MECANISMOS IMPLICADOS EN LA FATIGA AGUDA
Gómez-Campos, R.1; Cossio-Bolaños, M.A.2; Brousett Minaya, M.3 y Hochmuller – Fogaca, R.T.4
1Escuela Internacional de Educación Fisica y Deportes – Cuba. Universidad Nacional de San Agustín Arequipa – Perú rossanagomez_c@hotmail.com
2Coordinador de la Escuela de Directores Técnicos de Fútbol. Instituto del Deporte Universitario. Universidad Nacional de San Agustín. Arequipa-Perú. mcossio@udec.cl
3Graduada en Química, Universidad Nacional de San Agustín Arequipa. Universidad Peruana Unión, Lima-Perú. mabromi_1977@hotmail.com
4Jefe del Laboratorio de Fisiología de contracción muscular, UFPR, Curitiba, Brasil fogaca@ufpr.br
Código UNESCO 2411.06 Fisiología del ejercicio
Clasificación del Consejo de Europa: 6. Fisiología del ejercicio.
Recibido 2 de junio de 2009
Aceptado de agosto de 2009
Gómez-Campos, R.; Cossio-Bolaños, M.A.; Brousett Minaya, M. y Hochmuller-Fogaca, R.T. (2010). Mecanismos implicados en la fatiga aguda.Revista Internacional de Medicina y Ciencias de la Actividad Física y el Deporte vol. 10 (40) pp. 537-555.
RESUMEN
La fatiga muscular aguda, puede ser definida como la incapacidad para seguir generando un nivel de fuerza o una intensidad de ejercicio determinada, siendo una situación que se vive, se siente y que atletas o no experimentan; pero debido a su carácter multifactorial, aún los mecanismos de su formación permanecen imprecisos. Se considera la existencia de factores que afectan a nivel muscular, generando la fatiga neuromuscular, y factores que afectan al cerebro, generando la fatiga central. Por lo que el objetivo del presente estudio fue una revisión de literatura, sobre los mecanismos implicados en fatiga aguda, con el propósito de mostrar las diversas vías relacionadas con el proceso de fatiga y dirigir los caminos para su identificación.
PALABRAS CLAVE: Fatiga muscular, mecanismo, músculo.
ABSTRACT
The muscular overtiredness can be defined as the incapacity to raise a level of the muscular strength or a determined intensity of exercise in a situation where athletes experiment efforts. According to the multifactor design of the overtiredness, the mechanisms involved in such a weakened state still remain unclear. With regard to a functional standpoint, this research is dedicated to consider both the central tiredness (nervous system) and the peripheral tiredness (neuromuscular system). The purpose of this study was to review the literature dedicated to the mechanisms involved in the explanation of the overtiredness with regard to various variables needed to be considered.
KEY WORDS: Muscular fatigue, mechanism, muscle.
1. ASPECTOS CONCEPTUALES
La fatiga muscular, es uno de los principales temas investigados dentro del área de fisiología del ejercicio, siendo bien conocida pero no bien definida y entendida (Silva, Goncalves, 2003), por lo que el interés por su estudio ha aumentado. Por mucho tiempo fue descrita como una reacción del músculo al ácido láctico, formulándose la hipótesis de que una cantidad fija de lactato resultarìa en una reducción fija de la tensión (Hill y Kupalov, 1929). Asímismo, Kugelberg & Edstrom (1968), demostraron que las fibras pueden ser altamente fatigables o presentar moderada resistencia a la fatiga, por causa de la depleción de glucògeno en las unidades motoras. De ese modo, son muchos los conceptos dados para definir a la fatiga muscular; fenómeno reversible (Allen, Lamb, Westerblad, 2008), considerado como un conjunto de manifestaciones sintomáticas producidas por trabajo o por un ejercicio prolongado (Rossi, Tirapegui, 1999), o una deficiencia en sustentar un nivel particular de desempeño durante un ejercicio físico (Davis, Bailey, 1997), sea de resistencia o en estados de sobreentrenamiento (Davis, 1995; Jakeman, 1998; Lehmann, et.al 1993; Parry-Billing, et.al 1990, Willians, 1985). Generalmente, también esta asociada a la incapacidad del músculo esquelético de generar elevados niveles de fuerza muscular (Enoka, Stuart, 1992; Green, 1997; Green, 1995) y potencia (Edwards, 1981), a la incapacidad de mantener una determinada intensidad de ejercicio en el tiempo, a la disminución de la velocidad de contracción y al aumento del tiempo de relajaciòn muscular (Allen, Lamergren, Westerblad 1995; Bangsbo, 1997; Davis Bailey, 1997; Mc Kenna, 1992; Newsholme, Blomstron, Ekblom, 1992; Pagala, et.al 1994; Sahlim, 1992, a,b), generando de esa forma una disminución en el rendimiento (Mannion, Dolam, 1996), por lo que, para los entendidos en el área de desempeño físico, resulta un importante indicador de uno de los factores de riesgo para la ocurrencia de lesiones por sobrecarga (Ascensao, et.al 2003), mostrándose como un antecedente de algún tipo de injuria relacionada al deporte (Duarte, Dias, Melo 2008).
1. ETIOLOGÌA DE LA FATIGA
Los mecanismos etiológicos responsables de la fatiga, han recibido importante atención de varios fisiologistas y bioquímicos por más de un siglo (Fitts, 1994), existiendo una gran cantidad de estudios en la búsqueda cada vez más pormenorizada de su etiología, en la perspectiva de la mejora del desempeño en el deporte de alto rendimiento (Allen, Langergrem, Westerblod, 1995; Bangsbo 1997; McKenna, 1992; Nicol, Koni, Marconnet, 1991; Noakes, 2000; Sahlim, 1992 a,b), así como los trabajos realizados en el ámbito de la recuperación funcional de los sujetos con patologías o lesiones en determinadas estructuras del sistema nervioso (Castro, et.al 2000; Lindeman, et.al 1999; Svantesson, et.al 1999) y las investigaciones en sujetos con patologías neuromusculares (Drost, et.al 2001, Kent-Braun, Miller 2000; Pagala, et.al 1993; Sunnerhagen, et.al 2000), le confieren ser considerada uno de los temas más estudiados en fisiología del ejercicio.
Se han sugerido algunas causas que dan origen a la fatiga muscular, como las alteraciones del pH, de la temperatura y del flujo sanguíneo, la acumulación de productos del metabolismo celular (especialmente de los que resultan de la hidrólisis del ATP, como el ADP, AMP, IMP, Pi y amonio), la pérdida de la homeostásis del ión Ca2+, el papel de la cinética de algunos iones en los medios intra y extracelular (como el K+, Na+, Cl– Mg2+), la lesión muscular (inducida por el ejercicio) y el stress oxidativo (Ascensao, et.al, 2003), como se muestran en la figura 1. Sin embargo, a pesar de la gran cantidad de estudios, los mecanismos asociados a su etiología se encuentran aún por determinar (Green, 1995; Mc Lester, 1997), consecuentemente una de las principales dificultades al investigar la fatiga se debe a la naturaleza multifactorial y complejidad de la misma (McArdle, Katch y Katch, 1998; Kirkendall, 2000), de donde se deriva una división funcional de la misma, tal como se muestra en la figura 2, en fatiga central y fatiga periférica (Duarte, Dias, Melo, 2008), que lleva en cuenta factores metabólicos interactivos que afectan a los músculos (fatiga periférica) y al cerebro (fatiga central) durante la realización del trabajo físico intenso en atletas y otros individuos (Lehmann, Foster & Keul, 1993).
Figura 1. Causas sugeridas de fatiga. Elaborado por el autor.
Figura 2 Clasificación de la fatiga. Elaborado por los autores.
2. FATIGA PERIFÉRICA O NEUROMUSCULAR
Cuando el músculo recibe un estímulo en forma de potencial de acción, el retículo sarcoplasmático (RS) libera Ca+, el cual se liga a la troponina y forma el complejo tropomiosina, exponiendo a su vez la actina, el sitio de ligación para la cabeza de la miosina (Duarte, Dias, Melo, 2008), asì la cabeza de miosina desligada de la actina, en presencia de ATP, utiliza la energía de la hidrólisis del ATP para moverse, ligándose enseguida a la actina, empujando el filamento fino a lo largo del filamento grueso, haciendo que el sarcómero se acorte y se produzca el proceso de contracción muscular (Scott, et.al, 2001).
La incapacidad de mantener ese potencial de acción (que depende de la capacidad de recapturar los iones de potasio K+, para dentro de la célula y expeler los iones sodio Na+, con el fin de repolarizar la membrana sarcoplasmática y permitir la entrada de un nuevo impulso eléctrico, Green,1997), constituye un importante factor desencadenador de la fatiga; de ese modo, se considera que la Fatiga Periférica, resulta de las alteraciones de la homeostasis en el músculo esquelético (Ascensao, et.al 2003), debido a una falla o limitación de uno o más procesos en la unidad motora (nervios periféricos, ligaciones neuromuscular o fibras musculare) (Edwards, 1981). Así, como consecuencia de la disminución del pH cistólico, se produce un aumento de la capacidad del RS para retener el Ca+, reduciendo la estimulación del proceso contráctil (Nakamura, Schwartz, 1972). En ese sentido, varios estudios (Allen, et.al 1992; Appell, Soares & Duarte 1992, Gandevia, 1992; Mc Kenna, 1992; Mc Lester, Junior 1997; Sahlim 1992), le dan un sustento científico a la fatiga muscular, enfocado en los factores que resultan de la disfunción del proceso de contracción, como impedimentos en la transmisión neuromuscular en el RS; así también, otro estudio (Willians, 1998), realizado en modelos animales, corrobora que el desarrollo de la fatiga esta asociado a alteraciones funcionales del RS y a las propiedades del aparato contráctil, relacionadas a los puentes cruzados del ciclo cinético con el aumento de Ca+; asimismo Allen, Lannergren, Westerblad (1995), demostraron en un estudio, en fibras musculares intactas aisladas, que durante la fatiga se da una disminución del Ca2+ con consecuente disminución de la fuerza.
La fatiga muscular, depende del tipo, duración e intensidad del ejercicio, del tipo de fibra muscular reclutada, del nivel de entrenamiento del sujeto y de las condiciones ambientales de realización del ejercicio (Davis, Fitts, 2001; Enoka, Stuart, 1992; Fitts, Metzger, 1988; Robert, Smith, 1989. En ese sentido, cabe considerar que en el músculo esquelético, la glucosa es el almacén de glucógeno, y este es la fuente de mayor almacenamiento de energía durante varias formas de actividad muscular (Allen, Lamb, Westerblad, 2008), por lo que, durante la realización de ejercicios físicos se producen alteraciones metabólicas de suma importancia (Coyle, et.al 1983; Katz, et.al 1991), que envuelven la deficiencia de energía para el trabajo muscular, conocida también como “Hipótesis de la depleción de glucógeno” (Snyder, 1988), donde de acuerdo con la duración e intensidad del ejercicio hay una activación de los sistemas energéticos y metabólicos específicos (Lancha Junior, 1996) generando la disminución en la disponibilidad de substratos energéticos al músculo esquelético activo durante el ejercicio (Ascensao, et.al 2003). Esta hipótesis que fue justificada por Davis, Fitts (2001), Fitts, Metzger (1998), Sahlim (1992, 1996, 1998), indicando que, durante la realización de ejercicios de alta intensidad, donde hay una producción elevada de energía obtenida a través de la vía glucolítica anaeróbica, se genera una disminución del glucógeno muscular, con la consiguiente producción de lactato y la intervención del sistema de regeneración del ATP, Creatinfosfato. En el caso de la ejecución de ejercicios prolongados de baja intensidad, donde existe una baja producción de energía, el ATP se obtiene de la degradación oxidativa de substratos metabólicos como el glucógeno muscular, la glucosa sérica, los ácidos grasos libres oriundos de los músculos o del tejido adiposo (Duarte, Dias, Melo, 2008), siendo característica de la fibra muscular, el consumo de ATP, y producción de ADP y Pi, mucho más rápido de lo que se regenera (Allen, Lamb, Westerblad, 2008).
La importancia del glucógeno muscular en ejercicios de resistencia, ha sido reconocida desde la década de los 60 (Hermansan, et.al, 1967; Bergstrom, et.al, 1967), como es demostrado en los estudios de Pernow y Saltim (1971), donde concluyen que durante la ejecución de ejercicios de larga duración se producen cambios en la utilización de substratos por el músculo, los cuales pueden ocasionar efectos secundarios en la manutención de los niveles plasmáticos de substratos y hormonios a nivel del metabolismo intracelular del glucógeno en el músculo, pero aún la posible relación entre la depleción de ese substrato y la fatiga permanece imprecisa (Duarte, Dias, Melo, 2008), no pudiendo despreciar su participación en el proceso de fatiga, la que puede ocurrir por vía indirecta, pues la disminución del glucógeno muscular puede comprometer el acoplamiento, excitación-contracción (Chin y Allen, 1997; Stephenson, et.al 1999).
Por otro lado, durante el ejercicio moderado, el músculo esquelético activo se torna la principal fuente de amonio (Lowesntein, Goodman, 1978), que es producido por las reacciones celulares durante el ejercicio asociado tanto a la fatiga central como la periférica (Banister & Cameron, 1990; Banister, Rajendra & Mutch, 1985; Guezennec, et.al 1998). Durante el ejercicio prolongado la concentración plasmática de amonio puede elevarse significativamente, lo que depende de la intensidad y duración del ejercicio (Eriksson.et.al, 1985; Lo y Dudley 1987; Ament, et.al, 1997; Snow, et.al, 2000), y aunque parte de la cantidad de amonio permanece en el musculo esquelético la mayor parte es liberada a la circulación sanguínea, que al ser capaz de atravesar la barrera hematoencefálica (Bachmann, 2002), puede acumularse en altos niveles en los espacios intra y extracelulares del SNC y ocasionar importantes efectos a nivel de los neurotransmisores en el metabolismo cerebral y en la circulación (Banister y Cameron, 1990), cuyos disturbios pueden contribuir negativamente en la funciones del cuerpo durante el ejercicio (Butterworth, et.al 1988; Davis y Bailey 1997), provocando perturbaciones cerebrales que pueden influir en el desarrollo de la fatiga central. Sin embargo, una reducción en los niveles plasmáticos de amonio durante el ejercicio, puede aumentar la capacidad individual para soportar la intensidad del ejercicio exhaustivo (Yvan et.al 2002; Nybo, et.al 2005).
Otro factor habitualmente discutido, como posible causa de la fatiga, es el acumulo de lactato o acidosis metabólica, inducida por el ejercicio de alta intensidad y de corta duración (Wagenmakers, Coacley, Edwards, 1990), donde se obtiene energía de modo predominantemente anaeróbico, y el aumento de la concentración de iones H+, ocasiona la disminución del pH (producto de la disociación del ácido láctico), factor que está asociado a la inhibición de la enzima PKF (fosfofrutoquinasa) y reducción en la Glucólisis (Rossi, Tirapegui, 1999) pudiendo desencadenar la acidez dentro de la célula y ser letal para la misma o contribuir con el proceso de fatiga precoz (Sahlin, 1992), así como lo muestra el estudio realizado por Sahlin, Palmskog, Hultman (1978), en un sprint experimental, donde el pH intramuscular puede disminuir de su valor de reposo (7,0) hasta 6,4 una vez que el pH sanguíneo varía de 7,4 a 6,8-6,9 respectivamente. Sin embargo, el músculo puede realizar contracciones a alta potencia con elevadas concentraciones de lactato, desde que el pH se mantenga próximo a 7,0 (Santos, Dezan, Sarraf, 2003); pero si fuera inferior a 7,0 (donde hay acumulo de H+) se verificará una disminución de la potencia muscular; por lo que existen varios estudios (Balog, Fitts, 2001; Chin, Allen, 1998; Dutka, Lamb, 2000; Favero, et.al, 1997; Posterino, Fryer, 2000; Stienen, Papp, Zaremba, 1999; Thompson, Fitts, 1992), que determinan la influencia del aumento de la concentración del H+ en el proceso de contracción muscular y consecuente desarrollo de la fuerza. Con todo, aún la literatura muestra controversias en cuanto a la existencia de una relación directa entre la disminución del pH intracelular y la disminución de la fuerza muscular, así como la influencia de los iones lactato e H+ en la fatiga muscular (Roberts, Smith, 1989).
Cabe resaltar, que Bangsbo, et.al (1996), refiere que la disminución del pH, no se presenta como la única causa de la fatiga en ejercicios de intensidad elevada y de corta duración, atribuyendo que el acumulo de K+ intersticial también tienen un papel importante en el desarrollo de la fatiga, como fue corroborado en los estudios de Cooke, Pate (1990), Degror, et.al (1991), McLester, (1997), Thompson, Fitts (1994), que concluyen que la presencia de la fatiga se debe en mayor medida, a la concentración de H2PO4 (forma protonada del Pi) que del pH, siendo sugerido por Fitts, Metzger (1988), que la influencia del H+ en la disminución de la fuerza, se puede deber al consecuente aumento de las concentraciones del H2PO4.
Figura 3. Factores relacionados a la Fatiga. Adaptado de Rossi Tirapegui (1999)
3. FATIGA CENTRAL
La fatiga central es probablemente la que presenta mayores controversias entre los investigadores (Gandevia, Allen, Mckenzie, 1994), al referirse a las alteraciones en el funcionamiento cerebral (Davis, Bailey, 1997), traducidas en una falla voluntaria o involuntaria en la conducción del impulso (Stackhouse, et.al 2000; Sunnerhagen, et.al 2000), que pueden ocurrir en uno o más niveles de las estructuras nerviosas que intervienen en la actividad física, lo cual puede provocar una alteración en la transmisión desde el SNC o en el reclutamiento de los axones motores (Santos, Dezan, Sarraf, 2003).
El papel del SNC en el origen de la fatiga, investigado a nivel muscular por Allen, Lannergren, Westerblad (1995), Stackhouse, et.al (2000), determinan que la fuerza máxima que el sujeto consigue generar voluntariamente, es comparada con la fuerza producida supramaximalmente por electroestimulación exógena del nervio motor o del propio músculo (Allen, Lannergren, Westerblad, 1995; Davis, Fitts, 2001), concluyéndose inicialmente que la disminución de la actividad nerviosa, y por ende del Sistema Nervioso (SN), no representaba un factor relevante en la instalación de la fatiga muscular (Ascensao, et.al, 2003), sin embargo, estudios recientes justifican la importancia de los mecanismos centrales en la manutención de un determinado nivel de fuerza (Davis, Bailey, 1997; Davis, Fitts, 2001; Gandevia, 1992).
Por bastante tiempo, el papel de las proteínas y aminoácidos en la actividad física, no fue considerado relevante, asimismo, aún en los últimos 30 años, los estudios se concentraban en el efecto del ejercicio sobre el metabolismo de carbohidratos y grasas, siendo las proteínas ampliamente ignoradas (Lemon, 1997); por lo que a partir de los años 70 y 80, es que el interés por conocer los efectos del ejercicio sobre el metabolismo de proteínas y aminoácidos ha aumentado considerablemente, así como lo muestran varios estudios (Applegate & Grivetti, 1997; Banister & Cameron, 1990; Dohm, Beecher, Warren & Willians, 1981; Lancha Junior, 1996; Marquesi & Lancha Junior, 1997; Wu, 1998), afirmando que los aminoácidos contribuyen significativamente durante el ejercicio prolongado e consecuentemente sobre el rendimiento humano.
Asimismo, siendo los aminoácidos, precursores de algunos neurotransmisores (Chaouloff, 1989; Dishman, 1997), cabe destacar, que uno de los probables mecanismos asociados a la fatiga central, esta relacionado a la alteraciones en la síntesis y en la actividad de algunos neurotransmisores (Silva, Oliveira, Silva, 2006), hecho de donde deriva la llamada “Hipótesis de la Fatiga Central”. Asimismo, las aminas biogénicas, son compuestos que poseen como grupos funcionales las aminas, formadas en su mayoría a partir de la descarboxilación de los aminoácidos aromáticos (fenilalanina, tirosina e triptófano) histidina y sus derivados (Lenhinger, 1989), que se encargan de regular el metabolismo de los mamíferos (Rossi, Tirapegui, 1999). Así, la serotonina (5-hidroxitriptamina: 5-HT) derivada del triptófano, la histamina deriva de la histidina y las catecolaminas – dopamina, norepinefrina y epinefrina derivan de la tirosina. En consecuencia, producto del ejercicio físico intenso y prolongado, estas aminas o neurotransmisores influyen en el desarrollo de la fatiga, aunque aún poco se sabe respecto a los mecanismos que envuelven este proceso de fatiga (Bailey Davis & Ahlborn, 1992; Davis & Bailey, 1997).
De igual manera, ha sido observado un aumento en las concentraciones de triptófano libre, consecuentemente de la serotonina, en ejercicios de larga duración (Silva, Oliveira, Silva, 2006), donde existe una mayor estimulación de la lipólisis y por ende aumento en la concentración plasmática de ácidos grasos, que se unen a la albúmina y contribuyen para el aumento de las concentraciones de Triptófano libre (TRF libre); bajo esta forma es transportado a través de la barrera hematoencefalica (Blomstrand, 2001, Knaflitz, Bonato, 1999; Newsholme, Blomstrand, Ekblom, 1992); por lo que, se relaciona con el sistema de fatiga muscular, debido a la posible alteración que pueda ocasionar en la percepción del esfuerzo muscular (Newsholme, Acworth, 1987), por su función en la regulación del ciclo circadiano (Terrados, Fernandez, 1997), indisposición, somnolencia, falta de atención (Davis & Bailey, 1997), el humor (Lieberman, et.al 1985) y supresión del apetito (Blundell, 1992; Lyons & Truswell, 1988; Wellman, 1992; Weltzin, et.al 1994), por todo lo anterior, es que la serotonina es uno de los neurotransmisores más estudiados (Chauoloff, 1989; Chauoloff, et.al 1985; Chauoloff, Laude & Elghozi, 1989; Newsholme &, Blomstrand , 1996).
Por otro lado, la dopamina (DA), fue el primer neurotransmisor en ser estudiado en la fatiga central (Rossi, Tirapegui, 1999), asociándolo a aspectos como la locomoción, emoción y aprendizaje (Barenoud, 2000), existiendo varios estudios como el realizado en pacientes con Parkinson, donde se verificó una mejoría en el control motor después del tratamiento con l-dopa (precursor de la DA) (Berne, Levy, 2000); así también, en el ambiente deportivo las investigaciones de Bhagat & Wheeler (1973), Clarkson & Thompson (1997), Wellman (1992), en que unos atletas, al ingerir drogas (anfetamina), sufrieron un aumento en la función dopaminérgica del cerebro, conllevó a aumentar su desempeño, siendo uno de los mecanismos posibles de la DA, que explican su asociación a la habilidad de está, para inhibir parte de la síntesis y metabolismo de la 5HT retardando el tiempo para la fatiga central (Kirkendall, 2000). De igual manera fueron observadas, las consecuencias de la administración de algunos aminoácidos de cadena ramificada (AACR) (leucina, isoleucina y valina), en cuanto ser inhibidores del aumento de la síntesis cerebral de serotonina (Blomstrand, 2001; Davis, 1995; Kreider, Miriel, Bertun, 1993; Newsholme, Blomstrand, Ekblom, 1992; Varnier, et.al1994)
Finalmente, otro neurotransmisor relacionado con la fatiga central es la acetilcolina (Santos, Dezon, Sarraf, 2003), donde la tasa de síntesis de acetilcolina es determinada por la disponibilidad de su precursor, la colina (Ascensao, et.al, 2003), pudiendo contribuir en el metabolismo de la fatiga central (Kirkendall, 2000) y aunque no sea definitiva su asociación a la fatiga central o periférica, la restricción en el consumo de colina puede disminuir la velocidad de transmisión de los impulsos en el músculo esquelético (Xia, 2000).
4. CONSIDERACIONES FINALES
Queda evidente, la existencia de una gran fuerza científica dirigida al estudio de los mecanismos de la fatiga central y periférica, que intentan relacionar la causa, o probablemente las causas, de la fatiga del músculo esquelético, entendiéndola no sólo como un factor o una regulación, sino también como una suma de factores y circunstancias; y aún entre los investigadores, es unánime la idea de que en esa área, hay que tener mucho cuidado al reunir las informaciones sobre un determinado aspecto, por lo que, nos lleva a concluir que aún se tenga una gran cantidad de datos sobre diversos aspectos de la fatiga, no existe aún una definición final sobre las causas reales de la fatiga, confortándonos el hecho de que de las investigaciones en este tema están surgiendo de forma exponencial y aún tendremos más informaciones y datos por reunir.
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