PHYSIOLOGIE NIVEAU ENTRAINEUR - BEES1
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PLAN DE L'INTERVENTION :
INTRODUCTION (cours 1)
ROLE DES MUSCLES ET DU SYSTEME NERVEUX DANS LE MOUVEMENT (cours 2)
VIII- TABLEAU RECAPITULATIF
BIOCHIMIE : ASPECT ENERGETIQUE DU MOUVEMENT (cours 3)
APPORT DES METABOLITES : LA NUTRITION (cours 4)
INTRODUCTION
I- QUELQUES IDEES DE BASE :
1- Composition de la matière vivante :
Les êtres vivants sont composés d’eau, de sels minéraux et de 3 substances organiques de base (cmposés de C, H, O et +/-N).
a- Glucides : composés de chaînes d’ose (glucose, fructose, galactose..). Ces sucres simples peuvent être assemblés deux par deux (diosides : saccharose, lactose …) ou en longues chaînes : (amidon dans la cellule végétale, glycogène dans la cellule animale) ou en chaînes très complexes (cellulose dans les plantes)
b- Lipides : composés de chaînes d’acide gras. Ces acides gras peuvent être plus ou moins long (nombre d’atomes de carbone) et plus ou moins riche en H (saturation). Ils peuvent s’assembler pour former des graisses avec un alcool (le glycérol), ou avec des protéines ou des phosphates…
c- Protides : composés de chaînes d’acide aminé. Les acides aminés ont la même structure que les acides gras avec un radical Amine (NH3) en plus. Les chaînes peuvent être infiniment longues et complexes. Il n’y a que 20 acides aminés qui composent toutes les structures protéiques du corps humain. Les acides aminés peuvent également s’associer avec des glucides ou des sels minéraux (Fe, S….)
d- Eau : l’eau : H2O représente plus de 70% du poids du corps, elle est omniprésente dans tous le corps et dans toutes les réactions chimiques.
e- Sels minéraux : Ca, K, Na, Cl, P....
2- Fonctionnement des organismes vivants
Le glucose, les acides gras et les acides aminés sont fabriqués par les plantes à partir des gaz de l’atmosphère (N et CO2), de l’eau et de l’énergie solaire selon la réaction fondamentale d’ANABOLISME
CO2 + H2O +/- N + Energie solaire => matière organique + O2
Les animaux ne fabriquent pas leur matière vivante. Ils doivent donc impérativement trouver leur matière organique pour vivre (nutrition), mais ils n’ont pas besoin de l’énergie du soleil car ils fabriquent leur énergie par CATABOLISME
matière organique + O2 => CO2 + H2O + Energie
II- L’ORGANISME HUMAIN :
1- L’organisme humain comprend différents systèmes chargés de réaliser les différentes fonctions de la vie :
Un système est un ensemble d’organes (appareil) participants à l’exécution d’une fonction commune.
2- Chaque système est constitué d’organes eux mêmes composés de cellules regroupées en tissus :
III- LA CELLULE VIVANTE :
La cellule est la plus petite entité vivante de l’organisme humain.
Structure de la cellule :
Haut
ROLE DES MUSCLES ET DU SYSTEME NERVEUX DANS LE MOUVEMENT
I- FONCTIONNEMENT DE l'ORGANISME AU TRAVAIL = base du mouvement :
II- L’APPAREIL LOCOMOTEUR :
1- L’appareil locomoteur est composé de 5 grands tissus :
Tissus osseux - Tissus cartilagineux - Tissus tendineux - Tissus musculaire - Tissus nerveux
2- Continuité Os - Tendon - Muscle :
Il existe une continuité morphologique entre la cellule osseuse et la cellule musculaire :
A partir de l’os des fibres de collagène pénètrent les tissus osseux et s’engrène dans les fibres de collagène de l’os. Ces fibres de collagène traversent les fibres du périoste qui entoure l’os et se prolongent sous forme de lanières de collagène constituant les tendons. Elles évoluent en nappe formant des enveloppes concentriques de fibres de collagène à l’intérieur du muscles. Ces enveloppes se structurent en 3 niveaux autour de la cellule musculaire l’enveloppe extérieur du muscle (épimysium), celle autour des faisceaux musculaire (périmysium) et celle autour de la fibre musculaire (cellule musculaire) (endomysium).
3- Continuité neuro-motrice : neurone - cellules musculaires
Il a une continuité neuro-motrice au travers de contacts très fins entre le neurone et une ou plusieurs cellules musculaires (= UNE UNITE MOTRICE), permettant la transmission du message nerveux.
III- LE MUSCLE
1- Anatomie du muscle : (v figure)
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2- Structure de la cellule musculaire ou MYOCITE (v figure)
IV- MECANISME DE LA CONTRACTION
1- libération du calcium et conséquences :
2- Contraction musculaire : (v figure)
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V- TYPE D’UNITE MOTRICE ET DE RECRUTEMENT :
1- Type d’Unité Motrice :
2- Neurones fins : à conduction lente.
3- Neurones épais : à conduction rapide.
VI- COMPORTEMENT DU MUSCLE : (synthèse)
1- Propriétés fondamentales du muscle :
2- Elasticité musculaire :
L’élasticité du tissus musculaire est due aux membranes de collagène et au relâchement des unités contractiles (séparation des myosines et tropomyosines). L’ensemble est sous le contrôle du système proprioceptif qui ajuste le rapport entre la contraction et l’élasticité du muscle = souplesse ou élasticité musculaire.
3- Aptitude à la contraction du muscle :
Selon le neurone qui les innerve, il y a deux types de cellule musculaire ayant des propriétés de contraction différentes :
4- L’ensemble induit 3 types de contraction :
5- Fatigue musculaire :
VII- ADAPTATION DU TISSU MUSCULAIRE :
VIII- TABLEAU RECAPITULATIF :
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Qualité |
Facteurs physiologiques |
Remarques |
Facteurs limitant |
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ENDURANCE |
Fibres I Moto Neurone I |
Contraction lente Force < 50 à 60% |
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FORCE |
Fibres I + II Moto Neurone I + II Synchronisation |
Durée de la contraction variant selon la force demandée |
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VITESSE |
Fibres II Moto Neurone II Synchronisation |
Fatigue rapide <30 sec |
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ELASTICITE |
Synchronisation Régulation de l’élasticité |
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BIOCHIMIE : ASPECT ENERGETIQUE DU MOUVEMENT
I- ORIGINE DE L’ENERGIE DE LA CELLULE :
1- L’A.T.P
L’énergie cellulaire provient de l’Adénosine TriPhosphate. L’A.T.P est constituée d’une molécule d’Adénosine et de 3 molécules de Phosphate :
Adénosine === Phosphate === Phosphate --- Phosphate
L’énergie est stockée dans des liaisons à haute énergie. Chaque liaison représente environ 7 kilocalories d’énergie.
On appelle A.D.P, l’Adénosine DiPhosphate (deux phosphates), on appel A.M.P, l’Adénosine MonoPhosphate (un seul phosphate). On appelle Phosphate Inorganique (pi) le phosphate libéré de l’adénosine, ce phosphate ne présente plus d’intérêt pour la production d’énergie ou le fonctionnement cellulaire.
2- Mécanisme de libération de l’énergie chimique : réaction chimique fondamentale :
A.T.P => A.D.P + pi + Energie (= 7 kcal)
La réaction est responsable de tous les mécanismes énergétiques cellulaires : secousse élémentaire, entrée des substances, synthèse des protéines... Elle se produit grâce à une enzyme : A.T.P-ase
II- RESERVE D’A.T.P. DE LA CELLULE :
L’A.T.P est dissoute dans le cytoplasme cellulaire. Les réserve d’A.T.P de la cellule sont très limitées, et ne permettent pas un travail cellulaire de plus de 2 seconde (à 70% du VO2max).
III- MECANISME D’URGENCE PERMETTANT A LA CELLULE DE DISPOSER D’A.T.P : ANAEROBIE ALACTIQUE
Dans l’urgence, deux mécanismes chimiques permettent à la cellule de disposer d’A.T.P instantanément par échange d’énergie.
Ces mécanismes utilisent l’A.D.P et/ou une substance réservoir qui stocke des phosphates riche en énergie (la Créatine). La Créatine est une substance voisine de l’adénosine qui peut stocker un phosphate dans une liaison riche en énergie sous forme de Créatine Phosphate (C.P.) :
Créatine --- Phosphate
Il existe deux réaction d’échange de phosphate riche en énergie :
A.D.P + A.D.P => A.T.P + A.M.P
A.D.P + C.P. => A.T.P + C
IV- RESYNTHESE DE L’A.T.P :
Le mécanisme de resynthèse de l’A.T.P ne peut se faire qu’en fournissant de l’énergie à un phosphate inorganique pour qu’il puisse reconstituer un liaison riche en énergie avec de l’ADP :
[Energie + pi] + A.D.P => A.T.P
1- Origine de l’énergie de la resynthèse : (voir introduction)
L’énergie de la resynthèse de l’A.T.P provient du catabolisme des substrats énergétiques : glucose, acides gras et +/- acides aminés selon la réaction fondamentale de catabolisme (voir introduction). L’énergie libérée pas le catabolisme est stockée dans la liaison énergétique du phosphate et de l’A.D.P
Substrat (C,H,O) + O2 => CO2 + H2O + Energie
2- Catabolisme du glucose : La glycolyse :
La réaction permet de produire l’énergie nécessaire à la resynthèse de 2 A.T.P et libère de l’acide lactique
Glucose => 2 Acides Lactiques + Energie (= 2 ATP)
3- Limites de l’anaérobie lactique :
4- Problème de l’excès d’acide lactique :
L’acide lactique, par son acidité, limite les réactions (catabolisme du glucose et dégradation de l’A.T.P.). Dans les fibres blanches (pauvre en mitochondries et vaisseaux sanguin), au bout de 90 à 120 secondes, la quantité d’acide lactique est telle que le catabolisme du glucose s’arrête et que la resynthèse de l’A.T.P s’interrompt bloquant ainsi la contraction.
C’est pourquoi il est essentiel d’éliminer l’excès d’acide lactique.
Acide lactique => 3 CO2 + 10 Hydrogène + Energie (= 1 ATP)
8 H + 2 O2 => 4 H2O + Energie (= 16 ATP)
5- BILAN DE LA GLYCOLYSE : FILIERE AEROBIE (voir figure)
GLUCOSE + 6 O2 => 6 CO2 + 6 H2O + Energie (= 36 ATP)
6- Catabolisme des acides gras :
Les acides gras rentrent directement dans la mitochondrie et y sont dégradés dans le cycle de Krebbs et la chaîne respiratoire en présence de glucide ou d’acide aminé. Chaque paire de carbone donne l’énergie de 17 ATP donc un acide gras à 18 carbones => énergie de 9x 17 ATP = 153 ATP
Le catabolisme des acides gras permet de libérer beaucoup plus d’énergie et donc de synthétiser énormément d’ATP.
Par contre, compte tenu du nombre important de réaction mises en jeu, il est beaucoup plus lent à démarrer (30 à 45’) et surtout beaucoup moins puissant (petit débit de fourniture de l’ATP). Il ne pourra servir que pour des efforts de faible intensité. D’autre part, le catabolisme des acides gras nécessite la présence de glucose ou d’acide aminé pour faire fonctionner le cycle de KREBBS.
7- Catabolisme des acides aminés :
Le catabolisme des acides aminés nécessite que ceux-ci aient perdus leur radical amine (NH3). Cette action libère de l’acide urique qui est toxique pour la cellule, et pour certains organes comme les reins. L’utilisation excessive des acides aminés pour la production de l’énergie est donc dangereuse pour l’organisme (régimes hyper protidiques, prise excessive de protéines par les sportifs...).
Lors d’effort extrêmes, ou de dérèglement de l’alimentation (hypoglucidique), il arrive que la cellule n’ai plus de glucide pour faire fonctionner le catabolisme des acides gras et utilise les acides aminés à la place du glucose.
Dans les deux cas le catabolisme des acides aminés se fait au détriment de la synthèse des protéines et conduit à une dégradation des protéines musculaires (fonte musculaire et détérioration des qualités musculaires).
V - FACTEURS LIMITANTS LA RESYNTHESE DE L’ATP :
APPORT DES METABOLITES : LA NUTRITION
La cellule a besoin (par ordre de priorité) d’H2O, de glucose, d’acides gras, d’acides aminés, de sels minéraux, et de substances diverses (vitamines). Ces substances sont fournies à l’organisme par l’alimentation. On peut distinguer 4 étapes :
I- ETAPE DES ECHANGE TISSULAIRE : ENTREE DANS LA CELLULE
L’échange des nutriments entre le sang et le cytoplasme cellulaire (ou la mitochondrie) se fait de 3 manières :
II- ETAPE CIRCULATOIRE : TRANSPORT DES NUTRIMENTS JUSQU’AUX CELLULES
Les nutriments sont transportés par le sang depuis le système digestif jusqu’aux cellules. Comme pour les gaz, le transport peut se faire de trois manières : dissous dans le plasma (eau, sels minéraux, vitamines, glucose, acides aminés...) ; combiné sous forme de substances chimiques complexes (sels minéraux - bicarbonates) ; fixé à des protéines de transport (acides gras).
Le transport et la fourniture des nutriments dépend de deux limites :
- disponibilité en transporteur et conditions de transport (état biochimique du plasma)
- limite de la circulation (débit, vascularisation des tissus, ouverture et état des capillaires...)
III- ETAPE DIGESTIVE : DEGRADATION DES ALIMENTS
Les aliments doivent être dégradés afin de libérer les nutriments. Les glucides doivent être réduit en glucose, les protides en acides aminés, les graisses en acides gras, l’eau, les vitamines et les sels minéraux doivent être extrait des aliments.
Cette dégradation est à la fois mécanique (découpage, broyage, et malaxage...) et chimique (attaque chimique par des enzymes, sels et acides digestifs). La qualité de la dégradation des aliments dépend de leur réduction de taille (mastication), de l’efficacité des enzymes et sels minéraux (disponibilité, quantité, malaxage, temps de digestion...)... et de la digestibilité des aliments (nature et associations alimentaires). La préparation des aliments (coupe, cuisson, épluchage, température, associations, sels…) est essentielle à leur digestion et en modifie la durée et le coût énergétique.
IV- ETAPE DIGESTIVE : ABSORPTION INTESTINALE
Les nutriments libérés dans l’intestin grêle doivent être absorbés par les cellules de la paroi intestinale et libérées dans les capillaires sanguins. La qualité de l’absorption dépend de l’efficacité des processus de traversé de la membrane (état de la membrane, temps de transit, transporteurs, différence de concentration, disponibilité en énergie...) et de la qualité de la libération dans le sang ou la lymphe.
Cas particulier des Acides gras : Les acides gras ne peuvent être libérés dans les capillaires. Les cellules intestinales les fixent à des protéines de transports et libèrent l’ensemble acide gras + protéine dans un canal lymphatique qui se déverse dans le sang.
V- ETAPE DES APPORTS ALIMENTAIRES : DIETETIQUE
Les apports alimentaires conditionnent les apports en nutriments et la qualité de la digestion (taille, cuisson, associations d’aliments).
1- Besoins quantitatifs : 1800 Kcal/j pour les femmes et 2100 Kcal/j pour les hommes (1,4 kcal/min).
Ces chiffres correspondent aux besoins du métabolisme de base (besoin énergétique de l’ensemble des cellules de l’organisme indépendamment de toute activité = seul maintien de leur existence propre).
Ce chiffre est augmenté par l’activité cellulaire : froids ou chaud, travail intellectuel ou rêves, efforts physiques, maternité, croissance... 1g glucose = 4 Kcal, 1g d’acide aminé = 4 Kcal, 1g d’acide gras = 9 Kcal
Chez le sportif, il peut monter jusqu’à 2200 à 2400kcal/j pour les femmes et 2800 à 3000 Kcal/j pour les hommes.
On recommande de faire au moins trois repas par jour bien répartis au long de la journée et loin des efforts sportifs (2 à 3 heures).
Petit Déjeuner : 25%, Midi : 40 %, Soir : 35 % des apports de la journée (goûter : 10% à prendre sur midi et soir)
2- Besoins qualitatifs : outre les besoins en énergie, il faut également assurer un bon équilibre entre les différents nutriments : eau (>3 l par jour), vitamines (A, B, C, D, E...), sels minéraux (Na, K, Ca, Mg, Fe, P...), glucides, acides gras et acides aminés.
On admet que les glucides doivent représenter au moins 55% (100 à 150g/kg/j) de l’apport énergétique dont 10% maximum de sucres simples (glucose, fructose…), les lipides 30% et les protéines 15% (0,5 à 1g/kg/j).
3- Types d’aliments : On distingue généralement 7 groupes alimentaires selon leurs apports en nutriments
Franck BOUCHETAL PELLEGRI – Professeur de sport - Formation Entraineur / B.E.E.S 1
