Capítulo 30: Biología molecular del deporte

Se considera que la actividad física es todo tipo de movimiento corporal que realiza el ser humano durante un determinado periodo, ya sea como parte de su actividad laboral o en sus momentos de ocio; este movimiento aumenta considerablemente el consumo de energía y los niveles del metabolismo de reposo, es decir, la actividad física induce el consumo de calorías.

La actividad física diaria conlleva beneficios para la salud, cardiovasculares, musculoesqueléticos, inmunológicos, etc., y las actividades físicas integradas a la vida cotidiana, como caminar, transportarse en bicicleta, subir escaleras, realizar las labores del hogar o simplemente hacer las compras, son benéficas, sobre todo si se realizan con frecuencia. Sin embargo, lo más recomendable es practicar ejercicio físico programado o deporte a intensidad moderada. Por deporte se entiende cualquier forma de actividad física, organizada o no, cuyo objetivo es expresar o mejorar las actitudes fisicopsíquicas, desarrollar las relaciones sociales o alcanzar resultados deportivos en cualquier nivel. Para la realización correcta de un deporte se requiere de entrenamiento. El entrenamiento es la planificación y realización sistemática de las medidas necesarias (contenidos y métodos) para la obtención de ciertos efectos físicos o psicológicos, persistentes y duraderos, a través de la actividad física. El ejercicio requiere movimientos corporales, lo cual se consigue a través de los movimientos de los músculos esqueléticos. La célula muscular sólo es capaz de obtener energía química del adenosín trifosfato (ATP), y por tanto los macronutrientes deben ceder la energía de sus enlaces químicos a través de distintos procesos bioquímicos. Para que esto suceda, se dispone de distintas vías metabólicas que proporcionan energía.

La principal energía para la contracción de las fibras musculares se obtiene de la desintegración del ATP en adenosín difostato (ADP) y adenosín monofostato (AMP). Esta reacción se desarrolla por medio de la enzima ATPasa de miosina o adenosintrifosfatasa de miosina; sin embargo, la cantidad de ATP disponible en el músculo sólo alcanza a proporcionar energía por 1 a 2 segundos. Si las contracciones musculares se prolongan por más tiempo, el ATP tiene que ser abastecido a través de fuentes energéticas secundarias, que se dividen en vía energética anaeróbica y vía energética aeróbica. Los esfuerzos anaeróbicos tienen una duración máxima de dos minutos, mientras que los esfuerzos de resistencia duran más de 10 minutos y su fuente energética proviene en 80% de vías oxidativas, por lo que se le denomina vía aeróbica, y su principal fuente de energía son los hidratos de carbono.

Vía anaeróbica aláctica: fosfocreatina

El primer mecanismo de las vías energéticas secundarias es el desdoblamiento de la molécula creatinfosfato (CrP) en creatina:

En el músculo, el CrP se reserva en pequeñas cantidades. En personas no entrenadas la energía proveniente de esta vía metabólica dura hasta seis segundos y en atletas de alto rendimiento, de 12 a 20 segundos. Los ejercicios que usan esta vía energética no producen lactato, por lo que también se les denomina anaeróbicos-alácticos. Esta vía se activa en una salida de un portero de su área chica, durante carreras de atletismo de 100 m planos, en una salida en natación, durante el salto de longitud y triple salto, o en lanzamientos de bala, jabalina, disco, etcétera.

Vía anaeróbica láctica: glucólisis anaerobia

Si la demanda energética es mayor de seis a 20 segundos, el CrP se agota; a partir de ese punto, la energía se obtiene del glucógeno muscular, a través de la glucólisis anaerobia. Durante esta vía metabólica se despliega la energía de la molécula de glucosa y como metabolito se generan dos moléculas de piruvato. A continuación, en la glucólisis aerobia, el piruvato puede transformarse en acetil coenzima A (CoA) por descarboxilación oxidativa, a través de una serie de reacciones catalizadas por la piruvato deshidrogenasa, localizada en la matriz mitocondrial. La acetil-CoA puede entrar al ciclo de Krebs para generar más energía. Sin embargo, cuando la demanda de energía sobrepasa la disponibilidad de oxígeno en sangre, la piruvato deshidrogenasa no alcanza a convertir el piruvato en acetil-CoA lo suficientemente rápido, por lo que comienza a acumularse, lo que inhibe la glucólisis y reduce la producción de ATP. En estas condiciones, la enzima lactato deshidrogenasa (LDH) reduce el piruvato a lactato mediante la siguiente reacción:

La producción de lactato tiene como función oxidar el NADH + H para regenerar el dinucleótido de nicotinamida-adenina (NAD⁺), necesario para la glucólisis y para que continúe la producción de ATP. En la degradación anaeróbica del glucógeno se origina lactato en concentraciones que oscilan de 4 a 20 mmol/L de sangre; acumulaciones mayores a 6 a 8 mmol/L impiden un desempeño deportivo eficiente. La glucólisis anaeróbica alcanza su máximo nivel después de unos 45 segundos y se mantiene unos dos minutos; por tanto, la duración de los esfuerzos anaeróbicos lácticos está limitada por la acidificación del músculo (por el agotamiento de los sistemas amortiguadores del músculo que tratan de aminorar la concentración de cationes hidrógeno liberados en la hidrólisis de ATP) y no por el agotamiento del glucógeno muscular. Estos esfuerzos pueden apreciarse en la carrera de 400 m planos y las pruebas de 100 m en natación.

Por otro lado, el lactato producido sale de la célula muscular y llega al hígado por el torrente sanguíneo, donde se vuelve a transformar en glucosa por el proceso de gluconeogénesis, lo que se conoce como ciclo de Cori.

Vía aeróbica

Esta vía puede dividirse en dos: ejercicios físicos de larga duración, y ejercicios físicos de corta y mediana duración.

En los ejercicios físicos de larga duración la energía proviene principalmente de los lípidos. Aquí la velocidad de la producción de energía es baja, y como la grasa es una reserva de energía abundante permite mantener esfuerzos físicos por periodos largos, como en el caso de maratones, triatlones, marchas y carreras de bicicleta.

En cambio, la energía necesaria para ejercicios aeróbicos de corta o mediana duración se obtiene principalmente de los hidratos de carbono, cuya combustión es más rápida que la de las grasas; en determinado momento las reservas de hidratos de carbono se agotan. En este tipo de ejercicios pueden aparecer concentraciones de lactato en cantidades de 2 a 4 mmol/L sangre. Esta vía de obtener energía se emplea en pruebas de 400 m en natación y carreras de atletismo de 500 y 1000 m.

Vía aeróbica: glucólisis aeróbica

A partir de los dos minutos, aproximadamente, la energía se obtiene en principio por la oxidación aeróbica del resto de las reservas de glucógeno; la acetil−CoA se convierte, junto con el ácido oxálico (oxalacetato), en ácido cítrico, que en cada ciclo de Krebs generará una molécula de oxaloacetato, dos CO₂, guanosín trifosfato (GTP) y electrones de alto potencial en las moléculas de NADH y FADH2. El balance neto del ciclo es:

Este proceso se relaciona con un aprovechamiento óptimo de la energía, ya que mediante la reducción completa de 1 mol de glucosa se recuperan 38 moléculas de ATP. Esta fuente energética suele durar unos 30 minutos en personas no entrenadas y de 60 a 90 minutos en personas entrenadas. Después de este periodo, por lo general las reservas de glucógeno muscular y hepático quedan agotadas.

Vía aeróbica: lipólisis aeróbica

La energía necesaria para mantener los niveles de ATP en el músculo durante un periodo de actividad constante puede obtenerse de hidratos de carbono exógenos provenientes de los alimentos, como es usual en carreras de ciclismo en ruta, triatlón, maratón, etc. Si, por algún motivo, durante un ejercicio de alta intensidad no puede llevarse a cabo este abastecimiento, la energía necesaria se proveerá por la vía de la glucogenólisis hepática o por oxidación de los aminoácidos. Así, si el esfuerzo continúa, aunque comience a bajar de intensidad, la energía se obtendrá de la oxidación aeróbica de los triglicéridos, convirtiéndolos en glicerina y ácidos grasos libres. La lipólisis aeróbica de 1 mol de triglicéridos produce una recuperación energética de 130 moles de ATP; sin embargo, en este proceso la velocidad de obtención de energía es lenta.

En la figura 30-1 se resumen las vías energéticas activadas durante el ejercicio.

El rendimiento deportivo se divide en lento frente a rápido, y resistencia frente a potencia, y depende en gran medida de las funciones cardiorrespiratorias (VO_2máx; volumen/minuto, tamaño del corazón y cantidad de hemoglobina), así como de la hipertrofia y los tipos de fibra muscular del músculo esquelético. Se conocen tres tipos de fibras musculares esqueléticas: rojas (tipo I), blancas (tipo II) e intermedias. La diferencia funcional de las fibras depende del comportamiento de la ATPasa de miocina, ya que las de tipo I emplean la vía oxidativa, mientras que las de tipo II, la vía glucolítica anaerobia. Las fibras de tipo I, o de contracción lenta, abundan en los músculos rojos, su diámetro es pequeño y contienen una gran cantidad de mioglobina, así como numerosas mitocondrias localizadas entre las miofibrillas y en acumulaciones por debajo del sarcolema (figura 30-2a). Este tipo de fibras son poco fatigables. Las fibras de tipo II, o de contracción rápida, están presentes en los músculos blancos, su diámetro es mayor, poseen menor cantidad de mioglobina y menor número de mitocondrias entre las miofibrillas, en la banda I. En este tipo de fibras la línea Z es mas delgada que en las fibras rojas (figura 30-2b). Las fibras intermedias presentan características medias entre los otros tipos de fibras, pero histológicamente se asemejan más a las fibras de contracción lenta y son más abundantes en los músculos rojos. Poseen un número de mitocondrias equivalente al de las fibras rojas, pero su línea Z es delgada, como la de las fibras blancas (figura 30-2c). Una diferencia notable entre las fibras es la cantidad de glucógeno almacenado, más abundante en las fibras de tipo II. Según el músculo de que se trate predominará cierto tipo de fibras musculares (p. ej., en los músculos extensores del codo predominan fibras tipo II, mientras que en el sóleo predominan las fibras de tipo I).

Con independencia de la disciplina deportiva practicada, el ejercicio constante induce cambios corporales, como un metabolismo energético más rápido (en el ejercicio, la tasa de fosforilación oxidativa en el músculo esquelético se incrementa hasta 100 veces), una masa ósea más sólida y resistente, aumento del tamaño de las mitocondrias en las células musculares, hipertrofia cardiaca y presión sanguínea regularmente estable. Por otro lado, el ritmo cardiaco en reposo de un atleta de alto rendimiento oscila entre los 30 y los 40 lat/min; en cambio, en una persona no entrenada el ritmo cardiaco es de 60 a 90 lat/min. En el pulmón, la cantidad de aire espirado por minuto aumenta como consecuencia de la disminución del contenido de oxígeno en la sangre y el aumento tanto en la producción de dióxido de carbono (CO₂) como en los ácidos del cuerpo (H⁺). Estas variables activan potenciales de acción que se envían al centro respiratorio localizado en el bulbo raquídeo y la protuberancia cerebral, para que se aumente la profundidad y la frecuencia de la ventilación pulmonar y así incrementar la eliminación de estos dos compuestos. El incremento de la capacidad de oxigenación deriva en un agrandamiento de los pulmones. Según la disciplina deportiva que se practique puede aumentarse el tono muscular, inducir mayor resistencia a la acumulación de lactato en sangre y acelerar la degradación muscular del lactato, generando resistencia a la fatiga muscular. Los cambios locales en los músculos, como la cantidad de lactato producido y aumento de la temperatura muscular y de la concentración de CO₂ debido a un mayor metabolismo, facilitan la descarga de oxígeno desde las moléculas de hemoglobina, por lo que también puede incrementarse la cantidad de glóbulos rojos en la sangre o la cantidad de plasma sanguíneo, lo que reduce la viscosidad sanguínea. La movilización de las diferentes reservas energéticas, para satisfacer la demanda de los músculos cardiaco y esquelético durante el ejercicio, varía según el tipo, la duración y la intensidad del ejercicio realizado, así como la intensidad y la condición física del individuo. En la figura 30-3 se aprecian los cambios corporales que se inducen durante el ejercicio.

Cambios en la expresión génica durante el ejercicio

El ejercicio induce cambios en la expresión génica en diferentes órganos y sistemas, como el músculo, la vasculatura y las vías energéticas. Las diferentes fases del ejercicio y la etapa de recuperación posejercicio también conllevan cambios transcripcionales que tienden a hacer más eficientes las condiciones metabólicas. Algunos de los cambios en la expresión génica durante la actividad física se resumen en el cuadro 30-1. A continuación, éstos se agrupan según su participación metabólica.

Genes que regulan el tamaño muscular

Los mecanismos moleculares por los cuales un aumento en la carga que soporta un músculo incrementa la masa muscular implican diversos genes que regulan el crecimiento del músculo. Entre ellos se encuentra el de la α-actina del músculo esquelético. La sobrecarga muscular conlleva hipertrofia del músculo, por aumento de la síntesis de esta proteína miofibrilar, ya que el promotor de la α-actina de músculo esquelético contiene el elemento de respuesta a suero 1 (serum response element, SRE1), un elemento regulador de hipertrofia que activa genes de proteínas contráctiles en respuesta a una sobrecarga muscular. El factor de respuesta al suero (serum response factor, SRF) es un factor de transcripción que aumenta en músculos hipertróficos y homodimeriza con el SRE, con lo que potencia la transcripción del ARNm de la α-actina. Parece que este mecanismo es el responsable de la hipertrofia en la fase tardía de los cambios adaptativos inducidos por el ejercicio. En la fase temprana de los cambios adaptativos inducidos por sobrecarga muscular, parecen estar implicados otros genes, cuya traducción se activa con la fosforilación de la enzima p70S6K. Esta vía de señalización se activa solamente con ejercicio de carga muscular; no así con ejercicios aeróbicos. Así también, la flexión muscular con carga incrementa la transcripción de las isoformas hepática y muscular de factor de crecimiento similar a la insulina I (insulin-like growth factor I, IGF-I) lo que induce hipertrofia muscular. La concentración extracelular de IGF-I regula la activación de la enzima fosfatidilinositol-3’-cinasa (PI3-K), que a su vez regula mediadores intracelulares como el AKT/PKB, los cuales, con su actividad cinasa, activan genes implicados en los cambios fenotípicos atribuidos al ejercicio de carga muscular. Por otro lado, se cree que el aumento de las concentraciones de calcio e IGF-I en los músculos con carga aumenta la calcineurina. La señalización de la vía de la calcineurina aumenta la masa muscular, ya que esta fosfatasa dependiente de Ca²⁺-calmodulina señaliza corriente abajo y desfosforila al factor nuclear de células T activadas (nuclear factor of activated T cells, NFAT); además, varias isoformas de este factor transcripcional activan genes implicados en la hipertrofia de fibras musculares de contracción lenta. La miostatina también es uno de los genes modificados durante el ejercicio muscular con cargas. Esta proteína, conocida también como factor 8 de crecimiento y diferenciación, limita el crecimiento muscular, y al parecer retrasa el desarrollo de las células madre musculares. Durante el ejercicio con carga se inhibe la producción de esta proteína, pero el efecto se revierte con la ausencia de carga.

Genes de la energética en músculo

La duración y la frecuencia de la contracción muscular aumentan la cantidad de mitocondrias en el músculo. En este sentido, el citocromo C es un marcador de la densidad mitocondrial en el músculo y, por tanto, de su capacidad oxidativa. Durante el ejercicio, los niveles de ARNm, citocromo C y su proteína se incrementan, y en los periodos de inactividad disminuyen. La actividad de la adenosín monofosfato (AMP) cinasa (AMPK) también aumenta de dos a tres veces durante el ejercicio, y es la responsable de inducir algunas de las adaptaciones al ejercicio de resistencia, como el incremento en GLUT-4, hexocinasa, proteína desacoplante 3 y varias enzimas implicadas en la oxidación mitocondrial en el músculo. En el sarcoplasma, aumentos en las concentraciones de Ca²⁺, como los que se obtienen durante el ejercicio, se asocian con incrementos en la actividad de la cinasa dependiente de Ca²⁺-calmodulina, la cual aumenta la expresión de PGC-1 y citocromo C. En la fase de recuperación posejercicio, genes implicados en el metabolismo aumentan su transcripción en el músculo esquelético, como la proteína desacoplante 3, la cinasa 4 de piruvato deshidrogenasa, la hemooxigenasa-1, lipoproteína lipasa y la carnitina pamitoiltransferasa I.

Genes cardiovasculares

Durante la actividad física, el ritmo cardiaco y el flujo sanguíneo aumentan, por lo que se requiere la dilatación vascular. Para ello, el endometrio funciona como modulador del tono vascular sintetizando y liberando óxido nítrico, lo que promueve una vasodilatación. El incremento en óxido nítrico mediado por el ejercicio se debe principalmente a una sobrerregulación génica y proteica de la óxido nítrico sintasa endotelial (eNOS). Otro mecanismo molecular propuesto es que el óxido nítrico sintetizado en el entrenamiento con ejercicios aeróbicos incrementa los niveles del ARNm de superóxido dismutasa endotelial (eSOD) en las células de músculo liso adyacentes, con lo que se previene la degradación del óxido nítrico mediada por los radicales O₂^• y se prolonga su vida media. Asimismo, el ejercicio constante induce hipertrofia cardiaca, cuyo efecto es el aumento en la reserva cardiaca (volumen de sangre bombeado por los ventrículos por unidad de tiempo) y la contractilidad. El corazón de un atleta tiene el doble de reserva cardiaca que un corazón adulto clínicamente sano. La hipertrofia cardiaca presenta la ventaja fisiológica de que se incrementa la función cardiaca con un menor consumo de oxígeno, con lo que disminuye el ritmo cardiaco submáximo y en reposo y aumentan el retorno venoso y el flujo cardiaco máximo. Este crecimiento ventricular inducido por el ejercicio aeróbico regular lleva el flujo sanguíneo de 75 ml/lat a 105 ml/lat, por lo que es posible bombear hasta 30 L/min durante la actividad física. La calcineurina es, en parte, responsable de esta hipertrofia inducida por el ejercicio; en atletas se reporta una actividad de esta fosfatasa en el miocardio hasta 250% mayor que en sujetos sedentarios. De manera similar a su efecto en el músculo estriado, el IGF-I y la norepinefrina podrían tener injerencia en la hipertrofia cardiaca. En jugadores profesionales de fútbol soccer se han reportado niveles sanguíneos mayores de IGF-I en las venas coronarias comparados con sujetos sedentarios.

Genes del metabolismo

La AMPK es un sensor de los niveles de ATP; niveles energéticos bajos estimulan su activación, con lo que las vías de señalización se regulan positivamente, y se restablecerán las reservas de ATP. La AMPK aumenta en músculos con fibras rápidas en respuesta a la contracción con carga; los efectos corriente abajo de esta enzima incluyen la estimulación de la expresión génica de los GLUT4 y la hexocinasa de moléculas que estimulan la oxidación de ácidos grasos y glucólisis, como la PFK2. También regula de forma negativa las moléculas centrales de procesos en que se consume ATP, como TORC2, glucógeno sintetasa, SREBP-1 y TSC2, lo que promueve la inhibición de la gluconeogénesis y la síntesis de glucógeno, lípidos y proteínas.

Genes antioxidantes

En la fase aguda del ejercicio el estrés oxidativo vascular se incrementa, con lo que se generan especies reactivas de oxígeno (ROS), como el radical superóxido (O₂^•) y el peróxido de hidrógeno (H₂O₂). La exposición de las células del músculo esquelético a los ROS estimula la captación de glucosa mediante un mecanismo dependiente de fosfatidil inositol 3 cinasa (PI3K). El O₂^• producido es el mediador principal en la transmisión de la señal activadora de la subunidad 1 alfa del factor inducido por hipoxia 1 alfa (HIF-1a) en células endoteliales. Este factor entra al núcleo celular, en donde, unido al factor inducido por hipoxia 1 beta (HIF-1b), actúa como factor de transcripción de genes con elementos de respuesta a hipoxia (HRE) en su promotor, entre los que se encuentran los que codifican para el factor de crecimiento vascular endotelial (VEGF), la eritropoyetina (Epo), el transportador 1 de glucosa (GLUT1), la subunidad beta del factor de crecimiento derivado de plaquetas (PDGFb), el inhibidor del activador de plasminógeno (PAI-I) y la subunidad alfa del factor de crecimiento tumoral (TGF-alfa). Estos genes abarcan enzimas respiratorias y transportadoras hasta hormonas involucradas en la regulación de la circulación y la eritropoyesis, necesarias para la adaptación durante el ejercicio.

La información genética de los deportistas es un factor determinante para el éxito de éste en determinada disciplina deportiva. Se ha comprobado la influencia de los factores genéticos en el desempeño de ciertos deportes, por lo que desde el momento de su concepción cada persona está predispuesta a ciertas cualidades individuales o carencias fisiológicas o metabólicas que pueden ser favorables o desfavorables en la realización de determinada actividad física.

Estas predisposiciones genéticas en favor de una actividad física son la estatura, la capacidad de oxigenación sanguínea, el tipo de fibra muscular predominante, la red sanguínea coronaria y pulmonar, el tamaño del corazón, el volumen del ventrículo izquierdo, etc. Sin embargo, otras determinantes importantes son la tradición deportiva de la familia, la motivación, el factor nutricional y geográfico al que el atleta ha sido expuesto, las cuales se cree que influyen hasta en 70% en el rendimiento deportivo. El análisis genético puede considerarse decisivo sólo para ciertos genes cuya influencia en el desempeño deportivo es crucial.

VO_{2 máx} y genética

El acondicionamiento físico se mide por la cantidad máxima de oxígeno que un organismo puede transportar en un minuto y se define por el consumo máximo de oxígeno (VO_{2 máx}), que se mide en litros por minuto, se correlaciona con el peso del individuo e indica la capacidad aeróbica de una persona. El VO_{2 máx} mejora con casi todos los tipos de entrenamientos, pero depende de varios factores fisiológicos, como la capacidad de ventilación pulmonar, la capacidad difusora de los pulmones, el tamaño del corazón, la capacidad de la sangre para transportar el oxígeno, la utilización muscular del oxígeno y el tipo de fibras musculares. El VO_{2 máx} es una capacidad condicionada por la genética; diversos estudios han demostrado que existen personas respondedoras al entrenamiento que logran que su VO_{2 máx} aumente en 60%, mientras que otros individuos, clasificados como no respondedores, sometidos al mismo entrenamiento no mejoran notablemente su capacidad aeróbica.

Gen ACTN3

El tipo de fibra muscular es una característica fenotípica que influye de manera determinante en el desempeño deportivo. La contracción muscular está determinada por la interacción de las proteínas miofibrilares miosina y actina. Las proteínas α-actinas son una familia de proteínas de unión a actina importantes para la contracción y el anclaje de los filamentos musculares de la actina. En seres humanos, cuatro genes codifican para estas proteínas: ACTN1, 2, 3 y 4. ACTN2 y 3 son las que se expresan en el citoesqueleto del músculo esquelético. Ambas proteínas se localizan en la línea Z de la fibra muscular, pero ACTN2 se expresa en todas las fibras musculares, mientras que ACTN3 restringe su expresión a las fibras de tipo II o de contracción rápida. El gen ACTN3 produce la proteína alfa-actina-3, que permite una contracción más eficaz de los músculos, característica imprescindible para la excelencia en deportes donde son necesarias la fuerza y la rapidez de contracción muscular. En este gen, el cambio polimórfico de un nucleótido C → T en la posición 1747 del exón 16 provoca una mutación sin sentido donde una arginina R es remplazada por un codón de paro (X) prematuro (R577X), lo que ocasiona una pérdida de la función de dicha proteína. En los portadores homocigotos para el polimorfismo 577XX, la pérdida de la proteína ACTN3 implicaría desventajas notables en la contracción de las fibras musculares, especialmente las de tipo II, por lo que el gen ACTN2 se sobreexpresa para tratar de compensar la pérdida de la proteína ACTN3. Por tanto, atletas con la variación atlélica 577RR o 577RX cuentan con una ventaja genética asociada a mejor desempeño de actividades físicas que requieran explosión y fuerza muscular, comparados con individuos con genotipos 577XX. Las investigaciones han mostrado asociación del genotipo 577XX con una fuerza máxima y una potencia absoluta mayor con respecto a los otros genotipos en mujeres, efecto que no se presenta en los varones. En atletas de élite italianos la presencia de este genotipo se asoció a una mayor masa muscular, mientras en población general en Grecia se encontró con mayor frecuencia en personas con habilidades de sprinter. En otros estudios, en que se compararon las frecuencias genotípicas en atletas de élite en pruebas de velocidad o resistencia y población abierta clínicamente sana, se encontró menor frecuencia del genotipo XX en los atletas (6%) que en la población general (18%).

Gen AMPD1

El gen AMPD1, localizado en el cromosoma 1, sitio p13-p21, codifica para la isoforma M de la AMP deaminasa, también denominada mioadenilato deaminasa. Esta isoforma constituye 95% de la AMPD total y está expresada principalmente en las fibras musculares de tipo II. Durante las contracciones musculares intensas y cortas, la demanda de ATP excede la capacidad de resíntesis y genera una depleción de 40% de sus niveles en la célula muscular. Como consecuencia de ello, el ADP se incrementa, lo que caracteriza la fatiga muscular y se traduce en inhibición del proceso contráctil. Para tratar de minimizar la acumulación de ADP y producir ATP, el intenso trabajo metabólico del músculo esquelético activa la reacción catalizada por la AMP deaminasa: AMP ⇔ IMP + NH3. La AMP deaminasa cataliza la conversión del AMP en IMP (inosina monofosfato) y libera una molécula de amonio (NH₃). Esta reacción minimiza indirectamente la acumulación de ADP al metabolizar el AMP y favorecer el balance de la reacción catalizada por la adenilato cinasa hacia la producción de ATP y AMP: 2 ADP ⇔ ATP + AMP.

La transición del nucleótido 34 del gen de la AMPD1, de una C por T (polimorfismo C34T), ocasiona una mutación sin sentido que convierte el codón CAA, que codifica para glutamina en codón de paro TAA, con lo que se genera una proteína truncada. Por tanto, los genotipos TT o CT presentan niveles disminuidos (hasta 1% para los homocigotos TT) de la actividad de la mioadenilato deaminasa, comparados con individuos homocigotos al alelo CC. Esto se traduce en una capacidad reducida para el ejercicio, ya que durante su práctica se producen calambres musculares, dolor y fatiga muscular debido a la acumulación excesiva de ADP y AMP. En personas caucásicas la prevalencia del genotipo TT es de 2%, de 20% para los heterocigotos. Al asociarse el polimorfismo C34T de AMPD1 con funciones respiratorias en individuos sedentarios sometidos a un entrenamiento de 20 semanas, los valores de VO_{2 máx} y VCO_{2 máx} fueron menores en individuos con el genotipo TT, lo que demuestra una adaptación ventilatoria menor en respuesta al entrenamiento.

Gen de la enzima conversiva de angiotensina

El sistema renina-angiotensina desempeña un papel importante en la homeostasis del sistema circulatorio. Producida por las células yuxtaglomerulares renales, la renina hidroliza el angiotensinógeno y genera angiotensina I, que se convertirá en angiotensina II por acción de la enzima conversiva de angiotensina (ECA). La angiotensina II es un potente vasoconstrictor que provoca un incremento de la presión sanguínea. El sistema renina-angiotensina también se expresa en células musculares y cardiacas; además, la ECA hidroliza y, por tanto, inactiva a la bradicinina, que es un vasodilatador. El gen de la ECA se localiza en el cromosoma 17, sitio q23, y en su intrón 16 existe una variante génica de inserción (I) o deleción (D) de 287 pb. El alelo D se asocia a mayores niveles circulatorios de ECA y, por tanto, a incrementos en la presión y flujo sanguíneo. Algunos estudios han demostrado mayor frecuencia del alelo I en atletas que practican deportes de resistencia, así como mayor frecuencia del alelo D en los que se dedican a deportes que requieren fuerza explosiva muscular. La hipertrofia cardiaca del ventrículo izquierdo, característica de los atletas de élite, se asocia con los fenotipos DD y DI. Un total de 70.4% de los atletas con fenotipo DD, 42% de los individuos con fenotipo DI y 0% de aquéllos con genotipo II alcanzan los criterios de hipertrofia del ventrículo izquierdo; la hipertrofia es significativamente mayor en los atletas con genotipo DD que en los heterocigotos DI. Este efecto se debe a la activación del sistema RA en el corazón, en respuesta al ejercicio, y a que la angiotensina II en el corazón actúa como un factor de crecimiento celular. Algunos estudios han demostrado que el sistema renina-angiotensina del músculo esquelético es capaz de influir en el equilibrio energético corporal general. Al evaluar la eficiencia de contracción muscular en individuos varones sanos, después de 11 semanas de entrenamiento se observó que la eficiencia energética aumentó 8.6% en individuos con genotipo II y sólo 0.39% en aquéllos con genotipo DD. Este efecto se debe a una asociación entre el fenotipo DD del gen de la ECA y un porcentaje promedio mayor de fibras tipo I (~50% vs. ~30% en genotipo II), las cuales son más eficientes que las fibras de contracción rápida cuando la actividad contráctil lleva a cabo velocidades reducidas. La evaluación del efecto sobre el VO_{2 máx} del polimorfismo I/D del gen de la ECA, en 58 mujeres posmenopáusicas mostró asociación del genotipo II con el máximo VO_{2 máx} desarrollado (6.3 ml/kg/min) que fue 23% más que el del genotipo DD, que desarrolló 3.3 ml/kg/min, 11% más que el genotipo ID. En este grupo la diferencia en el VO_{2 máx} no pudo atribuirse a diferencias en el volumen sistólico o carga cardiaca. En resumen, el alelo I mejora el desempeño de los atletas en pruebas de resistencia, efecto mediado por una mayor eficiencia mecánica de los músculos esqueléticos y la proporción de las fibras musculares. Por otro lado, el alelo D correlacionó con un fenotipo de fuerza muscular mediado por un efecto de hipertrofia muscular secundaria a un aumento plasmático y tisular de los niveles de angiotensina II.

Gen BDKRB2

La ECA no sólo es responsable de la génesis de la angiotensina II, sino también de la degradación de bradicinina. Por ello, los niveles de bradicinina presentan una relación inversa con los polimorfismos I/D del gen de la ECA; esto es, a mayor concentración de ECA (alelo DD) menores niveles de bradicinina, y a menores niveles de ECA (alelo II) mayor concentración de bradicinina. Los niveles de bradicinina influyen en la internalización de glucosa y el flujo sanguíneo, y previenen el crecimiento del ventrículo izquierdo del corazón vía la activación de los receptores 2 de bradicinina (B2R). La variante −9/+9 del B2R se localiza en el exón 1 del gen BDKRB2, ubicado en el cromosoma 14, sitio q32.1−q32.2, y se refiere a la ausencia (−9) de un segmento de 9 pb asociado con alta actividad transcripcional que tiene como consecuencia una alta expresión del receptor y, por tanto, una respuesta elevada al agonista. Como la bradicinina modula la respuesta de hipertrofia del ventrículo izquierdo, es de esperar que las variaciones alélicas del gen BDKRB2 alteren la magnitud de este crecimiento muscular. El estudio de los polimorfismos I/D del gen de la ECA y −9/+9 del gen BDKRB2 en 109 reclutas de la armada británica sometidos a un entrenamiento de 10 semanas, demostró una tendencia a la hipertrofia ventricular en los individuos con genotipos DD del gen de la ECA (+11.2 g frente a +6.9 g en individuos con genotipo II; p = 0.09) y genotipo +9/+9 en el gen BDKRB2 (13.7 g frente a 4.6 g para el genotipo −9/−9; p = 0.009). La respuesta hipertrófica observada revela que la masa cardiaca de los individuos con bajas concentraciones de bradicinina y baja actividad transcripcional del B2R (genotipos DD y +9/+9) aumenta 9.5%, mientras que el ventrículo izquierdo de los individuos con altas concentraciones de bradiquinina y alta actividad transcripcional de B2R (genotipos II y −9/−9) aumenta sólo 0.4%. Por tanto, el efecto de la ECA en la hipertrofia cardiaca del ventrículo izquierdo es mediado, por lo menos en parte, por la acción de la bradicinina. La eficiencia de contracción muscular, o eficiencia delta, también parece estar afectada por los genotipos de BDKRB2. En 115 individuos sanos y 81 atletas olímpicos británicos, se valoró la eficiencia de contracción muscular como porcentaje de cambio en el trabajo realizado por minuto/porcentaje de alteración en el gasto energético por minuto en una bicicleta ergométrica. En los individuos sanos, la eficiencia delta mostró asociación de los genotipos +9/+9, +9/−9 y −9/−9 con los porcentajes obtenidos: 23.84 ± 2.41 frente a 24.25 ± 2.81 frente a 26.05 ± 2.26%, respectivamente; p = 0.002). Además, se valoró en conjunto la influencia del genotipo DD/II del gen de la ECA con el genotipo +9/+9 y −9/−9 del gen BDKRB2 y se obtuvo que entre los homocigotos al genotipo DD, la eficiencia delta muestra una tendencia a ser mayor en los homocigotos −9/−9. Aun en los individuos con genotipo II para ACE, la presencia del alelo −9/−9 influyó en la eficiencia delta de manera positiva (24.34 ± 2.51 frente a 24.26 ± 2.41 frente a 27.41 ± 2.61% para los genotipos +9/+9 frente a +9/−9 frente a −9/−9; p = 0.005). Por tanto, individuos con el genotipo II y alelo −9/−9 muestran la mayor eficiencia comparados con el genotipo DD y alelo +9/+9. En conjunto, estos datos sugieren que los polimorfismos I/D del gen de la ECA se asocian a variables funcionales en genes adyacentes y colaboran en las características fenotípicas del atleta.

Miostatina

En 2004, un sujeto alemán fue diagnosticado con una mutación en ambas copias del gen que produce la miostatina, lo que lo hacía considerablemente más fuerte que su madre, quien presentaba la mutación en un solo alelo. Más recientemente, un niño estadounidense nacido en 2005 fue diagnosticado de la misma enfermedad. Este factor de crecimiento inhibe el crecimiento de los músculos, por lo que cualquier variación genética en dicho gen que disminuya su expresión puede tener un efecto directo en la fuerza muscular; sin embargo, hasta el momento no se ha demostrado ninguna asociación entre polimorfismos de este gen y el desarrollo de una mayor fuerza muscular, y sólo se han reportado mutaciones de forma esporádica (frecuencia menor a 1% en la población).

Factor de crecimiento similar a la insulina tipo I

Como se mencionó anteriormente, el IGF-I desempeña un papel importante en la hipertrofia muscular y el desarrollo de fuerza muscular inducida por un entrenamiento con cargas. Un polimorfismo de repeticiones en microsatélite en la región promotora del gen se ha asociado a niveles sanguíneos mayores de IGF-I. Los individuos con la variante alélica 192 de este gen adquieren una fuerza y un desarrollo muscular mayores con entrenamientos de cargas que individuos no portadores de esta variación genética.

El análisis de la información génica de los atletas o deportistas busca que los atletas de alto rendimiento se apoyen en la biología molecular, en la selección de sus disciplinas deportivas, y sirve para que los entrenadores mejoren los programas de entrenamiento según las características genéticas del deportista. Así, el atleta estará enfocado a un trabajo más específico y eficiente según su predisposición genética.

Las investigaciones que aplican esta tecnología al deporte desde los años noventa son abundantes y, mediante técnicas de biología molecular como la reacción en cadena de la polimerasa, se basan en buscar las variantes génicas que permitirán a un atleta sobresalir en determinada disciplina deportiva, con la finalidad de canalizar recursos a su desarrollo, entrenamiento y preparación deportiva.

Se considera que hasta 50% de la fuerza muscular está determinada por factores genéticos. No obstante, la interpretación de lo que esto implica en cuanto al desempeño deportivo es cuestionable. La actuación deportiva se compone, además de la fuerza muscular, de varios elementos determinantes para su éxito; sin embargo, se reconoce que existen personas con ventajas genéticas para la realización de determinadas actividades físicas. El número de variaciones génicas que correlacionan potencialmente con el desempeño y rendimiento deportivo se ha incrementado, y en la actualidad se conocen 165 genes autosómicos, 5 del cromosoma X y 17 mitocondriales. El mapa genético de fenotipos asociados al desempeño y acondicionamiento físico se publica constantemente en la revista Medicine and Science in Sports and Exercise. La última publicación abarcaba unos 2000 genes, aunque se considera que esto sólo es la punta del iceberg y falta analizar el papel del resto de los 23000 genes codificantes en el desempeño deportivo. En el cuadro 30-2 se resumen los principales 20 genes, cuyas variantes génicas se han asociado al rendimiento deportivo. Los análisis disponibles comercialmente para el análisis genético pueden ser una guía para los jóvenes atletas o sus entrenadores en la selección de la disciplina deportiva en la cual pudieran sobresalir. En general, estas pruebas se enfocan al análisis de los genotipos del gen ACTN3 y/o de la ECA, cuya implicación en la fuerza muscular es reconocida. El conocimiento de estas variantes alélicas pudiera ofrecer al atleta la opción de elegir entre entrenar para llegar a ser un sprinter o bien enfocarse a deportes de resistencia. Aunque el análisis estadístico muestra que un individuo presenta sólo 0.0005% de probabilidad de presentar las variantes alélicas benéficas a la actividad deportiva en los 23000 genes mencionados, la predisposición genética es homogénea en la población mundial, ya que, al compartir 99.99% de la información, los individuos sólo presentaran siete variantes alélicas diferentes al fenotipo ideal de las 23 variantes alélicas. Este fenotipo permitirá que los récord mundiales y olímpicos sigan mejorándose, aun sin una selección genética de los atletas.