Un homme moyen de 75 kg possède environ 30 kg de muscles. Les muscles striés squelettiques sont constitués d'un grand nombre de fibres musculaires. Il s’agit de cellules géantes, pouvant atteindre plusieurs décimètres, qui contiennent des protéines contractiles.
Le muscle possède des réserves en oxygène, phosphocréatine, glucides (sous forme de glycogène) et lipides. Mais il ne peut pas utiliser directement l'énergie de ces ressources pour se contracter. Il a besoin d'un « intermédiaire énergétique » : l'ATP (adénosine triphosphate). C'est ainsi que lors de la contraction musculaire, l'énergie libérée par les nutriments est transformée en ATP et l'ATP en énergie mécanique et en chaleur. Le rendement du muscle est assez faible :
- entre 20 et 25 % de l'énergie chimique est transformée en énergie mécanique pour les sportifs de très haut niveau ;
- le reste, soit entre 70 et 75 %, est perdu sous forme de chaleur.
Pour cette raison, le sportif a besoin de combustible (fourni par les aliments), d'oxygène et d'eau lorsqu'il réalise un effort. En contrepartie, il y a formation de molécules énergétiques d'ATP, avec un dégagement d'eau (H2O), de gaz carbonique (CO2) et de chaleur.
Les carburants du muscle
Le muscle possède des réserves en phosphocréatine, une molécule riche en énergie. C'est elle qui se dégrade spontanément en ATP en cas d'effort extrêmement dense et de courte durée (moins de 10 secondes). Ces réactions ont lieu sans oxygène (anaérobie) et s'épuisent rapidement. C'est, pour simplifier, la filière énergétique du sprinter.
Lorsque l'effort est plus long, l'organisme commence à dégrader les glucides. Lorsque l'apport d'oxygène est suffisant, le glucose est transformé totalement en eau et en gaz carbonique, ce qui permet la production de 36 molécules d'ATP<note>La cassure d'une molécule d'ATP libère 7 kilocalories.</note>. Il s'agit de la voie aérobie. Lorsque l'apport d'oxygène est insuffisant, l'organisme fait appel au glycogène stocké dans les muscles et le foie. Celui-ci est dégradé de façon incomplète et la réaction chimique est interrompue au-dessus d'un certain seuil d'acide lactique. Cette voie anaérobiose ne fournit que 3 molécules d'ATP mais avec un débit plus élevé que la voie aérobie, ce qui permet de fournir un effort intense comme un sprint en ski nordique. La formation d'acide lactique est à l'origine d'une diminution du pH musculaire qui contribue à provoquer des douleurs musculaires. Si un nouvel apport d'oxygène survient en quantité suffisante, l'acide lactique est transformé en énergie par le muscle (cycle aérobie) ou en glucose par le foie. Ce phénomène explique le regain d'énergie que peuvent connaître certains sportifs d'endurance après un certain temps.
Même si les réserves en glycogène peuvent être augmentées lors de l'entraînement, elles s'épuisent très rapidement dans le muscle au cours de l'effort (en 90 minutes pour un effort intensif). Selon la durée de l'effort, un apport de glucides est donc indispensable pour renouveler les réserves épuisées. De même, après l'effort, la reconstitution rapide des réserves accélère la phase de récupération.
Les efforts de petite intensité sont assurés par la dégradation des lipides. Ces derniers sont transformés en molécules d'ATP (45 ATP) en présence d'oxygène.
Chaque individu peut consommer une quantité maximale d'oxygène donnée, appelée VO2 max. Cette limite va déterminer la performance lors d'un effort physique, surtout si celui-ci est long. La VO2 max est déterminée depuis la naissance, et permet donc de déceler de futurs champions, puis s'améliore avec l'entraînement.
Ces différentes réserves de carburant ne sont pas stockées dans le même type de fibres musculaires et ne sont pas toutes sollicitées au même moment. Il y a tout d’abord les fibres à contraction lente, riches en oxygène, en glycogène (glucides) et en lipides. Très vascularisées, elles utilisent tout particulièrement les lipides en présence d'oxygène. Elles sont très résistantes à la fatigue et serviront donc pour l'endurance. Il y a ensuite les fibres à contraction rapides, plus grosses et particulièrement riches en glycogène. Ces dernières n'utilisent pas d'oxygène et serviront pour les efforts intenses mais de courte durée. En fonction du type de sport, les athlètes développeront donc préférentiellement des fibres « lentes » ou des fibres « rapides ».
Continuité des filières énergétiques du muscle
On distingue trois processus de fonctionnement :
- la phase anaérobie alactique (phosphocréatine) ;
- la phase anaérobie lactique (glycolyse sans oxygène) ;
- la phase aérobie (glycolyse et lipolyse en présence d'oxygène).
Lorsqu'un métabolisme commence à s'épuiser, un autre système se met en route et prend le relais.
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