Effect of Supplementation with Creatine During Aerobic Exercise Through the Creatine-Fosfocreatine Shuttle Inside the Mitochondria

Abstract
Creatine supplementation has been used as a habitual practice among athletes of various sports in an attempt to improve performance. The supplementation of creatine seems to provide a better performance at sub-maximal and maximal intensities in activities where energy is predominantly obtained from ATP-PC sources (i.e., during anaerobic exercises). Improved performance has been attributed to an increased content of muscular creatine and fosfocreatine, which would allow a faster ATP re-synthesis coupled with a decreased muscular fatigue during repeated bouts and series of exercises. However, a number of studies have demonstrated that performance of aerobic activities can be also improved by creatine supplementation. Results are controversial and further studies are required to determine the specific mechanisms. The objective of this study was to review the mechanisms underlying the effects of creatine supplementation over the performance of aerobic exercises. It was concluded that improved aerobic performance can be explained by a mechanism that shuttles creatine-fosfocreatine inside of the mitochondria and allows a better use of the energetic substrates.

Key words
suplementation with creatine, performance aerobic, suttle creatine

Artículo completo
Introdução

A creatina é um composto que em humanos é sintetizada de forma endógena no fígado, no pâncreas e nos rins, a partir de dois aminoácidos precursores: arginina e glicina. A síntese começa com a transferência de um grupo amino da arginina à glicina, em uma reação de transaminação, para formar guanidinoacetato e ornitina. A enzima que catalisa esta reação reversível é uma transaminase.¹ A creatina é formada pela cessão de um grupo metil da S-adenosilmetionina ao guanidinoacetato, mediante uma metiltransferasa. Uma vez sendo a creatina sintetizada endogenamente ou ingerida na dieta, é captada pelo tecido muscular, sendo fosforilada mediante a reação catalisada pela creatina quinase, a fosfocreatina. O músculo não tem a capacidade de sintetizar a creatina, e portanto a creatina transportada pelo sangue deve ser captada contra um gradiente de concentração por parte de um transportador de creatina/sódio. No entanto, a fosfocreatina pode transformar-se de maneira espontânea em um produto cíclico, a creatinina, que acaba sendo excretada na urina.²

A creatina total em humanos é definida como a soma da creatina em forma livre e fosforilada. As maiores concentrações de creatina total no corpo são encontradas no músculo esquelético, com aproximadamente 95% do conteúdo de creatina total. Mediante biópsia do músculo, pôde-se determinar que a quantidade média de creatina total é de 124.4 mmol/kg de peso seco de músculo, sendo deste, 49.0 mmol/kg creatina livre (39%) e 75.4 mmol/kg fosfocreatina (61%). Os 5% restantes de conteúdo corporal de creatina estão localizados principalmente no cérebro e coração. Esta distribuição de creatina no corpo indica que esta é transportada pela corrente sanguínea, desde os lugares de síntese até os lugares de utilização.¹

Entretanto, a suplementação com creatina, converteu-se, durante estes últimos anos, em uma prática habitual entre desportistas de competição, que praticam diferentes especialidades desportistas. O mecanismo pelo qual a suplementação com creatina poderia ter efeitos ergogênicos potenciais consistiria em um aumento do conteúdo muscular de creatina e fosfocreatina, o qual permitiria um aumento na velocidade de ressíntese de ATP, uma diminuição da fadiga muscular e uma melhor recuperação durante exercícios repetidos de alta intensidade. Tem-se estudado de forma bastante completa os efeitos da suplementação com creatina em pessoas sedentárias ou moderadamente treinadas, em condições de laboratório. No entanto, sabe-se muito pouco sobre sua possível influência em desportistas bem treinados participando em competições. Os atletas estudados que foram suplementados com creatina apresentaram melhores resultados, principalmente nos esportes que requerem atividades de alta intensidade. O mecanismo pelo qual a suplementação de creatina aumenta o rendimento pode estar diretamente relacionado com o aumento nos níveis de PCr no período de repouso e uma maior ressíntese de PCr durante a recuperação. Portanto a suplementação com creatina pode trazer benefícios para atletas de alto rendimento, principalmente nos esportes de alta intensidade, como na diminuição da fadiga muscular durante os treinamentos, possibilitando a realização das sessões de treinamento com intensidades mais elevadas.³

O protocolo de exercício realizado pelos fundistas no Centro de Diagnóstico de Pedralbes detectou, mediante ³¹P- ERM, demonstrou uma diminuição do consumo de PCr durante os períodos de exercício devido à suplementação com creatina. Como o pH intracelular não diminuiu no grupo creatina, pelo contrário, aumentou ou se manteve igual em relação ao grupo placebo, concluímos que o aporte energético necessário para desenvolver a mesma potência no grupo suplementado com creatina deve provir de um aumento da contribuição da fosforilação oxidativa com respeito ao grupo controle. Dado que não foi detectado um aumento significativo do quociente PCr/ATP durante o período da suplementação em nenhum dos dois grupos, cabe considerar que o efeito detectado se deve a variações na concentração de Cr livre não-fosforilada.⁴


Metabolismo da creatina:creatina quinase e suas isoformas

O metabolismo da creatina foi estudado desde o princípio do século XX, mediante experimentos, que tratavam de definir sua função metabólica. Lohmar 1934 identifico uma enzima que era utilizada como substrato, a creatina quinase (CK) e a reação que a catalizava. Existem várias isoenzimas da CK que catalizam a transferência reversível de um grupo fosfato entre a creatina e o ATP. Esta reação é uma reaçãoexclusiva da CK, no sentido que é a única enzima conhecida que pode utilizar como substrato a creatina, e sua forma fosforilada, a fosfocreatina (PCr). Tanto a creatina como as isoformas da CK se encontram em quantidades variáveis nos diferentes tipos de músculo, formando um sistema muito importante no metabolismo energético desses tecios. A maior parte da CK se encontra na forma dimérica composta por dois tipos de subunidades, M (músculo) e B (cerébro) resultando em 3 isoenzimas: MM,BB e MB. A parte destas tem outra isoforma localizada na mitocôndria, a creatina quinase mitocondrial (mi-CK), que é diferente bioquimicamente e imunologicamente com relação as formas citosólicas, e que podem formar estruturas octaméricas ou diméricas. A mi-CK está codificada por dois genes diferentes que expressam a forma específica em cada tecido. A mi-CK se expressa juntamente com a M-CK nos tecidos que apresentam estruturas sarcoméricas. As diferentes isoformas itocondriais da CK estão livres no citoplasma ou associada a estruturas subcelulares. Assim, a M-CK está asociada a miofibrilas e foi descrita como uma proteína estrutural do disco M dos filamentos grosos do sarcômero. Nesta estrutura esta funcionalmente acoplada a cabeça globular da miosina. A CK miofibrilar pode utilizar PCr para refosforilar o ADP produzido pelo ciclo catalítico da miosina, e pode, portanto, suministrar energia química ao músculo em momentos de demanda máxia. De modo similar, a M-CK, também está associda a membrana do retículo sarcoplasmático, onde encontra-se funcionalmente acoplada a bomba de Ca⁺⁺ e portanto, assegura a energia suficiente para as necessidades da ATpase.⁵

Mediante a utilização da ratos trangênicos que as isoformas citoplasmáticas, a MM e a BB são funcionalmente equivlentes: os ratos nos quais foram substituídos a MM-CK pela BB-CK nas células musculares não apresentaram um padrão contrátil diferente do normal. O que pode-se observar que existe uma divergência na seqüência primária entre a MM-CK e a BB-CK, no extremo C-terminal da enzima: este extremo na MM-CK parece conter a informação necessária para associar a MM-CK com as miofibrilas. A grande homogenia entre a MM-CK e a BB-CK é que elas tem um papel importante na bionergética muscular.⁵


Lançadeira de Cr/PCR

A existência do tecido e do compartimento específico de isoenzimas da creatina quinase (CK) é uma importante propriedade dessa enzima e a sua função está no metabolismo celular. Na maioria dos vertebrados apresentam duas CK isoenzimas, a dimérica citosólica e a octamérica MiCK que está localizada na crista e no espaço intermembrana.⁶

A creatina facilita o transporte de energia através de uma série de equilíbrios seqüenciais no citoplasma, o que a existe um acoplamento direto entre a Mi-CK que alimenta a reação da fosforilação oxidativa e a MM-CK, que proporciona ATP a miosina e a outras ATP ases celulares. Este é o conceito de lançadeira ou circuito que esta fundamentado na compartimentalização das diferentes isoformas da CK. Provavelmente , as diferentes isoformas da CK (genericamente, mitochondrial e a citoplasmatica) se mantém em evolução, devido a uma melhor regulação da produção de energia também de uma transferência intracelular efetiva entre lugares de produção e consumo de energia.⁷

A mi-CK esta localizada no espaço intermembrana periferal e na crista,⁶ e se encontra associada ao domínio cardiolipina que rodea a translocase de nucleotídeo de adenina.

Estes complexos estruturais estão localizados no espaço intermembrana entre o citoplasma e a membrana interna mitocondrial, que é onde acontece a fosforilação oxidativa. Portanto, estão numa posição que podem controlar as concentrações de ADP e ATP no espaço intermembrana, de acordo com o mecanismo de acoplamento funcional. Este processo de acoplamento funcional implica numa canalização metabólica de substrato-produto entre a translocase e a Mi-CK devido sua proximidade especial: a translocase proporciona ATP da matriz mitocôndria ao micro entorno da Mi-CK, que por sua vez proporciona ADP produzido a partir de ATP consumido para sintetizar a fosfocreatina a partir da creatina dessa translocase. Esta translocase transporta ADP a matriz mitocodrial para ser substrato da fosforilação oxidativa e assim começa um novo ciclo. Neste sistema preciso e organizado, a atividade máxima da creatina quinase mitocondrial é igual à taxa de produção e translocação de ATP, e, portanto, igual fluxo de energia que a fosforilação oxidativa pode subministrar à célula.⁷

A reação simétrica na direção contrária é dado no outro lado, funcionalmente, da célula ao sistema de consume de energia acoplada a MM-CK. No ciclo de contração, a velocidade de difusão do ADP gerado e essencial, já que se trata de um componente ativo com a capacidade inibitória do ciclo contrátil: sua dissociação do domínio S da miosina esta diretamente relacionada com a troca conformacional que e feito no inicio do ciclo da contração. Portanto, se o ADP acumula-se no micro entorno da miosina haveria uma diminuição na potencia de contração. O aumento da velocidade de difusão do ADP seria uma tarefa principal que realize a MM-CK, que se encontra associada ao disco M do sarcômero. Este e um processo no estado de repouso devido às propriedades cinéticas favoráveis da MM-CK e que realizado no compartimento miofibrilar devido algum tipo de canalização metabólica. Embora⁵ indicaram que a compartilização da CK nas miofibrilas não e essencial para obter um padrão contrátil normal: quando a MM-CK e substituída pela BB-CK (que não se associa a miofibrilas).

A entrada de uma pequena quantidade de ADP na mitocôndria e suficiente para produzir a aceleração da respiração. O sistema de acoplamento funcional da CK seria, portanto um potente amplificador da atividade reguladora do ADP.⁸ Esta poderia ser a propriedade mais importante do acoplamento da Mi-CK, já que as purinas da membrana mitocondrial externa parecem ter uma baixa permeabilidade para ADP: assim inclui uma baixa concentração de ADP o qual provoca uma eleva taxa de respiração mediante a uma amplificação do acoplamento funcional e da troca de nucleotídeo. Deve-se destacar que a separação da Mi-CK da membrana interna tem como conseqüência a perda total desse controle, apesar da enzima estar no espaço intermembrana, e o efeito de acoplamento funcional desaparece completamente.⁹ Conforme esse assunto esses autores sugerem que o acoplamento funcional requer uma interação física entre a translocase e a Mi-CK e esta baseada por tanto na canalização do ADP e do ATP entre seus centros ativos e não na acumulação desses substratos no espaço intermembrana.

A generalização que o pool total de PC+Cr pode estar dividido homogeneamente pelo todo volume celular, pode ser um fato errôneo. Segundo estes autores as diferenças nas isoformas de CK não tem acesso a todo o pool de Cr total. Estes dados reforçam a teoria da lançadeira que permite explicar este fato como conseqüência da compartimentalização da própria enzima e de seus substratos: PCr, Cr, ATP e ADP.¹⁰

A atividade da CK em diferentes músculos, e evidenciaram que a maior atividade desta enzima se da no músculo que predomina as fibras do tipo rápida (glicolítica, tipo II) dependente da glicólise. Considerando que a maior parte a atividade desta enzima e citosólica, somente 5-10% associada ao reticulo sarcoplasmático. A atividade total da CK neste caso e aproximadamente 10 vezes superior à capacidade máxima do consume de ATP. Este tipo de músculo realize um trabalho intenso e explosivo conforme as reservas energéticas para uso imediato. A manutenção deste padrão de contração depende a capacidade de produção do ATP por unidade de tempo, assim como de uma eficiente eliminação do ADP produzido. Pelo contrário, as fibras de contração lenta do tipo I, oxidativas mantém uma atividade prolongada, associada ao metabolismo aeróbico, e contém menos quantidade de CK e PCr. Em geral, os músculos de contração lenta a atividade de CK e menor que os de contração rápida.⁸


Efeitos da utilização de creatina nos exercícios aeróbios

A suplementação de Cr pode alterar a utilização de substratos e possivelmente melhorar o desempenho durante o exercício prolongado (> 150 segundos), submáximo em estado estável.³

A suplementação de Cr pode ser benéfica em desportos aeróbios que se utilizam de momentos de sprints (picos de velocidade) de acordo com a modalidade específica.¹¹

Um estudo realizado com corredores de meia distância (n = 10), divididos aleatoriamente em um grupo placebo e um grupo suplementado com creatina de 30 g por dia durante 6 dias, realizaram 4 x 1 000 m , e os autores observaram um aumento na corrida final de 1 000 metros.¹²

Sete sujeitos da aeronáutica foram suplementado com Cr 20 g durante 5 dias demonstraram um aumento na distância percorrida durante os 12 minutos do teste de Cooper.¹³ Os mesmo autores também utilizaram o teste de cooper de 12 minutos em jogadores de futebol do sexo masculino que foram suplementados com 5 gramas de creatina durante 42 dias, e observaram aumentos na distância percorrida nos 12 minutos de realização do teste.

McConel et al.¹⁴ relataram que o total de creatina no músculo, antes do exercício parece aumentar a habilidade do músculo em manter o balanço energético durante o exercíçio aeróbio, quando um grupo de atletas foram suplementados com 21 gramas de creatina durante 5 dias.

Zoeller et al.¹⁵ também encontraram efeitos significativos no aumento da performance de endurance, em 12 sujeitos que foram suplementados com creatina.

Reardon et al.¹⁶ não apresentaram diferenças significativas no tratamento do efeito da suplementação com creatina, nas adaptações metabólicas do treinamento de endurance, durante 28 dias com 5 gramas de creatina.


Conclusão

A suplementação de Cr parece desempenhar uma melhor desempenho em atividades de intensidade máxima e submáxima, demonstrando ser mais eficaz no auxílio de atividades que utilizem o sistema energético do ATP-PC, ou seja exercícios anaeróbios, no entanto muitos estudos tem demonstrado uma melhora da performance de atividades aeróbias, na qual explica-se de acordo com a lançadeira creatina-fosfocreatina dentro da mitocôndria.

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