Physiologie et entraînement

  Le muscle consomme de l'énergie qu'il tire de la combustion des substrats énergétiques. Ces substrats peuvent être en réserve dans le muscle et immédiatement disponibles pour les besoins de la contraction musculaire sous la forme de glycogène et aussi sous la forme de gout­telettes de triglycérides. Ils  sont acheminés par voie sanguine aux muscles qui fournissent un effort, à partir des réserves hépatiques de glycogène sous forme de glucose, ou à partir du tissu graisseux sous-cutané sous forme de triglycérides. 

Le glycogène joue un rôle important dans l'organisme à un double titre. D'une part, le cerveau a constamment besoin de glucose une baisse du taux de glucose contenu dans le sang par suite de l'épuisement des réserves hépatiques de glycogène entraîne des défaillances sur le plan de la concentration et de la coordination d'autre part dans les situations de carence d'oxygène, l'organisme ne peut transformer que du glucose et non pas des graisses.

 

Les charges de travail d'endurance amènent, selon leur durée et leur intensité, un épuisement plus ou moins mar­qué des réserves d'énergie. Pendant les 20 premières minutes d'une intense charge de travail, les réserves intracellulaires de glycogène diminuent assez rapidement, tandis qu'au cours des 40 à 60 minutes suivantes, elles diminuent plus lentement parce que le muscle qui fournit un effort utilise de préférence le glucose sanguin et les graisses, avec néanmoins une sensible tendance à la baisse d'intensité. Les réserves de glycogène diminuent ensuite jusqu'à épuisement

Dans un entraînement régulier de l'endurance , le cycle d'épuisement et de reconstitution des réserves qui se répète perpétuellement produit une augmentation des substrats énergétiques. Chez le sujet non entraîné la réserve de glycogène est de 200-300 g dans l'ensemble de la musculature et de 60-100 g dans le foie ; chez le sujet entraîné au contraire elle s'élève jusqu'au double

Après épuisement complet des réserves de glycogène, il faut toutefois jusqu'à 46 heures pour revenir au niveau ini­tial. Il est intéressant de noter qu'au cours des 5 à 10 premières heures la resynthèse des substrats énergétiques de la cellule s'effectue plus vite que par la suite

Dans l'utilisation et la reconstitution successives des réserves d'énergie, le niveau initial est légèrement dépassé à chaque fois, de sorte que l'on peut obtenir une augmen­tation de plus de 100 % du taux de glycogène à l'intérieur du muscle et dans le foie.                                                                                                                          

Il importe de noter encore que seul le glycogène du foie (et des reins dans une proportion plus restreinte) peut être mobilisé pour la régulation de la glycémie sanguine, puisque seul le foie possède l'enzyme nécessaire pour extraire du glucose des réserves de glycogène (la glucose-6-phosphatase) et peut donc seul fournir à la cellule mus­culaire du glucose par voie sanguine. Le muscle n'a pas cette faculté 

L'augmentation parallèle des réserves intracellulaires de glucose et de graisse est, avec l'augmentation du taux de glycogène dans le foie, l'une des conditions principales de l'amélioration de la capacité de performance d'endurance. Glucose et acides gras contribuent à la production d'énergie dans des proportions différentes selon l'intensité, le volume et le degré d'entraînement.Il ressort  que la mobilisation et l'utilisation des acides gras libres (AGL) est conditionnée par l'intensité de travail. 

 

L'entraînement en altitude modifie la mobilisation et l'utilisation des substrats 

 

Dans un muscle entraîné à l'endurance, on constate  un accroissement du taux de myoglobine.  de 80 %.  La myoglobine peut comme l'hémoglobine stocker de l'oxygène transformable, c'est un réservoir d'oxygène de petite capacité qui fournit de l'oxygène au métabolisme aérobie. Le transport d'oxygène par voie sanguine étant encore insuffisant en début d'exer­cice, le peu de réserves d'oxygène contenues dans le sang permet un fonctionnement aérobie durant la phase initiale de l'effort ce qui diminue un peu la part des processus anaérobies. 

 

Les effets d'une carence d'hydrates de carbone

 

Une carence d'hydrates de carbone ou une baisse du taux de glycémie sanguine ne provoque pas seulement la baisse de la capacité de performance physique, mais com­promet aussi la capacité de fonctionnement du système nerveux central, ce qui se traduit par une détérioration des capacités de perception, d'anticipation et de réaction, entraîne une perte de vitesse dans l'action, une baisse de motivation et des troubles au niveau des commandes motrices. 

 Plus la capacité de performance d'endurance est développée chez le sportif, plus sa capacité de réaction est développée dans les situations de charge et plus vite il retrouve la capacité de réaction optimale après une charge.Des scientifiques ont  réussi à montrer que grâce à leurs meilleures capacités de récupération à la suite d'une charge physique, les sportifs entraînés à l'endurance avaient des délais de réaction plus réduits que les sportifs entraînés à la vitesse. L'accroissement des réserves énergétiques s'accompagne donc d'un accroissement de l'activité des enzymes qui assurent la transformation de ces subsdrats énergétiques.Ainsi que le montrent de nombreuses études, l'activité enzymatique augmente dans le sarcoplasme (lieu de pro­duction d'énergie anaérobie), ou dans les mitochondries (lieu de production d'énergie aérobie), ou encore dans les deux à la fois, en fonction du type d'entraînement pratiqué.

 

 L'entraînement aérobie assure une forte participation d'enzymes aérobies et augmente leur vitesse de transformation métabolique par une sensible intensification de leur activité. L'approvisionnement énergétique se trouve donc amélioré, ce qui augmente la capacité de résistance à la fatigue .L'entraînement de l'endurance aérobie ne provoque toutefois pas uniquement une augmentation du nombre et de l'activité des enzymes, mais aussi, et c'est une condition préa­lable, une augmentation de volume desmitochondries elles-mêmes ou de leur surface qui va jusqu'à doubler ou tripler. Les mitochondries se trouvent dans le liquide cellulaire entourant les fibres musculaires. C'est dans les mitochondries que les enzymes assurent la transformation des matières nutritives énergétiques. C'est pourquoi les mitochondries sont aussi appelées les « centrales » de la cellule, en l'occurrence de la cellule musculaire.

 

Les sportifs entraînés éliminent mieux que les sujets non entraînés l'acide lactique qui se forme dans le sang : chez les sujets non entraînés sous une charge d'entraînement croissante on observe une élévation rapide du taux d'acide lactique dans le sang, conséquence directe d'une capacité réduite en ce qui concerne l'élimination de l'acide lactique.Un entraînement aérobie de six semaines suffit déjà à améliorer de façon décisive la capacité des mitochondries .

Il importe toutefois de noter dans ce contexte que la pra­tique fréquente et intensive d'un entraînement anaérobie influe sur la capacité de performance des mitochondries. 

Elle opère une destruction progressive de leur structure, aboutit finalement à la réduction de leur nombre et de leur taille, ce qui a pour effet la dégradation de la capacité de récupération et la baisse de la résistance à la fatigue. La détérioration des mitochondries s'explique par le fait que l'application de charges intensives provoque des contu­sions et d'infimes lésions de la membrane des mitochondries. La capacité de récupération des structures des mito­chondries est réduite par l'augmentation excessive du taux d'acide intracellulaire, et les « réparations » nécessaires ne peuvent plus s'effectuer assez vite pour aller dans le sens d'une adaptation structurelle. C'est ainsi qu'on aboutit à plus long terme à leur destruction et à leur disparition, avec les baisses de niveau de performance correspondantes dans le domaine aérobie. 

Plus l'endurance de base est solide, plus le sportif parviendra tard à ce « seuil anaérobie » si fréquemment évoqué pour juger de la capacité de performance aérobie. 

Jusqu'au seuil anaérobie, la capacité aérobie suffit à empêcher la montée du taux d'acide lactique qui exerce une influence négative sur la performance. Au-delà de ce seuil, le taux d'acide lactique augmente rapidement, car l'intensité de la charge de travail a dépassé la capacité d'élimination du système aérobie. Une trop forte augmen­tation du taux d'acide lactique oblige soit à réduire le rythme de course soit à interrompre la charge de travail. En définitive, les modifications que nous venons de décrire agissent sur la capacité de travail et sur la régulation de l'oxydation des substrats énergétiques dans le cycle de l'acide citrique ainsi que sur le transfert d'électrons dans la chaîne respiratoire, on observe donc une aug­mentation de la capacité oxydative et par conséquent de la capacité d'endurance aérobie.

 

Les charges d'entraînement anaérobie augmentent la capacité des enzymes glycolytiques et permettent la poursuite de l'effort malgré l'accumulation d'acide lactique. La tolérance maximale d'acidose ne dépend toutefois pas uniquement de l'état d'entraînement, mais aussi de l'âge : les enfants et les jeunes ont une capacité anaérobie moins développée. 

Contrairement au muscle du squelette, le muscle cardiaque est constamment en action. C'est presque exclusivement par une production d'énergie aérobie (économique) que le myocarde se contracte. Si les cellules du muscle cardiaque sont particulièrement adaptées à ce type de production d'énergie, c'est principalement à cause de leur extraordinaire richesse en mitochondries - elles constituent environ 30 % du volume total de la cellule cardiaque. De même, pour les enzymes spécifiques qui y sont associées. . Au repos, l'oxydation des acides gras fournit jusqu'à 80 % de l'énergie, le glucose et le lactate y sont pour environ 10 % chacun .Dans le cas d'un effort physique, la part du lactate aug­mente. Ce n'est pas sans importance pour l'élimination dé l'acidose métabolique liée à la charge de travail : plus le coeur est gros, plus il peut métaboliser de l'acide lactique et plus il contribue, indirectement, à repousser les limites de la fatigue générale.

Un entraînement à l'endurance d'une intensité et d'un volume suffisants peut induire une augmentation de la cavité cardiaque (dilatation) et de l'épaisseur des parois cardiaques (hypertrophie) 

 

L'augmentation de volume du coeur est une condition préalable à l'augmentation du volume d'éjection systo­lique (VS) : elle assure la possibilité d'une plus grande consommation d'oxygène pour répondre aux besoins de l'entraînement en endurance. Selon Israël, cité par Strau­zenberg et Schwidtmann, une augmentation de 100 ml du volume cardiaque entraîne un accroissement de 200 ml et plus de la consommation maximale d'oxygène. Un volume systolique élevé, tel qu'on l'observe chez les sujets entraînés à l'endurance, est très économique pour le travail cardiaque dans la gamme d'efforts submaximaux et c'est la condition préalable à une plus grande capacité de transport des substrats énergétiques dans les efforts extrêmes.

 Au repos, le sujet entraîné à l'endurance a une fréquence cardiaque (FC) d'environ 40 pulsations par minute (le sujet non entraîné : 70) et un volume cardiaque d'environ 105 ml (le sujet non entraîné : 60 à 70 ml). Sous l'effet d'un effort, le sujet entraîné peut quintupler sa fréquence cardiaque (le sujet non entraîné la tripler), tandis que le volume d'éjection systolique peut doubler et rester constant par la suite, même à des fréquences cardiaques de 200 battements par minute (Strauzenberg et Schwidtmann 1976, 498). Chez les sportifs entraînés, la fréquence cardiaque élevée associée à une augmentation du volume d'éjection systolique, produisent une élévation considé­rable du volume cardiaque (VC) qui passe de 4-5 1/min à 30-401/min (chez les sujets non entraînés : 20 1/min) ce qui produit aussi une augmentation de la capacité de consommation maximale d'oxygène (Mellerowicz et Mel­ler 1972, 16 ; Strauzenberg et Schwidtmann 1976, 498).

 

Il est intéressant de noter enfin que la grosseur du muscle cardiaque, c'est-à-dire le volume cardiaque, non seulement est en corrélation très étroite avec le volume d'éjection systolique (VS ml/min), le pouls d'oxygène (quantité d'oxygène consommée à chaque battement cardiaque), la capacité de consommation maximale d'oxygène et, par conséquent, la capacité de performance d'endurance. Mais il est également en rapport étroit avec le volume sanguin et l'hémoglobine, la capillarisation des muscles à l'effort, ainsi qu'avec les dimensions du foie, organe central du métabolisme (Strauzenberg et Schwidtmann 1976, 497 ; Israël et Weber 1972, 55 ; Keul, Kindermann et Simon 1978, 25). Cette relation fait apparaître encore une fois que tous les paramètres déterminant la capacité de perfor­mance sportive s'améliorent harmonieusement par l'entraînement et se conditionnent réciproquement. 

Les méthodes d'entraînement les plus propices à l'augmentation rapide des dimensions du coeur sont la méthode par intervalles  et la méthode intensive continue . Elles présentent toutefois le désavantage de peser lourdement sur le métabolisme glycolytique et de risquer de conduire à un rapide épuisement du sportif lorsqu'elles se conjuguent avec d'autres charges d'entraînement ou de compétitions 

Technique respiratoire

Dans les sports d'endurance, la capacité de performance du sportif peut être entravée par une technique respira­toire défectueuse. Il convient de choisir un rythme respiratoire différent selon la charge d'entraînement. Pour une course de faible intensité, un rapport 4/4 peut convenir (inspirer sur 4 foulées, expirer sur 4 foulées) ; pour un effort de moyenne intensité, le rapport 3/3 est préférable, il devient 2/2 dans le cas d'un effort élevé et 1/1 aux intensités maximales de course (I1g et Kôhler 1977, 915). La respiration doit s'effectuer avec une phase d'expira­tion marquée, active (amélioration de l'élimination du dioxyde de carbone)

 

Bibliographie : Weineck