La variation des stocks énergétiques à l’effort

Cet article est le numéro 3 sur 7 du dossier Adaptation énergétique à l'entraînement
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    Fluctuation de l’énergie disponible à l’entraînement

    variation des stocks énergétiquesLes stocks disponibles en énergie (utilisables) varient évidemment en fonction de l’utilisation que l’on en fait, mais également par rapport à l’alimentation. Les variations, durant les efforts, s’appellent déplétion (baisse). Durant la récupération, elles se nomment réplétion (remplissage).

    Ces déplétions-réplétions fluctuent par rapport à la difficulté de l’effort (la charge ou la vitesse de déplacement) et de la durée. L’intensité va permettre de définir quels types de stocks vont être utilisés (dans quelles proportions) et la durée va définir la quantité qui sera utilisée.

    LA DÉPLÉTION ÉNERGÉTIQUE

    La déplétion énergétique (baisse des réserves énergétiques) est plus ou moins importante en fonction de l’intensité de l’effort physique et de sa durée. Cette baisse des réserves sera fonction de la réserve elle-même (glucose, lipide, acides aminés, ATP, etc.) dont chaque type peut varier plus ou moins rapidement et profondément à des intensités et des volumes différents. Cela dépend également de la source de ces réserves (muscle, foie, lipides, etc.).

    Durée maximale de la performance

    Le niveau initial des réserves (toutes réserves confondues) est suffisant pour atteindre l’état de consommation basale (au repos) multiplié par 10 ou 12 et le maintenir ainsi durant 1 à 2 heures. Au niveau théorique, un marathonien international pourrait courir durant 147h à la vitesse de sa meilleure performance (JR Poortmans, 1986).

    Bien évidemment, cela reste théorique, toutes les réserves ne sont pas mobilisables en une fois (sans apport de nutriments permettant de les utiliser) et la baisse de certaines hormones (telle que la testostérone) indique un état de fatigue au cerveau qui arrêtera l’exercice bien avant ces 147h. Néanmoins, cette manière de voir est intéressante pour comprendre que la limitation de la durée de l’effort n’est pas due à la capacité énergétique de l’organisme, mais plutôt à la manière de l’utiliser (notion de rendement, de vitesse d’utilisation).

    Dans la réalité, à 80% de la VO2max, l’activité atteindra 1h30 à 2h00 d’énergie (Costill, 1971). De la même manière, comme nous le verrons, ce n’est pas le manque de respiration (apport de l’oxygène par la respiration) qui créait l’arrêt de l’effort et le remboursement de la dette en oxygène (Cazorla, 2000), mais plutôt des limitations internes.

    Limitations par l’ATP

    Pour se contracter, le muscle n’utilise qu’une seule source d’énergie : l’ATP. En dégradant (phosphorylant) cette molécule, nous obtenons de l’ADP et un Pi (Phosphate issue de l’hydrolyse de l’ATP). Toutes les sources de matière première aboutissent à cette ATP qui pourra être utilisée pour libérer son énergie mobilisable par les muscles.

    Ainsi, lors de l’utilisation de l’ATP, il est nécessaire de maintenir les concentrations dans la cellule musculaire pour que celle-ci puisse continuer son activité. Il a ainsi été montré que la baisse de concentration ne passe que très rarement sous le seuil de 50%.

    A: Bogdanis, 1998 – Cheetha, 1986 B: Hirvonen, 1987 (source Colloque Bruxelles, 2004. Cazorla & Léger)

    Nous observons bien (Courbe B) l’apport d’une autre filière énergétique après 60 mètres de course (la filière AL apportant plus d’énergie que durant les 60 premiers mètres).

    Cette déplétion est identique pour les mouvements toniques (concentrique ou excentrique, Bonde, 1972; Katz, 1986). Par contre il y a des disparités au sein même des fibres.

    En fonction des fibres musculaires

    Ainsi les fibres de type II proposeront une déplétion plus importante que les fibres de type I (Soderlund, 1991). Durant un effort sous compression (restriction de l’arrivée sanguine donc de l’oxygène), cette différence entre fibres musculaires est accentuée (39% de déplétion en plus pour les fibres de type II contre 19% de surplus de déplétion pour les fibres de type I, Greenhaff, 1993).

    De plus, Hilber (2001) et Sun (2001) nous montrent qu’un effort  anisométrique peut engendrer jusqu’à 9 fois la consommation d’un effort isométrique (pour un raccourcissement de 10% de la longueur du muscle).

    Comme nous l’avons observé précédemment, l’organisme utilise 2 types de mécanismes énergétiques: les mécanismes de défense (survie) et les mécanismes de fonctionnement (endurance). Les phénomènes de fuite ou de défense correspondent aux filières anaérobies (sans oxygène), permettant des efforts importants sur des temps très courts (on réussit ou on meurt). La vie (fonctionnement aérobie) est orientée sur la longue durée (Aérobie).

    Oswald (1978) nous présente une courbe de fonctionnement qui n’a pas été remise en cause dans ses principes généraux :

    Les courbes de dépense de l’énergie lors des efforts intenses

    Schéma 1

    En se basant sur la vitesse d’un athlète et en fonction de la durée de la course, nous arrivons à connaître les phénomènes énergétiques impliqués dans son activité physique.

    Chaque plateau de courbe correspond à la puissance de la filière considérée. La totalité de la courbe d’une filière est la capacité de celle-ci. Pour connaître la capacité d’une filière à une vitesse donnée, il suffit de considérer uniquement la partie de la courbe au-dessus de cette filière.

    La courbe Noire est la filière Anaérobie Alactique. La courbe orange est pour l’Anaérobie Lactique et la verte correspond à la courbe Aérobie.

    Démarrage de chaque filière énergétique

    Comme nous le voyons, toutes débutent dès le démarrage de l’activité physique (les différentes filières énergétiques ne sont pas des phénomènes dissociés, elles sont simplement plus ou moins prépondérantes dans la création d’énergie nécessaire au fonctionnement musculaire). Nous parlons de séparation de filières par commodité.

    Ainsi, avant le point 1, nous sommes en prépondérance Anaérobie Alactique, après ce point 1, en majorité  Anaérobie Lactique. Après le point 2, nous sommes en Aérobie. Comme nous le voyons, en dehors de la très longue durée, l’organisme n’est jamais sur une seule filière : toutes participent à l’effort. Nous justifions donc uniquement l’utilisation relative d’une filière par rapport à d’autres.

    De plus, ces courbes ne sont pas figées dans le temps. Ainsi, après un long effort sous maximal, nous pouvons effectuer un effort intense (fin de course par exemple) où ce schéma se remet en action, avec une vitesse maximale plus faible et une réduction des phases de plateau (puissance maximale du moment et non absolue).

    Une autre manière d’observer le fonctionnement de ces 3 filières énergétiques est la quantité d’énergie utilisable instantanément en fonction de la source énergétique. Nous parlons toujours (comme pour la vitesse sur le schéma 1), de potentiel par rapport à une activité maximale.

    Par exemple, l’activité maximale AA est de 15 secondes. Néanmoins, lors d’efforts sous-maximaux, les stocks peuvent amener une activité jusqu’à 1 minute (tout dépend donc de l’intensité de l’effort). L’énergie fournie par cette filière, bien qu’existante, devient ultra minoritaire dès que la filière AL atteint un certain seuil.

    Schéma 2 (colloque Bruxelles, Cazorla&Léger, 2004)

    À quoi sert l’ATP durant un effort physique ?

    Zhang (2006) a montré que seule 20% de la consommation d’ATP était utilisée pour l’association Actine/Myosine, donc pour l’activité de raccourcissement. Poortmans (2009) suppose que la part la plus importante de la consommation d’énergie va au transport du Magnésium et du calcium intracellulaire (le retour de ces composites vers leurs lieux de stockage nécessite de l’énergie).

    LA RÉPLÉTION ÉNERGÉTIQUE

    Après un exercice, quelle que soit le type de fibre musculaire, la réplétion (retour à la normale du stock ou de la concentration) de l’ATP est quasi complète en 5 minutes (chiffre pouvant descendre à 3 minutes pour les exercices les plus intenses et les moins longs).

    Mais comme nous l’avons vu, cette ATP est en quantité trop faible pour avoir un quelconque intérêt seule. Il est également nécessaire de reformuler les différentes matières premières pouvant apporter de l’ATP pour les activités futures.

    La récupération va donc dépendre du type de source énergétique (la filière) et de la durée de l’effort (à quelle grandeur le stock a été utilisé). c’est ce que nous ferons pour chacune des filières énergétiques.


    Cet article fait partie du recueil 2011-2012


    L’énergie
    Filière anaérobie alactique
    Anaérobie Lactique
    Aérobie
    Réplétion du glucose


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      A propos de Sébastien BÊME

      Préparateur physique depuis +20 ans. De formation Staps, diplômé BPJEPS AGFF, Certifié CrossFit Level 1, Gymnastics et Weightlifting. Formation CrossFit Judge et Scaling Auteur de nombreuses publications et propriétaire des sites internet www.gymsante.eu (et ses déclinaisons), www.fuck-genetics.fr et www.etre-conscient.com

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