Filières énergétiques

Comment notre organisme trouve-t-il de l’énergie pour contracter nos muscles et produire des mouvements ? Comment s’adapte-t-il selon le type d’effort et quelles sont ses limites ? Vous trouverez dans cet article toutes les bases physiologiques de la fourniture énergétique.

1. Les différents systèmes de fourniture d’énergie

Pour qu’un muscle puisse se contracter et créer le mouvement, l’organisme a besoin d’énergie. Celle-ci existe sous différentes sources, mais la seule que peut utiliser le muscle provient de molécules appelées ATP. C’est la scission de ces molécules qui permet de libérer de l’énergie et de réaliser des mouvements. A chaque seconde d’exercice, ce sont plusieurs milliards de molécules d’ATP qui sont régénérées.

Le souci est que l’ATP n’est présent qu’en très faible quantité dans le muscle, et l’énergie libérée ne permet uniquement de réaliser des efforts inférieurs à 1 seconde. Pour effectuer des exercices de durée supérieure, il faut donc trouver des moyens pour resynthétiser l’ATP.

L’organisme dispose de 2 grands systèmes qui permettent d’extraire de l’énergie pour resynthétiser l’ATP:

1 système qui utilise la Créatine Phosphate

filière anaérobie alactique

La créatine phosphate (CP) est un composé énergétique présent dans les muscles. C’est la décomposition de la CP qui libère de l’énergie permettant la resynthèse de l’ATP. Cette filière n’a pas besoin d’oxygène pour fonctionner (anaérobie) et ne produit pas d’acide lactique (alactique). C’est donc la 1ere voie qui va fournir de l’énergie au début d’un exercice d’intensité élevée. Elle permet d’obtenir une grande quantité d’énergie dans un laps de temps très court, mais les réserves de CP sont faibles et sont rapidement épuisées en 7 à 15s d’effort intense. Elle va donc être utilisée à pleine puissance lors de sprint par exemple. Pour réaliser des efforts de durées plus importantes, c’est l’autre grand système qui va devoir prendre le relais.

1 système qui utilise les glucides et les lipides

filières anaérobie lactique et aérobie

Les glucides et les lipides sont des nutriments apportés par notre alimentation. Ce système comprend deux filières qui sont imbriquées l’une dans l’autre et qui fonctionnent en synergie :

– La 1ère partie du système est composée de réactions anaérobie (qui ne nécessitent pas d’oxygène) qui produisent de l’acide lactique : filière anaérobie lactique

– La 2nde partie du système est composée de réactions aérobie (avec apport d’oxygène) qui ne produisent pas d’acide lactique : filière aérobie

L’avantage de ce second système, c’est que les glucides et lipides peuvent être stockés en quantité importante dans l’organisme. C’est la dégradation de ces nutriments qui va permettre d’extraire de l’énergie, et c’est donc le système principal que l’on utilise dans la vie de tous les jours pour exécuter des actions. Les glucides sont dégradés dans les deux filières alors que les lipides ne peuvent être dégradé que dans la 2ème partie de ce système, c’est-à-dire par la filière aérobie.

Regardons plus en détail le fonctionnement de ce système.

2. Le système d’oxydation des nutriments

L’énergie qui va permettre de resynthétiser l’ATP est en fait contenu dans un seul atome, le plus simple de la table des éléments, l’hydrogène (H+). Petit rappel qui ne va pas faire de mal, l’atome d’hydrogène est constitué d’un seul proton et d’un électron. Les réactions que l’organisme fait subir aux nutriments ont pour but d’extraire ce proton et son électron pour libérer de l’énergie.

Mais si l’hydrogène permet d’apporter de l’énergie, il est également responsable de l’acidité qui empêche le muscle de se contracter convenablement. Cette acidité est la caractéristique principale qui différencie les 2 filières :

– La filière anaérobie lactique va extraire les atomes d’hydrogène en créant de l’acidité, donc cette filière ne pourra être dominante que pendant un court instant. Elle a l’avantage de pouvoir être mise en place rapidement car les réactions qui la composent sont rapides et n’ont pas besoin d’attendre la mise en place du système cardiovasculaire.

– La filière aérobie va avoir les moyens, grâce à l’utilisation d’oxygène, d’extraire les atomes d’hydrogène et de récupérer leur énergie sans entraîner l’acidité de la cellule musculaire. Elle peut donc fournir de l’énergie pendant de très longues périodes, mais sa mise en place est plus longue et les réactions chimiques qui lui sont associées sont plus lentes, donc elle ne sera prédominante que si l’effort est peu intense.

Nous allons commencer par décrire la dégradation des glucides, qui est le nutriment préférentiel d’un exercice physique, car il peut être utilisé par les 2 filières, et qui nous permettra de comprendre la synergie entre ces 2 filières. Puis nous nous intéresserons dans un second temps aux lipides, qui peuvent être brûlés uniquement dans la filière aérobie, après avoir subi quelques transformations.
2.1 L’oxydation des glucides

Après digestion, les glucides sont transformés en glucose. Celui-ci est stocké sous forme de glycogène dans les muscles et le foie.

Pour être utilisé, le glucose est obligé de subir en 1er lieu les réactions de la filière anaérobie lactique : c’est la glycolyse anaérobie, qui consiste en une série de réactions d’oxydation et de dégradation du glucose. L’ensemble de ces réactions, qui rappelons le ne nécessite pas d’oxygène, aboutit à la libération d’un atome d’hydrogène et à la formation d’un composé appelé pyruvate.

Pour ne pas provoquer d’acidité dans le muscle, l’atome d’hydrogène va se lier à des transporteurs nommés NAD (NAD + H –> NADH), qui vont l’emmener dans un lieu appelé chaîne respiratoire, situé dans un organite spécialisé du muscle, la mitochondrie. Nous le verrons plus loin, c’est dans cette chaîne respiratoire que l’énergie contenue dans l’hydrogène va pouvoir être extraite. La présence de NAD est donc capitale pour que la glycolyse anaérobie puisse se produire et fournir de l’énergie.

Le pyruvate produit, quant à lui, ne va pas entrer dans la mitochondrie. Arrivé à ce stade, il y a 2 possibilités :
Si la demande énergétique n’est pas très élevée (effort d’intensité moyenne)

Le pyruvate se transforme en acétylCoA et pénètre dans la mitochondrie. L’acétylCoA va subir une série de réactions appelés  » cycle de Krebs  » qui va libérer du CO2 et des atomes d’hydrogène. Les atomes d’hydrogène vont se liés aux transporteurs NAD, qui vont les emmener, comme lors des réactions de la glycolyse anaérobie, dans la chaîne respiratoire. C’est ici que l’électron va être séparé de son proton et va être vidé de son énergie pour permettre de reformer l’ATP.

A la fin de la chaîne respiratoire, l’électron retrouve son proton et va se lier à l’oxygène pour former de l’eau (H2O). L’oxygène permet donc de ne pas entraîner l’acidité du muscle. Le NAD est régénéré par la mitochondrie, c’est à dire qu’il est libéré de son d’atome d’hydrogène : il va donc pouvoir retourner chercher d’autres atomes d’hydrogène.

=> La vitesse de dégradation des substrats dans le cycle de Krebs est lente, donc tous les H+ libérés peuvent se lier au NAD et aller dans la chaîne respiratoire. Il n’y a donc pas d’acidité produite.

Si la demande énergétique est très élevée (effort intense)

Les réactions de la glycolyse anaérobie vont tourner à plein régime, beaucoup plus vite que celles se déroulant dans le cycle de Krebs. Les transporteurs NAD ne sont donc pas régénérés assez rapidement par la mitochondrie, et ne peuvent pas prendre en charge tous les atomes d’hydrogène extraits de la glycolyse anaérobie. Les H+ s’accumulent.

Pour les mêmes raisons, tout le pyruvate produit ne peut pas se transformer en acétylCoA et passer dans la mitochondrie donc il s’accumule.

Pour aller plus vite et répondre à la demande, le NADH (transporteur NAD auquel est attaché un atome d’hydrogène) ne va alors pas passer dans la mitochondrie et va donner directement son atome d’hydrogène au pyruvate. Ainsi le NAD est régénéré plus rapidement et il peut retourner chercher d’autres H+ : la glycolyse anaérobie peut donc continuer.

Cependant, l’hydrogène en se liant au pyruvate va former de l’acide lactique, qui va se dissocier en ions lactates et H+, ce qui va entraîner l’acidité du muscle.

=> Pour que la glycolyse anaérobie puisse continuer, il faut impérativement du NAD pour emmener les atomes d’hydrogène dans la chaîne respiratoire. Lors d’un effort intense, quand le NAD n’est pas régénéré assez rapidement par la mitochondrie, on crée du lactate pour régénérer le NAD. Mais on crée aussi de l’acidité qui va bloquer la contraction musculaire en limitant le système enzymatique. Le sportif va donc devoir diminuer son effort. Il est important de noter que ce n’est donc pas directement l’acide lactique qui limite l’effort, mais bien l’accumulation d’atomes d’hydrogène.

=> La filière anaérobie lactique et la filière aérobie sont donc liées car si la glycolyse permet d’extraire des H+ en anaérobie, ces derniers ne pourront fournir de l’énergie que dans la chaîne respiratoire, c’est-à-dire dans l’espace aérobie. Le substrat qui fait le lien entre les deux filières est l’acide lactique. Il est formé pour palier à la différence de vitesse qui existe entre les deux filières.

Cet acide lactique n’est pas forcément un déchet, car sa formule chimique est similaire à celle des sucres. Une fois produit, il peut donc être réutilisé par l’organisme pour fournir de l’énergie. Il peut :

– rejoindre la circulation sanguine, et être consommé soit par le cœur qui est le 1er consommateur de lactate de l’organisme ; soit par le foie et être transformé en glycogène, soit par les muscles non sollicités par l’exercice.

– ne pas rejoindre la circulation sanguine et rester dans le muscle : il peut se retransformer en pyruvate, ou bien être consommé par certaines fibres musculaires (fibres oxydatives) situées dans le même muscle que les fibres productrices de lactate.
2.2 L’oxydation des lipides

Les lipides sont stockés sous forme de triglycérides dans les cellules graisseuses appelées adipocytes. Pour les utiliser, il faut d’abord les transformer en acide gras par une série de réactions : c’est la lipolyse.
Les acides gras peuvent ensuite circuler dans l’organisme et rejoindre les fibres musculaires. Ils vont alors être oxydés pour former de l’acétylCoA, puis vont pourvoir subir par la suite les mêmes réactions que les glucides dans le cycle de Krebs.

L’énergie extraite à partir des lipides se fait uniquement grâce la filière aérobie, et leur utilisation ne produit donc jamais d’acidité. Mais nous l’avons vu, cette filière aérobie tourne lentement et ne peut pas fournir d’énergie rapidement. De plus, la dégradation des lipides pour former de l’acétylCoA est très longue. Ces deux caractéristiques font que les lipides ne pourront jamais fournir d’énergie pour des efforts intenses.
Conclusion sur les filières énergétiques

=> Selon le type d’effort, c’est l’une ou l’autre des filières qui va être dominante pour extraire l’énergie nécessaire à la resynthèse de l’ATP. D’une manière générale, plus l’effort est long et plus l’intensité est faible, donc plus la proportion d’énergie fournie par voie aérobie est prédominante. Ci-dessous un tableau des proportions moyennes de participation des deux filières selon le type d’effort en course à pied.
Pour faire bref, l’athlète doit montrer un contrôle parfait du geste sur un nombre de répétitions important avant d’entamer un travail de force puis de puissance où la vitesse d’exécution sera plus importante.
Il en est de même pour le travail cardio-vasculaire et nous le verrons par la suite.

En regardant les courbes théoriques de ce schéma décrivant les filières énergétiques mises en jeu en fonction du temps (et de l’intensité), on peut discerner 3 parties différentes.
– Le système phosphagène (filière anaérobie alactique)
– Le système glycolytique (filière anaérobie lactique)
– Système oxydatif (filière aérobie)
Anaérobie signifie « sans apport d’oxygène » tandis que aérobie signifie « avec oxygène »
Ces trois systèmes fonctionnent simultanément à différents pourcentages mais la durée et l’intensité de l’effort détermineront quel système sera utilisé principalement.

Afin de produire un mouvement, une contraction musculaire doit avoir lieu et celle-ci se fait grâce à l’ATP (Adénosine Triphosphate) stockée dans les cellules musculaires.

Le système phosphagène

C’est l’ATP ainsi que la CP (Créatine Phosphate) qui sont utilisés pour ce type d’effort, cependant ils sont disponibles en très faible quantité dans le corps et s’épuisent très vite.
Ils peuvent seulement fournir l’énergie nécessaire pour les efforts très courts et très intenses (jusqu’à 8 à 10 secondes, 85 à 100% d’intensité), comme un snatch lourd, une série de 3 répétitions au squat ou un sprint (pour certains, faire un air squat ou une traction sera considérée comme un travail de force). Autrement dit, en développant cette filière, on cherche à augmenter la force, l’explosivité et la puissance.
Une fois que les réserves d’énergie sont vides, l’ATP devra être re-synthétisée et cela entraînera automatiquement une diminution de l’intensité pour continuer à produire un effort d’une intensité voisine, sinon Usain Bolt pourrait sprinter pendant 1h à sa vitesse de pointe, voire deux…

Le système glycolytique

Entre en jeu ce deuxième système d’énergie. Il utilise les glucides (venant du glucose sanguin ou glycogène) afin de reformer l’ATP pour apporter le substrat nécessaire à la contraction musculaire. Du lactate est produit si l’activité est maintenue, qui lui-même peut être réutilisé afin de continuer à produire le même effort. Lorsque le corps n’arrive plus à utiliser suffisamment le lactate, l’intensité diminuera. Ce système est actif sur des efforts intenses de 3 à 4 minutes mais il sera la source principale d’énergie pour les 10 à 60 premières secondes..Vous avez déjà expérimenté la sensation de brûlure, une sensation bizarre au ventre après un 800m sprint ou un for time de 2-3 minutes à base de thrusters et burpees ? Vous venez de faire un tour dans la « dark zone » et vous avez fortement mis à contribution votre filière anaérobie lactique.
Une chose est à savoir à propos de cette filière lactique, si une certaine force/puissance ne peut être maintenue sur une assez longue période par l’athlète, il ne pourra pas exposer son organisme à un travail lactique. C’est à dire que la personne n’a pas la capacité« de se faire mal ». L’impression que les temps de repos paraissent trop longs malgré qu’elle se donne à 100% démontre cette « incapacité ». Il en est de même sur le travail de force. Il vous est surement déjà arrivé de voir un athlète faire un soit disant 3RM (Répétition Max), mais pouvoir refaire la même barre après une minute de repos seulement. Dans ce cas-làl’entrainement prescrit n’est pas adapté à l’athlète puisque son expérience de l’entrainement n’est pas assez élevée pour qu’il bénéficie d’un travail de force ou d’un entrainement lactique (puissance ou endurance), s’il lui est aussi programmé.
Bien-sûr ce que je viens de décrire n’est que la théorie, en pratique c’est différent. Je vous disais que chaque système fonctionnait simultanément mais que les pourcentages mis en jeu étaient différent. Voici un exemple.

Vous pouvez alors voir que lors d’un effort inférieur à 50 secondes, soit disant de type anaérobie, sur un 400m par exemple, 43% de l’énergie sera fournie par le système aérobie, son utilisation atteint 66% sur un 800m.
Une autre étude a été faite ou plusieurs participants devaient faire des répétitions de sprint de 6 secondes sur un vélo avec 30 secondes de repos, la puissance dégagée sur chaque sprint était mesurée.
Ceux qui avaient un système ANAEROBIE plus développé pouvaient générer une plus grosse puissance sur le premier sprint on observait une déperdition de puissance à chaque sprint plus importante que pour le groupe ayant un meilleur système AEROBIE.
Bien que ce second groupe ne pouvait dégager la même puissance maximale, la déperdition de puissance liée à la répétition de l’effort était moindre
(lien vers l’étude).
Ceci nous laisse à réfléchir quant à l’entrainement des différentes filières énergétique et leur intérêt…
Vient maintenant celui qu’on attend tous, celui que l’on croit inutile (ou moins utile que les autres) pour le functional training (crossfit), le système oxydatif AKA filière aérobie AKA   , et pourtant c’est une erreur de ne pas le mettre à contribution plus souvent.

Le système oxydatif

Comme on peut le voir sur le schéma, ce système est activé h24 (bon je sais pas s’il est en marche pendant le sommeil). Il fournit l’énergie principalement pour les efforts allant de 3 minutes jusqu’à l’infini en utilisant comme carburant le glycogène mais aussi les lipides sur les efforts longs.
En développant ce système, nous devenons plus endurant, on est capable de maintenir un effort sur de plus longues durées, c’est à dire que notre endurance cardio-vasculaire et respiratoire est améliorée. Enfin, tout dépendra du type d’activité (lire : contraction musculaire)
Le système aérobie bien que souvent mal entrainé, ne se contente pas de nous fournir l’énergie pour courir un marathon ou un iron-man loin de là.

Efficience

Il permettra au cœur d’augmenter son efficience (on peut caser le mot virtuosité, ça fait stylé d’avoir un cœur virtuose) pour délivrer le sang aux organes et aux muscles. Il pourra fournir un effort moins important à chaque battement tout en éjectant la même quantité de sang.
On parlera aussi d’hypertrophie excentrique. Le ventricule gauche responsable de l’émission de sang oxygéné grossira ce qui permettra à un volume plus important d’oxygène et de nutriments d’arriver aux muscles, de ce fait il n’aura pas besoin de battre à une fréquence aussi élevée pour un même effort.
Evidemment, cela veut dire, meilleures performances mais aussi meilleure récupération.
En s’entrainant sur la bonne intensité et en respectant les bons temps de travail et de repos, on permet ces différentes adaptations.
D’après Dr. Viktor Seluyanov, nous devrions travailler autour des 120-150 BPM, une intensité plus importante entrainerait une hypertrophie concentrique, signifiant un épaississement du cœur, augmentation de la pression artérielle et une baisse du volume d’éjection systolique (volume de sang éjecté par le cœur à chaque battement).
Attention, le travail relatif au rythme cardiaque n’est valable que sur des exercices de nature cyclique (vélo, rameur, course, nage…).

Impact sur les capillaires

Un peu de termes de geek, les capillaires sont les tout petits vaisseaux sanguins qui sont connectés à tous nos muscles. Ce sont eux qui permettent d’y acheminer tous les nutriments qui leurs sont nécessaires. L’entrainement aérobie permet de créer plus de capillaires améliorant/augmentant ainsi le transport du sang et de l’oxygène ce qui permettra à l’athlète de performer plus longtemps.
Fournisseur d’ATP

Comme nous l’avons vu, le seul carburant utilisable par les muscles pour créer la contraction musculaire est l’ATP. Toutes les filières énergétiques sont capables d’en produire, cependant, la vitesse de production varie en fonction de celles-ci. Le système aérobie est celui qui produit le plus d’ATP mais cela a un coût : le temps de production.
Relation avec l’acide lactique

Lorsque l’on produit des efforts à haute intensité, du lactate (et non acide lactique) ainsi que des ion h+ sont produits.
Premièrement, le lactate n’est pas un déchet, puisqu’il peut être réutilisé pour continuer à fournir de l’énergie grâce au système aérobie ou reconverti en glucose puis en glycogène par une utilisation ultérieure.
Avant de pouvoir se faire, le lactate peut passer au travers différents processus. L’un est rapide, l’autre est plus lent. Vous vous douterez alors que le développement de la filière aérobie permettra au corps de transférer le lactate dans le processus le plus rapide afin que de l’ATP soit produit, qui lui sera utilisé comme je vous l’ai dit pour la contraction musculaire.
Le lactate en excès, accompagné de ses ions h+ seront redirigé vers d’autres fibres musculaires ce qui permettra d’abaisser le taux de lactate dans le sang des muscles engagés, et réduira donc le taux de h+.
Néanmoins, une accumulation trop importante en ions h+ va créer une acidification des cellules musculaires, ce qui va poser un problème pour la contraction musculaire. Une sensation de brulure ou de restriction accompagnera un déclin de la performance.
La clé est d’accélérer le processus de transfert de lactate et h+ grâce à un système anaérobique bien développé mais aussi en travaillant le système aérobie afin de faciliter ce processus.

Action sur le système parasympathique

Nous avons deux sous branches du système nerveux, le sympathique et le parasympathique.
Le premier, aussi dénommé « fight or flight » est actif lorsque le corps est soumis à un stress (l’entrainement, le boulot, ta copine/femme qui te prend la tête).
Le deuxième sert à contrebalancer un système sympathique trop actif.
Se concentrer sur son effort et sa respiration lors d’un effort long enduira un effet relaxant en activent cette branche parasympathique. C’est dans ces moments que l’on peut aussi être « in the zone ». On ne pense plus à rien, on continue d’avancer sur un rythme constant naturellement.C’est pour cette raison que l’entrainement en zone 1 est si bénéfique pour les gens avec un travail et une vie de famille stressante.
C’est aussi un bon moment pour travailler sur le relâchement musculaire afin d’éviter toute contraction parasite qui viendrait perturber le mouvement et ajouter une fatigue inutile.

Meilleure gestion de l’effort

Lorsqu’un athlète n’arrive pas à gérer ses efforts lors d’un wod, c’est qu’il a soit des difficultés sur le mouvement, soit qu’il n’a pas développé son endurance musculaire pour continuer de bouger, ou qu’il est parti trop vite au départ et qu’il a dû réduire sa vitesse par la suite. Le travail aérobie aidera justement cet athlète à apprendre à se gérer, connaître le rythme qu’il devrait avoir suivant la durée du wod et des exercices de celui-ci grâce aux caractéristiques dece type de travail que nous verrons par la suite : constant, maintenable et répétable.

En résumé

Ce ne sont que quelques avantages mais en somme, le travail aérobie apportera une meilleure récupération entre deux entraînements, mais aussi entre deux séries, via un transport accru de l’oxygène et l’augmentation de la capillarisation, une meilleure capacité cardio-vasculaire grâce à l’hypertrophie excentrique et aura un effet relaxant sur le système nerveux accompagné d’une baisse du rythme cardiaque au repos.
Cela ne paraît pas jouissif à première vue, mais cela voudra surtout dire, possibilité d’enchaîner plus d’entraînements intenses ! Lors que l’esprit, le système nerveux et le corps sont habitué à maintenir un effort sur une longue durée, il devient plus facile d’encaisser des entraînements à plus haute intensité.
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Chris coach Blackbox

 

 

By |2017-05-05T12:42:06+00:00mai 5th, 2017|Non classé|0 Comments

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