LES SOURCES D’ÉNERGIE DE L’ORGANISME

Introduction

            Nous savons que la vie de nos cellules et l’activité physique sont possible grâce à un potentiel énergétique bien présent dans l’organisme. Quelles sont les sources d’énergies, où sont – elles stockées ?

            Nous allons nous intéresser à l’énergie nécessaire pour la contraction musculaire.

            Les mécanismes énergétiques qui permettent aux muscles de se contracter sont connus depuis longtemps. Pour le grand public, les sources d’énergie bien connues sont les glucides (sucre), les lipides (graisse) ou les protéines. En réalité le muscle n’est pas capable de consommer ces substrats énergétiques à l’état brut. Il y a à l’intérieur des muscles des mécanismes bioénergétiques complexes qui permettent de transformer les substrats énergétiques dérivés de l’alimentation en Adénosine Tri Phosphates (ATP)*. C’est donc de l’ATP dont le muscle à besoin pour se contracter. Celui ci se trouve en quantité très faible dans l’organisme, il est donc resynthétisé en permanence par la respiration cellulaire.

            On estime que la quantité d’ATP dans l’organisme est si faible qu’elle ne permet pas de subvenir au besoin énergétique d’un 100 mètres. C’est parce que l’ATP est sans cesse renouvelé que nous pouvons courir pendant des heures.

Nous avons donc un super carburant, l’ATP, sans lequel la contraction du muscle est impossible. La quantité d’ATP dans le muscle est si faible, qu’il est renouvelé en permanence.

1 . Les mécanismes de resynthèse de l’ATP :

            La resynthèse de l’ATP s’effectue en plusieurs étapes selon le type de substrat énergétique amené jusqu’aux cellules musculaires.

            Lorsque l’ATP est utilisé par le muscle, il se transforme en ADP (adénosine diphosphate). L’ADP est théoriquement inutilisable, sauf lors d’effort très intense où il peut être transformé en AMP (adénosine monophophate).

            Pour re synthétiser l’ADP en ATP, le substrat énergétique utilisé sera dans un premier temps la Créatine Phosphate* (CP). La CP est stocker dans le muscle en quantité faible, mais plus importantes que l’ATP. En séparant le phosphate de la créatine les mécanismes bioénergétiques permettent de reconstituer l’ADP en ATP

Lorsque l’effort se prolonge encore à une intensité élevée, la CP s’épuise très vite et ne permet plus d’assurer la resynthèse de l’ATP. C’est à ce moment la que le glucose entre en jeu. Le glucose est alors pris en charge par un mécanisme enzymatique* qui permet d’aboutir à la formation de nouvelles  molécules d’ATP.

Cependant les réserves énergétiques en glucose ne sont pas non plus inépuisables. Le glucose est stocké dans le foie et les muscles sous une autre forme, le glycogène*. Le glycogène de réserve est progressivement mobilisé pour être lâchée dans la circulation sanguine sous forme de glucose.

Lorsque les réserves en glycogène sont faibles ou épuisées, notre organisme est obligé de faire appel à d’autres formes de substrats énergétiques. Ainsi, les lipides (acides gras libres* : AGL) et certaines protéines (acides aminés* : AA) sont pris en charge par un mécanisme enzymatique qui permet de transformer les AGL en ATP. En revanche les AA sont transformés en glucose car ils ne sont pas directement utilisable par le muscle comme substrat énergétique. Ce glucose ainsi synthétisé est relâché dans la sang pour être transporter jusqu’au muscle ou il sera de nouveau transformer par un processus enzymatique pour aboutir à la synthèse de nouvelles molécules d’ATP.

Lorsque l’ATP est consommé il est resynthétisé dans un premier temps grâce à la Créatine Phosphate, puis le glucose lorsque l’effort se prolonge au-delà d’une vingtaine de secondes.

Lorsque les réserves de glycogène ne permettent plus de libérer du glucose dans la circulation,  ce sont les lipides et les acides aminés qui assure la resynthèse de ATP.

Schémas récapitulatif des sources énergétiques assurant la resynthèse de l’ATP

            Nous savons désormais que notre muscle produit de l’énergie grâce à la phosphorylation de l’ATP, et que l’ATP est renouvelé par la Créatine Phosphate, le glucose circulant, les acides gras, et parfois les acides aminés.

2 . La capacité énergétique :

            Le terme capacité est employé en biologie du sport pour définir la quantité d’énergie disponible dans l’organisme. Nous disposons de plusieurs sources de substrats énergétiques dont les capacités sont très différentes.

            Nous avons expliqué que la quantité d’ATP directement disponible aux muscles est très faible, et permet de courir quelques secondes au sprint. La créatine phosphate, autre substrat énergétique, ne permet pas non plus de poursuivre l’effort très longtemps, cette dernière se voit épuisé en quelques dizaines de secondes. Il nous reste donc le glycogène, les lipides et les acides aminés.

            Les acides aminés ne sont pas non plus une source énergétique importante pour l’organisme dans la mesure ou il ne sont pas fait pour être utilisés comme substrat énergétique. Ils sont toutefois détournés à des fins énergétiques dans des conditions extrêmes. Pour que les AA soient mobilisés il faut que le glycogène soit épuisé et que la combustion des lipides devienne insuffisante. Ainsi, les AA sont transformés en substrats énergétique pour des efforts de plusieurs heures à des intensités maximales. (marathon, course cycliste, triathlon, course à étape). Bien souvent la fatigue qui attend l’athlète l’empêche de mobiliser ses AA de façon trop prononcé, cela serait préjudiciable pour sa santé, et ses performances à venir ainsi que sa capacité de récupération.

            En revanche le glycogène et les lipides sont des substrats énergétiques présent en grande quantité dans l’organisme. Ce sont donc les carburants du muscle les plus déterminants dans les sports d’endurance. En effet la quantité de glycogène stocké dans les muscles et le foie permet théoriquement de faire un effort de 1 à 2 heures à une intensité forte. Quant aux lipides ils sont présents en grande quantité, et représente une réserve énergétique qui permettrait théoriquement de courir pendant plusieurs jours. Nous disons bien en théorie, car en réalité nos muscles et notre organisme sont limités par d’autres facteurs plus complexes qui nous oblige à arrêter l’effort bien avant que nos réserves lipidiques soient épuisées.

            Nos réserves énergétiques en ATP et CP sont donc très faibles et peu déterminante de la capacité d’endurance, tandis que le glycogène et les lipides sont présents en grande quantité et permettent d’effectuer des efforts de très longue durée à une intensité modérée à forte.

Les capacités énergétiques en chiffres

Substrat énergétique	Quantité d’énergie mobilisable.	Valeur énergétique	Temps d’effort maximale théorique
ATP + CP	20  à 30 g	15 à 25 kJ 3.5 à 6 kcal	Quelques secondes
Glycogène	300 à 600 g	5 000  à 10 000 kJ ou 1200 à 2400kcal	1 à 3 heures
Lipide	Plus de 3.5kg	Plus de 130 000 KJ ou 30 000 kcal	Plusieurs jours, en théorie
Acides aminés	Substrat énergétique d’appoint en cas d’effort intense avec des réserves en glycogène basse

            Lorsque les réserves en glycogène chutent au cours de l’effort, le foie est capable de produire du glucose à partir de certains AA, mais aussi à partir de certains déchets produits au cours de l’effort (acide lactique*) et de glycérol*.

            Quant aux lipides métabolisés, ils proviennent des acides gras libres libérés par le plasma sanguins ou des triglycérides plasmatiques et musculaires. Pendant l’effort en endurance, la quantité d’AGL dans le sang augmente à mesure que chute les réserves en glycogène.

            Ce qu’il faut préciser c’est que lors d’un effort en endurance nos muscles consomment un mélange de plusieurs substrat énergétique. Il s’agit la plupart du temps d’un mixage de glucoses et lipides. Plus l’effort est long et plus ce mélange sera riche en lipides puisque le glycogène aura tendance à s’épuiser. De même que l’intensité de l’effort joue un rôle déterminant sur la composition de ce mélange. Plus l’effort est intense et plus les muscles consomment de glycogène. Les lipides ne sont pas un carburant mobilisable pour des intensités fortes.

            Plus l’effort est long et d’une intensité faible et plus le muscle consomme les lipides, plus l’effort est court et intense et plus le muscle consomme le glycogène.

L’entraînement joue aussi un rôle important sur le type de mélange utilisé par le muscle, plus on est entraîné et plus le muscle consomme facilement les lipides.

La figure ci dessus permet de visualiser la répartition des substrats énergétiques au cours d’un effort en endurance de plusieurs heures.

On s’aperçoit que les réserves en glycogène s’épuisent relativement vite. Cette déplétion de la concentration en glycogène dans le muscle est compensée par un phénomène de néoglucogenèse* qui assure la libération de glucose par le foie. Lorsque les athlètes sont très entraîné leur capacité à libérer du glucose est suffisante pour finir la compétition dans de bonne condition. En revanche, en cas d’entraînement insuffisant ou mal ciblé, l’athlète voit ses performances s’effondrer à mesure que s’épuise le glycogène musculaire et hépatique .

Quant au rôle des lipides il devient un facteur d’endurance très important dès que l’effort se prolonge au-delà d’une heure. C’est la capacité à mobiliser les lipides qui peu devenir un facteur limitant de la performance en endurance. Celle ci dépend encore une fois du niveau et de l’orientation de l’entraînement de l’athlète.

Lexique :

Acides Aminés (AA) : les AA sont le résultat de la digestion des protides. Ces derniers sont composés d’un ensemble d’AA. les AA sont composés d’un groupe carboné (CO2/H2O) qui permet de libérer de l’énergie et d’un groupe azoté qui est à l’origine de certains déchets de l’organisme. (urée, ammonium, acide urique)

Acides Gras Libre (AGL) : Il s’agit de molécules de graisse qui circulent dans le sang sans molécule de transport et qui sont détournées à des fins énergétiques.

Acide Lactique (AL) : Déchet issue de la dégradation du glycogène en énergie. L’AL peut être capté par le foie et le myocarde pour être réutilisé à des fins énergétiques.

Adénosine triphosphate (ATP) : Source d’énergie final et unique que le muscle est en mesure d’utiliser pour produire et transformer l’énergie chimique en énergie mécanique et thermique.

Créatine Phosphate (CP) :  la créatine est une molécule composé de 3 acides aminés, associer au  phosphate la CP permet de libérer de l’énergie en séparant le phosphate de la créatine.

Glycérol : C’est un produit de dégradation du glucose qui se combine à trois acides gras pour constituer des triglycérides, et qui lors de l’effort peu redonner du glucose en libérant ses acides gras.

Glycogène : Forme de stockage  dans les muscles et le foie des glucides alimentaires.

Enzyme : Ce sont des protéines particulières qui servent de moule à des réactions chimiques. Ce sont les catalyseurs de nos tissus, ils permettent le déroulement de processus de transformation ou de construction.

Métabolisme : le métabolisme comprend des processus divers tels que le stockage de l’énergie, la dépense énergétique  par différentes voies de dégradation.

Néoglucogenèse : Phénomène bioénergétique qui assure la synthèse de glucose par le foie à partir de glycérol, d’acide lactique et des acides aminés.