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La production énergétique

Même si, l'efficacité est le facteur principal de performance en natation, il est intéressant de savoir :

• Comment fonctionne l'organisme pendant l'effort
• A partir de quelles molécules, il va pouvoir produire de l'énergie
• Quels sont les facteurs limitants de l'activité musculaire

Ce domaine ayant connu quelques évolutions, nous reviendrons dans un deuxième article sur 5 idées qui ont connu des remises en questions.

La monnaie d'échange : l'ATP

L'ATP (Adénosine Triphosphate) est une molécule qui intervient dans un grand nombre de réactions chimiques au sein de l'organisme. Son fractionnement permet de libérer l'énergie nécessaire pour que ces réactions puissent avoir lieu. Au sein des cellules musculaires, il permet le déplacement des protéines impliquées dans les mouvements de contraction et de relâchement.

Pour que ces mouvements puissent durer, il est nécessaire de reformer en permanence l'ATP grâce à d'autres réactions chimiques qui vont fournir de l'énergie. Pour cela, les cellules musculaires possèdent différentes voies que nous allons explorer successivement ci-dessous.

La glycolyse (voie anaérobie lactique)

Il s'agit de la dégradation du sucre stocké au niveau musculaire (appelé glycogène) ou capté dans la circulation sanguine (dans ce cas, il s'agit de glucose).

Par une série de réactions, le glucose ou le glycogène est transformé progressivement en pyruvate. Ces réactions sont créatrices d'énergie, elles permettent au total de resynthétiser 3 ATP si la molécule de départ est le glycogène et 2 ATP si la molécule de départ est le glucose. Elles impliquent une enzyme appelée NAD qui est réduite au cours des réactions, ce qui signifie qu'elle absorbe un ion H⁺.

Pour le glucose, le bilan de la réaction peut s'écrire de cette façon :
1 Glucose + 2 NAD⁺ + 2 ADP + 2 Phospate --> 2 Pyruvate + 2 ATP + 2 H₂O + 2 NADH, H⁺

Le pyruvate se situe à un carrefour. Il peut être traité par des structures appelées mitochondries pour produire plus d'énergie (voir ci-dessous) ou être transformé en lactate si la production de pyruvate excède la quantité prise en charge par les mitochrondries (c'est le cas lors des efforts intenses).

Cette transformation n'est pas négative pour la poursuite de l'effort comme on le pensait auparavant. Au contraire, elle réduit l'acidité (le lactate absorbant les ions H⁺) et permet de reconstituer les réserves de NAD⁺ (l'enzyme citée plus haut subit ici la réaction inverse). La production de lactate permet donc à la glycolyse de se poursuivre ce qui explique que les meilleurs athlètes dans les épreuves intermédiaires (équivalent aux 100 et 200 mètres en natation) soient ceux qui produisent le plus de lactate (voir références).

Le bilan de cette dernière réaction peut s'écrire ainsi :
Pyruvate + NADH + H⁺ <--> lactate + NAD⁺
La réaction est réversible. En cours d'effort ou après l'effort, le lactate peut être transformé en pyruvate et entrer dans la mitochondrie.

La production d'énergie par la mitochondrie (voie aérobie)

La mitochondrie est une sorte de cellule à l'intérieur de la cellule, possédant son propre génome. Elle peut produire beaucoup d'énergie à partir du pyruvate issu de la glycolyse ou d'acides gras. L'activation des acides gras (appelée bêta-oxydation) nécessite cependant de l'énergie ce qui va diminuer le rendement global des réactions. Par conséquent, les acides gras sont davantage utilisés lors des efforts modérés.

La mitochondrie utilise de l'O₂ apporté par la circulation sanguine et implique différentes enzymes dont, à nouveau, les NAD qui sont oxydés au cours des réactions. Les NAD, retourné à leur forme NAD⁺, peuvent ainsi à nouveau participer à la glycolyse.

Les réactions à l'intérieur de la mitochondrie permettent de resynthétiser une trentaine de molécule d'ATP, les sous-produits de ces réactions sont l'eau et le dioxyde de carbone.

La dégradation de la phosphocréatine (voie anaérobie alactique)

La phosphocréatine (PCr) est un composé stocké au niveau des cellules musculaires dont la dégradation permet également de resynthétiser des molécules d'ATP. La réaction est la suivante :
ADP + PCr <--> ATP + Cr

La dégradation de la phosphocréatine est une réaction plus simple que la glycolyse et donc beaucoup plus rapide ce qui permet de répondre quasiment instantanément aux besoins énergétiques. Elle fournit de l'énergie en grande quantité mais les réserves s'épuisent rapidement (autour de 5 secondes à puissance maximale).

C'est donc une ressource énergétique importante pour les épreuves courtes. Cependant il existe un mécanisme de resynthèse de la phosphocréatine qui implique la mitochondrie et nécessite donc l'apport d'oxygène. Les derniers développements suggèrent que les cycles de dégradation et de resynthèse se poursuivent même dans les épreuves longues. La phosphocréatine pourrait jouer le rôle d'intermédiaire entre la mitochondrie et l'ATP.

Enfin, on peut noter que certains athlètes consomment des compléments alimentaires contenant de la créatine dans le but d'augmenter leurs réserves et donc d'améliorer leurs performances. Il n'y a pas d'élément probants sur l'efficacité de ces compléments. Leur inefficacité a même été démontrée chez un groupe de nageurs par une équipe de l'université de Saint-Etienne (voir références).

Pour en savoir plus

• La bible de la préparation physique de Didier Reiss et Pascal Prévost qui propose des données actualisées et claires sur ce thème.
• Du nouveau dans le métabolisme de la Phosphocréatine au cours de l’exercice, article publié sur le site du conseil général du Val-de-Marne.
• Cours complet et clair proposé par le site cours-pharmacie.com sur le métabolisme énergétique.
• Article de l'université de Bordeaux, plus spécifiquement consacré à la mitochondrie

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Références de cet article