2.3 – Énergie et activité musculaire Chapitre 5 p. 95 - 107 Sport Books Publisher

Objectifs: Prendre conscience des processus chimiques de base utilisés par le corps humain pour produire l’énergie dans les muscles. Comprendre les trois systèmes énergétiques du corps humain. Comprendre les effets de l’entraînement et de l’exercice sur les systèmes énergétiques. Sport Books Publisher

Production d’énergie pour la contraction musculaire L’énergie utilisée par le corps humain provient de la dégradation de nutriments complexes tels que les glucides, les lipides et les protéines. Le résultat de la dégradation de ces nutriments est la production de molécules d’adénosine-triphosphate (ATP). L’ATP procure l’énergie indispensable aux fonctions corporelles. Dégradation de Transporteur d’énergie Processus biochimique Glucides Lipides Protéines Contraction musculaire Digestion Thermorégulation ATP Sport Books Publisher

Cycle ATP (a) Dégradation de l’ATP (b) Phosphorylation (c) Resynthèse de l’ATP Sport Books Publisher

(a) Dégradation de l’ATP ADP H2O + Pi + énergie + 1. Hydrolyse des groupements phosphates instables de la molécule ATP par H2O. 2. Une molécule de Phosphate (Pi) est libérée de l’ATP (ATP ADP). 3. De l’énergie est libérée (38-42 kJ, or 9-10 kcal/mol ATP). Sport Books Publisher

(b) Phosphorylation 1. L’énergie libérée grâce à la dégradation de l’ATP peut être utilisée par le corps quand un groupement Pi est transféré à une autre molécule (phosphorylation). Molécule Pi + Énergie pour la contraction musculaire Sport Books Publisher

(c) Resynthèse de l’ATP ADP ATP Pi + Énergie + Les réserves musculaires d’ATP s’épuisent très rapidement et l’ATP doit être régénérée. 2. L’ATP est fabriquée par recombination d’ADP et de Pi. La régénération de l’ATP nécessite une addition d’énergie (obtenue par la dégradation des nutriments). Sport Books Publisher

Les systèmes énergétiques (a) Le système du phosphate à haute énergie (b) Le système d’acide lactique (c) Le système d’oxygène Sport Books Publisher

Le rôle des trois systèmes énergétiques dans les sports de compétition Sport Books Publisher

1. Le système du phosphate à haute énergie Sport Books Publisher

Le système du phosphate à haute énergie Source énergétique : Durée de l’activité : Événement sportif : Avantages : Facteurs limitants : Réserves d’ATP, CP 7-12 s Haltérophilie, saut en hauteur, saut en longueur, 100 m sprint, 25 m de natation Production d’une très grande quantité d’énergie sur une courte durée Concentration initiale de créatine phosphates (ATP, CP) Sport Books Publisher

Le système du phosphate à haute énergie Sport Books Publisher

L’entraînement du système du phosphate à haute énergie (a) Entraînement par intervalles : - Augmentration de 20% des réserves de CP (créatine phosphate). - Pas de changement des réserves d’ATP. - Augmentation de la fonction ATPase (ATP  ADP+Pi). - Augmentation de la fonction CPK (créatine phosphokinase) (la CPK casse la molécule de CP et permet la resynthèse d’ATP). (b) Entraînement au sprint : - Augmentation des réserves de CP pouvant atteindre 40%. - Augmentation de 100% des réserves d’ATP au repos. Sport Books Publisher

2. Le système d'acide lactique

Le système d’acide lactique Source énergétique : Durée de l’activité : Événement sportif : Avantages : Facteurs limitants : Réserves de glycogène, glucose sanguin 12 s – 3 min Fabrication d’acide lactique, fabrication d’H + ions (baisse du pH) 800 m piste, 200 m natation, courses de ski alpin, 1500 m patinage de vitesse Capacité à produire de l’énergie malgré une insuffisance d’oxygène Sport Books Publisher

Le système d’acide lactique Sport Books Publisher

Glycolyse Processus biochimique qui libère de l’énergie sous forme d’ATP à partir de glycogène et de glucose Processus anaérobique (en absence d’oxygène) Les produits de la glycolyse (par molécule de glycogène) : - 2 molécules d’ATP - 2 molécules d’acide pyruvique Résidus de la glycolyse (par molécule de glycogène) : - 2 molécules d’acide lactique Sport Books Publisher

Les voies métaboliques complexes de la glycolyse Sport Books Publisher

Seuil anaérobie Durant l’exercice, intensité qui déclenche l’augmentation de la concentration sanguine en acide lactique. Moment durant l’exercice à partir duquel une personne ressent un inconfort ou une sensation de brûlure dans le muscle. L’acide lactique est utilisé pour collecter le pyruvate et les ions hydrogènes jusqu’à ce qu’ils puissent être transformés par le système aérobie. Sport Books Publisher

Le système d’acide lactique (suite) S’enclenche quand : les réserves de composants de phosphate à haute énergie tombent à un niveau faible ; le taux de glycolyse est élevé et qu’il y a une fabrication d’acide pyruvique. Sport Books Publisher

Les substrats du système d’acide lactique La première source de substrats sont les glucides. Glucides : Sources alimentaires principales du glucose Principaux carburants énergétiques du cerveau, des muscles, du cœur et du foie Sport Books Publisher

Glycogène stocké dans muscles ou foie Dégradation et stockage des glucides Glucides complexes Système digestif Glucose Voies circulatoires sanguines Glucose stocké dans le sang Glycogénèse Circulation du glucose dans le corps Glycogène Glycogène stocké dans muscles ou foie Sport Books Publisher

Les effets de l’entraînement sur le système d’acide lactique Le taux d’accumulation de l’acide lactique diminue chez le sujet entraîné. Ce taux peut être diminué en : (a) réduisant le taux de production de lactate - augmentation de l’efficacité du système aérobie oxydatif (b) augmentant le taux d’élimination de lactate - augmentation du taux de diffusion d’acide lactique de la part des muscles actifs - augmentation de la circulation sanguine musculaire - augmentation de la capacité à métaboliser le lactate dans le cœur, le foie et les fibres musculaires au repos Sport Books Publisher

3. Le système d'oxygène

Le système d’oxygène Source énergétique : Durée de l’activité : Pratique sportive : Avantages : Facteurs limitants : Glycogène, glucose, lipides, protéines > 3 min Fonction pulmonaire, flux sanguin max., disponibilité en oxygène, demande excessive d’énergie Marcher, faire un footing, nager, monter les escaliers Apport important d’énergie pendant une longue durée, élimination de l’acide lactique Sport Books Publisher

p. 105 Le système d’oxygène Sport Books Publisher

Le système d’oxygène Le plus important système d’énergie du corps humain. Le niveau de lactate sanguin demeure relativement faible (3-6 mmol/L bl). Source principale d’énergie (70-95%) pour un exercice d’une durée supérieure à 10 minutes, à condition que : a) le muscle actif possède suffisamment de mitochondries pour répondre aux exigences énergétiques ; b) un apport suffisant d’oxygène soit acheminé vers la mitochondrie ; c) les enzymes ou les produits intermédiaires ne limitent pas le taux de production d’énergie du cycle de Krebs. Source principale d’énergie pour un exercice éxécuté à une intensité inférieure à celle du système d’oxygène. Sport Books Publisher

Le système d’oxygène Deux voies : cycle de Krebs et chaîne de transport des électrons Processus biochimique utilisé pour resynthétiser l’ATP en combinant ADP et Pi en présence d’oxygène A lieu dans les mitochondries (contenant enzymes et co-enzymes) L’énergie libérée par 1 molécule de glucose est de près de 36 molécules d’ATP L’énergie libérée par 1 molécule de lipide est de près de 169 molécules d’ATP Résidus de cette réaction : dioxyde de carbone, eau Sport Books Publisher

p. 105 Le cycle de Cori L’acide lactique est acheminé vers le foie pour être métabolisé en acide pyruvique et ensuite en glucose. Sport Books Publisher

La puissance du système d’oxygène Évaluée en mesurant le volume maximal d’oxygène pouvant être consommé pendant une certaine période de temps Cette mesure est appelée puissance aérobie maximale ou VO2 max (ml/min/kg) Facteurs contribuant à l’augmentation de la puissance aérobie : a) volume d’oxygène artériel (CaO2) - dépend d’une ventilation adéquate et de la capacité de transport d’O2 du sang b) rendement cardiaque (Q = HR x volume systolique) - accru par l’augmentation du travail du cœur et un flux sanguin périphérique accru c) extraction d’oxygène (a-v O2 diff) - dépend du taux de diffusion d’O2 depuis les capillaires et du taux d’utilisation d’O2 Sport Books Publisher

Les substrats du système d’oxygène Glucides ( glycogène et glucose) et lipides (triglycérides et acides gras) Lipides : Se trouvent dans les produits d’alimentation quotidienne : produits laitiers, viandes, matières grasses, noisettes et certains légumes Plus grande réserve d’énergie corporelle, protègent les organes vitaux, protègent le corps du froid et servent au transport des vitamines Chaque gramme de lipides contient 9 calories d’énergie Sport Books Publisher

Les effets de l’entraînement sur le système d’oxygène L’entraînement en endurance est la méthode d’entraînement la plus efficace (répétition d’efforts de longue durée plusieurs fois par semaine) : - Augmente la vascularisation à l’intérieur du muscle - Augmente le nombre et le volume des mitochondries dans les fibres musculaires - Augmente l’activité des enzymes (cycle de Krebs) - Utilisation préférentielle des lipides plutôt que du glycogène durant l’exercice L’entraînement en endurance augmente la puissance aérobie maximale d’une personne sédentaire de 15 à 25% peu importe son âge. Une personne âgée s’adaptera plus lentement. Sport Books Publisher

Le rôle des trois systèmes énergétiques lors d’exercices de différentes durées p. 104 Sport Books Publisher

Questions à débattre: 1. Quelles sont les différences entre les trois systèmes énergétiques ? 2. Nommez un avantage et un inconvénient pour chacun des trois systèmes énergétiques. 3. Donnez un exemple d’activité ou de sport utilisant (a) le système du phosphate à haute énergie, (b) le système de la glycolyse anaérobie et (c) le système de la glycolyse aérobie, comme source principale d’énergie (un sport pour chaque système d’énergie). 4. Quelle est la plus importante source de carburant de l’organisme pour tous les types de production d’énergie, une substance aussi connue comme la « devise énergétique » de l’organisme ? 5. Distinguez les notions suivantes : la dégradation de l’ATP et la resynthèse de l’ATP. 6. Décrivez les méthodes d’entraînement les plus efficaces pour chacun des trois systèmes énergétiques. Sport Books Publisher