Réponses métaboliques à l'exercice

Les réponses métaboliques à l'exercice décrivent comment le corps fournit l'énergie chimique nécessaire au travail musculaire et comment il passe d'un carburant à l'autre à mesure que ce travail varie en intensité et en durée. Le passage du repos à l'exercice peut multiplier par plusieurs le renouvellement énergétique de l'ensemble du corps en quelques secondes, et satisfaire cette demande nécessite la production coordonnée d'adénosine triphosphate (ATP) à partir des phosphagènes stockés, des glucides et des lipides, ainsi que l'apport et l'utilisation correspondants d'oxygène.

Definition

Les réponses métaboliques à l'exercice sont les changements dans les voies biochimiques productrices d'énergie et l'utilisation des substrats qui se produisent lorsque le muscle squelettique augmente sa demande en ATP pendant l'activité physique, englobant la dégradation des phosphagènes, l'oxydation des glucides et des lipides, l'échange de lactate et la consommation d'oxygène.

Scope

Ce domaine oriente le lecteur vers l'aspect métabolique de la physiologie de l'exercice : les voies de production d'ATP (phosphagènes, glycolytique et oxydative), l'utilisation des glucides et des lipides comme carburants et la manière dont leurs contributions relatives varient avec l'intensité et la durée de l'exercice, la production et l'élimination du lactate, et la consommation d'oxygène comme marqueur intégré du renouvellement énergétique aérobie. Il s'agit d'une vue d'ensemble de référence ; ses sujets enfants en traitent les détails.

Sub-topics

• Bioénergétique et systèmes de production d'ATP
• Métabolisme des glucides pendant l'exercice
• Oxydation des graisses et métabolisme lipidique pendant l'exercice
• Production et clairance du lactate
• Consommation d'oxygène et capacité aérobie

Core questions

• Comment l'ATP est-il réapprovisionné lorsque la demande énergétique musculaire augmente au début de l'exercice ?
• Comment les contributions relatives des glucides et des lipides à l'apport énergétique évoluent-elles avec l'intensité et la durée de l'exercice ?
• Pourquoi le lactate est-il produit pendant l'exercice, et comment est-il éliminé et réutilisé ?
• Qu'est-ce qui détermine la quantité d'oxygène que le corps peut consommer lors d'un effort maximal ?

Key concepts

• L'ATP comme monnaie énergétique immédiate
• Systèmes énergétiques phosphagène, glycolytique et oxydatif
• Utilisation des substrats et le passage des lipides aux glucides avec l'intensité (crossover)
• Production, échange de lactate et la navette du lactate
• Consommation d'oxygène (VO2) et consommation maximale d'oxygène (VO2max)
• Renouvellement énergétique et taux métabolique pendant l'exercice

Mechanisms

Au début de l'exercice, la demande immédiate en ATP est tamponnée par les phosphagènes stockés, après quoi la glycolyse et la phosphorylation oxydative deviennent les voies de réapprovisionnement dominantes. À mesure que l'intensité augmente, le corps dépend progressivement davantage des glucides et moins des lipides pour une quantité d'énergie donnée, un changement décrit par le concept de croisement (crossover concept) ; à des intensités faibles à modérées, l'oxydation des lipides peut fournir une grande partie de l'énergie, tandis qu'à des intensités élevées, les glucides prédominent et la production de lactate augmente (Romijn, 1993). Le lactate n'est pas simplement un déchet, mais un carburant transporté qui peut être oxydé par les muscles, le cœur et d'autres tissus et utilisé pour la néoglucogenèse (Gladden, 2004 ; Brooks, 2018). La capacité intégrée de ces processus aérobies se reflète dans la consommation d'oxygène, dont le maximum est principalement déterminé par l'apport d'oxygène aux muscles en activité (Bassett, 2000).

Clinical relevance

La compréhension des réponses métaboliques à l'exercice sous-tend l'interprétation des tests d'effort cardiopulmonaires, la description de l'utilisation des substrats dans la santé et les maladies métaboliques, et la justification de l'activité physique pour la santé métabolique. Cette entrée décrit comment le métabolisme de l'exercice est étudié et décrit ; elle est éducative et ne constitue pas une base pour un diagnostic individuel, une prescription ou des décisions de traitement.

Evidence & guidelines

Les descriptions présentées ici reposent sur des études physiologiques classiques et des revues sur le métabolisme des substrats, l'échange de lactate et les déterminants de la consommation d'oxygène, plutôt que sur des lignes directrices de pratique clinique. Les affirmations quantitatives concernant l'utilisation des substrats et la consommation d'oxygène proviennent de mesures de laboratoire contrôlées telles que les études par traceurs isotopiques et les études d'échanges gazeux (Romijn, 1993 ; Bassett, 2000).

History

Le métabolisme moderne de l'exercice est né des travaux du début du XXe siècle sur l'apport énergétique musculaire et la dette d'oxygène, et a été étendu par des études du milieu et de la fin du siècle qui ont quantifié l'utilisation des glucides et des lipides avec des traceurs isotopiques et caractérisé le lactate comme un carburant échangeable plutôt qu'un produit final sans issue. La réinterprétation du lactate à travers le concept de navette du lactate (lactate-shuttle concept) et l'affinement des déterminants de la consommation maximale d'oxygène sont des fils conducteurs centraux de cette histoire (Gladden, 2004 ; Brooks, 2018 ; Bassett, 2000).

Debates

Le lactate est-il principalement un déchet ou un carburant métabolique ?

La vision traditionnelle du lactate comme sous-produit de la glycolyse limitée par l'oxygène a été recadrée par le concept de navette du lactate (lactate-shuttle concept), qui soutient que le lactate est continuellement produit et consommé comme carburant et molécule de signalisation à travers les tissus ; l'équilibre entre ces points de vue reste un sujet de discussion actif.

Qu'est-ce qui limite principalement la consommation maximale d'oxygène ?

La question de savoir si la VO2max est principalement déterminée par l'apport central d'oxygène (débit cardiaque et capacité de transport d'oxygène) ou par l'extraction périphérique d'oxygène par les muscles a été longuement débattue, le poids des preuves favorisant l'apport d'oxygène comme principal facteur limitant dans la plupart des circonstances.

Key figures

• George A. Brooks
• L. Bruce Gladden
• Edward F. Coyle
• David R. Bassett

Seminal works

• romijn-1993
• gladden-2004
• bassett-2000

Frequently asked questions

Qu'est-ce que le corps utilise comme énergie pendant l'exercice ?

Tout exercice est finalement alimenté par l'ATP, qui est réapprovisionné à partir des phosphagènes stockés et de la dégradation des glucides et des lipides ; l'utilisation relative des glucides et des lipides dépend de l'intensité et de la durée de l'exercice.

L'utilisation relative des lipides et des glucides change-t-elle à mesure que l'exercice devient plus intense ?

Oui. À des intensités plus faibles, les lipides peuvent fournir une grande partie de l'énergie, mais à mesure que l'intensité augmente, le corps dépend progressivement davantage des glucides, un changement décrit par le concept de croisement (crossover concept).