Nous savons que le métabolisme des cellules de l'organisme nécessite un apport de nutriments régulier, par exemple pour le renouvellement cellulaire. D'autre part, des besoins énergétiques irréguliers existent au niveau de l'organisme : production de chaleur lorsqu'on s'éloigne de la température de neutralité thermique, activité musculaire, etc. Cette énergie, nous l'avons vu précédemment, dérive aussi des molécules organiques issues des aliments, et ce par un mécanisme de conversion de leur énergie potentielle en ATP. Cependant, de même que la quantité de nutriments utilisée est variable, leurs apports aussi (Ils sont par exemple intenses lors des repas.) Il faut donc réguler ces apports pour parvenir à un équilibre.
La nécessité de la régulation ne se trouve pas que dans ces considérations d'ajustement quantitatif. En effet, un facteur qualitatif intervient. Certaines cellules ont une exigence absolue et permanente en glucose (elles sont dites glucodépendantes): citons les hématies ou les neurones. Quand bien même l'apport global de nutriment resterait constant au cours du temps, il faudrait en outre que la proportion de glucose reste fixe. Ceci est manifestement irréalisable. Une simple observation nous confirme l'existence du phénomène de régulation des apports en glucose. Alors que les ingestions d'aliments sont irrégulières, le taux de glucose dans le sang (appelé aussi glycémie) reste quasiment constant : ~1g /L le matin à jeûn, ~1, 2 g / L après un repas riche en glucides.
L'organe essentiel est ici le foie. Sa structure richement capillarisée permet l'existence d'une grande surface d'échanges entre cellules hépatiques et système sanguin. Notons que le sang provenant des anses intestinales, très riche en nutriments, traverse le foie. On peut dégager deux mécanismes hépatiques principaux relatifs à l'ajustement de la glycémie :
Les cellules musculaires ont principalement besoin pour leur métabolisme de glucose-phosphate et d'acides gras. D'autre part, le tissu musculaire est capable de stockage :
Lors de l'activité musculaire, divers phénomènes se produisent. L'absence d'enzymes permettant la déphosphorylation du glucose-phosphate dans la cellule musculaire empêche le passage de glucose dans le sang. Lorsque l'activité se prolonge, les réserves glycogéniques finissent par être épuisées. Cette déperdition est heureusement palliée par le recours aux acides gras qui proviennent soit de l'hydrolyse des triglycérides musculaires, soit de la circulation sanguine.
Notons enfin que, pendant son activité, la cellule musculaire peut égaalement oxyder du glucose. Celui-ci est alors directement importé du milieu sanguin et dérive des glycogénolyse et néoglucogenèse hépatiques. Cependant, cette voie est peu utilisée pour deux raisons. D'une part, le glucose traverse très lentement les membranes des cellules musculaires. D'autre part, une utilisation trop massive de glucose sanguin pourrait faire baisser la glycémie (hypoglycémie), ce qui est extrêmement dangereux pour le système nerveux (une forte hypoglycémie provoque un coma puis la mort).
L'ATP est présent dans les cellules musculaires en très petites quantités. Il doit donc être restauré par l'intermédiaire de voies métaboliques particulières qui sont au nombre de trois. L'une de ces voies est aérobie (= elle utilise de l'O2): c'est la respiration. Or, chaque individu possède des capacités cardiaques et respiratoires propres, de même que ses fibres musculaires ont des caractéristiques précises. Ces facteurs font que la consommation en O2 par unité de temps est limitée: on appelle VO2 max. la valeur maximale qui peut être atteinte. Celle-ci correspond, pour une fréquence cardiaque maximale, à 10 à 12 fois la consommation de repos. Il faut donc, lorsque VO2 max. est atteint (c'est le cas pour des exercices courts et intenses), qu'existent d'autres voies métaboliques qui n'utilisent pas de dioxygène. On qualifie ces voies métaboliques d'anaérobies. Celles-ci sont de deux sortes: fermentation lactique et fermentation alactique.
L'existence de ces trois voies métaboliques a une implication anatomique. Les fibres musculaires ont en effet une double nature :
Etudions maintenant en détail les processus chimiques, libérateurs d'énergie, mis en jeu dans ces trois voies métaboliques.
Au cours de l'effort, l'existence de ces voies métaboliques va expliquer la variation de la consommation de dioxygène. Au début de l'activité musculaire, l'O2 effectivement consommé est inférieur à celui nécessaire à la réalisation de l'exercice. Ce déficit s'explique par des ajustements physiologiques et biochimiques précédant l'établissement de la respiration cellulaire. Après l'exercice, la consommation effective d'O2 est au contraire plus élevée que celle habituelle de repos. Cet excès appelé EPOC (excès post-exercice d'oxygène consommé) est utilisé pour partie dans la reconstitution des stocks de phosphocréatine.
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