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L’essentiel de la Physiologie – Les Filières Energétique

Les Filières Énergétique

Filières de synthèse énergétique.

Toute fonction biologique implique la consommation d’énergie. C’est le cas de la digestion par exemple, de la transmission nerveuse, de la synthèse protéique ou de la sécrétion hormonale. Mais c’est également le cas bien entendu de toutes contractions musculaires. Dans notre organisme c’est la transformation d’une molécule appelée Adénosine Tri Phosphate (ATP) qui fournit l’énergie nécessaire. Elle doit être considérée comme une véritable monnaie d’échange énergétique de l’organisme. Si la structure détaillée de cette molécule nous intéresse peu ici, il faut tout de même noter qu’elle possède, comme son nom l’indique, trois liaisons phosphates. Quand une liaison phosphate se brise, elle libère de l’énergie. C’est ce qui se produit lors de la réaction de l’hydrolyse de l’ATP. Lors de cette réaction, l’ATP se combine avec de l’eau, présente en grande quantité dans notre organisme, et sous l’action d’une enzyme dite ATPase comme par exemple celle présente sur la tête de myosine, l’ATP se dissocie en ADP + un phosphate. L’intérêt de cette réaction réside dans le fait qu’elle libère de l’énergie (environ 7.3 kcal par mole d’ATP) utilisée pour accomplir tout travail biologique ou toutes contractions musculaires. C’est donc grâce à cette molécule d’ATP, stockée dans les muscles, que l’on peut pratiquer différentes activités physiques et sportives, mais aussi tout simplement respirer et vivre. Un problème majeur existe néanmoins. La concentration intramusculaire en ATP est très limitée. Elle est d’environ 5 mmol.KG-1 de muscle. Cette quantité n’est suffisante que pour maintenir un exercice maximal pendant seulement 2 à 4 secondes environ.

On peut se demander pourquoi une quantité si faible d’ATP est stockée dans notre organisme. En fait c’est parce qu’il s’agit d’une molécule très lourde. La masse d’ATP nécessaire pour boucler un marathon représente à peu près 80 kilos. Si le choix avait été fait pour notre organisme de stocker l’intégralité de l’énergie nécessaire pour notre vie quotidienne, il nous faudrait transporter 80 kilos d’ATP en plus de notre masse corporelle pour avoir suffisamment d’énergie pour courir ce marathon. Il est donc en réalité beaucoup plus commode de n’en avoir un stock suffisant pour une durée d’exercice très faible. L’inconvénient par contre réside dans le fait qu’il est donc nécessaire de re – synthétisé ces molécules d’ATP si on veut prolonger notre activité au-delà de plusieurs secondes. Et c’est à cela que servent les fi lières énergétiques.

Elles sont au nombre de trois et fonctionnent toutes selon le principe du transfert d’énergie. L’énergie libérée par une molécule peut être transférée à une autre molécule sans être dissipée.

Exercices de très courte durée.

Lors des exercices de très courte durée (6 à 8 secondes maximum) c’est la filière énergétique ANAEROBIE ALACTIQUE qui sert à re-synthétiser l’ATP. Aérobie signifie «en présence d’oxygène ». À l’inverse cette filière utilisée pour les exercices de très courte durée n’utilise pas l’oxygène pour re-synthétiser l’ATP. Elle est donc dite A-NAEROBIE. De même, puisqu’elle ne produit pas d’acide lactique, contrairement à une autre filière, elle est dite A- LACTIQUE.

On l’appelle également filière CREATINE PHOSPHATE, car c’est le transfert d’énergie effectuée à partir de cette molécule qui permet de re-synthétiser l’ATP.

La réaction s’effectue de manière suivante: sous l’action d’une enzyme appelée créatine kinase, la molécule de créatine phosphate se dissocie en créatine et en phosphate. Cette réaction libère de l’énergie qui est utilisée au rephosphoryler l’ADP. Il s’agit en fait ici de la réaction inverse à celle de l’hydrolyse de l’ATP. Le transfert de l’énergie issue de la dissociation de la créatine phosphate est utilisé pour re-synthétiser l’ATP à partir de l’ADP + P.

Dans ce cas, l’ATP est très rapidement re-synthétisé puisqu’une seule réaction est nécessaire pour transférer l’énergie. C’est la raison pour laquelle cette filière est utilisée en début d’exercice quand les besoins énergétiques sont très importants et immédiats. C’est également la raison pour laquelle la puissance dégagée par cette filière énergétique est très importante.

Pour chaque filière énergétique, la puissance dépend du débit de re-synthèse de molécules d’ATP, c’est-à-dire de la quantité de molécules d’ATP re-synthétisées par unité de temps. De façon logique s’il y a peu de réactions nécessaires, le débit de re-synthèse est important, alors que lorsque beaucoup de réactions sont nécessaires, le débit est beaucoup plus faible. Dans le cas de la filière créatine phosphate, une seule réaction est nécessaire pour re -synthétiser de l’ATP et donc la puissance très importante. Les autres filières nécessiteront plus de réactions et auront donc une puissance moindre. C’est la raison très simple pour laquelle on est capable de courir beaucoup plus vite sur 40 m sur 400 m et que sur un marathon.

Par contre le revers de la médaille de cette filière énergétique est que la quantité totale de molécules d’ATP re-synthétisées et très faible. En fait il n’y a qu’une seule molécule d’ATP re – synthétisée à partir d’une molécule de créatine phosphate. Si on est donc capable de développer une très grande puissance grâce à cette filière, il ne nous permet pas de maintenir l’intensité très longtemps. On dit que la capacité de cette filière est faible. Pour chaque filière la capacité correspond à la quantité totale de molécules d’ATP re-synthétisées à partir d’une molécule du substrat d’origine (la créatine phosphate dans le cas présent). Ainsi cela explique qu’on est très logiquement capable de tenir à une allure de sprint beaucoup moins longtemps qu’à une allure d’un marathon.

En fait la durée pendant laquelle cette filière énergétique est capable de re-synthétiser de l’ATP dépend de la concentration de créatine phosphate intramusculaire. Celle-ci est environ 5 fois plus élevée que la concentration d’ATP, cela ne nous permettant néanmoins pas d’effectuer des exercices de durée importante.

Cette filière anaérobie alactique ou créatine phosphate est donc la filière utilisée dans les activités dites explosives. C’est la filière utilisée par exemple lors du départ en sprint, dans les

sauts, les lancers ou dans toutes actions correspondant à des besoins énergétiques très importants, immédiats et de très courte durée. Si l’exercice doit se prolonger, l’organisme devra faire appel à une autre filière, dont les caractéristiques de puissance et de capacité seront différentes, pour re -synthétiser l’ATP.

Exercices de courte -moyenne durée.

Lorsque l’exercice intense doit se prolonger et que les stocks de créatine phosphate ne peuvent pas suffire, un autre substrat énergétique doit être utilisé pour re-synthétiser l’ATP. C’est le glucose ou le glycogène qui permett ent la re-phosphorylation de l’ADP en ATP. On appelle ces réactions la glycolyse ou le glycogènolyse. Le glucose et le glycogène sont les seuls substrats capables de re-synthétiser l’ATP dans ces conditions d’exercice relativement intense. Il ne s’agit plus d’une intensité aussi importante que celle développée par la filière anaérobie alactique, mais elle nécessite tout de même qu’un nombre relativement restreint de réactions soit utilisé pour re-synthétiser l’ATP afin que la puissance soutenue soit tout de même relativement importante. Afin de répondre à ces conditions, les réactions doivent se dérouler dans le cytosol de la cellule musculaire, et non dans la mitochondrie. Et dans ces conditions seuls le glucose et le glycogène sont capables de fournir l’énergie nécessaire.

Réactions de glycolyse

Réactions de glycolyse

 

10 réactions successives aboutissent à la formation de deux ions pyruvates en partant soit du glucose soit sous du glycogène. Alors que l’objectif est de re-synthétiser de l’ATP, les premières réactions en consomment 2 jusqu’à aboutir à la formation d’une molécule de fructose 1,6 diphosphate. Cette molécule se dissocie en 2 molécules de 3- phosphoglyceraldéhyde dont la transformation va donner au final deux ions pyruvates. Ces dernières réactions vont permettre de former 4 molécules d’ATP. Le bilan de la glycolyse/ glycogènolyse est donc de 4 ATP formés -2 ATP consommés soit au final: 2 ATP formés par molécule de substrat.

Comparée à la filière créatine phosphate, la glycolyse/ glycogénolyse a donc une capacité plus importante. Premièrement parce que 2 molécules d’ATP sont formées à partir d’une molécule de glucose/ glycogène contre une seule molécule d’ATP formée à partir d’une molécule de créatine phosphate. Mais surtout parce que le stock de glucose et de glycogène utilisable par le muscle est beaucoup plus important que le stock de créatine phosphate. La quantité totale de molécule d’ATP re-synthétisées et donc au final beaucoup plus importante qu’avec la filière créatine phosphate. Par contre, 10 réactions sont nécessaires pour resynt hétiser cet ATP contre une seule avec la filière créatine phosphate, induisant un débit de re -synthétise l’ATP et donc une puissance beaucoup plus faible. C’est la raison pour laquelle on est capable de tenir beaucoup plus longtemps une allure de 800 m qu’une allure de 40 m (environ 2 minutes contre quelques secondes) mais que cette allure de 800 m est beaucoup moins élevée qu’un départ de sprint.

Cette réaction de glycolyse/glycogénolyse ne s’arrête pas aux 2 ions pyruvates formés. Ceux – ci se transforment en acide lactique. Puisque l’ensemble de ces 11 réactions se déroule en dehors de la mitochondrie et donc en absence d’oxygène et qu’elle aboutit à la formation d’acide lactique, on appelle communément cette filière, la filière anaérobie lactique.

Si cet acide lactique a souvent très mauvaise presse, sa formation est en réalité largement bénéfique au métabolisme. Les réactions de glycolyse/glycogénolyse se déroulant dans le cytosol sont dites oxydatives, c’est-à-dire qu’elles libèrent des ions H+, appelés protons, dont toute augmentation importante et dangereuse pour l’organisme qui peut donc fort heureusement contrôler leur concentration.

Dans le cytosol, ces protons vont être associés à une molécule appelée Nicotinamide Dinucléotide (ou NAD) afin de limiter leur effets délétères potentiels et de les transporter vers la chaîne de transport d’électrons qui permettra ultérieurement de re-synthétiser de l’énergie. Le NAD est dans tous les cas nécessaire à la poursuite de la glycolyse/glycogénolyse.

Le pr oblème est que la quantité de NAD à l’intérieur du cytosol est très limitée. Il faut donc absolument réoxyder le NADH formé en NAD.

Pour cela 2 solutions existent: soit transformer les ions pyruvates en ions lactates, soit continuer la transformation des ions pyruvates dans la mitochondrie. La première solution est utilisée lorsque l’intensité d’exercice est importante. Dans ce cas les différentes réactions de la glycolyse sont fortement stimulées. Une quantité importante d’ions pyruvates est donc formée. Seule une quantité infime de ces ions peut alors rentrer dans la mitochondrie du fait d’un phénomène de barrage. La majorité des ions pyruvates et donc transformée en acide lactique sous l’action de l’enzyme lactate déshydrogénase (LDH).

Cette réaction de transformation d’ions pyruvate en acide lactique permet de réoxyder le NADH en NAD et de recommencer et continuer les réactions de glycolyse/glycogénolyse tant que l’exercice le nécessite.

L’acide lactique ne doit donc pas être considéré comme un simple et vulgaire déchet musculaire, car sa formation joue un rôle important dans la poursuite de l’exercice intense.

Ce qui est vrai par contre c’est que l’augmentation de sa concentration est la preuve de la sollicitation importante de la filière anaérobie lactique, et qu’elle est associée à une acidose importante qui induit des sensations d’effort importantes.

Il faut donc un certain degré d’entraînement et de performance pour être capable d’atteindre des concentrations importantes d’acide lactique. Les athlètes élites de demi-fond ont donc des concentrations beaucoup plus élevées à la fin d’un 800m qu’un novice, car ils sont capables de solliciter beaucoup plus leur filière anaérobie lactique. Mais puisque l’augmentation de la concentration d’acide lactique signe la preuve de l’utilisation de la filière anaérobie lactique, sollicitée durant les exercices de courte à moyenne durée, les douleurs musculaires du marathonien ont peu de chance d’être induites par des taux importants d’acides lactique contrairement à ce que l’on entend trop fréquemment. Dans ce cas, ces douleurs sont beaucoup plus certainement dues aux microlésions musculaires induites par les chocs et les contractions excentriques ainsi qu’à la répétition des mouvements ou par l’accumulation d’autres métabolites tels que l’ammonium.

Si ces ions lactates font tant parler d’eux, c’est aussi parce qu’on peut facilement mesurer leur concentration sanguine et que cela a un intérêt majeur: une augmentation de cette concentration sanguine est la preuve de l’utilisation de la filière anaérobie lactique dans la re- synthèse d’ATP. C’est donc la preuve que l’exercice ne pourra pas être soutenu très longtemps à cette intensité. En fait, c’est la concentration à l’intérieur de la cellule musculaire qui nous intéresse directement, car c’est là que les ions lactates sont produits. Mais puisqu’il y a un échange entre les métabolites produits au niveau cellulaire et les compartiments sanguins via les capillaires qui entourent les cellules musculaires, on peut comprendre indirectement ce qui se passe dans la cellule en analysant le contenu des capillaires sanguins.

Dans le cas des ions lactates, un simple prélèvement de quelques microlites de sang au bout du doigt (une simple goutte en fait), ou éventuellement au niveau du lobe de l’oreille, permet de connaître la concentration capillaire en ions lactate et d’avoir une idée assez précise de ce qui se passe dans la cellule musculaire.

Evolution de la lactatémie au cours d'un exercice incrémenté

La réalisation d’un exercice dont on augmente progressivement l’intensité est idéale pour étudier et comprendre l’évolution de la production des ions lactates. Ce type d’exercice est dit incrémenté ou triangulaire car la représentation graphique des différents paliers d’intensité ressemble à un triangle avec différentes marches d’escaliers qu’on appelle incréments. Le plus célèbre de ces exercices est le test Léger et

Boucher, du nom des scientifiques qui l’on proposé en 1980. Il se réalise en course à pied, autour d’une piste que l’on a balisé au moyen de plots. Le coureur doit passer devant le plot au moment d’un signal sonore. Le test débute à 8 km/h et la vitesse augmente de 1 km/h toutes les 2 minutes de course. Le test s’arrête quand l’athlète ne peut plus suivre le rythme imposé. Des tests similaires existent en natation, en cyclisme ou dans diverses activités cycliques.

Lorsque l’on étudie l’évolution de cette concentration capillaire en ions lactates lors d’un exercice de ce type, on observe une concentration capillaire d’ions lactates très faible au début d’exercice. C’est très logique et cela se comprend très facilement lorsque l’on reprend le schéma qui représente les différentes réactions de la glycolyse/glycogénolyse.

Lorsque l’on court à une allure très faible (8 km/h par exemple dans le cas du 1 palier du test de Léger et Boucher), l’énergie dépensée est très faible. De ce fait, la quantité de molécule d’ATP qu’il faut re-synthétiser est très faible. Les différentes réactions de la glycolyse/glycogénolyse fonctionnent donc à bas régime, comme la chaine de production d’une usine qui aurait peu de pièces à fabriquer. Au final, il y a donc très peu d’ions pyruvates formés. Ceux-ci sont préférentiellement transformés au sein de la mitochondrie selon des réactions que nous verrons après et qui correspondent à la filière aérobie. Une faible quantité d’ions pyruvate est néanmoins toujours transformé en acide lactique, dont la concentration est donc légèrement plus élevée que dans des conditions de repos.

Quand on passe de 8 km/h à 9 km/h, cela correspond à très peu de différence pour la concentration en ions lactates. La chaine de transformation fonctionne un peu plus vite car il faut re-synthétiser un peu plus d’ATP, mais la quantité d’ions pyruvates formée reste gérable au niveau de la mitochondrie et toujours aussi peu d’acide lactique est produit.

Par contre, à force de continuer à augmenter progressivement l’allure, la quantité d’ions pyruvates formée devient ingérable par la mitochondrie à un moment, à une vitesse qui est bien entendue propre à chacun, en fonction de notre niveau de condition physique.

A partir de ce moment, de cette vitesse, les ions pyruvates, produit en quantité toujours plus importante, sont majoritairement transformés en acide lactique, dont la concentration augmente exponentiellement. Ce seuil particulier à partir duquel les ions pyruvates sont préférentiellement transformés en ions lactates est bien connu sous le nom de seuil lactique. Ce seuil est utilisé pour individualiser l’endurance aérobie et l’entraînement.

 Exercices de longue-très longue durée.

En plus de la filière anaérobie alactique servant à re-synthétiser l’ATP lorsque les besoins énergétiques sont très importants, immédiats et de très courte durée, de la filière anaérobie lactique utilisée lorsque les besoins sont un peu moins importants et qu’ils se prolongent légèrement, une dernière filière existe. C’est la filière aérobie, permettant de re-sytnthétiser l’ATP lorsque les besoins sont beaucoup plus faibles, mais de beaucoup plus longue durée. Elle peut être efficace pendant plusieurs heures, voire plusieurs jours dans le cadre des efforts d’ultra endurance. On l’appelle aérobie car elle utilise l’oxygène au sein de la mitochondrie. On l’appelle donc également filière mitochondriale.

Mais lorsque c’est le glucose ou le glycogène qui sont utilisés pour re -synthétiser l’ATP par la filière aérobie, le début des réactions est en fait commun à la filière anaérobie lactique. Comme nous le verrons ensuite, la filière aérobie est en fait une véritable plaque tournante énergétique. Non seulement le glucose et le glycogène peuvent être utilisés, comme c’était le cas pour la filière anaérobie lactique, mais aussi les lipides et les protéines.

 

Dans le cas du glucose et du glycogène, les 10 premières réactions amenant à la formation d’ions pyruvates se déroulent de la même façon.

C’est seulement ensuite qu’il existe des différences importantes avec la filière anaérobie lactique. Cette fois, les besoins énergétiques sont moins importants et les réactions de la glycolyse/glycogénolyse sont donc peu stimulées. Peu d’ions pyruvates sont donc formés et une grande majorité d’entre eux peuvent donc entrer dans la mitochondrie. Différentes réactions vont alors permettre de réoxyder le NADH en NAD.

Car, souvenez-vous, c’est ce point qui est particulièrement important pour que les réactions en amont (celles de la glycolyse/glycogénolyse) puissent continuer.

La première solution pour cela, était utilisée lorsque les besoins énergétiques étaient importants : elle consistait à faire accepter 2 protons par les ions pyruvates en les transformant en acide lactique. La 2ème solution est celle qui est utilisée lorsque les besoins sont moins importants et se déroule au sein de la mitochondrie durant les réactions de la filière aérobie.

Une fois dans la mitochondrie, les ions pyruvates sont transformés en acétyl-coenzyme A qui va être oxydé durant ce qu’on appelle le cycle de Krebs.

La fonction essentielle du cycle de Krebs n’est pas de re-synthétiser de l’ATP, cela viendra après. Elle consiste plutôt à libérer des électrons provenant des protons. Ces électrons seront transportés sur la chaine respiratoire par l’intermédiaire du NAD et d’une autre molécule de transport, le FAD. C’est au niveau de cette chaine respiratoire que va principalement se faire la re-synthèse d’ATP et la réoxydation du NADH.

Elle se situe au niveau de la paroi interne de la mitochondrie et est constituée de plusieurs complexes protéiques. La réoxydation du NADH s’accompagne d’un gradient de proton, c’est-à-dire du passage de protons du milieu intra vers le milieu extra-mitochondrial. En repassant par une protéine membranaire particulière, l’ATP synthase, les protons vont permettre de re-synthétiser l’ATP en phosphorylant l’ADP. On appelle cet ensemble de réactions se produisant dans la chaine respiratoire, la phosphorylation oxydative.

Puisque cette filière nécessite un grand nombre de réactions chimique, le débit de re¬synthétise de l’ATP et donc la puissance sont faibles, beaucoup plus faible que celle des 2 autres filières. C’est la raison pour laquelle on court beaucoup moins vite un marathon qu’un 800m ou qu’un 60m. Par contre, un nombre beaucoup plus important de molécule d’ATP est re-synthétisé à partir d’une molécule de glucose ou de glycogène. Le bilan final de la glycolyse/glycogénolyse + le cycle de Krebs + la phosphorylation oxydative est d’environ 36 ATP à partir d’une molécule de glucose/glycogène, contre seulement 2 ATP avec la filière anaérobie lactique et 1 ATP à partir de la créatine phosphate de la filière anaérobie alactique. On comprend donc que l’on soit capable de courir beaucoup plus longtemps avec cette filière qu’avec les 2 autres.

Un autre intérêt de cette filière, c’est que c’est la seule à pouvoir utiliser les autres nutriments, lipides et protéines, pour re-synthétiser l’ATP. Les cas des protéines est un peu plus anecdotique, elles interviendraient dans la re-synthèse d’ATP lorsqu’il y une diminution des réserves glycogéniques, notamment du fait de l’apparition de la fatigue.

 Les lipides quant à eux, ont une place prépondérante dans la re-synthèse par le biais de la filière aérobie.

 

Ainsi, après s’être associés à des molécules d’eau, les triglycérides (nom scientifique données à des gouttes de graisses) peuvent intégrer la glycolyse ou le cycle de Krebs au même titre que le glucose ou le glycogène. Le glycérol entre dans la filière énergétique lors de la glycolyse alors que les acides gras intègrent le cycle de Krebs après un processus appelé Béta Oxydation. Ce processus, tout comme la glycolyse et le cycle de Krebs vont libérer des protons qui permettront de fournir de l’énergie grâce à la chaine mitochondriale. L’intérêt majeur de l’utilisation des lipides plutôt que des glucides dans la filière aérobie, c’est qu’une molécule de lipide va permettre de re-synthétiser beaucoup plus d’ATP qu’une molécule de glucose ou de glycogène. Au lieu des 36 ATP re-synthétisé à partir du glucose/glycogène, ce sont jusqu’à 460 ATP qui seront produits à partir d’une molécule de lipide !!! De quoi augmenter largement l’endurance de ce métabolisme.

Mais il faut une condition particulière pour que la filière aérobie puise dans les lipides plutôt que dans les glucides : il faut que l’intensité d’exercice soit faible.

 

En fait quelque soit l’intensité, il y a toujours une certaine proportion à la fois des lipides et des glucides qui interviennent dans la re-synthèse d’ATP. Mais cette proportion diffère largement selon que l’intensité soit élevée ou faible. Au plus l’intensité est faible, au moins la re-synthèse d’ATP provient des glucides et au plus elle provient des lipides, et inversement. Voilà pourquoi si l’on veut maigrir, il vaut mieux courir ou nager ou rouler à une intensité faible pendant longtemps qu’à une intensité plus élevée.

Comparaison de la puissance et de la capacité des différentes filières.

Filière aérobie Filière anaérobie lactique Filière anaérobie alactique
Puissance + ++ +++
Capacité +++ ++ +

Pour chaque filière de re-synthèse d’ATP on peut déterminer une puissance et une capacité. La puissance correspond au débit de re-synthèse. Une filière qui fait intervenir peu de réactions pour produire l’ATP aura donc une puissance élevée. Par contre, on a vu que dans ce cas elle produisait souvent une quantité totale d’ATP très faible. Cela correspond à la capacité de cette filière. Vous pouvez donc remplir ce tableau théorique de façon logique. La filière aérobie nécessite un très grand nombre de réactions : cela commence par les réactions de la glycolyse, puis le cycle de Krebs, puis la chaine respiratoireÉ avec un processus si long, la puissance de ce métabolisme ne peut être que très faible! Par contre nous avons vu qu’elle permettait de re-synthétiser de 36 à 460 ATPÉ de quoi tenir longtemps, très longtemps. Ce métabolisme à donc une capacité très importante.

Passons au métabolisme intermédiaire: la filière anaérobie lactique. Cette fois il faut moins de réactions: les 10 réactions de la glycolyse puis une réaction pour transformer les ions pyruvates en acides lactiques. Le taux de re-synthèse est donc plus rapide et la puissance logiquement plus importante. Par contre, une molécule de glucose/glycogène ne pourra permettre de re -synthétiser que 2 ATP ! La capacité sera donc largement réduite.

Enfin la dernière, la filière anaérobie alactique. 1 seul e réaction pour utiliser l’énergie de la créatine phosphate pour re-phosphoryler l’ADP. La puissance de cette filière est donc très importante. Par contre, il n’y a qu’un seul ATP re-synthétisé. La capacité est donc très faible, d’autant que la quantité totale de molécules de créatine phosphate est également très limitée dans le muscle.

Nous venons de remplir ce tableau en réfléchissant logiquement, sans avoir recours à une mémorisation directe. Voyons si nos réponses sont exactes maintenant, en nous référant à ce que l’on connait tous de l’activité physique.

La filière aérobie est celle des activités de longue durée, tel que le marathon par exemple. La filière anaérobie lactique est prépondérante par rapport aux autres filières lors d’un 400m. Enfin la filière anaérobie alactique est celle des activités explosives, le départ d’un sprint par exemple. Vous serez tous d’accord sur le fait qu’on court un marathon beaucoup moins vite qu’un 400m et encore moins qu’un départ de sprint. Mais qu’à l’inverse on tient beaucoup plus longtemps cette allure de marathon que les autres. Nos réponses sont donc cohérentes par rapport aux connaissances du terrain.

Tests permettant d’estimer la puissance des différentes filières:

Si les capacités des différentes filières son t plus difficilement mesurables, les puissances peuvent être facilement estimées à partir de tests effectués en laboratoire ou sur le terrain. Pour estimer la puissance du métabolisme aérobie, on peut réaliser un test incrémenté, tel que celui proposé par Messieurs Léger et Boucher en 1980. Comme nous l’avons déjà vu, il correspond à une course dont l’allure augmente régulièrement par palier. La vitesse atteinte lors du dernier palier complété correspond à la VMA, la vitesse maximale aérobie. C’est la plus petite vitesse pour laquelle notre consommation d’oxygène atteint ses limites. C’est le fameux VO2max. Nous reverrons cette notion dans le chapitre sur les adaptations ventilatoires.

Dans le cas de ce test, c’est une vitesse qui est mesurée, on parle do nc de la VMA. Mais un test incrémenté similaire peut être effectué en laboratoire sur un cycloergomètre ou sur hometrainer avec une mesure de la puissance développée. Ce que l’on déterminera sera donc la Puissance Maximale Aérobie (PMA) exprimée en watts, mais le principe est exactement le même. On commence à une faible intensité, que l’on augmente régulièrement jusqu’à ce que le sportif ne puisse plus soutenir l’intensité demandée, c’est la PMA. C’est théoriquement la plus petite puissance permettant de solliciter VO2max. La seule nuance à apporter, c’est que le niveau de VO atteinte à la fin de l’exercice, dépend du volume musculaire mis en jeu. C’est très logique: moins de volume musculaire = moins de cellules musculaires consommant de l’oxygène, tout simplement. Un exercice en cyclisme fait intervenir beaucoup moins les membres supérieurs que la course à pied et le niveau de VO atteint est donc plus faible. Si on fait faire un exercice de manivellage bras, la puissance atteinte sera beaucoup plus faible, car les membres supérieurs sont moins puissants que les membres inférieurs et le niveau de VO2 encore plus faible.

Afin de ne pas sous évaluer la valeur de VO2max, on a donc intérêt à effectuer un exercice sollicitant le plus grand nombre de muscles possible : la course à pied.

Afin de pouvoir comparer les valeurs de puissances atteintes grâce aux différentes filières lors d’exercice sollicitant principalement les membres inférieurs, on peut lui faire faire un test de PMA en cyclisme à un sportif. On peut ensuite lui demander de réaliser des tests permettant d’estimer la puissance de sa filière lactique et alactique de ses membres inférieurs.

Mécanismes de régulation métabolique.

Une question importante subsiste: comment se fait le choix entre telle ou telle filière dans la cellule musculaire qui a besoin d’énergie. En d’autres termes : pourquoi la filière aérobie est- elle utilisée dans les activités de longue durée, la filière anaérobie lactique pour des intensités plus élevées et pas l’inverse?

Une fois de plus la réponse est logique, et à comprendre, beaucoup plus qu’à apprendre par cœur. Elle s’explique par les mécanismes de régulation métabolique. Quelque soient les filières utilisées, la re-synthèse d’ATP se fait par le biais d’une ou de plusieurs réactions chimique qui se produisent grâce à l’action d’enzymes. Le fonctionnement de ces enzymes peut être freiné ou accéléré en fonction des circonstances. En fonction de la quantité d’ATP ou d’ADP, de NAD ou de NADH dans la cellule musculaire par exemple.

  • Reprenons le cheminement de façon logique:

Si l’intensité d’exercice est faible:

Peu d’ATP est consommé par la cellule musculaire. Le rapport ATP/ADP est donc élevé. Cela freine les enzymes de la glycolyse qui va donc fonctionner à faible régime. Il y aura donc peu d’ions pyruvate formés et ils pourront quasiment tous rentrer dans la mitochondrie, ce qui sollicitera la filière aérobie avec ses caractéristiques de puissance faible et de capacité élevée.

Si l’intensité d’exercice est élevée :

Beaucoup d’ATP est consommé par la cellule musculaire. Le rapport ATP/ADP est donc faible. Cela stimule les enzymes de la glycolyse qui va donc fonctionner à faible régime. Il y aura donc beaucoup d’ions pyruvate formés. Ils ne pourront pas tous rentrer dans la mitochondrie, et se transformeront en acide lactique. C’est la filière anaérobie lactique avec ses caractéristiques de puissance élevée et de capacité faible.

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