Post on 20-May-2018
Pi
+ADP
Pi
+ADP
Resynthèsede l'ATP
Pmax
V0
Commande nerveuse
Activation musculaire(potentiels d'action)
Relargage du Calcium(reticulum sarcoplasmique)
ATPATP
F0
Hydrolyse de l'ATP
( Myosine-ATPase)
Phénomènes
physiologiques
Phénomènes
biochimiques
Phénomènes
mécaniques
Les -1 (environ 4 à 7 mmoles.l ) et
ne permettent en théorie que quelques contractions.
réserves d'ATP sont très faibles
Le muscle dispose de non directement
ut i l isable, sous forme de phosphocréatine, de glucides, de lipides.
réserves d'énergie
La poursuite de l'exercice exige la
.resynthèse de
l'ATP
Pi
+ADP
Pi
+ADP
Resynthèsede l'ATP
Pmax
V0
Métabolismeaérobie
Métabolismeanaérobielactique
Métabolismeanaérobiealactique
Commande nerveuse
Activation musculaire(potentiels d'action)
Relargage du Calcium(reticulum sarcoplasmique)
ATPATP
F0
Hydrolyse de l'ATP
( Myosine-ATPase)
Phénomènes
physiologiques
Phénomènes
biochimiques
Phénomènes
mécaniques
T r o i s m é t a b o l i s m e s énergétiques permettent la resynthèse de l’ATP au cours de l’exercice.
Bioénergétique et EntraînementDans le modèle bioénergétique de la performance, il est
classique de caractériser un métabolisme énergétique par
son inertie, sa puissance maximale et sa capacité de
travail.
D’après ce modèle bioénergétique, les entraînements
peuvent être différenciés en fonction de leur action
préférentielle sur le développement de la puissance et de la
capacité maximales des trois métabolismes énergétiques.
Caractéristique du métabolisme énergétique
Inertie
Puissance maximale
Capacité de travail
: lenteur d’entrée en action, c’est-à-dire temps nécessaire pour atteindre un pourcentage élevée de la puissance requise.
: débit maximal d’énergie, c’est-à-dire débit d’ATP.
: quantité totale d’énergie produite, c’est-à-dire quantité totale d’ATP restaurée.
DragsterDragster
Métabolisme anaérobie alactique
Inertie : extrêmement faible ou nulleInertie : extrêmement faible ou nulle
Puissance : très élevée
Capacité de travail : très faible
Démarrage très court
Puissance très élevée
Distance parcourue très faible
Métabolisme anaérobie lactique
Inertie : faible
Puissance : élevée
Capacité de travail : faible
Démarrage court
Puissance élevée
Distance parcourue moyenne
F1F1
Métabolisme aérobie
Inertie : moyenne
Puissance : faible à moyenne
Capacité de travail : très élevée
Démarrage lent
Puissance faible à moyenne
Distance parcourue très élevée
Modèle bioénergétiquedes performances sportives
(environ 1970-1990)
Hypothèses implicites du modèle bioénergétique classique :
- séparation des 3 métabolismes ;
- pas de relation entre les inerties, puissances et capacités maximales ;
- la participation du métabolisme anaérobie supplée les insuffisances du métabolisme aérobie.
ADP + phophocréatine
Métabolisme anaérobie alactique
ADP + ADP ATP + AMP
ATP ADP+Pi
PFK
ATP + Créatine
Pi +ADPATP
Glycogène
Glucose-1-P
Glucose6-P
Fructose1-6-P
Acide Pyruvique
Phosphorylations oxydatives Acide Lactique
IMP +NH3
CO + H O2 2
Mét. Ana. Lactique
Phosphorylase
Interactions entre les
métabolismes
Hydrolyse
Hydrolyse
Métabolisme anaérobie alactique
: réactions biochimiques
-NH - C - N - CH - COO2 2
-NH2II
CH3
I
Créatine
-NH - C - N - CH - COO2
-NH2II
CH3
I
Phosphocréatine
-O - P -
OII
-OI
Métabolisme anaérobie alactique
La resynthèse de l'ATP s'effectue dès les premières secondes de la contraction par
de la créatine-phosphate à l'ADP, selon la réaction de LOHMANN:
Une seule enzyme est nécessaire : la qui ne nécessite pas
d’être activée.
transfert de la liaison phosphate, dite "riche en énergie",
ADP + créatine-phosphate ATP + créatine
Créatine-Phosphate-Kinase (CPK)
Une deuxième réaction permet la resynthèse anaérobie alactique de l'ATP au niveau du muscle
L'enzyme qui catalyse cette réaction est la (appelée autrefois
).
L' de la réaction catalysée par l'adénylate kinase (myokinase)
en ce qui concerne sa participation directe au métabolisme énergétique (resynthèse de l'ATP).
l
ADP + ADP ATP + AMP
adenylate kinase myokinase
importance quantitative
reste à établir
'
L est un puissant anaérobie en agissant notamment
a u n i v e a u d e l ' e n z y m e a p p e l é e PhosphoFructoKinase (PFK).
L'AMP produit par l'adénylate kinase peut ensu i te ê t re
par l'enzyme AMP déaminase :
NH produit par la désamination de l'AMP est 3
aussi un activateur de la phosphofructokinase.
'AMP activateur de la glycolyse
désaminé en inosine 5'monophosphate (IMP)
AMP + H 0 IMP + NH 2 3
ADPATP
ADP + AMP
+IMP NH3
Métabolisme anaérobie alactique
Créatine-Phopsphate Kinase (CPK)
Adénylate Kinaase (myokinase)
+Phosphocréatine
+ Créatine
+ADP
ATP
Inertie du métabolisme anaérobie alactique
L' de la dégradation de la créatine-phosphate est . La puissance maximale de resynthèse alactique de l’ATP est atteinte presque instantanément.
Le métabolisme anaérobie alactique intervient donc chaque fois qu’il ya une variation importante de l’intensité de l’exercice et en début d’exercice.
inertietrès faible
Puissance maximale anaérobie alactique
La du métabolisme anaérobie alactique est très élevée.
Ainsi par exemple, cette puissance permet de produire, sur , une puissance
de 800 à 1000 W chez l'homme adulte moyen et plus de 2000 W chez les meilleurs.
puissance maximale
bicyclette mécanique
Capacité maximale anaérobie alactique
La de ce métabolisme est car la quantité de créatine-phosphate
est faible et ne permet plus une resynthèse d'ATP au-delà de quelques secondes pour des exercices intenses, réalisés à puissance maximale.
Les de la
resynthèse de l'ATP mais à une puissance moindre.
capacité très peu importante
métabolismes anaérobie lactique et aérobie prennent donc, très tôt, le relais
Facteurs limitatifs du métabolisme anaérobie alactique
La puissance maximale anaérobie alactique est particulièrement chez les sportifs qui possèdent une prépondérance en
(IIa et IIb) plus riches en
De la même façon, l'activité de l' est plus élevée dans les fibres
musculaires rapides que dans les fibres lentes, chez l'homme.
élevée fibres
rapides CPK.
Adénylate Kinase
Participation du métabolisme
anaérobie alactique aux différents types d’exercice
temps (secondes)
0 2 4 6 8 10
Puissance
0
200
400
600
800
1000
1200
0
200
400
600
800
1000
1200
Alactique
Aérobie
Lactique
Exercice à 600% de VO2max (1200 W)
temps (secondes)
0 20 40 60 80
Puissance
0
40
80
120
160
200
240
280
320
0
40
80
120
160
200
240
280
320Alactique
Aérobie
Lactique
Exercice à 150% de VO2max (300 W)
Métabolisme anaérobielactique
“Un ennemi qui vous veut du bien”
Métabolisme anaérobielactique
Métabolisme anaérobie lactique
: réactions biochimiques
Glycogène
Glucose-1-P
Glucose6-P
Acide Pyruvique
Phosphorylase
métabolisme anaérobie lactique
Acide Lactique
Fructose1-6-P
Métabolisme anaérobie lactique (glycolyse anérobie)
Le métabolisme anaérobie lactique consiste en la
d'où le nom de (dégradation du glucose)
donnée à ce métabolisme.
fermentation du glucose sans intervention de l'oxygèneglycolyseanaérobie
Ce métabolisme anaérobie lactique (glycolyse anaérobie) consiste en
successives qui peuvent être résumées de la façon suivante :
une molécule de donne qui sont
transformées à leur tour en deux molécules d’ .
une douzaine de réactions enzymatiques
glucose deux molécules d'acide pyruvique
acide lactique
2 CH -CO-COOH3
2 molécules d’acide pyruvique
2 CH -CHOH-COOH3
2 molécules d’acide lactique
CH OH2
O
H
OH
H
OHH
OH
OH
H
GlucoseC
C C
CC
H - C - OH
H - C = O
H - C - OH
HO - C - H
H - C - OH
CH - OH2
6 atomes de carbone
2x3 atomes de carbone
2x3 atomes de carbone
Ou
LDH
CH OH2
O
H
OH
H
OHH
OH
OH
H
Numérotation des carbones du glucose
C
C C
CC
1
23
4
5
6
Le glucose est mis en réserve sousforme de glycogène.
Les réserves de glycogène sontconstituées d’environ 150 g deglycogène hépatique et 400 g deglycogène musculaire.
Foie =150 grammes
Muscles = 400 grammes
Réserves de glycogène = environ 550 g
Glucose total (sang, liquides..)
Glycogène (foie, muscles, coeur...)
25 g
550 g
Glusose mobilisable < 600 g
La majeure partie du glucose dégradéglycogène intra-
musculaire
2 -HP0 4
2 -HP0 ion phosphate4
Glycogen-Phosphorylase
pendant l'exercice provient du
. La première réaction de la glycolyse est donc la suivante :
+Glycogène + + H Glucose-1-P
où correspond à un et Glucose-1-P correspond au glucose-1-Phosphate, c'est à dire à une molécule de glucose phosphorylé sur son premier atome de carbone.
Cette réaction nécessite la présence d'un enzyme appelée .
La dégradation du glycogène en glucose-1-phosphate nécessite la présence de deuxenzymes :
- la phosphorylase coupe, une par une, lesunités glycosyl à l’extrémité des branches ;
- la séparation des 4 dernières unitésglycosyl d’une branche de la molécule deglycogène nécessite l’intervention d’uneenzyme particulière (debranching enzyme)l’enzyme débranchante.
Le fonctionnement de l'une des étapes de la glycolyse anaérobie (réaction de transformation des molécules de phopho-glycéraldéhyde en biphospho-glycérate)
(abréviation de Nicotine-Adénine-Dinucléotide) :
exige la présence d'un accepteur d'hydrogène appelée NAD
+NAD + H NADH + H 2
La concentration de NAD est peu importante.
La poursuite de l'exercice grâce à glycolyse implique +donc la régénération du NAD à partir du NADH + H
formé.
Le fonctionnement de l'une des étapes de la glycolyse anaérobie (réaction de transformation des molécules de phopho-glycéraldéhyde en biphospho-glycérate) exige la présence d'un accepteur d'hydrogène appelée NAD (abréviation de Nicotine-Adénine-Dinucléotide) :
La poursuite de l'exercice grâce à glycolyse implique +donc la à partir du NADH + H
formé.
+NAD + H NADH + H 2
La concentration de NAD est peu importante.
régénération du NAD
Glycogène
Glucose-6-Phosphate Glucose
2 acides pyruviques 2 acides lactiques
3 ADP + Pi
3 ATP
+ 2 NAD+ 2 NADH + H
Pi Phosphorylase
Régénération anaérobie du NAD
Lactico-DésHydrogénase (LDH)
CH -CO-COOH3 CH -C O -COOH3 H H
ur le plan énergétique, l'S est que le catabolisme (la dégradation) du glycogène jusqu'à l'acide pyruvique s'accompagne de la synthèse de
intérêt essent ie l du métabol isme anaérobie lactique
3 molécules d'ATP par molécule de glucose dégradée.
Un des glucides consommés pendant l'exercice peut provenir du
.
Celui-ci nécessite d'être phosphorylé par de l'ATP pour donner du Glucose-6P et entrer dans la glycolyse.
Glucose + + ADP
L’enzyme qui intervient dans cette réaction est l’ .
faible partieglucose
sanguin
ATP Glucose-6P
héxokinase
Glycogène
Glucose-6-Phosphate Glucose
ADP ATP
Pi Phosphorylase
Formation du glucose 6-P
orsque c'est le qui est dégradé (au lieu du glycogène), le bilan est moins L
intéressant car en définitive seules sont produites.
(3 molécules d'ATP moins la molécule d'ATP nécessaire pour phosphoryler le glucose).
glucose sanguin
deux molécules d'ATP
3 ADP + 2 P i
Glucose-6P
+2 NAD+
+2 Acides pyruviques
3 ATP+
+2 NADH + H+
2 Acides lactiques
3 ATP+
+2 NAD+
Métabolisme anaérobie lactique
La transformation de l’acide en acide est accélérée par l’enzyme
pyruviquelactique
Lactico-DésHydrogénase
LDHCH -CHOH-COOH + NAD3
+CH -CO-COOH + NADH + H3
H
H
H
H
M H
HH
M H
MH
M M
M H
M M
M M
LDH1 LDH2 LDH3 LDH4 LDH5
CoeurG. Rouges
CoeurG. Rouges
CerveauRein
FoieMuscles(fibres II)
La lactate déhydrogénase est un tétramère constitué de deux types de monomères : monomères H et M.
Il existe donc cinq combinaisons possibles de ces monomères (LDH1 à LDH5) qui sont diversement réparties dans les différents organes
InertieInertie
temps (secondes)
0 2 4 6 8 10
Puissance
0
200
400
600
800
1000
1200
0
200
400
600
800
1000
1200
Alactique
Aérobie
Lactique
Exercice à 600% de VO2max (1200 W)
ADP + PC ATP + C
[ATP] [C]
[ADP] [PC] K = Eq
= K Eq
A pH 7, 9
K = 2 x 10Eq
[ATP]
[ADP] 9= 2 x 10
[ATP]
[ADP]
Etant donnée la valeur de la constante d’équilibre K , la eq
concentration de créatine (et par conséquent la dégradation de Phosphocréatine) augmente dès que l’ADP augmente et que l’ATP baisse
[CP]
[C]
0 1
0
20
40
60
80
100
Phosphocréatine
mmol/kg de muscle sec
Stimulation électrique 20 Hz
pendant 75 secondes
ATP
Adapté d’après Hultman et coll. 1981
50
100
60
70
80
90
0
10
20
30
40
ATP
PCr
AMP
ADP
% [ATP + ADP + AMP] % [PCr initiale]
50
100
60
70
80
90
0
10
20
30
40
0[ATP + ADP + PCr] (% niveau initial)
50 100
tamponnementdéplétion
adapté d’après Meyer et Foley 1996
Régulation et inertiede la glycolyse
temps (secondes)
0 2 4 6 8 10
Puissance
0
200
400
600
800
1000
1200
0
200
400
600
800
1000
1200
Alactique
Aérobie
Lactique
Exercice à 600% de VO2max (1200 W)
Glycogène
Phosphorylase
Glucose 6-P
+H + Pyruvate
Glucose 1-P
Glycogen Synthase
Quelques mécanismes de proaction régulant la dégradation et la synthèse du glycogène.
+
++Ca
++Ca
++[Ca ] M
Activité Phosphorylase Kinase (%)
100
1000
10000
- 710
- 610
- 510
- 410
.
++Ca seul
0 60 120
0
20
40
60
80
Phosphocréatine(mmol/kg de muscle sec)
Acide lactique (mmol/kg de muscle sec)
Adapté d’après Hultman et coll. 1981
Contractions volontaires(Harris et coll. 1977)
Muscle quadriceps au repos, au cours d’opérations du genou sous garrot(Sjoholm et coll. cité par Hultman)
Electro-stimulation 20 Hzsous garrot
(Hultman et coll. 1981)
Glycogène
Glucose 6-P
+H + Pyruvate
Glucose 1-P
Quelques mécanismes de proaction régulant la dégradation et la synthèse du glycogène.
Pi
Glycogène
Phosphorylase
Glucose 6-P
+H + Pyruvate
Glucose 1-P
Glycogen Synthase
Quelques mécanismes de proaction régulant la dégradation et la synthèse du glycogène.
+
++Ca
++Ca
Pi
++[Ca ] M
Activité Phosphorylase Kinase (%)
100
1000
10000
++Phosphorylation + Ca
- 710
- 610
- 510
- 410
Potentialisation des effets de la phosphorylation et des ions calcium. .
++Ca seul
x 30
++[Ca ] M
Activité Phosphorylase Kinase (%)
100
1000
10000
++Phosphorylation + Ca
- 710
- 610
- 510
- 410
Potentialisation des effets de la phosphorylation et des ions calcium. .
++Ca seul
x 30
L’activation de la glycolyse par les ions calcium et phosphates correspond à un mécanisme
.
Il en est de même pour l’activation de la glycolyse par les catécholamines (adrénaline et noradrénaline).
de proaction
Glycogène
Phosphorylase
Glucose 6-P
+H + Pyruvate
Glucose 1-P
Glycogen Synthase
Quelques mécanismes de proaction régulant la dégradation et la synthèse du glycogène.
+
++Ca AdrénalineAdrénaline
++Ca
Le message hormonal est peu intense car les concentrations des hormones sont faibles. Les molécules hormonales fixées sur les récepteurs sont donc généralement peu nombreuses. Il existe une multiplication du nombre de molécules actives à chaque étape de la chaîne de réactions suivant la fixation d’une hormone sur un récepteur membranaire (nombres de molécules de deuxième messager, de protéine-kinases, de molécules phosphorylés…).
Phosphorylasekinase a
active
Protéine kinase A
Phosphorylase kinase b
peu active
Adrénaline
Récepteur b
Phosphorylase bpeu active
Phosphorylase aactive
Glycogène Glucose-1--P
AMP cyclique
Pi
Phosphorylasekinase a
active
Protéine kinase A
Phosphorylase kinase b
peu active
Adrénaline
Récepteur béta
Phosphorylase bpeu active
Phosphorylase aactive
Glycogène Glucose-1--P
AMP cyclique
Pi
La liaison d’une molécule d’adrénaline sur un récepteur adrénergique béta provoque une chaîne de réactions dont chaque étape s’accompagne d’une amplification du message hormonal.
Phosphorylasekinase a
active
Protéine kinase A
Phosphorylase kinase b
peu active
Adrénaline
Récepteur béta
Phosphorylase bpeu active
Phosphorylase aactive
Glycogène Glucose-1--P
AMP cyclique
Pi
AMPcyclique = Adrénaline x k 1
Protéine kinase = AMPcyclique x k2
Phosphorylase kinase a = Protéine kinase x k3
Phosphorylase a = Phosph. kinase x k4
Glucose- 1 P = Phosphorylase a x k5
Phosphorylasekinase a
active
Protéine kinase A
Phosphorylase kinase b
peu active
Adrénaline
Récepteur béta
Phosphorylase bpeu active
Phosphorylase aactive
Glycogène Glucose-1--P
AMP cyclique
Pi
Glucose- 1 P = Adrénaline x k5x k x k x k x k1 2 3 4
x k 1
x k2
x k3
x k4
x k5
Amplification du message hormonal
Protéine kinase A
Adrénaline
Récepteur b
Glycogène Synthétase b
peu active
Glycogène Synthétase a
active
Glycogène Glucose-1--P
AMP cyclique La protéine kinase A phosphoryle la glycogène synthétase a (active) et la transforme en sa forme b, peu active.
ADP ATP
Phosphorylasekinase a
active
Phosphoprotéine phosphatase
Phosphorylase kinase b
peu active
H O2Pi
Des phosphoprotéine phosphatases ont un effet inverse des protéines kinases et enlèvent l’ion phosphate de certaines protéines préalablement phosphorylées.
Glycogène
Phosphorylase
Glucose 6-P
+H + Pyruvate
Glucose 1-P
Glycogen Synthase
+
Quelques mécanismes de rétroaction régulant la dégradation et la synthèse du glycogène.
Glycogène
Phosphorylase
Glucose 6-P
+H + Pyruvate
Glucose 1-P
Glycogen Synthase
+
Quelques mécanismes de rétroaction et proaction régulant la dégradation et la synthèse du glycogène.
+
++Ca AdrénalineAdrénaline
++Ca
Métabolisme anaérobie alactique
ADP + ADP ATP + AMP
ATP ADP+Pi
PFK
Glycogène
Glucose-1-P
Glucose6-P
Fructose1-6-P
Acide Pyruvique
IMP +NH3
Phosphorylase
Interactions entre les
métabolismes
Hydrolyse
Acide Lactique
ADP + phophocréatine
Métabolisme anaérobie alactique
ADP + ADP ATP + AMP
ATP ADP+Pi
PFK
ATP + Créatine
Pi +ADPATP
Glycogène
Glucose-1-P
Glucose6-P
Fructose1-6-P
Acide Pyruvique
IMP +NH3
Phosphorylase
Interactions entre les
métabolismes
Hydrolyse
Hydrolyse
Acide Lactique
Puissance maximalePuissance maximale
Puissance maximalePuissance maximaleMétabolisme anaérobie alactique
La resynthèse alactique de l’ATPlimite-t-elle la performance ?
Il est difficile d’affirmer que la resynthèse alactique de
l’ATP puisse limiter les performances dans des
exercices de très courtes durées (< 2 secondes).
En effet, l’activité enzymatique de la créatine phosphate
kinase (CPK) est probablement aussi élevée que celle
de la myosine-ATPase qui pourrait être le "chaînon faible".
La resynthèse alactique de l’ATPlimite-t-elle la performance ?
Dans certaines expériences, les sujets améliorent leur
puissance maximale mécanique après un programme
d’entraînement de sprint sans augmentation de l’activité
de la CPK et des réserves de phosphocréatine.
La resynthèse alactique de l’ATPlimite-t-elle la performance ?
Il est difficile d’affirmer que la resynthèse alactique de
l’ATP puisse limiter les performances dans des
exercices de très courtes durées (< 2 secondes).
En effet, l’activité enzymatique de la créatine phosphate
kinase (CPK) est probablement aussi élevée que celle
de la myosine-ATPase qui pourrait être le "chaînon faible".
La resynthèse alactique de l’ATPlimite-t-elle la performance ?
Dans certaines expériences, les sujets améliorent leur
puissance maximale mécanique après un programme
d’entraînement de sprint sans augmentation de l’activité
de la CPK et des réserves de phosphocréatine.
Il est actuellement abusif de dénommer « tests d’évaluation de la puissance maximale anaérobie alactique » des tests fondés sur la mesure d'une puissance mécanique. Ceci suppose implicitement que le métabolisme énergétique (resynthèse de l’ATP) représente le facteur limitant la performance à ces tests.
Puisqu’actuellement l’ensemble de ces tests consistent à mesurer une puissance mécanique, il est préférable de les appeler « tests de puissance mécanique maximale » et non pas test de puissance maximale anaérobie alactique, même si c’est ce métabolisme qui assure l’essentiel de l’apport énergétique.
Effets du type de fibres musculaires
0,80,6
1,0
0
Force (F/F )0
3,0
2,0
4,0
- 0,00,4
Vitesse de raccourcissement des sarcomères (µm/s)
0,2 1,0
Muscle rapide
Muscle lent
F0
V0
Comparaison des relations vitesse-forced’une fibre musculaire lente et d’une fibre rapide
Vitesse
0,0 0,4 0,8 1,2 1,6 2,0 2,4 2,8 3,2
Force
fibre rapide
f. lente
0
40
60
80
100
20
Vitesse
Relation vitesse-force et vitesse-puissanced’une fibre musculaire lente
Force
0
40
60
80
100
20
0,0 0,4 0,8 1,2 1,6 2,0 2,4 2,8 3,2
Puissance(unités arbitraires)
20
30
10
0
Vitesse
Relation vitesse-force et vitesse-puissanced’une fibre musculaire rapide
Force
0
40
60
80
100
20
0,0 0,4 0,8 1,2 1,6 2,0 2,4 2,8 3,2
Puissance(unités arbitraires)
20
30
10
0
Vitesse
0,0 0,4 0,8 1,2 1,6 2,0 2,4 2,8 3,2
A cette vitesse, les fibres lentes ne produisent plus de puissance alors que les fibres rapides sont proches de leur vitesse optimale. .
Fibre rapide
Fibre lente
Puissance(unités arbitraires)
20
30
10
0
Puissance(unités arbitraires)
20
30
10
0
R + L
R
L
Vitesse
0,0 0,4 0,8 1,2 1,6 2,0 2,4 2,8 3,2
La contribution des fibres lentes à la production de puissance n’est significative qu’aux faibles vitesses et est nulle aux vitesses élevées.
Puissance(unités arbitraires)
20
30
10
0
Puissance(unités arbitraires)
20
30
10
0
Quels que soient les tests utilisés ceux ci montrent que les valeurs de puissance maximale anaérobie :
- sont supérieures chez les athlètes pratiquant des sports de puissance et de vitesse ;
- sont nettement plus faibles chez l'enfant que chez l'adulte ;
- décroissent avec le vieillissement,
- sont supérieures lorsque les épreuves sont proches des exercices réalisés à l’entraînement ou en compétition.
Les valeurs de puissance maximale anaérobie sont supérieures chez les athlètes pratiquant des sports de puissance et de vitesse (Komi et coll. 1977, Vandewalle et coll. 1987, Seresse et coll. 1989).
300
200
W / kg
20
17
14
118
0,2 0,3
12 18
kg / kg
J / kg / tour
Paramètres V , F et W de la relation force vitesse sur
bicyclette ergométrique (membres inférieurs).0 0 max
VO (tours/ min)
FO
Garçons11 à 13 ans
Hommes
Femmes
sprinteur olympique
d'après Vandewalle et coll. 1987
300
200
W / kg
20
17
14
118
0,2 0,3
12 18
kg / kg
J / kg / tour
Paramètres V , F et W de la relation force vitesse sur
bicyclette ergométrique (membres inférieurs) chez l'homme.0 0 max
VO (tours/ min)
FO
sportifs
football
hockey/gazon
cyclisme/route
cyclisme/piste
course endurance
course sprint
tennis
rugby avantsrugby arrières
niveauinternational
niveaurégional
volley-ball
garçons11 à 13 ans
d'après Vandewalle et coll. 1987 et Driss et coll. 1998
Les résultats des tests de puissance maximale sont supérieurs chez des athlètes qui sont supposés posséder une prédominance de fibres musculaires rapides. Les performances aux tests de puissance maximale sont corrélées avec le pourcentage de fibres de type rapide (généralement exprimé en pourcentage de la surface de section sur des coupes transversales de biopsies musculaires)
300
200
W / kg
20
17
14
118
0,2 0,3
12 18
kg / kg
J / kg / tour
sédentaires (M + SD)
400-800 m
heptathlon
100-200 m équipede
Franceathlétisme
Paramètres V , F et W de la relation force vitesse sur
bicyclette ergométrique (membres inférieurs) chez la femme.0 0 max
VO (tours/ min)
FO
d'après Vandewalle et coll. 1987
Puissance maximalePuissance maximale
Métabolisme anaérobie lactique
H
H
H
H
M H
HH
M H
MH
M M
M H
M M
M M
LDH1 LDH2 LDH3 LDH4 LDH5
CoeurG. Rouges
CoeurG. Rouges
CerveauRein
FoieMuscles(fibres II)
La lactate déhydrogénase est un tétramère constitué de deux types de monomères : monomères H et M.
Il existe donc cinq combinaisons possibles de ces monomères (LDH1 à LDH5) qui sont diversement réparties dans les différents organes
400-800 800-1500 1500 3000 5000 10000
0
50
100
150
200
250
-1 -1LDH4 + LDH5 (mmol.min .mg muscle)
Distance en compétition (mètres)
Coureurs Kenyans et Scandinaves(d’après Saltin et coll. 1995)
Mét. Anaérobie AlactiqueCPK
Adénylate kinase
Mét. Anaérobie LactiquePhosphorylasePFKLDH
Métabolisme Aérobie
Citrate Synthase
HAD
Aprèsentraînement
Aprèsdésentraînement
N N
+ 18 % + 17 %
N
N
N
N
+ 9 %+ 17 %+ 36 %
+ 2 %
+ 7 %
+ 36 %HM N N
d’après MT Linossier et coll. 1997
9 semaines entraînement anaérobie
La forme de la favorise le passage du
La forme de la LDH favorise le passage du
musculaire LDH pyruvate au
lactate (hypothèse non démontrée).
cardiaque lactate au pyruvate (idem).
Le pourcentage de la augmenterait après un entraînement
Le pourcentage de la “augmenterait dans le muscle après un entraînement
LDH musculaire
anaérobie.
LDH cardiaque”
aérobie.
L’ d’une de typed’une de type
après un entraînementanaérobie la production d’acide lactique.
expression LDH musculaire au lieu LDH cardiaque
faciliterait
Glucides & Lipides
AlactiqueAlactiqueAlactiqueAlactiqueAlactiqueAlactique
Capacité de travail et fatigue
relai
fatigue
L’arrêt de la production d’énergie par une des trois voies du métabolisme énergétique peut-être le résultat :
- de l’intervention des autres voies métaboliques qui prennent le ;
- de processus en rapport avec la qui limitent
! la resynthèse d’ATP ;
! L’hydrolyse de l’ATP et, par conséquent, la nécessité de sa resynthèse.
Epuisement des réserves Accumulation des produits de réaction
La fatigue s’accompagne de qui comprennent en particulier
un épuisement des réserves d’énergie et une accumulation des produits de réactions des 3 voies du métabolisme énergétique.
modification du milieu intérieur
Diminution :phosphocréatine,glycogène musculaire,(ATP)
Augmentation : ions phosphates,acide lactique,ADP
Exercices intenses et brefs à prédominance anaérobie
Réserves Produits de réaction
Capacité de travail
La quantité total de travail réalisée à la fin d’un exercice épuisant est supposé exprimer la capacité maximale d’un métabolisme (aérobie, lactique, alactique) si celui-ci assure l’essentiel de la dépense énergétique.
Ceci n’est vrai que si l’épuisement des réserves (phosphocréatine, glycogène...) est le facteur principal de la fatigue à la fin de cet exercice.
Glucides & Lipides
AlactiqueAlactiqueAlactiqueAlactiqueAlactiqueAlactique
Métabolisme anaérobie alactique
0 20 40 60 80 100
ATP
Phosphocréatine100
80
60
40
20
0
µmol/g (muscle sec)
C o n c e n t r a t i o n s d ' AT P e t d e P h o s p h o c r é a t i n e d a n s d i f f é r e n t s t y p e s d e f i b r e s m u s c u l a i r e s (muscle au repos). D'après Sant'anna Pereira et coll. 1996
% myosine IIb
I IIa IIb
Glucides & Lipides
AlactiqueAlactiqueAlactiqueAlactiqueAlactiqueAlactiqueMétabolisme anaérobie lactique
A priori, la du métabolisme anaérobie lactique peut être expliquée par :
! une limitée au glycogène ;
! un de la glycolyse anaérobie par comparaison avec le rendement de leur oxydation
(39 ATP) ;
! une du mi l ieu intér ieur accompagnant la production d’acide lactique.
faible capacité de travail
réserve d’énergie
faible rendement en ATP
acidif ication
(3 ATP par molécule de glucose)
Les musculaire ne semblent être un
chez le sujet normalement alimenté (glycogène musculaire > 1 g/100 g).
En effet, les réserves musculaires ne sont pas épuisées après un exercice unique épuisant, à prédominance anaérobie lactique.
Par contre, la concentration de glycogène musculaire pourrait être un en cas d’ et de
d’exercices anaérobies lactiques.
réserves de glycogènepas facteur limitant de la capacité
de travail anaérobie lactique
facteur limitant apports glucidiques insuffisants
nombreuses répétitions
0
4
8
12
16
20
0 10 20 30
er 1 exercice
ème4 exercice
Pédalage sur bicyclette isocinétique(100 rpm)
alimentation normale
81 % de glucides
N.S.
N.S.
-1Puissance W.kg
secondes
0
4
8
12
16
20
0 10 20 30
er 1 exercice
ème4 exercice
alimentation normale
8 % de glucides
P < 0,05
N.S.
Pédalage sur bicyclette isocinétique(100 rpm)
-1Puissance W.kg
secondes
L’acide lactique est un acide fort
majoritairement dissociée, ionisée :
- +CH -CHOH-COO + H3
L’acide lactique est sousforme
pH
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Fraction ionisée
0,0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1,0
Acide lactique (pK = 3,9)a
pH physiologique
En théorie, l’acidose musculaire peut diminuer lesperformances en agissant à différents niveaux du
processus de contraction musculaire :
- au niveau énergétique en inhibant la régénération
de l’ATP à certaines étapes de la glycolyse ;
- au niveau même des ponts actine-myosine ;
- au niveau des différentes étapes du couplageélectro-mécanique ;
- au niveau de la commande motrice.
L’inhibition de certaines enzymes de la glycolyse est un mécanisme de rétro-action négative qui pourrait empêcher la prolongation de la production d’acide lactique et l’aggravation de l’acidose cellulaires.
Inhibition de la glycolyse par l'acidose
Inhibition de la PhosphoFructoKinase
Inhibition de la Phosphorylase
Inhibition de la Glyceraldehyde Phosphate Déshydrogénase
Pour une même production d’acide lactique, le pHintra-musculaire peut être plus ou moins abaissépour les raisons suivantes :
- la concentration d’ions H+ libres dépend ausside la présence de substances tampons.
- il existe des échanges entre la fibre musculaireet les liquides interstitiels par deux mécanismes :
- diffusion de l’acide lactique non dissocié ;- transport au travers du sarcolemme ;
+Na
+K
+Na
+Na
+H-Lactate
+H
+Na-HCO3
-Cl
-HCO3
-Cl
-HCO3
+H
+ -H + HCO3 H CO2 3 CO2
H O 2
+
- +CH3-CHOH-COO + H
CH3-CHOH-COOH
- +Créatine-P + H
Créatine
Tampons
Diffusion
Transport
CH3-CHOH-COOH
CO2
Adapté d'après Juel 1998ATPATP
+H
-Lactate
-CH3-CHOH-COO + + H
CH3-CHOH-COOH
Diffusion
Transport
CH3-CHOH-COOH
Diffusionfacilitée
P r o t é i n e t r a n s p o r t e u s e transmembranaire permettant le passage de substances hydrophiles.
Le passage transmembranaire est bidirectionnel, en fonction du gradient de concentration (du coté le plus concentré vers le moins concentré).
% Fibres rapides glycolytiques0 20 40 60 80 100
Protéines MCT1 (% de MCT1 dans la portion blanche du tibialis anterior)
0
50
100
150
200
250
300
Concentration en protéines transporteuses d’acides monocarboxyliques (MCT1 sarcolemmale) dans différents types de muscles
% Fibres rapides glycolytiques0 20 40 60 80 100
Protéines MCT4(% de MCT1 dans la portion blanche du tibialis anterior)
0
20
40
60
80
100
Concentration en protéines transporteuses d’acides monocarboxyliques ( MCT4) dans différents types de muscles
Les substances tampons
+H
+ -H + HCO3 H CO2 3 CO2
H O 2
+
- +CH3-CHOH-COO + H
CH3-CHOH-COOH
- +Créatine-P + H
Créatine
Tampons
Slykes (mmol /kg.pH)
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
P<0,05
Entraînés en enduranceAvant Après
Entraînement de "sprint"
Effets d'un programme de 8 semainesd'entraînement de "sprint"sur les substances tampons musculaires.Comparaison avec des athlètes d'endurance(d'après Sharp et Coll. 1986)
Le couplage entre l’hydrolyse de l’ATP et saresynthèse à partir de la phophocréatines’accompagne ainsi d’une alcalinisation de lafibre musculaire.
En conséquence, une augmentation de lacapacité anaérobie alactique (augmentationdes réserve de phosphocréatine) devraits’accompagner d’une amélioration capacitéanaérobie lactique.
L’acidose est-elle la cause de lafatigue d’un exercice « lactique» ?
L’importance de l’acidose comme facteur déterminantl’apparition de la fatigue musculaire est contestée depuis
quelques années.
En effet, dans les exercices avec production importante
d’acide lactique, on observe des perturbationssignificatives d’autres substances (ions phosphates, ions
sodium, potassium et calcium) dans les liquides intra et
extracellulaires.
Des études récentes sur muscle isolé suggèrent que l’effet d’une augmentation des ions phosphates diprotonés (H2PO4
-) sur la production de force est nettement plus important que l’effet d’une baisse du pH.
Les effets des ions phosphates sur la production de force pourraient être expliqués :
- par leur action au niveau des myofibrilles (inhibition de l’activité ATPase) ;
- par leur interaction avec les ions calciques
(formation de cristaux de phosphates de calcium) qui perturberait différentes étapes du couplage électromécanique (réticulum sarcoplasmique, calcium cytosolique…).
Cependant, il ne faut pas oublier que la fraction des ions phosphates sous forme diprotonée dépend du pH. Les effets de l’acidose lactique pourraient donc être partiellement expliqués par son action sur les ions phosphates.
- -HPO + 4
+H H2
- PO 4
2
1
L’acidose favorise la formation d’ions phosphates diprotonés (1).
0 2 4 6 8 10pH
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
pH “physiologiques”
musculaires
- - -H PO / HPO 4 42
- -HPO + 4
+H H2
- PO 4
2
1
L’acidose favorise la formation d’ions phosphates diprotonés (1)
pK = 6,78 a
Acidose
Une de la concentration en p e u t s ’ a c c o m p a g n e r d e
(pas d’augmentation +des ions H ).
augmentation isolée ions lactates
diminutions des performances contracti les en l ’absence d’acidose
Une de la concentration en s’accompagne d’
- de la (concentration en ions),
- de la( concen t ra t i on en pa r t i cu l es dissoutes).
augmentationanions lactates
augmentations :
force ionique
pression osmotique
ADP + + + n H Phosphocréatine
ATP + Créatine
L’acidose déplace les sens de la réaction en faveur de la formation d’ATP (1).
2
1
ATP + H 0 2 ADP + + + m H P i2
1
L’acidose déplace les sens de la réaction en faveur de la formation d’ATP (2).
+ADP + Phosphocréatine + n H
ATP + Créatine
L’acidose déplace les sens de la réaction en faveur de la synthèse d’ATP (1).
2
1
ATP + H 0 2
+ADP + P + m H i2
1
0 20 40 80Age (années)
60
Hommes (Cerretelli et coll. 1968))
Femmes (Astrand , Suède 1960)
Robinson (USA, 1938)
0
5
15
10
: mmol/kg
0
50
100
20 40 60 80
Age (années)
60708090
010203040
Surface de section transversale du quadriceps% de la valeur à 30 ans
d’après Lexell et coll. 1988
1,01,21,4
0,20,40,60,8
0
Rapport des surfaces occupées par les fibres II et I (II / I)
section transversale du quadricepsd’après Aoyagi et Shephard 1992
fibres II / fibres I
Acide lactique: mmol / L
Age = 11-13 ans
Après 4 moisd’entraînement aérobie
Ericksson 1973
AvantEricksson
1973
4
0
8
12
PFK (µmol/g.min)
10
0
Ericksonn1973
20
30
40
11-13 16 32
Fournier1994
Gollnick.1973
Age (années)
Avant 6Semaines d’entraînement
2
Phospho-Fructo-Kinase (PFK)après un programme d’entraînement anaérobie
chez des garçons (11 à 13 ans)
PFK (µmol/g.min)15
10
5
0
Adapté d’après Ericksonn et coll. 1973
PFK (µmol/g.min)
10
0
20
30
16 ans (Fournier 1994)
32 ans (Gollnick 1973)
Avant 6Semaines d’entraînement
2
Adapté d’après Ericksonn et coll. 1973
Type de fibres
Naissance
1 an
6 ans
30 ans
I
40
60
59
60
IIa
30
30
21
20
IIb
10
10
20
20
IIc
20
0
0
0
Distribution des différents types de fibres musculaires en % du nombre total (d’après les données de Gollnick 1973, Bell 1980, Colling-Saltin 1980 ).
Hommes
Femmes
Fibres I Fibres IIA Fibres IIB
Valeurs moyennes et écarts-types des surfacesde section transversale des différents types defibres musculaires chez les hommes et lesfemmes adultes (d’après Glenmark et coll. 1992)
Vitesse moyenne sur 400 m
[La] 5 min après l’arrivée Sanguin-1
(mmol.L )
27
24
21
18
15
12
7,4-1
7,8 ( m.s )7,6
3 médailles d’orjeux olympiques
Meilleures françaises
JR Lacour et al. EJAP 1990, 61:172-176
Vitesse moyenne sur 400 m
7,4 7,8 8,2-1
8,6 ( m.s )
27
24
21
18
15
12
[La] 5 min après l’arrivée Sanguin-1
(mmol.L )
Kyrolaïnen et al. 1992
Faïna
Français
FrançaisesLacour
Italiens Faïna
Athlètes internationaux