L’activité physique nécessite une sollicitation accrue des ressources énergétiques de l’organisme. Le challenge pour l’organisme est de maintenir l’homéostasie glucidique des organes non impliqués dans l’effort tout en maintenant le renouvellement de l’ATP musculaire permettant le prolongement de l’exercice.
Les adaptations métaboliques à l’effort (exercice et entraînement) dépendent des conditions dans lesquelles il est réalisé, de son intensité, de sa durée et de l’état initial des stocks d’ATP.
Les sources énergétiques
Selon le type, l’intensité et la durée de l’exercice physique, différentes sources énergétiques peuvent être sollicitées.
- La voie anaérobie alactique (créatine phosphate) est requise pour des exercices courts et/ou très intenses (initiation d’exercices, sauts, etc.).
- La voie anaérobie lactique est sollicitée pour des exercices plus longs ne dépassant pas 3 minutes (course: 100 à 800 m, natation: 100 à 200 m).
- La voie aérobie est mise en jeu lors d’exercices de longue durée (10 000 m, semi-marathon, marathon et ultra-marathon). Pour des exercices de durée intermédiaire, les voies lactique et aérobie coexistent.
Les adaptations métaboliques à l’entraînement aérobie
Les stocks musculaires de glycogène et de lipides sont continuellement sollicités lors d’un travail en conditions aérobies (endurance).
——- l’entraînement améliore
- la capacité du muscle à stocker le glycogène et les triglycérides.
- Il améliore également la capacité à oxyder les nutriments en augmentant d’une part le stock mitochondrial, et d’autre part la concentration et l’activité des enzymes impliquées dans le cycle de Krebs et dans la beta-oxydation des lipides.
Le « crossover concept » (d’après Brook et Mercier, 1994)
L’entraînement déplace le croisement vers la droite. Ainsi, l’oxydation des lipides devient la voie majeure de production de l’énergie. Les lipides permettant de fabriquer davantage d’ATP que les glucides, l’aptitude physique est améliorée. À l’inverse l’activation du système nerveux sympathique (SNS) le déplace vers la gauche.
Lorsqu’un athlète réalise un exercice, la balance d’utilisation des substrats énergétiques dépend de l’interaction entre les effets de l’entraînement et l’intensité de l’exercice.
Au repos, les acides gras sont la source majeure d’énergie pour le muscle. Lorsque l’intensité de l’exercice augmente, la part des lipides diminue au profit des glucides, sous l’influence du système nerveux sympathique (« crossover concept », ).
Chez un sportif entraîné, des adaptations cellulaires facilitent l’oxydation lipidique et réduisent l’activité du système nerveux sympathique. Les acides gras étant plus énergétiques que le glucose, cela permet de réaliser un exercice de plus longue durée et l’aptitude physique est ainsi améliorée.
Les adaptations métaboliques à l’entraînement anaérobie
Ce type d’entraînement permet d’augmenter la capacité de la voie anaérobie alactique, en augmentant les réserves de créatine phosphate ainsi que l’activité des enzymes clés de ce système énergétique (notamment de la créatine phosphokinase).
Un entraînement anaérobie permet en outre d’accroître le stockage de glycogène intramusculaire.
Toutefois, le problème du métabolisme anaérobie lactique est la production de grandes quantités d’acide lactique, qui induit une baisse du pH musculaire et donc une baisse de son efficacité. En effet, au-dessous d’un pH de 6,9, les enzymes de la glycolyse commencent à être inhibées. C’est un exemple de rétroaction négative.
L’entraînement en conditions anaérobies permet d’améliorer le pouvoir tampon du muscle, c’est-à-dire sa capacité à maintenir le pH autour d’une valeur stable. Des ions bicarbonate ou phosphate se lient aux ions H+, ce qui a pour effet de limiter l’acidité musculaire et de retarder l’apparition d’une concentration critique en H+, à l’origine de l’acidose et de la fatigue musculaire. Le gaz carbonique (CO2) est ensuite éliminé au niveau des poumons, grâce à l’hyperventilation.
Les ions H+ sont également extrudés de la cellule grâce à un cotransporteur lactate–H+ appelé MCT4 (Monocarboxylate Transporter), et à un antiporteur NHE1 (Na+-H+ Exchanger), dont l’expression et l’activité augmentent lors de l’entraînement. Enfin, le tamponnage par les ions bicarbonate est d’autant plus efficace que l’entraînement augmente le taux de cotransporteur NBC (Na+-Bicarbonate Cotransporter).
