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

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

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

Acides gras

9. Définition et signification du quotient respiratoire Il existe 3 tables de QR 1. Celle de Zuntz (1901), 2. Corrigée par Lusk en 1924 3. 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

9. Définition et signification du quotient respiratoire Énergie métabolisable (kcal) Glucides Lipides Protéines 4 9 4 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

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

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

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

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

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 : 0,95 65 24 h 1480 kcal Homme de 80 kg : 1 80 24 h 1920 kcal

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

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

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) + 2392 = DER en kj Garçon : (30,9 Poids en kg) + (2016,6 Taille en m) + 907 = DER en kj

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 = 0,017 60 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

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 http://download.lww.com/wolterskluwer_vitalst ream_com/permalink/mss/a/mss_43_8_2011_ 06_13_AINSWORTH_202093_SDC1.pdf Existe une version en français https://docs.google.com/viewer?a=v&pid=sites& srcid=zgvmyxvsdgrvbwfpbnxjb21wzw5kaxvtb 2ZwaHlzaWNhbGFjdGl2aXRpZXN8Z3g6MmIwNzI 4ZTQ2NGU3ZTQ2Ng

ACTIVITÉS SPORTIVES METS Dépense Dépense Kjoules/heure Kjoules/minute poids 70 kg. poids 70 kg. 1 Aviron, effort modéré 7,0 2048 34 2 Aviron, effort intense 11,0 3219 54 3 Badmington. Débutant 4,5 1317 22 4 Badmington. Intermédiaire 7,0 2048 34 5 Badmington. Avancé 10,0 2926 49 6 Ballet. Classique ou moderne 6,0 1756 29 7 Basket-ball. Récréatif. 6,0 1756 29 8 Basket-ball. Compétition.. 8,0 2341 39 9 Basket-ball. Chaise-roullante. 6,5 1902 32 10 Bicyclette. Effort léger. 4,0 1170 20 11 Bicyclette. Effort moyen. 7,0 2048 34 12 Bicyclette. Effort intense. 22-30 km/h 10,0 2926 49 13 Bicyclette. Effort très intense. >30 km/h 14,0 4096 68 14 Bicyclette stationnaire. Léger. 50 watts 3,0 878 15 15 Bicyclette stationnaire. Moyen. 100 watts 5,5 1609 27 16 Bicyclette stationnaire. Intense.150 watts. 7,0 2048 34 17 Bicyclette stat. Très intense.>200 watts 11,0 3219 54 18 Canotage. Récréatif. 4,0 1170 20 19 Corde à danser. Modéré. 8,5 2487 41 20 Corde à danser. Intense 11,5 3365 56 21 Crosse 8,0 2341 39 22 Danse aérobique. Général. 5,5 1609 27 23 Danse aérobique. Avec impact. 7,5 2195 37 24 Danse folklorique 5,5 1609 27 25 Escalade. Montée. 11,0 3219 54 26 Équitation. Général. 4,0 1170 20 27 Équitation. Trot, Galop. 6,0 1756 29 28 Escrime. Récréatif. 6,0 1756 29 29 Escrime. Avancé. 8,0 2341 39 30 Football. Contact. 9,0 2633 44 31 Football. Football-toucher 8,0 2341 39 32 Golf. En transportant les battons. 5,5 1609 27 33 Golf. En voiturette électrique. 3,5 1024 17 34 Handball européen. 8,0 2341 39 35 Hockey sur glace. 9,0 2633 44 36 Jogging léger combiné avec marche 6,0 1756 29 37 Jogging léger. 7,0 2048 34 38 Jogging à 8 km/h (7 min/km) 8,0 2341 39 39 Jogging à 9,5 km/h (6 min/km) 10,0 2926 49 40 Jogging à 13 km/h (4,5 min/km) 13,0 3804 63 41 Jogging cross-country. 9,0 2633 44 42 Jogging sur place. 8,0 2341 39 43 Judo, karaté, tae kwan do, aéroboxe 10,0 2926 49 44 Kayac. Eaux calmes. Récréatif. 5,0 1463 24 45 Kayac. Eaux vives. Avancé. 8,5 2487 41 46 Marche ordinaire à 5 km/h 3,0 878 15 47 Marche rapide à 6,5 km/h. 4,5 1317 22 48 Marche olympique. 6,5 1902 32 49 Musculation. 3,0 878 15 50 Nage synchronisée. 8,0 2341 39 51 Natation. Récréatif. 6,0 1756 29 52 Natation. Style libre. Modérée. 8,0 2341 39 53 Natation. Style libre. Intense. 10,0 2926 49 54 Patinage. Récréatif. 5,5 1609 27 55 Patinage. Intense. 9,0 2633 44 56 Patinage de vitesse. Compétition. 15,0 4389 73 57 Patinage à roues alignées. Récréatif 7,0 2048 34 58 Planche à roulette. 5,0 1463 24 59 Rackettball. Récréatif. 7,0 2048 34 60 Rackettball. Compétition.. 10,0 2926 49 61 Raquette à neige. 8,0 2341 39 62 Simulateur d'escalier. 6,0 1756 29 63 Ski alpin. Efforts légers. 5,0 1463 24 64 Ski alpin. Efforts modérés. 6,0 1756 29 65 Ski alpin. Efforts intenses. 8,0 2341 39 66 Ski de randonnée. Plat. Efforts légers. 7,0 2048 34 67 Ski de randonnée. Modéré. 7 km/h. 8,0 2341 39 68 Ski de randonnée. Intense. 10,5 km/h. 9,0 2633 44 69 Soccer. En général. 7,0 2048 34 70 Soccer. Partie officielle. 10,0 2926 49 71 Squash. Récréatif. 7,0 2048 34 72 Squash. Compétition.. 11,0 3219 54 73 Taï-chi. 4,0 1170 20 74 Tennis de table. Niveau avancé. 7,0 2048 34 75 Tennis. Simple. En général. Non débutant. 7,5 2195 37 76 Tennis. Double. En général. Non débutant. 6,0 1756 29 77 Volley-ball. Récréatif. 3,0 878 15 78 Volley-ball. Compétition. 4,5 1317 22 79 Water-polo. 10,0 2926 49 80 Yoga. 3,0 878 15

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 => 10 10 = 100 MET-min => Tableau d équivalence en intensité-durée basée sur ce calcul 60 MET-min

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

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

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)

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

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

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

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

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

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

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

13. Substrats utilisés selon durée/intensité