Mécanisme de la production d'énergie au cours de l'effort

Définition

• Pour se contracter les muscles ont besoin d'énergie. Celle-ci est fournie par les cellules musculaires qui consomment un carburant, l'ATP (Adénosine triphosphate). Cet ATP va se transformer en ADP (Adénosine diphosphate) et en phosphore.
• Au cours de cette réaction de l'énergie va être libérée qui va servir immédiatement à la contraction musculaire.
• Pour produire cet ATP, il faut un carburant, le glucose , et un comburant, l'oxygène.

Système aérobie et anaérobie

• La présence de l'oxygène va faire fonctionner l'organisme en système dit « aérobie ». Le manque d'oxygène, en système dit « anaérobie.
• En pratique, on considère que l'organisme est en aérobie, si on est en mesure, au cours d'un exercice, de continuer à parler sans haleter. Si ce n'est pas le cas, on est en système « anaérobie ».
• Autre moyen de le mesurer : on est en système aérobie tant que l'on reste entre 60 et 70% de la fréquence cardiaque maximale théorique. Celle-ci est de 220- l'âge. Par exemple, pour être en système aérobie, une personne de 50 ans, sans pathologie cardiaque ni respiratoire, ni métabolique , ne doit pas dépasser (220-50) X 60% = 100 pulsations par minute au cours d'un effort.

D’où vient l’ATP ?

• Les réserves en ATP dans les cellules sont très faibles. Une cellule brûle tout son ATP en 1 à 3 secondes lors de la contraction musculaire. Il lui faut en fabriquer à nouveau. Cette synthèse quasi instantanée se fait grâce à une molécule, la créatine, qui en se recombinant avec l'ADP et le phosphore redonne de l'ATP. Mais là encore les réserves de créatine ne sont pas inépuisables : la contraction musculaire est ainsi prolongée de 10 à 15 secondes.
• Ce système de régénération de l'ATP, qu'on appelle la « voie des phosphagènes » n'est utilisé que pour des efforts très brefs (de durée inférieure à 15 secondes) et intenses (par exemple au cours du sprint, de l'haltérophilie ou du saut). Il a l'avantage de pouvoir se dérouler en l'absence d'oxygène (en anaérobie) et sans déchets toxiques. Ce serait donc une voie idéale. Le problème est que le stock de créatine est faible et que cette voie des phosphagènes ne peut être apportée par l'alimentation. De plus elle n'est utilisable que pour des efforts très brefs. Pour les efforts prolongés il faut recourir à d'autres voies qui sont le système de la glycolyse , c'c'est à dire la fabrication d'énergie à partir du glucose.
• Le glucose est disponible dans le sang : c'est la glycémie . Ce stock est directement utilisable. Il provient également de l'alimentation, mais il faut un certain temps pour que les aliments ingérés soient transformés en glucose. Cette voie est assez rapide et peut se constater lorsqu'on a un « coup de barre » : le fait de manger des sucres rapides permet une recharge en sucre en 10 mn à ¼ d'heure.
• Le glucose provient également des réserves dont disposent le muscle et le foie qui stockent le glucose sous forme de glycogène . Le glycogène va donc être dégradé en glucose ce qui va donner la formation d'ATP. Mais ce système est un peu lent. Il est utilisé en particulier au cours des activités d'endurance.
• Le glucose, quelle que soit son origine, va être dégradé au cours de la glycolyse . Si cette réaction se passe en présence d'oxygène, la glycolyse est dite « aérobie » et il y aura formation de 3 ATP sans formation de déchets. Par contre si la glycolyse se passe sans oxygène, donc en système anaérobie (par exemple au cours d'un effort où le muscle est moins bien oxygéné, il y aura bien 3 ATP de formés, mais cela se fera au prix de la formation d'un déchet, l'acide lactique.
• C'est à cause de ce produit que l'on observe parfois au cours des efforts prolongés des crampes importantes.
  Si la glycolyse est aérobie, il y aura transformation du glucose en une substance qu'on appelle « l'acide pyruvique » qui est le carburant de la véritable réaction énergétique de nos cellules et qu'on appelle le cycle de Krebs . La transformation de glucose en acide pyruvique va donner la formation de 3 ATP et le cycle de Krebs va fournir … 36 ATP ! C'est donc une réaction très énergétique. Cela explique pourquoi on a besoin au cours des efforts importants de fournir au sang des quantités accrues d'oxygène.
• Lorsque l'effort est très prolongé (marathon par exemple), les réserves en glycogène s'épuisent. De façon à maintenir la glycémie à un taux normal et permettre un bon fonctionnement des cellules, l'organisme fabrique de glucose à partir des graisses, qu'on appelle les triglycérides . Ces triglycérides, présents dans le sang, mais surtout dans les cellules graisseuses (les adipocytes , sont capables en présence d'oxygène de fabriquer du glycérol qui sert à fabriquer du glucose (donc de l'énergie) et des acides gras. Ces acides gras sont capables de se transformer en présence d'oxygène en acide pyruvique, lequel va alimenter le cycle de Krebs. Pour 3 acides gras, on aboutit à la libération d'un nombre très important d'ATP (entre 130 et 163 ATP !). Cela explique pourquoi l'activité physique sert à la fois normaliser les triglycérides dans le sang et à consommer les graisses des cellules adipeuses.

Mise en jeu au cours de l’exercice

• La mise en jeu de ces divers mécanismes dépend de 2 facteurs l'intensité de l'effort et la durée de l'exercice.
• Les efforts très brefs et intenses en aérobie (sprint par exemple) et les efforts de longue durée et d'intensité moyenne en aérobie (jogging par exemple) mobiliseront toutes les réactions qu'on a vues.
• D'une manière générale, les premières secondes de l'exercice sont assurées par la voie des phosphagènes. Pendant les quelques minutes qui suivent, le système de la glycolyse anaérobie (qui aboutit à l'acide lactique) prend le relais pendant quelques minutes. Puis ce sont les graisses qui sont utilisées pour produire de l'ATP. La conséquence pratique est que plus on pratique un sport ou une activité d'endurance, plus on consomme de la masse grasse , et donc plus on s'inscrit dans une optique d'amaigrissement.

Les conséquences de l’activité physique

• Premier effet, la consommation d'énergie. Les efforts intenses et très courts de moins d'une minute (soulever une charge, piquer un sprint pour attraper son bus, etc.) vont consommer la créatine en réserve dans nos muscles (voie des phosphagènes). Les efforts importants entre 1 et 2 mn environ (courir sur 200 mètre par exemple) vont consommer les réserves en glycogène de nos muscles. Ce n'est que pour les efforts prolongés (plus de 4 minutes) que les graisses vont commencer à être consommées.
• Deuxième effet, le développement musculaire. Celui-ci ne se fait que pour les efforts prolongés d'intensité moyenne. Ce qui compte c'est donc la répétitivité de ces séances, comme on le fait au cours des exercices de musculation.
• Troisième effet, la consommation d'oxygène. La réserve d'oxygène est inépuisable puisqu'elle se trouve dans l'air que nous respirons. Mais plus l'effort provoquera un essoufflement, plus le système fonctionnera en anaérobie, avec, on l'a vu la production de déchets dont l'acide lactique à l'origine des crampes des sportifs de haut niveau.
• Quatrième effet la consommation d'eau. La formation d'ATP aboutit à la formation de gaz carbonique que nous expirons, et d'eau. L'effort est donc producteur d'eau. Mais cette production est très insuffisante pour compenser les très nombreuses pertes en eau au cours de l'activité physique . C'est pourquoi l'activité physique impose une hydratation importante, avant, pendant et après l'effort.

Bibliographie

Alimentation et Sport.Alain Garbier et Bernard Waysfeld. Maloine 1992.