Nuevas perspectivas en torno a la interacción de metabolismo de carbohidratos y grasas durante el ejercicio

Introducción

Se ha sabido durante muchos años que tanto carbohidratos y grasas son sustratos importantes para la fosforilación oxidativa y la producción de energía en el músculo esquelético. La oxidación de una cualquiera de combustible en reposo o durante el ejercicio no se produce de forma aislada, y muchos aspectos del metabolismo son simultáneamente activos en un punto dado en el tiempo. Tanto carbohidratos y grasas se oxidan en reposo para proporcionar la energía necesaria para el proceso metabólico basal en el músculo esquelético, y existe una relación recíproca entre la utilización de carbohidratos y grasas. Los cambios de combustible se producen en reposo a pesar de una demanda metabólica generalmente sin cambios y son impulsados en gran medida por la disponibilidad de glucosa en la sangre aumenta la absorción y oxidación de los carbohidratos en el músculo esquelético, mientras que la disminución de la disponibilidad y la oxidación de la grasa, con pocos cambios en la tasa metabólica.

Durante el ejercicio, la tasa metabólica y la necesidad de energía aumenta varias flod sobre la tasa de descanso, y las vías metabólicas que oxidan grasa y carbohidratos deben ser activados simultáneamente. Sin embargo, una vez que se ha establecido un "estado estacionario" así llamada a una intensidad de ejercicio aeróbico dado y la demanda metabólica, puede haber cambios recíprocos en la proporción de hidratos de carbono y grasa que se oxida. La interacción entre hidratos de carbono y ácidos grasos de oxidación a una intensidad de ejercicio dado es dependiente de la intracelulary extracelular entorno metabólico. La disponibilidad de sustrato, tanto desde el interior y el exterior del músculo, y la intensidad y duración del ejercicio afectarán a estos ambientes. Esta breve revisión examina cómo el músculo esquelético regula la proporción de combustible que se deriva de hidratos de carbono y grasa. La atención se centra en la información obtenida en el músculo esquelético humano, pero los hallazgos de otros modelos del músculo esquelético de mamíferos se citan cuando la información humana es insuficiente. Mientras que los estudios descriptivos documentar los cambios en la proporción de grasa y la utilización de hidratos de carbono son numerosos, los mecanismos que regulan estos cambios de combustible no se han elucidado completamente. La revisión pretende estudiar primero los estudios clásicos que intentaron de forma independiente para alterar disponibilidad de combustible y examinar las alteraciones en los entornos intracelulares y extracelulares que representaron los cambios en el uso de combustible.

Parece claro que estos mecanismos no son mutuamente excluyentes, y es imposible de alterar la disponibilidad de combustible de forma independiente sin cambiar los metabolitos intracelulares que regulan enzimas clave en la célula. Sin embargo, este enfoque dio información valiosa sobre la interacción de los hidratos de carbono y el metabolismo lipídico en reposo y durante el ejercicio. La revisión examina el trabajo reciente en el que se ha hecho hincapié en la aparición de los detalles relativos a la compleja regulación del metabolismo de la grasa en el músculo esquelético. Esta investigación examina cómo el aumento de la disponibilidad de carbohidratos y el aumento de la potencia de salida ejercicio de aproximadamente un 40-60% consumo máximo de oxígeno a aproximadamente el 70-85% disminuye la dependencia de la oxidación de grasas.

Estudios Clásicos ácidos grasos y glucosa

El concepto de una relación recíproca entre la grasa y la oxidación de carbohidratos en el músculo como resultado del trabajo de Randle y sus colegas en la década de 1960. La relación fue llamado el "ciclo glucosa-ácidos grasos". Sus primeros experimentos examinaron la regulación del uso de combustible en el músculo perfundidos artificialmente y el corazón de contratación, y se incubaron, descansando músculo del diafragma de los roedores. Estos experimentos demostraron que el aumento de la disponibilidad de lípidos en forma de ácidos grasos libres en plasma aumentaron oxidación de las grasas en el músculo, y los cambios en el medio ambiente intracelular fueron responsables de la regulación a la baja del consumo de hidratos de carbono.

El aumento en la disponibilidad de grasa resultó en cambios celulares clave incluiding aumento de contenido de acetil coenzima A muscular, citrato y glucosa 6 fosfato. Estos cambios celulares regulados a la baja el metabolismo de carbohidratos en los sitios reguladores clave. Test-tubo de trabajo (in vitro) se había establecido previamente que la acetil-CoA inhibe la actividad de la enzima piruvato deshidrogenasa mitocondrial (PDH) mediante la activación de PDH quinasa, la enzima que fosforila PDH y lo mueve a su forma menos activa. Por lo tanto, un aumento de la acetil-CoA disminución de la actividad de PD y la oxidación de

piruvato y cambió la preferencia de combustible lejos de hidratos de carbono y hacia los ácidos grasos. Otros trabajos in vitro demostró que el citrato era un potente inhibidor de la enzima citoplasmática fosfofructoquinasa, de modo que incrementos en el contenido de citrato disminuirían el uso de hidratos de carbono. Por último, la glucosa 6 fosfato también se había demostrado que inhiben la hexoquinasa in vitro, lo que hace difícil para mover la glucosa en la célula muscular. Al combinar los resultados de sus experimentos musculares aisladas con los estudios de la enzima de probeta, Randle y sus colegas establecieron la base mecánica de su ciclo G-FA, que explicó cómo una mayor disponibilidad de grasa downregulated oxidación de carbohidratos.

Estos experimentos se realizaron mediante la comparación de los extremos de la disponibilidad de grasa, sin grasa en el medio de perfusión en comparación con una disponibilidad muy alta en grasa (0 vs 1,8 mmol / AGL litro) mientras que la disponibilidad de la glucosa se mantuvo constante. La filosofía es que los hidratos de carbono fue el combustible por defecto de los músculos y cuando la grasa estaba disponible fue utilizado y salvó algunos carbohidratos. El objetivo era explicar los mecanismos responsables de regulación a la baja de carbohidratos y esto se logró. Sin embargo, los experimentos denominados inversa, en los que la disponibilidad de grasa era constante y la disponibilidad de glucosa se altera, no se llevaron a cabo, ya que se creía en el momento en que poca regulación del metabolismo de la grasa en el músculo esquelético existía. Los aspectos clave en la determinación de la oxidación de grasas simplemente se cree que son la disponibilidad de la grasa y la regulación a nivel de las membranas mitocondriales a través del complejo-carnitina palmitoil transferasa. Mientras que los mecanismos propuestos en esos primeros estudios eran sólidos, se planteó la cuestión de si los hallazgos son aplicables a los músculos esqueléticos que participan en ejercicios en humanos.

Aplicabilidad de músculo esquelético humano?

Los primeros experimentos que llevaron a la formación del concepto de ciclo G-FA se realizaron con el corazón contraer o descansando diafragma muscular de los roedores, mientras perfundidos con o bañados en, un medio que contenía o bien no muy altas concentraciones de FFA FFA o. Además, el ciclo de trabajo continuo de los músculos del corazón y el diafragma dicta que la mayoría del combustible oxidado por estos músculos tiene que ser entregado a los músculos (hidratos de carbono desde el hígado y los ácidos grasos libres del tejido adiposo). Si bien no es el glucógeno intramuscular y triacilglicerol (TGIM) en estos músculos rítmicamente contratantes, no proporcionan una porción significativa del combustible oxidado. En general, las tiendas de todos los músculos esqueléticos de roedores haver inferiores IMTG y glucógeno y confiar más en combustible desde fuera de la célula que en el músculo esquelético humano. En contraste, la mayoría de los músculos esqueléticos humanos dependen más TGIM e hidratos de carbono a partir del glucógeno, y esto es especialmente cierto durante moderada y alta intensidad de ejercicio aeróbico de todo el cuerpo. Por lo tanto, no se sabía si los mecanismos propuestos por Randle para explicar el ciclo de G-FA en los músculos del corazón y el diafragma serían transferibles a los músculos esqueléticos humanos periféricos durante el ejercicio.

La alteración de la disponibilidad de grasa

4.1 El aumento de entrega de ácidos grasos libres

Investigación humana posterior en los últimos 50 años en general, apoyó la idea de una relación recíproca entre los carbohidratos y la oxidación de grasas en el músculo esquelético, pero no exclusivamente, por medio de los mecanismos definidos en el trabajo original de Randle y colegas. La mayoría de los estudios en humanos intentaron aumentar o disminuir la disponibilidad FFA plasma, sin afectar muchos procesos de otros. Mientras que muchos modelos se han utilizado con diferentes éxito, incluyendo las comidas altas en grasa y dietas, entrenamiento aeróbico corto y largo plazo, la administración de cafeína, la ingestión de ácido nicotínico, el ayuno y el ejercicio dinámico prolongado, la infusión aguda de una solución de lípidos junto con la administración de heparina se ha utilizado con mayor frecuencia y eficacia. Esta técnica tiene la ventaja de forma aguda (<30 min) el aumento de la FFA en plasma sin cambios en la disponibilidad de otros sustratos o alteraciones en los niveles de metabolitos y hormonas. En contraste, los intentos dietéticos en forma aguda aumentar la disponibilidad de ácidos grasos libres a los músculos que trabajan en los seres humanos inmediatamente antes o durante el ejercicio en un intento de sobra hidratos de carbono han sido infructuosos. Esto es debido al hecho de que la grasa no se digiere quicly, y por lo tanto prolonga se requieren alteraciones en la dieta normal para alterar las tiendas de IMTG y de hidratos de carbono de repuesto. Como resultado, estas prácticas no son generalmente en uso por los atletas.

Si el aumento de la disponibilidad de grasa disminuye la oxidación de carbohidratos en el músculo esquelético humano, sería de esperar que la inhibición de uso de hidratos de carbono estaría dirigido a los sitios clave que regulan el metabolismo de carbohidratos y la oxidación. Estos sitios incluirían el transporte de glucosa (GLUT-1 GLUT-4) a través de la membrana muscular, la fosforilación de glucosa (hexoquinasa), glucogenolisis (glucógeno fosforilasa (PHOS), la glucólisis (fosfofructoquinasa) y la conversión de piruvato a acetil CoA (PDH). Estas enzimas (Por lo menos PHOS, fosfofructoquinasa y PDH) han demostrado ser regulada por el calcio, adenosina difosfato (ADP), AMP y fosfato inorganica tanto a través de (alostéricamente) y / o (fosforilación) regulación directa indirecta.

Durante el ejercicio en aproximadamente 80% VO2max en individuos moderadamente activos, la mayoría de la energía se deriva del uso de hidratos de carbono y en particular a partir del glucógeno muscular durante la primera 20 - 30 min. Hacer ejercicio en esta alta intensidad en presencia de niveles de FFA elevados artificialmente disminuida uso neto de glucógeno en aproximadamente un 50% en el inicial 15 min de ejercicio y el aumento de la oxidación de grasas en aproximadamente un 15% durante 30 minutos de ejercicio. El contenido de músculos de ADP libre y AMP, activadores de PHOS, se redujeron significativamente (aumentaron menos) en la condición de alta FFA durante el ejercicio, y se aparecieron a explicar la actividad PHOS disminuido y el uso de glucógeno. Se sugirió que el mitocondrial forma reducida del dinucleótido de nicotinamida adenina fue más abundante con altas prestaciones de grasa durante el comienzo del ejercicio, el aumento de la producción aeróbica de ATP y reducir el desajuste entre la demanda de ATP y la oferta y Accouting para la reducción de la acumulación de ADP, AMP y PO4. No hubo efectos sobre el citrato muscular, acetil CoA, y glucosa 6 fosfato contenidos o la proporción de PDH en su forma activa, y la desaparición de glucosa en todo el cuerpo (la captación de glucosa) también se unafected por AGL elevadas. Por lo tanto, en esta salida la potencia aeróbica intensa en el músculo esquelético humano, la regulación a la baja inducida por la grasa de oxidación de carbohidratos fue controlada a nivel de PHOS. El trabajo original sobre el ciclo G-FA por Randle y sus colegas no incluyó PHOS, debido a que los músculos del diafragma y cardíacos dependían casi exclusivamente de sustratos exógenos y en su lugar se centró en la regulación de la enzima aguas abajo de PHOS, a saber, la hexoquinasa, fosfofructoquinasa, y PDH.

Cuando estos experimentos se repitieron al salidas de potencia de ejercicio inferiores (40 y 65% VO2máx), así como durante la extensión dinámica de la rodilla, alta en grasas disposición Adain downregulated oxidación de carbohidratos, lo que sugiere esta reciprocidad de combustible no era dependiente de la intensidad del ejercicio. Si bien el mecanismo (s) de la acción responsable del cambio en la utilización del combustible de nuevo involucrados actividad PHOS, pequeños aumentos en citrato y niveles más bajos PDHa sugirió que downregulation también estuvo presente en la fosfofructoquinasa y PDH en potencias inferiores. El aumento en citrato apoyó uno de Randle's hipótesis originales, pero estudios posteriores in vitro que examinaron él efectos inhibitorios de citrato en la actividad de la fosfofructoquinasa sugerido que el pequeño aumento de citrato en los ensayos de alta en grasa podría tener efectos inhibitorios mínimos sobre fosfofructoquinasa en la contratación músculo esquelético humano, y probablemente no es un mecanismo para cambiar la preferencia de combustible.

4.2 La disminución de la entrega FFA

Es posible tomar el camino contrario y disminuir la disponibilidad de ácidos grasos libres en plasma durante el ejercicio en aproximadamente el 60% del VO2máx por la ingestión de ácido nicotínico. En esta situación, la relación de intercambio respiratorio, el uso de glucógeno (Tendencia solamente), y PDHa eran todos más altos que en el juicio la disponibilidad de grasa normal. Sin embargo, no hubo ningún efecto sobre subproductos metabólicos típicamente asociados con el ciclo de G-FA, es decir, citrato de músculo, acetil CoA, o el contenido piruvato. Además, no hubo cambios en ADP libre y AMP para dar cuenta de la degradación del glucógeno superior y la oxidación en el juicio bajo en grasa.

4.3 Modificación de triacilglicerol intramuscular (TGIM)

Otra cuestión es si el aumento de TGIM (una adaptación común entrenamiento aeróbico) disminuye la oxidación de carbohidratos durante el ejercicio?

El método más común para alterar la disponibilidad TGIM es por manipulación dietética a largo plazo. TGIM se puede aumentar en un 50-80% tras el consumo de dietas ricas en grasas en el que la grasa suministros 50-70% de la ingesta total de energía y TGIM se puede disminuir cuando la ingesta de grasas en la dieta se reduce 22-2% de la ingesta de energía [14, 15]. Estas dietas altas en grasa a largo plazo reducen la utilización de glucógeno muscular y las tasas totales de oxidación de carbohidratos durante el ejercicio de intensidad moderada, sin alterar la absorción de glucosa [16]. A la inversa, cuando TGIM se reduce siguiendo una dieta baja en grasa (2% de la ingesta total de energía), la oxidación de hidratos de carbono de todo el cuerpo y la

utilización de glucógeno muscular están también aumentaron sin alterar todo el cuerpo la absorción de glucosa [14]. Estos datos sugieren que TGIM no tiene ningún efecto sobre el músculo captación de glucosa durante el ejercicio, pero no hace utilización influencia glucógeno muscular.

Sin embargo, las dietas bajas en grasa también contienen alto contenido de hidratos de carbono, y por lo tanto, mientras que el contenido de IMTG se reducen los niveles de glucógeno se incrementan. Lo contrario también es cierto que las dietas altas en grasa conducen a las reservas de glucógeno muscular bajo. Por lo tanto, para examinar la interacción pura entre el metabolismo tienda TGIM y combustible de hidratos de carbono, los estudios deben utilizar intervenciones que inducen cambios agudos en TGIM contenido independiente de las alteraciones en la disponibilidad de glucógeno (y otros sustratos tales como ácidos grasos libres en plasma).

Curiosamente, Burke et al. [17] demostraron que los efectos de una dieta alta en grasas en la reducción del uso de glucógeno durante el ejercicio dinámico persistieron, incluso después de que las reservas de glucógeno muscular se volvieron a los niveles normales. En este paradigma, los participantes consumieron una dieta alta en carbohidratos (9,6 g / kg / día de hidratos de carbono y 0,7 g / kg / grasa días) o una dieta alta en grasas isoenergéticas (2,4 g / kg / día de hidratos de carbono y 4,0 g / kg / día grasa) durante 5 días mientras se somete a entrenamiento aeróbico.

En el sexto día todos los participantes consumieron una dieta alta en carbohidratos que normaliza los niveles de glucógeno muscular, antes de un juicio de ejercicio en el día 7. Independientemente del nivel de glucógeno "normalizado", una parte del efecto 'carbohidratos ahorradores "de la dieta alta en grasas todavía estaba presente durante el juicio ejercicio día 7. Los sujetos de este estudio eran atletas bien entrenados que continuaron hacer ejercicio a un nivel muy alto durante la 5 días de alta en grasa / baja en carbohidratos intervención dieta. Intervenciones dietéticas típicas altas en grasa no se asocian con la formación continuada y sin compromisos, y por lo tanto la capacidad de mantener y / o aumentar la oxidación de grasas durante el entrenamiento aeróbico, mientras que el consumo de una dieta alta en grasa puede ser muy importante para inducir estos cambios metabólicos. En la actualidad, los mecanismos responsables de los efectos persistentes de la dieta alta en grasas no se conocen, pero es razonable especular que una redistribución de las proteínas de transporte de ácidos grasos al plasma y las membranas mitocondriales puede contribuir, pero esto no ha sido examinados [15].

Curiosamente, el rendimiento también ha sido evaluada en estos estudios y las dietas altas en grasas no mejoró el rendimiento, incluso cuando se produjo un día de la restauración de hidratos de carbono. En consecuencia, estas manipulaciones dietéticas no están en uso por los atletas de élite.

La alteración de carbohidratos disponibilidad

Mientras que la suplementación con grasa en los días y horas antes del ejercicio y durante el ejercicio no se practica por los atletas, es una práctica común con los hidratos de carbono. Sin embargo, en contraste con los numerosos estudios que han alterado la disponibilidad de grasa y examinados los efectos en la regulación del metabolismo de los hidratos de carbono, hay poca información sobre la influencia de la alteración de la glucosa en sangre y la disponibilidad de glucógeno muscular en la regulación del metabolismo de la grasa. Este ha sido, sin duda, debido a nuestro pobre entendimiento de la regulación del metabolismo de la grasa del músculo esquelético. Muchos estudios fisiológicos han señalado a los posibles sitios de regulación del metabolismo de la grasa en el músculo esquelético, pero la comprensión de estos sitios de reglamentación sólo ha comenzado a emerger.

El Reglamento del Metabolismo: Una nueva era

Se ha sabido durante algún tiempo que la regulación de la lipólisis del tejido adiposo y la liberación de ácidos grasos libres del tejido adiposo y la entrega final al músculo y la entrada de la grasa en las mitocondrias eran sitios importantes de control para la oxidación de grasas. Sin embargo, ahora se entiende que la regulación del metabolismo de las grasas y la oxidación en el músculo esquelético es tan complejo como el metabolismo de carbohidratos y consiste en varios sitios reglamentarios, incluyendo (1) Transporte FFA través de la membrana muscular con los portadores de proteína; (2) de unión y el transporte de ácidos grasos libres en el citoplasma; (3) la síntesis TGIM; (4) la degradación TGIM; (4) Transporte FFA través de las membranas mitocondriales con el complejo CPT y facilitadores de proteínas adicionales; (5) la regulación potencial dentro de la

vía β-oxidación; y (6) el aspecto general de la regulación de los músculos esqueléticos grasa oxidación que el volumen mitocondrial (la cantidad total del transporte de grasas y proteínas que metabolizan) determina la capacidad general para oxidar la grasa [2, 3, 18-22]. También hay regulación en el ciclo tricarboxílico y la cadena de transporte de electrones que es común a ambos carbohidratos y grasas.

El aumento de la glucosa Concentración Disponibilidad / insulina Antes y durante el ejercicio

Varios estudios han demostrado que el aumento del contenido de glucógeno muscular antes del ejercicio, y la disponibilidad de hidratos de carbono exógeno antes y durante el ejercicio dinámico, aumenta la oxidación de carbohidratos y recíprocamente disminuye la oxidación de grasas [14, 23-25]. El aumento inducido por hidratos de carbono en concentración de insulina en plasma ejerce un potente efecto inhibidor sobre la lipasa del tejido adiposo triacilglicerol (ATGL) y lipasa sensible a hormonas (HSL), lo que reduce la ruptura de triacilgliceroles y disminuyendo la concentración de FFA circulantes plasma. Esto se traduce en una reducción de la entrega de los AGL a los músculos durante el ejercicio y una disminución en la captación de FFA y la oxidación. Por ejemplo, cuando se ejercita en el estado de ayuno, la lipólisis del tejido adiposo superó esquelético oxidación de la grasa muscular, mientras que cuando se ingirió carbohidratos antes del ejercicio, insulina plasmática fue elevada, la lipólisis del tejido adiposo se redujo, y la oxidación de grasa de todo el cuerpo disminuyó [23]. Pre-ejercicio carbohidratos ingestión también aumentó el flujo glucolítico y la oxidación de hidratos de carbono y la reducción de plasma estimado y las tasas de oxidación de FFA derivados de TGIM [23]. La magnitud de la disminución en la oxidación de grasas igualó la reducción en la lipólisis, lo que sugiere una limitación de FFA disponibilidad para la oxidación de grasa. Así, mientras que esta regulación se produce en el tejido adiposo, tiene un gran impacto sobre el metabolismo de la grasa en el músculo esquelético.

El mismo laboratorio examinó aún más la relación entre la grasa y la oxidación de hidratos de carbono mediante el uso de dos trazadores de ácidos grasos; el palmitato de ácido graso de cadena larga (LCFA), que es dependiente de la membrana muscular y el transporte de membrana mitocondrial para la oxidación, y el octanoato de ácido graso de cadena media, que no depende de transporte de membrana [23]. La ingestión de glucosa durante el ejercicio reduce la absorción de palmitato y la oxidación, pero no redujo la oxidación octanoato, lo que sugiere que también hubo un efecto inhibidor de la ingestión de hidratos de carbono en el transporte a través de la FFA muscular y / o las membranas mitocondriales, lo que reduce la oxidación de grasa [23]. Por lo tanto, la reducción en el metabolismo de grasa después de la ingestión de glucosa parece ser debido a los efectos combinados de la disminución adiposo liberación de AGL del tejido y la prestación de los músculos y para dirigir efectos inhibitorios sobre la oxidación de ácidos grasos en el músculo. Una posibilidad para explicar estos resultados podría ser que el aumento de la insulina inhibe directamente la transferencia de la grasa a través de la membrana muscular y / o las membranas mitocondriales y también inhibe TGIM lipólisis, mientras que al mismo tiempo la estimulación de la esterificación de ácidos grasos libres entrantes (Fig. 2). Aunque se ha hecho muy poco sobre la regulación de TGIM hidrólisis en el músculo esquelético humano, la actividad HSL se redujo cuando se ingiere carbohidratos durante el ejercicio [26]. No hay información sobre si la ATGL recientemente identificado [27] se ve afectado por la insulina, pero el contenido ATGL se duplicó en el músculo esquelético humano tras 8 semanas de entrenamiento de ejercicio [28]. También puede haber regulación en estos sitios de glucógeno o intermedios glicolíticos, pero actualmente hay poca evidencia para apoyar esto.

Mientras que una concentración elevada de insulina puede ejercer estos efectos después de la ingestión de glucosa antes del ejercicio (Fig. 2), no explica el aumento de la oxidación de carbohidratos y la disminución de la oxidación de la grasa que se produce cuando la salida de energía aumenta de aproximadamente el 40-60% del VO2máx a aproximadamente 70-85% del VO2máx durante el ejercicio.

Grasa La oxidación es downregulated en mayor ejercicio aeróbico Intensidades

Aumenta la oxidación de grasas de descanso para bajos y ejercicio de intensidad moderada (máximo a ~ 60-65% VO2máx), pero disminuye en salidas de potencia por encima de aproximadamente el 75% del VO2máx [29 a 31]. El aumento de la potencia de salida por encima de ejercicio aproximadamente el 50% Vo2max también aumenta el uso de glucógeno muscular. Los niveles

sanguíneos de glucosa y glucogenolisis muscular, flujo glucolítico, la activación de la PDH y la oxidación de carbohidratos están aumentaron durante el ejercicio a mayor, en comparación con, potencias ejercicio moderado [32, 33].

Disminución de la FFA disponibilidad

La liberación de ácidos grasos libres se reduce a partir de tejido adiposo a mayores intensidades de ejercicio, muy probablemente debido a flujo sanguíneo del tejido adiposo reducida, resultando en una disminución entrega de AGL al músculo en contracción. Cuando la disponibilidad de AGL plasmáticos durante el ejercicio intenso (~ 80% VO2max) se normalizó a los niveles observados durante el ejercicio de intensidad moderada, la oxidación de ácidos grasos libres se incrementó, pero no totalmente restaurada [10]. Estos datos sugieren que los mecanismos dentro del músculo también limitan oxidación de ácidos grasos a intensidades de ejercicio más altas.

Downregulation de Transporte de grasa a través del músculo Membrana?

El transporte de ácidos grasos de cadena larga en el músculo esquelético es un proceso altamente regulado que involucra varias proteínas de transporte LCFA [18, 34-37]. Algunas de estas proteínas de transporte también se ha demostrado que trasladar a la membrana plasmática durante el ejercicio moderado, de forma aguda aumentar la capacidad del músculo esquelético para el transporte de ácidos grasos libres en la célula [34, 36]. Sin embargo, hasta la fecha, la respuesta de estos transportadores no ha sido examinado durante más altas intensidades de ejercicio, y queda por determinar si el transporte FFA en el músculo se ve comprometida por una cantidad cada vez menor de las proteínas de transporte LCFA que se encuentran en la membrana plasmática.

Aunque no se han realizado estas mediciones directas, un estudio informó que el aumento de la intensidad del ejercicio (de 40 a 80% Vo2max) redujo la absorción y oxidación de los LCFAs de transporte dependiente, pero no la captación y oxidación de LCFAs cadena media-membrana independiente [26]. Esto sugirió un efecto inhibidor del aumento de flujo glucolítico sobre el transporte de ácidos grasos libres en la membrana plasmática. Sin embargo, también podría haber inhibición del transporte de FFA en las mitocondrias en la intensidad del ejercicio superior, como se discute en la Sección. 6.6.

Disminución TGIM hidrólisis con mayores intensidades de ejercicio?

La regulación de TGIM hidrólisis implica la enzimas clave ATGL y HSL, que cada lanzamiento de un FFA del TGIM complejo [22, 38]. Las proteínas conocidas como perilipins también recubrir las gotas de lípidos y TGIM separado de ATGL y HSL, el mantenimiento de bajas tasas de lipólisis. Durante el ejercicio moderado, eventos calcio y relacionados con epinefrina-fosforilan HSL, y probablemente ATGL y AMP quinasa fosforilación de perilipina está involucrado en el reclutamiento tanto HSL y ATGL al gotas de lípidos, mejorando colectivamente tasas de TGIM hidrólisis [3-41].

Sin embargo, en las salidas de potencia más altos parece que AMP quinasa fosforila sitios adicionales en HSL que inhiben la fosforilación por la adrenalina y el calcio, proporcionando un mecanismo potencial de las tasas más bajas de TGIM utilizar [42]. No se sabe actualmente si hay eventos inhibitorios similares que afecten ATGL y perilipina que también pueden disminuir TGIM hidrólisis a intensidades de ejercicio más altas y éstas aún no se han investigado.

Downregulation de Transporte Grasa En todo el mitocondrial membranas?

El transporte de LCFAs en la mitocondria es un paso clave en la regulación de la tasa general de que el músculo esquelético puede oxidar LCFAs. Históricamente, la regulación de la oxidación de ácidos grasos en el nivel de las mitocondrias se ha atribuido exclusivamente a la relación entre CPT I y malonil-CoA (M-CoA) [, 43-45]. En roedores músculo esquelético en reposo, los niveles de M-CoA reductasa son más altas y se cree que inhiben la transferencia de LCFAs a través del complejo CPT en la mitocondria. Cuando se producen las contracciones, el contenido de M-CoA disminuye y alivia la inhibición en el complejo CPT [44, 45]. Sin embargo, mientras que M-CoA también se ha detectado en el músculo esquelético humano, las mediciones en

reposo y durante el ejercicio han demostrado consistentemente que el contenido de M-CoA no se ve afectado por el ejercicio en las salidas de potencia (que varían desde 35 hasta 100% VO2max) y las tasas de oxidación de grasas [46-48].

Los experimentos con mitocondrias aisladas también han demostrado que la oxidación de grasas mitocondrial se puede aumentar sin alteraciones en la actividad CPT I [49]. Por último, algunos emocionante trabajo reciente utilizando fibras musculares esqueléticas permeabilizadas ha demostrado que la capacidad de M-CoA para inhibir la CPT I es dependiente del contenido de palmitoil-CoA [50]. Esto sugiere que un aumento robusto en el músculo esquelético contenido de palmitoil-CoA en el comienzo de ejercicio podría anular cualquier efecto inhibidor de M-CoA y permitir el transporte de ácidos grasos y la oxidación para proceder. Estos hallazgos no apoyan un papel regulador para el contenido de M-CoA en la oxidación de grasas durante el ejercicio en el músculo esquelético humano y sugirieron que la regulación de la actividad CPT I era más compleja y que existen otras proteínas de transporte en las membranas mitocondriales.

Una proteína de transporte de ácidos grasos de la membrana plasmática, translocasa de ácidos grasos (FAT) / CD36, se ha descubierto recientemente en el músculo esquelético membranas mitocondriales [51, 52]. FAT / CD36 parece regular la oxidación mitocondrial de ácidos grasos como las tasas de oxidación de ácidos grasos fueron más bajos en los animales sin FAT / CD36 [19] y en el músculo esquelético humano, el contenido de ejercicio aumenta de intensidad moderada agudas oxidación mitocondrial de ácidos grasos y la proteína FAT / CD36 [ 53], FAT / CD36 co-immunoprecipitates con CPT I [54], y la práctica de ejercicio aumenta el contenido FAT / CD36 en las membranas mitocondriales en mayor medida que el aumento del volumen mitocondrial [55].

Se están acumulando pruebas que sugieren un papel regulador para FAT / CD36 en la oxidación mitocondrial de ácidos grasos, y mientras esta investigación es novedosa sigue habiendo controversia sobre el papel exacto de estas proteínas. Sin embargo, Smith et al. [21] han propuesto una teoría que describe el mecanismo de acción dual para el músculo esquelético FAT / CD36 durante el ejercicio, que actúa en las membranas tanto en el músculo y mitocondrial para aumentar el transporte de ácidos grasos en el músculo y las mitocondrias. Detalles sugieren que FAT / CD36 se encuentra en la membrana mitocondrial externa aguas arriba de la enzima acil-CoA sintasa. Esta ubicación, de alguna manera inexplicable, parece facilitar la entrega de LCFA a esta enzima por lo que puede proceder a través de la reacción y el complejo de CPT y a la mitocondria [56]. Esta investigación no minimizar la importancia del complejo de CPT en el transporte mitocondrial de ácidos grasos, sino más bien indica una complejidad en la regulación del transporte mitocondrial de ácidos grasos no se entiende con anterioridad.

Otra posibilidad para la regulación por disminución de transporte de grasa en las membranas mitocondriales se refiere a las pequeñas reducciones en el pH del músculo que se asocian con el ejercicio intenso en las salidas de potencia aeróbica [33]. Los estudios realizados en mitocondrias aisladas de músculo esquelético humano en reposo mostraron que una pequeña disminución en pH de 7 a 6,8 causaron grandes reducciones en la actividad CPT I [51, 57].

Este efecto también puede contribuir a la disminución del transporte de ácidos grasos y la oxidación durante el ejercicio en las salidas de potencia más altos. Sorprendentemente, los intentos de demostrar que el aumento de las concentraciones de calcio y ADP libre, AMP y fosfato inorgánico, que se producen a altas intensidades de ejercicio con un mayor uso de hidratos de carbono, también inhibió la actividad de I CPT en la mitocondria aislada de músculo esquelético humano no han tenido éxito [51] .

¿El músculo Carnitina contenido Límite Fatty Acid Transporte en la mitocondria?

También se ha propuesto que el nivel de carnitina libre pueden regular la absorción mitocondrial de FFA durante el ejercicio dinámico pesado ya que es un sustrato para la reacción CPT I [31, 58, 59]. El contenido de carnitina disminuye como una función de intensidad creciente ejercicio dinámico y el aumento de flujo glucolítico [31, 33]. El nivel de carnitina libre disminuyendo puede limitar la capacidad de transporte de ácidos grasos libres en la mitocondria y en última instancia limitar la oxidación de ácidos grasos libres durante el ejercicio dinámico cuando el flujo glucolítico es alta. Sin embargo, ha sido difícil aumentar significativamente el contenido de carnitina muscular significa través de que un atleta podría emplear, y no se sabe actualmente cómo se necesita mucho carnitina libre en el citoplasma para mantener el transporte FFA mediada CPT-I en la mitocondria.

Es interesante que se producen las mayores tasas de oxidación de ácidos grasos libres, cuando los niveles de carnitina ya son sustancialmente más bajos que los niveles de reposo, pero no se sabe si hay un límite inferior que se alcanza una vez que la intensidad del ejercicio es alta. La carnitina también no se consume en el proceso de transporte, pero recicla de nuevo en el citoplasma. Si bien estos factores hacen que sea poco probable que los límites de la disponibilidad de carnitina libre FFA oxidación, hay un modelo experimental ha podido comprobar si se trata de una relación causal en el músculo esquelético humano. Sin embargo, un estudio reciente reportó un incremento del 21% en el contenido de carnitina muscular después de 6 meses de la suplementación con carnitina oral. Sorprendentemente, los autores no midieron las tasas de oxidación de carbohidratos y grasas y calcular la relación de intercambio respiratorio durante una variedad de salidas de potencia aeróbica como era de esperar [60]. Sin embargo, lo hicieron ahorradores informe de glucógeno durante el ejercicio moderado luego de la suplementación de carnitina, que es coherente con el aumento de la oxidación de grasas.

En resumen, parece que la regulación del metabolismo de la grasa en el músculo esquelético ha sido diseñado para reducir la dependencia de la ATP derivado de la grasa a potencias aeróbicas intensas. Esto puede ser debido a la mayor ATP (relación P / O) consumido producido / oxígeno cuando hidratos de carbono es el sustrato.

Como se alcanzan salidas de alta potencia y la capacidad de entregar el oxígeno del ambiente para las mitocondrias del músculo se acerca a su máxima capacidad, tiene sentido teleológico que depender de los hidratos de carbono como combustible. Pueden existir varios sitios de regulación a la baja durante el ejercicio aeróbico de alta intensidad, incluyendo la disminución del flujo de sangre al tejido adiposo, disminución de la liberación de ácidos grasos libres en el plasma y la disminución de entrega de AGL al músculo esquelético, disminución de transporte de FFA en el músculo, la disminución de desglose de IMTGs y la disminución de la entrega de ácidos grasos libres a las mitocondrias del músculo esquelético, y la disminución del transporte FFA en las mitocondrias.

Conclusiones

Grasa e hidratos de carbono son los combustibles importantes para el ejercicio aeróbico. Sin embargo, con una intensidad de ejercicio dado y la demanda metabólica, puede haber cambios recíprocos en las proporciones de hidratos de carbono y grasas que se oxidan. La interacción entre hidratos de carbono y de ácidos grasos de oxidación depende de los entornos metabólicos intracelulares y extracelulares. La disponibilidad de sustrato (tanto desde el interior y el exterior del músculo), y la intensidad y duración del ejercicio pueden afectar a estos ambientes. Experimentos hace 50 años propusieron mecanismos intracelulares que podrían explicar la capacidad de aumentar la disponibilidad de grasa para regular a la baja el metabolismo de carbohidratos en el músculo del corazón y el diafragma. Un trabajo más reciente extendió las conclusiones al músculo esquelético periférico. Sin embargo, la regulación del metabolismo de la grasa en el músculo esquelético humano durante el ejercicio en la cara de aumentar la disponibilidad y el ejercicio de intensidad de hidratos de carbono no se ha estudiado bien. Los últimos 10 años han visto un progreso increíble en la comprensión del metabolismo de las grasas en el músculo esquelético, y ahora se dio cuenta de que la regulación es compleja e involucra a muchos sitios de control.

Estos incluyen el transporte de ácidos grasos libres en la célula muscular, el transporte y la unión de ácidos grasos libres en el citoplasma, la regulación de la síntesis TGIM y descomposición, y el transporte de la grasa en la mitocondria. El descubrimiento de proteínas que ayudan en el transporte de grasa a través del plasma y las membranas mitocondriales, la capacidad de estas proteínas para trasladar a las membranas durante el ejercicio, y las funciones recién descubiertos de ATGL y HSL en la regulación y la lipólisis músculo esquelético son ejemplos de descubrimientos recientes. Esta información ha permitido una comprensión más completa de la relación entre la grasa y el metabolismo de carbohidratos durante el ejercicio y las propuestas

mecanicistas para explicar la regulación por disminución de metabolismo de la grasa que se produce cuando se incrementa la disponibilidad de carbohidratos y cuando se mueve de moderado a intenso ejercicio aeróbico.