Situations de challenge m...

- Le jeûne

- La naissance

- L’exercice musculaire

Situations de challenge métabolique

Substrats énergétiques

Glucose

Utilisable par tous les tissus

Certains tissus n’utilisent que le glucose (cerveau) : 120 g/jour

Acides gras

Utilisation par le foie, les muscles, le coeur

Le cerveau n!’utilise pas d!’acides gras (barrière hémato-encéphalique)

Corps cétoniques

Composés hydrophiles formés lors de l!’oxydation des acides gras et pouvant être utilisés par le cerveau

PROBLEME CENTRAL

Maintenir un apport de glucose constant aux tissus

dépendants de ce substrat

Réserves énergétiques de l!’organisme

Carbohydrates

Lipides

Protéines

Quantité pour une personne

de 65 kg

Equivalent

énergétique

Réserves

Glucose libre

Glycogène

Triglycérides

12 g

450 g

15 kg

12,5 kg *

0,2 MJ

550 MJ

210 MJ

7,65 MJ

30 min

18 h

55 j

21 j

Les différentes phases du jeûne

1- Période post-absorptivecommence quelques heures après la consommation d’un repas lorsque le contenuintestinal a été absorbé

2- Jeûne courtSuccède à la période post-absorptiveJeûne de 1 à 3 jours chez l!’homme

3- Jeûne intermédiaireJeûne de 3 jours à 3 semaines chez l!’homme

4- Jeûne prolongéAu delà de 3 semaines

Les modèles expérimentaux

Modèles humains :

• Jeûne total : données expérimentales obtenues après quelques jours de jeûne

• Grévistes de la faim Irlandais : 60/70 jours de jeûne

• Quelques données chez l!’obèse : 200 à 300 jours de jeûne

Modèles animaux

• manchot royal

• Oiseaux migrateurs

• Rongeurs (rat)






Utilisation des substrats énergétiques en période post-absorptive

Glucose

Tissus glucodépendantsCerveau, rétine, médulla rénale, hématies

Glucose

Glucose

! Glycogénolyse

Glucose

Utilisation des substrats énergétiques en période post-absorptive

Glucose

Tissus glucodépendantsCerveau, rétine, médulla rénale, hématies

Glucose

! Glycogénolyse

! Néoglucogenèse

Contrôle de la néoglucogénèse

La diminution de la concentration plasmatique d! ’insuline etl! ’augmentation de la concentration plasmatique de glucagon entraînentune activation de la voie néoglucogénique

Les substrats néoglucogéniques :

Acides aminés : alanineLactateGlycérol






1- Intensification de la néoglucogenèse

A partir principalement d!’acides aminés dits glucoformateurs : alanine, glutamine

Jeûne court

2- Protéolyse musculaire intense

Due à la chute des concentrations plasmatiques d!’insuline

exemple : 1,75 g de protéines donnent 1 g de glucose. 210 g de protéines pour le fonctionnement du cerveau en une journée

besoin d!’adaptations pour économiser les protéines musculaires

1- Utilisation de substrats de remplacement : corps cétoniques

en particulier par le cerveau, acides gras. Conséquence : La production hépatique de glucose décroit

Adaptations métaboliques mises en place pour économiser

la protéolyse musculaire

3- Utilisation d!’autres précurseurs pour la néoglucogenèse : lactate

2- la lipolyse augmente : le glycérol devient un important substrat glucogénique

4- Les corps cétoniques pourraient s!’opposer à la protéolyse

musculaire

Utilisation des substrats énergétiques lors de l!’adaptation au jeûne

! NéoglucogenèseGlucose

Tissus gluco-dépendantsCerveau, rétine, médulla rénale, hématies

TG

Acides gras

! Lipolyse

Lors d! ’une période de jeûne, on observe une chute de l! ’insulinémie et une augmentation des concentrations

locales de catécholamines dans le tissu adipeux.

AGAGAG

TG

Gouttelette

de triglycérides

Récepteur aux catécholamines

Phosphodiestérase

AMP

Récepteur à l!’insuline

+

ATP AMPc

Adénylate cyclase

Protéine kinase A

Régulation de la lipolyse

LHS

Périlipine

P

P

PP

Utilisation des substrats énergétiques lors d’un jeûne court

NéoglucogenèseGlucose


TG

Acides gras ! Oxydation

des AG

! Oxydation

des AG

Lipolyse

! Oxydation

des AG : cétogenèse

Utilisation des substrats énergétiques lors d’un jeûne court

Néoglucogenèse

Glucose


TG

Fatty acids

Fatty acids " CO2

! Oxydation

des AG

Lipolyse

! Cétogénèse(Corps cétoniques)

Corps cétoniques

Corps cétoniques " CO2

Utilisation des substrats énergétiques lors d’un jeûne intermédiaire

TG

Acides gras

CO2

CO2

alanineglutamine

NH3

glycérolalaninelactate

Hématies

Médulla rénaleCorps cétoniques

Substrats

néoglucogéniques

Glucose


1- Période post-absorptivecommence quelques heures après la consommation d’un repas lorsque le

contenu intestinal a été absorbé

2- Jeûne courtSuccède à la période post-absorptive

Jeûne de 1 à 3 jours chez l!’homme



• étudié chez l!’animal

• jeûne intermédiaire se caractérise par :Réduction de la glycémieÉlévation des concentrations plasmatiques d!’acides gras et de corps cétoniques circulantsBaisse du catabolisme protéique qui se maintient à un niveau faible

• jeûne prolongé se caractérise par :Augmentation de la concentration plasmatique de glucoseDiminution des concentrations d!’acides gras et corps cétoniques circulantsAugmentation du catabolisme protéique

• reprise de l!’activité motrice

Jeûne prolongé

Une situation exceptionnelle : la naissance

Nourri continuellement par lecordon ombilical :Utilise essentiellement du glucose(métabolisme oxydatif).

La fourniture de substrat cessebrutalement.Le nouveau-né est confronté àune période de jeûne glucidiqueplus ou moins longue suivie d ’unrégime plutôt riche en graisse.

BESOINS EN GLUCOSEELEVÉS :

(cerveau: 12% du poids ducorps versus 2% chez l’adulte)

Glucides LipidesProtéines

« Régime »foetal

Composition du lait

Femme Brebis Truie Ratte

% d

es c

alor

ies

tota

les

0

0,5

1G

lycé

mie

(g/l

)

Heures après la naissance

0 4 8 12 16

Evolution de la glycémie chez le rat nouveau-né

Première adaptation : Mobilisation rapide des stocks de glycogène

0

50

100

mg d

e gly

cogèn

e/g d

e fo

ie


0 4 8 12 16

0

50

100


0 4 8 12 16

Deuxième adaptation : Mise en route de la gluconéogénèse

Cap

acit

é g

luco

néo

gén

ique

du f

oie

(unit

és a

rbit

rair

es)

Act

ivit

é de

la P

EP

CK

(unit

és a

rbit

rair

es)

0

1,5

3


0 4 8 12 16

Troisième adaptation : Mise en route de la beta-oxydationhépatique et de la production de corps cétoniques

Corp

s cé

toniq

ues

pla

smar

iques

(mm

ol/

l)

0

0,5

1

Aci

des

gra

s pla

smat

iques

(mol/

l)

0

1

2

0 2 4 6

Effets d’un blocage de l’oxydation hépatique des acides graschez des rats nouveau-nés allaités (I).

Corp

s cé

ton

iqu

es p

lasm

atiq

ues

(mm

ol/

l) Allaités

Allaités+ McN 3716

McN 3716 McN 3716 + TCM

Allaités+ McN 3716

+ TCM

0

2

4

0 2 4 6

Effets d’un blocage de l’oxydation hépatique des acides graschez des rats nouveau-nés allaités (II).

Gly

cém

ie (

mm

ol/

l)

Allaités

Allaités+ McN 3716

McN 3716 McN 3716 + TCM

Allaités+ McN 3716

+ TCM

0

2

4

0 2 4 6

Effets d’un blocage de l’oxydation hépatique des acides graschez des rats nouveau-nés allaités (III).

Glu

con

éogén

èse

(mm

ol/

l) Allaités

Allaités+ McN 3716

McN 3716 McN 3716 + TCM

Allaités+ McN 3716

+ TCM

Nouveau-né humain de 24 heures, 6h après la dernière tétée

Acides gras Corps cétoniques Glycémie

Vitesse de

renouvellement

(µmol/min/kg)

0.95 ± 0.1

0.34

1.25 ± 0.2

0.15

4 ± 0.06

4.2

15 ± 1

5

5.2 ± 0.5

1

27 ± 2

11

Concentration

(mmol/l)

Valeurs chez un adulte 48h à jeun

Quels sont les facteurs responsables de ces variations?

0

75

150


0 4 8 12 16

Insu

line

pla

smat

ique

(µU

/ml)

0

0,5

1

Glu

cagon p

lasm

atiq

ue

(ng/m

ll)

Stress fœtal (hypoxie) ==> adrénaline + noradrénaline ==> inhibition de la sécrétiond ’insuline, activation de la sécrétion de glucagon :

Quelles sont les adaptations métaboliques mises en jeu?Le fœtus stocke de grande quantité de glycogène pendant le derniertrimestre de la gestation et des triglycérides dans son tissu adipeux.Le nouveau-né humain est un des nouveau-nés les plus gras à lanaissance

Stress fœtal (hypoxie) ==> adrénaline + noradrénaline ==> inhibition de la sécrétion d ’insuline,activation de la sécrétion de glucagon :

- Glycogénolyse- Activation de la gluconéogenèse==> production hépatique de glucose

- Lipolyse dans le tissu adipeux blanc ==> libération d’AGL et de glycérol dans la circulation- Activation de la ß-oxydation et de la cétogénèse hépatique ==> libération de corps cétoniques pourle cerveau==> épargne de glucose (les besoins en glucose sont élevés alors que la masse musculaire permettantde fournir des précurseurs gluconéogéniques est faible).

- Chez le nouveau-né, un intervalle entre deux tétées (environ 5-6h) correspond en termesd’adaptations énergétiques à un jeûne de 48h chez l ’adulte.

- Les nouveaux-nés prématurés, qui n ’ont pas stocké de glycogène hépatique et de lipides sont à risquede développer des hypoglycémies néonatales.

L’exercice musculaire

D’un point de vue énergétique, il existe différents types de fibres musculaires.

Fibres glycolytiques (blanches) II Fibres oxydatives (rouges) I

- Vitesse de contraction Rapide Lente

- Capacité glycolytique Elevée Faible

- Capacité oxydative (mitochondries) Faible Elevée

- Réseau capillaire Pauvre Dense

- Myoglobine Faible Elevée

- Réserve de glycogène Elevée Modérée

- Type d ’exercice Intense, rapide Longue durée(saut, sprint)

Exercice court et intense : Sprint

Puissance élevée : 100m : 6 kcal =>10s, 36Kcal/min (50000 Kcal/jour!!)

Mise en jeu des fibres rapides glycolytiques (conduction nerveuse rapide, mise en jeu dpresque toutes les fibres, cycles contraction/relaxation très courts).

Energie immédiatement disponible :- ATP régénéré par l’hydrolyse de la phosphocréatine:H+ +ADP + phosphocréatine => ATP + créatine.Ce système peut assurer 5-10 s de contraction.

• Le glucose est le seul substrat pouvantfournir l'énergie nécessaire à laformation de l'ATP en anaérobie (5% dela quantité totale d'énergie produite parson métabolisme aérobie).

• L’origine du glucose (glucose-6-P) est leglycogène, dégradé après quelquessecondes d’exercice.

• Mais production d’ions H+ et baisse dupH intracellulaire ==> arrêt de lacontraction.

Exercice en endurance

Marathon: 42,2 km : 2800 kcal =>2h 15 min, (20cal/min)Mise en jeu des fibres lentes oxydatives.- Après une phase initiale anaérobique, les adaptations circulatoires et ventilatoirespermettent d’augmenter les apports en oxygène de 0,3 à 3-4 L d’oxygène par minute.- Multiplication du débit cardiaque (fréquence + volume d’éjection) par 4-5 (de 5 L à25 L/min).-Augmentation de la fréquence respiratoire.-Redistribution du débit sanguin vers les muscles (de 1 L/min à 20 L/min)

ATP

Créatine

Glycolyse

anaérobie

Métabolisme

aérobie

2s 10s 90s

Durée de l’exercice

Anaérobie Aérobie

Les acides gras libres

-La phase aérobique permet l’oxydation du glucose mais également des acides graslibres.

- L’utilisation des acides gras libres commence vers 10 min et augmenteprogressivement avec la durée de l’exercice pour atteindre 60% des besoinsénergétiques après 3 heures.

- L’utilisation des acides gras libres est favorisé par la chute intracellulaire dumalonyl-CoA et par une lipolyse qui atteint son maximum après 2-3 heures d’effort.

- L’utilisation des lipides permet une épargne du glycogène, indispensable pour lapoursuite de l’effort (rôle anaplérotique).

Dépassement des capacités aérobies : la notion de VO2 max

VO2 max : Volume maximal d’oxygène prélevé au niveau des poumons et utilisé par les

muscles par unité de temps (35-50 ml/min/kg).

Lors d’un effort qui dépasse les 50-70 % de VO2 max, le seuil aérobique est dépassé et la

filière anaérobique lactique est sollicitée, conduisant après quelques minutes à l’arrêt de

l’effort. .

La VO2 max peut être considérablement augmentée par l’entraînement et le seuilanaérobique retardé jusqu’à 90% de la VO2 max chez des sportifs exceptionnels.

Les concentrations circulantes de lactate

Puissance (Watt)

Lact

ate

san

gu

in (

mm

ol/

L)

1

5

10

Le lactate produit pendant l’exercice devra être oxydé à l’arrêt de l’exercice,

entraînant une «!dette!» d’oxygène.

0 100 200 300

Et le glucose circulant ?

Glucose

La contraction musculaire s’accompagne d’une augmentation du captage du

glucose circulant. Le recrutement des transporteurs GLUT 4 à la membrane n’est

pas dans ces conditions dépendante de l’insuline et pourrait impliquer l’AMP-

activated protein kinase.

La production hépatique de glucose

Afin de maintenir l’homéostasie glucidique lors de l’exercice prolongé:

# La glycogénolyse est stimulée.

#La gluconéogénèse est également stimulée.

Elle utilise :

-Le lactate provenant du métabolisme anaérobie du glucose.

-Le glycérol provenant de la lipolyse.

-L’alanine dans les efforts très prolongé où une protéolyse se met en place.

Lactate

Alanine

GlucoseTG Glycérol

Quels sont les mécanismes régulateurs mis en jeu ?

L’exercice musculaire est un stress : augmentation des concentrations circulantes

de catécholamines :

# Adaptations circulatoires et respiratoires.

# Modifications des sécrétions pancréatiques : baisse del’insuline et augmentation

du glucagon favorisant la glycogénolyse et la gluconéogenèse hépatiques et la

lipolyse dans le tissu adipeux.

Quels sont les mécanismes régulateurs mis en jeu ?

Adaptations musculaires locales :

# Baisse de l’ATP, augmentation de l’AMP (quelques secondes). Activation du

transport de glucose par mobilisation de GLUT4. Activation de la glycogène

phosphorylase. Activation de la glycolyse.

#Augmentation des concentrations cytoplasmiques de calcium (quelques secondes).

Activation de la glycogène phosphorylase.

#Vasodilatation des capillaires permettant un apport accru d’oxygène et de

substrats.

#A plus long terme, diminution des concentrations de malonyl-CoA. Augmentation

de la ß-oxydation.

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