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Bioénergétique et exercices musculaires 1.Bioénergétique. A.Composition générale de l'organisme. La bioénergétique est une science qui s'occupe des processus biologiques qui vont produire/consomer de l'énergie(qui est synonyme de vie), la bioénergétique regroupe donc tous les travaux de synthése, d'échange(osmotique) et les travaux mécaniques(vie de relation). L'homme transforme perpétuellement une énergie en une autre. Les nutriments utilisent l' oxygéne de l'air alentour pour produire cette énergie,on trouve 3 catégories de nutriments: +Les lipides +Les glucides +Les protides Rq: ils apportent tous de l'énergie mais de quantité et de qualité différente! En plus de ces nutriments on trouve aussi les sels minéraux, les vitamines, l'eau... -L'eau: Principal constituant de l'organisme, on mesure l'eau totale (par dilution d'une eau marquée avec du deutérium 2H ou de l'oxygéne 18, administré par voie bucale, on analyse ensuite les urines). L'eau représente 50 à 70% du poid corporel(dépend de l'âge,du sexe,de la composition corporelle...) On obtient une courbe de dilution de l'eau marquée dont la pente donnera le volume total d'eau de l'organisme. Rq:Les muscles striées squelettiques contiennent 80% d'eau, le squelette 32% et le tissus adipeux 50%....donc plus un individus est musclé plus il contient d'eau,reciproquement plus un individus est gras moins il contient d'eau! Chez un homme musclé de 70kg(référence): Eau intra eau extracellulaire 25L 15L

volume plasmatique 3L

Soit un total de 40L (ce qui représente bien 70% du poid corporel) Nous allons voir plusieurs tableau d'équilibre hydrique dans différentes conditions: 1)Bilans hydriques lord d'un exercice modéré et d'une ambiance tempérée: Gain:(par jour) -eau apportée par les boissons:1200mL -eau apportée par les aliments:1000mL -eau métabolique(produit par métabolisme):350mL 1

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Perte:(par jour) -Evaporation=pertes insensibles(ne ruisselle pas ):900mL -Pertes sudorales(liée metabolisme):50mL -Selles:100mL -Urines:1500mL Dans ce cas dit «normal »,les gains sont a peu prés équivalent aux pertes ce qui est propice à l'organisme! 2)Personne en jeûne: Gain:(par jour) -eau apportée par les boissons:0mL -eau apportée par les aliments:0mL -eau métabolique(incomprésible même a jeûne):350mL Perte:(par jour) -Evaporation(surtout pertes liées au poumons):900mL -Pertes sudorales(liée metabolisme):50mL -Selles:0mL -Urines:300mL Ici, il manque a peu près 1L/jour, donc on ne peut pas jeûner plus de 3 jours ou le volume plasmatique diminuerait(jusqu'à la mort). 3)Exercices physiques intenses en ambiance chaude: Gain:(par jour) -eau apportée par les boissons:1200mL -eau apportée par les aliments:1000mL -eau métabolique:350mL Perte:(par jour) -Evaporation=pertes insensibles(ne ruisselle pas ):1200mL -Pertes sudorales(liée metabolisme):3500mL -Selles:100mL -Urines:500mL Risque de déshydratation,ce qui a pour conséquences: -Diminution du volume plasmatique. -Hypotension. -Hémoconcentration et augmentation du risque d'infarctus(moins d'eau entraîne une augmentationde l'hématocrite et le sang devient ainsi plus visqueux) Rappel:Hématocrite= 45% environ. Lors d'un exercice de longue durée en ambiance chaude, il ne faut pas boire n'importe comment 2

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pour lutter contre une déshydratation, car si on bois trop vite, l'eau sera moins chargée niveau ionique que l'eau perdue(la sueure est riche en sels...) ce qui correspond a une dilution de l'organisme qui va diminuer [na+](hyponatrémie). L'hyponatrémie commence pour une concentration de sodium inférieur a 135mEq/L et se traduie par des maux de tête,des confusions,et des comas voir la Mort pour une concentration inférieur a 130mEq/L. Il faut donc boire de façon résonnée:boire de l'eau contenant un peu de sels et non de l'eau pure, celle-ci doit être isoélectrolytique par rapport au plasma pour une meilleur absorption au niveau intetinal.L'eau vendue en commerce entraîne un flux positif a travers l'intestin(l'eau va du tube digestif vers l'organisme) alors que certains jus de pomme(ou autre boisson dite « non hydratantes » par exemple entraîne un flux d'absorption négatif car crée un appel d'eau niveau intestin(notion de gradient). Solution idéale: +[glucide] = 2-4% +[Na+] = 60-90mmol/L Quantité idéale: Environ 500 mL/heure, ne jamais depasser 1L/heure. -Les vitamines: Se sont des substances organiques non énergétiques, en régle générale elles ne sont pas synthétisées par l'homme, si certainesle sont c'est seulement en quantité insuffisante(cf vitamine D....), elles sont donc dites indispensables. Il y a 2 types de vitamines: +Les liposolubles(A,D,E,K...): sont très facilement stockées dans l'organisme, les vitamines A et E sont des antioxydants qui sont utiles au sportif car aide a l'élimination des radicaux libres. +Les hydrosolubles(B,C....): chez les sportifs de haut niveau il y a des possibilitées de carence en vitamines B2 et B6 (utilisées dans le métabolisme énergétiques.), c'est pour cela qu'on en vient parfois a supplémenter en vitamines, ou augmenter la densité nutritionnelle.... Risque: Si excés de vitamines par supplémentation, il peut y avoir production de radicauxlibres facteurs de veillissement (surtout les liposolubles qui s'accumulent dans le foieet les glandes endocrines.) -Les minéraux: Il y en a 7 majeurs dont l'apport quotidien est superieur a 100 mg et qui représentent environ 4% du poid corporel: Calcium, phosphore, potassium, soufre, sodium, chlore, magnésium. Il y en a 15 mineurs dit « minérauxtraces » qui représentent 0,02% du poid corporel: Fluor, fer, zinc, cuivre, sélénium, iode, chrome, cobalt, maganése, silicium, vanadium-molybdéne, aluminium. La micronutrition s'interesse à des déficites de ce genre.... Les minéraux ont un rôle dans le catabolisme et la fourniture d'énergie, plus on utilise d' énergie et plus on a besoin de sels minéraux.Ils interviennent aussi dans la synthése (anabolisme) mais de 3

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maniére moins importante. -Le Calcium: Il y en a 1-1,5kg dans l'organisme, il intervient dans le métabolisme des os, des dents, dans l'influx nerveux, dans la contraction musculaire. Besoins = 10mg/kg/jour (on le trouve majoritairement dans les produits laitiers) -Le Potassium: C'est un electrolyte intracellulaire, il a un rôle dans la transmission de l'influx nerveux. Besoins = 2 à 4 g/jour (on le trouve dans les fruits secs, les bananes, le chocolats...) -Le Sodium: C'est un electrolyte extracellulaire (4g sont apportés par l'alimentation normale). Besoins = 1 à 2 g/jour. -Le Magnésium: Rôle important dans la fabrication des anticorps.Il est nécessaire à de nombreux systémes enzymatiques qui produisent de l'énergie.Il y en a 30g dans l'organisme, sa diminution est responsable des crampes, de la fatigue musculaire... -Le Fer: Les besoins en fer sont majorés chez les sportifs et surtout chez les femmes sportives. 2)Matiére organique: Les lipides, les protides et les glucides fournissent de l'énergie. Homme de 70kg(référence) posséde 50 kg d'eau et de sels minéraux.Les 20 kg restant sont représentés par: 15kg de lipides, 6 kg de glucide et 300 g de protides) En therme de calories:1200 calories pour les glucides, 140000 pour les lipides. -Les Lipides: Rôle:+Constituent la menbrane cellulaire. +Rôle de réserve (les adipocytes) car leur valeur calorique est deux fois plus importante que celle des glucides.(ils sont donc 2 fois plus concentrés). +Rôle de sécrétion endocrinienne assurée par les adipocytes, ils sécrétent la leptine qui agit par l'intermédiaire de l'hypotalamus sur le comportement alimentaire(elle diminue la prise alimentaire et augmente les dépenses énergétiques).Sa diminution entraîne un stockage de masses grasses et augmente l'affinité pour les aliments. +Rôle de transport des vitamines liposolubles. +Rôle de protection des organes. +Rôle de thermorégulation(isolant). Rq: les lipides peuvent procurer jusqu'à 80-90% de l'énergie.1g de lipides fournie 9 kcal qui sont stokées sans eau ( différence majeur avec le glycogéne). Répartition des lipides: +Tissus adipeux = 12 kg .(soit 108000 kcal) 4

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+Lipides circulants = 4,4 g (4g sont représentés par les TAG du plasma, 0,4g représentés par les AG libres).( soit 39,6 kcal) +TAG intramusculaires = 300g (soit 110,740kcal) Lors d'un exercice musculaire intensif,au début 80% de l'énergie est fournie par les glucides...puis à partir de 20 minutes, la part des lipides augmente pour « épargner » les glucides(la part de l'énergie représentée par les lipides est optimale au bout de 3h d'exercice environ). -Les Glucides: Représenté majoritairement par le glucose et le glycogéne ( la source d'énergie exclusive la plus importante du systéme nerveux centrale). 1g de glucides fournie 4 Kcal. Répartition: Il y a environ 500 g de glucides dans l'organisme: +400g dans les muscles sous forme de glycogéne(un polymere de glucose) +100g de glycogéne dans le foie(liver en anglais:D) +3g de glucose dans le plasma. Rq: le glycogéne est une forme d'énergie stockable mais avec des limites car a besoin d'eau. Les glucides représentent le facteur limitant de l'exercice prolongé.Plus on à de glycogéne dans le muscle et plus on peut faire d'exercices longtemps. On parle de régime mixte (= normale) quand 50%de l'alimentation est représentée par des glucides. On parle de régime hyperglucidique quand plus de 60%de l'alimentation est représentée par des glucides. -Les Protides: On toruve 10 à12 kg de protides dans l'organisme dont la moitié se situe dans le muscle. Les protides représentent10-15% de la ration alimentaire. On a besoin de : +0,9g de protéines/kg minimum chez un adolescent. +0,8g de protéines/kg minimum chez l'adulte (ce qui représente 56g/jour chez un homme de 70 kg) Il y a 9 acides aminés dit « essentiel »:l'isoleucine, la leucine, la phenylalanine, la thréonine, la valine, le tryptophane, la lysine,méthionine et l'histidine. Les protéines sont dites « complétes »(se sont les protéines animales comme celles trouvées dans l'oeuf...) ou « incomplétes »(=végétales). 2/3 des protéines de notre alimentation sont d'origines animales( l'idéal serait ½) Elles ont des fonctions multiples dans l'organisme,elles ont un rôle de charpente de la cellule et du corps et contiennent 16% d'azote(N). Le meilleur témoin du catabolisme protidique est l'urée urinaire. 1g de protides produit 5,6 Kcal moins 0,85 Kcal(urée) soit 1g de protides==>4,75 Kcal. Environ 10% de l'énergie lors d'un exercice de longue durée provient des protéines(cycle glucosealanine pour maintenire la glycémie).

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B.Composition Corporelle. Evaluation de la composition corporelle:masse corporelle = masse maigre + masse grasse. La masse grasse correspond a tous les lipides de l'organisme, la masse maigre quand à elle correspond au reste c'est à dire la masse protoplasmique active. Il est important d'évaluer la part de chacune de ces masses, car des individus de même poid peuvent avoir beaucoup de différence.C' est important a évaluer en médecine car les médicaments utilisés agissent sur la masse maigre, pas sur la masse grasse.Il est donc important de mesurer ces deux masses car le poid du corp est insuffisant pour prédire l'effet de certains médicaments. a)Les méthodes de détermination de la composition corporelle. -Les mesures anthropométriques: Dans cette méthodes on détermine la composition corporelle à partir de la taille, du poid et de la surface cutané de l'individu.(la surface cutané s'obtient à partir de la taille et du poid.) -Mesure de la densité corporelle: C'est le rapport du poid divisé par un volume. +Pour le tissus gras: densité = 0,9 g/mL +Pour le tissus maigre: densité = 1,1 g/mL Donc plus un individu est gras et moins il est dense. On apprécie la densité de l'individu grâce: +A l'immersion dans une piscine en prenant compte le calcul des force d'Archiméde.La différence entre le poid dans l'eau et le poid en dehor de l'eau donne la densité, cette technique est fort peu pratique. +La cabine de Pléthysmographie(qui est une cabine étanche). -La mesure des plis cutanés: Il y a une relation entre les graisses sous-cutanées, les graisses internes et la densité corporelle. On mesure les plis sous-cutanés grâce a un pincement du tissus adipeux(en plus de la peau), on mesure ainsi l 'épaisseur du plis cutanés (cette mesure se fait a 4 endroit:au niveau du biceps, du triceps, de la crête illiaque et au niveau de l'omoplate).Cela nous fournira un index d'adiposité (% de masse grasse), c'est une méthode très simple. -Mesure des circomférentielles: 6 mesures ( bras, avant-bras, taille, hanche, haut de la cuisse, haut du mollet) qui nous donnerons des équations prédictives surtout utiles dans une comparaison intergroupe ou en suivi individuel. Rq:On suit la masse corporelle du sujet dans le mileu du sport mais aussi en pathologie( cancer, surpoids....) -Impédancemétrie: On utilise un courant alternatif entre 2 électrodes (pied + main): la vitesse de conduction permet de differencier la masse maigre hydratées (+ rapides) de la masse grasse. 6

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Donne la quantité d'eau totale( attention dépend de l'état d'hydratation: si le sujet est deshydraté ou si il y a des variations de la température cutanée....) -Autre méthodes: IRM, tomodensitométrie quantitative,US....on utilise aussi le potassium 40 radioactif qui est contenu seulement dans la masse maigre. -Résultat: +Poid idéal: Donner par la formule de Lorentz: 1)Pour les hommes: poid idéal = T-100-[(T-150)/4] 2)Pour les femmes: poid idéal = T-100-[(T-150)/2] On obtient l'indice de corpulence par la formule suivante : poid réel / poid idéal. Si cet indice est supérieur à 1,2 on est obése. +IMC ou BMI (indice de masse corporelle) Donné par la formule suivante : poid(kg) / taille au carré (m2) Normal = 20-25 Kg/m carré Surcharges pondérales si IMC entre 25 et 30 Kg/ m 2 Obése si IMC>30 Kg/ m carré Obésité morbide si IMC>40 Kg/ m carré L'IMC est mesurée systématiquement chez les enfants, table prédiction taille/poid/BMI.Il existe des courbes de normalité. +Tour de taille/hanches. Facteur de risque si:1) ce rapport est supérieur à 0,95 chez l'homme et supérieur a 0,8 chez la femme. 2)Si le tour de taille est supérieur a 102cm chez l'homme ou supérieur a 88cm chez la femme. On utilise le terme androïde(cas le plus grave) quand la surcharge su trouve dans la partie supérieur du corps(forme de pomme) et on utilise le terme gynoïde quan la surcharge se trouve dans la partie inférieur (forme de poire). A poid égal, obése ou surpoid? L'IMC prend en compte la taille et le poid. La densité corporelle prend en compte masse maigre/masse grasse. Le tour de taille/tour de hanches prend en compte la répartition des graisses. Une des ces mesures seulement ne permet pas d'évaluer, elles sont corrélées. b)Variation de la composition corporelle. -En fonction du sexe (masse graisseuse moyenne représente environ 15% chez l'homme contre 2025% chez la femme). -En fonction de l'âge: Le poid ne varie pas forcément avec l'âge, mais souvent avec le veillissement la masse maigre diminue. -En fonction de l'activité physique: Chez la femme, la masses grasse n'est jamais inférieur a 10% sinon il peut y avoir des problémes(risque de perturbation du cycle menstruel...cf aussi dans l'anoréxie mentale.) c)Contrôle du poid corporel. Poids stables. Il y a un équilibre entre l'énergie apportée par l 'alimentation et les dépenses d'énergie globale.(il 7

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faut apporter assez d'énergie pour l'activité physique.) -Si les entrées sont supérieurs aux sorties = STOCKAGE: Soit due a une augmentation de l'énergie apporter par l'alimentation(suralimentation), soit due a une diminution en dépense d'énergie globale (inactivité physique). L'excés de stockage des lipides entraîne des troubles métaboliques (cf diabéte) et une surcharge pondérale. L'inactivité est la 2eme cause de mort des prematurés (28%) aux USA aprés le tabac. -si les entrées sont inférieurs aux sorties = PERTE DE POIDS . Soit due a une anoréxie soit à un excés de dépense. Rq:lors d'un jeûne:Les glucides sont vites consommés (disparaissent en quelque jours). Les lipides sont consommés en 8 semaines de jeûnes. Les protides sont les mieux conservées. -L'équilibre alimentaire, repose sur: +La pyramide alimentaire journaliére: 1)Eau(environ 1,5L/j), pas de boissons qui déshydrate(cf jus de pomme qui entraîne des perts d'eau...). 2)2 rations/j de viandes/poissons/oeufs... 3)3 rations/j de laits/yaourt/fromage.... 4)4 rations/j de féculents/céréales/pain.... 5)5 ou 6 rations/j de légumes/fruits. +Manger de façon équilibrée et diversifiée. +Notion de portion. C:Détermination de la dépense en énergie. Pour estimer les pertes, on utilise le principe de la calorimétrie: +Toutes les dépenses de l'organisme sont converties en châleur (calories), rappel:1 cal = 4,18 joules. +Etat initial = Etat final. C6H12O6 + 6 O2 ==> 6 Co2 = 6 H2O + Energie.(673 kcal) L'oxydation d'une mole de glucose(180g) a)Méthodes de mesure de la dépense énergétique. -Méthode directe = calorimétrie directe: On utlise un caisson étanche (chambre isolée, apport d'O2 et Co2 retiré) ou un sujet pédale sur un tapis, on met un courant d'eau qui neutralise l'élévation thermique. Le débit d'eau est directement proportionnel a l'élévation de la température. -Méthodes indirectes = calorimétrie indirecte: +Méthodes des ingesta(si le poids est constant). C6H12O6 + 6 O2 ==> 6 Co2 = 6 H2O + Energie. On calcule l'énergie à partir de la quantité de glucose et de la valeur énergétique des aliments. Le poids du sujet doit être constant pour équilibre, on utilise la valeur énergétique moyenne des substrats d'énergie: Glucides = 4,1 Kcal Protide = 4,1 Kcal Lipide = 9 Kcal

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+Thermochimie respiratoire: C6H12O6 + 6 O2 ==> 6 Co2 = 6 H2O + Energie. On mesure 6 O2 qui correspond à la VO2 (réspiration). On calcule la quantité d'oxygéne nécessaire pour oxyder le glucose = consomation d'oxygéne du sujet.Relation entre le substrat d'énergie ocydé et l'oxygéne consomé = Coefficient thermique du sujet:(il vaut 5 Kcal pour les glucides, 4,7 Kcal pour les lipides et 4,64 Kcal pour les protides, les glucides sont donc les substrats les plus intéressants...) Quotient respiratoire = Vco2 /Vo2 il donne la part relative des substrats d'énegie utilisés. QR lipides = 0,7 QR glucides = 1 QR protides = 0,81 QR moyen au repos = 0,80-0,82 Coefficient thermique moyen de l'O2 = 4,8 Kcal, ce qui veut dire qu'un litre d'oxygéne consomer fournie 4,8 kcal Rq: a savoir, 1 Kcal = 4,18 kjoule = 0,21 L d'o2 1L d'O2 = 5 Kcal = 20 Kjoule +Eau doublement marquée: On utilise le D2 et l'oxygéne 18. L'hydrogéne est eliminé par les voie rénale, alors que l'oxygéne 18 est éliminé par les voie rénale et par les voie respiratoire (donne C18O2) La différence de flux entre l'oxygéne 18 et l'H2 dans les urines est proportionnelle à la production de CO2 donc à la dépense énergétoqie. Méthode très préçise mais très cheres. +Actométres: Accélérométres, podométres, cardio-fréquences-métres, impédance cutanée, bodymedia.....méthodes pas cheres. +Questionnaires d'activité physique: Coût énergétique moyen des activitées physiques.(le patient note ce qu'il fait dans la semaine...) Il existe une relation linéaire entre les dépense d'énergie, la consomation d'oxygéne et la puissance développée.C'est unniverselle, mais selon l'individu le niveau maximum de dépense d'énergie varie.

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