D'où provient notre force et l'énergie de nos muscles ?

Publié le 29/11/2015

D'où provient l'énergie de nos muscles ?

Energie mécanique de notre corps

  • La respiration des cellules, appelé respiration cellulaire, permet de fournir l’énergie nécessaire au fonctionnement d’une cellule. Ce cycle d’énergie, propre aux êtres vivants, est l'un des concepts fondamental de la biologie. Au cours de la photosynthèse, les plantes captent l’énergie produit par le soleil et le stock sous la forme d'énergie chimique. En revanche, les animaux sont incapables d’utiliser cette énergie solaire, même si elle leur est indispensable au fonctionnement de leurs cellules. Leur apport énergétique résulte donc d’une autre source : l’énergie chimique des aliments, qu’elle soit d’origine végétale ou animale. Comment une boisson sucrée où une assiette de pâtes peut – il être la source de l’énergie de nos muscles ?

  • Cette énergie chimique va pouvoir être transformé en énergie mécanique, osmotique et en chaleur et ainsi permettre la réalisation d’une tâche motrice. Un travail chimique fait intervenir la formation ou la dégradation des liaisons chimiques entre les molécules. Un travail mécanique va permettre un mouvement au niveau des cellules. Un travail osmotique va permettre le transfert au travers de la membrane cellulaire d’ions, de molécules, ou d’organites (petits organes d’une cellule), indispensables au fonctionnement de la cellule. L’ensemble de ces travaux sont réalisé continuellement chez les organismes vivants. Au cours des transferts d’énergie, de la chaleur va être produite, ce qui engendre le besoin d’une régulation de la température corporel (thermorégulation). Les besoins énergétiques des cellules dépendent du nombre de cellules à mobiliser et donc de la charge du travail à accomplir. L’énergie est formée par hydrolyse, c’est-à-dire qu’elle nécessite la décomposition de molécule d’H2O. L’eau est donc indispensable au bon fonctionnement des cellules et elle sera évacuée dans les urines ou par la transpiration. Ce processus va permettre d’approvisionner les cellules en énergie par le biais d’adénosine triphosphate (ATP). Cette molécule est à la base de la contraction musculaire. Elle est composé d’adénine, d’un ribose et de 3 groupes phosphate, et c’est lors de la libération d’un phosphate et donc la formation d’adénosine diphosphate (ADP), que le muscle va pouvoir se contracter. Mais, comment le passage d’ATP en ADP peut-il créer une contraction musculaire ? Cette mobilité des muscles s’explique par le glissement, grâce à l'ATP, des myofilaments des têtes de myosine (protéine) avec les myofilaments de l’actine. De manière symétrique, à l’autre extrémité du muscle, et donc du myofilaments de myosine, un glissement similaire va se réaliser ce qui permettra le raccourcissement du muscle, appelé contraction musculaire.

Les filières énergétiques

L’ATP est stockée dans le corps humain en très faible quantité (environ 4 KJ). Alors que le corps en dépense chaque jour entre 8 000 et 12 000 KJ. Une simple course d’une heure nécessite l’utilisation de 4 000 KJ. L’organisme a donc besoin de produire de l’ATP.

Mais, d’où provient cette production ? Pourquoi si l’on arrive à produire de l’énergie on ne peut pas maintenir un effort très intense pendant longtemps ? Un effort musculaire nécessitant une grande puissance (exemple du lancer de poids) durant 0 à 7 sec utilisera la filière énergétique anaérobie alactique (pas de consommation d’oxygène, ni de production de lactate).

L’ATP utilisé au cours de cette filière énergétique proviendra de deux sources. Les premiers utilisés sont les stocks d’ATP du corps humain, qui sont donc prêt à être utilisé immédiatement. La seconde source d’ATP provient de la réaction entre de la phosphocréatine et un ADP, fournissant de la créatine et un ATP, qui pourra donc être utilisé en énergie. L’utilisation des produits contenant de la créatine, intervient sur ce processus. Mais ses effets sont très incertains sur le corps.

La phosphocréatine représente 15 KJ, c’est donc une réserve d’énergie très limité dans la durée de l’effort). Un effort musculaire ayant une charge de travail moyenne (exemple du 200m) et plus longue (2 à 3 min) utilisera la filière anaérobie lactique (pas de consommation d’oxygène, présence de lactate). Cette filière énergétique consiste en la dégradation du glucose en deux molécules de pyruvates par oxydation des glucides appelé glycolyse. Ce pyruvate va être transformé en lactate (acide lactique), on parle alors d’oxydation incomplète du glucose.

Au cours de cette réaction 2 ATP vont pouvoir être produit. Cependant l’acide lactique est toxique pour le corps, même si le corps parvient à l’utiliser en petit quantité dans le cœur et les muscles squelettiques. Lorsque la production dépasse sa destruction, le lactate engendre une acidose métabolique, c’est-à-dire une augmentation de l’acide du corps, limitant ainsi la contraction musculaire. La récupération active après un effort musculaire important permet d’utiliser ce lactate lors de la mobilisation des muscles squelettiques et permet ainsi d’empêcher les courbatures et la sensation de jambes lourdes. C’est pourquoi, il faut privilégier une récupération active (faible contraction des muscles) à une récupération passive (aucune contraction).

La dernière filière énergétique est le métabolisme aérobie (utilisation d’oxygène). La puissance produite par cette filière est limité, mais la durée de son utilisation est théoriquement illimité (exemple du marathon). Cette filière se met en route à partir de 3 min d’effort musculaire, lorsqu’on augmente notre vitesse de respiration. Les principaux substrats énergétiques de cette filière sont les glucides, les lipides et les acides aminés. Contrairement à la filière anaérobie lactique, l’intervention de l’oxygène (respiration) va permettre une oxydation complète des glucides. C'est à dire qu'après glycolyse, le pyruvate n’est pas transformé en lactate mais en acétyl-CoA. Cet acide acétique est une molécule qui va permettre une grande production d’ATP (36 ATP). Les glucides représentent une énergie de 5 000 KJ. Comme les glucides, les lipides (acide gras) vont également s’oxydés et interagir grâce à l’acéthyl-CoA. Il représente un stock énergétique de 300 000 KJ et produisent beaucoup plus d’ATP. Pour un acide gras saturé à 16 carbones (acide palmique, composé de l’huile de palme) la production d’énergie est de 129 ATP. Les acides aminés sont le dernier substrat énergétique du corps.

Courbe montrant les efforts musculaires

Exemples de consommation de calories

  • Plus notre corps privilégie l’utilisation des lipides, plus la production d'ATP sera grande est donc intéressantes pour améliorer son endurance. Mais, un excès de lipides dans notre alimentation va provoquer un stockage sous forme de graisses. Et celles-ci ne pourront être utilisées qu’une fois que le stock de glucides et de lipides, ingéré au cours des derniers repas avant l’effort, ne sont utilisés, c’est-à-dire au bout d’environ 45 min de course.

  • Comment un sportif peut-il alors trouver des forces pour accélérer après un effort endurant ? Il faut savoir qu'à tout moment l'athlète peut changer de filière, si la quantité d'acide lactique n'est pas trop importante. Par exemple, si un coureur de 10km réalise un sprint en fin de course ou si un cycliste après plusieurs kilomètres tente une attaque, le métabolisme va utiliser la filière anaérobie en plus de la filière aérobie. Mais chaque changement de filière engendre un temps de récupération conséquent.

NB : Par conversion, un joule correspond à 0.239 calories.

Texte écrit par Florian RIFINO

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