O consumo máximo de oxigênio (V̇O₂máx) representa a expressão quantitativa da capacidade integrada dos sistemas cardiovascular, respiratório e muscular de captar, transportar e utilizar oxigênio sob condições de esforço incremental até a exaustão. Sua determinação por meio de testes cardiopulmonares incrementais permanece o padrão-ouro para avaliação da aptidão cardiorrespiratória, tanto em populações clínicas quanto em atletas de alto rendimento, sendo reconhecido como um dos mais robustos preditores de saúde cardiovascular e mortalidade por todas as causas. Entretanto, a interpretação fisiológica do V̇O₂máx transcende sua dimensão quantitativa, exigindo compreensão aprofundada dos mecanismos mitocondriais, redox, ventilatórios e metabólicos que sustentam sua expressão funcional ao longo da cinética do exercício incremental.
Durante um teste incremental progressivo (GXT), o aumento linear da potência externa induz elevação proporcional do V̇O₂ até que se observe um ponto de platô ou estabilização relativa apesar da continuidade do incremento de carga. A caracterização do tempo de platô e do comportamento pós-esforço fornece informações relevantes sobre contribuição anaeróbica e dinâmica de recuperação, como demonstrado em ciclistas de diferentes especialidades, nos quais maior tempo de platô se associa a maior contribuição glicolítica e maiores valores de lactato pós-teste. Em ciclistas profissionais, observa-se ainda modificação na inclinação da relação V̇O₂:potência nas fases acima do ponto de compensação respiratória, sugerindo adaptações específicas na eficiência metabólica e no recrutamento muscular em atletas altamente treinados. Esses achados evidenciam que a cinética do V̇O₂ não deve ser interpretada apenas como um valor máximo isolado, mas como um processo dinâmico dependente da interação entre transporte sistêmico de oxigênio, extração periférica e regulação ventilatória.
A identificação dos limiares metabólicos (LT1 e LT2) ao longo do GXT constitui elemento central para a compreensão dessa integração fisiológica. O primeiro limiar (LT1), correspondente ao início do acúmulo sistemático de lactato, coincide com modificações nas curvas ventilatórias, particularmente no ponto em que o equivalente ventilatório de oxigênio (EqO₂ ou VE/VO₂) atinge um nadir e inicia elevação progressiva, enquanto o VE aumenta de forma desproporcional ao V̇O₂. Essa transição reflete a intensificação da produção de CO₂ derivado da tamponagem do ácido láctico e representa o momento em que a contribuição anaeróbica passa a ser metabolicamente relevante. A literatura demonstra que diferentes equações preditivas podem apresentar variabilidade significativa quando aplicadas a atletas, sendo a equação FRIEND a que melhor se correlaciona com valores medidos diretamente em ciclistas competitivos, o que reforça a importância de modelos específicos para populações treinadas.
À medida que a intensidade progride, observa-se o segundo limiar metabólico (LT2), também descrito como ponto de compensação respiratória. Nesse domínio, a ventilação aumenta exponencialmente em relação ao V̇CO₂, e o VE/VCO₂ passa a apresentar elevação significativa, refletindo tentativa de compensação ventilatória à acidose metabólica progressiva. A interpretação integrada dessas alterações ventilatórias é corroborada por análises sistemáticas que evidenciam a relevância do V̇O₂máx e dos limiares como marcadores centrais de adaptação ao treinamento aeróbico. A literatura também demonstra que intervenções baseadas em variabilidade da frequência cardíaca podem modular adaptações ao V̇O₂máx, reforçando a necessidade de individualização da carga e monitoramento fisiológico fino.
A incorporação da espectroscopia no infravermelho próximo (NIRS) para avaliação da saturação muscular de oxigênio (SmO₂) acrescenta uma dimensão periférica à análise dos limiares. Durante o GXT, a SmO₂ tende a declinar progressivamente com o aumento da intensidade, apresentando pontos de inflexão que coincidem com LT1 e LT2. O primeiro ponto de quebra de SmO₂ corresponde à intensificação da extração periférica de oxigênio, enquanto o segundo ponto reflete transição para domínio severo com recrutamento ampliado de fibras tipo II e maior contribuição glicolítica. Esses comportamentos estão alinhados com observações sobre cinética de V̇O₂ e eficiência metabólica em atletas de endurance.
A base molecular dessas respostas reside na plasticidade mitocondrial induzida pelo exercício. O treinamento aeróbico promove biogênese mitocondrial, remodelamento de cristas, alterações na dinâmica de fusão e fissão e modulação da capacidade respiratória. A noção de “exercise as mitochondrial medicine” fundamenta-se na capacidade do estímulo físico de modular quantitativa e qualitativamente os domínios mitocondriais, desde conteúdo até eficiência funcional. Entretanto, tais adaptações ocorrem dentro de um espectro regulatório complexo que envolve sinalização redox, ativação de AMPK, PGC-1α e integração com estado energético sistêmico.
O aumento da atividade mitocondrial durante o exercício intensifica a produção de espécies reativas de oxigênio (ROS), que desempenham papel dual como sinalizadores adaptativos e potenciais mediadores de dano oxidativo. Nesse contexto, as proteínas desacopladoras, particularmente UCP3 no músculo esquelético, assumem papel regulatório na modulação do gradiente de prótons e na redução da produção excessiva de ROS. Contudo, evidências indicam que UCP3 não atua primariamente como regulador central do gasto energético basal, mas como modulador da oxidação lipídica e do controle redox. A superinterpretação de aumentos do gasto energético basal como reflexo direto de hiperexpressão de UCP2 ou UCP3 carece, portanto, de suporte fisiológico robusto.
No âmbito aplicado, a mensuração do gasto energético basal por meio de analisadores metabólicos portáteis é tecnicamente viável, permitindo acompanhamento longitudinal da taxa metabólica de repouso. Todavia, variações na TMB refletem múltiplos fatores, incluindo massa magra, atividade simpática, estado tireoidiano e inflamação, não podendo ser atribuídas isoladamente a alterações de desacoplamento mitocondrial. Em condições de baixa disponibilidade energética, a resposta mais frequentemente descrita é a supressão adaptativa do metabolismo basal, como amplamente discutido no modelo de baixa disponibilidade energética e RED-S.
A interação entre carga de treinamento, disponibilidade energética e adaptação mitocondrial é central para compreender a fisiologia do endurance contemporâneo. Revisões recentes demonstram que o V̇O₂máx permanece um determinante crítico tanto da performance quanto da saúde cardiometabólica, mas sua modulação depende da arquitetura de volume e intensidade, bem como do estado nutricional e da representação sexual nas amostras estudadas. Em populações adultas submetidas a treinamento de baixa intensidade, observa-se melhora substancial do V̇O₂máx e de marcadores cardiometabólicos, reforçando que adaptações não dependem exclusivamente de intensidades extremas. Em modalidades olímpicas de inverno, adaptações de endurance assumem papel tanto limitante quanto facilitador de tolerância a carga e recuperação, destacando a complexidade do fenótipo adaptativo.
Assim, a compreensão integrada do V̇O₂máx exige articulação entre cinética ventilatória, dinâmica de saturação muscular, plasticidade mitocondrial, regulação redox e disponibilidade energética. O treinamento de endurance representa estímulo potente à adaptação mitocondrial, mas sua interpretação deve evitar reducionismos mecanicistas, reconhecendo que a eficiência metabólica humana é resultado de um sistema altamente regulado, no qual desacoplamento fisiológico, produção de ROS, remodelamento estrutural e equilíbrio energético interagem de maneira complexa e dependente de contexto.
Expansão Quantitativa: Eficiência Mitocondrial e Modelagem Energética
A eficiência da fosforilação oxidativa pode ser descrita pela razão P/O, que representa o número de moléculas de ATP sintetizadas por átomo de oxigênio reduzido. Em condições fisiológicas, essa razão varia aproximadamente entre 2,3 e 2,7 dependendo do substrato oxidado. Nesse contexto, a eficiência da fosforilação oxidativa mitocondrial, expressa pela razão P/O, corresponde ao número de moléculas de ATP sintetizadas por átomo de oxigênio reduzido na cadeia respiratória e constitui um determinante central do custo bioenergético do exercício. Essa razão varia em função do substrato oxidado porque os elétrons provenientes de NADH entram na cadeia transportadora pelo Complexo I, que bombeia prótons, enquanto os elétrons derivados de FADH₂ ingressam pelo Complexo II, que não contribui para o bombeamento protônico.
Como a oxidação predominante de carboidratos gera maior proporção de NADH em relação a FADH₂, o gradiente eletroquímico produzido é mais eficiente, resultando em uma razão P/O aproximada de 2,6–2,7. Em contraste, a β-oxidação de ácidos graxos produz relativamente mais FADH₂, reduzindo o número total de prótons bombeados por par de elétrons e, consequentemente, diminuindo a razão P/O para valores em torno de 2,3–2,4, o que implica maior consumo de oxigênio para gerar a mesma quantidade de ATP. Essa diferença explica por que, em intensidades submáximas com maior dependência lipídica, o custo de O₂ por unidade de trabalho tende a ser discretamente superior. Contudo, em condições fisiológicas humanas, as variações na razão P/O são relativamente pequenas e não sugerem alterações massivas da eficiência mitocondrial basal; mesmo eventuais aumentos de proton leak mediados por proteínas desacopladoras exercem impacto quantitativamente modesto sobre o gasto energético total, sendo que as mudanças mais relevantes no custo metabólico do exercício decorrem predominantemente de fatores como recrutamento de fibras menos eficientes, maior custo de transporte iônico e alterações na economia mecânica, e não de reduções substanciais no acoplamento mitocondrial.
Pequenas variações na eficiência de acoplamento poderiam teoricamente alterar o custo de oxigênio por unidade de trabalho externo. No entanto, dados em humanos treinados sugerem que as alterações de eficiência são predominantemente atribuídas a fatores como economia mecânica e padrão de recrutamento de fibras, e não a grandes mudanças no desacoplamento mitocondrial basal.
Se hipoteticamente houvesse um aumento de 5% no proton leak mitocondrial sistêmico, a elevação estimada no gasto energético diário seria relativamente modesta quando distribuída entre os órgãos metabolicamente ativos. Considerando que o músculo esquelético contribui com fração variável do metabolismo de repouso, mesmo um aumento significativo na expressão de UCP3 dificilmente produziria elevação de centenas de quilocalorias por dia sem concomitante aumento de massa magra ou ativação simpática sustentada. Esse raciocínio é coerente com as observações de que UCP3 exerce papel regulatório e não termogênico robusto.
VO₂ Slow Component e Domínio Severo
No domínio severo de intensidade, acima do LT2, observa-se o fenômeno conhecido como VO₂ slow component, caracterizado por aumento progressivo do consumo de oxigênio ao longo do tempo, mesmo em potência constante. Esse comportamento é explicado por recrutamento progressivo de fibras tipo II menos eficientes, aumento da temperatura muscular, maior custo de ativação contrátil e possível contribuição de alterações metabólicas periféricas. A presença de slow component amplia o custo energético total do exercício e aproxima o indivíduo do V̇O₂máx mesmo em intensidades submáximas, reforçando a importância do controle preciso de zonas de treinamento.
Integração com Disponibilidade Energética
A baixa disponibilidade energética (LEA) caracteriza-se por energia insuficiente para sustentar funções fisiológicas após subtração do custo do exercício, afetando eixo hipotálamo-hipófise, metabolismo ósseo e função tireoidiana. Em contraste com hipóteses de hipertermogênese via desacoplamento, LEA frequentemente se associa a supressão adaptativa do metabolismo basal. Portanto, elevações do gasto energético basal observadas longitudinalmente devem ser interpretadas com cautela, considerando alterações hormonais e simpáticas antes de inferir mecanismos mitocondriais primários.
Síntese Integrativa Final
A compreensão contemporânea do V̇O₂máx e de seus limiares requer integração multiescalar: do transporte sistêmico de oxigênio à bioenergética mitocondrial, da cinética ventilatória à regulação redox, da economia mecânica à disponibilidade energética. O treinamento de endurance atua como modulador potente da plasticidade mitocondrial, melhora marcadores cardiometabólicos mesmo em intensidades moderadas e exige arquitetura de carga individualizada. A interpretação isolada de variáveis como TMB ou VO₂ máximo carece de robustez quando dissociada do contexto fisiológico integrado.
A bioenergética humana no endurance é, portanto, expressão de um sistema dinâmico, adaptativo e altamente regulado, no qual desacoplamento mitocondrial, produção de ROS, eficiência mecânica e disponibilidade energética interagem de maneira complexa e dependente de contexto.
Referências
ARETA, J. L.; TAYLOR, H. L.; KOEHLER, K. Low energy availability: history, definition and evidence of its endocrine, metabolic and physiological effects in prospective studies in females and males. European Journal of Applied Physiology, 2021.
BISHOP, D. J.; LEE, M. J.-C.; PICARD, M. Exercise as mitochondrial medicine: how does the exercise prescription affect mitochondrial adaptations to training? Annual Review of Physiology, 2025.
DELLA GUARDIA, L.; LUZI, L.; CODELLA, R. Muscle-UCP3 in the regulation of energy metabolism. Mitochondrion, 2024.
HEBISZ, P. et al. Time of VO₂max plateau and post-exercise oxygen consumption during incremental exercise testing in young mountain bike and road cyclists. Physiological Research, 2018.
JUROV, I.; CVIJIĆ, M.; TOPLIŠEK, J. Predicting VO₂max in competitive cyclists: Is the FRIEND equation the optimal choice? Frontiers in Physiology, 2022.
LUCIÁ, A. et al. Kinetics of VO₂ in professional cyclists. Medicine & Science in Sports & Exercise, 2002.
NUUTTILA, O.-P. et al. Effects of Low-Intensity Endurance Training on Aerobic Fitness and Risk Factors of Cardiometabolic Health in Working-Age Adults. Scandinavian Journal of Medicine & Science in Sports, 2026.
SPERLICH, B.; HOLMBERG, H.-C. Endurance Training in Olympic Winter Sports. Scandinavian Journal of Medicine & Science in Sports, 2026.
SRIVASTAVA, S. et al. Assessment of maximal oxygen uptake (VO₂max) in athletes and nonathletes. Cureus, 2024.
VARGAS-MENDOZA, N. et al. Oxidative stress, mitochondrial function and adaptation to exercise. Life, 2021.
WU, Z. et al. Aerobic Exercise Training and VO₂max: A Scoping Review of Study Populations and Protocols. Sports, 2026.