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Physiology, Nutrition, Sport
By Aitor Viribay Morales

Oxidación de Acidos Grasos Durante el Ejercicio: ¿Cómo se regula?

01-02-2020
By Aitor Viribay

Ácidos grasos como fuente energética

 

La bioenergética es una de las ramas centrales de la fisiología y el metabolismo del ejercicio. Entender la regulación de los distintos sutratos energéticos y su respuesta ante distintas situaciones (entrenamiento, dieta, fatiga, etc.) es un aspecto que l@s profesionales del entrenamiento y nutrición deportiva no debemos de dejar nunca de lado. En esta web he hablado en repetidas ocasiones sobre el tema, por ello quiero redirigirte a dos entradas que considero especialmente interesante para entender el metabolismo. Ahí van: 

Centrándome en esta entrada, en esta ocasión quiero hablar sobre la regulación de los ácidos grasos durante el ejercicio, sobre todo en el ejercicio aeróbico o de resistencia. En concreto, sobre como se regula su transporte y su oxidación, entendiendo porque sucede.

Sabemos que a una intensidad moderada, dependiendo siempre de la capacidad física y las adaptaciones de l@s deportistas, la oxidación de ácidos grasos llega a un pico máximo que, al incrementar la intensidad, desciende en favor de los hidratos de carbono. En concreto, en deportistas poco entrenad@s este pico de máxima oxidación (conocido como Fat Max) se sitúa en torno al 55-60% del VO2 max, pero, sin embargo, en atletas de resistencia bien entrenad@s éste puede situarse a un porcentaje mucho más elevado, llegando incluso al 70-75% del VO2 max. De una manera o de otra, la máxima oxidación de ácidos grasos se relaciona con el umbral ventilatorio 1, y es dependiente de la intensidad y de la condicion física del individuo. 

Sin embargo, la duración también tiene su efecto en esta "quema" de ácidos grasos, y es que según ésta aumenta, y el gasto de glucógeno se va limitando, la oxidación de ácidos grasos tambíen aumenta. 

El RER o cociente respiratorio es la relación entre el oxígeno y el dióxido de carbono que utilizamos y explusamos, respectivamente, mediante la respiración y se utiliza para estimar la oxidación de los distintos sutratos. Como no pretendo meterme a fondo en analizar este término, siemplemente quiero dejar claro que  números bajos de este RER, en torno a 0,7, se refieren a un uso casi exlcusivo de los ácidos grasos, mientras que según aumenta, la dependencia de glucosa es mayor, llegando a ser casi exclusiva a partir del valor 1. 

Sabiendo todo esto, que no es, ni mucho menos, nada nuevo, queda analizar el porque de todo ello. Para seguir adelante con esta idea, yo me hago las siguientes preguntas: 

  • ¿Por qué a partir de un % de VO2 máx o de intensidad la oxidación de grasa disminuye? ¿Cómo es este mecanismo? 
  • ¿Cuál es el sustrato "clave" en esta regulación
  • ¿Podemos inducir cambios en esta regulación con la dieta, tanto en una baja como elevada intensidad? 
  • ¿Qué favorece el transporte y oxidación de ácidos grasos? 
  • ¿De qué depende la verdadera eficiencia energética? ¿Solo de la elevada capacidad de oxidación de ácidos grasos o de la elevada producción y oxidación de lactato?

Evidentemente, dar respuesta a todas estas preguntas será dificil, por no decir imposible. Pero para acercarte a ellas y empezar a poner los primeros "ladrillos" de sus respuestas, creo que es fundamental conocer "las tripas" de los mecanismos de regulación metabólica de los sustratos. 

Si crees que esto no puede ayudarte a tomar decisiones a nivel superior (nutrición y/o entrenamiento), déjame convencerte de que estás muy equivocad@. Es necesario entender los mecanismos metabólicos y fisiológicos para poder, de una manera crítica y rigurosa, aplicar estrategias nutricionales o de entrenamiento. ¿O es que te conformas con lo que te dictan las guías de nutrición y l@s grandes autores/as en torno a cómo debes de asesorar a tus deportistas? Yo, por si te sirve mi opinión, me apoyo y me guío por ell@s (faltaría más), pero... ni mucho menos me conformo. 

Hablamemos pues, de una manera más específica e interna, del metabolismos de los ácidos grasos. 

Transporte de ácidos grasos al músculo

 

Igual que la glucosa, los ácidos grasos se encuentran de distinta manera repartidos por el cuerpo humano. Los circulantes en sangre, se transportan mediante proteínas como la albúmina o mediante distintas lipoproteínas (HDL, LDLD, VLDL) y tienen distintos orígenes y destinos. La lipólisis del tejido adiposo, que es regulada mayoritariamente por mecanismos hormonales, es una importante fuente de ácidos grasos. Así mismo, los triglicéridos derivados del hígado, que se transportan unidos a lipoproteínas de muy baja densidad (VLDL) también tienen una importancia superlativa a nivel energético.

 

Pero más allá de éstos, los ácidos grasos se almacenan también de distintas formas en el organismo, bien en los adipocitos (distintos tejidos del cuerpo humano) o en forma de triglicéridos dentro de, por ejemplo, el músculo. Éstos últimos son especialmente interesantes e importantes en el deporte, ya que son una fuente de energía biodisponible y cercana a las mitocondrias. De hecho, l@s atletas de resistencia adaptad@s muestran hasta un 100% más de triglicéridos intramusculares (TGIM), debido a que su uso es vital durante el ejercicio. En este sentido, se ha documentado como estos "depósitos intramusculares" descienden hasta un 30% con el ejercicio de larga duración. La lipólisis de los TGIM, mediada por la lipasa sensible a hormonas (LSH), es también un proceso fundamental en la obtención de AG dentro de la célula y, por ello, es una de las adaptaciones buscadas también en l@s atletas de resistencia. Sin embargo, recientes estudios demuestran que más allá de la LSH, la lipasa adiposa de triglicéridos (ATLG, en inglés) parece ser sensible a la contracción muscular y jugar un papel clave en esta "rotura de los TGIM. 

 

Pues bien, sea cual sea el origen de los ácidos grasos en el cuerpo, para que su oxidación sea posible han de ser transportados al interior de la célula (si vienen de fuera) y de la mitocondria. Para ello, existen una multitud de mecanismos que se regulan de distintas formas y que suponen el primer paso limitante para permitir la oxidación de éstos. Si entendemos porque se limita el transporte, estaremos más cerca que entender porque se limita la oxidación. 

 

Sin que pueda resultar pesado y aburrido, voy a intentar explicarte cómo funciona el transporte de ácidos grasos a la célula y mitocondria. Para ello, te pido que no pierdas de vista la infografía de esta entrada. 

 

El primer paso es entrar en la célula muscular (es lo que nos interesa en este contexto). Para ello, hay que entender que con el ejercicio aumenta el flujo sanguíneo al músculo, algo que es clave para poder surtir de oxígeno, energía y metabolitos al mismo. Con este incremento del flujo, aumentan también los ácidos grasos que llegan a la célula muscular y, por ende, los que ésta "coge". Hasta el 75% de los ácidos grasos de la sangre entran en el músculo durante el ejercicio.

 

En este transporte, existen distintos mecanismos: transporte mediante difusión de los ácidos grasos a través de las membranas y transporte facilitado mediante proteínas. Dentro de éste último, existen distintas proteínas como la CD36 y su "ayudante" la FABP, que conforman el complejo CD36, y la FATP. Para que el ácido graso entre en la célula es necesario que se convierta en AG Acil-CoA y esto sucede gracias a una enzima: la Acil-CoA sintetasa (ACSs), que se encuentra en distintas isoformas en el organismo. Por su parte, el complejo FATP lleva ya integrada la función de esta enzima.

 

La regulación de la CD36 es parecida a la del GLUT4 para la glucosa (puedes leer aquí la entrada), ya que se encuentra almacenada en distintas vesículas en el sarcolema muscular. Su salida se regula mediante distintos mecanismos como el ejercicio físico y la contracción muscular, así como distintos mecanismos moleculares relacionados como el AMPK, la p38MAPK o el ERK. Por su parte, la FATP y FABPm también se regula mediante la contracción muscular. 

 

Es decir, ante el aumento de las señales de contracción del músculo, inducido por el ejercicio, los mecanismos de absorción aumentan y permiten, junto a las condiciones externas de la célula (mayor disponibilidad de AG), que aumente el transporte de ácidos grasos a la célula. 

 

Una vez dentro de la célula, la entrada a la mitocondria no deja de ser complicada, ya que los AG deben de convertirse primero en AG Acil-carnitina y despues volver a AG Acil-CoA. Ésto sucede gracias a la Carnitina Palmitoil Transferrasa 1 (CPT1) que necesita de la carnitina para cederla a los AG y que ese transporte sobre la membrana exterior mitocondrial sea eficaz. Para superar la membrana mitocondrial interna, es necesaria la lanzadera carnitina-acil carnitina translocasa (CACT) y la CPT2, que vuelva a dar AG Acil-CoA. La cantidad de carnitina es, por lo tanto, una de las claves del transporte intracelular a la mitocondria. Este transporte se regula mediante factores internos y externos, entre los más importantes, la disponibilidad de AG Acil-CoA, de carnitina y de la capacidad de transporte CPT1, que en deportistas entrenad@s parece ser mayor. En este sentido, distintos mecanismos moleculares relacionados con el Train Low y la dieta alta en grasas parecen estimular la expresión genética de estas proteínas. 

 

Llegados a este punto, ya tenemos a los AG dentro de la mitocondria y dispuestos a ser oxidados. Vamos a ver cómo sucede esto.

 

Oxidación de ácidos grasos

 

La oxidación de AG durante el ejercicio no depende solo de la intensidad y duración, sino también de la disponibilidad de los mismos, de la capacidad para oxidarlos (del individuo) y la de regulación por parte de la vía glucolítica, más allá de la regulación a nivel hormonal que se lleva a cabo durante el ejercicio. Lo que está claro es que los ácidos grasos son una buenísima fuente de energía para la célula y en el deporte de resistencia representan un porcentaje muy elevado de la energía que consume un/una atleta, sobre todo cuando hablamos de intensidades moderadas. De hecho, uno de los objetivos de cualquier deportista de resistencia es obtener buenos valores de eficiencia energética y eso pasa, tal y como entendemos actualmente el metabolismo, por ser capaz de oxidar grasa a una elevada intensidad.

 

En cuanto a la oxidación de los AG, si bien sabemos que depende de su transporte, parece ser que su utilización no es tan limitada. De hecho, durante un ejercicio submaximal, entre el 72-100% de los AG que entran en la célula son oxidados directamente, igual que sucede con la glucosa. En este sentido, el ambiente hormonal, metabólico y molecular que hay en durante el ejercicio es catabólico por lo que casi cualquier sustrato será oxidado, siempre en función de la preferencia del momento. 

 

En lo que respecta exclusivamente a la oxidación de los AG, sabemos que son descompuestos en un proceso catabólico llamado Beta Oxidación, que se regula mediante retroalimentación negativa, entre otras formas. Por ello, ante mas AG Acil-CoA, el flujo de la Beta Oxidación estará aumentado y ante más Acetil-CoA, disminuirá. A este nivel, son unos cuantos los estudios que analizan las posibles adaptaciones de l@s deportistas de resistencia en cuanto a la capacidad de oxidar ácidos grasos, y una de las vías parece ser la capacidad enzimática de la Beta Oxidación. 

 

El producto final de este proceso sera el Acetil-CoA, que también se obtiene de la ruta glucolítica a través del Piruvato y Lactato, mediante la PDH, y que entrará finalmente en la cadena de transporte de electrones para obtener ATP.

 

Si bien ya has podido hacerte una idea de como son estos procesos de transporte y oxidación de los AG, lo interesante es saber cómo se regulan. ¿Sigues conmigo?

 

¿Cómo se regula la oxidación de AG? 

 

El cuerpo humano, y en concreto el metabolismo trabaja de una forma en la que todo está relacionado con todo. Por ello, cuando unas vías se aumentan, las otras disminuyen su actividad, y viceversa. En este sentido, la fina línea entre la oxidación de AG y la de glucosa, parece regularse de forma tan sincronizada que resulta casi imposible detallar cómo sucede. Sin embargo, conocemos distintos mecanismos de retroalimentación que parecen ser claves en dicha regulación.

 

En este sentido, estoy hablando siempre desde la perspectiva interna de la célula, ya que sabemos que mecanismos hormonales tienen distinto efecto en las rutas metabólicas. Más allá de eso, lo que está clarísimo es que la regulación de la oxidación de sustratos no depende de un único mecanismo, sino de la sincronización de múltiples eventos. 

 

En primero lugar, de forma general, podemos decir que la glucólisis y, en concreto el flujo glucolítico regula mediante distintos mecanismos el transporte y oxidación de los ácidos grasos.

 

El Lactato (así lo detallé en esta entrada de blog) y el piruvato influyen de forma directa en la oxidación de ácidos grasos, así como en la lipólisis. Cuando hay mucha producción de Lactato, debido a la elevada intensidad del ejercicio, la enzima LDH mitocondrial tranforma éste a piruvato que será transformado por la PDH en Acetil-CoA y entrará en el ciclo de los TCA. En este proceso, se genera Manolil-CoA, que aunque hay cierta controversia, parece regular el eje AMPK-ACC y, por lo tanto el transporte (inhibición CPT1) y oxidación de AG a la célula y mitocondria. Así mismo, el Lactato se ha propuesto como regulador de lipólisis no solo en las células adiposas, tal y como expliqué en el blog sobre el Lactato, sino también en los TGIM. 

 

Aquí entra en juego, especialmente, la piruvato deshidrogenasa (PDH), ya que su regulación depende de la cantidad de Piruvato y Lactato, positivamente, y Acetil-CoA, negativamente. Si hay mucho Acetil-CoA, se inhibe. Por ello, la enzima carnitina-acilcarnitina translocasa "tampona" el Acetil-CoA obtenido utilizando la carnitina libre y dando Acetil-Carnitina, que como efecto secundario disminuirá la oxidación de ácidos grasos. De esta manera, se evita que la PDH no pare ante el elevado glujo glucolítico, pero se compromete la oxidación de los AG.

 

En todo este proceso, el "secuestro" de la carnitina, influye en la regulación del transporte de AG, limitando el funcionamiento de la CPT1 y, por lo tanto, también de la CD36, limitando la entrada de AG. 

 

En intensidades moderadas y bajas, sin embargo, cuando el flujo glucolítico es menor, la carnitina se encuentra de manera libre en mayor cantidad y permite el transporte de ácidos grasos, aumentando el flujo de AG en la mitocondria y estimulando tanto le Beta Oxidación como el flujo de Acetil-CoA al ciclo TCA.

 

Conclusiones

 

En resumen, la intensidad del ejercicio regula mediante distintos mecanismos el transporte y oxidación de los ácidos grasos. Los principale factores, en este sentido, son la glucólisis y el flujo glucolítico, y en concreto la producción de Lactato y Piruvato, así como el "secuestro de la carnitina". Éstos están directamente relacionados con la intensidad del ejercicio.

 

Entender estos mecanismos es clave a la hora de comprender que alimentos se deben de ingerir en cada momento del ejercicio. Ante esta situación, cabe preguntarse que papel pueden tener los ácidos grasos durante el ejercicio, sin son ingeridos dietéticamente, o si su presencia genera adaptaciones a nivel enzimático en la  Beta Oxidación cuando hablamos de ejercitarse o entrenarse a baja-moderada intensidad. Así mismo, en la hipótesis opuesta, cabe preguntarse de que manera una elevada disponibilidad de glucosa permite una mayor producción de Lactato y Piruvato y si, inhibiendo la oxidación de ácidos grasos, la eficiencia energética puede ser mayor. 

 

Por último, para que entiendas la aplicabilidad de esta entrada: Si bien no soy nadie para dar consejos, déjame que te sugiera que me tengas en cuenta cuando digo que... "A lo mejor ahora no te das cuenta de ello, pero confía en mí cuando te digo que si entiendes como funciona el cuerpo, sabrás lo que necesita en cada momento."

Siendo consciente de la "pesadez" de la entrada, espero que su lectura te haya ayudado a entender los mecanismos de regulación de la oxidación de sustratos, pero más allá de eso, que te haya servido para tener una idea más holística de como funciona la bioenergética y el metabolismo durante el ejercicio físico. Si así ha sido, te animo a que comentes al final de esta publicación. 

¡Nos vemos en la siguiente, muchísimas gracias (enserio) por leerme!

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Referencias: 

  • Ludsgaard AM, Fritzen AM, Kiens B. Molecular Regulation of Fatty Acid Oxidation in Skeletal Muscle during Aerobic Exercise. Trends Endocrinol Metab. 2018; 29(1): 18-30.
  • Brooks GA. The Science and Trasnslation of Lactate Shuttle Theory. Cell Metab. 2018; 27(4): 757.785.

Artículos relacionados: 

Versión en Castellano:

Regulación de la Oxidación de los Acidos Grasos Durante el Ejercicio

English version: 

Regulation of Fatty Acid Oxidation During Exercise

Autor :Aitor Viribay

Comentarios (5 comentarios)

Muchas gracias Aitor. Espectacular la exposición, aunque he necesitado tres lecturas para hacerme a la idea de lo que intentas transmitir.

Jesús

Muchas gracias Jesus. Me alegro de que te haya servido. Un saludo.

Aitor Viribay - Glut4Science.

Buenas Aitor! Como deportista amateur, fisioterapeuta y estudiante de FP de Dietética y Nutrición aprecio disponer de publicaciones como las tuyas. Un gustazo leerte compañero.

Marcos Naya

Muchas gracias Marcos por tu comentario. Un placer llegar a gente como tú. Un saludo.

Aitor Viribay - Glut4Science.

muy bueno esta entrada. realmente aprendes cómo funciona nuestro cuerpo en el ejercicio

Hilvar malaver

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