciales e insuficientes, principalmente porque deben tomarse con mucha antelación y con muy poca información fáctica disponible.

En el mundo de los negocios, y debido a que hay un retraso en los mecanismos de retroalimentación, es difícil ver qué decisiones están tomando las demás personas hasta que se producen los efectos. En consecuencia, la mayoría de las personas toman decisiones paralelas en muchos aspectos de la vida y, cuando finalmente se dan cuenta, a menudo es demasiado tarde para implementar un cambio adecuado.

Además, y en muchas ocasiones, la vida cambia con semejante rapidez e incertidumbre que realmente no hay tiempo disponible para ajustarse y adaptarse adecuadamente. Todo ello condiciona que la mayoría de la gente permanece en un perpetuo e inconfortable estado de inadaptación.

Habiendo comprendido los dos conceptos anteriormente explicados echemos un vistazo a los mecanismos de regulación y control vías metabólicas energéticas musculares.

3.- Control del Sistema Anaeróbico Aláctico ATP-CP

La degradación de la fosfocreatina está regulada por la actividad de la enzima creatina quinasa. Esta enzima es activada cuando aumentan las concentraciones sarcoplásmicas de ADP y es inhibida por niveles elevados de ATP. Al inicio del ejercicio, el ATP se divide en ADP + Pi (fosfato inorgánico) para proporcionar energía para la contracción muscular. Este aumento inmediato en las concentraciones de ADP estimula la creatina quinasa para desencadenar la degradación de la PC para resintetizar ATP.

Si el ejercicio continúa, la glucólisis y finalmente el metabolismo aeróbico, comienzan a producir suficiente ATP para abastecer las necesidades energéticas musculares. El aumento de la concentración de ATP, junto con una reducción de la concentración de ADP, inhibe la actividad de la creatinquinasa. La regulación del sistema ATP-CP representa un ejemplo de control vía retroalimentación negativa.

Resumen:

Sistema energético: ATP-PC; enzima limitante: creatina quinasa; estimulación: ADP; inhibición: ATP.

4.- Control del Sistema Anaeróbico Láctico Glucolítico

Si bien son varios los factores que controlan la glucólisis anaeróbica, con gran diferencia la enzima limitante de su velocidad de acción es la fosfofructoquinasa o PFK, ubicada en los inicios de la vía. La PFK es una enzima alostérica que posee varios reguladores adicionales. Alostérica significa “forma diferente,” pudiendo cambiar de conformación. Cuando se comienza el ejercicio, los niveles de ADP + Pi aumentan y mejoran la actividad de PFK, lo que, a su vez, aumenta la velocidad de glucólisis.

Por el contrario, y en reposo, cuando los niveles celulares de ATP se encuentran elevados, la actividad de la PFK tiende a inhibirse y la actividad glucolítica se ralentiza. Además, niveles intracelulares elevados de iones de hidrógeno o citrato (creados en el Ciclo de Krebs) también inhiben la actividad de la PFK. De forma semejante al sistema ATP-CP, la regulación de la PFK requiere un mecanismo de retroalimentación negativa.

Resumen:

Sistema energético: glucolisis; enzima limitante; fosfofructoquinasa; estimulación: AMP, ADP, Pi, pH alto; inhibición: ATP, CP, citrato, pH bajo.

5.- Control del Sistema Aeróbico del Ciclo de Krebs

El Ciclo de Krebs, al igual que la glucólisis anaeróbica, está sujeto a una regulación enzimática. Aunque varias enzimas del Ciclo de Krebs intervienen, la enzima limitante de la velocidad de la vía es la isocitrato deshidrogenasa o IDH. La IDH, a igual que la PFK, es inhibida por el ATP y estimulada por niveles crecientes de ADP+Pi. Además, los niveles elevados de calcio mitocondrial también estimulan la actividad de la IDH. Es esta señal, precisamente, la que activa el metabolismo energético en las células musculares.

Esto sucede porque un aumento del calcio libre (Ca++) en el músculo (posterior a la liberación de acetilcolina en la unión neuromuscular) constituye la señal biológica que inicia la contracción muscular. La unión neuromuscular es una conexión sináptica entre el extremo terminal de un nervio motor y un músculo esquelético, y representa la zona de transmisión de un potencial de acción del nervio al músculo.

Resumen:

Sistema energético: Ciclo de Krebs; enzima limitante: isocitrato deshidrogenasa; estimulación: ADP, Ca++, NAD; inhibición: ATP, NADH.

6.- Control del Sistema Aeróbico de la Cadena Transportadora de Electrones

La cadena de transporte de electrones también está regulada por la cantidad de ATP y ADP+Pi presentes. Cuando comienza el ejercicio, los niveles de ATP disminuyen, los niveles de ADP+Pi aumentan, y se estimula la enzima citocromo oxidasa (complejo IV) para comenzar la producción aeróbica de ATP. Cuando se detiene el ejercicio, los niveles celulares de ATP aumentan y las concentraciones de ADP+Pi disminuyen y, por lo tanto, la actividad de transporte de electrones se reduce cuando se alcanzan niveles normales de ATP, ADP, y Pi.

Resumen:

Sistema energético: cadena transportadora de electrones; enzima limitante: citocromo oxidasa (complejo IV); estimulación: ADP, Pi; inhibición: ATP.

7.- Concepto de Sistema y Subsistema (Metasistema)

Lo que se entiende por un sistema representa ser algo más que la simple suma de la estructura y su mecanismo de control. En realidad es el total de las partes más la manera en que cada una de ellas actúa e interactúa con las demás. La clave del funcionamiento correcto o incorrecto del sistema radica precisamente en la cantidad y calidad de esas interacciones. 

A partir de la segunda mitad del siglo veinte se comenzó a comprender los mecanismos internos inherentes al funcionamiento de sistemas. El problema fundamental que dificulta tal entendimiento consiste en que desde hace varios siglos nuestra forma típicamente analítica, lineal, y separatista de pensar ha sido adaptada para a tratar con diversos conceptos como si de una serie de numeros se tratase.

Pero un sistema no se asemeja en lo más mínimo a uno o varios numeros individuales con nula capacidad para interactuar entre si. Hablar de sistemas es hablar de interacciones integradas entre partes que a menudo difieren en gran medida entre sí, y no de acciones sueltas e independientes.

Sea cual sea el sistema implicado, su funcionamiento siempre constara de una serie de interacciones que funcionan de acuerdo a su propia naturaleza, y más importante aun, lo hará pura y exclusivamente en su propio interés. Esto es así porque la finalidad de cualquier sistema consiste en funcionar de forma eficaz y lograr sobrevivir.

La gran mayoría de los sistemas han sido creados a través de un proceso evolutivo azaroso el cual ha dependido de procesos de auto-ensamblaje y auto-organización, y donde el éxito adaptativo ha estado en función de la eficacia interactiva existente en sus múltiples partes constituyentes.

A su vez un sistema, como puede ser el sistema energetico muscular, puede contener uno o varios subsistemas secundarios que actúan e interactúan como mecanismos de seguridad tipo backup para potenciar la supervivencia del sistema principal. Tal es el caso de los metasistemas que, en nuestro caso corresponde a los sistemas metabolicos energeticos, ATP-CP, la glucolisis, el Ciclo de Krebs, y la cadena transportadora de electrones o fosforilacion oxidativa.

8.- Conclusiones

1.- el metabolismo energético muscular es un sistema bioquimico cuya regulacion y control es realizada mediante una actividad enzimática de alta especificidad basada en un sofisticado mecanismo de feedback negativo; 2.- las enzimas que regulan la velocidad de una determinada vía energética se denominan “enzimas limitantes;” 3.- los niveles celulares de ATP y ADP+Pi regulan la velocidad de las vías energéticas involucradas en la producción de ATP; 4.- altos niveles de ATP inhiben la adicional producción de ATP; 5.- bajos niveles de ATP y altos niveles de ADP+Pi estimulan la producción de ATP; y 6.- existe evidencia científica que el calcio (Ca++) posee capacidad para estimular determinadas funciones en las vías aeróbicas.