1 - Principes de base :

Transcription

1 Bioénergétique

2 1 - Principes de base : Définition : études des échanges et des transformations d NRJ chez l Homme. Echanges notamment d NRJ chimique, thermique et mécanique. Loi de la thermodynamique : Be = Ee Se Be = stocks d NRJ Ee = entrées d NRJ Se = sorties d NRJ

3 Le stockage de l NRJ dans l organisme se fait majoritairement sous forme de lipides, donc sous forme de matière il y a donc un lien entre l NRJ et la matière, lien que l on retrouve dans l NRJ chimique. C est la seule NRJ que peut utiliser l Homme pour couvrir ses besoins d NRJ. On peut en déduire que tte variation de la masse corporelle = variation du bilan d NRJ.

4 Entrées = Apports d NRJ = Les aliments = NRJ chimique Sorties (= une partie des dépenses d NRJ ) = NRJ mécanique et NRJ thermique Digestion, absorption Stockage Ingestion digestion absorption transport stockage utilisation A chaque étape ( aliments nutriments ATP NRJ mécanique ou NRJ thermique ) : petite perte d NRJ sous forme de chaleur/d NRJ thermique.

5 Concernant l NRJ thermique : Toutes les transformations d NRJ aboutissent à la production de chaleur. Ne peut pas être transformée en une autre forme d NRJ par l organisme. Ne peut pas être stockée.

6 2 - Mesures en bioénergétique :

7 Libération d'nrj thermique et de CO2 Calorimétrie directe Consommation d NRJ et d O2 Calorimétrie indirecte Stocks d NRJ ( lipides ++ )

8 Calorimétrie directe : Mesure de la chaleur dégagée par le sujet ( = la bougie ), qui est égale à la production d NRJ.

9 Calorimétrie indirecte : Plusieurs méthodes : méthodes des ingestas, méthodes des égéstas, calorimétrie respiratoire indirecte. Principe : Mesure de la consommation d O2 pour en déduire la production d NRJ. En effet, pour oxyder les nutriments lors de la respiration cellulaire, on a besoin d oxygène. L oxydation des nutriments libère de l NRJ. On en déduit ainsi l équivalent énergétique de l oxygène ( càd la relation entre la conso d 02 et la production d NRJ ) pour l oxydation des nutriments. Exemple : Glucose CO2 + 6 H kcal 6 moles d O kcal (or 1 mole d O2 = 22,4 L d O2 ) 1 L d O2 21 kj pour le glucose Ainsi, l équivalent énergétique de l oxygène pour l oxydation du glucose vaut 21 kj/l d O2.

10 Valeur à retenir : ( ++ ) équivalent énergétique moyen de l O2 = 20 kj/l d O2 = 4,85 kcal/l d O2

11 3 Apports d NRJ :

12 But : -Couvrir les besoins en NRJ -Couvrir les besoins de matière ( AA essentiels, AG essentiels, vitamines non synthétisable par l organisme..) Besoins en NRJ d un homme adulte : kj = 2700 kcal Besoins en NRJ d une femme adulte : 8000 kj = 2000 kcal Variations des besoins : 3 situations avec dépenses d NRJ supplémentaires : croissance, grossesse, allaitement Grossesse : kcal/j au 1 er trimestre, et kcal/j au 2 ème et 3 ème trimestre. ( kcal en + pour toute la grossesse ) Allaitement : kcal/j.

13 4 Dépenses : Dépense NRJétique quotidienne = dépense de fond ( structurelle ) + = thermogénèse post prandiale + = thermogénèse de réchauffement + = dépense liée au W musculaire Post prandial = après le repas

14 Dépense de fond = dépense minimale pour permettre la vie normale des cellules de l organisme. Meilleure manière d estimer le métabolisme de base : on rapporte la dépense énergétique de fond à la surface corporelle. ( on s affranchit de la taille/masse du sujet en question ) Métabolisme basal = Dépense de fond surface corporelle Métabolisme basal = 45 W/m² pour l homme. = 40 W/m² pour la femme.

15 Ce métabolisme basal est mesuré dans des conditions bien particulières : sujet au repos depuis 30 min, à jeun depuis plus de 6h ( ainsi pas de thermogénèse post prandiale ), milieu thermiquement neutre ( 26 pour sujet nu, 21 sujet habillé ), sujet confortablement installé, au calme émotionnel. Thermogénèse post prandiale : = quantité de chaleur dégagée en plus de la dépense de repos dans les heures après le repas. Dépense liée à la digestion, l absorption, le transport des nutriments, le stockage de l énergie contenue dans les nutriments et les autres conséquences de leur arrivée.

16 Thermogénèse de réchauffement : = dépenses liés à l augmentation de la température corporelle quand celle-ci est trop basse. Il s agit uniquement ( chez l Homme adulte ) du frisson. Frisson = succession de contraction musculaire inefficace sur le plan mécanique mais à l origine d une production de chaleur. L homme est un homéotherme ( il est capable de maintenir sa température corporelle constante ), et possède donc des mécanismes de régulation pour maintenir sa température constante.

17 Dépense liée au travail musculaire : La dépense libérée pendant le travail musculaire ne correspond pas au travail lui-même càd : W = Dépense d NRJ liée au travail + dépense NRJétique de fond Calcul du rendement ( = efficacité du travail musculaire ) : Travail Rendement (en pourcentage) = ( dépense d NRJ totale dépense NRj étique de fond )

18 Donc dépense d NRJ quotidienne = Métabolisme basal + thermogénèse post prandiale + thermogénèse de réchauffement + dépense liée au travail musculaire

19 équivalent énergétique moyen de l O2 20 kj/l d O2 4,85 kcal/l d O2 Conversion NRJ joules kcal = 4,18 kj Conversion kcal/h puissance 1kcal / h = 1,163 W ( J/s ) Besoins énergétiques : En kj En kcal Homme adulte kj 2700 kcal Femme adulte 8300 kj 2000 kcal Grossesse kcal /jour ( 1 er trimestre ) et kcal /jour ( 2 ème et 3 ème trimestre ) Allaitement kcal / jour Quotient respiratoire Quotient respi = CO2 produit O2 consomé Quotient respi moyen = 0,83 Quotient respi pour les glucides = 1 Quotient respi pour les lipides = 0,70 Quotient respi pour les protides = 0,85 NRJ pour 1g de : En kj En kcal Glucides 17 kj / g 4 kcal / g Protides 17 kj / g 4 kcal / g Lipides 38 kj / g 9 kcal / g

20 Mnémotechnique : Mon 4x4 neuf roule au GPL ( 4 kcal pour glucides, 4 kcal pour protides et 9 pour lipides )

21 ANC ( apports nutritionnels conseillées ) : Chez la femme 40 W / m² En protides 12 % de la ration alimentaire En lipides % de la ration alimentaire En glucides % de la ration alimentaire ¾ de sucres lents, ¼ de sucres rapides Portions réellement nécessaires à la survie de l individu : En protides 5-6 % des apports En lipides % des apports En glucides % des apports Métabolisme basal : Chez l homme 45 W / m²

22 Thermorégulation

23 1 - Intro L homme est un homéotherme : il est capable de maintenir sa température ( t ) corporelle constante, malgré les variations de t du milieu extérieur. Il doit donc posséder des mécanismes de régulation pour maintenir sa t centrale constante : c est ce qu on appelle la thermorégulation. De plus, le maintien de cette t nécessite un équilibre entre la production de chaleur ( = thermogénèse ) et la perte de chaleur ( =thermolyse ).

24 Causes de la production de chaleur : Métabolisme basal ( production minimale de chaleur ) Auquel s ajoute : La thermogénèse post prandiale La thermogénèse de réchauffement L exercice musculaire

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26 Transport noyau écorce : convection forcée par le sang Le sang se réchauffe dans les organes et réchauffe la peau. Echanges peau milieu extérieur : Radiation ( ou rayonnement ) Convection Conduction Evaporation de l eau Echange de chaleur entre 2 surfaces de t différentes. Echange de chaleur entre 2 milieux de t différentes, avec un milieu se déplace par rapport à l autre. Echange de chaleur entre 2 milieu de t différentes sans déplacements des milieux. C est le passage de l eau de l état liquide à l état gazeux qui absorbe de la chaleur. ( échanges proportionnels au débit sanguin cutannée et à la différence artério-veineuse de t au niveau cutannée )

27 2 Réactions de thermorégulations But : maintien de l équilibre suivant Avec M = thermogénèse R = perte par radiation C= perte par convection K= perte par conduction E = évaporation de la sueur Production de chaleur = perte de chaleur M = R + C + K + E

28 Régulation au chaud Régulation dans la zone de neutralité thermique Régulation au froid > 30 C C 20 C > Efficace Efficace Peu efficace Sudation + évaporation de la sueur ( c est l évaporation qui permet réellement la thermolyse ) Attention : sécrétion de sueur se fait par le sympathique, mais les glandes sont stimulées par l acétylcholine!! Régulation via la vasomotricité : (on va chercher à limiter la différence de t entre la peau et le milieu extérieur car plus cette différence est grande plus les échanges de chaleur sont importants ) - Si t extérieure augmente : vasodilatation cutanée ( entraine apport de sang à la peau et donc la réchauffe ) Soit on augmente la thermogénèse : c est le frisson musculaire Soit on limite la thermolyse : principalement par vasoconstriction. - Si t extérieure diminue : vasoconstriction cutanée.

29 Questions d exam : C est l hypothalamus antérieur qui contrôle la thermorégulation au chaud. C est l hypothalamus postérieur qui s occupe de la thermorégulation au froid. La fièvre est un dérèglement de la valeur consigne de la t corporelle. Les régulation comportementales sont plus efficaces que les régulations inconscientes.

30 Exercice : Un individu court pendant 10 minutes. Pendant cet exercice, il effectue un travail de 82 kj (valeur qui ne correspond que au travail et ne compte pas le métabolisme de base). On considère que le rendement musculaire de cette personne est de 20 %. Quelle est la quantité d O2 consommée ( en litres ) par cet individu pour réaliser cet exercice?

31 Correction : Qu est ce qu on cherche? Quantité d O2 conso Quelles valeurs sont données? Rendement : 20 % Travail : 82 kj Temps de l effort ( sert à rien pour résoudre l exo ) Rendement (en pourcentage) = Travail ( dépense d NRJ totale dépense NRj étique de fond )

32 Ici la valeur d NRJ correspond à l NRJ liée uniquement au travail musculaire, donc on a : Rendement (en pourcentage) = Travail ( dépense d NRJ liée au travail) Dépense d NRJ liée au travail = Travail rendement Dépense d NRJ liée au travail = = 410 kj

33 Qu est ce qui relie NRJ et quantité d oxygène? L équivalent énergétique de l O2! 20 kj / L d O2 Après c est juste un produit en croix : 2O kj 1 L d O2 410 kj? = 20, 5 L d O2