Funciones del NO sobre el musculo esquelético
Funciones del NO sobre la vasodilatación
Óxido nítrico y mitocondria
Óxido nítrico y papel sobre la biogénesis mitocondrial
Oxido nítrico y su papel en la función mitocondrial
Análisis y revisión general de investigación
Preámbulo:
El óxido nítrico (NO) es una molécula de señalización ubicua que modula diversos procesos fisiológicos, con implicaciones específicas en el músculo esquelético y aplicaciones más amplias en el rendimiento deportivo. Esta revisión se centra en la modulación de la función del músculo esquelético, la adaptación y función mitocondrial, el estado redox por el NO y el efecto de la suplementación con nitrato en el rendimiento deportivo. En la función del músculo esquelético, se cree que el NO aumenta la velocidad máxima de acortamiento y la potencia máxima de las fibras musculares. Sin embargo, su efecto sobre la contracción submáxima aún no se ha determinado. En las mitocondrias, el NO puede estimular la biogénesis y afectar la eficiencia respiratoria. El NO también interviene en el estado redox dentro del músculo esquelético, en parte a través de su interacción con enzimas de la cadena respiratoria y reguladores transcripcionales de la producción de antioxidantes. La suplementación con nitrato aumenta la biodisponibilidad del NO en el músculo esquelético. Por lo tanto, se ha investigado la suplementación con nitrato por su capacidad para influir en los resultados de rendimiento en ejercicios de resistencia y de fuerza. El efecto de la suplementación con nitratos en el ejercicio de resistencia es actualmente incierto, aunque la evidencia indica que puede prolongar el tiempo hasta el agotamiento en este tipo de ejercicio. Por otro lado, el efecto de la suplementación con nitratos en el rendimiento en ejercicios de resistencia ha sido menos estudiado. Investigaciones limitadas indican que la suplementación con nitratos puede mejorar las repeticiones hasta el fallo. Se necesitan más investigaciones para analizar la influencia del nivel de entrenamiento, la edad, el sexo y la duración de la suplementación para dilucidar mejor el impacto de la suplementación con nitratos en el rendimiento físico.
Introducción
Aunque el óxido nítrico (NO) se ha considerado una molécula perjudicial desde una perspectiva fisiológica ( Bryan, 2006 ), también es conocido por su papel crucial en el mantenimiento del tono vascular. Además, la deficiencia de NO se ha relacionado con diversas patologías, como enfermedades cardiovasculares ( Naseem, 2005 ), enfermedades respiratorias ( Soodaeva et al., 2020 ), enfermedades neurodegenerativas ( Snyder, 1992 ) y disfunción metabólica ( Litvinova et al., 2015 ).
En el contexto del ejercicio, la suplementación con nitrato ha ganado interés como ayuda ergogénica para mejorar el rendimiento de resistencia ( Jones, 2014a ) y las adaptaciones musculares al ejercicio de resistencia ( González et al., 2023 ). Trabajos fundamentales de Bailey et al. (2009) , Jones et al. (2021) y Lundberg et al. (2008) han buscado determinar cómo el NO afecta la fisiología vascular y muscular, y el posible efecto de la suplementación con nitrato en el rendimiento físico. A pesar de la extensa información sobre este tema, aún no se ha establecido un consenso claro sobre los efectos de la suplementación con nitrato en el rendimiento físico.
Por lo tanto, el propósito de esta revisión es presentar el conocimiento general de los mecanismos fisiológicos subyacentes afectados por el NO y el efecto posterior de la suplementación con nitratos durante el ejercicio. Comenzamos nuestra revisión describiendo las dos vías que producen NO y resumiendo cómo cada vía puede ser estimulada para aumentar la producción durante el ejercicio. A continuación, describimos brevemente las funciones del NO en la vasculatura (no es un enfoque en esta revisión), seguido de una sinopsis de las perspectivas pasadas y presentes sobre la función del NO dentro del músculo esquelético y los mecanismos en el mismo. Luego discutimos los efectos del NO en la biogénesis mitocondrial, la respiración, la eficiencia y la producción de ATP. La siguiente sección amplía el NO, las mitocondrias y el estado redox. Las dos secciones finales evalúan críticamente la literatura, evaluando los efectos del NO en el rendimiento del ejercicio de resistencia y fuerza. Concluimos nuestra revisión proporcionando direcciones futuras propuestas sobre este apasionante tema.
Vías de producción de NO
El NO es una molécula de señalización ubicua que participa en numerosas funciones celulares, pero su vida media es relativamente corta. Por lo tanto, se sintetiza continuamente en todo el cuerpo humano ( Gilchrist et al., 2011 ). Ciertas condiciones estimulan un aumento en la producción de NO más allá de las concentraciones homeostáticas. Dependiendo del estímulo, el NO se produce con o sin óxido nítrico sintasa (NOS) (es decir, las vías dependientes e independientes de NOS; Figura 1 ). La siguiente sección describe los procesos únicos involucrados en la estimulación y producción de NO dentro de cada vía.
Figura 1
Figura 1. Vías de producción y función del NO. Leyenda: Vía dependiente de NOS: NOS convierte L-arginina y oxígeno en NO y L-citrulina. Vía independiente de NOS: el nitrato contenido en la dieta se reduce a nitrito y luego a NO. El NO causa vasodilatación arterial. El NO aumenta la velocidad máxima de acortamiento y la potencia máxima de salida en el músculo esquelético, aunque los resultados no son concluyentes con respecto a la producción de fuerza submáxima (véase el texto para más detalles). Las flechas azules representan reacciones de oxidación, mientras que las flechas rojas representan reacciones de reducción. Óxido nítrico (NO); óxido nítrico sintasa (NOS); velocidad máxima de acortamiento (Vmáx); potencia máxima de salida (PPO); producción de fuerza submáxima (Fuerza Submáxima).
Producción de NO a través de la vía dependiente de NOS
La vía dependiente de NOS es la principal fuente de NO en la fisiología humana. En esta vía, la NOS cataliza la conversión de L-arginina y oxígeno en L-citrulina y NO ( González et al., 2023 ; Ignarro, 1990 ; Tousoulis et al., 2012 ). Posteriormente, la L-citrulina se recicla para reformar L-arginina, mientras que la oxidación posterior del NO produce nitrito y nitrato de producción endógena, algunos de los cuales se almacenan para su uso futuro y pueden contribuir a la producción de NO independiente de la NOS ( Jones et al., 2018 ).
La producción de NO dependiente de NOS se ve facilitada por tres isoenzimas de NOS específicas de cada tejido: nNOS, eNOS e iNOS ( Förstermann y Sessa, 2012 ). Dado que la iNOS se activa principalmente como respuesta inmunitaria e inflamatoria, esta revisión se centrará en la acción de nNOS y eNOS en la producción de NO dependiente de NOS ( Förstermann y Sessa, 2012 ).
Estimulación de la producción de NO a través de la vía dependiente de NOS
nNOS y eNOS son enzimas dependientes de calcio-calmodulina responsables de la conversión de L-arginina y oxígeno a L-citrulina y NO ( Ignarro, 1990 ; Tousoulis et al., 2012 ). Por lo tanto, el estímulo necesario para iniciar la producción de NO dependiente de NOS es un aumento del calcio intracelular ( Reid, 1998 ). En las células endoteliales, los aumentos en la afluencia de calcio celular a través de mecanorreceptores y receptores de acetilcolina mejoran la actividad de NOS ( Ignarro, 1990 ). En las fibras musculares esqueléticas, el acoplamiento excitación-contracción conduce a la liberación de calcio del retículo sarcoplásmico y aumenta las concentraciones intracelulares de calcio ( Stamler y Meissner, 2001 ). A medida que aumentan las concentraciones intracelulares de calcio, los iones de calcio se unen a la calmodulina, formando complejos calcio-calmodulina ( Reid, 1998 ). Finalmente, los complejos de calcio-calmodulina activan la NOS, lo que facilita la producción de NO dependiente de NOS ( Moncada y Higgs, 1993 ; Tang et al., 2014 ).
El ejercicio como estimulante de la producción de NO a través de la vía dependiente de NOS
El ejercicio es un factor estresante que se sabe que estimula la producción de NO dependiente de NOS. A medida que comienza el ejercicio, el gasto cardíaco aumenta junto con el flujo sanguíneo a través de la vasculatura del músculo esquelético activo. Como resultado, la tensión de cizallamiento impuesta a las paredes de la vasculatura por estas fuerzas hemodinámicas es percibida por los mecanorreceptores de las células endoteliales, lo que facilita el aumento de las concentraciones intracelulares de calcio. La contracción del músculo esquelético también provoca tensión de cizallamiento en las arterias circundantes debido al aumento del flujo sanguíneo local y al aumento de las concentraciones intracelulares de calcio en las fibras musculares a través del acoplamiento excitación-contracción ( Stamler y Meissner, 2001 ). Como resultado de la tensión de cizallamiento en la vasculatura y las contracciones del músculo esquelético durante el ejercicio, las concentraciones de calcio endotelial y miocelular aumentan, lo que lleva a la activación de NOS en estos tipos de células y a una mayor producción de NO ( Kolluru et al., 2014 ).
Producción de NO a través de la vía independiente de NOS
En la vía independiente de NOS, la producción de NO es el resultado de la reducción secuencial de nitrato a nitrito a NO. Aunque pequeñas cantidades de nitrito formadas como producto final de la vía dependiente de NOS contribuyen a la vía nitrato-nitrito-NO, la fuente más abundante de NO derivado del nitrito es la reducción de nitratos consumidos en la dieta. Al entrar en la boca, aproximadamente el 20% del nitrato dietético se convierte inmediatamente en nitrito por bacterias anaerobias facultativas comensales que se encuentran debajo de la lengua ( Duncan et al., 1995 ; Gilchrist et al., 2010 ; Liu G. et al., 2023 ; Lundberg y Weitzberg, 2010 ). A continuación, el entorno ácido del estómago facilita una mayor reducción de cualquier nitrito salival ingerido en NO ( Benjamin et al., 1994 ; Lundberg y Weitzberg, 2010 ). El nitrito ingerido restante se almacena en los tejidos para su futura reducción a NO ( Jones et al., 2021 ).
Estimulación de la producción de NO a través de la vía independiente de NOS
Aunque varias investigaciones han proporcionado información sobre el impacto de la vía independiente de la NOS, aún no se han revelado los estímulos específicos necesarios para iniciar esta vía ( Lundberg et al., 2008 ). Sin embargo, se sabe que existen dos condiciones en las que se potencia la vía independiente de la NOS: niveles bajos de oxígeno (hipoxia) ( Cosby et al., 2003 ; Zweier et al., 1995 ) y pH bajo (acidosis) ( Jones et al., 2021 ; Zweier et al., 1999 ).
El ejercicio como estimulante de la producción de NO a través de la vía independiente de NOS
Las dos condiciones mencionadas anteriormente (hipoxia y/o acidosis) ocurren comúnmente con el ejercicio de alta intensidad e intermitente ( Jones et al., 2021 ). Durante el ejercicio intenso, cuando se imponen mayores demandas al músculo esquelético activo, el uso de oxígeno aumenta drásticamente a través de la respiración mitocondrial, induciendo así hipoxia local. Además, el músculo esquelético también requiere que la energía (es decir, ATP) se produzca rápidamente durante episodios de alta intensidad, recurriendo así a los sistemas de energía anaeróbica que producen ácido láctico. Esta idea está respaldada por los resultados de Piknova et al. (2016) , quienes demostraron una disminución en la concentración de nitrato del músculo esquelético y un aumento en la concentración de nitrito después de un episodio de ejercicio. Por lo tanto, el ejercicio puede ser un potente estímulo para la producción de NO independiente de NOS.
Funciones del NO en la vasculatura
Una vez sintetizado, el NO participa en varias funciones fisiológicas. El efecto del NO en la vasculatura está bien documentado e implica la difusión del NO desde la célula endotelial, donde se sintetiza, hacia las células musculares lisas vecinas. Esto facilita la relajación del músculo liso vascular a través de la vía dependiente del guanosín monofosfato cíclico (cGMP) o la vía independiente del cGMP ( Tiidus et al., 2012 ). En la vía dependiente del cGMP, el NO activa una enzima llamada guanilato ciclasa soluble (GC) ( Tiidus et al., 2012 ). La GC cataliza rápidamente la conversión del guanosín trifosfato (GTP) en cGMP ( Moncada y Higgs, 1993 ; Tiidus et al., 2012 ). El aumento de las concentraciones de cGMP dentro de las células musculares lisas activa la proteína quinasa G, que en última instancia reduce las concentraciones de calcio intercelular, relaja las células musculares lisas y dilata los vasos sanguíneos asociados ( Lincoln et al., 2001 ). En la vía independiente de cGMP, el NO activa alternativamente la bomba de calcio ATPasa del retículo sarcoplásmico/endoplasmático. La bomba de calcio ATPasa del retículo sarcoplásmico/endoplasmático transporta calcio intracelular al retículo sarcoplásmico o endoplasmático de las células musculares lisas cardíacas, esqueléticas y vasculares. Las reducciones resultantes en las concentraciones intracelulares de calcio conducen a la relajación y vasodilatación del músculo liso ( Adachi et al., 2004 ). Dado que este tema no es el foco de esta revisión, los lectores interesados en más detalles pueden dirigirse a otras excelentes revisiones sobre el tema ( Cyr et al., 2020 ; Jin y Loscalzo, 2010 ; Maiorana et al., 2003 ).
Funciones del NO en el músculo esquelético
Desde el descubrimiento de su presencia en el músculo esquelético (1994), el NO se ha estudiado por sus efectos en la función contráctil ( Kumar et al., 2022 ). Sin embargo, algunos efectos aún no se han determinado ( Kumar et al., 2022 ). La forma en que el NO afecta la función contráctil muscular probablemente depende de factores como la vía de producción de NO, las concentraciones intracelulares de donantes de NO/NO, la ingesta de nitratos en la dieta, el entorno en el que se estudia el modelo de músculo esquelético ( in vivo frente a ex vivo ), la preparación muscular (aislada o intacta), el tipo de fibra primaria utilizada y otros factores ( Kumar et al., 2022 ; Stamler y Meissner, 2001 ). Los resultados contradictorios han dejado claro que el efecto del NO en la función contráctil del músculo esquelético está influenciado por una compleja variedad de condiciones. Aunque varios estudios sugieren colectivamente que el NO mejora la velocidad máxima de acortamiento y la potencia máxima en el músculo esquelético, investigaciones pasadas y presentes han generado perspectivas opuestas sobre su efecto en la producción de fuerza submáxima ( Kumar et al., 2022 ). Las siguientes secciones resumen las perspectivas pasadas y presentes sobre los mecanismos subyacentes mediante los cuales el NO modula la función del músculo esquelético ( Figura 2 ).
Figura 2
Figura 2. Perspectivas pasadas y presentes sobre la modulación del músculo esquelético por NO. Leyenda: los sitios 1–4 ilustran perspectivas pasadas, mientras que los sitios 5 y 6 ilustran perspectivas actuales de la modulación de la contracción del músculo esquelético por NO: 1) cGMP elevado; 2) inhibición del receptor de rianodina; 3) inhibición de la bomba ATPasa de calcio del retículo sarco/endoplasmático; 4) eliminación de superóxido; 5) modulación de la unión neuromuscular; 6) interacciones calcio-miosina. Véase el texto para más detalles. Óxido nítrico (NO); receptor de rianodina (RyR); guanilato ciclasa (GC); guanosina trifosfato (GTP); guanosina monofosfato cíclico (cGMP); ATPasa de calcio del retículo sarco/endoplasmático (SERCA); superóxido (O 2 −); unión neuromuscular (UNM).
Perspectivas pasadas
Informes previos de varios autores, como Maréchal y Gailly (1999) ; Morrison et al. (1996) , Reid (1998) , Stamler y Meissner (2001) , coinciden con la perspectiva actual de que el NO aumenta la velocidad máxima de acortamiento y la potencia máxima. Sin embargo, estos estudios también sugieren una disminución en la producción de fuerza submáxima en el músculo esquelético, lo cual contradice la perspectiva actual. Se ha propuesto que el NO modula la función contráctil en el músculo esquelético mediante los siguientes cuatro mecanismos.
En primer lugar, de forma similar a las células endoteliales, el NO actúa sobre el GC para aumentar los niveles de cGMP en el músculo esquelético. Aunque no se especificó el mecanismo real de las interacciones del cGMP, los autores postularon que el cGMP en el músculo esquelético probablemente opera de forma similar a su mecanismo de relajación muscular en el músculo liso. Finalmente, varios estudios realizados en la década de 1990 demostraron una disminución en la producción de fuerza submáxima ( Abraham et al., 1998 ; Kobzik et al., 1994 ) y un aumento en la velocidad máxima de acortamiento ( Maréchal y Beckers-Bleukx, 1998 ) en respuesta directa al aumento de las concentraciones de cGMP.
En segundo lugar, se propuso que el NO disminuye la producción de fuerza submáxima al influir en la liberación de calcio. Específicamente, se teorizó que el NO inhibe los receptores de rianodina, disminuyendo así la liberación de calcio y la posterior formación de puentes cruzados ( Reid, 1998 ; Stamler y Meissner, 2001 ). Se propuso que esta inhibición ocurriera a través de una interacción directa del NO con los receptores de rianodina para disminuir su función o por la eliminación de especies reactivas de oxígeno por parte del NO, lo que mejora la liberación de calcio del receptor de rianodina ( Kobzik et al., 1994 ; Mészáros et al., 1996 ). Sin embargo, es importante señalar que algunos otros estudios en este momento observaron una respuesta contradictoria, donde el aumento de NO resultó en la activación de los canales de liberación de calcio de los receptores de rianodina ( Aghdasi et al., 1997 ; Stoyanovsky et al., 1997 ).
En tercer lugar, el NO puede modular la función contráctil mediante la regulación de la captación de calcio. Se creía que la inhibición mediada por el NO de las bombas de calcio ATPasa del retículo sarcoendoplasmático facilitaba la liberación sostenida de calcio, aumentando así las concentraciones de calcio citosólico y la formación de puentes cruzados ( Stamler y Meissner, 2001 ; Xu et al., 1999 ).
Finalmente, el NO puede modular la función contráctil mediante su función antioxidante. Investigaciones han demostrado que el superóxido, una especie reactiva del oxígeno, optimiza la producción de fuerza en el músculo esquelético ( Reid et al., 1993 ). Normalmente, las concentraciones de especies reactivas del oxígeno se equilibran mediante el superóxido dismutasa. Sin embargo, el NO puede eliminar el superóxido a una velocidad tres veces más eficaz que el superóxido dismutasa ( Stamler y Meissner, 2001 ). En última instancia, este efecto del NO puede afectar negativamente la función contráctil al contrarrestar la acción positiva de las especies reactivas del oxígeno para optimizar la función contráctil.
Perspectivas actuales
Aunque publicaciones recientes de autores como Kumar et al. (2022) confirman afirmaciones previas de que el NO aumenta la velocidad máxima de acortamiento y la potencia máxima en el músculo esquelético, no coinciden en su efecto sobre la producción de fuerza submáxima. Más bien, estos autores postulan que el NO aumenta la producción de fuerza submáxima. Además, proponen mecanismos significativamente diferentes para modular la función contráctil. Si bien la corriente de pensamiento previa se centraba en las vías de cGMP, la gestión del calcio y la capacidad antioxidante, nueva evidencia destaca el acoplamiento excitación-contracción y la función de los miofilamentos como mecanismos principales que modulan la función contráctil.
En primer lugar, el NO puede afectar la función contráctil a través de su participación en la unión neuromuscular ( Kumar et al., 2022 ). Específicamente, evidencia reciente sugiere que la señalización del NO desencadena la liberación de vesículas ( Wildemann y Bicker, 1999 ), aumenta la liberación de neurotransmisores ( Nickels et al., 2007 ) e inhibe la actividad de la acetilcolinesterasa ( Petrov et al., 2013 ). La potenciación de cualquiera de estas acciones puede contribuir a mejorar la transmisión neuromuscular, lo que resulta en una mayor contracción del músculo esquelético.
Está bien establecido que el NO regula el calcio intracelular a través de la activación del receptor de rianodina y la inhibición de la bomba ATPasa de calcio del retículo sarco/endoplasmático ( Kumar et al., 2022 ; Reid, 1998 ; Stamler y Meissner, 2001 ). Originalmente, el mecanismo de modulación se atribuyó al posterior aumento de la unión calcio-actina y al aumento de la formación de puentes cruzados ( Kumar et al., 2022 ). Sin embargo, dado que la unión calcio-actina ocurre naturalmente a una velocidad mucho más rápida que el desarrollo de fuerza normal, es poco probable que sea un factor limitante y, por lo tanto, un mecanismo de mejora de la función contráctil. Más bien, las interacciones calcio-miosina son mucho más lentas y, en consecuencia, sirven como un mecanismo más probable para la modulación de la función contráctil ( Kumar et al., 2022 ). Por lo tanto, los autores sugieren que la función contráctil se ve mejorada por la acción del NO para acelerar la velocidad del ciclo de puentes cruzados (cinética de puentes cruzados) ( Kumar et al., 2022 ). Finalmente, es importante señalar que la mayor contracción muscular puede deberse a uno o ambos de los mecanismos descritos anteriormente ( Kumar et al., 2022 ).
NO y mitocondrias
Papel del NO en la biogénesis mitocondrial
Aunque los mecanismos subyacentes no se comprenden completamente, varios estudios indican una interacción entre el NO y un regulador de la biogénesis mitocondrial, el coactivador-1 alfa del receptor activado por el proliferador de peroxisomas (PGC-1α) ( Lira et al., 2010 ; Nisoli y Carruba, 2006 ; Tengan et al., 2007 ; 2012 ) ( Figura 3 ). Se cree que el NO aumenta la actividad de PGC-1α a través de la activación de la vía GC o la vía de la proteína quinasa activada por 5′-AMP ( Tengan et al., 2012 ).
Figura 3
Figura 3. Efectos positivos y negativos del NO. Leyenda: El NO estimula la biogénesis mitocondrial a través de la activación de PGC-1α por las vías CG y AMPK. El NO estimula la producción de antioxidantes a través de la activación de PGC-1α, AMPK, MAPK y NF-κB. El NO puede modular la función mitocondrial a través de la inhibición reversible directa de los complejos de la cadena de transporte de electrones. El NO puede estimular la muerte celular a través de la sobreproducción de ROS y la posterior inhibición respiratoria irreversible (véase el texto para más detalles). Véase el texto para más detalles. Las flechas azules indican los efectos positivos, mientras que las flechas rojas indican los efectos negativos. Óxido nítrico (NO); guanilato ciclasa (GC); especies reactivas de oxígeno (ROS); coactivador-1 alfa del receptor activado por proliferador gamma (PGC-1α); proteína quinasa activada por 5′-AMP (AMPK); proteína quinasa activada por mitógeno p38 (MAPK); factor nuclear-κB (NF-κB); complejo I (CI); complejo III (CIII); complejo (IV).
Como se discutió previamente, el NO activa el GC y la producción subsiguiente de cGMP, que modula la función contráctil muscular. Sin embargo, también se ha observado que el aumento de la concentración de cGMP coincide con aumentos (mediados por NO) en la biogénesis mitocondrial ( Nisoli et al., 2003 ). Una vez activado por NO, el cGMP inicia una serie de eventos de fosforilación. Primero, el cGMP activa la serina/treonina proteína quinasa A. La proteína quinasa A, a su vez, activa la proteína 1 de unión al elemento sensible al AMPc, que se transloca del citosol al núcleo ( Tengan et al., 2012 ). La proteína 1 de unión al elemento sensible al AMPc es un potente activador de PGC-1α y, por lo tanto, inicia la síntesis de proteínas mitocondriales y de la cadena respiratoria ( Tengan et al., 2012 ; Wu et al., 2006 ). En última instancia, la activación de GC por NO conduce a la estimulación de PGC-1α y la biogénesis mitocondrial mediada por NO.
Alternativamente, el NO también estimula la biogénesis mitocondrial mediante la activación de la proteína quinasa activada por 5′-AMP (AMPK) ( Tengan et al., 2012 ). Esta quinasa heterotrimérica es conocida por ser un activador de PGC-1α ( Reznick y Shulman, 2006 ). Un estudio reciente de McConell et al. (2010) confirmó la relación entre AMPK, PGC-1α y NO en células miogénicas L6. Por lo tanto, a medida que aumentan las concentraciones de NO, la estimulación posterior de AMPK resulta en la activación de PGC-1α y la biogénesis mitocondrial mediada por NO.
Papel del NO en la función mitocondrial
El óxido nítrico regula la función mitocondrial tanto indirectamente, modulando las respuestas sistémicas, como directamente, interactuando con los complejos de la cadena de transporte de electrones. Como se mencionó anteriormente, en el sistema cardiovascular, el NO dilata los vasos sanguíneos del músculo esquelético activo. El consiguiente aumento del flujo sanguíneo a dicho músculo proporciona un mayor aporte de sustratos respiratorios y oxígeno a las mitocondrias ( Tengan et al., 2012 ). Por lo tanto, la función del NO en el sistema cardiovascular favorece indirectamente la función mitocondrial.
Dentro de la propia mitocondria, el NO afecta directamente la respiración mitocondrial y el estado redox al interactuar con los complejos individuales de la cadena de transporte de electrones ( Figura 4 ) ( Tengan et al., 2012 ). Específicamente, el NO funciona para inhibir la transferencia de electrones (disminuyendo la actividad) en los complejos I (CI), III (CIII) y IV (CIV) y genera aniones superóxido en CIII ( Boveris et al., 2000 ; Taylor y Moncada, 2010 ; Tengan et al., 2012 ). En CI, el NO funciona para obstruir la transferencia de electrones por mecanismos que aún no se han dilucidado por completo ( Tengan et al., 2012 ). Sin embargo, la investigación indica que la S-nitrosación, la nitración de tirosina y el daño a los centros Fe–S pueden desempeñar un papel ( Boveris et al., 2000 ; Pappas et al., 2023 ; Tengan et al., 2012 ).
Figura 4
Figura 4. Efecto del NO en la función mitocondrial. Leyenda: El NO bloquea el flujo de electrones a través de los complejos I, III y IV. La unión del NO en CIII resulta en un aumento de la producción de superóxido. El NO se une en CIV competitivamente con el oxígeno. El superóxido reacciona con el NO para aumentar la producción de peroxinitrito. Véase el texto para más detalles. Complejo I (I); Complejo II (II); Complejo III (III); Complejo IV (IV); Complejo V (V); Electrones (e −); Superóxido (O ₂ −); Hidrógeno (H +); Monóxido de dihidrógeno (H ₂ O).
En CIII, los estudios han observado una disminución de la transferencia de electrones y un aumento de la generación de radicales libres tras el aumento de las concentraciones intracelulares de NO ( Moncada y Erusalimsky, 2002 ; Poderoso et al., 1996 ). Los efectos del aumento de la generación de radicales libres en CIII sobre el estado redox se analizarán con mayor detalle más adelante en esta revisión. Aunque investigaciones anteriores sugirieron que el NO impone su efecto a través de la interacción directa con el complejo del citocromo bc1 (partículas submitocondriales encontradas dentro de CIII) ( Poderoso et al., 1996 ; 2019 ), investigaciones recientes presentan tres hipótesis alternativas. Resumiendo las hipótesis pasadas y presentes, la disminución del flujo de electrones a través de CIII puede ser el resultado de 1) un efecto directo del NO (hipótesis original), 2) un efecto indirecto del mecanismo responsable de la producción de NO (sistema S-nitrosoglutatión/ditiotreitol), 3) mayor formación de peroxinitrito a partir de NO y superóxido, o 4) un efecto del NO sobre el transportador de electrones ubiquinol-10 ( Poderoso et al., 2019 ).
Aunque la transferencia electrónica inhibida en CI y CIII contribuye a la respiración mitocondrial inhibida, la acción del NO en CIV puede ser el principal medio de inhibición respiratoria dentro de las mitocondrias. En CIV, el NO inhibe la respiración al unirse a su sitio de unión al oxígeno e inhibir el flujo de electrones a través de la cadena respiratoria (disminuyendo la actividad del complejo) ( Taylor y Moncada, 2010 ; Tengan et al., 2012 ). Sin embargo, tanto el mecanismo como el grado de inhibición respiratoria dependen de la concentración intracelular de oxígeno y del estado redox de CIV ( Figura 5 ) ( Taylor y Moncada, 2010 ).
Figura 5
Figura 5. Interacción entre el estado redox del complejo IV y NO. Leyenda: En condiciones normóxicas, la cadena de transporte de electrones se oxida principalmente, y el oxígeno y el NO pueden unirse simultáneamente al complejo IV. En condiciones hipóxicas, la cadena de transporte de electrones se reduce principalmente, y el NO compite con el oxígeno para unirse al complejo IV. Cuando esto ocurre, se produce superóxido y puede convertirse en peróxido de hidrógeno por el superóxido dismutasa o peroxinitrito por el NO. Las flechas azules representan reacciones de oxidación, mientras que las flechas rojas representan reacciones de reducción. Véase el texto para más detalles. Óxido nítrico (NO); cadena de transporte de electrones (ETC); complejo IV (CIV); oxígeno (O 2 ); superóxido (O 2 − ); superóxido dismutasa (SOD); peroxinitrito (ONOO − ); concentración de óxido nítrico ([NO]).
El NO se une al CIV tanto en concentraciones de oxígeno normóxico, donde el CIV se oxida principalmente, como en concentraciones de oxígeno hipóxico, donde el CIV se reduce principalmente. Sin embargo, las condiciones específicas bajo las cuales el NO se une con el sitio de unión de oxígeno en el CIV pueden o no causar simultáneamente la obstrucción de la unión de oxígeno. El sitio de unión de oxígeno en el CIV está compuesto por un centro de hierro/cobre hemo binuclear, que existe en un estado oxidado o reducido dependiendo de las concentraciones de oxígeno circundantes ( Pappas et al., 2023 ). Cuando el CIV se oxida predominantemente a concentraciones de oxígeno normóxico, el NO se une al centro de cobre de una manera que no obstruye la unión concurrente de oxígeno ( Brown y Borutaite, 2007 ; Pappas et al., 2023 ; Taylor y Moncada, 2010 ). Por lo tanto, se mantienen la función respiratoria y el consumo de oxígeno ( Pappas et al., 2023 ; Taylor y Moncada, 2010 ). En estas condiciones, el NO también reacciona con el oxígeno para formar nitrito ( Brown y Borutaite, 2007 ). Además, la actividad respiratoria normal y el consumo de oxígeno también se ven favorecidos por el reclutamiento de enzimas CIV previamente inactivas, que pueden mantener la transferencia de electrones y el consumo de oxígeno ( Chance, 1988 ; Taylor y Moncada, 2010 ). Cuando el CIV se reduce predominantemente en concentraciones hipóxicas de oxígeno, el NO se une al centro de hierro del sitio de unión del oxígeno, y el oxígeno debe competir con el NO como aceptor final de electrones ( Brown y Borutaite, 2007 ; Cooper y Giulivi, 2007 ; Pappas et al., 2023 ). Debido a que el CIV tiene una mayor afinidad por el NO que por el oxígeno, el NO se une al CIV en lugar de al oxígeno. Como resultado, se inhibe la respiración y se reduce el consumo de oxígeno ( Taylor y Moncada, 2010 ; Tengan et al., 2012 ).
Aunque se ha establecido que el NO disminuye el flujo de electrones a través de los complejos de la cadena respiratoria, lo que inhibe la respiración y disminuye el consumo de oxígeno ( Giulivi et al., 2006 ), el impacto fisiológico de este efecto aún no se ha dilucidado por completo. Hay dos posibles resultados de la inhibición respiratoria mediada por NO. Algunos autores infieren un efecto nulo o negativo del NO sobre la función mitocondrial y la producción total de energía, aunque aún no se han determinado los mecanismos específicos ( Ntessalen et al., 2020 ; Whitfield et al., 2016 ). Por ejemplo, un estudio concluyó que a pesar de una disminución en el consumo submáxima de oxígeno, la eficiencia y el acoplamiento mitocondriales no se vieron afectados ( Whitfield et al., 2016 ). Además, estos autores informaron efectos adversos de una mayor tasa de producción de peróxido de hidrógeno mitocondrial ( Ntessalen et al., 2020 ). Sin embargo, otros proponen que la inhibición respiratoria afecta negativamente la producción de ATP a través de efectos posteriores sobre la despolarización mitocondrial ( Balakirev et al., 1997 ; Brown y Borutaite, 2007 ).
Alternativamente, existe la noción de que el NO afecta ventajosamente la eficiencia mitocondrial ( Pappas et al., 2023 ). Específicamente, la eficiencia mejora cuando el NO actúa como el aceptor final de electrones y simultáneamente mantiene la producción de ATP mientras ahorra el consumo de oxígeno ( Cooper y Giulivi, 2007 ). Esto fue demostrado por Larsen et al. (2007) , donde el costo de oxígeno submáximo disminuyó y se mantuvo la producción de trabajo ( Larsen et al., 2007 ). Estos resultados se atribuyeron a una mayor eficiencia respiratoria ya que estos resultados no fueron acompañados por una mayor concentración de lactato, lo que habría indicado un aumento compensatorio en la producción de energía anaeróbica ( Larsen et al., 2007 ). Desde este punto de vista, el efecto final de la inhibición respiratoria mediada por NO es una mejor eficiencia mitocondrial ( Boveris et al., 2000 ; Giulivi, 2003 ; Tengan et al., 2012 ).
NO y estado redox
El NO, no solo regula la función mitocondrial y la biogénesis a través de interacciones con moléculas de señalización y la cadena de transporte de electrones, sino que también regula la producción de radicales libres mitocondriales (especies reactivas de oxígeno y especies reactivas de nitrógeno) ( Moncada y Erusalimsky, 2002 ; Pappas et al., 2023 ) ( Figura 3 ). Como se mencionó anteriormente, la interacción del NO con CI y CIII inhibe el flujo de electrones a través de los complejos respiratorios ( Tengan et al., 2012 ). Como resultado, los complejos respiratorios cambian hacia un estado más reducido, lo que aumenta la producción de superóxido ( Boveris y Chance, 1973 ; Moncada y Erusalimsky, 2002 ; Tengan et al., 2012 ). El superóxido, a su vez, puede reaccionar con el superóxido dismutasa para formar peróxido de hidrógeno o con NO para formar peroxinitrito ( Moncada y Erusalimsky, 2002 ). La producción de peróxido de hidrógeno o peroxinitrito a partir del superóxido está determinada por la concentración de NO presente. Concentraciones moderadas de NO pueden aumentar la producción de superóxido y peróxido de hidrógeno, mientras que concentraciones más altas de NO neutralizan el superóxido, inhibiendo la producción de peróxido de hidrógeno y aumentando la de peroxinitrito ( Riobó et al., 2001 ). Los efectos secundarios del aumento de la producción de radicales libres inducidos por el NO pueden tener consecuencias tanto positivas como negativas.
Efectos positivos: producción de antioxidantes
Un posible efecto positivo del NO en el estado redox es que el NO puede estimular las vías de producción de antioxidantes ( Ji et al., 2007 ; Mason et al., 2016 ). El NO está vinculado a la producción de antioxidantes a través de su participación en la generación de radicales libres y la activación de PGC-1α. Está bien establecido que el estrés oxidativo señala simultáneamente vías de producción de antioxidantes contrarrestantes ( Jomova et al., 2023 ). Específicamente, se sabe que el aumento de especies reactivas de oxígeno activa las vías de AMPK, proteína quinasa activada por mitógeno p38 y factor nuclear-κB, cada una de las cuales desempeña un papel en las vías de producción de antioxidantes ( Irrcher et al., 2009 ; Mason et al., 2016 ). Por lo tanto, el NO activa inadvertidamente los sistemas de defensa antioxidante a través de la señalización de especies reactivas de oxígeno. Además, como se mencionó anteriormente, el NO estimula la expresión de PGC-1α. Entre muchas otras vías de señalización, PGC-1α también estimula la producción de antioxidantes posteriores ( Mason et al., 2016 ).
Además, aunque el NO en sí mismo es una especie reactiva de nitrógeno, también puede servir como antioxidante. Como se mencionó anteriormente, a altas concentraciones, el NO tiende a combinarse con el superóxido para formar peroxinitrito ( Wink et al., 1999 ; 2001 ). El peroxinitrito es una forma potente de ROS, que puede tener efectos nocivos en las moléculas vecinas. Sin embargo, tras la formación de peroxinitrito a partir de NO y superóxido, el peroxinitrito se reorganiza inmediatamente para formar nitrato cuando no hay otras ROS presentes ( Wink et al., 1999 ; 2001 ). Por lo tanto, el NO actúa en última instancia como un antioxidante al desviar el superóxido a peroxinitrito a nitrato.
Efectos negativos: inhiben la respiración mitocondrial y/o inducen la muerte celular.
Aunque los mecanismos exactos son indeterminados, se sabe que el peroxinitrito inhibe irreversiblemente la respiración mitocondrial. Se cree que el peroxinitrito inhibe el flujo de electrones en CI, CIII y mínimamente en CIV a través de la interacción directa con los complejos ( Poderoso et al., 2019 ). Sin embargo, otros mecanismos propuestos incluyen la modificación de tioles proteicos, la destrucción de centros de hierro-azufre contenidos en CI y CII, o la apertura del poro de transición de permeabilidad, lo que resulta en la pérdida de citocromo c y contribuye a la inhibición respiratoria ( Imaizumi y Aniya, 2011 ; Poderoso et al., 2019 ; Radi et al., 2002 ).
Además, el aumento de la producción de radicales libres también puede inducir la muerte celular a través de los efectos posteriores del daño oxidativo a la cadena respiratoria y la inducción mediada por RNS de la transición de permeabilidad mitocondrial disminuida ( Poderoso et al., 2019 ). Aunque un grado moderado de inhibición respiratoria puede afectar solo la eficiencia respiratoria, una inhibición respiratoria más severa puede resultar en la muerte celular. Dicha inhibición respiratoria puede resultar de los efectos aditivos del NO y el daño oxidativo en los complejos respiratorios. Si bien la inhibición respiratoria mediada por NO descrita anteriormente es reversible, la inhibición respiratoria mediada por radicales libres es irreversible. Además, la inhibición respiratoria en sí misma aumenta aún más la producción de radicales libres. En última instancia, el efecto compuesto del NO y el daño oxidativo dentro de las mitocondrias puede convertirse en un círculo vicioso, donde el aumento de la inhibición respiratoria produce más radicales libres, lo que aumenta aún más la inhibición respiratoria e induce la muerte celular ( Poderoso et al., 2019 ; Buetler et al., 2004 ).
Alternativamente, la inducción mediada por RNS de la transición de la permeabilidad mitocondrial también puede indicar la muerte celular (necrótica o apoptótica) ( Poderoso et al., 2019 ). La transición de la permeabilidad mitocondrial es un aumento distintivo de la permeabilidad de la membrana mitocondrial interna, que puede disminuir la fuerza protonmotriz y despolarizar la membrana. El resultado es el desacoplamiento mitocondrial de la fosforilación oxidativa y la reversión de la ATP sintasa. El impacto combinado de una menor capacidad para producir ATP y un mayor consumo de ATP finalmente desencadena la muerte celular (necrótica). Además, la transición de la permeabilidad mitocondrial puede hacer que la membrana mitocondrial externa se hinche, reviente y libere citocromo c y componentes de la matriz mitocondrial, como factores apoptógenos, en el citosol, lo que puede indicar la muerte celular (apoptótica) ( Poderoso et al., 2019 ).
No hay duda de que el NO juega un papel clave en el estado redox; sin embargo, el efecto positivo o negativo del papel del NO en la mejora de la producción de especies reactivas de oxígeno depende en última instancia del equilibrio entre las especies reactivas de oxígeno y la producción de antioxidantes ( Pappas et al., 2023 ).
Efecto de la suplementación con nitratos en el rendimiento en ejercicios de resistencia
Considerando el impacto del NO en la regulación del flujo sanguíneo y sus supuestos roles de señalización en el músculo esquelético, las mitocondrias y el estado redox, no es sorprendente que los fisiólogos del ejercicio hayan buscado aplicar su valor al rendimiento del ejercicio. La vía independiente de NOS en el músculo esquelético y la posterior concentración de nitrato se pueden mejorar a través de la suplementación de nitrato en la dieta. El nitrato en la dieta se obtiene de varias fuentes de alimentos, como las espinacas y el jugo de remolacha ( Jones et al., 2021 ; Piknova et al., 2016 ) y se puede almacenar en el músculo esquelético para su uso posterior ( Gilliard et al., 2018 ). Una vez ingerido, el transporte desde el torrente sanguíneo al músculo esquelético se facilita principalmente por transportadores de aniones, aunque algo de nitrato ingresa al músculo esquelético por difusión ( Jones et al., 2021 ). El músculo esquelético almacena nitrato tanto para su propio uso como para servir de reservorio para otros órganos ( Jones et al., 2021 ; Piknova et al., 2016 ). El papel principal de la vía independiente de la NOS en el músculo esquelético se demostró en un estudio de Piknova et al., donde la inhibición de la xantina oxidorreductasa (una enzima esencial para la vía independiente de la NOS) inhibió la producción de NO en el músculo esquelético; sin embargo, la inhibición de la NOS no tuvo ningún efecto ( Jones et al., 2021 ; Piknova et al., 2016 ). Además, la reducción del nitrato a nitrito y luego a NO en la vía independiente de la NOS se potencia a un pH bajo (6,5), una condición que se encuentra comúnmente en el músculo esquelético activo ( Jones et al., 2021 ; Piknova et al., 2016 ). La última evidencia a favor de la activación de la vía independiente de NOS en los músculos esqueléticos durante el ejercicio es la observación de que las reservas de nitrato se agotan mientras que las concentraciones de nitrito se elevan después de la contracción del músculo esquelético ( Piknova et al., 2016 ).
Los metaanálisis de Hoon et al. (2013) y McMahon et al. (2017) analizaron los efectos de la suplementación con nitratos en la tolerancia al ejercicio y el rendimiento de resistencia. En estos estudios, las pruebas de ejercicio gradual y las pruebas de tiempo hasta el agotamiento evaluaron la tolerancia al ejercicio, mientras que las pruebas contrarreloj midieron el rendimiento en ejercicios de resistencia ( Van De Walle y Vukovich, 2018 ). Ambos estudios sugieren que la suplementación con nitratos produjo mejoras de pequeñas a moderadas en las pruebas contrarreloj, las pruebas de ejercicio gradual y el tiempo hasta el agotamiento; sin embargo, solo el tiempo hasta el agotamiento alcanzó la significación estadística ( Figura 6 ).
Figura 6
Figura 6. Efecto de la suplementación con nitrato en ejercicios de resistencia y de fuerza. Leyenda: Ejercicio de resistencia: resultados mixtos en pruebas contrarreloj y pruebas de esfuerzo gradual, pero con aumento del tiempo hasta el agotamiento. Ejercicio de fuerza: resultados mixtos en la potencia y la velocidad de contracción, pero con aumento de las repeticiones hasta el fallo. Véase el texto para más detalles. Prueba contrarreloj (TT); prueba de esfuerzo gradual (GXT); tiempo hasta el agotamiento (TTE); potencia (PO); velocidad de contracción (V); repeticiones hasta el fallo (RTF).
Tolerancia al ejercicio: pruebas de ejercicio graduadas y tiempo hasta el agotamiento
Un metaanálisis reciente detectó solo una pequeña tendencia hacia la mejora en el rendimiento de la prueba de ejercicio gradual, y un análisis de subgrupos reveló una mejora estadísticamente significativa en el tiempo hasta el agotamiento después de la suplementación con nitrato. Lansley et al. y Bailey et al. informan hallazgos clave sobre las pruebas de ejercicio gradual y el tiempo hasta el agotamiento después de la suplementación con nitrato. Lansley et al. reclutaron a nueve candidatos varones sanos y físicamente activos para completar pruebas de ejercicio gradual después de seis días de placebo o suplementación con nitrato en un diseño experimental cruzado aleatorio. La suplementación con nitrato resultó en una reducción del consumo de oxígeno (VO2 ) a intensidades moderadas y severas y una reducción del VO2 en el momento del agotamiento ( Lansley et al., 2011b ). Del mismo modo, Bailey et al. realizaron un estudio para evaluar el efecto de la suplementación con nitrato en el rendimiento de la prueba de ejercicio gradual y el tiempo hasta el agotamiento. Esta investigación también implementó un diseño experimental cruzado aleatorizado, donde siete candidatos varones con entrenamiento recreativo completaron una serie de pruebas de ejercicio graduales a intensidades altas (115 rpm) y bajas (35 rpm) en un cicloergómetro. Previamente, se consumió placebo o suplementos de nitrato. Si bien los resultados de Bailey et al. (2015) no revelaron un efecto estadísticamente significativo en el VO₂ al momento del agotamiento, sí se observó un aumento estadísticamente significativo en el tiempo hasta el agotamiento. Si bien la literatura no coincide en el efecto exacto de la suplementación con nitrato en todas las medidas de tolerancia al ejercicio, los científicos coinciden en que se necesita más investigación.
Rendimiento en ejercicios de resistencia: pruebas contrarreloj
Lansley et al. (2011a) y Cermak et al. (2012b) demostraron un mejor rendimiento en pruebas contrarreloj con la suplementación aguda y crónica de nitrato, respectivamente. Este efecto se atribuye a mejoras en la economía del ejercicio y la potencia de salida. La economía del ejercicio se refiere a un coste de oxígeno reducido a una tasa de trabajo dada, y la potencia de salida es el producto de la producción de fuerza y la velocidad de contracción. Los mecanismos responsables de estos resultados probablemente se deban al efecto del NO en el músculo esquelético y las mitocondrias, como se analizó en secciones anteriores ( Larsen et al., 2012 ). En el estudio de Lansley et al., nueve ciclistas de competición consumieron un placebo o un suplemento de nitrato 2,5 h antes de completar una prueba contrarreloj de ciclismo de 4 y 16,1 km en un diseño cruzado aleatorio. Este estudio demostró un aumento en la economía del ciclismo ya que la suplementación con nitrato aumentó simultáneamente la potencia de salida media sin aumentar el coste de oxígeno (es decir, el consumo de oxígeno (VO2) se mantuvo igual). Como resultado, los ciclistas mejoraron su rendimiento en pruebas contrarreloj en ambas distancias después de la suplementación aguda con nitrato. Cermak et al. demostraron una mejora en el rendimiento en pruebas contrarreloj mediante una mejor economía del ejercicio después de la suplementación crónica con nitrato ( Cermak et al., 2012 ). Antes y después de seis días de suplementación con nitrato, 12 ciclistas entrenados completaron tres pruebas de ejercicio, incluyendo una serie de ejercicio submáximo al 45% y al 65% del consumo máximo de oxígeno (VO2 pico), seguido de una prueba contrarreloj de 10 km. Una vez más, la mejora en el rendimiento en pruebas contrarreloj estuvo acompañada de un aumento de la potencia máxima media. El VO2 submáximo fue menor durante las series de ejercicio al 45% y al 65% del VO2 pico. En conjunto, estos datos indican que la suplementación con nitrato tanto aguda como crónica es un medio eficaz para mejorar la economía del ejercicio mediante un aumento de la potencia máxima y una reducción simultánea del VO2 submáximo.
Aunque estos resultados proporcionan un caso convincente para la suplementación con nitrato para mejorar aspectos del rendimiento de resistencia, es importante señalar que no hay un acuerdo unánime sobre estas conclusiones. Varios estudios que implementaron diseños de estudio similares arrojaron hallazgos no significativos ( Cermak et al., 2012a ; Jones, 2014b ; Wilkerson et al., 2012 ). Aunque pueden estar presentes otras limitaciones, se puede notar que los resultados contradictorios entre diseños de estudios similares pueden deberse a limitaciones dentro del estudio mismo, como tamaños de muestra con poca potencia y discrepancias en los protocolos de suplementación ( Abt et al., 2020 ; Houtvast et al., 2024 ). Además, muchos estudios emplean diferentes diseños y metodologías de estudio, lo que puede contribuir a hallazgos incongruentes en la investigación sobre la suplementación con nitrato. Por ejemplo, los estudios que investigan pruebas de ejercicio graduadas, tiempo hasta el agotamiento y rendimiento en pruebas contrarreloj a menudo difieren en la suplementación con nitrato (dosis, duración y momento), la modalidad de ejercicio (ciclismo, remo y carrera), la intensidad del ejercicio prescrito (entrenamiento en intervalos de alta intensidad y entrenamiento de larga distancia lenta), la duración del estudio de entrenamiento (sesiones de ejercicio agudo y prescripción de ejercicio crónico) y el estado de entrenamiento de los participantes (entrenados y no entrenados). Las variaciones dentro de las propias medidas de resultado (es decir, pruebas contrarreloj y tiempo hasta el agotamiento) pueden contribuir a hallazgos contradictorios ( Laursen et al., 2007 ; Wylie et al., 2013 ). Por lo tanto, se necesita una investigación continua para delinear los efectos de la suplementación con nitrato en el rendimiento de resistencia.
Efecto de la suplementación con nitratos en el rendimiento en ejercicios de resistencia
Aunque el NO se ha estudiado ampliamente por su efecto en el rendimiento de resistencia, los investigadores han comenzado a investigar su utilidad en el rendimiento del ejercicio de resistencia. Tan et al. (2023b) realizaron recientemente un metaanálisis sobre los efectos de la suplementación con nitrato en el rendimiento del ejercicio de resistencia. Los autores evaluaron el efecto de la suplementación con nitrato en las repeticiones hasta el fallo, la potencia de salida y la velocidad de contracción. Su análisis indicó mejoras estadísticamente significativas en las repeticiones hasta el fallo, pero no en la potencia de salida máxima ni en la velocidad máxima ( Figura 6 ). Tenga en cuenta que la descripción de los efectos de la suplementación con nitrato en la potencia de salida aquí se refiere específicamente a la potencia de salida durante el entrenamiento de resistencia.
Repeticiones hasta el fracaso
Mosher y sus colegas llevaron a cabo un estudio que examina el efecto de la suplementación con nitrato en las repeticiones hasta el fallo en ejercicios de resistencia. En este estudio, 12 hombres entrenados en resistencia completaron dos sesiones de prueba en las que realizaron tres series de press de banca al 60% una repetición máxima hasta el fallo. Se consumió un suplemento de nitrato o un placebo antes del comienzo de cada sesión de prueba en un orden aleatorio. Se registró la tasa de esfuerzo percibido de los participantes después de cada serie y se midió la concentración de lactato en sangre antes y después de completar cada sesión de prueba. Los resultados revelaron un aumento estadísticamente significativo en las repeticiones hasta el fallo y el peso total levantado, mientras que la tasa de esfuerzo percibido y la concentración de lactato en sangre se mantuvieron sin cambios ( Mosher et al., 2016 ). Considerando estos resultados, se puede especular que la suplementación con nitrato puede proporcionar una ventaja en el ejercicio de resistencia realizado a intensidades submáximas (moderadas).
Un estudio más reciente de Ranchal-Sanchez et al. informa resultados similares. En esta investigación cruzada aleatoria, 12 hombres adultos jóvenes entrenados en resistencia consumieron un suplemento de nitrato o un placebo antes de completar una serie hasta el fallo al 60%, 70% y 80% de su repetición máxima en sentadillas traseras y press de banca. La suplementación con nitrato resultó en un aumento estadísticamente significativo en las repeticiones hasta el fallo en sentadillas traseras solo al 60% y 70% de su repetición máxima, aunque las repeticiones hasta el fallo al 80% de su repetición máxima no se vieron afectadas. Además, el rendimiento en press de banca no se alteró después de la suplementación con nitrato. Curiosamente, aunque se realizó un mayor trabajo después de la suplementación con nitrato (a través del aumento de las repeticiones hasta el fallo), tanto la tasa de esfuerzo percibido como la concentración de lactato en sangre después del ejercicio se mantuvieron sin cambios ( Ranchal-Sanchez et al., 2020 ). En conjunto, estos datos respaldan la idea de que la suplementación con nitrato puede aumentar el rendimiento del entrenamiento de resistencia y, por lo tanto, proporcionar una ventaja para mejorar la adaptación al ejercicio de resistencia.
Potencia de salida
Un estudio realizado por Rodríguez-Fernández et al. observó un aumento en la potencia media y máxima con la suplementación con nitrato. En este estudio, 18 candidatos varones adultos, con actividad recreativa, completaron dos sesiones de prueba en las que realizaron cuatro series de ocho repeticiones máximas, cada una ajustada a una carga inercial diferente. Se registraron las mediciones de potencia media y máxima durante cada repetición. Los participantes consumieron un suplemento de nitrato o un placebo 2,5 h antes de la prueba en un diseño aleatorizado y cruzado. Se observó un aumento estadísticamente significativo tanto en la potencia media como en la máxima tras la suplementación con nitrato ( Rodríguez-Fernández et al., 2021 ).
Velocidad de contracción
Finalmente, una investigación reciente de Williams y sus colegas determinó un efecto positivo de la suplementación con nitrato en la velocidad de contracción. Este estudio utilizó un diseño cruzado aleatorio para evaluar la velocidad en el rendimiento de press de banca en 11 candidatos varones jóvenes entrenados. Tras consumir un suplemento de nitrato o un placebo, los participantes completaron dos series de dos repeticiones al 70 % con intención explosiva máxima. Se conectó un transductor de posición lineal a la barra durante el ejercicio de press de banca para medir la velocidad. Los autores determinaron que la suplementación con nitrato proporcionó un aumento estadísticamente significativo de la velocidad media, pero no de la velocidad máxima ( Williams et al., 2020 ).
A pesar de estos informes prometedores, las conclusiones contradictorias de otros estudios impiden cualquier consenso claro con respecto al verdadero efecto de la suplementación con nitrato en el rendimiento del ejercicio de resistencia. Por ejemplo, una investigación de 2022 por Tan y colegas no concuerda con los hallazgos de que la suplementación con nitrato aumenta las repeticiones hasta el fallo en el ejercicio de resistencia. Utilizando un diseño de estudio similar a los estudios de ejercicios de resistencia mencionados anteriormente, Tan et al. reclutaron a 14 adultos varones sanos para completar dos series de dos repeticiones al 70% de una repetición máxima, seguidas de una serie de repeticiones hasta el fallo al 60% de una repetición máxima tanto en sentadillas traseras como en press de banca. En un diseño cruzado aleatorio, los participantes completaron el protocolo de prueba de ejercicio en dos días separados después de consumir un suplemento de nitrato o un placebo. Los resultados indicaron un aumento estadísticamente significativo en las repeticiones hasta el fallo solo en el press de banca, mientras que las repeticiones hasta el fallo, la potencia y la velocidad no se vieron afectadas en el rendimiento de la sentadilla trasera ( Tan et al., 2022 ).
Considerando las similitudes entre los diseños de los estudios y aún el desacuerdo en las conclusiones entre estos estudios, es obvio que es muy necesaria una mayor investigación sobre la eficacia de la suplementación con nitrato y el rendimiento del ejercicio. Incluso un vistazo rápido a la literatura relacionada con la suplementación con nitrato y el rendimiento del ejercicio revela varios factores posibles que pueden alterar drásticamente el resultado. Dos factores clave a menudo debatidos en la literatura son el estado de entrenamiento y el tipo de entrenamiento. El pensamiento actual sugiere que la suplementación con nitrato ofrece la mayor ventaja en individuos no entrenados, pero es un efecto que disminuye a medida que el individuo se vuelve más entrenado ( Van De Walle y Vukovich, 2018 ). Además, los investigadores sospechan no solo un efecto único sino también un mecanismo de acción específico cuando la suplementación con nitrato se utiliza en diferentes modos de entrenamiento (resistencia vs. resistencia) ( Jones, 2014a ; McMahon et al., 2017 ; Tan, Pennell, et al., 2023 ). Otras vías de moderación incluyen el tipo de fibra primaria reclutada durante el ejercicio ( Jones et al., 2016 ), la dosis de suplementación con nitrato ( Coggan et al., 2018 ; Van De Walle y Vukovich, 2018 ), la duración de la suplementación ( Van De Walle y Vukovich, 2018 ) y la edad de los individuos ( Stanaway et al., 2017 ). Para una revisión completa de este tema, véase Silva et al. (2022) y Silva et al. (2022) .
Direcciones futuras
Aunque la investigación sobre la suplementación con NO y nitrato ha avanzado significativamente durante las últimas tres décadas, aún quedan muchos caminos por explorar y lagunas por cubrir. Existen diversas oportunidades para ampliar el diseño experimental de la investigación sobre la suplementación con nitrato y el ejercicio. Por ejemplo, la investigación se ha centrado principalmente en la suplementación aguda con nitrato y su efecto sobre el rendimiento en el entrenamiento de resistencia. Hasta donde sabemos, ningún estudio ha investigado actualmente el efecto de la suplementación crónica con nitrato durante más de dos semanas. Además, considerando el importante papel que desempeñan la función mitocondrial y la biogénesis en la adaptación aeróbica a largo plazo y el rendimiento deportivo, y la participación del NO en estas vías, nuestra comprensión del NO y la aplicación de la suplementación con nitrato se beneficiarían enormemente de la investigación continua en estos temas. Los estudios también han descuidado la investigación de la utilidad de la suplementación con nitrato y las posteriores adaptaciones mitocondriales en participantes que realizan entrenamiento de resistencia.
Además, se justifica la investigación de los efectos de la suplementación con nitrato en diferentes poblaciones. A pesar de la evidencia de que la biodisponibilidad de NO disminuye significativamente con la edad, la investigación aún no ha investigado el efecto de la suplementación con nitrato en adultos mayores. Se sabe que la producción de NO disminuye con el envejecimiento principalmente a través de disminuciones en la vía dependiente de NOS ( Pourbagher-Shahri et al., 2021 ; Shannon et al., 2022 ; Stanaway et al., 2017 ). Una investigación de 4 años por Sverdlov y colegas que evaluó los marcadores de generación de NO y su efecto sobre la función cardiovascular en adultos mayores demostró que el envejecimiento afectó negativamente a estos parámetros (Sverdlov et al., 2014). Aunque las causas exactas de dichas disminuciones en la producción de NO con el envejecimiento no se han dilucidado por completo, la evidencia implica una menor disponibilidad de cofactores necesarios para la producción de NO, como la tetrahidrobiopterina (BH4), una menor expresión y actividad de eNOS, una menor disponibilidad de L-arginina (a través del aumento de la actividad de la arginasa) y una producción excesiva de superóxido como posibles culpables ( Cau et al., 2012 ; Siervo et al., 2018 ). Por lo tanto, es probable que la suplementación con nitrato que refuerce la contribución de la vía independiente de NOS proporcione beneficios particulares en la biodisponibilidad y la función del NO en poblaciones de adultos mayores. Por lo tanto, se necesita investigación futura en cada una de estas áreas.
Finalmente, las investigaciones futuras deberían explorar y emplear técnicas analíticas más avanzadas y precisas para evaluar el nitrito, el nitrato, el óxido nítrico y los oxidantes derivados del NO en muestras biológicas humanas. En una revisión exhaustiva del preprocesamiento y análisis de nitrito y nitrato, Liu H. et al. (2023) recomiendan el uso de la microextracción líquido-líquido dispersiva (DLLME) en ensayos de nitrito y nitrato por su rapidez, rentabilidad, bajo impacto ambiental y uso mínimo de disolventes de extracción. Otras técnicas revisadas incluyen métodos espectroscópicos (espectrofluorometría, colorimetría, quimioluminiscencia y espectroscopia Raman), métodos de HPLC, HPLC-MS, cromatografía iónica, electroforesis capilar, dispositivos analíticos basados en papel, sensores electroquímicos y GC-MS ( Liu G. et al., 2023 ). Para una revisión exhaustiva de las técnicas de medición de nitrito y nitrato, véase Liu H. et al. (2023) .
Limitaciones
Si bien esta revisión ha resumido cuidadosamente la literatura sobre la producción de NO, su función en la vasculatura, el músculo esquelético, las mitocondrias y el estado redox, así como los efectos de la suplementación con nitrato en el ejercicio de resistencia y fuerza, es importante destacar que existen algunas limitaciones que no se han abordado. Por ejemplo, las investigaciones indican que existe una relación dosis-respuesta dentro de la suplementación con nitrato que impacta sus efectos ( Silva et al., 2022 ; Wylie et al., 2013 ). La investigación aún no ha explorado los efectos de la suplementación diaria crónica con nitrato durante más de 14 días. Como se desprende de los diferentes resultados obtenidos en numerosos estudios, parece que puede haber una interacción entre la dosis, el momento y la duración de la suplementación con nitrato y otras variables como el estado de entrenamiento, el sexo, la edad y el modo de ejercicio ( Anderson et al., 2022 ; Rothschild y Bishop, 2020 ; San Juan et al., 2020 ; Tan et al., 2023a ; Tan et al., 2024 ).
Conclusión
En resumen, el NO es una molécula ubicua que se produce continuamente en el cuerpo humano y cumple numerosas funciones esenciales. Se produce con la ayuda de las enzimas NOS en la vía dependiente de NOS o se forma a partir del nitrato dietético en la vía independiente de NOS. Aunque algunos aspectos de su participación no están claros, se sabe que el NO contribuye a la función vascular, del músculo esquelético y mitocondrial, así como al mantenimiento del equilibrio redox. Se cree que la suplementación con nitrato mejora el rendimiento deportivo gracias a su acción en estas localizaciones del sistema corporal, los tejidos, las células y las reacciones moleculares individuales. La investigación en curso se centra en dilucidar los efectos específicos de la suplementación con nitrato en el rendimiento deportivo de resistencia.
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Alfonso Barbosa Domínguez
Médico y Cirujano – Universidad del Valle, Cali Colombia.
Ingeniero Químico y Tecnólogo en Alimentos – Universidad del Valle, Cali Colombia
Profesional en Deporte y Actividad Física – Escuela Nacional del Deporte, Cali Colombia.
Tecnólogo Deportivo con énfasis en Deportes Acuáticos
Escuela Nacional del Deporte- Cali Colombia.
Especializaciones:
Biotipología y Antropometría Aplicada al Deporte (Brasil),
Ciencias Biomédicas Aplicadas al Deporte. Universidad del Cauca Popayán Colombia.
Maestría en:
Fisiología Aplicada al Deporte – Universidad de Kiev, Ucrania.
Doctorado en:
Neurofisiología Aplicada al Deporte – Universidad de Colonia, Alemania.
Postdoctorado en:
Epigenética – Universidad Leipzig, Alemania.
Ex campeón suramericano y centroamericano de natación.
Nadador master del club Aquaticgym
