L2 S3 CD7 Bioénergétique, Biochimie, Métabolisme. CM3 Bases de bioénergétique (suite et fin)

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1 L2 S3 CD7 Bioénergétique, Biochimie, Métabolisme CM3 Bases de bioénergétique (suite et fin)

2 Rappels CM1 et CM2 Rappel 1 : l oxygène (O 2 ) de l air ( 21%) est acheminé au muscle et permet, dans la mitochondrie, de potentialiser la fourniture d énergie Rappel 2 : Il existe une relation entre l O 2 et la dépense énergétique = équivalent énergétique de l oxygène 4,825 kcal/l Rappel 3 : la partie anaérobie de l exercice, bien que minoritaire, existe, et n est pas prise en compte dans la comptabilité de la dépense énergétique calculée par la consommation d oxygène

3 Acides gras

4 9. Définition et signification du quotient respiratoire Il existe 3 tables de QR 1. Celle de Zuntz (1901), 2. Corrigée par Lusk en Celle de Peronnet et Massicotte (1991), améliorant la relation des rapports gazeux avec le % de glucose et des acides gras utilisés Les 3 = valeurs très proches et peuvent être utilisées au choix Méthode de calcul 1. Lire le QR pour voir la composition des substrats (en %) qui fournissent l énergie dépensée 2. Pour savoir l énergie dépensée (en kcal) de chaque substrat, multiplier ce pourcentage par l énergie totale dépensée 3. Pour revenir à des g de substrats, diviser ce résultat par le coefficient d Atwater correspondant

5 9. Définition et signification du quotient respiratoire Énergie métabolisable (kcal) Glucides Lipides Protéines E/O 2 (kcal/l) 5,013 4,686 4,656 VCO 2 L/g 0,75 1,43 0,78 VO 2 L/g 0,75 2,03 0,97 Quotient respiratoire 1 0,7 0,8 Énergie (kcal)/l d O 2 4,825 L d O 2 /kcal 0,207 Quotient respiratoire = VCO 2 / VO 2

6 Bases de bioénergétique 1. Les lois de la thermodynamique 2. Les types d énergie 3. Le corps comme lieu de transformation d énergie 4. L énergie brute et métabolisable 5. L énergie nette 6. Les méthodes de mesure de la dépense énergétique 7. L équivalent énergétique de l oxygène 8. Le rôle de la mitochondrie 9. La définition et la signification du quotient respiratoire 10. La mesure et l intérêt de la (du) V O 2max 11. La définition et l utilisation du MET 12. Les relations entre V O 2 et fréquence cardiaque 13. Substrats utilisés selon durée / intensité

7 10. La mesure et l intérêt de la (du) V O2max Si à l aide de l O 2 on peut calculer la dépense énergétique, celle-ci est le reflet de la dépense en aérobie Connaître le maximum d O 2 qu un muscle est capable d utiliser par unité de temps permet de savoir combien d énergie en aérobie il est capable de dépenser Comme cette dépense correspond à une intensité d effort, on pourra donc savoir le maximum d intensité en aérobie un individu peut faire comme effort Enfin, l effort prescrit le sera en fraction de ce maximum

8 10. La mesure et l intérêt de la (du) V O2max Méthode 1. Calcul de la consommation maximale d O 2 = V O 2max 2. La VO 2max est un débit = consommation et volume => unité en L/min ou en ml/kg/min 3. Doit s écrire avec un sur le V : V 4. Permet de quantifier la dépense énergétique (DE) à l exercice pour chaque individu intensité maximale aérobie VȮ 2max = % de l intensité maximale en aérobie = % V O 2max

9 10. La mesure et l intérêt de la (du) V O2max Exemple : combien d énergie sera dépensée pendant 1 h pour un exercice à 60% de V O 2max chez quelqu un pesant 80 kg dont la V O 2max est de 37,5 ml d O2/kg de poids/minute d exercice? 1. Quantité d O 2 à V O 2max pour l individu en entier : = 37,5 ml/kg/min 80 kg = 3000 ml/min = 3 L/min 2. Chaque L d O2 fournissant 4,825 kcal (équivalent énergétique de l O 2 ), la DE à V O 2max /min est de : = 3 L/min 4,825 kcal/l = 14,475 kcal/min 2. L exercice ayant été fait à 60% de VO 2max, la DE = 14,475 kcal/min 60/100 = 8,685 kcal/min 2. Puisque l exercice dure 60 min (1h) : = 8,685 kcal/min 60 min 520 kcal/h

10 10. La mesure et l intérêt de la (du) V O2max Références et conséquences en termes de santé

11 Bases de bioénergétique 1. Les lois de la thermodynamique 2. Les types d énergie 3. Le corps comme lieu de transformation d énergie 4. L énergie brute et métabolisable 5. L énergie nette 6. Les méthodes de mesure de la dépense énergétique 7. L équivalent énergétique de l oxygène 8. Le rôle de la mitochondrie 9. La définition et la signification du quotient respiratoire 10. La mesure et l intérêt de la (du) V O 2max 11. La définition et l utilisation du MET 12. Les relations entre V O 2 et fréquence cardiaque 13. Substrats utilisés selon durée / intensité

12 11. La définition et l utilisation du MET Métabolisme basal (MB) Formule simplifiée Dépenses liées au simple fonctionnement corporel chez un individu en neutralité thermique En moyenne chez les femmes = 0,95 kcal/kg/h En moyenne chez les hommes = 1 kcal/kg/h Exemples : Femme de 65 kg : 0, h 1480 kcal Homme de 80 kg : h 1920 kcal

13 11. La définition et l utilisation du MET Métabolisme basal (MB) Mesure avec surface cutanée Autre façon de calculer le MB : la surface cutanée Il a été observé que pour 1 m 2, un homme dépensait chaque heure environ 38 kcal, une femme 36 kcal Aussi, pour calculer le MB d une femme mesurant 1,63 m pour 65 kg il faut : 1. déterminer la surface corporelle en utilisant des abaques, 2. puis la multiplier par la dépense/heure pour une femme, 3. puis par 24 h = 36 kcal/m 2 /h X surface corporelle (m²) X 24 h/j

14 Métabolisme de base Exemple d'un homme 1,80 m pour 86 kg Surface corporelle = 2,1 m 2 38 kcal/m 2 /h X 2,1 m 2 X 24 h = MB = 1915 kcal/j 8005 kj Exemple d'une femme 1,65 m pour 62 kg Surface corporelle = 1,7 m 2 36 kcal/m 2 /h X 1,7 m 2 X 24 h = MB 1470 kcal/j 6150 kj

15 11. La définition et l utilisation du MET Métabolisme basal (MB) Mesure avec équations anthropométriques MB + énergie liée à l état de veille = 5 à 10 % > MB Harris & Benedict (1919). Équation traditionnellement utilisée Femme : DER (kcal) = 447,593 + [9,247 Poids (en kg)] + [3,098 Taille (en cm)] [4,330 Age (en années)] Homme : DER (kcal) = 88,362 + [13,397 Poids (en kg)] + [4,799 Taille (en cm)] [5,677 Age (en années)] Black (1996). Équation conseillée pour population française Femme : DER (kcal) = 230 Poids (en kg) 0,48 Taille (en cm) 0,50 Age (en années) -0,13 Homme : DER (kcal) = 259 Poids (en kg) 0,48 Taille (en cm) 0,50 Age (en années) -0,13 Équation de la FAO-OMS-ONU (1986) pour enfants Fille : (69,4 Poids en kg) + (3,22 Taille en m) = DER en kj Garçon : (30,9 Poids en kg) + (2016,6 Taille en m) = DER en kj

16 11. La définition et l utilisation du MET Métabolisme basal (MB) Utilisation du MET Pour estimer son métabolisme de repos, soit utiliser les formules, soit utiliser le MET (métabolic equivalent of task) comme unité le MET est une approximation globale de la consommation d'o 2 au repos d'un kg d être humain Il est fixé un peu arbitrairement à 3,5 ml O 2 /kg/min Ceci correspond donc à peu près à 3,5 4,825 = 17 cal/kg/min = 0,017 kcal/kg/min => pour 1 h = 0, min = 1 kcal/kg/h Si une activité dépense 640 kcal en 1 h chez quelqu'un de 80 kg => 640 kcal / 80 kg = 8 kcal/kg/h = 8 METs

17 11. La définition et l utilisation du MET Métabolisme basal (MB) Utilisation du MET Tables recensant toutes les activités possibles et leur coût énergétique en METs = The Compendium of Physical Activities En ligne, gratuit, sur internet Version 2011 ici ream_com/permalink/mss/a/mss_43_8_2011_ 06_13_AINSWORTH_202093_SDC1.pdf Existe une version en français srcid=zgvmyxvsdgrvbwfpbnxjb21wzw5kaxvtb 2ZwaHlzaWNhbGFjdGl2aXRpZXN8Z3g6MmIwNzI 4ZTQ2NGU3ZTQ2Ng

18 ACTIVITÉS SPORTIVES METS Dépense Dépense Kjoules/heure Kjoules/minute poids 70 kg. poids 70 kg. 1 Aviron, effort modéré 7, Aviron, effort intense 11, Badmington. Débutant 4, Badmington. Intermédiaire 7, Badmington. Avancé 10, Ballet. Classique ou moderne 6, Basket-ball. Récréatif. 6, Basket-ball. Compétition.. 8, Basket-ball. Chaise-roullante. 6, Bicyclette. Effort léger. 4, Bicyclette. Effort moyen. 7, Bicyclette. Effort intense km/h 10, Bicyclette. Effort très intense. >30 km/h 14, Bicyclette stationnaire. Léger. 50 watts 3, Bicyclette stationnaire. Moyen. 100 watts 5, Bicyclette stationnaire. Intense.150 watts. 7, Bicyclette stat. Très intense.>200 watts 11, Canotage. Récréatif. 4, Corde à danser. Modéré. 8, Corde à danser. Intense 11, Crosse 8, Danse aérobique. Général. 5, Danse aérobique. Avec impact. 7, Danse folklorique 5, Escalade. Montée. 11, Équitation. Général. 4, Équitation. Trot, Galop. 6, Escrime. Récréatif. 6, Escrime. Avancé. 8, Football. Contact. 9, Football. Football-toucher 8, Golf. En transportant les battons. 5, Golf. En voiturette électrique. 3, Handball européen. 8, Hockey sur glace. 9, Jogging léger combiné avec marche 6, Jogging léger. 7, Jogging à 8 km/h (7 min/km) 8, Jogging à 9,5 km/h (6 min/km) 10, Jogging à 13 km/h (4,5 min/km) 13, Jogging cross-country. 9, Jogging sur place. 8, Judo, karaté, tae kwan do, aéroboxe 10, Kayac. Eaux calmes. Récréatif. 5, Kayac. Eaux vives. Avancé. 8, Marche ordinaire à 5 km/h 3, Marche rapide à 6,5 km/h. 4, Marche olympique. 6, Musculation. 3, Nage synchronisée. 8, Natation. Récréatif. 6, Natation. Style libre. Modérée. 8, Natation. Style libre. Intense. 10, Patinage. Récréatif. 5, Patinage. Intense. 9, Patinage de vitesse. Compétition. 15, Patinage à roues alignées. Récréatif 7, Planche à roulette. 5, Rackettball. Récréatif. 7, Rackettball. Compétition.. 10, Raquette à neige. 8, Simulateur d'escalier. 6, Ski alpin. Efforts légers. 5, Ski alpin. Efforts modérés. 6, Ski alpin. Efforts intenses. 8, Ski de randonnée. Plat. Efforts légers. 7, Ski de randonnée. Modéré. 7 km/h. 8, Ski de randonnée. Intense. 10,5 km/h. 9, Soccer. En général. 7, Soccer. Partie officielle. 10, Squash. Récréatif. 7, Squash. Compétition.. 11, Taï-chi. 4, Tennis de table. Niveau avancé. 7, Tennis. Simple. En général. Non débutant. 7, Tennis. Double. En général. Non débutant. 6, Volley-ball. Récréatif. 3, Volley-ball. Compétition. 4, Water-polo. 10, Yoga. 3,

19 11. La définition et l utilisation du MET Métabolisme basal (MB) Utilisation du MET Développement de la notion de MET en tant que quantification de l activité physique en fonction du temps Ainsi marcher à 5,5 km/h (3,3 MET) pendant 30 min conduit à une valeur de 3,3 30 min 100 MET-min = courir 10 min à 10 km/h qui vaut 10 MET => = 100 MET-min => Tableau d équivalence en intensité-durée basée sur ce calcul 60 MET-min

20 11. La définition et l utilisation du MET Métabolisme basal (MB) Evolution au cours de la vie Le métabolisme de repos diminue avec l'âge : rapidement pendant l'enfance plus lentement durant l'âge adulte il perd 4 kcal/m²/h entre 30 et 70 ans Ceci peut être évité en maintenant sa masse maigre par une physique régulière

21 11. La définition et l utilisation du MET Métabolisme basal (MB) Principaux facteurs de variations rencontrés Métabolisme de base + élevé Allaitement Croissance Puberté Grossesse Masse musculaire Maladies

22 Bases de bioénergétique 1. Les lois de la thermodynamique 2. Les types d énergie 3. Le corps comme lieu de transformation d énergie 4. L énergie brute et métabolisable 5. L énergie nette 6. Les méthodes de mesure de la dépense énergétique 7. L équivalent énergétique de l oxygène 8. Le rôle de la mitochondrie 9. La définition et la signification du quotient respiratoire 10. La mesure et l intérêt de la (du) V O 2max 11. La définition et l utilisation du MET 12. Les relations entre V O 2 et fréquence cardiaque 13. Substrats utilisés selon durée / intensité

23 Fréquence cardiaque (battements/minute) 12. Les relations entre V O2 et fréquence cardiaque Lors de la mesure de la V O 2max on peut calculer la fréquence cardiaque maximale que l on peut atteindre = FC max FC max V O 2max V O 2 (en ml/kg/min)

24 12. Les relations entre V O2 et fréquence cardiaque La fréquence cardiaque est souvent utilisée pour évaluer la consommation d O 2 et donc la dépense énergétique Pour cela, il faut tracer une courbe liant pour chacun la FC à la VO 2 Sujet dont la VO2 monte plus vite que la FC lorsque l intensité devient élevée Sujet typique Une fois autonome, le pratiquant peut estimer sa DE à partir de sa FC

25 Bases de bioénergétique 1. Les lois de la thermodynamique 2. Les types d énergie 3. Le corps comme lieu de transformation d énergie 4. L énergie brute et métabolisable 5. L énergie nette 6. Les méthodes de mesure de la dépense énergétique 7. L équivalent énergétique de l oxygène 8. Le rôle de la mitochondrie 9. La définition et la signification du quotient respiratoire 10. La mesure et l intérêt de la (du) V O 2max 11. La définition et l utilisation du MET 12. Les relations entre V O 2 et fréquence cardiaque 13. Substrats utilisés selon durée / intensité

26 13. Substrats utilisés selon durée/intensité Substrats en fonction de la durée Le QR diminue peu à peu au fur et à mesure d un effort. Ceci signifie que plus l effort se prolonge plus on utilise d O 2 pour la même quantité de CO 2, et donc d énergie, produite En utilisant la notion d énergie produite par L d O 2, on peut dire que le rendement énergétique sera donc meilleur au début qu à la fin de l effort

27 13. Substrats utilisés selon durée/intensité Substrats en fonction de la durée Ce changement de QR illustre un changement complet de métabolisme, la part lipidique de l énergie fournie représentant 20% à la fin des 30 premières minutes, 80% à la fin de la 4 ème heure Sur l ensemble de l effort, la part glucidique et lipidique peut représenter la même proportion sans pour autant qu à chaque instant de l effort cette proportion soit de 50% Plus un effort est long, plus les lipides vont contribuer à l énergie dépensée Glucides Crossover

28 13. Substrats utilisés selon durée/intensité Substrats en fonction de l intensité Les études ont montré que la relation entre intensité et QR dessine une courbe en U Il y a donc une intensité pour laquelle ce QR est le plus faible, c est-à-dire pour laquelle l oxydation des lipides est la plus forte Quand celle-ci ensuite augmente, la proportion de lipides diminue Ceci est en partie dû au fait que les lipides ne peuvent être utilisés qu en présence d O 2 en quantité suffisante QR 1 0,7 %VO 2 max 0 100

29 13. Substrats utilisés selon durée/intensité Substrats en fonction de l intensité Remis en oxydation de substrats, ceci signifie que certaines intensités d exercice sont favorables à l oxydation des lipides en termes de proportions A noter que ce niveau d intensité donne une valeur différente selon qu il est exprimé en %FC max et de %VO 2max Lipoxmax Intensité de l exercice, exprimée en %FCmax (HRmax pour heart rate) et %VO2max, et oxydation des lipides (acides gras). Cette oxydation augmente avec l intensité jusqu au Lipoxmax, puis décroît quand l intensité de l exercice augmente encore. La zone grise représente la zone d intensités favorables à l oxydation lipidique

30 13. Substrats utilisés selon durée/intensité Substrats en fonction de l intensité A. L oxydation des lipides (acides gras) diminue dès 50% de VO 2max B. Le croisement des substrat survient dès 50% de VO 2max Glucose Acides gras ATTENTION! EVALUATION LORS D UN TEST DE VO 2max. Venables et al., 2005

31 13. Substrats utilisés selon durée/intensité Substrats en fonction de l intensité Remis en substrats, l intensité va progressivement : augmenter la part du glycogène musculaire utilisé augmenter puis réduire la part des lipides utilisés Ceci surtout pour les graisses localement stockées (triglycérides musculaires) réduire régulièrement les graisses venant du tissu adipeux via la circulation (AGL plasmatiques) Augmenter la part du glucose de la circulation Physiologie de l Activité Physique, W McArdle, F Katch, V Katch Boisseau, 2001, Maloine

32 13. Substrats utilisés selon durée/intensité