Endurance : effets et méthodes

Endurance :effets et méthodes

Physiologie des APS - L'endurance Endurance :effets et méthodes

Définition(s) : Endurance… On peut parler de différentes formes d’endurance : Endurance générale: sollicite plus des 2/3 de masses musculaires. Adaptations stables, durables et transférables. Endurance locale: sollicite moins d’1/3 de masses musculaires. Adaptations locales au niveau du système sollicité. Physiologie des APS - L'endurance Terminologie

Définition(s) : Endurance… CAZORLA : L’endurance aérobie (E.A.) est la fraction ou le pourcentage de VO2max ou de la P.A .M. ou encore de la vitesse aérobie maximale (V.A.M.) susceptible d’être maintenu au cours d’une épreuve d’une durée donnée. L’E.A. est aussi la durée d’une activité susceptible d’être maintenue à un pourcentage donné de VO2max, de la P.A.M. ou de la V.A.M. Par exemple fixer un pourcentage de la V.A.M. (85, 90, 95 ou 100 %) et chronométrer la durée maintenue à cette vitesse. Dans les deux cas, l’évaluation de l’endurance aérobie nécessite de connaître préalablement la puissance aérobie maximale ou la vitesse aérobie maximale. Physiologie des APS - L'endurance Terminologie

Physiologie des APS - L'endurance Terminologie Définition(s) : … PRADET (1988) définit l’endurance comme « la faculté de réaliser des actions motrices pendant une durée maximale ». WEINECK (1986) « on entend par endurance, la capacité du sportif à résister à la fatigue ». MATVEIEV (1983) distingue l’endurance spécifique, capacité de l’athlète à résister à la fatigue déterminée dans le cadre d’une discipline donnée, de l’endurance générale qui dépend de qualités fonctionnelles intervenant dans plusieurs types d’activité. WEINECK (1992) « L’endurance est considérée, en général, comme la capacité psychique et physique que possède l’athlète à résister à la fatigue ».

Physiologie des APS - L'endurance Terminologie Définition(s) : … PERRONET (1991) définit l’endurance comme la capacité physique permettant à un coureur de maintenir le plus longtemps possible un % élevé de sa PMA => régime mixte de l’endurance GACON (1996) « Trop commode, la notion d’endurance est souvent employée à tord et à travers, et , à force de tout dire, elle n’évoque finalement plus rien. » Dans tous les cas, il s’agit de maintenir pendant une durée optimale un certain degré d’intensité au cours de l’activité. Ainsi, tous les secteurs énergétiques sont concernés.

Physiologie des APS - L'endurance Terminologie Définition(s) : … La ou le VO2max ? Le VO2max est le débit maximal (V) de production d’énergie par voie oxydative. Il correspond à la quantité maximale (max) d’oxygène (O2) qu’un organisme peut utiliser par unité de temps (L/min) au cours d’un exercice intense et de durée prolongée. Il s’exprime en L/min ou en mL/min/kg ou... La meilleure unité est celle qui permet de prédire la performance avec le moins de variations interindividuelles.

Physiologie des APS - L'endurance Terminologie Corrélation entre les ST et le VO2max

Physiologie des APS - L'endurance Terminologie Définition(s) : … La vitesse aérobie maximale (V.A.M.) ou puissance aérobie maximale fonctionnelle (P.A.M.F.) est la vitesse limite atteinte à VO2 max. Elle résulte de l’interaction de trois facteurs : 1- de VO2max, 2- du rendement de la locomotion utilisée : course, cyclisme, natation... encore défini comme efficacité ou économie de locomotion utilisée et 3- de la motivation pour pouvoir l’atteindre VO2max au cours d’une épreuve intense et prolongée

Physiologie des APS - L'endurance Terminologie Définition(s) : … VAM ou VMA ou encore vVO2max Pour les puristes: la VMA serait la vitesse maximale absolue utilisée en athlétisme tandis que la VAM serait la vitesse aérobie maximale… Lors d’un test maximal avec consommation d’oxygène, lorsque l’on rencontre un plateau (débit maximum d’O2), le début de celui-ci est la vitesse à V02max = vVO2max

Physiologie des APS - L'endurance Terminologie Définition(s) : … Et la PAM (ou PMA) ? La puissance aérobie maximale(P.A.M.) est la quantité maximale d’oxygène qu’un organisme peut utiliser par unité de temps (généralement par minute) au cours d’un exercice musculaire intense et d’une durée égale ou supérieure à quatre minutes. Elle correspond au VO2 max.

Physiologie des APS - L'endurance Il est possible d’associer la notion vVO2max à la notion de VAM pondérée, qui est de 10 à 20% inférieure (fonction du niveau des sportifs) à la VAM brute (vitesse critique de décrochage). Vitesse VO2max FC VAM Pondérée (réelle) VAM Brute (Ex : test de Brue) 11 10,5 10 9,5 9 8,5 8 1 2 3 4 5 6 7 Terminologie

Physiologie des APS - L'endurance Terminologie Définition(s) : … L’économie de locomotion (de course, de nage, de pédalage...) représente l’énergie requise pour se déplacer à une vitesse donnée ou mieux, à un pourcentage donné de VO2max ou de la V.A.M. Le sujet le plus « économe » ou présentant le meilleur rendement sera celui qui dépensera le moins d’énergie pour se déplacer sur une distance donnée à une vitesse donnée (exemple du Kangourou).

Physiologie des APS - L'endurance On pourrait y passer des heures…

Physiologie des APS - L'endurance Le rôle fondamental ? Pour la remise en forme, avoir le ventre plat !

Physiologie des APS - L'endurance Le rôle fondamental ? -Faire en sorte que nous puissions continuer nos mouvements à forte intensité… -Renouveler l’ATP (contraction musculaire)… La "réaction" de la contraction musculaire est : ATP --> ADP + Pi + Énergie

Physiologie des APS - L'endurance Aspect biochimique de l’endurance ATP adénosine Tri-phosphate…

Physiologie des APS - L'endurance Aspect biochimique de l’endurance Rôle de l'ATP : • Le coenzyme ATP joue toujours dans les réactions enzymatiques le rôle de donneur d’énergie par hydrolyse d’une de ses liaisons riches en énergie. • Cette énergie peut apparaître sous de multiples formes : Énergie mécanique, comme dans la contraction musculaire ; Énergie osmotique, comme dans les échanges Na+/K+ au niveau des membranes cellulaires ; Énergie chimique, pour effectuer des synthèses de molécules biologiques ; Énergie calorique, pour maintenir la température à 37°C ; Énergie électrique, pour la propagation de l’influx nerveux ; Énergie lumineuse, chez le ver luisant… • En plus de l’énergie, les enzymes transfèrent souvent une partie de la structure chimique de l’ATP. Ainsi, l’ATP peut être : — donneur de phosphate, avec la plupart des enzymes de phosphorylation ou kinases ; — donneur de pyrophosphate, comme dans l’activation de la vitamine B1 ou thiamine ; — donneur d’AMP, comme dans l’activation des acides gras ou des acides aminés ; — donneur d’adénosine enfin, comme dans la synthèse des coenzymes B12 ou adénosylméthionine.

Physiologie des APS - L'endurance Aspect biochimique de l’endurance Pourquoi l'ATP est source d'énergie ? Les réserves de glucides, lipides ? Il n’est pas intéressant de stocker l’énergie sous forme d’ATP car son poids moléculaire est trop élevé pour la quantité d’énergie utilisable. Il est plus intéressant de stocker l’énergie sous la forme de molécules où le rapport “poids moléculaire / énergie utilisable”est plus faible : - Phosphorylcréatine - Glycogène - Lipides

Physiologie des APS - L'endurance Aspect biochimique de l’endurance ATP Glucides Lipides … Pourquoi l'ATP est source d'énergie ? Les réserves de glucides, lipides ? Ce rapport "poids molécules/énergie utilisable" plus faible présente cependant des désavantages : - l’énergie stockée sous cette forme ne peut plus être utilisée directement… On ne peut pas jouer au billard avec un billet de 100€, il faut de la monnaie.

Physiologie des APS - L'endurance Aspect biochimique de l’endurance Comment le renouveler ? Il est fréquent d'entendre parler de filières énergétiques ou de sports énergétiques. On dit que l'ATP est hydrolisée lors de la contraction musculaire… Les molécules d'eau cassent les liaisons phosphates. L'inverse du processus est la phosphorylation.

Physiologie des APS - L'endurance Aspect biochimique de l’endurance Nous savons qu’il existe 3 filières énergétiques principales. Plusieurs appellations ont été données au cours des dernières années. Système 1 : Anaérobie alactique ou Pool des phosphagènes, la phosphorylation. Système 2 : Anaérobie lactique ou glycolyse anaérobie lactique ou glycolyse anaérobie, la glycolyse. En effet, comme nous le verrons plus loin, la glycolyse ne peut être qu’anaérobie. Système 3 : Aérobie, glycolyse aérobie, voie oxydative, cycle de Krebs.

Physiologie des APS - L'endurance Aspect biochimique de l’endurance Les réactions se font dans la cellule musculaire (fibre) et dans les mitochondries. La cellule est l’unité de base de tout organisme vivant, elle est le groupement de plusieurs organites. La cellule assure une fonction spécifique. L’adipocyte, par exemple, remplit une fonction de stockage d’acides gras. La cellule musculaire remplit la fonction de la mobilité. Elle est composée : · D’un noyau cellulaire : il contient le patrimoine génétique. · D’un cytoplasme : c’est le liquide de base de la cellule. · D’une membrane : c’est la frontière entre la cellule et le milieu extérieur. La mitochondrie (mitos = trame ; chondrion = petit grumeau) est spécialisée dans la production d’ATP. Elles sont les centrales énergétiques de la cellule.

Physiologie des APS - L'endurance Aspect biochimique de l’endurance Les cellules musculaires et hépatiques contiennent beaucoup de mitochondries. Elles peuvent se diviser en fonction du besoin de la cellule. La membrane interne est plissée afin d’augmenter la surface qui permet les nombreuses réactions chimiques de la respiration cellulaire.

Physiologie des APS - L'endurance Aspect biochimique de l’endurance Système 1 : Anaérobie alactique : Dès que le muscle entre en activité la concentration en ATP diminue. Il existe un mécanisme de resynthèse de l'ATP qui utilise un composé riche en énergie : la créatine phosphate (CP) (vrai nom : Phosphorylcréatine…). Elle représente une source d'énergie potentielle disponible immédiatement pour permettre la resynthèse de l'ATP. La dégradation d'une molécule de CP libère la quantité d'énergie suffisante pour permettre la resynthèse d'une molécule d'ATP. Mais les réserves en CP sont faibles et s'épuisent rapidement : Puissance : 7 à 10 secondes Capacité : 45 secondes

Physiologie des APS - L'endurance Aspect biochimique de l’endurance Système 1 : Anaérobie alactique Une fois la faible teneur en ATP musculaire consommée, c’est à dire au bout de 1 à 3 secondes, la filière anaérobie alactique assure la resynthèse de l’ATP grâce à la créatine phosphate (C.P.), un composé riche en phosphore contenu dans la cellule musculaire. Une enzyme, la créatine phosphokinase (C.P.K) permet de récupérer la partie phosphate de la Phosphorylcréatine et de céder ce phosphate à l’adénosine di-phosphate (ADP). C.P.K A.D.P + C.P.  A.T.P + créatine Cette réaction est réversible. La synthèse de l’ATP peut également avoir lieu avec 2 molécules d’ADP. Cette réaction s’effectue en présence de l’enzyme myokinase (M.K.) et forme une molécule d’ATP et une molécule d’AMP. Cette réaction est souvent appelée « réaction myokinase ». M.K. A.D.P + A.D.P  A.T.P + A.M.P

Physiologie des APS - L'endurance Aspect biochimique de l’endurance Système 1 : Anaérobie alactique Ce deuxième processus se met en route lorsque la concentration en ATP devient très faible et celle de l’ADP élevée. L’enzyme myokinase est précurseur également de la glycolyse anaérobie. La filière anaérobie alactique se caractérise par: Un délai d’intervention ou temps de latence presque nul. Une puissance très élevée, de l’ordre de 100 Cal/min. en moyenne sachant que la valeur peut presque doubler chez le sportif entraîné. Un rendement élevé d’environ 40%. Le facteur limitant de cette filière est l’épuisement des réserves en phosphagène (P.C.). Les sports qui nécessitent de la force ou de la puissance comme l’athlétisme ou l’haltérophilie sollicitent ce type de filière, les exercices de musculation en série courte également.

Physiologie des APS - L'endurance Aspect biochimique de l’endurance Système 2 : Anaérobie lactique La dégradation du glycogène est appelée glycogénolyse et celle du glucose glycolyse. Dès le début de l'exercice, un mécanisme de dégradation des glucides se met en route : la glycolyse anaérobie. Cette sollicitation est favorisée par la présence de divers catabolites comme l'ADP, voire l'AMP. Ceux-ci, à partir de l'hydrolyse de l'ATP, vont activer des enzymes qui interviennent dans la dégradation du glycogène en pyruvate.  La dégradation d'une unité glycosyl assure la resynthèse de 3 molécules d'ATP avec formation de 2 molécules de lactate.  Ce sont les processus aboutissant à la formation de pyruvate qui libèrent l'énergie. La formation de lactate n'intervient que pour faire jouer au pyruvate le rôle d'accepteur de proton, permettant ainsi l'oxydation du NAD…

Physiologie des APS - L'endurance Système 2 : Anaérobie lactique La dégradation du glucose à l’intérieur de la cellule fait appel à des processus complexes faisant intervenir un nouvel enzyme à chaque réaction. La dégradation du glycogène produit des ions hydrogènes qui vont être transformés en acide pyruvique et en acide lactique. A.D.P + P + Glycogène  A.T.P + acide lactique La filière anaérobie lactique va financer les débuts d’effort et la poursuite de celui-ci si l’effort est égal ou supérieur à la puissance maximale aérobie. C’est le moment de l’effort où l’organisme fonctionne en hypoxie. L’acide pyruvique joue le rôle d’accepteur d’hydrogène. Il se combine avec l’ion H+ (hydrogène) pour donner l’acide lactique. La réaction est réversible : ainsi, l’acide lactique peut redevenir pyruvate, lui-même utilisé par la filière aérobie. C’est ce qu’il faut favoriser, lors de la récupération dite « active », afin d’éliminer les lactates.

Physiologie des APS - L'endurance Aspect biochimique de l’endurance Système 3 : L'aérobie Aérobie c’est à dire avec utilisation de l’oxygène. Elle peut utiliser différents substrats comme les glucides, les lipides, les protéines (cas extrême de dénutrition). Les glucides et les lipides sont en fonction de l’intensité de l’exercice. Réaction résumée de la filière aérobie à partir du glucose : C6H12O6 + 6 O2 => 6 H2O + 6CO 2 + E

Physiologie des APS - L'endurance Aspect biochimique de l’endurance Système 3 : L'aérobie

Physiologie des APS - L'endurance Aspect biochimique de l’endurance Caractéristique des filières

Physiologie des APS - L'endurance Aspect biochimique de l’endurance Les filières fonctionnent en même temps avec des dominantes

Physiologie des APS - L'endurance O 2 cytosol Mitochondrie ATP Cr+Pi ADP+ Pi H+ Myosine ATPase F1F0-ATPase chaîne respiratoire ADP ATP PCr + +Pi Unitésglucosyle NADH + H+ ADP cycle de Krebs Ac-CoA - NAD Myosine ATPase Pyruvate + NADH + H NAD+ ATP NADH + H+ HLDH M LDH H2O Lactate CO 2 Aspect biochimique de l’endurance Schéma de J-R Lacour

Physiologie des APS - L'endurance Aspect biochimique de l’endurance En plus simple

Physiologie des APS - L'endurance Aspect biochimique de l’endurance Les filières énergétiques permettent la resynthèse de l’ATP à partir de l’ADP et de P et de différentes énergies (glucides et lipides essentiellement) afin de poursuivre la contraction musculaire dans le temps. L’activité actionne les filières anaérobies qui vont financer les débuts d’effort ou les efforts intenses le temps que se mette en route la filière aérobie (une trentaine de réactions chimiques). ·La filière anaérobie alactique utilise les réserves de phosphagène intracellulaire (ATP+PC). La baisse de ces réserves fait stopper le fonctionnement de cette filière. ·La filière anaérobie lactique utilise le glycogène intracellulaire ou le glucose circulant sans oxygène et produit du lactate. Ce dernier libère un ion H+ qui inhiberait l'effort. ·La filière aérobie utilise les glucides ou les acides gras libres et de l’oxygène. Cela donne de l’eau et du gaz carbonique. C’est la filière qui permet la synthèse la plus importante d’ATP. Les trois filières démarrent en même temps que l’activité musculaire mais deviennent dominantes chacune à un moment qui lui est propre.

Physiologie des APS - L'endurance Complément Les méthodes pour améliorer les système On sait depuis Fox et Mathews que les réserves de Phosphorylcréatine sont de 50% reconstituées en 30 secondes et de 90% en 3 minutes. On sait également que plus la VO2 max est élevée, plus le sportif récupère. Vitesse d’élimination de l’acide lactique % de VO2max 35 45% Plus la VO2max est élevée et plus le sportif récupère. Le processus biochimique de production d'énergie de la source anaérobie lactique consiste à dégrader les réserves de glycogène musculaire, en l'absence d'oxygène, dans le cytoplasme cellulaire (en dehors des mitochondries). Il produit de l'acide lactique sous forme d'ion H+ et de lactate. Ce n'est pas directement le lactate mais l'ion H+ qui est responsable de la perte d'efficacité des éléments contractiles du muscle.

Physiologie des APS - L'endurance Complément Au cours d’un 400 mètres (par exemple), le lactate ( C3H5O3- ) produit s’accumule dans le cytosol cellulaire ( milieu liquidien à l’intérieur des cellules mais extérieur aux organites cellulaires). Une faible partie en équilibre avec le pyruvate est oxydée dans la mitochondrie, mais une majeure partie est transportée dans le milieu interstitiel et dans les capillaires sanguins. Sa destinée est multiple : - une partie oxydée par le myocarde (10%), les reins (10%) et surtout par les fibres ST des groupes musculaires au repos ou moins sollicitées. - une autre partie est utilisée comme précurseur de la néoglycogénèse hépatique et reconstitue donc du glucose ou du glycogène. Le lactate : EN RESUME, le devenir du lactate : OXYDATION ¾ LACTATE ELIMINATION négligeable GLYCOGENESE 1/4

Physiologie des APS - L'endurance Complément L'acide lactique ne peut être considéré comme un déchet, c'est un métabolite intermédiaire encore riche en énergie potentielle. Cette énergie est essentiellement utilisée à la synthèse de nouvelles molécules d'ATP et , par plusieurs étapes de la néoglucogénèse, à la reconstruction des réserves en glycogène de l'organisme. En outre, comme la formation de 2 molécules de lactate permet à la glycolyse de synthétiser 3 molécules d'ATP, une forte production de lactate est tout simplement le témoin d'une importante production d'ATP nécessaire à la performance de haut niveau dans les activités intenses et de courtes durées. Ce n'est pas un hasard si les meilleurs coureurs de 400m sont ceux qui ont les plus fortes concentration de lactate au niveau musculaire et sanguin. La lactatémie (ou concentration du lactate dans le sang), souvent utilisée pour apprécier l'intensité d'exercice chez le sportif, n'est que le reflet indirect et très incomplet du lactate produit par le muscle. Ces résultats doivent donc toujours être interprétés avec prudence… Le lactate :

Physiologie des APS - L'endurance Complément Récupération active ou passive ? La récupération active ne se justifie pas toujours…

Physiologie des APS - L'endurance Des chiffres Semi Marathon : 1h01mn46s

Physiologie des APS - L'endurance Annecdotes Marathon, pour la petite histoire…pourquoi 42, 195 Km ? -Miltiade a défait les Perses à 42 Km d’Athènes ; la légende raconte qu'un messager parcourut les 42 kms séparant Marathon d'Athènes pour annoncer la victoire, avant de mourir d'épuisement. -Coubertin voulait un chiffre rond pour le parcours du marathon soit 40 Km. -Le roi d’Angleterre Edouard III a souhaité rajouter 2195 mètres afin que le parcours se termine sous sa loge (1908)…

Physiologie des APS - L'endurance Effet de l’endurance -Être capable de renouveler l'ATP (surtout la PC) -Augmenter l’utilisation de lactate par les transporteurs de lactates -Soutenir des exercices d'intensité et de durées élevées. -Mieux récupérer après un exercice intense. -Être plus actif sans manifester une fatigue excessive. -Supporter des charges d'entraînement importantes. -Être plus performant lors de compétitions de longue durée. -Mobiliser les graisses plus rapidement (donc épargner le glycogène). -Rôle prophylactique (cœur, cholestérol, diabète…)

Physiologie des APS - L'endurance Effet de l’endurance Angiogénèse : L'angiogénèse représente la formation de véritables vaisseaux. On parle de capillarisation. "Il est important de développer l’endurance de base avant de réaliser des séances de qualité. Il ne sert à rien d’avoir une pompe cardiaque puissante si le système de transport du sang vers les cellules musculaires n’est pas efficace…" Jack Arnault

Physiologie des APS - L'endurance Effet de l’endurance Capillarisation

Physiologie des APS - L'endurance Surface de Section de l'Artère Interventriculaire Antérieure Base Nitroglycérine Sujet Sédentaire 7,72 mm2 8,97 mm2 + 16% Sujet Entraîné 8,04 mm2 13,12 mm2 + 63% Haskell et al. Circulation 1993; 24: 212-219. Effet de l’endurance Capillaire

Physiologie des APS - L'endurance Effet de l’endurance Transformation de fibres

Physiologie des APS - L'endurance Effet de l’endurance Performance VO2max En préparation physique…? Temps Plus on avance dans la saison et moins la performance est corrélée à l'endurance générale…

Physiologie des APS - L'endurance Anaérobie Aérobie Effet de l’endurance Notion de seuil : 22 méthodes répertoriées

Si l’entraînement en endurance a été bien conduit (figure ci-contre tirée de « Lore of Running » de T.Noakes), on constate un déplacement de la courbe des lactates vers la droite, ce qui permettra de courir à un pourcentage plus élevé de VO2 Max sans faire appel trop tôt à l’énergie anaérobie. On peut donc dire que tout entraînement augmentant la vitesse au seuil de lactate améliore l’endurance aérobie. Il est juste de voir l’entraînement du seuil de lactate comme un déterminant de l’endurance. (Pete PFITZINGER et Scott DOUGLAS). Puissance critique entre 2,2 et 6,8 mmol/L Physiologie des APS - L'endurance Effet de l’endurance

Endurance : effets et méthodes