Essentiels de l'exercice: une meilleure compréhension de notre voie énergétique aérobie

Un attribut fondamental de la forme physique a toujours été notre recherche incessante de nouvelles idées en matière de programmation. Qu'elles soient de nature évolutive ou progressive; tendance ou mode, nous semblons prospérer en remettant en question le statu quo dans notre quête pour le meilleur, grand, fort ou rapide. En dehors de la technologie portable, la grande tendance de remise en forme au cours des dernières années a peut-être été la popularité croissante des entraînements de type intervalle courts et efficaces en temps, effectués à des intensités ou des rys de travail élevés (par exemple, Tabata, HIIT). Bien que ce format de formation ne soit en aucun cas nouveau, datant du début au milieu des années 1990 dans le conditionnement sportif, c'est sa récente introduction au grand public qui a accru l'importance de cette modalité d'exercice.

Qu'est-ce qui aurait pu commencer avec notre obsession de la perte de poids; suivi de l'activité et des calories; et notre manque de temps disponible pour faire de l'exercice; a maintenant changé toute notre approche philosophique de la programmation d'exercices et accorde une grande attention au métabolisme, aux voies énergétiques et à l'utilisation du carburant. En outre, cela a également suscité l'intérêt pour une variété de pratiques non traditionnelles telles que cardio à jeun and ketones. Unfortunately, the complexity of these biological systems has also generated much misinformation and misunderstanding on these topics as well. And, as fitness practitioners, we are held to a standard of providing evidence-based education and programming to the public, and therefore need to understand fuel utilization and the respective roles within the energy pathways. It is the intent of this article to present key essentials of our energy pathways and discuss the popular practice of fasted cardio.

Les voies de l'énergie:

L'énergie pour alimenter le travail biologique est produite de manière aérobie en présence d'oxygène, ou anaérobie en l'absence d'oxygène (1). Comme l'illustre la figure 1-1, la voie aérobie produit de grandes quantités d'énergie, quoique lennt, et peut utiliser les trois macronutriments comme source de carburant. En revanche, les voies anaérobies, comprenant à la fois le sys énergétique Phosphagen (immédiat) et la voie glycolytique rapide, produisent de l'énergie rapidement, mais en quantités limitées, et ne peuvent utiliser le glucose que comme source de carburant (2). Compte tenu de la portée de cet article cependant, nous ne passerons en revue que la voie aérobie car elle reflète la grande source de nos calories en une journée et implique les trois macronutriments consommés dans notre alimentation.

Figure 1-1: Vue d'ensemble des voies bioénergétiques

Respiration aérobie: respiration mitochondriale

La respiration aérobie se produit dans les mitochondries, les organites situés à l'intérieur des cellules qui produisent de l'énergie. Cependant, les trois carburants subissent une préparation primaire afin de les préparer à entrer dans les mitochondries. Les voies pour les trois macronutriments sont illustrées dans la figure 1-2, mais avant de discuter de chacun, commençons par définir les carburants:

• Triglycérides (TG) - une simple graisse qui représente la principale forme de stockage des graisses dans le corps. Les triglycérides sont constitués d'une molécule de glycérol qui forme le squelette de la molécule qui est jointe à trois acides gras libres (FFA). Ce sont ces FFA que beaucoup d'entre nous connaissent car ils peuvent être classés en fonction de leur longueur comme à chaîne courte, à chaîne moyenne ou à chaîne longue; et sont classés selon leur structure comme saturés, monoinsaturés ou polyinsaturés. Avant d'entrer dans la voie respiratoire, les TG doivent être séparés en blocs de construction glycérol et FFA, après quoi les FFA sont davantage préparés pour entrer dans le cycle de Krebs via la bêta-oxydation qui décompose les chaînes de carbone longues en fragments de 2-carbone (3).
• Les glucides existent dans le corps sous une forme stockée appelée glycogène ou sous forme de glucose lorsqu'il est absorbé et utilisé immédiant comme carburant. Tous les glucides subissent une glycolyse (métabolisme anaérobie des glucides), un processus qui se déroule en dehors des mitochondries. Le produit final de la glycolyse est la formation de pyruvate qui soit traverse les mitochondries pour continuer dans la voie aérobie, soit est converti en lactate (anaérobie) - les deux peuvent se produire simultanément. C'est la disponibilité de l'oxygène fourni aux mitochondries qui détermine la quantité de pyruvate qui passera aux mitochondries (c'est-à-dire que d'oxygène équivaut à une grande entrée de pyruvate dans les mitochondries). Tout excès ne peut pas rester sous forme de pyruvate dans la cellule car cela ralentit la glycolyse - il est donc converti en lactate en se joignant aux ions hydrogène, qui sont également produits lors de la glycolyse. Normalement, les ions hydrogène sont également acheminés vers les mitochondries pour compléter la respiration, mais un excès est problématique car il abaisse le pH du tissu, ce qui altère la fonction musculaire et les voies énergétiques. Essentiellement, la combinaison de pyruvate avec des ions hydrogène pour former du lactate permet au muscle de continuer à travailler longtemps que la normale. Ceci est illustré par le chiffre 1 sur la figure 1-2.
• Les protéines diffèrent des graisses et des glucides en ce qu'elles contiennent l'élément azote, qui ne joue aucun rôle dans la respiration. Par la suite, il doit être éliminé (désamination), produisant de l'ammoniac potentiellement nocif pour l'organisme (4). L'ammoniac est rapidement converti en urée dans le foie, puis excrété principalement dans l'urine via les reins. Ceci est illustré par le chiffre 6 sur la figure 1-2.

Figure 1-2: Usine métabolique - utilisation du carburant dans les voies énergétiques

À première vue, le moulin métabolique semble compliqué et déroutant, mais nous utiliserons une analogie avec laquelle nous sommes familiers pour aider à comprendre ses subtilités. Commençons par regarder le cycle de Krebs - c'est le point où les 3 macronutriments convergent dans les mitochondries. Pensez au cycle Krebs comme un bar ou une boîte de nuit, un lieu où tout le monde veut se retrouver.

• Pensez aux TG représentant des femmes célibataires venant au bar à vélo Krebs depuis la partie TG de la ville. Ils arrivent habillés pour danser et socialiser comme de l'acétyl-CoA (le composé qui entre dans le cycle de Krebs) - considèrent leur préparation pour la soirée comme de la bêta-oxydation. Ceci est illustré par le chiffre 3 sur la figure 1-2. Malheureusement, la barre cyclable Krebs a une politique réservée aux couples, donc toutes les femmes célibataires ont besoin d'un partenaire pour entrer. Habituellement, ils comptent rencontrer des hommes célibataires qui convergent également vers la barre cyclable Krebs d'une autre partie de la ville (c'est-à-dire des glucides). Cela signifie essentiellement que pour que les graisses soient complènt métabolisées, elles doivent contenir des glucides.
• Considérez maintenant le sort des glucides. Comme mentionné précédemment, la glycolyse produit du pyruvate qui est unique en ce qu'elle peut produire des femmes célibataires (acétyl-CoA) ou des hommes célibataires (oxaloacétate). Ceci est illustré par le chiffre 2 sur la figure 1-2. En se référant à notre analogie de bar, considérant que la partie TG de la ville fournit de nombreuses femmes célibataires, la partie glucidique de la ville fournit généralement les hommes célibataires (c'est-à-dire l'oxaloacétate). Collectivement, les femmes célibataires de la partie TG de la ville se joignent aux hommes célibataires de la partie glucidique de la ville et entrent dans la barre cyclable Curbs.

Tout au long de notre existence, les humains ont dû endurer des périodes de famine, où la nourriture était rare ou absente. Dans le cas où nos réserves de glucides disponibles s'épuisent ou se raréfient (pensez aux régimes alimentaires restreints en glucides aujourd'hui), nous limitons la disponibilité des hommes célibataires arrivant de la partie glucidique de la ville. Cela force un état de survie métabolique où le corps est obligé de s'adapter pour survivre et ne pas périr.

• En vous référant à notre analogie avec le bar, pensez au bar qui ne reçoit pas suffisamment d'affaires en raison d'un manque d'hommes célibataires de la partie glucidique de la ville. Dans une tentative de dynamiser les affaires, le gérant choisit d'appeler son ami qui gère un bar sportif dans la partie protéinée de la ville (considérez les affaires et la rentabilité comme la production d'énergie). Il fait deux offres aux clients du bar des sports dans le pays des protéines - rejoignez des femmes célibataires pour socialiser dans le club ou soyez secrènt furtivement dans la porte arrière pour profiter des boissons spéciales (c.-à-d., Faire de l'énergie).
• Ceux qui souhaitent socialiser avec les femmes célibataires (acides aminés glucogéniques) sont transportés dans la partie glucidique de la ville et arrivent en tant qu'hommes célibataires. Le terme glucogène signifie créer du glucose. En d'autres termes, nous convertissons des protéines en glucides afin de continuer à métaboliser les graisses et, malheureusement, 99% des protéines utilisables dans le corps humain sont des tissus vivants appelés muscles. Ceci est illustré par le numéro 5 sur la figure 1-2 de la première partie).
• Cependant, cette conversion peut ne pas être suffisante pour répondre aux besoins énergétiques du corps, de sorte que des protéines supplémentaires peuvent également être utilisées pour produire de l'énergie. Cela représente les hommes du bar des sports qui souhaitent visiter le bar à vélo Krebs, mais uniquement pour les boissons spéciales (c'est-à-dire pour produire de l'énergie). Ils se faufilent dans la porte arrière du bar et sont appelés acides aminés cétogènes car ils produisent principalement de l'énergie. Cependant, ils peuvent également produire des cétones dont nous parlerons ensuite. N'oubliez pas que ces protéines proviennent également du tissu musculaire.

Alors, que deviennent les femmes célibataires supplémentaires qui s'accumulent à l'extérieur du bar et qui ne peuvent entrer en raison d'un nombre insuffisant d'hommes célibataires? Le directeur, en suivant les lois de la ville, informe ces dames qu'elles ne peuvent pas flâner à l'extérieur du bar et doivent s'éloigner. Pour permettre à la respiration mitochondriale de se poursuivre, les femmes célibataires supplémentaires (acétyl-CoA) sont converties en cétones qui peuvent ensuite être retirées des mitochondries et mises en circulation via le sang. Ceci est illustré par le chiffre 4 sur la figure 1-2 de la première partie. Les cétones représentent des composés fabriqués à la suite de graisses incomplènt métabolisées (et éventuellement de protéines cétogènes). Les deux principales cétones fabriquées sont l'acétoacétone et le β-hydroxybutyrate qui peuvent être utilisés comme carburant par presque toutes les cellules du corps à l'exception du foie et des globules rouges qui ont besoin de glucose (1, 2). Toutes les cétones non utilisées par le corps sont rapidement converties en acétone pour être éliminées du corps parce que les cétones abaissent le pH sanguin (acidose), ce qui peut entraîner une maladie potentiellement mortelle appelée acidocétose lorsqu'elles s'accumulent en grandes quantités. L’acétone est le même composé que l’on trouve dans le dissolvant pour vernis à ongles et parfois, lorsque les taux de cétone dans le sang augmentent, un doux parfum d’acétone peut être perceptible dans l’urine, l’haleine ou la sueur, indiquant un état de survie métabolique.

À emporter - les 3 macronutriments sont indispensables à la production d'énergie, mais la suppression ou la restriction des glucides de l'alimentation, en particulier pendant des périodes prolongées, peut modifier nos voies métaboliques normales, ce qui peut avoir des conséquences importantes (c'est-à-dire promouvoir le concept de graisse maigre en attaquant protéine musculaire qui, à son tour, ralentira également les taux métaboliques dans le corps).

Les références:

1. Kenny WL, Wilmore H et Costill DL. (2015). Physiologie du sport et de l'exercice (6^e édition). Champaign, IL. Cinétique humaine.
2. Pocari J, Bryant CX et Comana F. (2015). Exercice physiologique, F.A. Davis Company, Philadelphie, PA.
3. Juekendrup AE. (2002). Régulation du métabolisme des graisses dans le muscle squelettique. Annales de l'Académie des sciences de New York, 967: 217 - 235.
4. Brooks GA. (1987). Métabolisme des acides aminés et des protéines pendant l'exercice et la récupération. Médecine et science dans le sport et l'exercice, 19: S150-S156.