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Métabolismeetfilièresénergétiques

Coursdephysiologiehumaine – DEUST STAPS

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3La consommation énergétique dans les muscles

ATP

Sarcomère relâché

Sarcomère contracté

ADP + Pi

Transfert d’énergie

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Aérobie Anaérobie

Métabolisme consommant

du dioxygèneMétabolisme ne consommant

pas de dioxygène

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ADP+ Pi

ATP

Dégradation par l’organisme pour :

üMétabolisme reposüExercice modéréüExercice intense

Régénération par les différentes filières énergétiques :

üAérobieüAnaérobie lactiqueüAnaérobie alactique

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En fonction de le demande énergétique (donc de l’intensité de

l’exercice) la vitesse de d égradation de l’ATP est plus ou moins

élevée.

Le défi pour l’organisme, c’est d e pouvoir produire cette énergie

(régénérer des ATP, à partir des ADP) assez vite pour maintenir

le nombre d’ATP dans la cellule m usculaire, et donc poursuivre

l’exercice à l’intensité souhaitée.

Différentes voies métaboliques de régénération de l’ATP

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Trois grandesvoies métaboliques8

La voie de la phosp hocréatine pe rmet une pro duction d ’ATP très rap ide car la phos phocréatine stockée dan s le

cytoplasme peut transférer un groupement phosphate à l’ADP, grâce à un couplage énergétique

Les stocks cytoplas m iques de pho sphocréatine sont épuisés a u b out de quelqu es secondes d’effort d’intensité

maximale. Ils seront reconstitués à l’issue de l’effort avec consommation d’ATP.

La voie de la phosphocréatine (voie anaérobie alactique)

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La ferme ntation lactique pren d le re lai d e la voie de la pho sphocréatine, co mme en tém oigne l’au gmentation de la

concentration sanguin e d’acide lactique lor s d’un e ffort intense. Cette voie métabo lique anaéro bie per met de produ ire

seulement deux molécules d’ATP par molécule de glucose consommée.

La fermentation lactique (voie anaérobie lactique) Fermentation lactique

Les muscles font de la fermentation lactique s'il n'y a

pas assez d'oxygène.Le lactate produit peut être converti dans le

foie en pyruvate qui peut ensuite être

respiré.

11BILAN – METABOLISME DU GLUCOSE 12

Après quelques minutes d’effort,

nécessaires à l’adaptation du système

cardiovasculaire et respiratoire, les

cellules musculair es sont correctem ent

approvisionnées en dioxygène et l’ATP

est principalement produit par la

respiration cellulair e, qui permet de

produire beaucoup plus d’ATP par

molécule de glucose utilisée.

La respiration cellulaire

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Métabolisme du glucose:

1 glucose + 6 O2 6 CO2 + 6 H2O + Énergie

OXYDATION TOTALE DE MOLECULE ORGANIQUE

L’organite de la respiration : LA MITOCHONDRIE

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La respiration se divise en trois grandes phases:

1. La glycolyse

2. Le cycle de Kreb

3. La chaîne de transport d'électrons(ou chaîne respiratoire)

Glycolyse et cycle de Kreb: "déshabillage" de la molécule de glucose et extraction des électrons riches en énergie.

Chaîne de transport des électrons: Utilisation de l'énergie des électrons pour former de l'ATP.

Gradient électr ochimique ==> les ions H+ ont tendance à diffuser vers la matrice

(= force protomotrice). Ils le font en passant par des ATP synthétases.

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17Acide

lactiqueGlucose

O2CO2

H2O

Acide lactique

RESPIRATION

Pyruvate

Glucose

ATP ADP+Pi

FERMENTATION

Contraction

Couplage

Métabolisme

Muscle relâché Musclecontracté

Énergiemécanique

Énergiethermique

18Et les lipides?

Ou sont stockés les lipides?

§Dans le cytoplasme :

AG Acetyl CoA = β-oxydation

Que devient l’acetyl CoA?

Bilan : 1 AG à 16 C = 129 ATP régénérés

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Métabolisme et reconstitution de l’ATP

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21Métabolisme et reconstitution de l’ATP

Ces métabolismes interviennent de façon préférentielle selon l’intensité et ladurée d’exercice :ils sont caractérisés par

§ Leur puissance :vitesse de dégradation des substrats et donc vitesse de

régénération d’ATP

§ Leur capacité :quantité maximale d’ATP régénérés

§ Leur inertie :temps nécessaire pour atteindre un pourcentage élevé de la

puissance requise

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Processusenergétique Puissancemaximale (mold'ATP/kg/s)

Délaid'atteintedela forcemaximale

Besoin d'O2 (mmolO2/ATP)

Anaerobie

ATP 11,2 <1sec 0

PC 8,6 <1sec 0

Glu - Lactate 5,2 <1sec 0

Aerobie

Glucides 2,7 3min 0,167

Lipides 1,4 30min 0,177

Capacités finies Capacités infinies

23La production énergétique

Il existe une relation entre la

puissance mécanique fournie

pour un effort (la vitesse d’une

course, la puissance développée

sur vélo) et le temps pendant

lequel on peut maintenir l’effort

(le temps d’une course).

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La production énergétique

Cette relation puissance – temps d’effort est en relation avec les filières énergétiques utilisées au

cours de la réalisation de ces différentes performances

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Exemple en cyclisme : courbe puissance – temps de maintien (et qualités physiques associées)

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Echanges gazeuxetintensité del’exercice

Seuil Ventilatoire

27Notion de seuil lactique

Des prélèvements sanguins (oreilles, bout du doigt ou encore voie veineuse)

sont nécessaires pour déterminer ce seuil lactique, au cours d’un test

incrémenté (par paliers).

28Notion de seuil lactique

Transition métabolisme

aérobie/anaérobie :

la part de l’énergie

apportée par le

métabolisme anaérobie

(lactique) augmente

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Notion de seuil lactique

C’est un repère utilisé à l’entraînement, comme peut l’être

VO2max

On repère la FC c orrespondant au seuil lactique, et on

prescrit l’entraînement en fonction de cette FC

30Réponse ventilatoire à l’exercice

La transition aérobie – anaérobie = critère d’endurance,

complémentaire de VO2max (elle détermine la capacité à utiliser le% le plus élevé possible de consommation d’oxygène sa nsaccumulation excessive de lactate).

§ liée à l’aptitude aérobie du muscle.

§plus sensible aux influences de l’entraînement que leVO2max.

§ Le seuil lactique/ventilatoire = un paramètre important pour le

contrôle de l’entraînement en endurance.

31Réponse ventilatoire à l’exercice

Le centre régulateur de la respiration :

dans l’encéphale, sous le cortex = bulbe rachidien

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Réponse

ventilatoire à

l’exercice

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Récepteurs

chimiques

Réponse ventilatoire àl’exercice

PCO2

Centre inspiratoire du bulbe rachidien

Contraction Muscles inspiratoires : inspiration

Récepteurs pulmonaires à l’étirement

Centre expiratoire du bulbe rachidien

Relâchement Muscles inspiratoires : expiration

34Réponseventilatoireàl’exercice

Respiration et métabolisme énergétique

seuil ventilatoire :

Exercice modéré : augmentation linéaire de la ventilation avec l’intensité de l’exercice.

A partir d’un certain seuil, changement dans la relation VE-vitesse : seuil ventilatoire

La demande énergétique devient supérieure à la production énergétique aérobie

Donc ?

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Réponseventilatoireàl’exercice

Accumulation d’acide lactique (acide : variation pH)

Pour éviter cette accumulation acide, réaction biologiqueéquilibres :

acide lactique + bicarbonate de sodium lactate de sodium + eau + CO2

Chémorecepteurs périphériques : PCO2

Augmentation disproportionnée de la ventilation

36Réponse ventilatoire à l’exercice

§ Concordance seuil ventilatoire – seuil lactique

Evolution de la concentration en lactates sanguins au cours d’un test incrémenté maximal

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Réponseventilatoire àl’exercice

Récupération plus rapide lorsqu'elle est active