Tous les mécanismes cellulaires de la contraction musculaire nécessittent de l'ATP

Pitty

MEMBRE APPROUVÉ
Bonjour les MEM

Encore une compilation d'articles qui me paraissait intéressante à partager car pousser de la fonte, courir sur un tapis, sauter, s'étirer... c'est bien, mais ma quête de compréhension me pousse à essayer de comprendre ce qui se cache derrière et notamment concernant l'ATP. Ça m'a aussi permis de comprendre plus précisément la supplémentation en créatine.


* Si je vous pollue avec mes partages, faite le moi savoir.

L'énergie mécanique de la contraction musculaire provient directement de l'énergie chimique (ATP). Pendant l'activité musculaire, la régénération de l'ATP se fait suivant 3 voies :
  • Par interaction de l'ADP avec la créatine phosphate (1)
  • Par respiration cellulaire anaérobie (2)
  • par respiration cellulaire aérobie (3).

Iconographie personnelle - Dr. D. Rose
(MÉTABOLISME ÉNERGÉTIQUE DE LA CONTRACTION MUSCULAIRE)

1. Réaction couplée de l'ADP avec la créatine phosphate

Au début d'une activité musculaire, l'ATP emmagasiné dans les muscles actifs est consommé en 6 secondes environ. Un système de production rapide d'ATP se met en place, en attendant que les voies métaboliques s'adaptent à la demande accrue d'ATP.

L'ADP se couple alors à la créatine phosphate (créatine kinase), composé à haute énergie emmagasiné dans les muscles. Il en résulte un transfert presque instantané d'énergie et la formation d'une molécule d'ATP. Une puissance musculaire maximale peut ainsi être maintenue pendant 10 à 15 secondes (sprint sur 100 m).


2. Respiration cellulaire anaérobie : la glycogénolyse

Pour des exercices musculaires de plus longue durée, le glycogène musculaire doit être dégradé. Les réserves de glycogène du muscle sont transformées en acide lactique via le glucose-6-phosphate, avec production de 3 molécules d'ATP par molécule de sucre (faible rendement énergétique).

La glycolyse anaérobie commence plus tardivement que la dégradation de la créatine phosphate (au maximum après 30 secondes) et produit de l'ATP 2,5 fois plus vite que la voie aérobie. Ainsi, lorsqu'il faut de grandes quantités d'ATP pendant de courtes périodes d'activité musculaire soutenue (30-40 secondes), la voie anaérobie en fournit une grande partie. Ensemble, les réserves d'ATP et de créatine phosphate et le système glycogénolyse-acide lactique peuvent entretenir une activité musculaire pendant presque une minute.

3. Respiration cellulaire aérobie : la phosphorylation oxydative du glucose et des acides gras

Pour que l'effort soit maintenu, il faut absolument qu'il y est hydrolyse aérobie du glucose et des acides gras. Lors des contractions lentes ou au repos, la plus grande partie de l'approvisionnement en ATP est assurée par la respiration cellulaire aérobie, qui utilise l'énergie fournie par la dégradation des acides gras.

Lorsque les muscles se contractent de façon plus soutenue, c'est le glucose qui devient la principale source d'énergie. La respiration cellulaire aérobie se déroule dans les mitochondries; elle nécessite la présence d'oxygène et fait intervenir une suite de réactions complexes (cycle de Krebs - chaîne respiratoire de transport d'électrons) appelée phosphorylation oxydative. Dans la chaîne respiratoire, les atomes d'hydrogène enlevés au cours de la dégradation des combustibles finissent par être combinés avec l'oxygène moléculaire, et l'énergie libérée est utilisée pour lier les groupements phosphate inorganique (Pi) à l'ADP.

Globalement, l'oxydation complète d'une molécule de glucose en CO2 et en eau fournit 36-38 molécules d'ATP (rendement énergétique élevé).



L'effort musculaire décortiqué

Rattaché au squelette par des tendons, le muscle est constitué de milliers de cellules de forme allongée, appelées fibres musculaires. Ces fibres sont regroupées en paquets ou faisceaux, un peu comme l'intérieur d'un câble d'acier qui contient plusieurs centaines de fils.

Si l'on observait une fibre musculaire au microscope, on apercevrait des filaments minuscules, dans lesquels prennent naissance les contractions musculaires : dans chacune de nos fibres logent deux protéines spécialisées, l'actine et la myosine, qui ont la propriété de pouvoir se contracter et se relâcher.


En se contractant ou se relâchant, elles « glissent » les unes sur les autres et font ainsi bouger le muscle. Pour entreprendre cette action, les fibres musculaires ont besoin d'une « bougie d'allumage », à l'instar des véhicules moteurs. Cependant, une seule « marque » de « bougie » fonctionne dans nos cellules musculaires : l'ATP, ou adénosine triphosphate.


La production d'énergie

Dès qu'il est question de consommation d'énergie par le corps, l'ATP entre en jeu. L'ATP est un acide aminé à haut potentiel énergétique qui, après avoir capté l'énergie libérée par la dégradation des glucides, la libère sous l'effet d'enzymes, selon les besoins de l'organisme.


Chaque cellule musculaire renferme une certaine réserve d'ATP; c'est ce qui nous permet d'agir promptement et avec force, par exemple en situation d'urgence ou d'effort momentané. Cependant, cette réserve naturelle est limitée et se consomme en seulement deux ou trois secondes.

Heureusement, les muscles contiennent d'autres types de réserves pour tenir le coup plus longtemps : la créatine phosphate et le glycogène.

La créatine phosphate (CP) est un composé riche en énergie qui produit aussi de l'ATP. Grâce à sa présence dans les cellules musculaires, un effort intense peut être prolongé jusqu'à 15 secondes. Ensuite, le glycogène prend la relève : en se scindant, cette molécule de sucre présente dans les muscles et le foie produit à son tour de l'ATP.

Ces deux premiers types de production d'énergie (l'ATP-CP et l'ATP-glycogène) s'effectuent en mode anaérobie, c'est-à-dire sans apport d'oxygène. Lorsqu'ils fonctionnent selon l'un ou l'autre de ces deux modes de production énergétique, nos muscles peuvent soutenir un effort intense pendant 90 secondes au maximum.

Au-delà de ce délai, nos muscles pourront maintenir un effort moindre, mais soutenu, en produisant l'ATP en mode aérobie, c'est-à-dire en présence d'oxygène.


Trois coureurs, trois mécanismes énergétiques

Selon le type de sport qu'il pratique, un athlète peut compter sur trois mécanismes de production différents d'énergie (ATP) pour se mettre en action : ATP-CP, ATP-glycogène et ATP-oxygène. Voyons comment fonctionne chacun de ces trois mécanismes qui, au demeurant, peuvent se chevaucher selon le type d'effort commandé au muscle.

Le sprinter de 100 mètres :

  • La performance qu'il livre ne dure guère plus de dix secondes.
  • Pratiquement toute l'énergie dont il a besoin se trouve déjà dans ses muscles, sous forme d'ATP et de créatine phosphate (CP).
  • Les muscles se serviront donc de ces ressources sans apport d'oxygène (en mode anaérobie).
  • Au cours des deux à trois premières secondes, les muscles « brûlent » l'ATP emmagasiné et immédiatement disponible et, pour le reste de la course, c'est la CP qui prend la relève et produit l'ATP.
  • Si les réserves d'ATP-CP sont épuisées avant la fin du sprint, les muscles font appel au glycogène, mais toujours en mode anaérobie.
  • Une petite quantité d'acide lactique est alors produite.
Le coureur de 800 mètres et le nageur de 400 mètres :
  • Tout comme le sprinter, il utilisera toutes ses réserves d'ATP-CP au cours des 10 à 15 premières secondes de la course.
  • Comme ces réserves commencent à s'épuiser, les fibres musculaires font appel au glycogène stocké dans le muscle pour le transformer en ATP.
  • Cette transformation de molécules de sucre sans apport d'oxygène (en mode anaérobie) produit de l'acide lactique qui, peu à peu, rend le mouvement plus difficile.
  • C'est pourquoi une partie de l'entraînement du coureur de pointe vise à accentuer son endurance à l'acide lactique.
  • Puisque la course dure plus de 100 secondes, le mécanisme à oxygène (aérobie) contribue également à la production d'énergie.
  • Le muscle continue à utiliser les molécules de glycogène, mais leur transformation se fera grâce à l'oxygène contenu dans le sang.
Le marathonien :
  • Certes, le marathonien fera appel aux deux mécanismes anaérobiques - notamment sur le coup de départ, durant certains dépassements et encore pendant le sprint final -, mais l'énergie qu'il utilisera proviendra essentiellement du système à oxygène.
  • Ce système est plus lent que les deux autres, puisque les éléments nécessaires à la production d'énergie viennent de sources extérieures aux muscles, dont le foie.
  • S'il est plus lent, le mode aérobie procure cependant au marathonien tous les éléments nécessaires à la production d'énergie : le flux sanguin véhicule vers le muscle de l'oxygène, du glucose, de même qu'un nouveau type de carburant, le gras, sous forme de lipides.
  • Pendant le trajet, le marathonien modulera l'intensité de son effort. Lorsque celle-ci sera faible, ce seront surtout les lipides qui serviront à produire l'énergie. Inversement, l'énergie requise pour un effort plus intense sera fabriquée à partir du glycogène. Les boissons énergétiques qu'il avale en cours de route sont, notamment, un renfort de glucose.

Des mécanismes superposés

De façon générale, nos muscles font appel aux trois mécanismes de production d'énergie (ou d'ATP), durant la pratique d'une activité sportive. À titre d'exemple, au cours d'un match de basket-ball ou de hockey ou encore une séance de musculation, les trois systèmes se superposent pour fabriquer de l'ATP : pendant un saut ou un lancer, les muscles font appel au mode ATP-CP; si l'on suit un adversaire de près pendant plusieurs secondes, c'est le mode glycogène anaérobie qui agit; et, naturellement, le système à oxygène fonctionne pour l'ensemble de la durée du match et de l'entrainement.


Les douleurs musculaires

L'athlète peut ressentir des douleurs musculaires soit pendant un effort intense, soit après.


Pendant un effort intense, la sensation de lourdeur et de fatigue extrême qu'il ressent provient d'une accumulation d'acide lactique. Cet acide est le produit de l'utilisation du glycogène en l'absence d'oxygène (ou mode anaérobie). Lorsque l'acide lactique s'accumule dans le tissu musculaire, il s'ensuit une production accrue d'ions d'hydrogène qui finit par affecter la performance du muscle.

En effet, lorsqu'un muscle est soumis à un effort intense pendant plus ou moins 60 secondes, la contraction en vient à limiter la circulation sanguine vers celui-ci. Privé de l'oxygène que véhicule le sang, le muscle continue à « brûler » le sucre qu'il lui reste. Cette consommation anaérobie produit alors de l'acide lactique, réputé pour perturber la contraction musculaire.

Pour poursuivre l'exercice physique lorsque les muscles actifs sont « gorgés » d'acide lactique, il faudra réduire l'intensité de l'effort pour que le muscle se délie et permette au sang d'y circuler de nouveau. En contact avec l'oxygène, l'acide lactique sera alors transformé en dioxyde de carbone et en eau. Ainsi recyclé, l'acide lactique sera en partie converti en énergie puisqu'il entre dans la production de nouvelles molécules d'ATP.

Par ailleurs, les douleurs musculaires ressenties après l'effort (jusqu'à une journée ou deux plus tard) proviennent des lésions microscopiques que l'exercice inflige aux muscles. Une personne peu habituée à l'exercice ressentira des douleurs plus longtemps que celle qui s'entraîne régulièrement. Pourquoi? Parce que la répétition d'un exercice conditionne les muscles à se régénérer plus rapidement et plus solidement. Ils deviennent ainsi plus résistants.

Tel est d'ailleurs le principe de base de l'entraînement intensif visant à augmenter la masse musculaire : on « blesse » les muscles afin qu'ils se bâtissent plus vite et plus forts, ce qui les rend plus performants et plus endurants.

Sources : http://neurobranches.chez-alice.fr/, passeportsante.net
Bibliographie : Chevalier R, À vos marques, prêt, santé!, Éditions du Renouveau Pédagogique, 3e édition, 2003.
Favre-Juvin A, Genas MH, Les besoins nutritionnels du sportif : aspects théoriques (111b), Corpus médical, Faculté de Médecine de Grenoble, Décembre 2002.
Kraemer WJ et al, Énoncé de principe de l'American College of Sports Medicine : Modèle de progression en entraînement de musculation pour les adultes sains, Medicine Science of Sports Exercice, Vol. 34, No 2, 2002, 364-80.
 
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