Las mitocondrias son las fuentes primarias de síntesis de ATP celular y son los principales órganos productores de Especies Reactivas de Oxígeno (ROS) y, por lo tanto, son fundamentales en el metabolismo energético y redox. De hecho, el tamaño y la capacidad mitocondrial está estrechamente relacionada con parámetros como el VO2Max o el lactato plasmático, importantes indicadores de la función metabólica y muscular.

En muchos estados patológicos, las mitocondrias muestran una capacidad reducida para responder al suministro de nutrientes y adaptar la respiración mitocondrial a la demanda metabólica. Los genes mitocondriales, el número de mitocondrias y su participación tendría una relación muy estrecha con la apoptosis, el cáncer, el envejecimiento y otras problemáticas metabólicas. En este sentido, algunos actores como el factor de transcripción NF-E2, Nrf2 y el adaptador de ligasa E3, KEAP1, resultan críticos en la homeostasis redox, respuesta antioxidante y biogénesis mitocondrial.

La realización de ejercicio físico es medicina mitocondrial en cuanto a su morfología, biogénesis, dinámica, capacidad oxidativa, capacidad antioxidante y calidad mitocondrial, tanto para en el músculo y tejido adiposo como en otros órganos, provocando una remodelación de la red mitocondrial a través de la fusión, biogénesis y la eliminación de mitocondrias dañadas a través de la mitofagia, que es la forma especializada de autofagia por la cual se degradan y reciclan selectivamente las mitocondrias.

La fusión y fisión mitocondrial responden al entrenamiento físico de una manera dependiente tanto del tipo de ejercicio como de su dosis. La notable plasticidad de las mitocondrias les permite ajustar su volumen, estructura y capacidad en las fibras musculares en determinadas condiciones de ejercicio.

Así, la intensidad de entrenamiento es un determinante importante de las mejoras en la función o respiración mitocondrial (medido por oxidación de grasas mediante calorimetría indirecta + niveles de lactato en sangre durante el ejercicio) mientras que el volumen de entrenamiento es un determinante importante de las mejoras en el contenido o biogénesis mitocondrial (medido por trazadores isotópicos estables –citrato sintasa-, fosfolípidos de la membrana mitocondrial o síntesis de ADN mitocondrial).