Cuerpos Cetónicos y Rendimiento Deportivo

 

En muchos sentidos, algunos de los ejemplos más refinados de la fisiología  y metabolismo humano son encontrados en atletas altamente entrenados que practican deporte competitivo. En particular, los deportes de resistencia necesitan de la implicación de un gran reclutamiento muscular y altos niveles de metabolismo aeróbico que inducen adaptaciones mitocondriales y musculares. El entrenamiento de resistencia aeróbica aumenta la capacidad oxidativa mitocondrial y también aumenta la selección de los ácidos grasos como combustible a una intensidad, además la expresión  de proteínas implicadas en el transporte de la membrana celular y la ß-oxidación de las  grasas está aumentada en deportistas de élite. Asimismo, se ha visto aumentada la capacidad del músculo esquelético para oxidar otros sustratos llevados por sangre como cuerpos cetónicos, este ha sido demostrado después del entrenamiento deportivo.

 

Los cuerpos cetónicos son combustibles producidos endógenamente por el cuerpo a partir de la grasa movilizada en respuesta a una variedad de condiciones fisiológicas y  patológicas. Los cuerpos cetónicos son: acetoacetato (AcAc), y D-ß-hidroxibutirato (ßHB), son combustibles respiratorios que pueden ser oxidados por la mayor parte de tejidos del cuerpo y son formados en cantidades grandes (hasta 150 g/día) por el hígado en respuesta a bajos niveles de glucosa e insulina en sangre.

 

La cetogénesis es una adaptación evolutiva conservada dentro de todos los organismos de orden más alto para mantener la supervivencia durante el hambre, la enfermedad o el estrés energético. En particular, la capacidad para sobrevivir durante períodos largos con reservas endógenas de energía, es un rasgo de importancia particular en humanos, donde nuestro tamaño cerebral es relativamente grande y aporta un suministro estable de glucosa cuando la función cerebral está en estado crítico. En una serie de experimentos de Cahill  en el año 1960, demostró la importancia de la oxidación de cuerpos cetónicos en el cerebro en una situación de hambre, donde hasta el 60 % de las necesidades de energía cerebrales son producidas a partir de los cuerpos cetónicos, substituyendo la glucosa como su combustible principal. Por lo tanto, la reducción de la tasa de utilización de glucosa compensada por los cuerpos cetónicos y la preservación de las proteínas que se utilizan para la gluconeogénesis, permite un aumento al ser humano de la capacidad para la supervivencia. El efecto evolutivo de los cuerpos cetónicos es por lo tanto ahorrar reservas de hidratos de carbono y de la proteína muscular, mientras ellos mismos son una fuente de energía alternativa.

 

Por lo tanto, la cetosis es una adaptación evolutiva para conservar los hidratos de carbono y puede proporcionar un sustrato de energía alternativa para el ejercicio muscular, a su vez, ahorrando combustibles intramusculares. Sin embargo, el uso del metabolismo de los cuerpos cetónicos en este contexto no ha sido apreciado.

 

Históricamente, se han usado estrategias alimentarias para influir en la selección prioritaria en el combustible a utilizar durante el ejercicio aeróbico de alta intensidad en gran parte han fallado en en el ahorro del glucógeno muscular. La razón de esto parece la competición entre sustratos para la respiración celular, por el músculo que se ejercita es sumamente selectiva, favoreciendo al hidrato de carbono con la realización de actividad física de alta intensidad. Cuando se realiza un ejercicio intenso se produce un aumento de la concentración de los niveles de ßHB de1-2 mM en sangre, en contraste la cetosis postabsortiva es de 0.1 mM. Parece que nuestra respuesta evolutiva a la crisis energética es fuerte para favorecer la cetosis, y el rendimiento en el ejercicio de resistencia puede ser desarrollado por las mismas consideraciones metabólicas pertinentes a la condición de hambre o ayuno.

 

Randle y colegas describió el ciclo glucosa-acido graso libre (FFA)  en 1963, sugiriendo una jerarquía de preferencia como sustrato por la selección de ácidos grasos antes que de  hidratos de carbono para la fosforilación oxidativa. La capacidad de las mitocondrias para cambiar su selección preferencial de combustible al principio fue reconocida por la disminución evidente en la glucólisis en la presencia de un aumento de FFA. Randle sugirió que la oxidación de hidratos de carbono pudiera ser regulada por la supresión que los ácidos grasos ejerce sobre el complejo de la piruvato deshidrogenasa (PDC), activándose este proceso por altos ratios de  acetil-CoA/CoA o nicotinamida adenina dinucleótido (NADH)/NAD +.

 

Los efectos no metabólicos de los cuerpos cetónicos

 

Shimazu et al. (2013) han demostrado que los nivel de ßHB son una característica de la cetosis nutricional, inducido por el ayuno o por la infusión ßHB, regula potentemente a la baja la expresión de la enzima histona deacetilasa Clase-I (HDAC) en ratones. Cuando están activas estas enzimas silencian genes que  expresan enzimas endógenas relacionadas con al disminución del estrés oxidativo y la inflamación. Por la reducción de la actividad de estas enzimas HDAC, ßHB reduce la estrés oxidativo, como han confirmado en los experimentos realizados por Shimazu, que mostró los niveles reducidos de hidroxinonenal y oxilípidos después de la exposición al tetracloruro de carbono. Otro lugar donde se sabe que las enzimas HDAC tienen un papel importante es en la regulación de la actividad de las proteínas mitocondriales, aproximadamente un tercio de estas es regulado por procesos de acetilación/desacetilación (Anderson y Hirschey, 2012). Ha sido observado que cetósis nutricional es asociada con una reducción de la generación de especies reactivas de oxígeno (ROS) en las mitocondrias (Sato et al., 1995). Mientras que esto puede ser un resultado directo de la oxidación de ßHB, esto también podría ser un resultado de un efecto indirecto de ßHB sobre las funciones de las proteínas mitocondriales vía reducción de la actividad de la HDAC.

 

Uso de la cetósis para aumentar el rendimiento deportivo

El suministro de cuerpos cetónicos para ahorrar reservas intramusculares imita la fisiología de la inanición, donde los cuerpos cetónicos proporcionan el combustible principal para la oxidación y el aumento de las señales que conducen a la reducción del metabolismo catabólico de la glucosa y el glucógeno. La suplementación de cuerpos cetónicos en otros estados fisiológicos a la inanición, se  puede aprovechar de la respuesta metabólica de nuestro cuerpo donde se elevan los niveles de cetonas en sangre. Los cuerpos cetónicos pueden ser fácilmente oxidados por el músculo en ejercicio y ejercen una fuerte influencia sobre el flujo glucolítico "in vivo". Las concentraciones elevadas de cuerpos cetónicos en el corazón de rata en ejercicio causaron la supresión de flujo glucolítico, y además se observó una promoción de la síntesis de glucógeno durante el ejercicio continuo. Los cuerpos cetónicos podrían proporcionar una alternativa lógica para la entrega de unidades de carbono al ciclo TCA, sin limitaciones en el transporte de la membrana mitocondrial y del sarcómero, que restringe la utilización de la grasa y los hidratos de carbonos para la obtención de energía. En relación a la interpretación como un suministro alternativo de carbono de los cuerpos cetónicos, la mayor entalpia de combustión sobre el piruvato podría proporcionar un mayor potencial energético para la conservación de las reacciones fosfo-anhídricas para la formación del ATP.

 

 Por lo tanto, imitación de la fisiología de la inanición durante el ejercicio (por aumento de las concentraciones de cuerpos cetónicos circulantes) puede cambiar la preferencia jerárquica de la selección del sustrato mitocondrial, efectuando una mejora en el sustrato energético utilizado, ya que preservaría el glucógeno e inhibiría el metabolismo de la glucosa, priorizando la utilización de los cuerpo cetónicos en el ejercicio, produciendo esto una mejora del rendimiento ya que reservaría el glucógeno para momento intensos de las competiciones donde se produce el desenlace de esta.