Le métabolisme

Le muscle possède des réserves en oxygène, phosphocréatine, glucides (sous forme de glycogène) et lipides. Mais il ne peut pas utiliser directement l'énergie de ces ressources pour se contracter. Il a besoin d'un "intermédiaire énergétique" : l'ATP (adénosine triphosphate) dont les réserves sont extrêmement faibles. C'est ainsi que lors de la contraction musculaire, l'énergie libérée par les nutriments est transformée en ATP et l'ATP en énergie mécanique (25%) et en chaleur (75%).

La proportion d’utilisation des substrats ( phosphocréatine ; glucose et glycogène ; triglycérides et acides gras) dépend :

  • De l'intensité de l'exercice
  • De la durée de l'exercice
  • Du niveau d'entraînement

Trois processus vont intervenir pour assurer en permanence la resynthèse de l'ATP

  • la phase anaérobie alactique (phosphocréatine)
  • la phase anaérobie lactique (glycolyse sans oxygène)
  • la phase aérobie (glycolyse et lipolyse en présence d'oxygène). 

Lorsqu'un métabolisme commence à s'épuiser, un autre système se met en route et prend le relais. 

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Le processus anaérobie alactique :

Le sprinter de 100 mètres 

Ce processus correspond au mécanisme de synthèse de l'ATP et donc d'apport énergétique en l'absence d'oxygène O2 (anaérobie) et sans production d'acide lactique (alactique).Il se déroule dans le cytoplasme cellulaire. La performance que livre le sprinter dure environs 10 secondes. Pratiquement toute l'énergie dont il a besoin se trouve déjà dans ses muscles, sous forme d'ATP et de créatine phosphate (CP). Les muscles se servent donc de ces ressources sans apport d'oxygène (processus anaérobie). Au cours des trois premières secondes, les muscles "brûlent" l'ATP emmagasiné (pas plus de 85 grammes d'ATP) et immédiatement disponible et, pour le reste de la course, c'est la CP qui prend la relève et produit l'ATP. Cette filière consiste en la dégradation de la créatine phospate. Cette filière ne produit pas de déchet mais si les réserves d'ATP - CP sont épuisées avant la fin du sprint, les muscles font appel au glycogène (toujours en mode anaérobie). Une petite quantité d'acide lactique est alors produite. Ce système de production d'énergie a un flux très grand, compte tenu que la vitesse de resynthèse de l'ATP à partir de la créatine phosphate est très haute. Cette haute puissance de resynthèse de l'ATP permet de maintenir l'activité musculaire pendant approximativement 10 secondes. Nous pouvons dire que cette voie énergétique permet de réaliser des efforts de très courte durée et d'intensité maximale, comme les épreuves de vitesse. Utilisation de l'ATP et CP musculaire. De plus, le délai d'intervention du métabolisme anaérobie est nul puisqu'il ne requière pas d'oxygène .Par contre sa capacité totale est très faible. C'est, pour simplifier, la filière énergétique du sprinter.

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Le processus anaérobie lactique :

Le coureur de 400mètres

Tout comme le sprinter, le coureur de 400 mètres utilisera toutes ses réserves d'ATP-CP au cours des 10 à 15 premières secondes de la course. Lorsque l'effort persiste, et que ces réserves commencent à s'épuiser, les fibres musculaires font appel à une autre voie métabollique qui s'ouvre très rapidement, car il ne faut que quelques secondes pour que les précédentes s'épuisent. Le processus anaérobie lactique se produit sans apport d'oxygène dans le cytoplasme cellulaire. Il est valable pour les effort de moyenne durée (une course de quatre cents mètres, par exemple). Ce métabolisme ne permet pas au corps de fournir suffisamment d'oxygène aux muscles. Ceux-ci sont donc obligés de puiser dans leurs propres réserves pour fournir l'énergie nécessaire aux contractions musculaires. Ils ont recours à une source d'énergie plus durable. Celle-ci est constituée par le glycogène (forme sous laquelle est stockée le glucose à l'intérieur de l'organisme) stocké dans le muscle. A la suite de nombreuses réactions enzymatiques (la glycolyse), le glycogène musculaire se dégrade en ATP et forme une nouvelle source de carburant, et donc d'énergie, pour le muscle. En se dégradant, le glycogène musculaire donne naissance à deux composés, l'acide pyruvique et l'acide lactique (fermentation lactique). L'accumulation d'acide lactique dans les muscles au-delà d'un certain seuil, va stopper toutes réactions chimiques et se sera l'épuisement. Il est tenu responsable de l'apparition de crampes.Ce processus n'arrive jamais à utiliser la totalité des réserves de glycogène, son fonctionnement s'arrête lorsque l'acidose devient trop élevée. La puissance de resynthèse de l'ATP de la voie anérobie lactique est moins importante que l'anaérobie alactique, mais sa capacité est plus grande.

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Le processus aérobie : Le marathonien

Certes, le marathonien fait appel aux deux mécanismes anaérobies, notamment sur le coup de départ, durant certains dépassements et encore pendant le sprint final ; mais l'énergie qu'il utilise provient essentiellement du système nécessitant de l'oxygène pour fonctionner (aérobie). Il traduit l'aptitude de l'organisme à extraire, transporter et utiliser l'oxygène pour transformer l'énergie. Ce système est relativement lent, car l'oxygène doit prendre le temps de passer des poumons jusqu'aux muscles. Cependant, il a la particularité de fournir beaucoup d'énergie aux muscles. On l'associe aux activités d'endurance à faible intensité comme courir pendant plus d'une heure. Ce processus mène à la synthèse des molécules d'ATP, en présence d'O2 et à partir des substrats qui sont essentiellement les glucides et les lipides, accessoirement les protides. L’aérobie, naît de la combustion de l'acide pyruvique (provient de la dégradation du glucose) et des acides gras, en provenance des graisses accumulées dans l'organisme. Lorsque le corps utilise ce système, il produit du gaz carbonique, de l'eau et de la chaleur qui sont éliminés facilement et rapidement par la respiration et la transpiration. Il ne se forme presque pas de déchet musculaire. Pendant le trajet, le marathonien modulera l'intensité de son effort. Lorsque celle-ci sera faible, ce seront surtout les lipides qui serviront à produire l'énergie. Inversement, l'énergie requise pour un effort plus intense sera fabriquée à partir du glycogène. La capacité de production d'énergie de ce processus est théoriquement illimitée dans la mesure où les réserves de glucides et de lipides sont quasiment inépuisables. Il est évident que le système aérobie est le plus important fournisseur d'énergie. En effet, la combustion d'une unité de glucose ne produit que 3 ATP sans oxygène et elle empoisonne le muscle d'acide lactique, alors qu'elle fournit 38 ATP par sa combustion complète en milieu oxygéné.La dégradation aérobie des substrats se produit presque exclusivement au niveau des mitochondries ; ce sont donc les fibres musculaires les plus riches en mitochondries, les fibres lentes, qui sont spécialisées dans ce type de production d'énergie. Les substrats oxydés sont le glycogène et les lipides. Une somme considérable d'enzymes, de métabolites… participent à la kyrielle des réactions chimiques aboutissant à la restauration de la molécule d'ATP. Et elles y réussissent plutôt bien puisque à chaque instant ce sont des milliards de molécules d'ATP qui sont reconstituées.  

 

Réaction

Vitesse
(mol/min/kg de muscle)

Dégradation de l'ATP

156

Dégradation du PC

120

Glycolyse anaérobie

73

Dégradation aérobie du glucose

38

     

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