Lactato, pH y transportadores

                                    

Lic. María Fernanda Insua

 

 

Importancia del pH muscular

 

El pH es un factor importante en la distribución del lactato y los protones entre los distintos compartimentos del cuerpo, y el destino del lactato entre esos distintos destinos, se encuentra regulado de una forma sumamente compleja. Los componentes involucrados en el control integral de los flujos de lactato son: el patrón de distribución del transportador lactato-protón, la distribución de enzimas, la capacidad metabólica, la inhibición competitiva por otros sustratos, el flujo sanguíneo y el pH. Además la contribución de los distintos componentes puede variar con la intensidad de trabajo y con el número de fibras involucradas.

 

Se han estudiado tres sistemas que permiten la regulación del pH intramuscular (pHi) durante el ejercicio: el cotransporte lactato/H+, la difusión de ácido láctico vía el intercambio de HCO3- /Cl-, y vía el intercambio de Na+ /H+. Se ha demostrado que de todos ellos, el cotransporte lactato-protón es el más importante de los sistemas de transporte para la regulación del pH durante la actividad muscular, ya que posee la mayor capacidad para remover H+. Por lo tanto es también importante para la prevención de la fatiga y para la recuperación luego de la actividad física.

 

Se sabe que  los protones son removidos del músculo más rápidamente que los iones lactato, lo cual puede explicarse de la siguiente manera. En primer lugar, el eflujo o salida de lactato es medido solamente por difusión simple del ácido láctico y por el transportador lactato-protón. Además de estos dos mecanismos, una remoción sustancial de H+ tiene lugar vía el intercambiador Na+ /H+ y los sistemas dependientes de bicarbonato. La capacidad total de transporte de membrana para la remoción de H+ excede por lo tanto la capacidad para remover el ión lactato.

 

Como el lactato y los H+ se forman en iguales cantidades durante la actividad glucolítica, una concentración de lactato más alta, es un indicador de un pH menor. Sin embargo, el consumo de protones debido a la hidrólisis de la fosfocreatina, también puede influir en el pH. En general el pH muscular se reduce entre 0.4 a 0.8 unidades durante el ejercicio intenso (las variaciones se deben tanto a diferentes protocolos de ejercicio como a distintas técnicas de medición), y es este descenso de pH muscular durante y luego de la actividad física el que a menudo es considerado el factor más relevante en la fatiga muscular, aunque es importante notar que la fatiga no ocurre a un valor específico de pH, es decir que no existe un límite mínimo de pH establecido que pueda ser tolerado sin una reducción en la fuerza.

 

La distribución de los tipos de fibras musculares es también importante para el desarrollo de la fatiga; de hecho el descenso de pH intramuscular en fibras rápidas estimuladas eléctricamente es mayor que en fibras lentas. También se ha visto que la acumulación de lactato en músculo humano se correlaciona con el porcentaje de fibras rápidas, y que la fatigabilidad se correlaciona con el porcentaje de ocurrencia de fibras rápidas. Sin embargo estas observaciones no proveen evidencia de que el lactato es un agente causante de fatiga, porque las fibras rápidas son también más sensibles al pH.

 

Se sabe que la producción de fuerza por el músculo  se reduce durante acidosis inducida experimentalmente. Ya en 1865 y 1885, Ranke demostró que el músculo con un alto contenido de ácido láctico desarrollaba menos fuerza, y en experimentos más controlados, donde el músculo fue incubado con CO2 para imitar la reducción de pH en fibras fatigadas, se demostró una declinación de la fuerza dependiente de pH. Sin embargo, la declinación de la fuerza tetánica durante la actividad, es mayor que el descenso de fuerza que se obtiene con un pH celular reducido artificialmente, indicando que existen otros factores que también se hallan involucrados en el desarrollo de la fatiga muscular.

En síntesis, a pesar de que los mecanismos subyacentes pueden variar con la duración y la intensidad del ejercicio, se puede concluir que un pH intramuscular bajo asociado a acidosis láctica puede empeorar la función muscular, y el efecto puede aparecer a diferentes niveles, desde la membrana sarcoplasmática, pasando por los túbulos t, el retículo sarcoplásmico, y el sistema contráctil, hasta varias reacciones metabólicas.

Las observaciones realizadas anteriormente sugieren una correlación entre performance y acidosis. En consecuencia, podría esperarse que la administración de NaHCO3 (bicarbonato de sodio), el cual aumenta el pH extracelular y la capacidad buffer externa, y por lo tanto se incrementa la salida de lactato, contrarrestaría los procesos de fatiga. Al respecto, algunos experimentos han reportado mejoras en el rendimiento.

 

Distribución específica según el tipo de fibra de los transportadores reguladores de pH

El transporte total de lactato (y por lo tanto también su capacidad de regulación del pH), es aprox. 50% mayor en la fibras musculares lentas que en las rápidas, en ratas.

 

Otros sistemas de transportadores también tendrían una distribución específica según el tipo de fibra. Al respecto, la regulación del pH en el músculo soleo en reposo (compuesto principalmente por fibras lentas) se lleva a cabo por el intercambiador Na+ /H+ en un 80% y por el intercambio dependiente de bicarbonato en un 20%. Sin embargo en músculo con predominio de fibras rápidas, la recuperación del pH se demora hasta un 40% sin bicarbonato o sin Na+ y Cl- externos, lo cual ha llevado a sugerir que el Na+ y el bicarbonato externos son intercambiados por Cl- interno y que este proceso de intercambio es más importante en las fibras rápidas. Hay que tener en cuenta que los estudios anteriores sobre  fibras rápidas y lentas no pueden ser directamente comparados porque las mediciones no fueron realizadas exactamente a los mismos valores de pH intramuscular, y por otra parte, las diferencias en la relativa importancia del intercambiador  Na+ /H+ y el intercambiador dependiente de bicarbonato es probable que estén reflejando características diferenciales entre especies, ya que se utilizaron ratas y ratones.

 

Se sabe que el pH intramuscular luego del ejercicio está relacionado con la composición relativa de fibras lentas, lo cual es consistente con un desajuste más pequeño y con una recuperación más rápida del pH interno, que la que ocurre en las fibras rápidas. Como los tipos de fibras son metabólicamente diferentes, la diferencia en el pH interno estaría reflejando también la distinta capacidad de remoción de H+ durante el ejercicio.

 

En suma, la capacidad total  para la regulación del pH intramuscular es mayor en las fibras lentas, comparada con la de las fibras rápidas, lo cual se puede constituir en uno de los mecanismos subyacentes que explique la mayor resistencia a la fatiga de la fibras lentas. 

 

Activación de los sistemas reguladores de pH

Los tres principales sistemas involucrados en la regulación del pHi difieren en la manera en que son activados.

El sistema de cotransporte lactato-protón es principalmente conducido por el gradiente para el lactato, sin embargo el pH también tiene un rol importante. La simple difusión de ácido láctico no disociado es también dependiente del gradiente de concentración y es esencialmente importante a bajos pHi, donde la concentración de ácido láctico no disociado es alta.

El sistema bicarbonato/Cl- es dependiente de la distribución de bicarbonato y Cl-, el cual está acoplado al gradiente de Na+ El intercambio Na+/H+ se activa por reducciones en el pHi y por hormonas. La dependencia del sistema de intercambio Na+/H+ del pHi, asegura que este intercambiador responda a pequeñas fluctuaciones de pHi.

El último sistema es ideal para la regulación de pH cercano al pH de reposo, mientras que la baja capacidad para la remoción de H+ hace que este sistema sea menos adecuado para la remoción de H+ durante la actividad muscular intensa. Hay cierta controversia acerca de la dependencia de pH que tendría el intercambiador Na+/H+ cerca del pHi de reposo; ha sido reportado que se encuentra silente o inactivado a ese pH.

Lo expresado anteriormente muestra la importancia del transportador lactato-protón para la regulación del pHi

Además la capacidad de regulación del pH celular es dependiente de la actividad física, es aumentada con el entrenamiento intenso y deprimida con denervación o por envejecimiento. Se desconoce si los otros componentes de la capacidad total de remoción de H+ (el intercambiador Na+/H+  y los  sistemas dependientes e independientes de bicarbonato) pueden ser modificados.  Es interesante apuntar que el entrenamiento parece reducir la acumulación de H+ durante el ejercicio en forma más considerable que la acumulación de lactato, lo cual puede ser debido a un efecto adaptativo de remoción de H+ a través de un sistema diferente del trasportador lactato-protón. 

 

Regulación del transporte lactato-protón

 

¿Se encuentra regulado el trasporte lactato-protón?

 

Se sabe con certeza que algunos sistemas de transporte están regulados por hormonas o por otros mecanismos. Por ejemplo la actividad de los transportadores de glucosa sensibles a insulina se incrementa por algún tiempo luego de actividad muscular. Esto es debido a los efectos combinados de un incrementado en el número de transportadores reclutados y un aumento en la  actividad intrínseca de cada transportador. Otros ejemplos incluyen modificaciones del intercambiador Na+/H+ por hormonas y factores de crecimiento, y la estimulación  de la bomba Na+-K+ por catecolaminas. Por el contrario, no se han reportado efectos hormonales a corto plazo para el sistema de transporte lactato-protón en el músculo esquelético, aunque este aspecto no ha sido explorado en profundidad.

 

¿Existen cambios adaptativos a largo plazo en el transporte de lactato?

 

Los cambios a largo plazo en un sistema de transporte pueden tener lugar en un período de tiempo de días o semanas, y un mecanismo subyacente podría involucrar la síntesis de nuevas proteínas transportadoras.

Ha sido demostrado que el entrenamiento reduce la acumulación de lactato muscular y el descenso de pHi ocasionado por el ejercicio. De hecho  algunos experimentos en ratas han demostrado una mejora en el lavado (clearance) de lactato en animales entrenados, en comparación con los no entrenados. Varias de las bien conocidas adaptaciones al entrenamiento, pueden ser asociadas con los cambios inducidos por el entrenamiento en la cinética del lactato sanguíneo. La pregunta es si se halla involucrada también una mejora en el transporte de membrana del lactato, ya que una capacidad incrementada de transporte podría aumentar tanto la liberación desde el músculo a la sangre (aparición de lactato) como también la desaparición del lactato sanguíneo causada por la captación del mismo por parte del músculo esquelético en reposo y de otros tejidos. 

Los efectos del entrenamiento sobre la capacidad de transporte de lactato han sido estudiados en ratas, pero sólo existe un trabajo al respecto en humanos. En base a su actividad física habitual, los sujetos fueron divididos en grupos: no entrenados, entrenados y atletas, y no se vieron diferencias entre los dos primeros grupos, sin embargo los atletas  tuvieron una capacidad de transporte de lactato mayor que el resto de los sujetos. Las mayores velocidades de transporte fueron encontradas en dos ciclistas de carrera de 4km, y comparaciones específicas posteriores entre los atletas revelaron que se requería tanto un gran volumen de entrenamiento (frecuencia y duración) como sesiones regulares de ejercicio de alta intensidad, para incrementar la capacidad de transporte. Las mejoras en el transporte podrían deberse a un incremento de la afinidad del sustrato por el transportador, un aumento de la actividad intrínseca o cambios en la distribución  del transportador, o a un incremento de la densidad de transportadores en el sarcolema.

Por último, la posibilidad de que haya efectos a largo plazo en la capacidad de transporte lactato-protón, mediados por hormonas, no ha sido investigado sistemáticamente. Sin embargo parece que las hormonas tiroideas podrían tener un efecto, ya que ha sido demostrado que ratas hipotiroideas poseen un transporte de lactato menor, y que las hipertiroideas poseen un transporte mayor que ratas normales eutiroideas, aunque este efecto puede ser bastante inespecífico, ya que es esperable que muchas proteínas de membrana (por ej. la Na+-

K+ ATPasa) aumenten en presencia de hormonas tiroideas. Otros estudios acerca de efectos hormonales a largo plazo sobre el transporte  de lactato no han sido llevados a cabo aún.

 

Qué sucede con el transporte de lactato en condiciones de hipoxia?

La "paradoja del lactato"

 

El ejercicio en condiciones de hipoxia conduce a un aumento de la producción de ácido láctico en comparación con el mismo ejercicio ejecutado en condiciones de normoxia. Sin embargo, luego de la aclimatación a la altura, la producción de ácido láctico se atenúa marcadamente, tanto en el músculo como en la sangre. Este fenómeno ha sido denominado la paradoja del lactato, y se ha sugerido que es un fenómeno generalizado común a muchas formas de adaptación a la hipoxia. Se han propuesto varios mecanismos para intentar explicar este fenómeno:

1)     disminución del flujo glucolítico,

2)     disminución de la reservas de glucógeno,

3)     cambios en la capacidad de bufereado,

4)     cambios en la eficacia de la contracción muscular y

5)     mejora en el acoplamiento entre fosforilación oxidativa y flujo glucolítico. 

                                                                               

Merece especial atención el papel de la capacidad de bufereado o buffering en el control glucolítico, porque está relacionado con el hecho de que una de las principales enzimas limitantes de la velocidad  de la glucólisis, la fosfofructokinasa (PFK, en inglés), es inhibida por acidosis. En la aclimatación a la altura, hay una pérdida de la capacidad de la regulación ácido-base de la sangre, debido a la excreción de HCO<UP><SUB>3</SUB><SUP>−</SUP></UP> que los riñones compensan por alkalosis respiratoria. Esto puede ser compensado en parte por un aumento de la capacidad de bufereado del tejido muscular. En individuos aclimatados, a medida que el ácido láctico se forma durante el ejercicio, hay  una caída relativa mayor en el pH sanguíneo para una dada cantidad de ácido láctico producido. Esto, a su vez, podría resultar en un descenso del pH celular, autolimitando de esta forma, la glucólisis por inhibición de la PFK.
Por otra parte, se ha demostrado que la hipoxia crónica induce cambios dramáticos en las proteínas de los eritrocitos, pero sólo cambios moderados en las proteínas musculares involucradas en el control ácido-base. Estos cambios en su conjunto, sugieren un incremento inducido por la hipoxia, en la capacidad de transporte del lactato, HCO3- y H+, desde el músculo a la sangre y de la sangre a los eritrocitos.

 

Recientemente se han realizado varios estudios que muestran los beneficios de "dormir alto-entrenar bajo". En uno de ellos, un grupo de ciclistas debe dormir determinada cantidad de noches en condiciones simuladas de altitud moderada (3000m), y luego de realizados los tests correspondientes, se observa un aumento en la capacidad buffer del músculo del 18%, demostrando por primera vez que la exposición a la hipoxia, per se, incrementa dicha capacidad.

Otro estudio muy interesante fue llevado a cabo con 12 montañistas que retornaron de una expedición al Himalaya.

La defensa del pH celular contra la acidosis láctica resultante del ejercicio, puede ser estimada por las relaciones en el plasma sanguíneo de [dAL](cambio en la concentración de ácido láctico)x dpH-1 (cambio en el pH) y d[HCO3-] (cambio en la concentración de bicarbonato) x dpH-1. La diferencia entre [dAL]x dpH-1 y d[HCO3-]x dpH-1 mide la capacidad  de buffers no bicarbonato disponibles (principalmente hemoglobina). 

 

Estos parámetros fueron medidos en los escaladores durante tests con ejercicio incremental, antes y 7-8 días (grupo 1) o 11-12 días (grupo 2) luego de su retorno de la montaña, bajo condiciones de normoxia e hipoxia. Se observó que en condiciones de hipoxia el incremento aparente de los buffers no-bicarbonato del grupo 1, fue mayor, y como la masa de hemoglobina se elevó sólo modestamente luego del descenso de la montaña, otros factores estarían involucrados. Por lo tanto el grupo que ha llevado a cabo esta investigación ha propuesto que el transporte de lactato y H+ a través de las membranas celulares es influenciado diferencialmente en la aclimatación a la alta-altura.

 

En conclusión, la capacidad total para regular el pHi es mayor en fibras lentas en comparación con las rápidas, lo cual podría explicar en parte la mayor resistencia a la fatiga por parte estas fibras. Sin embargo el rol del transportador lactato-protón en la regulación del pHi se encuentra comprendida sólo parcialmente y serían necesarias futuras investigaciones.

La capacidad de transporte lactato-protón puede incrementarse con entrenamiento o estimulación crónica, mientras que la inactividad o la denervación conduce a una menor capacidad de transporte, y estas variaciones en su función, pueden ser consideradas como una de las adaptaciones a la actividad física, aunque todavía restan realizarse nuevos estudios que arrojen probables explicaciones acerca de los mecanismos que subyacen en estos procesos, al igual que lo que sucede  con la regulación del transporte en condiciones de hipoxia.

 

Bibliografía

 

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