ASPECTS METABOLIQUES DE LA RECUPERATION LEURS INTER-ACTIONS AVEC L’EXERCICE ET L’ENTRAÎNEMENT MASTERS 5 novembre 2003 Faculté des Sciences du Sport et de l’Education Physique Université Victor Segalen Bordeaux 2 Georges CAZORLA Laboratoire Evaluation Sport Santé

SOMMAIRE 1 Définition et caractéristiques de la récupération 2 Récupération à long terme 3 Récupération après tout exercice musculaire - Récupération et équilibre ionique - Récupération des réserves en oxygène 4 Récupération après un exercice très court et très intense 5 Récupération après un exercice court et très intense 6 Récupération après un exercice intense et de longue durée 7 Inter-actions exercice et récupération : l’exercice par intervalles

1- Définition et caractéristiques La récupération après un exercice peut être définie comme la durée nécessaire pour : reconstituer voire augmenter les réserves utilisées éliminer les déchets et transformer les métabolites produits au cours du travail musculaire... afin de retrouver l’état d’homéostasie précédant l’exercice.

La récupération est un processus qui dépend de nombreux facteurs : de l’âge : + lente chez les athlètes plus âgés (> 30 ans). + lente chez l’enfant (Nudel 1989, Rowland, 1990) du sexe : + lente chez la femme (Noakes 1991, Vander et al. 1990; Rowland, 1990) des facteurs environnementaux : + difficile en altitude et en ambiance très froide.( HGH, testostérone : Levine et al., 1994; Stokkan et Reiter, 1994…) du type des fibres musculaires sollicitées : + lente lorsque les fibres du type rapides ont été surtout sollicitées et déplétées (Fox 1984; Noakes, 1991). -du type d’exercice : + lente avec des exercices à dominante aérobie qu’après des exercices de sprint (Fox 1984; Noakes, 1991). de facteurs psychologiques : + lente lorsque l’entraînement est ressenti comme stressant. Le stress d’un sportif peut être communicatif… + lente aussi avec des entraînements intenses mais trop monotones…: des réponses inflammatoire et immunitaire, (Bloomfield et al. 1996; Norfors et Harvig, 1997) - de la multiplication de traumatismes localisés, de la fatigue chronique et du surentraînement : (Berg, 1994; Kuipers, 1994; Petibois et al., 2000). du décalage horaire lors de compétitions se déroulant à plusieurs fuseaux du lieu d’entraînement habituel (Lot et Rhodes, 1989; O’Connor et Morgan, 1990)

réserves énergétiques réserves énergétiques 100 % - 50 % - 0 % - Niveau de récupération 70 % + 20 % + 10 % Reconstitution des réserves énergétiques musculaires Reconstitution des réserves énergétiques de l’organisme entier Récupération au niveau du système nerveux central  30 min……….………6 h………………..…….24 h……………24 h et + Exemple de dynamique de la courbe de récupération après exercices, entraînement ou compétition. D’après Bompa (1999).

2 - RECUPERATION A LONG TERME : Les effets d’une longue période d’arrêt entre deux saisons d’entraînement 1 Maintien de deux séances d’activité physique par semaine FORCE, PUISSANCE, CAPACITE LACTIQUE 30 – 20 – 10 – 0 - AMELIORATION (% du niveau de départ) CAPACITE AEROBIE : VO2max 2 Arrêt total de l’entraînement Période de développement Période de stabilisation ou de sensible développement Période de maintien ou de perte des acquis I I I I I I I I I I I 1 2 3 4 5 6 1 2 3 4 PERIODE D’ENTRAINEMENT (mois) PERIODE D’ARRET (semaines)

Les différentes formes de récupération après : - un exercice - un entraînement

Naturels Les moyens utilisés Physio- pour accélérer thérapeutiques Exercices aérobies de faible intensité Naturels Stetching Repos-sommeil Massage Chaleur et thermothérapie Froid et cryothérapie Les moyens utilisés pour accélérer la récupération Physio- thérapeutiques Bains contrastés Oxygénothérapie Réflexothérapie- acupuncture et acupressure Chémothérapie Techniques de relaxation Psychologiques Après exercices Stetching Après séances d’entraînement et après compétitions

3 - Récupération après tout exercice musculaire - Récupération et équilibre ionique 100 % - 50 % - Pourcentage du retour à l’équilibre ionique I I I I I I I I I I I I I I 0 15 30 45 60 Durée (s)

Différentes formes d’exercice et leur récupération

1- EXERCICE COURT ET RECUPERATION UTILISATION ET RECONSTITUTION DES RESERVES EN PHOSPHAGENES (ATP-PCr) APRES UN EXERCICE COURT ( < 6-7s) ET INTENSE (SUPRA MAXIMAL > 140 % - 250 % PAM))

Duré de la récupération (min) D’après Bogdanis et al. (1995); J Physiol; 482: 467 - 80 100 – - 80 – 60 – 40 – 20 – 0 – PCr   7.1 7.0 6.9 6.8 6.7 6.6      La   Concentration musculaire (%) pH musculaire pH       Exercice I I I I I 30s 0 2 4 6 8 Duré de la récupération (min)

2 RECUPERATION DE L’ATP ET DE LA PCr

La PCr utilisée au cours de l ’exercice est reconstituée comme suit: CINETIQUE DE LA RESYNTHESE DES PHOSPHAGENES La PCr utilisée au cours de l ’exercice est reconstituée comme suit: 70 % en 30 s 84 % en 2 min 89 % en 4 min 97 % à 100 % en 6 à 8 min

RECUPERATION APRES UN EXERCICE A DOMINANTE LACTIQUE: (ex : 400, 800m course,100,200m nage)

VITESSE DE DECROISSANCE DU LACTATE POST EXERCICE (en % du La max.min-1) Auteurs Nature de l’exercice Récupération passive Récupération active (% VO2max) Mc Grail et al. (1978) Bonen et Belcastro (1977) Hermansen et Stenvold (1972) Cazorla et al. (1984) Ergocycle Course Natation 2.0 2.5 2.8 2.73 2.9 (30) 4.5 (60 – 70) 4.8 (70) 5.3 (70 et libre)

CINETIQUE DU METABOLISME DU LACTATE POST EXERCICE Transformation du lactate après un exercice épuisant de deux minutes 1- RECUPERATION PASSIVE: 50 % en environ 25 min 75 % en environ 50 min 88 % en environ 1h 15 min 100 % en environ 1h 30 min 2- RECUPERATION ACTIVE (entre 40 et 60 % de VAM) 50 % en environ 6 min 75 % en environ 12 min 100 % en environ 20 min

7-EXERCICE DE LONGUE DUREE ET RECUPERATION

Synthèse des unités glucosyles au cours de la récupération 1 – Le glucose : Après une hypoglycémie significative (± 3 mmol.l-1), les valeurs basales sont à nouveau atteintes dès la quinzième minute après l’arrêt d’un exercice épuisant (Pruett, 1975).

2 – Le glycogène : Hépatique : Après une forte déplétion du glycogène hépatique ( 90-95% : exercice épuisant de longue durée sans apport glucidique), dès l’absorption d’un repas riche en glucose ou en fructose, l’homme reconstruit ses réserves en glycogène hépatique en 24 heures (Nilsson, 1974).

2 – Le glycogène : Du muscle squelettique : L ’épuisement total des réserves en glycogène est réalisé en: 1 heure de travail musculaire à 80 - 85 % de VAM 1 heure 30 min à 2 heures à 75 - 80 % de VAM 50 % des réserves sont reconstituées dès la 5ème heure (Piehl 1974).La reconstitution totale (concentration initiale) est complète en 46 heures

2 – Le glycogène : de l’apport en glucose sanguin d’une concentration suffisante en insuline La resynthèse en glycogène dépend de l’activité élevée de la glycogène synthétase de l’utilisation du lactate produit

2 – Le glycogène : Du muscle squelettique : La DEPLETION des RESERVES MUSCULAIRES en GLYCOGENE dépend : De l'importance des réserves initiales; Du niveau d'entraînement du sportif; Du niveau et de l'intensité de l ’activité physique; De la qualité des fibres musculaires sollicitées.

La RECONSTITUTION des RESERVES nécessite un DELAI POST- EXERCICE de 12 h (Machlum et coll.,1977) à 46H (Piehl, 1974) dont la DUREE dépend : de l'importance de la déplétion: du niveau d'entraînement; et du régime alimentaire; Une récupération active modérée mais de longue durée (4 h à 20% de VO2max ) après un exercice épuisant ( Bonen, 1985) ou pendant les premiers jours après un marathon (20 à 40 min à 52-60% de VO2max) freinent de près de 30 % le réplétion en glycogène intramusculaire. (Sherman, 1983)

Quelques conseils pour optimiser la reconstitution des réserves musculaires en glycogène après un exercice intensif prolongé ou une compétition 1 – Respecter un repos complet pendant 24 h 2 – Immédiatement après l’effort (entraînement et compétition), ingérer des sucres à index glycémique élevé pendant la première heure de la phase de récupération 3 – Ensuite, les rations glucidiques seront constituées de sucres à index glycémique moyen ou faible (pâtes, semoule,riz…) 4 – Un régime hyperglucidique (70 %) est conseillé pour augmenter les stocks de glycogène (surcompensation).

2 – Le glycogène : Au niveau du muscle cardiaque: La réplétion en glycogène dans le muscle cardiaque est de loin plus efficace que dans le muscle squelettique. 1 à 4 heures suffisent pour une récupération totale ( Conlee, 1977; Gaesser, 1980). On observe un important phénomène de surcompensation (de 40 à 200 % par rapport à la concentration initiale) 2 à 4 h après l’exercice (Conlee, 1977; Gaesser, 1980).

3- Les réserves lipidiques Selon Poortmans (1986) la totalité des réserves énergétiques devrait permettre à un marathonien de courir sur la base d’un niveau mondial pendant plus de 118 heures!! Les acides gras libres plasmatiques (AGL) : Pendant une période de 40 à 60 min après un exercice sous maximal prolongé, le taux de renouvelle- ment des AGL reste supra normale Les triglycérides plasmatiques (TGP) : L’exercice prolongé s’accompagne d’une réduction des TGP dans une proportion qui varie selon l’intensité et la durée de l’exercice. Le retour aux valeurs initiales peut être rapide (1 h) pour les exercices de durée moyenne (Gorski, 1980) ou relativement lent (3jours) pour des exercices répétés sur plusieurs jours (Lithell, 1984)

4 - Les résidus aminés et la synthèse protéique Les acides aminés sont surtout utilisés lors de fortes déplétions du glycogène pour contribuer avec les AGL à un apport énergétique lors d’exercices de très longue durée ou/et lors d’un régime très carencé en glucides. Leur oxydation dans la phase de récupération dépend de l’intensité de l’exercice préalable. Elle est réduite aux valeurs basales 3 à 4 h après un exercice d’intensité moyenne ( 60 % de VO2max) ou légère ( 50 %) Rennie 1980, 1981). Elle est accrue jusqu’au 2ème jour lorsque l’intensité a été plus élevée (Dohm, 1982).

4 - Les résidus aminés et la synthèse protéique La synthèse protéique après l’exercice présente deux phases : une diminution dans l’heure qui suit l’arrêt, une augmentation au-delà des 60-90 min (Rennie, 1981, Wenger, 1981). D’une façon générale la synthèse des protéines musculaires double ses valeurs basales dans les deux premières heures après un exercice intense et prolongé et, malgré une supplémentation en acides aminés, régresse ensuite à leur niveau Levenhagen et al., 2001) En conséquence, les apports en glucose et en acides aminés doivent être fournis dans les deux heures qui suivent l’arrêt d’un exercice intensif prolongé (Bohé et Al., 2001)

Tableau récapitulatif de la nature et de la durée de la récupération en fonction de l’exercice Reconstitution des réserves en : Récupération complète Nature Durées Passive 10 à 15 s Passive 6 à 8 min passive 24 à 48 h Passive 1 h 30 Active 20 min Récupération incomplète (*) Nature Durées Passive: 10 à 15 s Passive : 1.30 à 2 min Passive + augmentation de l’apport en glucides : 24 h Passive : 30 à 45 min Active : 6 à 8 min Oxygène.......... ATP-PCr......... Glycogène........ et métabolisme du lactate (*) : Compatible avec la reprise d’exercices d’intensité élevée

3 - Récupération après tout exercice musculaire UTILISATION ET RECUPERATION DES RESERVES EN OXYGENE DE L’ORGANISME Hémoglobine = environ 1000 ml d’O2 de réserve Myoglobine = 11.2 ml / kg de muscle. 11.2 x 30 kg de muscle = 336 ml chez l ’adulte moyen (70 kg) Jusqu ’à 500 ml chez un sportif entraîné Cinétique de la reconstitution des réserves en oxygène: Restauration totale entre 20 et 30 s Environ 75 à 80 % en 10 s Comme nous l’aborderons ultérieurement, l’utilisation de ces réserves joue un rôle important dans les exercices par intervalles et plus particulièrement dans les exercices intermittents courts et intenses

INTER ACTIONS EXERCICE ET RECUPERATION : EXERCICES PAR INTERVALLES

D’après Saltin et Essen 1977

D’après Saltin et Essen 1977

D’après Saltin et Essen 1977

D’après Saltin et Essen 1977

D’après Saltin et Essen 1977

D’après Saltin et Essen 1977

D’après Saltin et Essen 1977

D’après Saltin et Essen 1977

D’après Saltin et Essen 1977

D’après Saltin et Essen 1977

D’après Saltin et Essen 1977

D’après Saltin et Essen 1977

EXERCICES RECUPERATION IMPACTS PHYSIOLOGIQUES INTENSITE DUREE NATURE DUREE 70 à 75 % de VAM 20 min............................................................... Endurance aérobie 60 à 65 % DE VAM + accélérations pendant 5 à 10 s toutes les 2 min 20 min.......Active (fartek)................................... Endurance aéroboie + PAM 85 à 100% de VAM 6 min x 3.. Passive.............. 1 min x 2............ PAM + capacité lactique 100% de VAM 2 min x 4.. Passive............. 4 min x 3.............. Capacité lactique + PAM 110 à 130 % de VAM 15 s x 40... Passive............. 15 s x 40................. Puissance aérobie maximale Entre 96 et 100 % de la vitesse max 5 s x 10 Passive………..115 s x 10………….. Vitesse Vous disposez de 20 min.. Quels types d’exercice proposer pour répondre aux différents impacts physiologiques ci-dessus?

QUELQUES PRINCIPES DE GESTION DE L’ENTRAINEMENT QUELQUES PRINCIPES DE GESTION DE L’ENTRAINEMENT. Les différents types d’exercice: Les exercices continus, inframaximaux (60 - 80 % VAM) de longue durée, Le fartlek, Les exercices par intervalles (Interval training): - Par intervalles longs (4 à 8 min) infra maximaux et maximaux (80 -100 % VAM) - Par intervalles courts (30 s à 3 min) maximaux et supra maximaux (100 – 110 % VAM) - Par intervalles ultra courts (10 s…30 s) : Intermittents courts supra maximaux (110 – 130 % VAM): Les exercices fractionnés.

Le concept du ... F.A.I.T.P.A.S.

LE F.A.I.T.P.A.S. ET LA GESTION DE L’ENTRAÎNEMENT F de fréquence : combien de fois s’entraîner par semaine ? Minimum 2 fois (entretien et développement modeste), maximum inconnu à ce jour.

« A » d’assiduité : la condition physique optimale « A » d’assiduité : la condition physique optimale s’acquiert lentement (8 à 10 semaines en s’entraînant 4 à 6 fois par semaine, 12 à 14 semaine en s ’entraînant 2 à 3 fois) s’entretient aisément (1 à 2 fois par semaine) et se perd très rapidement (en 2 à 3 semaines).

« I » d’intensité : la gestion individuelle de « I » d’intensité : la gestion individuelle de l’intensité est aujourd’hui très accessible grâce à l’évaluation et aux références qui en résultent : maximum, % du maximum de la force, de la P.M.A., de la V.A.M., et des fréquences cardiaques qui les accompagnent.

? L’EVALUATION DE L’INTENSITE D’UN EXERCICE VO2max VITESSE AEROBIE MAXIMALE FREQUENCE CARDIAQUE MAXIMALE Infra maximale < VO2max ou VAM ou FCmax 60 à 80 % : endurance aérobie. 80 à 100 % : puissance aérobie maximale et endurance anaérobie lactique. 80 à 100 % :puissance aérobie maximale et endurance anaérobie lactique. 70 à 90 % :endurance aérobie. 90 à 100 % puissance aérobie maximale et endurance anaérobie lactique. Maximale = VO2max ou VAM Puissance aérobie maximale et endurance anaérobie lactique. Supra maximale ou VAM 100 à 110 % :Puissance aérobie maximale et endurance anaérobie lactique. 110 à 150 %: Puissance anaérobie lactique. 150 et + :endurance et puissance et anaérobie alactique. ?

« T » de temps : -1- durée d ’un exercice « T » de temps : -1- durée d ’un exercice nécessaire pour mobiliser une des sources énergétiques (alactique, lactique, aérobie) et durée de la récupération pour reconstituer les réserves énergétiques sollicitées. -2- Durée d’une séance d’entraînement : quatre séances hebdomadaires bien gérées de trente minutes valent mieux que deux séances d ’une heure ou qu ’une séance de deux heures.

« P » de progressivité : Une augmentation progressive, du volume et de l’intensité sont indispensables aux réactions d’adaptations physiologiques recherchées par la préparation physique. La gestion des intensités requises dépend aussi de l’évaluation préalable et ensuite répétée à périodes régulières (tous les deux mois) des capacités physiques.

« A » d’alternance des exercices, des séances « A » d’alternance des exercices, des séances d ’entraînement, et de la récupération. La récupération fait partie intégrante de l’entraînement : ce qui est mobilisé au cours de l’exercice se régénère et s’améliore au cours de la récupération (effets réparateurs, épurateurs et de surcompensation).

S de spécificité. Les intensités des entraînements S de spécificité. Les intensités des entraînements doivent être spécifiquement adaptées aux capacités propres de la personne qui s ’entraîne. Encore une fois, avant d ’entreprendre un programme de développement de la condition physique, l’évaluation des capacités physiques et physiologiques s’avère indispensable

MERCI POUR VOTRE ATTENTION

(d’après Hirvonen et al. 1987) Evolution des concentrations musculaires en ATP, PCr et du pH et concentrations sanguines en lactate en fonction de la vitesse et de la durée lors d’un 100 m. (d’après Hirvonen et al. 1987)

Rappel des caractéristique des différentes sources énergétiques sollicitées au cours de l’exercice musculaire. CO2 + H2O + + Glycogène, glucose, acides gras libres, acides aminés + O2 ATP Acide lactique Glycogène Créatine + Pi ADP + Pi = Phosphorylcréatine (PCr) SOURCES Immédiate : ou « anaérobie alactique » : Sprints courts : départ…10 à 30 m, sauts et tout exercice très court ( 1 à 4 - 5s ) et très intense. 2) Retardée : ou « anaérobie lactique » : 60, 80, 100, 200, 400, 800, 1500m (6-7s à 2-3min) 3) Très retardée : aérobie : 5-10000m, semi marathon, marathon et ultra marathon

D’après le modèle modifié (1996) d ’Hermansen 1977, EXERCICE MUSCULAIRE AUGMENTATION DE LA GLYCOLYSE ...ET DE L ’HYDROLYSE DE L ’ATP AUGMENTATION DE LA PRODUCTION D’ACIDE LACTIQUE AUGMENTATION DE LA CONCENTRATION DES PROTONS H+ BAISSE DU pH CELLULAIRE ( 7 6.4 - 6.3 ) Diminution de l’activité de la phosphorylase et de la P.F.K. Réduction de l’interaction actine - myosine activée par Ca²+ Diminution de la production d’ATP. Réduction de la tension mécanique INCAPACITE FONCTIONNELLE D’après le modèle modifié (1996) d ’Hermansen 1977,

Niveau d’entraînement Evolution de l’utilisation respective des glucides et des lipides en fonction de l’intensité relative de l’exercice. Le « cross-over concept » d’après Brooks et Mercier 1994 100 90 80 70 60 50 40 60 – 50 – 40 – 30 – 20 – 10 – Lipides Lipides (en %) Niveau d’entraînement Glucides (en %) Glucides I I I I I 20 40 60 80 100 Repos VO2max (en %)

EFFET DE L’INTENSITE DE L’EXERCICE SUR LES CONCENTRATIONS METABOLIQUES 25%VO2max 65%VO2max Romijn et al. (1993)

O2 FOIE SANG 36 ADP + 36 Pi 36 ATP CELLULE MUSCULAIRE Acides aminés O2 GLYCOGENE Glucose Glucose AAR G-6-P SANG Acides aminés ramifiés (AAR) PYRUVATE O2 Acides gras libres (AGL) ACETYL CoA Glycérol CO2 Acides gras libres AGL MITOCHONDRIE OXYDATION CO2 O2 36 ADP + 36 Pi 36 ATP H2 Cycle de Krebs. H2O Chaîne des transporteurs d’électrons Triglycérides H2 METABOLISME AU COURS DU MARATHON ET DE L’ULTRAMARATHON

Substrats énergétiques de deux exercices supra maximaux de 6 s et 10 s D’après : Gaitanos et al.; J;Appl. Physiol, 1993; 75 : 712 – 9 Bogdanis et al.; Acta physiol Scand, 1998; 163: 261-72 15 _ 10 _ 5 _ 0 _ 2.0 1.2 O2 : 7.5 % vs 14 % ATP : 5.5 % vs 3.5 % PCr : 46 % vs 31.5 % Glycolyse : 41 % vs 51 % 0.5 0.9 4.5 7.4 ATP utilisé : mmol.kg-1 (muscle sec).s-1 7.3 6.6 I I 6 secondes I I 10 secondes

ASSIDUITE : Les effets d’une période d’arrêt de l’entraînement 1 Maintien de deux séances d’activité physique par semaine FORCE, PUISSANCE, CAPACITE LACTIQUE 30 – 20 – 10 – 0 - AMELIORATION (% du niveau de départ) CAPACITE AEROBIE : VO2max 2 Arrêt total de l’entraînement Période de développement Période de stabilisation ou de sensible développement Période de maintien ou de perte des acquis I I I I I I I I I I I 1 2 3 4 5 6 1 2 3 4 PERIODE D’ENTRAINEMENT (mois) PERIODE D’ARRET (semaines)

POURCENTAGES REPRESENTES PAR LE NOMBRE D’HEURES D’EPS ET LA DUREE EFFECTIVE D’ACTIVITE MOTRICE D’UN LYCEEN DANS UNE ANNEE CIVILE ET SCOLAIRE

Après un exercice court et intense, la resynthèse de la phospho- rylcréatine (PCr) à partir de nouvelles molécules d ’ATP, nécessite la présence d ’oxygène La vitesse de cette resynthèse dépend de la quantité d ’oxygène que le muscle peut utiliser. Comme l’ont démontré les travaux Quirstorff & al, 1992 ; Trump & al.,1996 ; Bogdanis & al.,1996, il est possible d ’améliorer la vitesse de resynthèse de la PCr entre plusieurs exercices courts et intenses grâce à un bon développement préalable de la capillarisation et de la capacité oxydative des muscles sollicités. Le développement de la capacité aérobie doit donc toujours précéder l ’entraînement de la vitesse, de l’endurance de la vitesse et de la puissance musculaire. CONSEQUENCE POUR L’ENTRAÎNEMENT :

O2 36 ADP + 36 Pi 36 ATP MILIEU INTERSTITIEL CELLULE MUSCULAIRE Glucose Néoglycogenèse : 1/4  FOIE  GLYCOGENE Elimination : Urine, sueur (négligeable) ALANINE 4 Cycle de Felig ou de l’alanine-glucose 5 PYRUVATE 2 capillaire Cycle de Cori LACTATE H2 3 1 NADH2 CO2 LACTATEMIE O2 MITOCHONDRIE OXYDATION NAD + H2 O2 CO2 36 ADP + 36 Pi 36 ATP Lactate H2 Cycle de Krebs H2O Chaîne des transporteurs d’électrons Oxydation : 3/4 CŒUR , REINS, AUTRES MUSCLES NON ACTIFS. H2 METABOLISME AU COURS DE LA RECUPERATION

DEVENIR DU LACTATE AU COURS DE LA RECUPERATION OXYDATION 4/5 ELIMINATION négligeable ~ Par : Les muscles squelettiques Les fibres musculaires productrices Les fibres musculaires environnantes (navette) Les fibres musculaires d’autres territoires au repos Le myocarde 10 % Les reins < 10 % GLYCOGENESE 1/5 ~ Par : L’urine et la sueur Par : Le foie - Cycle de Cori - Cycle de l’alanine-glucose Les reins Les muscles (indirectement ?) 16