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8.12: Juntando tudo - Vias metabólicas - Biologia

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Quer o organismo seja uma bactéria, planta ou animal, todos os seres vivos acessam a energia quebrando as moléculas de carboidratos. Mas se as plantas produzem moléculas de carboidratos, por que precisariam quebrá-las, especialmente quando foi demonstrado que os organismos gasosos liberam como um "produto residual" (CO2) atua como substrato para a formação de mais alimentos na fotossíntese? Lembre-se de que os seres vivos precisam de energia para realizar as funções vitais. Finalmente, nesse processo de conversão, chamado respiração celular, os organismos liberam a energia necessária e produzem "resíduos" na forma de CO2 gás.

Na natureza, não existe desperdício. Cada átomo de matéria e energia é conservado, reciclando indefinidamente. As substâncias mudam de forma ou se movem de um tipo de molécula para outro, mas seus átomos constituintes nunca desaparecem (Figura 1).

Embora você possa ficar tentado a ligar para o CO2 um produto residual, você deve se lembrar que o oxigênio é um "produto residual" da fotossíntese: CO2 e o oxigênio são subprodutos de reações que passam para outras reações. A fotossíntese absorve a energia da luz para construir carboidratos nos cloroplastos, e a respiração celular aeróbica libera energia usando o oxigênio para metabolizar os carboidratos no citoplasma e na mitocôndria. Ambos os processos usam cadeias de transporte de elétrons para capturar a energia necessária para conduzir outras reações. Esses dois processos centrais, fotossíntese e respiração celular, funcionam em harmonia biológica e cíclica para permitir que os organismos acessem a energia de sustentação da vida que se origina a milhões de quilômetros de uma estrela em chamas que os humanos chamam de sol.

Biocombustíveis

Obviamente, é importante para fornecer energia para os organismos vivos se alimentarem. Mas é esse o único poder que a fotossíntese fornece? E os biocombustíveis? Assista a este vídeo de 14 minutos para uma discussão incrível sobre uma proposta de fonte de biocombustível que não usa terras aráveis, não retira safras de alimentos e utiliza águas residuais das cidades.

Um elemento do YouTube foi excluído desta versão do texto. Você pode visualizá-lo online aqui: pb.libretexts.org/biom1/?p=276


O melhor intervalo de repetições para construir músculos

Na semana passada, um de nossos clientes me fez a seguinte pergunta:

Se você é natural com genética média, seu objetivo é construir músculos, e você só poderia fazer uma faixa de repetições pelo resto de sua vida, qual seria?

Gosto de aplicar a 80/20 com tudo na vida, e treinar não é diferente. Assim como você deveria gastar 80% do seu tempo fazendo os grandes levantamentos compostos, Eu acredito que você obterá 80% dos seus resultados sendo progressivo na faixa de 5 a 8 repetições.

Para o cara natural com genética média, este é realmente o ponto ideal para o crescimento muscular.

Se você der uma olhada na pesquisa científica e em anos de evidências anedóticas, o principal fator que impulsiona o crescimento muscular é a sobrecarga progressiva (ou seja, pesos mais pesados ​​levantados ao longo do tempo), com algum acúmulo de fadiga adicionado à mistura também. (ou seja, a bomba)

Para facilitar os ganhos de força necessários para aplicar sobrecarga no músculo, precisamos do recrutamento máximo das fibras musculares. Isso normalmente ocorre quando aumentamos a produção de força em 80-85% da produção máxima de força. Após este nível, o corpo depende de vias neurológicas para criar mais saída de força.

Para a maioria das pessoas, 80-85% da produção máxima de força é cerca de 5 a 8 repetições.

Isso irá variar entre indivíduos e grupos de músculos, dependendo de sua composição de fibras de contração rápida / lenta. Por exemplo, algumas pessoas serão capazes de fazer 15 repetições a 85% do máximo durante certos exercícios de perna, enquanto outras conseguirão apenas 5 repetições no supino a 80%.

Como regra geral, ele funciona bem.

Além da base científica por trás de 5-8 repetições, eu diria que passar um tempo na zona de 5-8 repetições pode ser mais seguro, devido à sua capacidade de manter a tensão e o aperto máximos em todos os momentos.

Isso é particularmente verdadeiro para levantadores iniciantes e ao fazer os exercícios compostos, como agachamento e levantamento terra.

Tentar manter a técnica perfeita enquanto fica tenso por 12 repetições é muito mais difícil do que executar uma série limpa de 6 repetições. E então eu salvaria movimentos de peso livre de alta repetição apenas para indivíduos avançados.

E quanto a baixas repetições?

Se você treinar em intervalos de repetições baixas, ou seja, 1-4 repetições, você pode conseguir o recrutamento, mas não terá a fadiga, o volume ou a carga de trabalho geral necessária para o crescimento. O que explica em parte porque os fisiculturistas são maiores que os levantadores de peso.

Outra razão pela qual eu não sou um grande fã de gastar muito tempo abaixo de 5 repetições é que a técnica muitas vezes começa a falhar, as articulações ficam comprometidas e o esgotamento é mais provável.

Eu só treinaria usando intervalos de repetições mais baixos periodicamente, a fim de desenvolver força extra para ser capaz de levantar mais em intervalos de repetições mais altos. Raramente eu faria disso o foco se o seu objetivo for o crescimento muscular.

E quanto a altas repetições?

Se você treinar apenas em faixas de repetições altas (12+), você precisará levar isso ao fracasso para recrutar todas as fibras musculares. O segundo problema aqui é que as fibras musculares de alto limiar e contração rápida - aquelas com maior potencial de crescimento - não serão recrutadas até o final. O que significa que eles não ficarão expostos a sobrecarga ou estresse metabólico por muito tempo.

Agora, eu não estou descontando o valor do trabalho de representação mais baixo ou mais alto aqui. Eu sempre disse que a sobrecarga progressiva em uma ampla variedade de faixas de repetições é o que é crítico para acumular massa muscular.

Em vez disso, meu objetivo é mantê-lo focado no que importa, e que a base de seu treinamento deve ser baseada na faixa de 5-8 repetições. Essa faixa de repetições funciona muito bem porque oferece a combinação perfeita de recrutamento muscular máximo e estímulo metabólico.

Que tal 8-12 repetições e # 8211 o restante da "zona de hipertrofia"?

Depois de construir uma base na faixa de 5 a 8 repetições, fazer um pouco mais de repetições pode trazer benefícios.

Se você é magro e fraco, trabalhar excessivamente na faixa de 8 a 12 repetições proporcionará pouco recrutamento e tensão muscular.

Mas, uma vez que você se torna mais forte e mais avançado, adicionar dias em que você passa mais tempo nessa faixa de repetições funciona bem.

É aqui que utilizar a divisão, como o método pesado / leve, onde você varia as faixas de repetições ao longo da semana, pode realmente acelerar os resultados de construção muscular.

Por exemplo, uma das minhas divisões de 4 dias favoritas para clientes intermediários de construção muscular é:

Dia 1: Peito / Costas / Deltas - 5-6 exercícios na faixa de 5-8 repetições

Dia 2: Pernas / Braços - 5-6 exercícios na faixa de 5-8 repetições

Dia 3: Peito / Costas / Deltas - 5-6 exercícios na faixa de 8-12 repetições

Dia 4: Pernas / Braços - 5-6 exercícios na faixa de 8-20 repetições (repetições mais altas para as pernas)

A outra situação em que posso iniciar alguns caras com 8-12 repetições é se eles estiverem no estágio intermediário inicial e tiverem uma base razoável de "massa". Eles não são magros ou 'fracos' e mais 'grosso'.

Para essas pessoas, eu normalmente começo com um treinamento de abordagem de corpo inteiro três dias por semana e trabalhando na faixa de 8-12 repetições.

Depois de 4 a 6 semanas, eu normalmente os movia para uma abordagem que lhes permite variar seus intervalos de repetições.

E se você tiver mais de 40 anos?

O conselho comum é que se você tem mais de 40 anos, deve levantar mais leve para ajudar a proteger as articulações. Eu concordo com isso, pois geralmente há muito mais desgaste à medida que você envelhece.

No entanto, depende inteiramente da sua idade de treinamento, histórico de lesões e níveis de força.

Um cara que treina sério há 25 anos precisará de uma abordagem completamente diferente de alguém que está treinando corretamente há apenas 3 anos.

Se pegarmos o primeiro caso, eu manteria a maior parte do trabalho na faixa de 8 a 12 repetições, e colocaria uma boa quantidade de séries de repetições mais altas também. Se você for forte, com uma ótima conexão dos músculos mentais, essa abordagem será mais segura e benéfica para fazer progressos.

E quanto às mulheres?

Eu gosto de programar as mulheres com uma faixa de repetições ligeiramente mais alta do que os homens. As mulheres sempre serão capazes de realizar mais repetições com um determinado peso. Isso vem de seu tamanho proporcionalmente maior e porcentagem de fibras do tipo 1, que são mais resistentes à fadiga por natureza. Em vez de concentrar a maior parte do seu tempo na faixa de 5-8 repetições, você vai querer aumentar para 8-10 em muitos casos.

E os exercícios de isolamento?

Depois de passar a fase de treinamento de iniciante, haverá certos exercícios e partes do corpo que não são adequados para intervalos de repetições mais baixos. Seria melhor adicionar séries de repetições mais altas para treinar esses grupos musculares. Por exemplo:

  • Variações de aumento lateral (10-15 repetições)
  • Variações de voo deltóide traseiro (10-30 repetições)
  • Tração facial (10-20 repetições)
  • Cachos bíceps (8-15 repetições)
  • Extensões e pushdowns de tríceps (10-15 repetições)
  • Extensões de costas (10-20 reps)

E quanto aos grupos de músculos de contração lenta, como os quadríceps?

Embora a maioria do seu trabalho deva ainda estar na faixa de 6 a 12 repetições, há mérito em adicionar algumas séries de repetições muito altas para quadríceps.

50 repetições de leg press e agachamentos respiratórios existem há décadas por uma razão - eles funcionam.

Mas você precisa ganhar o direito de fazê-los e, se ainda estiver fraco e agachado de um lado para o outro, isso ainda não terá nenhum benefício para você. Você precisa ficar forte primeiro, antes de treinar com muitas repetições.

Juntando tudo

Para construir músculos de forma mais eficaz para o trainee natural com genética média, 80% do seu tempo e concentração devem ser gastos na faixa de 5-8 repetições.

Depois de ficar forte, você pode começar a adicionar mais séries na faixa de 8-12 repetições. Neste estágio, seu foco será deslocado para a comumente elogiada zona de "hipertrofia" de 5-12 repetições.

É aqui que as divisões leves / pesadas funcionam muito bem, quando você se concentra em 5 a 8 repetições em um dia e em 8 a 12 no outro dia.

Outro favorito meu é focar em 5-8 repetições em cada dia, mas adicionar uma repetição um pouco mais alta após as séries principais. Isso dá a você o melhor dos dois mundos em um dia.

Fora disso, você pode adicionar um pouco de trabalho extra nas faixas de repetições acima e abaixo. Apenas lembre-se de manter a meta sempre a meta, e focar no que importa e produz resultados reais.


Equipe de BU revela microbioma Nebraska Salt Marsh

Você pode não perceber que, há mais de 100 milhões de anos, Nebraska era coberto por um grande mar. Isso cobria cerca de 20.000 acres, mas agora tudo o que resta são os pântanos salgados que estão espalhados por todo o estado.

Locais de amostragem nos pântanos salgados do NE oriental.

Esses pântanos salgados fazem parte de um tipo raro de pântanos que ocorre em Sandhills, no vale de North Platte e no vale de Salt Creek e Little Salt Creek. Essas áreas úmidas salinas estão em perigo de desaparecer e vários esforços de conservação estão em andamento para preservar este ecossistema único.

Os esforços de restauração e conservação de ecossistemas nativos em sua maior parte se concentram na comunidade de insetos e plantas, no entanto, a comunidade microbiana subjacente é crucial para qualquer preservação da vegetação do pântano. Pouco se sabe sobre o metabolismo de bactérias e nutrientes que ocorre nesses pântanos salgados do interior, que estão a milhares de quilômetros de qualquer costa, e não fazem parte de um corpo de água salino maior há aparentemente milhões de anos.

Os micróbios são responsáveis ​​por reciclar e equilibrar os nutrientes em qualquer ecossistema ambiental. Portanto, se tentarmos estudar e preservar essas zonas úmidas únicas, devemos começar pelo núcleo e ver quais microorganismos estão presentes e como eles metabolizam os nutrientes”Diz o Dr. John Kyndt, que liderou o esforço de pesquisa atual.

A equipe BU começou a investigar a composição de algas e bactérias (o chamado "microbioma") desses pântanos de sal. Amostras foram retiradas dos pântanos de Salt Creek perto de Lincoln no outono passado e analisadas nos laboratórios da BU. A estudante de biologia Sierra Athen extraiu DNA e usou o sequenciamento Illumina para produzir as assinaturas bacterianas. Junto com o funcionário da BU, Shivanghi Dubey, eles usaram análises bioinformáticas para identificar e comparar as algas e bactérias nessas amostras. Os resultados foram publicados recentemente na revista Life:

“Esses pântanos são um dos únicos lugares nos Estados Unidos onde a água natural é salgada. Perceber que este estudo pode ajudar na conservação dessas salinas ameaçadas de extinção não foi apenas motivador, mas também bastante intrigante ”, diz Shivangi Dubey.

A equipe descobriu que todas essas bactérias estão bem adaptadas às altas condições salinas e alcalinas dos pântanos, mas algumas bactérias raras também estão presentes. Por exemplo, Rubribacterium foi anteriormente isolado apenas de um lago de soda da Sibéria Oriental, mas parece ser uma das bactérias mais abundantes presentes nas amostras do pântano salino de Nebraska.

Metabolismo microbiano do enxofre no ecossistema de Pântano Salgado do NE.

O ecossistema microbiano parece estar bem equilibrado no que diz respeito ao enxofre e outros nutrientes, no entanto, o desenvolvimento urbano, o escoamento agrícola e o crescimento de espécies de plantas invasoras são algumas das ameaças atuais para a manutenção desses ecossistemas vitais. Este estudo atual estabelece uma boa linha de base para estudos adicionais sobre diversidade microbiológica, ciclagem de nutrientes e impactos ecológicos nesta importante bacia hidrográfica local.

Essas salinas sem litoral são uma relíquia de oceanos antigos e, de alguma forma, estudar esses micróbios salgados que ali vivem leva você de volta às últimas eras dos dinossauros, o que pode ser bastante fascinante”, Diz o Dr. Kyndt.


Sistematizando a geração de conhecimento metabólico ausente

As reconstruções da rede metabólica em escala de genoma são construídas a partir de todas as reações metabólicas e genes conhecidos em um organismo-alvo. No entanto, como nosso conhecimento de qualquer organismo é incompleto, essas reconstruções de rede contêm lacunas. As reações podem estar ausentes, resultando em becos sem saída nas vias, enquanto produtos de genes desconhecidos podem catalisar reações conhecidas. Novos métodos computacionais que analisam dados, como fenótipos de crescimento ou essencialidade do gene, no contexto de redes metabólicas em escala de genoma, foram desenvolvidos para prever essas reações ausentes ou genes que provavelmente preencherão essas lacunas de conhecimento. Um número crescente de estudos experimentais está aparecendo para abordar essas previsões computacionais, levando à descoberta de novas capacidades metabólicas no organismo-alvo. Os métodos de preenchimento de lacunas podem, portanto, ser usados ​​para melhorar os modelos de rede metabólica, ao mesmo tempo que levam à descoberta de novas funções de genes metabólicos. Biotechnol. Bioeng. 2010107: 403–412. © 2010 Wiley Periodicals, Inc.


Resumo:

O número de pessoas que sofrem de obesidade na América está disparando. Este artigo examina uma possível ferramenta para ajudar a combater a obesidade, que é uma crise de saúde nacional que contribui para problemas médicos graves, como doenças cardíacas, diabetes e câncer. Essa ferramenta é uma nova abordagem radical para dieta e metabolismo, uma abordagem que se concentra em fatores epigenéticos. A obesidade não afeta apenas a saúde de um indivíduo. Ele também afeta a expressão gênica, e aqueles que sofrem de obesidade são predispostos a transmitir genes relacionados à obesidade para seus filhos. No futuro, esse fenômeno pode resultar em um crescimento exponencial do risco de obesidade para a sociedade. Mas se as pessoas mudarem suas dietas, consumindo alimentos e até mesmo pílulas que comprovadamente afetam a epigenética, poderemos combater esse problema iminente. Para fazer isso, precisamos de estudos extensivos sobre os nutrientes que afetam positivamente nosso metabolismo e epigenética, para que possamos planejar uma dieta e desenvolver drogas sintéticas que melhorem as enzimas metabólicas relacionadas às histonas e aos grupos metil. Essas drogas farmacêuticas podem criar uma melhoria ampliada no metabolismo e na expressão epigenética das pessoas e, portanto, combater eficazmente a obesidade.

Artigo:

Introdução

De acordo com os Centros de Controle de Doenças (Kochanek et al., 2011), cerca de 600.000 pessoas morrem de doenças cardíacas nos Estados Unidos a cada ano - ou seja, uma em cada quatro mortes. As causas das doenças cardíacas estão principalmente relacionadas a fatores nutricionais e genéticos. Muitas pessoas têm uma predisposição genética para o desenvolvimento de doenças cardiovasculares. Como resultado, eles acham que fazer pequenas mudanças em seu estilo de vida diário, especificamente aquelas baseadas na nutrição, não ajudará. No entanto, a epigenética nos diz algo diferente. Não estamos apenas passando nosso DNA para nossos filhos, mas também afetando quanto desse DNA será expresso. Podemos fazer modificações em nossas vidas diárias que afetam o DNA que passamos para as gerações futuras. As modificações epigenéticas são hereditárias e podem ser reversíveis, mas na verdade não alteram a sequência de DNA em si; o epigenoma decide quanto ou se alguns genes são expressos, com base em nossas experiências de vida. Além disso, existe uma conexão entre epigenética e metabolismo que ainda não foi totalmente explorada, e acredito que essa relação está profundamente enraizada na nutrição. Neste artigo, primeiro introduzirei o tópico da epigenética e a questão da obesidade na América e, em seguida, descreverei um plano para ajudar a combater a obesidade, usando pesquisas anteriores como evidência. Por meio dessa pesquisa, quero que outras pessoas saibam que nossos genes não têm controle total sobre nossos corpos.

A epigenética abrange uma ampla variedade de tópicos, mas neste artigo, irei falar sobre isso dentro do contexto do metabolismo. Discutirei possíveis pesquisas futuras sobre a conexão que existe entre epigenética, metabolismo e nutrição. Com esse conhecimento, poderíamos determinar os efeitos de alimentos específicos em nosso metabolismo e, possivelmente, como manipular processos metabólicos epigeneticamente. Se pudéssemos desenvolver medicamentos que aumentassem as taxas metabólicas, eles poderiam atuar como um suplemento para pessoas que tentaram mudar suas dietas, mas desistiram sem ver resultados, o que às vezes ocorre devido à sua predisposição genética para a obesidade e metabolismo lento. Se as pessoas fossem mais bem informadas sobre o impacto que a mudança em suas dietas poderia ter para reduzir suas chances de desenvolver doenças como câncer ou diabetes e para ajudar as gerações futuras aumentando suas taxas metabólicas, mais pessoas estariam dispostas a mudar seu estilo de vida. Embora os cientistas estejam atualmente trabalhando nesta questão, minha pesquisa reunirá as informações publicadas em artigos recentes e desenvolverá ainda mais a conexão que existe entre nutrição, epigenética e metabolismo por meio de sugestões de pesquisas originais de laboratório destinadas especificamente a encontrar essa relação no nível molecular. Se implementássemos mudanças dietéticas específicas em nossas vidas diárias com base nesta pesquisa e as combinássemos com um medicamento suplementar estabilizador da taxa metabólica e exercícios regulares, poderíamos ter um impacto duradouro que não apenas melhoraria nossas vidas, mas também as de gerações futuras, ao mesmo tempo que combate a obesidade.

O que é epigenética?

Epigenética é o estudo das alterações na atividade do gene que não altera o próprio DNA, mas pode afetar a forma como ele é lido e pode ser transmitido a pelo menos uma geração sucessiva. Por exemplo, na década de 1980, o Dr. Lars Olov Bygren conduziu pesquisas sobre os efeitos da fome e dos anos de festa nas crianças que cresciam em Norrbotten, Suécia, nos anos 1800. Essa área ficou isolada e, consequentemente, houve anos sem safra, o que gerou fome. Por outro lado, houve alguns anos em que as colheitas foram abundantes, o que levou a algumas temporadas de alimentação pesada. O Dr. Bygren estudou pessoas que passaram por fome e abundância, e seus filhos e netos. Ele descobriu que os filhos que vivenciaram esses períodos raros e abundantes produziram filhos e netos que viveram vidas mais curtas, morrendo em média seis anos antes do que os netos daqueles que passaram apenas pela fome (Bygren et al., 2014). Esse fenômeno pode ser explicado pela epigenética.

A epigenética pode afetar a maneira como nosso DNA é lido e pode ser transmitida à próxima geração. Todas as nossas células têm informações codificadoras na forma de DNA, mas nossos genes sozinhos não sabem o que fazer sem direção. É por isso que temos esses compostos de carbono-hidrogênio chamados grupos metil que se ligam ao nosso DNA. Os grupos metil ligam-se a diferentes células de várias maneiras e dizem aos nossos genes para se expressarem ou não. Além disso, existem histonas, em torno das quais o DNA se envolve. Essas histonas controlam o grau em que nossos genes serão expressos, dependendo de quão firme ou frouxamente o DNA os envolve. Esses grupos metil e histonas são os dois principais modificadores da epigenética. Nosso genoma permanece o mesmo por toda a nossa vida, mas nossos marcadores epigenéticos mudam com base nas experiências de vida, conseqüentemente decidindo quais genes são expressos ou não. Não apenas passamos nosso DNA para nossos filhos, mas também nossas marcas epigenéticas, que mudam com base nas experiências do dia a dia. Dieta, estresse e nutrição pré-natal podem afetar os genes que são transmitidos às gerações futuras por meio desses marcadores epigenéticos.

Revisão da literatura

Introdução

A ideia subjacente de transmitir nossas experiências por meio de nossas marcas epigenéticas pode estar ligada à nutrição, metabolismo e obesidade. Cientistas descobriram recentemente evidências de que nossas escolhas de estilo de vida, como fumar ou comer demais, podem alterar nossas marcas epigenéticas, fazendo com que os genes da obesidade se expressem com muita força (TIMES, 2010). Assim, o que e quanto comemos hoje pode nos afetar nos próximos anos. Pesquisar a conexão entre epigenética, metabolismo e nutrição é especialmente importante hoje, em um mundo onde a obesidade está se tornando uma questão proeminente. De acordo com uma pesquisa Gallop (2013), as taxas de obesidade aumentaram em todos os principais grupos demográficos e socioeconômicos, exceto na faixa etária de 18 a 29 anos. A causa do aumento recente pode ser atribuída a fatores ambientais especificamente, alimentação excessiva e estilos de vida sedentários. No entanto, a pesquisa nos diz que muitas pessoas também têm uma predisposição genética para a obesidade (Kirchner, 2013). Isso significa que não apenas nossas escolhas de estilo de vida estão contribuindo para o recente aumento da obesidade, mas também há um problema genético subjacente que estamos ampliando ainda mais por meio de modificações epigenéticas. Embora não possamos mudar nossos genes, mudar nossa dieta poderia mudar nossas marcas epigenéticas de uma forma positiva, o que beneficiaria a nós e às gerações futuras.

Conexão com o metabolismo

Uma maneira pela qual o metabolismo pode ser conectado à epigenética é por meio da metilação. Um artigo recente de Chiacchiera et al. (2013) discute como várias vias metabólicas controlam as reações epigenéticas. O mesmo artigo afirma que as reações epigenéticas baseadas na metilação são um fator na determinação das vias metabólicas e concluiu que a qualidade e a quantidade de nossa dieta e ingestão calórica podem impactar nossos genes epigeneticamente. Saber mais sobre quais nutrientes afetam reações específicas baseadas na metilação pode nos dizer como podemos melhorar nossas dietas para maximizar nosso potencial metabólico. Por meio do trabalho de laboratório, podemos estudar vários epigenomas humanos e ver como dietas e alimentos específicos afetam a metilação em nível molecular. Isso pode nos mostrar como certos grupos de alimentos afetam grupos metil específicos de maneiras positivas ou negativas. Por exemplo, de acordo com o National Institute for Health (2006), vegetais de folhas verdes são ricos em folato, uma fonte dietética de metila que pode ajudar a aumentar os processos metabólicos. Por meio de pesquisas de laboratório, é possível encontrar mais nutrientes que afetam esses marcadores epigenéticos metabólicos de forma benéfica. Com esta pesquisa, uma dieta rica em nutrientes que aumentam o metabolismo poderia ser desenvolvida para ajudar as pessoas com taxas metabólicas mais lentas do que o normal a estabilizarem seu metabolismo. Não apenas as reações baseadas na metilação têm efeito sobre a epigenética, mas também os padrões das histonas.

O metabolismo também pode ser conectado à epigenética por meio de padrões de histonas. Katada et al. (2012) discutem as mudanças epigenéticas nas histonas e como as histonas podem atuar como sensores metabólicos, manifestando mudanças metabólicas na expressão gênica. Ao mudar o quão firme ou frouxamente o DNA é enrolado em torno das proteínas histonas, as histonas controlam quanto ou quão pouco de nossos genes são expressos. Este artigo investiga os detalhes de como exatamente essas mudanças nas histonas se traduzem em expressão gênica enquanto tenta determinar o impacto que nossa nutrição pode ter em nossos padrões de histonas. Esta pesquisa ajuda a apoiar a teoria de que o que comemos hoje pode impactar a nós e às gerações futuras metabolicamente por meio de modificações epigenéticas. Os pesquisadores precisam determinar quais nutrientes principais têm efeito nas modificações das histonas, estudando suas reações. Dependendo do tipo de modificação que ocorre, a pesquisa seria capaz de determinar os efeitos benéficos ou prejudiciais de cada nutriente nas histonas. Com base na complexidade da reação, as empresas farmacêuticas também poderiam desenvolver drogas sintéticas que imitassem o processo pelo qual os nutrientes provocam esse efeito benéfico nas histonas. No entanto, isso depende da complexidade do processo pelo qual os nutrientes modificam as histonas.

Nutrição pré-natal

Os pesquisadores também descobriram que a gordura, o ácido fólico e a proteína da dieta materna alteram a regulação epigenética de genes específicos na prole. Especificamente, a metilação de determinados tecidos fetais foi associada ao risco de desenvolver diabetes e câncer de mama (Burdge, 2012). Os pesquisadores ainda precisam estudar essas reações epigenéticas baseadas na metilação em um nível molecular, mas é crucial para novas aplicações. A pesquisa precisa ser conduzida em nível molecular para discernir quais moléculas e processos estão envolvidos. Um estudo recente trabalhou com ratos que tinham um gene único chamado gene agouti, que dá aos ratos uma tendência à obesidade e diabetes (Dollinoy, 2008). Um grupo de ratos grávidas consumiu uma dieta rica em vitaminas B, e o outro grupo não recebeu nutrição pré-natal. O primeiro grupo produziu ratos com peso normal e não propensos a diabetes, enquanto o segundo grupo produziu ratos que eram propensos a obesidade e diabetes. Neste estudo, as vitaminas B atuaram como doadoras de metila, fazendo com que os grupos metila se ligassem ao gene agouti com mais frequência, alterando sua expressão. Com base nessa pesquisa, os pesquisadores também devem examinar a nutrição pré-natal para humanos. Dependendo de quais nutrientes são encontrados para ter um impacto benéfico epigeneticamente, os pesquisadores devem considerar a renovação da nutrição pré-natal para maximizar os benefícios. Se descobrirmos que existem outros nutrientes que ajudam com as taxas metabólicas, mas ainda não foram fornecidos às mulheres grávidas, devemos reconsiderar quais vitaminas pré-natais estão sendo fornecidas atualmente e se seria ou não benéfico dar às mulheres grávidas uma variedade maior de nutrientes.

Conexão com doenças

A relação entre epigenética, metabolismo e nutrição também está ligada a várias doenças. Pesquisas mostram que nutrição e estresse podem criar uma impressão nos genes que deixa uma marca duradoura (Portha et al., 2013). Essa impressão duradoura pode se manifestar em doenças metabólicas e cardiovasculares, entre outras. A mensagem mais importante que esta pesquisa pode nos dar é que estamos impactando nossos próprios corpos e as gerações futuras com nossas decisões atuais baseadas na nutrição. Os efeitos da desnutrição começam desde o nascimento. Outras pesquisas mostram que o baixo peso ao nascer aumenta o risco de desenvolver doenças como diabetes e doenças cardiovasculares (Basel, 2007). Esta pesquisa sugere que a má nutrição, mesmo antes do nascimento, pode levar a alterações epigenéticas que podem se manifestar em doenças mais tarde na vida, mas não nos diz como evitar o desenvolvimento dessas doenças por meio de uma boa nutrição. Mais pesquisas precisam ser feitas para determinar como essas mudanças ocorrem em um nível molecular, para que possamos determinar quais mudanças no estilo de vida terão o maior impacto.

A pesquisa que foi feita até agora sobre a conexão entre epigenética, metabolismo e nutrição abrange uma variedade de informações, mas também é muito dispersa. A partir da revisão dessas fontes, uma conexão geral foi estabelecida entre epigenética, metabolismo e nutrição, no entanto, mais pesquisas precisam ser realizadas a fim de encontrar uma relação exata no nível molecular. Por meio dessa pesquisa adicional, podemos determinar como usar essas informações para ajudar a combater o problema da obesidade na América.

Diretrizes para combater a obesidade

Em última análise, o principal passo no combate à obesidade é educar o público. Antes de mais nada, antes de discutir os aspectos genéticos, deve-se enfatizar a importância dos exercícios diários e de uma boa alimentação. Como afirmado anteriormente, as principais causas da obesidade na América são uma dieta pobre e um estilo de vida sedentário. A falta de motivação e o estilo de vida agitado impedem as pessoas de se exercitarem ou comerem adequadamente. Eles não têm tempo para fazer exercícios diários ou fazer uma refeição saudável. O número de restaurantes de fast food na América contribui para esse problema. Existem também pessoas que conseguem cumprir a difícil meta de perder peso, mas são incapazes de mantê-las. Existem muitos fatores atribuídos aos níveis crescentes de obesidade na América, incluindo genética, estilo de vida, sedentarismo, dietas pouco saudáveis, problemas médicos e fatores socioeconômicos. A maioria das pessoas tem problemas decorrentes de mais de um desses assuntos, e é por isso que tentar resolver o problema da obesidade é tão difícil. Existem fatores que ainda não foram descobertos relacionados à obesidade. Por exemplo, muitos americanos são deficientes em vitamina D, mas não percebem isso. Estudos recentes mostraram que baixos níveis de vitamina D podem desencadear a resposta de inverno, que inclui acúmulo de gordura e taxas metabólicas mais baixas (Foss, 2009). Outro aspecto em que muitas pessoas não pensam é como seu estilo de vida afeta os outros. O público deve ser educado sobre os efeitos epigenéticos de suas ações. Muitas pessoas podem não estar cientes de que suas ações agora podem afetar seus filhos ou futuros filhos por meio do DNA que transmitem. O público também deve ser informado sobre todas as doenças que podem afetá-lo ou às futuras gerações devido à sua obesidade. Todos podem aprender sobre essas informações importantes por meio de organizações como o Departamento de Saúde. Podemos divulgar através da mídia: revistas, jornais, TV, anúncios de rádio, anúncios de serviço público, etc. A realidade da epigenética pode fazer as pessoas verem suas dietas sob uma nova luz, porque perceberiam que não estão apenas se colocando em perigo, mas também as gerações futuras.

The second step would be to create a feasible dietary regimen that works to an individual’s advantage. As stated earlier, after determining which nutrients modify these epigenetic modifiers, it would be possible to isolate the nutrients that have a metabolic-related impact. Those nutrients with a beneficial metabolic-related effect would be the recommended nutrients and foods for a better diet. A program could be developed that would take the metabolic rate of a person, compare it to the normal rate for gender and age group, and come up with a dietary plan. For example, foods and nutrients that are known to naturally increase metabolism include: egg whites, iron, chili peppers, caffeinated coffee, green tea, milk, whole grains, and lentils (“9 Foods,” 2015). This is just a handful of the known foods that increase metabolic rates. Individuals have different needs based on their metabolic processes and should have individualized dietary plans. Based on their metabolic rates and nutrient deficiencies, the program would tell them which nutrients they need to increase to normalize their metabolic rate and the best way to get their recommended value. Although this sounds like another useless weight loss program, it would be different because the results can be backed up by precise laboratory research.

The last step would be to tackle the issue at an epigenetic level. The process by which nutrients help increase metabolic rates can be studied, isolated, and then manipulated through the use of pharmaceutical drugs. If the exact reaction that occurs on a molecular level when nutrients increase metabolism through epigenetic modifications is determined, synthetic drugs could be developed that would tweak certain metabolic enzymes related to histones and methyl groups. This would help us alter any genetic predispositions people have toward developing various types of diseases or speed up a slow metabolism. Looking at the impact on histones and methyl groups, research should be done on a molecular level to see how these nutrients brought about this beneficial change.

Using research found on how these nutrients increase metabolism, pharmaceutical companies could create a synthetic drug that would mimic these properties and bring about these same beneficial effects in an amplified manner. On a molecular level, there has to be a specific process by which these nutrients manipulate histones and methyl groups, and whether the process involves an enzyme or some other molecule still needs to be determined. The amplification method would depend on what type of process is uncovered, but if it is enzyme induced, a substrate could be added to make the reaction go faster. Ideally, we hope to find the nutrients that boost metabolism and mimic the process with the creation of a new synthetic drug to help normalize metabolism for those with slower than normal rates.

The biggest problem that needs to be tackled is researching the exact hormones, enzymes, or molecules that connect epigenetics, metabolism, and nutrition. With this research, drugs that could help people maximize their metabolism can be created, which would benefit many people who feel that they cannot lose weight no matter how much they control their diet and exercise. This research could potentially revolutionize the way people see nutrition. This could help reinforce the idea that a good diet and exercise is beneficial because people will see that a bad diet with no exercise not only affects them but it also affects their children and future generations through epigenetic principles.

Diseases caused by obesity, like type 2 diabetes, coronary heart disease, hypertension, arthritis, and cancer depend on where fat is deposited, but they are also affected by genetics (Kirchner, 2013). Based on this information, many people struggling with obesity might think that changing their lifestyle would do nothing. They might extrapolate that if obesity is written in their genes, they cannot change. Many people feel hopeless because they have tried everything, from a good diet to exercise, but nothing has worked. However, many times, slow metabolic reactions are the reason for weight gain and this research aims to solve that problem at the roots. Not only will epigenetics determine which nutrients will help boost metabolism in the long run, but it will also determine the process behind increasing metabolic rates. This information will help to make synthetic drugs that maximize metabolic rates in people who have less than satisfactory rates. People feel helpless in their bodies because of their genes, but with this research, the problem can be solved. If these steps are taken to educate the public and to start this special type of weight loss program based on epigenetic research, we can combat obesity. Overall, this would decrease the amount of obesity that currently exists in the United States, which in turn would also help decrease the likelihood of developing obesity-related diseases. Everyone can benefit from this research because epigenetic modifications happen at all stages in life. With epigenetics, it is never too late to make a change.

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The Deiodinase Type 2 (DIO2) Gene and Mental Retardation in Iodine Deficiency

Ting-Wei Guo , . Lin He , in Comprehensive Handbook of Iodine , 2009

DIO2 Gene and its Role in Iodine Metabolism

The deiodinases play a key role in the maintenance of circulating and tissue levels of thyroid hormones. There are three types of deiodinase – type 1, 2, and 3 ( DIO1, DIO2, e DIO3) iodothyronine – all are seleno-enzymes characterized by a selenocysteine in the catalytic domain of the enzyme encoded by a UGA codon in the presence of a characteristic 3′ untranslated region stem loop structure: the selenocysteine insertion sequence (SECIS).

DIO2 is particularly important in the brain. The pro-hormone T4 (3,3′,5,5′-triiodothyronine) is converted in the brain to its active form, T3, or its inactive metabolite, reverse T3, mainly by the action of DIO2. DIO2 is involved in an activation step for converting 3,5,3′5′-tetraiodothyronine (T4) to 3,5,3′-triiodothyronine (T3), and a degradation step for converting 3,3′5′-triiodothyronine (reverse T3) to 3,3′-diiodothyronine ( Bianco et al., 2002 ). DIO1 is also involved in an activation step it is the only selenodeiodinase that can function as either an outer 5′ or inner 5′ ring iodothyronine deiodinase, with DIO2 e DIO3 being (for all practical purposes) exclusively outer (DIO2) or inner ring (DIO3) deiodinases ( Figure 66.1 ). Contudo, DIO1 enzyme activity is notably absent from the CNS, but is present in liver, kidney, thyroid, pituitary and mRNA in circulating mononuclear cells by RT-PCR ( Campos-Barros et al., 1996 Nishikawa et al., 1998). It supplies a significant fraction of the T3 in the plasma of euthyroid humans. Inactivation steps are mainly contributed by DIO3 for converting T4 to reverse T3 and T3 to 3,3′-diiodothyronine ( Salvatore et al., 1995 ). DIO2 appears to be a tissue-specific regulator of intracellular T3 concentrations in the brown fat, brain and pituitary ( Kohrle, 1999 ). The CNS is a major site of DIO3 enzyme activity, which is also present in rat skin, placenta and the pregnant rat uterus, as well as in human embryonic liver ( Richard et al., 1998). It is suggested that the balance between the enzyme activity of DIO2 e DIO3 may determine the local concentration of T3, which then plays an important role in development of the brain.

Figure 66.1 . Structures and relationships between the iodothyronines activated or inactivated by deiodinases.


It is also less expensive

Even though aggressively treated patients in this study were healthier longer, their medical care was less expensive. Usual care patients cost €10,091 per year while aggressively treated patients cost €8,725.

The overall cost for the two groups was the same. That was because half the usual care patients were dead at the 13-year mark. The main cost in the aggressive treatment group was brand-name medication. The excellent drugs used during the first 8 years of the trial were at the time very expensive and still under patent.

Now, these disease-modifying medications are much less expensive. So, the difference in cost between intensive and usual care should be greater. It is also very likely that the overall results can be improved. New science tells us that spironolactone is another disease-modifying drug that should be added to the protocol. Cutting back on sugar and carbohydrate intake can also make a big difference.


Science 9

The goal of Science 9 is to help students build and connect their understanding of science in the context of everyday life while focussing on both curricular competencies and content. Students will be provided with the necessary framework to become scientifically literate through delving into the following topics: physics, biology, earth science and chemistry.

MODULE 1: Physics

  • Lesson 1: Introduction to Electricity
  • Lesson 2: Static Electricity
  • Lesson 3: Current Electricity
  • Lesson 4: basic Circuitry
  • Lesson 5: Series Circuits
  • Lesson 6: Introduction to Ohm’s Law
  • Lesson 7: Ohm’s Law in Series Circuits
  • Lesson 8: Introduction to Parallel Circuits
  • Lesson 9: Ohm’s Law and Parallel Circuits: Resistance
  • Lesson 10: Ohm’s Law and Parallel Circuits: Voltage and Current
  • Lesson 11: Putting it All Together
  • Lesson 12: Dangers of Electricity
  • Lesson 13: Power
  • Lesson 14: Making a Difference
  • Lesson 15: Work Days
  • Lesson 16: Write, Proposal, Checklist

Assignments:

  • Reflection Journal
  • Letter to the Editor
  • PrepMagic – Lightbulbs in Series
  • Simple Electric Circuit Worksheet
  • PrepMagic Simulations
  • Ohm’s Law and Series Circuits
  • Simple Electric Circuit
  • Ohm’s Law Assignment
  • High Voltage Assignment
  • The Bigger Picture Assignment
  • Grant Proposal
  • Self-Reflection

MODULE 2: Biology

  • Lesson 1: Introduction to Biology
  • Lesson 2: Human Genome Project
  • Lesson 3: DNA Extraction
  • Lesson 4: Mitosis
  • Lesson 5: Cell Theory Review
  • Lesson 6: Asexual Reproduction
  • Lesson 7: Designer Babies and Ethics
  • Lesson 8: Genetic Engineer: Decision Time
  • Lesson 9: Inheritance
  • Lesson 10: Meiosis
  • Lesson 11: Genetic Mutations
  • Lesson 12: Genetic Disorders
  • Lesson 13: Stem Cells
  • Lesson 14: Genetic Counsellor – Decision Time
  • Lesson 15: Sexual Reproduction
  • Lesson 16: Development
  • Lesson 17: Sexual Reproduction Continued
  • Lesson 18: ART
  • Lesson 19: Fertility Doctor – Decision Time
  • Lesson 20: Final Presentation

Assignments:

  • Journal Response #1, 2, 3, 4, 5 & 6
  • DNA Model
  • DNA Extraction Lab
  • Mitosis Modeling
  • Genetic Engineer
  • Research Assignment
  • Genetic Counsellor
  • Family Traits: Phenotype and Genotype
  • Fertility Doctor
  • Final Presentation

MODULE 3: Earth Science

  • Lesson 1: It’s All Interconnected
  • Lesson 2: Biotic and Abiotic
  • Lesson 3: Ecosystems and Food Webs
  • Lesson 4: Food Pyramids
  • Lesson 5: Bioaccumulation and Biomagnification
  • Lesson 6: Effects on the Ecosystem
  • Lesson 7: The Atmosphere
  • Lesson 8: The Ozone
  • Lesson 9: Solar Radiation
  • Lesson 10: The Carbon Cycle
  • Lesson 11: The Hydrosphere
  • Lesson 12: Acid Rain
  • Lesson 13: Water Pathways
  • Lesson 14: Water Pathways 2
  • Lesson 15: The Geosphere
  • Lesson 16: The Nitrogen and Phosphorus Cycle
  • Lesson 17: To Fertilize or Not?
  • Lesson 18: Ecosystem Based Management
  • Lesson 19: Use Your Voice

Assignments:

  • Food Webs Assignment
  • Biomagnification Lab
  • Greenhouse Effect in a Jar
  • Ocean Currents Lab
  • Water Cycle Activity
  • Effects of Acid Rain
  • Should I Fertilize My Lawn?
  • Tweets & Rants

MODULE 4: Chemistry

  • Lesson 1: What Are Things Made Of?
  • Lesson 2: Properties of a Matter
  • Lesson 3: Dalton’s Model of the Atom
  • Lesson 4: Thomson’s Model of the Atom
  • Lesson 5: Rutherford’s Model of the Atom
  • Lesson 6: How Small are Atoms?
  • Lesson 7: Here Come the Elements!
  • Lesson 8: Introduction to the Periodic Table
  • Lesson 9: Getting to Know the Periodic Table
  • Lesson 10: Elements in the Spotlight
  • Lesson 11: Periodic Patterns
  • Lesson 12: Bohr’s Model of the Atom
  • Lesson 13: Atoms vs. Ions
  • Lesson 14: Ionic Compounds
  • Lesson 15: Covalent Compounds
  • Lesson 16: Chemical Reactivity
  • Lesson 17: The Kinetic Molecular Theory
  • Lesson 18: Atomic Timeline

Assignments:

  • Journal Response #1
  • Separating a Homogeneous Mixture
  • Journal Response #2
  • Journal Response #3
  • Rutherford’s Gold Foil Experiment
  • Element in the Spotlight Dropbox
  • Is There a Periodic Pattern for Density?
  • Showing Periodic Trends
  • Drawing Bohr Diagrams of Atoms
  • Drawing Bohr Diagrams of Ions
  • Balancing Chemical Equations Assignment
  • Boiling Point Trend of Noble Gases
  • Atomic Timeline Project

ASSESSMENT

Required Resources: a computer with internet access and headphones/speakers as well as a calculator.


Sex Hormone Differences

Menstrual cycle. Women&rsquos menstrual hormones fluctuate throughout their cycle, which usually lasts 28 days (hormonal contraceptives and other issues can alter the cycle). Hormonal fluctuations play a huge role in strength training, a reality only recently discussed in academic literature. By opening up this conversation with your female clients, you can tap into their strengths a little more and use biology in their favor (Sung et al. 2014).

The menstrual cycle has four phases:

  • menstrual (days 1&ndash5)
  • follicular (days 1&ndash13)
  • ovulation (day 14)
  • luteal (days 15&ndash28).

The luteal phase triggers sharp hormonal changes&mdashprogesterone peaks and then plunges, along with estradiol. Hunger increases, moods change suddenly, core temperature rises, and more calories are burned in fact, basal metabolic rate has been shown to increase by as much as 9% (Webb 1986). In this phase, symptoms of premenstrual syndrome often discourage interest in going to the gym.

The follicular phase, by contrast, is the time for women to really push themselves in hard workouts because estrogen hits its peak at this time, improving mood, energy and strength.

Estrogen vs. testosterone. These sex hormones have the most impact on the relative strength of women and men. Men have much more testosterone, affecting their baseline strength. Thus, men start out stronger with higher absolute strength, but relativo strength gains are about the same for both genders.

Estrogen, on the other hand, has proved to have some anabolic and protective effects against various injuries and diseases. Within muscle, estrogen has been shown to influence contractions and postexercise muscle damage by acting as an antioxidant and a stabilizing membrane and by binding to estrogen receptors (Enns & Tidius 2010). Estrogen also has regenerative properties, which is why combining exercise and hormonal therapies can increase lean tissue mass (Velders & Diel 2013).

Program design. Maintain an open dialogue with your female client: Ask how she is feeling and if she would like to disclose the current phase of her menstrual cycle. Explain that while she doesn&rsquot have to push through the bothersome symptoms of the luteal phase, she will benefit from some type of movement.

In the luteal phase, steer clear of high-intensity interval training and avoid going for personal bests or heavy strength sessions. Save these for the follicular phase. The luteal phase is an optimal time for deloading if the client is on a strength program. It&rsquos also a great time for moderate conditioning or low-intensity cardio training.

Optimize periodization around her cycle. For instance, if she usually does strength training three times a week, you might keep the frequency the same during the luteal phase and ramp it up a session or two during the follicular phase (Sung et al. 2014). See &ldquoSample Program Design,&rdquo below, for more.


Avoiding Cardio Could Be Holding You Back

T husfar, most of the articles on this site that have discussed cardiovascular training have dealt primarily with why it’s not the devil – why it won’t make you weak.

This article deals with how it can be used to enhance your training and actually help you get stronger, faster.

You’ll notice that I won’t be citing as much research in this article as usual. That’s because the bulk of this information comes from four main sources:

  1. My Exercise Physiology textbook. A lot of the ground covered in this article simply relates to basic aerobic physiology.
  2. The work of Joel Jamieson. He’s got a LOT of great resources that address this stuff. I’d highly recommend his book “Ultimate MMA Conditioning,” and if you’d like a brief primer on his work, you should check out this lecture.
  3. These two fantastic review articles (One, Two).
  4. Discussions with my friend Alex Viada, who specializes in improving peoples’ endurance while also making them jacked. If this subject interests you, I’d highly recommend his book The Hybrid Athlete.

First things first – a very brief overview of energy systems.

Your body’s No. 1 priority is staying alive. To do that, it has to produce energy at roughly the same rate you expend it. The metabolic currency of your body is ATP. There are two main ways your body regenerates ATP to produce energy: with oxygen (aerobic) or without oxygen (anaerobic).

Your body can produce energy much faster anaerobically. The fastest way is by using stored ATP, and replenishing ATP directly from phosphocreatine (PCr). However, this only lasts for 8-12 seconds. The next fastest way is by anaerobic glycolysis, which lasts for a few minutes, but which also causes acute muscular fatigue pretty quickly and doesn’t harvest very much ATP per molecule of glucose used.

Your body can produce energy aerobically for a very, very long time, getting every little bit of ATP out of each molecule of glucose or fat used. However, aerobic energy production is quite a bit slower than anaerobic energy production.

A one-rep max attempt relies almost exclusively on the anaerobic energy systems, particularly the anaerobic alactic (ATP/PCr) system. So, the thinking goes, since the aerobic energy system is almost entirely irrelevant when you’re on the platform, it must not matter very much for powerlifting.

This article explores why that’s shortsighted thinking. While your aerobic system isn’t doing much for you when you’re actually on the platform, it muito strongly influences how hard you can train, which is ultimately what allows you to put up big numbers on the platform.

Contexto

Lifting weight is metabolically taxing. Studies have found that doing 4 sets of 8 deadlifts with 175 kilograms burns about 100 calories. That’s roughly the amount of energy you’d burn running a mile if you weigh 130lbs, or running half a mile if you weigh 260lbs. Those numbers may not mean much to you right now, but I’ll show you why they’re important later.

An important thing to keep in mind is the “cost” of producing a given amount of energy aerobically versus anaerobically. We fatigue during exercise for a variety of reasons. I won’t even try to go through all of them here (and even if I did, all I could do is recount the best guesses we have right now. Because fatigue is so multifactorial and difficult to study, we really don’t know for sure what causes it, in all – or most – cases), but it’s pretty well-understood that burning through a ton of energy anaerobically in a short period of time is quite a bit more fatiguing than producing energy aerobically.

This is due to both local and central factors. Local factors have to do with substrate depletion (burning through PCr stores and, to a lesser degree, muscle glycogen), changes in ion concentrations that decrease the excitability of the muscle, and increases in metabolite concentrations and rather large decreases in muscle pH that can influence how hard the muscle can actually contract. Central factors mainly have to do with decreased oxygen availability, increases in certain inflammatory chemicals, a slight drop in blood pH, and other such factors that increase your brain’s perception of fatigue.

With aerobic energy production, you get a more modest drop in muscle pH and a much slower depletion of energy substrates. Central fatigue can certainly set in eventually, but it takes MUCH longer – usually accumulated fatigue after hours of continuous, strenuous activity or weeks of hard training.

Essentially, the more energy you can produce aerobically to meet a certain demand, the less you have to produce anaerobically, so the less fatiguing a given amount of training will be.

Reps and Fatigue Per Set

It’s important to keep in mind that even things we consider purely anaerobic still have an aerobic contribution, and it’s often larger than we think. For instance, this study showed that even for a 200m sprint (

20 seconds of all-out effort), about 30% of the energy produced was produced aerobically. For the 400m, 800m, and 1500m runs (considered heavily anaerobic events – especially the 400m and 800m), the aerobic energy system was already contributing more than half the energy produced by 15-30 seconds into the run. Even for relatively short efforts (like a heavy set of 5) the aerobic system is producing almost a third of the energy needed, and for higher rep sets, it’s producing more than half the energy.

The implication: The more powerful your aerobic energy system, the more reps you’ll be able to do with a given weight or percentage of your max, because every bit of energy you can produce aerobically is that much less that you have to produce anaerobically, which pushes off those factors that cause acute muscular fatigue. Also, if you do the same number of reps with a given amount of weight, less of the energetic contribution will come from your anaerobic energy systems, so the set will be less fatiguing. So you’re either looking at more work and the same fatigue, or the same amount of work with less fatigue either way, you win.

This actually relates to a past article about sex differences: Women can generally do more reps with a given percentage of their 1rm because they generally have higher aerobic and lower anaerobic capacity per pound of lean body mass than men.

Recovery Between Sets

Although you’re obviously very reliant on your anaerobic system when you’re actually lifting the weights, what energy system do you think you use to recover between sets?

Your aerobic system is what produces the energy necessary to restore intracellular ATP and PCr levels, metabolize lactate, and generally get you headed back toward homeostasis so you can perform the next set. Better aerobic conditioning means you’ll recover faster between sets (and since you’ll be somewhat less reliant on your anaerobic system for each set, they’ll be less fatiguing in the first place) so you can handle higher total training volume.

If You Plan on Getting Stronger

Let’s revisit the studies showing that you burn about 100 calories deadlifting 175kg for 4 sets of 8. We’re going to use those numbers as a yardstick for a bit.

They found that energy expenditure was directly (and quite strongly) correlated to the amount of work being done. Work scales directly with the amount of weight on the bar. Lifting 100kg is twice as much work as lifting 50kg.

So, if you deadlift 175kg for a set of 8, you burn

25 calories. If you deadlift 87.5 for a set of 8, you’d only burn about 12.5 calories. If you deadlift 350kg for a set of 8, you’d burn about 50 calories.

This is why a new lifter may be able to bang out sets of 10 squats while barely breaking a sweat, whereas a tough set of 10 may floor a stronger lifter. If you’re lifting twice as much weight, you’re burning through twice as much energy in the same amount of time, probably with a larger proportion coming from anaerobic sources.

So, if you plan on getting stronger – especially if you plan on getting really strong – it would probably behoove you to improve your aerobic conditioning. If it’s not a limiting factor now, it very well may become one as your lifts increase.

As The Workout Wears On

As you move through a workout, you become even more reliant on your aerobic energy system. One study illustrated this beautifully using 30-second rounds of all-out cycling, interspersed with 4 minutes of rest. Total work dropped from 18.7kJ in the first round to 13.8kJ by the third, illustrating the effect of fatigue.

More importantly, however, this study showed how the participants were producing energy for each round. These charts show the difference between their first and third sprints.

In the first, ATP/PCr and anaerobic glycolysis carry most of the load for the first six seconds, ATP/PCr drops off between 6-15 seconds while the aerobic system picks up more of the load, and by the last 15 seconds the aerobic system is doing about 50-60% of the work.

Contrast that with the third sprint where anaerobic glycolysis is nowhere to be found, and the aerobic system is doing the vast majority of the work from 6 seconds onward. Basically, after the first sprint, ATP/PCr gives you a 6 second burst, but after that, it’s all up to the aerobic system.

You may be thinking, “But Greg, I’m lifting weights, not cycling. And besides, aren’t those all-out bike sprints supposed to be the most brutal thing in the world?”

Não exatamente. They’re the most brutal test that’s used consistently in research, but only because there aren’t enough 700-pound squatters for the “set of 10 squats with 500lbs” protocol to be very popular.

The brutal cycling sprints are known as the Wingate Test, and going off normative data I found, they don’t hold a candle to our set of 8 deadlifts with 175kg. The mean for average power in the Wingate Test (for men) is 562.7 Watts, and the highest value in the dataset was 711.0 Watts. Watts are Joules per second, so you multiply those numbers by 30 to get Joules (16,881 average and 21,330 for the highest value), divide by 1000 to get kilojoules (16.9 and 21.3, respectively) then divide by 4.184 to get kcals (4.04kcals and 5.09kcals). Since energetic efficiency for cycling is roughly 25% – meaning for every calorie burned, you only do about .25 calories worth of work on the bike – you end up looking at total caloric expenditure of 15-20kcals.

So a set of 8 deadlifts with 175kg burns roughly 25-60% more calories in roughly the same amount of time as the brutal Wingate Test. Similar values were obtained for the study referenced above – 18.7kJ on the first sprint is about 4.47kcals of work and 18kcals burned, and 13.8kJ on the third sprint is a scant 3.30kcals of work and 13kcals burned.

All of which means, the enorme shift away from anaerobic reliance and toward aerobic reliance from sprint 1 to sprint 3 not only applies to picking up heavy things, but probably understates the degree of the shift since the energy demands per set are considerably higher, especially if you’re quite strong. Unless you’re only doing heavy singles or doubles (to fit within that short window where you can rely strongly on ATP/PCr), your training probably relies at least as much (and probably more) on your aerobic energy system as your anaerobic energy system.

Injury Risk

Athletes become more susceptible to injury as they become fatigued. They lose a bit of coordination, and muscles themselves become less capable of absorbing force before a muscle strain occurs.

I’m not going to pretend like I have data to support this point, but I have seen my fair share of weight room injuries (and have had my own share of little muscle strains), and it’s pretty rare to see someone get injured on their first heavy set or two. It generally seems to happen later in the workout after fatigue has started to accumulate, which makes sense: more fatigue = more susceptible to injury. It doesn’t seem like too much of a stretch to assume that better aerobic fitness – meaning less fatigue per set and better recovery between sets – could reduce your injury risk in the gym.

Recovery Between Sessions

A central adaptation to aerobic exercise is increased parasympathetic nervous system (“rest and digest”) activity and decreased sympathetic nervous system (“fight or flight”) activity at rest. This means that between workouts, your body stays in a more robust recovery state.

Substrate Usage

Another adaptation to aerobic training is decreased carbohydrate usage and increased fat usage at any exercise intensity. This is probably more beneficial for a sport like CrossFit that has higher volume workouts, and whose competitions include multiple events per day over multiple days – sparing as much muscle glycogen as possible becomes a precious thing. But even in the case of powerlifting, a shift in substrate usage could make a small difference, especially in a calorie deficit if glycogen stores are already low since glycogen concentrations influence perceived exertion low glycogen just makes everything feel harder, and improved aerobic capacity spares glycogen.

Drawbacks

Now that I’ve made aerobic training sound like the best thing since sliced bread, it’s time to discuss the drawbacks. The most obvious is the “interference effect.”

A lot of the ways your body tries to adapt to aerobic training are in direct opposition to the ways your body tries to adapt to resistance training. Different metabolic pathways (AMPK vs. mTOR, though that’s not as problematic as most people think), using energy toward muscle protein synthesis vs. mitochondrial biogenesis, upregulation of aerobic vs. glycolytic enzymes, etc.

However, rumors of the interference effect, it seems, have been greatly exaggerated. At least, the meta-analysis on the subject found that it’s not aerobic exercise per se that causes the interference effect, but rather running in particular, probably related to the repeated eccentric stress of running. Cycling, on the other hand, did not hinder strength and muscle gains when combined with strength training.

Exactly zero track cyclists reading this article are at all surprised by that finding (refer to the picture at the top of the article).

The other drawback is simply the time commitment. Yes, it takes time. However, keep in mind that when talking about cardiovascular training for powerlifters, the goal isn’t to log 100 miles per week to qualify for the Boston marathon. It’s to attain a basic level of conditioning to fuel the energetic demands of training. For most people, you can accomplish that in 2 hours per week or less.

Can’t I Just Lift Weights?

sim. Tipo de. Actually, training to muscular failure tem been shown to cause robust gains in aerobic capacity. However, most of the gains result from local tissue-level adaptations, not the global adaptations that come with dedicated cardiovascular training (increased cardiac stroke volume and increased oxygen carrying capacity being two biggies. They may be increased somewhat with strength training, but not to the same degree). These tissue-level adaptations shouldn’t be discounted, but if all you do is lift weights to failure, you’re still missing out on some of the potential benefits.

What About Intervals?

The answer for this is essentially the same as the previous one: Yes, interval training can improve aerobic capacity by itself, and yes, it’s much more time-effective than low-intensity cardio. Intervals also improve anaerobic capacity to a much greater degree than aerobic training does. However, while you get some of the benefits you’d get from low intensity cardio, you don’t get all of them.

Furthermore, interval training is much more “costly” in terms of recovery, related to those central fatigue factors I briefly touched on earlier. Hopping on a stationary bike for 30 minutes with your HR at 130-135 won’t really affect your training very much tomorrow. Doing a few tough rounds of intervals (assuming you’re going hard enough to actually make them effective) can really put a dent in your ability to recover from your strength training, though. The idea of improving your conditioning in less time while doing fun movements sounds great on paper, but you pay for these advantages in how intervals can negatively impact the rest of your training.

Putting It All Together

The best conditioning plan for powerlifting will combine several different modalities (low intensity cardio, lifting to failure, and high intensity intervals) with an emphasis on minimizing the impact conditioning work will have on your heavy strength training.

My general recommendations:

  • Start slow. 2 sessions per week, both low intensity, and only 20-30 minutes per session with your HR around 130, or 60-70% of max heart rate. A bike is best, but incline treadmill walking is also a good alternative.
  • Only increase aerobic training load when you need to. Track your resting heart rate (measured first thing in the morning) and the work rate you have to maintain to hit a HR of 130. As long as your resting heart rate is trending down and/or you can pedal faster/against more resistance or walk faster/at a greater incline week to week, then don’t make increases.
  • Make increases slowly – 10 minutes more aerobic work per week. Evaluate your conditioning as you go. Your resting HR should end up somewhere in the 50s, and you shouldn’t have any issues recovering between sets. You should notice that the amount of training you can handle has increased quite noticeably as fatigue during training decreases, and recovery from training increases. Once you find your minimum effective dose for maintaining that level of conditioning, stay there – don’t do more for its own sake.
  • Once you reach three weekly sessions of 40 minutes apiece (again, only making increases as needed), evaluate your level of conditioning again if you’re still not sufficiently conditioned (see the previous point).
  • If your aerobic fitness plateaus at that level of low-intensity training, you may need to start including interval training. Start conservatively – 3-4 rounds of 1 minute intervals with 2-3 minutes of rest in between. Choose low-skill movements (NOT sprinting or weightlifting) like cycle sprints or kettlebell swings. Again, monitor improvements and only increase as necessary.
  • Do 2-3 sets to failure per muscle group, per week. Save this for your accessory work – going to true failure on squats or deadlifts regularly probably isn’t the smartest idea. You can get the same local aerobic adaptations with safer exercises. This is perfect for isolation work, actually. If someone tries to hate on you for being a bro and doing pec flyes or leg extensions, you can say you just care about maximizing mitochondrial biogenesis, thank you very much.

Wrapping it up

Whether we’re talking about the Chinese weightlifting team’s morning jogs, Andre Malanichev’s 10km runs, or Chad Wesley Smith who does enough cardio that he’s only a couple seconds off the world record 500m row, a lot of the best lifters in the world already know how dedicated aerobic work can benefit their training. Especially if you’re finding yourself huffing and puffing between sets or having issues recovering between workouts, improving your cardiovascular conditioning may be exactly what you need to keep moving forward and getting stronger.

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About Greg Nuckols

Greg Nuckols has over a decade of experience under the bar, a BS in Exercise and Sports Science, and a Master's in Exercise Physiology. He’s held 3 all-time world records in powerlifting in the 220 and 242 classes.

He’s trained hundreds of athletes and regular folks, both online and in-person. He’s written for many of the major magazines and websites in the fitness industry, including Men’s Health, Men’s Fitness, Muscle & Fitness, Bodybuilding.com, T-Nation, and Schwarzenegger.com. Furthermore, he’s had the opportunity to work with and learn from numerous record holders, champion athletes, and collegiate and professional strength and conditioning coaches through his previous job as Chief Content Director for Juggernaut Training Systems and current full-time work here on Stronger By Science.

His passions are making complex information easily understandable for athletes, coaches, and fitness enthusiasts, helping people reach their strength and fitness goals, and drinking great beer.


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