métabolisme anaérobie L2 - Activité d`enseignement et de

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Aptitudes Physiques ANAEROBIES
L2 UE 41.B
Biologie de la performance
[e-mail] Temps (min)
10s 2 min
PCr Glycolyse Phosphorylatio
n
Oxydative
Débit d’é nergie (% max)
100
%
ATP
Support de cours : http://robin.candau.free.fr
Plan généralPlan Général
•Processus métaboliques mis en jeu (1)
•Méthodes et techniques de mesure (2)
•Facteurs limitants de la performance (3)
Bibliographie conseillée :
1. Lacour JR, Edition Masson, 1992. Biologie de l’exercice musculaire, Chap.
2 Aspects intégratifs du métabolisme anaérobie.
2. Monod H. & Flandrois R., Edition Masson, 1997. Bases physiologiques des
APS (4°édition)
Introduction
Sédentaire actif (VO2max = 45 ml/min/kg), possédant aussi un coût
énergétique moyen (0,20 ml/kg/m) est capable de courir pendant 7
min àVO2max:
VMA = (VO2max-VO2basal)/C = 40 / 0,20 = 200 m/min = 12km/h.
Naturellement, il peut de courir bien plus vite lors d’un sprint
existence d’un métabolisme anaérobie
Premières évidences expérimentales
•Lactate dans les muscles du gibier forcé(Dubois-
Raymond, 1874)
•Intoxication àl’iodo-acétate et contraction
musculaire encore possible (Lunsgard, 1934)
Existence d’un métabolisme anaérobie
(PCr et Glycolyse) :
0
5
10
15
20
25
30
35
40
0100000 200000 300000 400000 500000 600000
t (s)
v (km/h)
Vitesses maintenues lors des records
du monde
45 s 7 min 1 h
la vitesse donc la puissance diminue beaucoup pour t<7 min
Existence d’une source d’énergie limitée
Concept de capacitéanaérobie
-
5
10
15
20
25
30
35
40
0 2 4 6 8 10 12 14
ln Temps (s)
Vitesse (km/h)
4 phases distinctes avec rupture de pente
•Puissance
anaérobie •Capacité
anaérobie
•VO2max
•VO2max
•Endurance
•VO2max
•ultra-endurance
0
5
10
15
20
25
30
35
40
0100000 200000 300000 400000 500000 600000
t (s)
v (km/h)
Vitesses maintenues lors des records
du monde
45 s 7 min 1 h

2
Définitions
•La puissance anaérobiereprésente le débit maximal
d’énergie assurépar les seuls processus anaérobies.
•La capacitéanaérobie représente une quantitémaximale
d’énergie mobilisée àpartir du métabolisme anaérobie.
Elle est pleinement mobilisée pour des exercices à
puissance constante conduit jusqu’à l’épuisement pour des
durées comprises entre 1 et 10 minutes.
Plan
Processus métaboliques mis en jeu (1)
•Dynamique des systèmes de re-synthèse de l’ATP
•Hydrolyse de l’ATP
•Métabolisme de la phospho-créatine
•Glycolyse
3 processus de régénération de l’ATP se succèdent
Processus métaboliques mis en jeu (1)
Temps (min)
10s 2 min
PCr Glycolyse
Phosphorylation
Oxydative
Débit d’é nergie
(% max)
100% ATP
1. [ATP] suffisante pour exécuter 1
saut vertical
2. [PCr] image en miroir au
métabolisme oxydatif (cstede
temps ~ 25s)
3. Glycolyse mise en route dès le
début de l’exercice ; assure
l’essentiel de la synthèse dans le
sprint
•[ATP] repos = 4.5 à5.5 mmol/kg de muscle
frais
•[ATP] n’est pas augmentée par
l’entraînement
•[ATP] ne descend pas en dessous de 80% de
sa valeur de repos àl’épuisement. Déplétion
locale?
Hydrolyse de l’ATP :
Aspects quantitatifs Plan
Processus métaboliques mis en jeu (1)
•Dynamique des systèmes de re-synthèse de l’ATP
•Hydrolyse de l’ATP
•Métabolisme de la phospho-créatine
•Glycolyse

3
Rappel : étapes mécaniques et
chimiques de l’hydrolyse de l’ATP
http://bio.winona.edu/berg
A A
6 Etapes successives
Etapes
chimiques
Etapes
mécaniques
A-M A-M·ATP A~M** ·ADP·PiA-M’·ADP A-M
AM*·ATP AM** ·ADP·Pi
2
3
4
6
Pi
5
ATP
1
ADP
A-M A-M·ATP A~M** ·ADP·PiA-M’·ADP A-M
AM*·ATP AM** ·ADP·Pi
22
33
44
6
Pi Pi
5
ATP
1
ATP
1
ADPADPADPADP
Fixation de
l’ATP Scission de l’ATP
Production de
force
Libération
de P i
Libération
d’ADP
Détachement Attachement
Force
Absence de
Force
2.7 µm< 1 µm
Régime de contraction
Vitesse max de
raccourcissement Force max de
raccourcissement
Production de Pi (mol/mol)
Temps (s) Temps (s)
relax
Concentrique àvitesse max Isométrie
Puissance chimique 3 x supérieure en
concentrique par rapport àl’isométrie :
Manifestation de l’effet Fenn
moindre bascule de la tête de
myosine en isométrie Pi et
ADP s’échappent plus
lentement
Plan
Processus métaboliques mis en jeu (1)
•Dynamique des systèmes de re-synthèse de l’ATP
•Hydrolyse de l’ATP
•Métabolisme de la phospho-créatine
•Glycolyse
PCr + ADP ↔Cr + ATP
Créatine
kinase
PCr : Rôle tampon dans le maintien de l’état
énergétique de la cellule
Phosphocréatine
PCr + ADP ↔Cr + ATP →Cr+ADP+Pi
A l’épuisement :
[ATP] maintenue
car créatine kinase
très efficace
Créatine kinase
Whippet al., (1999)
Rôle tampon de PCr
[PCr] l’image
en miroire de
VO2
Synergie entre
métabolisme
anaérobieet
aérobie

4
PCr = puissance anaérobie
alactique?
1. Pour un saut (0.2 s), [ATP] suffisante
2. Dès la 2ème s d’un sprint la glycolyse assure 50% de la
puissance totale
3. Pas de corrélation entre [PCr] et perf (de 0.2 à8s)
4. Corrélation [lactate] et perf du 100 au 400
5. [PCr] est directement liée à[lactate] et [H+] =>
association entre PCr et glycolyse
PCr = puissance anaérobie alactique
Transfert d’énergie du lieu de production
vers son lieu d’utilisation
L’entraînement en hypoxie
permet d’améliorer ce
système de transport de
l’énergie
Production Utilisation
Plan
Processus métaboliques mis en jeu (1)
•Dynamique des systèmes de re-synthèse de l’ATP
•Hydrolyse de l’ATP
•Métabolisme de la phospho-créatine
•Glycolyse
Glycolyse et métabolisme aérobie
Glucose
Pyruvate
mitochondries.
lactate
ATP
ATP
Etapes
limitantes
Glycolyse
•10 étapes contrôlées
chacune par une enzyme
différente
•PFK, enzyme limitante
activée par les
catécholamines
•L’étape 4 permet de scinder
le sucre à6 carbones en 2 x
3 carbones
ActivationClivage
Synthèse ATP
http://www.unm.edu/~lkravitz/MEDIA2/glycolysis1aa.gif

5
Bilan énergétique
•2 ATP
•2 Lactate
•2 H20
•2 NADH+H+
Glycolyse et performance
1. Corrélation entre [lactate] et performance dans le sprint
2. Corrélation entre gain de performance et activitéde la
PFK et de la LDH deux enzymes clefs de la glycolyse
3. Dès la 2ème s d’un sprint la glycolyse assure 50% de la
puissance totale
25
20
90 10
0
Performance sur 400 m
(% meilleure perf)
Lactatémie(mM)
Rôle majeur dans le sprint
Rappel : rendement musculaire
anaérobie
ηmusculaire
1%
E Glucose
2867 kJ
E ATP
2 x 30 kJ
Chaleur ηsynthèse ATP 2,1%
E mécanique
30 kJ
Chaleur ηthermodynamique
50%
un débit très élevéde la glycolyse est nécessaire pour assurer
une puissance mécanique élevée dans le sprint
= 30
kJ/mol
Plan généralPlan Général
•Processus métaboliques mis en jeu (1)
•Méthodes et techniques de mesure (2)
•Facteurs limitants de la performance (3)
Bibliographie conseillée :
1. Lacour JR, Edition Masson, 1992. Biologie de l’exercice musculaire, Chap.
2 Aspects intégratifs du métabolisme anaérobie.
2. Monod H. & Flandrois R., Edition Masson, 1997. Bases physiologiques des
APS (4°édition)
Méthodes et techniques de
mesures (2)
ZPuissance anaérobie
ZCapacitéanaérobie
Mesures directes ou indirectes ?
Mesure DIRECTE possible pour les 2 aptitudes
•Biopsie Méthode directe
Désavantage : Méthode invasive,
Nombre limitéd’échantillons
Délais avant congélation et [nucléotides] très
labiles
Limitée àla périphérie du muscle