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Utilisation de l'énergie par les muscles, travail réel effectué par les muscles et plus

Utilisation de l'énergie par les muscles, travail réel effectué par les muscles et plus


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Dernièrement, j'ai commencé à faire de l'exercice dans le gymnase et à l'extérieur. J'ai aussi commencé à regarder les détails de la nourriture que je mange.

Les aliments ont généralement une étiquette indiquant la quantité d'énergie qu'ils contiennent. Par exemple, certains chocolats disent qu'ils contiennent 400 kilocalories pour 100 grammes.

J'ai quelques questions à ce sujet :

  1. L'étiquette indique-t-elle que la quantité d'énergie chimique totale existe à l'intérieur de la nourriture, qui sera libérée si elle est brûlée, ou l'énergie disponible pour le corps humain après la digestion, et parce que la digestion nécessite de l'énergie, la nourriture contient en fait PLUS d'énergie alors écrit ?

  2. Quand je roule sur un vélo statique, il y a un écran qui compte les kcal que je brûle. Il a une chose connectée à mon bras, mesurant mon rythme cardiaque. Après environ une heure de conduite, il a dit que j'avais utilisé environ 700 kcal. Est-ce la quantité de travail que j'ai fait, c'est-à-dire s'il y avait une batterie connectée au vélo, je générerais 700 kcal d'électricité, OU, la quantité d'énergie que mon corps PERD, car l'efficacité musculaire est loin de 100% (donc, J'ai perdu 700 kcal, mais n'ai généré que 150 kcal d'électricité, par exemple)

  3. Lors d'une activité physique, le rythme cardiaque et le rythme respiratoire augmentent. Disons que je fais du vélo ou que je cours. Quel est le rapport entre l'énergie consommée par le muscle et l'énergie consommée par les poumons ou le cœur ?


  1. Je ne parle que de la réglementation américaine : les étiquettes de calories sur les emballages font référence à l'énergie libérée lors de la combustion. Parfois, ceux-ci sont inexacts. De nombreux diététiciens recommandent de calculer les calories en fonction du poids des protéines, des glucides et des graisses dans la portion : 4 kcal par gramme de protéines et de glucides et 9 kcal par gramme de graisse dans votre alimentation. Multipliez les glucides, les protéines et les graisses par la valeur appropriée et additionnez-les.

  2. La lecture sur le vélo ne tient pas compte de votre pouls. Juste le travail brut fait en tournant les pédales. Certains vélos très intelligents prennent en compte le pouls, mais les moniteurs cardiaques souvent imprécis conduisent à des calculs inexacts de l'énergie totale.

  3. Le cœur et le diaphragme (muscle principalement responsable de la respiration) utilisent plus d'énergie lors de l'exercice que lorsque vous êtes assis immobile. Mais cette augmentation est faible par rapport à l'augmentation des ensembles musculaires primaires impliqués dans l'exercice. Votre fréquence cardiaque au repos est probablement d'environ 70 bpm, votre fréquence cardiaque à l'exercice est probablement d'environ 160-180 bpm. Il a donc augmenté son taux et sa consommation d'énergie d'environ 3 fois. Vos muscles squelettiques maintiennent un taux métabolique basal pendant l'inactivité (l'un des objectifs est que votre corps a besoin de la chaleur des muscles légèrement tendus pour se thermoréguler) - mais pendant l'effort, leur taux métabolique augmente énormément. L'exercice augmente leurs besoins énergétiques par des ordres de grandeur entiers.

La valeur réelle de (énergie utilisée par le cœur) / (énergie utilisée par les muscles squelettiques pendant l'exercice) dépend de l'exercice que vous faites et de l'efficacité avec laquelle vous le faites. Le changement dans le rapport entre l'inactivité et l'activité dépend de votre masse musculaire (plus de muscle utilise plus d'énergie pendant l'inactivité) et de l'intensité avec laquelle vous vous entraînez. Mais le fait est que les demandes énergétiques accrues des muscles squelettiques dépassent de loin l'augmentation 3x des demandes énergétiques du cœur et du diaphragme - ce dernier représente donc à peu près toute la consommation d'énergie totale, même à des niveaux d'activité modérés.


1) Cela dépend de chaque pays et de votre ministre. En Finlande, la chose est faite pour qu'on dise l'énergie stockée dans les aliments, qui sera libérée si brûlée.

2) C'est l'énergie poussée vers le vélo lorsque le vélo ne prend pas en compte votre pouls. Si le vélo est intelligent, il prend en compte votre pouls, puis il essaie d'estimer la quantité d'énergie libérée par votre corps. Cela se fait différemment entre les différents fabricants de ces montres.

3) Au fait, le cœur est un groupe de muscles, un organe musculaire myogénique ! Considérez donc plutôt le cœur et une partie des poumons. Problème très large sinon.


Les mitochondries musculaires peuvent former un réseau électrique

Les muscles squelettiques sont constitués de cellules longues et minces qui regorgent de protéines et d'organites hautement organisés. Pendant un exercice intense, le taux d'utilisation d'énergie dans les muscles squelettiques peut augmenter de plus de 100 fois presque instantanément. Pour répondre à cette demande énergétique, les cellules musculaires contiennent des mitochondries. Ces organites, communément appelés « centrales énergétiques » de la cellule, convertissent les nutriments en la molécule ATP, qui stocke l’énergie. Dans ce processus, connu sous le nom de respiration cellulaire ou phosphorylation oxydative, les mitochondries agissent comme de petites batteries cellulaires, utilisant une tension électrique à travers leurs membranes comme source d'énergie intermédiaire pour produire de l'ATP.

Les scientifiques pensent depuis longtemps que l'énergie produite par les mitochondries est distribuée à travers les cellules musculaires par un certain type de mécanisme de diffusion. Cependant, des études ont montré que ces voies de diffusion ne suffisent pas à elles seules à soutenir une contraction musculaire normale.

Une équipe dirigée par les Drs. Robert S. Balaban et Sriram Subramaniam du NIH’s National Heart, Lung, and Blood Institute (NHLBI) et National Cancer Institute (NCI), respectivement, ont émis l’hypothèse qu’une autre voie énergétique plus rapide et plus efficace doit diffuser l’énergie dans les cellules musculaires. Leurs recherches ont été menées sur le campus du NIH à Bethesda, dans le Maryland. Les résultats ont été publiés le 30 juillet 2015 dans La nature.

Le groupe a analysé des images 3D à haute résolution du muscle squelettique de souris. Ils ont utilisé une technique d'imagerie connue sous le nom de microscopie électronique à balayage à faisceau d'ions focalisés (FIB-SEM). Le Dr Subramaniam et son équipe ont utilisé cette approche, qu'ils ont développée, pour déterminer la structure de nombreuses protéines clés, y compris les récepteurs cérébraux et le virus qui cause le SIDA.

Les chercheurs ont tracé les chemins des mitochondries et ont découvert qu'elles formaient un réseau, ou réticulum. Ils ont émis l'hypothèse que ces organites pourraient former un vaste réseau interconnecté d'une manière qui ressemble aux lignes de transmission électrique d'un réseau électrique municipal.

Pour tester l'idée, ils ont utilisé des sondes optiques spécialement conçues pour examiner les connexions électriques entre les mitochondries. Ils ont découvert que les « fils » mitochondriaux étaient électriquement conducteurs et que la plupart des mitochondries étaient en communication électrique directe via le réseau d'interconnexion. Les mitochondries étaient couplées électriquement et capables de distribuer rapidement la tension membranaire mitochondriale - l'énergie primaire pour la production d'ATP - dans toute la cellule.

"La découverte de ce mécanisme de distribution rapide de l'énergie dans toute la cellule musculaire changera la façon dont les scientifiques envisagent la fonction musculaire et ouvrira un tout nouveau domaine à explorer dans le domaine de la santé et de la maladie", a déclaré Balaban.


Que fait ce système ?

Le grand objectif des muscles de votre corps est le mouvement. Nous pourrions parler du mouvement de vos jambes pendant que vous marchez. Nous pourrions parler des battements de votre cœur. On pourrait aussi parler de la contraction d'un très petit vaisseau sanguin dans votre cerveau.

Vous n'avez aucun contrôle sur la majeure partie du système musculaire. Vous contrôlez le muscle volontaire de vos bras, de vos jambes, de votre cou et de votre torse. Vous avez peu ou pas de contrôle sur le cœur ou les muscles lisses. Ces autres muscles sont sous le contrôle du système nerveux autonome (ANS).


Quelles sont les sources d'énergie pour la contraction musculaire?

L'ATP est la source immédiate d'énergie pour la contraction musculaire. Cependant, les réserves d'ATP dans le muscle peuvent maintenir la contraction musculaire jusqu'à 3 secondes. En environ 3 secondes, tout l'ATP est épuisé de la cellule musculaire. Par la suite, l'ATP est régénéré grâce à l'énergie libérée par la déphosphorylation des réserves de créatine phosphate de la fibre musculaire.

Les réserves de créatine phosphate (20 mM/L) de la fibre musculaire peuvent soutenir la contraction pendant environ 5 secondes de plus, c'est-à-dire jusqu'à 8 secondes. Après épuisement des réserves de créatine phosphate, un apport supplémentaire d'énergie pour la régénération de l'ATP provient du glycol sis, qui peut maintenir la contraction musculaire jusqu'à 1 minute. Le produit final du glycol sis est le pyruvate et les molécules d'ATP. Lorsque O, est disponible, l'acétyl-CoA est complètement métabolisé par le cycle de Kreb’s. En l'absence d'oxygène cependant, les molécules d'acétyl-CoA se condensent pour former de l'acide lactique.

L'acide lactique est libéré dans le sang d'où il est absorbé par le foie et les reins, reconverti en glucose et remis en circulation. Ce recyclage de l'acide lactique est appelé cycle de Cori.

Au cours de la formation de glycol anaérobie, la conversion de 1 molécule de glucose-6-phosphate en 2 molécules de pyruvate libère 3 molécules d'ATP. Si le muscle utilise le glucose prélevé dans le sang, la génération nette d'ATP tombe à 2 molécules par molécule de glucose. En effet, 1 molécule d'ATP est utilisée pour phosphoryler le glucose en glucose-6-phosphate. La glycogénolyse du glycogène musculaire donne cependant du glucose-6-phosphate sans nécessiter de consommation d'ATP et, par conséquent, le rendement net en ATP reste de 3 molécules d'ATP par molécule de glucose.

Le glycol sis seul peut maintenir la contraction pendant environ 1 VI minutes seulement, car l'accumulation d'acide lactique rend la contraction prolongée difficile. En présence d'oxygène, le produit terminal du glycol sis., le pyruvate est converti en acétyl CoA et introduit dans le cycle de Kreb’s dans lequel 38 molécules d'ATP sont générées. Le cycle de Kreb peut maintenir la contraction musculaire pendant plusieurs heures.


1)i) Force = masse X accélération

2 j) Énergie Gravitationnelle = masse X accélération X hauteur (distance)

W (total) = W J/ascenseur x n ascenseurs

W (total) = W J/ascenseur x n ascenseurs

5) n) puissance pendant l'étape 1 = 1 312.283J/ 115 secondes

0) puissance pendant l'étape 2 = 3 374,4438 J/ 303 secondes

6) p) moles d'ATP utilisées pendant l'exercice (stade 1 et 2)

= 13390,65 J x (1kJ/1000J) x (1 mol d'ATP/2870 KJ)

7) q) moles de glucose utilisées

= 4,46 x 10^-3 mol d'ATP x 1 mol de glucose/30 mol d'ATP

8) r) 1,4866 x 10^-4 mol de glucose utilisé x (1 mol de saccharose/ 2 mol de glucose)

9) (s) 7,43 x 10^-5 mol de saccharose utilisé x 342g/mol

10) (t) 2,54 x 10^-2 g de saccharose x (1 cuillère à café de sucre/ 4 g de saccharose)

= 6,35 x 10^-3 cuillères à café de sucre de table


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Les cellules musculaires elles-mêmes ont une anatomie complexe qui leur permet de bien fonctionner à un très petit niveau. L'échange et l'utilisation de divers produits chimiques dans leur système leur permettent d'envoyer et de recevoir des signaux qui régissent le fonctionnement global de l'ensemble du groupe de cellules. Ces cellules reçoivent des données qui leur indiquent comment se comporter et fonctionner différemment d'une personne à l'autre. Par exemple, certaines personnes sont génétiquement dotées de muscles plus gros que d'autres en raison du codage de l'ADN envoyé aux cellules musculaires. Île aux carottes 13 novembre 2010

Une façon simple de regarder les cellules musculaires est qu'elles se comportent comme de petites batteries, avec des tensions (potentiels membranaires) de l'ordre du millivolt. Cela permet aux cellules de générer de minuscules courants électriques qui permettent à la cellule musculaire de se contracter ou de se contracter et de pomper le sang.

Les cellules du muscle cardiaque chez un adulte ne se divisent normalement pas. Ils ne font qu'augmenter en taille.

Les muscles peuvent représenter environ 40 % de votre poids corporel. Le muscle le plus long du corps a des cellules musculaires de plus d'un pied de long. Les muscles ne peuvent que tirer. Ils ne peuvent pas pousser.


Protéine idéale pour aider les seniors à reconstruire les muscles perdus

Alors que les amateurs d'exercices utilisent depuis longtemps des suppléments de protéines pour gagner du muscle, une nouvelle recherche de l'Université McMaster suggère qu'une source de protéines en particulier, la protéine de lactosérum, est la plus efficace pour les personnes âgées qui luttent pour reconstruire les muscles perdus à cause de l'inactivité associée à une maladie ou à de longs séjours à l'hôpital.

L'étude, publiée en ligne dans Le Journal Américain de Nutrition Clinique, ont comparé l'impact de différentes formes de suppléments protéiques sur les personnes âgées, une population croissante confrontée à la perte de muscle et de force, ou sarcopénie, qui à son tour peut affecter l'équilibre, la démarche et la capacité d'effectuer les tâches simples de la vie quotidienne.

Les chercheurs ont découvert que les protéines n'arrêtaient pas la perte de masse musculaire maigre causée par l'inactivité, cependant, les suppléments de lactosérum aidaient à reconstruire les muscles une fois que les activités des participants reprenaient.

"Le message important ici est que toutes les protéines ne sont pas créées égales. Le lactosérum est l'une des protéines de la plus haute qualité et est idéal pour les personnes âgées", déclare Stuart Phillips, auteur principal de l'article et professeur de kinésiologie à McMaster.

Les chercheurs ont entrepris de comparer l'impact du lactosérum par rapport aux protéines de collagène sur la perte musculaire pendant les périodes d'inactivité puis de récupération.

Le lactosérum est considéré comme une protéine complète ou de haute qualité, ce qui signifie qu'il est riche en tous les acides aminés essentiels et plus riche en leucine, l'un des acides aminés essentiels que le corps ne peut pas fabriquer lui-même et doit donc provenir de la nourriture.

Les peptides de collagène, en comparaison, ont une teneur beaucoup plus faible en leucine, manquent ou sont pauvres en acides aminés essentiels.

Pour l'étude, les chercheurs ont recruté des hommes et des femmes non-fumeurs, non diabétiques et âgés de 65 à 80 ans. Un groupe de sujets a consommé des protéines de lactosérum, l'autre des peptides de collagène, tout au long de l'étude.

Pendant une période de cinq semaines, leur régime a été contrôlé, y compris une période de deux semaines où leurs pas quotidiens étaient limités à 750 par jour et leur apport calorique réduit de 500 calories par jour, des conditions qui pourraient imiter ce que les personnes âgées éprouvent souvent au cours d'un séjour à l'hopital.

Les participants sont revenus à des niveaux d'activité normaux au cours d'une période de récupération d'une semaine.

L'équipe avait prédit que le groupe des peptides de collagène subirait une perte musculaire significativement plus importante que le groupe des protéines de lactosérum, mais cela ne s'est pas produit. Les deux groupes ont perdu la même quantité de muscle.

« Bien que nous sachions déjà que les sources complètes de protéines sont plus puissantes pour stimuler les processus de construction, nous avons été surpris de découvrir qu'après deux semaines d'étapes limitatives parmi les participants, il n'y avait aucune différence apparente dans la perte musculaire entre les deux groupes », déclare Sara Oikawa, auteur principal et étudiant diplômé du Département de kinésiologie de McMaster.

Alors que les protéines étaient inefficaces pour atténuer la perte musculaire, selon les chercheurs, lorsque les participants sont revenus à une activité normale de renforcement musculaire, le groupe de lactosérum a récupéré plus de muscle squelettique.

"Lorsque nous considérons les mesures qui peuvent être prises pour aider les personnes âgées à mesure qu'elles vieillissent, il est clair que le lactosérum est un ingrédient important. Inversement, nous devons éviter le collagène dans les formulations ciblant les personnes âgées", explique Oikawa.

Dans les recherches futures, Oikawa prévoit de se concentrer sur les femmes en particulier, qui ont tendance à éprouver de plus grandes difficultés à reconstruire leurs forces.


Comment les muscles produisent de l'acide lactique

Pendant la majeure partie de la journée, notre corps brûle de l'énergie de manière aérobie, c'est-à-dire en présence d'oxygène. Une partie de cette énergie provient du sucre, que nos cellules musculaires décomposent dans une série de réactions chimiques appelées glycolyse. (Nous obtenons également de l'énergie à partir des graisses, mais cela implique un tout autre processus chimique). Le produit final de la glycolyse est le pyruvate, un produit chimique que le corps utilise pour produire encore plus d'énergie. Mais l'énergie ne peut être récupérée à partir du pyruvate qu'en présence d'oxygène. Cela change pendant l'exercice dur.

Lorsque vous vous lancez dans un sprint total, vos muscles commencent à faire des heures supplémentaires. Plus vous travaillez dur, plus vos muscles ont besoin d'énergie pour maintenir votre rythme. Heureusement, nos muscles ont des turbo-boosters intégrés, appelés muscles à contraction rapide. Contrairement au muscle à contraction lente, que nous utilisons la majeure partie de la journée, le muscle à contraction rapide est très efficace pour produire rapidement beaucoup d'énergie et le fait de manière anaérobie, a déclaré Gleeson. Le muscle à contraction rapide utilise également la glycolyse pour produire de l'énergie, mais il évite de récupérer l'énergie du pyruvate, un processus qui consomme de l'oxygène. Au lieu de cela, le pyruvate est converti en un déchet, l'acide lactique, et libéré dans la circulation sanguine.

C'est une idée fausse commune que les cellules musculaires produisent de l'acide lactique lorsqu'elles ne peuvent pas obtenir suffisamment d'oxygène, a déclaré Gleeson. "Ce n'est pas le cas. Vos muscles reçoivent beaucoup d'oxygène", a-t-il déclaré. Mais en période de besoins énergétiques intenses, les muscles passent à la respiration anaérobie simplement parce que c'est un moyen beaucoup plus rapide de produire de l'énergie.


Bien qu'ils soient tous les deux des sports de course, le sprint de 100 mètres et le marathon sont deux événements complètement différents. Le sprint de 100 mètres est une épreuve brève et explosive (Newsholme, Leech & Duester, 1994 Ross & Leveritt, 2001) le marathon est une épreuve d'endurance prolongée et de haute intensité (Wagenmakers, 1999).

L'essence du sprint de 100 mètres est la vitesse, avec peu d'oxygène inhalé pendant sa durée de 10 secondes, ce qui rend l'événement presque entièrement anaérobie (Newsholme, et al., 1994) alors que, bien que complété par des coureurs de marathon d'élite à un rythme entre 80 à 85 % de leur capacité maximale et le système anaérobie étant utilisé pendant les efforts de sprint pendant ou à la fin de la course, le marathon est un événement principalement aérobie réalisé en 2 à 2,5 heures par des coureurs de marathon d'élite (Newsholme, et. al. , 1994).

Cet article comparera et mettra en contraste les exigences métaboliques du sprint de 100 mètres et du marathon. Il expliquera les différents systèmes énergétiques et voies métaboliques utilisés par les muscles qui travaillent pour synthétiser l'énergie.

Il identifiera la source d'énergie utilisée lors de ces événements, en discutant des situations dans lesquelles les muscles qui travaillent utilisent du carburant de différents types provenant de plus d'une source. Enfin, il examinera les limites des magasins et de l'approvisionnement de ces carburants et les associera à des performances optimisées dans chaque événement.

Énergie

Pour que le corps puisse faire de l'exercice pour une intensité ou une durée donnée, il a besoin d'énergie. L'énergie est fournie chimiquement sous la forme d'adénosine triphosphate (ATP), un phosphate à haute énergie stocké dans le muscle squelettique.

L'ATP est le seul carburant qui peut être utilisé directement par les muscles qui travaillent pour la contraction. Le corps a des réserves limitées (

80-100 grammes) d'ATP, juste assez pour fournir de l'énergie pendant deux secondes de sprint maximal. Par conséquent, l'ATP doit être continuellement resynthétisé à partir d'autres sources par différentes voies métaboliques.

Le sprint de 100 mètres utilise à la fois du PCr et du glycogène comme carburant.

L'intensité et la durée de l'événement déterminent le carburant et le système énergétique requis pour fournir de l'énergie (Maughan, Gleeson & Greenhaff, 1997 McArdle, Katch & Katch, 2007 Newsholme et. al., 1994).

Systèmes énergétiques

Il existe trois systèmes énergétiques différents dans le corps :

  1. Le système immédiat - Alimenté par les phosphates intramusculaires à haute énergie ATP et Phosphocréatine (PCr)
  2. Le système à court terme - La glycolyse anaérobie (glycogénolyse et/ou glycolyse) ou système lactate alimenté par le glycogène, le glucose et le squelette glycérol des triglycérides et
  3. Le système à long terme - La glycolyse aérobie et la phosphorylation oxydative des macronutriments glucides, lipides et protéines (Maughan, et. al., 1997 McArdle, et. al., 2007).

Le but de chaque système énergétique "est de régénérer l'ATP à des taux suffisants pour empêcher une chute significative de la concentration d'ATP intramusculaire" (Maughan, et al., 1997, p. 16).

Le système énergétique immédiat

Un exercice maximal, de haute intensité et de courte durée, comme le sprint de 100 mètres, utilise le système énergétique immédiat. Il y a 4 à 5 fois plus de PCr dans le muscle squelettique que d'ATP et le système énergétique immédiat commence à re-synthétiser l'ATP de manière anaérobie via l'hydrolyse de PCr dès que les muscles qui travaillent se contractent.

Le taux d'hydrolyse de la PCr est le plus élevé dans les deux premières secondes de contraction, mais il commence à décliner après seulement quelques secondes de contraction maximale en raison d'une resynthèse incomplète de la PCr (Maughan, et. al., 1997 McArdle, et. al., 2007 ).

Le système énergétique à court terme

"L'énergie anaérobie pour la resynthèse de l'ATP dans la glycolyse peut être considérée comme un carburant de réserve activé lorsqu'une personne accélère au début de l'exercice" (McArdle, et. al., 2007, p. 166) ou effectue un sprint total de 100 m.

La glycolyse anaérobie, comme l'hydrolyse de la PCr, est initiée au début de la contraction d'un exercice de haute intensité, mais, contrairement à l'hydrolyse de la PCr, sa vitesse de réaction la plus élevée se produit après cinq secondes de contraction.

Au cours d'un exercice intense, si la production d'hydrogène dépasse son oxydation, le pyruvate s'y lie temporairement pour créer du lactate. Le lactate alors soit 1) s'accumule, car sa production dépasse son oxydation (l'accumulation de lactate, comme on le verra plus loin, peut être une cause de fatigue au sprint de 100 mètres) 2) est oxydé en pyruvate ou 3) est diffusé dans le sang , où il est transporté vers le foie et entre dans le cycle de Cori pour subir une néoglucogenèse (McArdle, et. al., 2007 Newsholme, et. al., 1994).

Le système énergétique à long terme

Au cours d'exercices prolongés comme le marathon, tant qu'il y a de l'oxygène produit vers les muscles qui travaillent, l'ATP peut être re-synthétisé par le métabolisme aérobie (Brooks, 1999 McArdle, et. al., 2007).

Au cours de la glycolyse aérobie, la consommation d'oxygène à l'état d'équilibre correspond aux demandes d'énergie et le pyruvate se convertit en acétyl-CoA, qui entre ensuite dans le cycle de Krebs et ensuite dans la chaîne de transport d'électrons dans les mitochondries, où les électrons sont transférés du NADH et du FADH2 à l'oxygène pour former de l'eau et du carbone. dioxyde de carbone dans un processus appelé phosphorylation oxydative, pour régénérer l'ATP (Maughan, et. al., 1997 McArdle, et. al., 2007).

Continuum du système énergétique

« Bien qu'un système énergétique prédomine sur l'autre, les systèmes énergétiques aérobie et anaérobie fonctionnent toujours, indépendamment de l'intensité ou du type d'activité » (Brooks, 1999, p. 103). Les contributions relatives de chaque système énergétique dépendent à la fois de l'intensité et de la durée de l'exercice (McArdle, et. al., 2007 Newsholme, et. al., 1994).

La contribution de l'énergie de chaque système énergétique s'inscrit dans un continuum.

À un extrême, pendant une courte durée à haute intensité (

10 secondes) comme le sprint de 100 m, où la dépense énergétique des muscles au travail dépasse de 120 fois ou plus leur valeur au repos, les phosphates intramusculaires à haute énergie fournissent la quasi-totalité de l'énergie nécessaire.

À l'autre extrême, lors d'exercices prolongés moins intenses comme le marathon, où la dépense énergétique des muscles au travail ne dépasse que 20 à 30 fois les niveaux de repos, les processus anaérobies ne sont pas nécessaires et les processus aérobies fournissent la quasi-totalité de l'énergie requise ( McArdle, et coll., 2007 Newsholme, et coll., 1994).

Carburants dans le corps

Il existe divers carburants dans le corps qui peuvent maintenir la resynthèse de l'ATP selon les besoins : le phosphate intramusculaire à haute énergie PCr, ainsi que les macronutriments glucides, lipides et protéines.

Voies métaboliques

Il existe de nombreuses voies métaboliques différentes que ces carburants utilisent dans la régénération de l'ATP.

La PCr est stockée uniquement dans le muscle squelettique, en quantités quatre à cinq fois supérieures à celles de l'ATP. La PCr rephosphoryle l'adénosine diphosphate (ADP) dans le muscle squelettique pour former de l'ATP de manière anaérobie. L'équation pour l'hydrolyse de la PCr est ADP + PCr Créatine Kinase ATP + Cr (McArdle, et. al, 2007). La PCr est très importante pour des événements tels que le sprint de 100 mètres, lorsque l'énergie est requise immédiatement et sans oxygène (McArdle, et. al., 2007 Newsholme, et. al., 1994).

Le métabolisme des glucides

Les glucides sont stockés dans le corps sous forme de glycogène ou de glucose, principalement dans le foie et les muscles, mais aussi dans le tissu adipeux, la circulation sanguine et le cerveau. Les glucides sont métabolisés par la glycolyse, un processus qui peut être à la fois anaérobie (conversion en pyruvate ou en lactate) et aérobie (poursuite par les voies métaboliques lorsque le pyruvate se transforme en acétyl-CoA et entre dans le cycle de Krebs et la chaîne de transport d'électrons pour la phosphorylation oxydative).

Au cours du sprint de 100 mètres, la glycolyse anaérobie du glucose utilise deux ATP pendant la réaction, ce qui donne deux ATP nets si le glycogène subit une glycogénolyse avant la glycolyse anaérobie, le rendement net est de trois ATP.

Pendant le marathon, deux autres ATP sont fournis par la phosphorylation au niveau du substrat dans le cycle de Krebs, et 32 ​​molécules d'ATP sont resynthétisées pendant la phosphorylation oxydative, régénérant un total de 36 ATP par le métabolisme aérobie des glucides.

Le glycogène musculaire est le carburant le plus important dans le sprint de 100 mètres, car il est immédiatement disponible lorsque la contraction se produit (Newsholme, et. al., 1994).

Métabolisme des lipides

Les lipides sont stockés dans le corps sous forme de triglycérides, principalement dans le tissu adipeux, avec quelques réserves intramusculaires, ainsi que dans le foie et la circulation sanguine. Les lipides sont hydrolysés en glycérol et trois acides gras dans un processus appelé lipolyse. Alors que les acides gras doivent subir le processus aérobie de bêta-oxydation pour régénérer l'ATP, le glycérol peut entrer dans les voies métaboliques par glycolyse.

Les lipides sont une source d'énergie importante lors d'événements de longue distance tels que le marathon, car ils sont plus denses en énergie que les glucides (Maughan, et. al., 1997 McArdle, et. al., 2007 Newsholme, et. al., 1994) . Par rapport aux 36 ATP régénérés par une molécule de glucose, chaque molécule de triglycéride régénère un net 460 ATP : 441 ATP par bêta-oxydation, cycle de Krebs et phosphorylation oxydative, et 19 autres ATP par glycolyse du glycérol.

Les lipides ne sont pas le carburant idéal pour l'exercice car les acides gras doivent être transportés vers le muscle squelettique depuis le tissu adipeux via l'albumine dans le sang, avant de pouvoir être oxydés dans les voies métaboliques.

Cependant, cela en fait le carburant idéal dans les dernières étapes des épreuves d'endurance, telles que le marathon, une fois que les réserves de glycogène ont été épuisées et que le rythme du coureur de marathon a chuté à environ 50% de sa capacité maximale (Maughan, et al., 1997 McArdle et coll., 2007 Newsholme et coll., 1994).

Métabolisme des protéines

Les protéines sont stockées principalement dans les muscles du corps, mais aussi dans le foie et infimement dans le tissu adipeux. Lorsque les réserves de glycogène sont épuisées, les protéines peuvent devenir un carburant important, et lors d'épreuves d'endurance telles que le marathon, les protéines peuvent fournir jusqu'à 10 % de l'énergie nécessaire à la resynthèse de l'ATP (Maughan, et. al., 1997 Wardlaw & Hampl, 2007 ).

Les protéines ont leur azote éliminé par désanimation dans le foie et le muscle squelettique, laissant les acides aminés entrer dans les voies métaboliques de plusieurs manières : certains acides aminés sont glucogéniques et donnent des intermédiaires pour la néoglucogenèse d'autres acides aminés sont cétogènes et donnent des intermédiaires qui sont synthétisés pour triglycérol ou cataboliser aérobie pour l'énergie dans le cycle de Krebs.

L'ATP total régénéré par la protéine dépend de l'endroit où il pénètre dans les voies métaboliques (McArdle, et. al., 2007 Newsholme, et. al., 1994).

Consommation de carburant dans le sprint de 100 mètres et le marathon

Le carburant utilisé pour régénérer l'ATP pendant l'exercice dépend de divers facteurs, notamment l'intensité et la durée de l'exercice, la disponibilité du substrat et la composition du type de fibres musculaires (Maughan, et al., 1997).

Le sprint de 100 mètres

Le sprint de 100 mètres utilise à la fois du PCr et du glycogène comme carburant. Il y a suffisamment de PCr dans les muscles des jambes pour fournir la moitié de l'ATP nécessaire pour la course. Le glycogène fournit donc l'autre moitié de l'énergie nécessaire.

Dans le sprint de 100 mètres, il faut 1 à 2 secondes pour que le taux de glycolyse augmente au facteur requis d'au moins 1000 (Newsholme, et al., 1994). Ainsi, l'hydrolyse de la PCr contribue à la majorité de la production d'ATP pendant les deux premières secondes de la course, tandis que la glycolyse atteint son taux maximal. La recherche a montré que la performance de sprint maximale est obtenue grâce à l'utilisation simultanée de PCr et de glycogène (Newsholme, et. al., 1994).

Le marathon

Pendant une course, le marathonien utilise environ 75 kilogrammes d'ATP, et comme cette quantité ne peut pas être stockée dans le corps, l'ATP est re-synthétisé à partir de différents carburants (c'est-à-dire PCr, glucides, lipides et protéines), le catabolisme des carburants fournissant l'énergie nécessaire. .

Sur la base de tests simulés, les marathoniens d'élite utilisent 5 grammes de glycogène par minute (Newsholme, et. al., 1994), on peut donc calculer que le marathonien d'élite serait épuisé après seulement 90 minutes de course s'il n'utilisait que des glucides comme carburant ( Maughan, 1997).

Le glycogène et le glucose ne peuvent pas être stockés en quantités suffisantes pour alimenter entièrement le marathon, donc d'autres carburants contribuent également à la resynthèse de l'ATP.

Les réserves de lipides dans le corps sont près de 35 fois supérieures à celles des réserves de glucides. Ils sont également stockés &aposdry&apos tandis que les glucides sont stockés &aposwet&apos (c'est-à-dire que les glucides stockent 3 grammes d'eau pour chaque gramme de lipides du glycogène sont hydrophobes). Par conséquent, les lipides (c.

Limitations des magasins de carburant et de l'approvisionnement et de la fatigue

La fatigue est inévitable lors d'exercices de haute intensité. La fatigue est définie comme « l'incapacité à maintenir une puissance ou une force donnée ou attendue » (Maughan, et. al., 1999, p. 155), et il s'agit probablement d'un processus multifactoriel pendant le sprint de 100 mètres et le marathon ( Juel & Pilegaard, 1999 Maughan, et al., 1997).

Le sprint de 100 mètres

Au cours du sprint de 100 mètres, plus le déficit en oxygène est important, plus les réserves d'ATP et de PCr sont épuisées et plus l'accumulation de lactate est importante (Maughan, et. al., 1997 Newsholme, et. al., 1999). Le lactate diminue le pH des tissus dans lesquels il s'accumule et des études avec des préparations musculaires isolées ont montré que la diminution du pH du muscle squelettique soit 1) altère la contraction musculaire en perturbant la libération de calcium, soit 2) inhibe la resynthèse de l'ATP (Allen, Balnave, Chin & Westerblad, 1999 Jule & Pilegaard, 1999 Maughan, et al., 1997 Ross & Leveritt, 2001).

Des études impliquant une analyse biomécanique d'échantillons de biopsie musculaire prélevés sur le vaste latéral au repos et après 10 secondes d'exercice de sprint maximal, c'est-à-dire le sprint de 100 mètres, montrent que "ATP est initialement fourni par des taux maximaux de dégradation de l'ATP et de glycogénolyse, en particulier dans le type II fibres" (Greenhaff, Casey, Constantin-Teodosiu & Tzintzas, 1999, p. 283) et que c'est l'épuisement de PCr dans ces fibres qui est principalement responsable de la fatigue (Greenhaff, et. al., 1999).

Le marathon

D'autres études montrent que lors d'exercices d'endurance comme le marathon, la fatigue est une réponse du cerveau en raison de l'épuisement du glycogène dans les fibres musculaires de type I (Greenhaff, et. al., 1999 McArdle, et. al, 2007 Newsholme, et. al., 1999).

Il a été suggéré d'un &aposcentral Governor&apos dans le cerveau, qui rythme inconsciemment les muscles de travail afin qu'ils n'atteignent pas l'épuisement complet, et que le cerveau crée des sensations interprétées comme de la fatigue pour limiter l'exercice exhaustif et empêcher l'accumulation maximale de lactate (Noakes, Peltonen & Rusko, 2001).

Conclusion

The 100-meter sprint is an explosive, maximal race lasting about 10 seconds. The immediate and short-term energy systems are utilized to anaerobically chemically regenerate ATP from intramuscular stores of PCr and glycogen respectively during the race.

Aerobic metabolism via the long-term energy system contributes primarily to the resynthesis of ATP during the marathon, utilizing carbohydrates, lipids, and some protein as fuel (Maughan, et. al., 1997 McArdle, et. al., 2007 Newsholme, et. al., 1994).

Both carbohydrates and lipids are used as intramuscular fuels at rest. Studies using the respiratory exchange ratio have established that both carbohydrates and lipids are used to provide fuel for skeletal muscles during exercise and that their relative contribution to ATP regeneration changes based on the exercise intensity and duration (Spriet & Odland, 1999).

Short, high-intensity exercise, such as the 100-meter sprint has a greater reliance upon carbohydrates as a fuel source than the still-high-but-lower-intensity marathon, which relies more upon the oxidation of lipids to regenerate ATP (Maughan, et. al., 1997 McArdle, et. al., 2007 Newsholme, et. al., 1994 Spriet & Odland, 1999).

Metabolic changes such as lactic acidosis, fuel depletion, impaired excitation-contraction coupling and product inhibition, that occur during the 100-meter sprint and the marathon, inevitably cause fatigue, thereby reducing the pace that the sprinter or marathon runner can maintain for the race, which can result in reduced performance in each respective event (Maughan, et. al., 1997 McArdle, et. al., 2007 Newsholme, et. al., 1994).


Anaerobic Muscle Contraction

During high-intensity exercises, blood flow to your muscles is drastically reduced therefore, inadequate oxygen will be delivered to the muscles. In the absence of oxygen, muscle cells use a process termed glycolysis to produce ATP. Glycolysis generates ATP much faster than oxidative phosphorylation however, glycolysis can only yield two ATP per carbohydrate molecule available. Because glycolysis generates ATP much faster than oxidative phosphorylation, some muscles will resort to glycolysis even in the presence of oxygen to meet their energy needs at a faster rate. Although faster, one major consequence of glycolysis is the production of lactic acid which accumulates inside of your muscles to cause soreness and fatigue.

Ashley Petrone is currently pursuing a PhD in neuroscience at West Virginia University. Petrone graduated from Gannon University with a Bachelor of Science in biology and was also a member of the softball team.