Processus physiologiques mis en place durant l’exercice

Qu’il s’agisse d’une simple activité physique ou d’un exercice plus intense, l’organisme est sujet à des adaptations physiques durant (augmentation des dépenses énergétiques) et après l’exercice (restauration des réserves principalement en glycogène (1), réparation des tissus endommagés et, si l’activité est intense et pratiquée régulièrement, augmentation de la masse musculaire).
De manière plus précise, lorsqu’une activité demande un effort physique les aspects physiologiques vont être modifiés, ceux-ci concernent principalement les fonctions respiratoires et circulatoires :

● Le débit cardiaque augmente suite à une amplification de la fréquence cardiaque (combien de fois par minute le cœur se contracte, en général au repos elle est de 72 battements par minute) et du volume éjecté durant chaque contraction.
● Augmentation de la fréquence respiratoire : nombre de cycles respiratoires (inspiration et expiration) par minute. Au repos elle est d’environ 12 cycles par minute.
● Eventuellement élévation du taux d’acide lactique : l’acide lactique est produit lorsque l’activité dépasse une certaine intensité et nécessite la production d’énergie de façon anaérobique (voir ci-dessous). Sa production a pour effet de diminuer le pH au niveau des muscles.

Ces processus physiologiques sont le résultat de changements se produisant à l’échelle cellulaire : la contraction musculaire. Lors d’une augmentation de l’activité physique, les muscles vont nécessiter des apports plus élevés en énergie de façon à permettre leurs contractions. La seule forme d’énergie utilisable par la cellule, y compris la cellule musculaire, est l’adénosine triphosphate (ATP). L’ATP est générée à partir de la dégradation du glucose et ceci peut se faire selon trois chemins métaboliques (voies) en fonction de la quantité d’énergie nécessaire (donc de l’intensité et la durée de l’exercice).
La voie aérobique est empruntée lors d’activités d’intensité plutôt basse et de longue durée. La manière dont le glucose est utilisé pour produire de l’ATP nécessite de l’oxygène. La voie anaérobique analactique convient pour des exercices intenses mais de courte durée. Le chemin emprunté pour produire de l’ATP ne requiert pas d’oxygène et aucun acide lactique n’est généré. Finalement, lors d’activités intenses qui durent l’énergie est synthétisée par voie anaérobique lactique. Dans ce cas, l’oxygène n’est toujours pas utilisé mais l’acide lactique est produit.

Ainsi durant l’exercice, la consommation d’oxygène, aussi appelé volume d’oxygène (VO2), augmente proportionnellement avec l’intensité de l’activité physique jusqu'à atteindre un seuil pour lequel ce volume n’augmente plus malgré la majoration de la charge de travail. Ce volume seuil correspond au VO2max. Au-delà cette valeur, l’énergie est produite de façon anaérobique, accompagnée de la synthèse d’acide lactique.

Selon le type d’activité exercée les nutriments brûlés vont varier. Différents facteurs déterminent quelle catégorie de « carburant » le muscle va utiliser durant l’exercice : l’intensité de l’activité physique, sa durée, l’entrainement de l’individu et son alimentation.

Intensité : Durant un exercice de forte intensité, les acides gras ne peuvent pas être utilisés car leur dégradation est trop lente pour permettre aux muscles d’obtenir l’énergie qui leur est nécessaire. De plus, les acides gras fournissent moins d’ATP par litre d’oxygène consommé que le glucose.

Durée : Plus l’activité sera de longue durée, plus la contribution des acides gras comme source d’énergie sera importante. Cependant, les acides gras ne peuvent être métabolisés que si les glucides sont disponibles. Donc, le glycogène musculaire et le glucose sanguin sont des facteurs limitant.

Ainsi, pour des efforts intenses de très courte durée (moins d’un dizaine de secondes) la phosphocréatine (2) musculaire est la principale source d’énergie, si cet effort est maintenu le glycogène musculaire sera utilisé avec production de lactate. Des activités d’effort modéré feront intervenir préférentiellement les lipides (acides gras du tissu adipeux puis triglycérides musculaires).

Effet de l’entrainement : La durée pendant laquelle un sportif peut oxyder les acides gras pour produire de l’ATP dépend de l’intensité de l’exercice mais également de sa condition physique. L’entrainement augmente la capacité de l’individu à métaboliser les acides gras. D’autres adaptations physiologiques sont le résultat d’entrainements continus, étant donné que le corps s’adapte au niveau d’intensité, celles-ci comprennent la fréquence cardiaque au repos, la tension artérielle, la vitesse d’échange des gaz (VO2max, capacité de transport et assimilation de l’oxygène), le volume de sang éjecté durant chaque contraction cardiaque (volume systolique), la masse musculaire du myocarde, la capacité pulmonaire, et le taux d’hémoglobine. En d’autres termes, l’entrainement améliore les fonctions respiratoires et cardiovasculaires du sportif et ainsi son rendement métabolique (il est plus efficace à synthétiser de l’énergie).
Concernant, l’acide lactique une personne entrainée aura un seuil plus haut que celui d’une personne non-entrainée, ce qui signifie qu’elle aura la possibilité de travailler plus dur pour plus longtemps avant que ses muscles s’acidifient. Alors, qu’une personne pas ou peu habituée à pratiquer une activité sportive atteindra son seuil lactique rapidement ce qui causera une fatigue musculaire la forçant à diminuer l’intensité de l’effort ou même à cesser son activité.

L’alimentation : Si le sportif a un régime alimentaire riche en glucides le glycogène musculaire sera utilisé comme source d’ATP. Et s’il consomme beaucoup de lipides ceux-ci serviront plutôt de fuel. Mais des ressources pauvres en glycogène limitent l’endurance et la capacité du sportif à effectuer des exercices de forte intensité.

L’ordre de priorité du type de substrat utilisé lors d’un effort physique est le suivant :

● Alcool : l’alcool est une toxine. Se débarrasser le plus vite possible de cette toxine devient donc la principale priorité de l’organisme.
● Protéines : l’obtention d’ATP à partir de protéines est plus rapide que d’aller piocher dans les réserves de glycogène. Cependant, ce métabolisme n’intervient que pour des activités physiques de longues durées.
● Glucides : début de l’exercice (glucose sanguin et glycogène musculaire)
● Lipides : lorsque l’exercice se poursuit (acides gras sanguins et triglycérides musculaires). Toutefois, la capacité de l’organisme à brûler les graisses dépend de la quantité d’insuline (donc de la quantité de glucose) présent dans le sang : faible, utilisation des graisses ou élevée utilisation des glucides.
En pratique cependant les glucides et les lipides sont les principaux substrats énergétiques. Si l’exercice physique est pratiqué juste après un repas, le glucose sanguin sera le premier substrat énergétique. Quand celui-ci vient à manquer l’organisme utilise ses réserves : le glycogène stocké soit dans le foie et les muscles et les lipides sous la forme de triglycérides stockés dans les tissus adipeux.
Il n’est toutefois pas recommandé de faire de l’exercice tout de suite après avoir mangé et d’autant plus que le repas a été copieux. Durant la digestion le sang est mobilisé au niveau de l’appareil digestif, les muscles squelettiques sont donc moins approvisionnés en sang, favorisant ainsi la survenue de crampes. De plus, le mouvement des aliments dans l’estomac dû à l’exercice peut générer de l'inconfort et la digestion peut également être compromise. Faire de la marche après un repas est possible mais il est préférable d’attendre une à deux heures pour des activités plus intenses.

(1) Glycogène : forme de stockage du glucose au niveau du foie et des musculaires. Il correspond à de nombreuses molécules de glucose reliées les unes aux autres.
(2) Phosphocréatine : molécule contenue dans le muscle qui est riche en énergie.