les mitochondries : usines à énergie de cellules

Performance en endurance et consommation d'oxygène 

La performance dans un sport d'endurance (endurance = aptitude à résister à la fatigue)   est directement liée à la capacité du muscle à consommer de l'oxygène.

Cette capacité   est liée très schématiquement à 5 grands paramètres 

 

1. le nombre de globules rouges, leur taille et la densité en hémoglobine.

On peut avoir un nombre intéressant de glubules rouges si la quantité d'hémogline est faible le transport d'oxygène en provenance des poumons sera faible !

 

2. le  débit cardiaque 

plus le débit est élevé plus les globules rouges feront rapidement des aller-retour poumons-cellules.

 

3. la cinétique de VO2  el'aptitude à utiliser le plus haut % de VO2max sans accumuler de lactate (le rendement de l'athlète)

Il s'agit par l'entrainement en lien à  la vitesse d'augmentation de VO2   de tendre vers un état stable du plus haut  volume d'O2 possible  consommé en réduisant de ce fait la  composante lente de la VO2. 

La “composante lente” de la cinétique de la consommation d’oxygène (VO2) est la manifestation d'une dérive très lente de la consommation de VO2 pour une puissance constante lors d'un effort placé au dessus du seuil anaérobie. Cette dérive  conduit à un déficit d'O2 et une forte montée de lactate synonyme d'épuisement 

Voila pourquoi le seuil anaérobie correspond davantage à une zone qu'une valeur précise à un point près  de FC . Si au seuil anaérobie qui se situe entre 20 minutes  et 40 à 60 minutes  on reste avec une prédominance du système aérobie,  les temps de maitien d'une puissance donnée quant à eux  seront différentes d'un athlète à l'autre et surtout d'une préparation physique à l'autre 

 Lorsque les puissances considérées sont comprises entre le seuil de début d'accumulation lactique et la vitesse associée à V.O2max, et qu'on laisse faire le temps, le sujet développant une puissance constante, on observe une composante lente d'ajustement de la consommation d'oxygène qui tend à atteindre V.O2max  (GAESSER & POOLE)

 

Source : Gaesser, G.A., and Poole, D.C. (1996). "The slow component of oxygen uptake kinetics in humans. ; édition : Exerc. Sports Sci.

 

4. le type de fibres mobilisées 

Il s'avère que plus les fibres lentes se mobilisent  meilleure sera la cinétique de VO2 et donc réduite  la  “composante lente” de la cinétique de la consommation d’oxygène ( travaux de Barstow  : "Linéar and non-linéar characteristics of oxygène up-take kinetics during heavy exercice ; édition : J Appl Physiol - 1996)

 

5. le nombre de mitochondries 

 Si l'hémoglobine des globules rouges est essentielle à l'apport en oxygène on oublie que plus le nombres de mitochondries sera élevé, plus la consommation d'oxygène pourra être développée et, en conséquence, l'énergie produite importante. Ce dernier paramètre est trop souvent oublié à l'heure des entraînements construits sur l'enchainement de fractionnés et autres renforcement musculaire !

 

 

Le rôle des mitochondries 

Pour réaliser un effort musculaire les muscles ont besoin d’énergie. Pour faire très très court cette énergie viendra de deux sources : le glucose et l'oxygène.

Si les globules rouges ont la charge du transport de l'oxygène et du gaz carbonique des cellules vers les poumons et inversement, c'est au sein de chaque cellule musculaire que des micro-organismes vont utiliser l'oxygène pour transformer l'énergie venant du glucose en énergie dite "mécanique" qui fera contracter le muscle : ce sont les mitochondries :

 mitochondrie-schema-1.jpg   ...  mitochondrie-cellule-1.jpg  

 

Les  facteurs limitatifs des performances en endurance 

Schématiquement 3 paramètres peuvent intervenir pour limiter le métabolisme aérobie mis en place sur un trail ou un épreuve d'endurance, sur chacun de ces facteurs l'activité et le nombre de mitochondries au sein de chacune des cellules de nos muscles seront déterminants.

  • La dynamique d'entrée en activité (indispensable sur les phases de récupération : descentes en trail ou ski alpinisme).
  • La puissance développée : en quelque sorte la quantité d'énergie mobilisable par secondes.
  • La capacité : c'est à dire la quantité maximale de travail qui peut être effectué grâce à ce métabolisme.

 

Améliorer l'efficacité des mitochondries par le travail aérobie strict, sans charge lactique 

Plus l'activité des mitochondries (activités des enzymes) pour créer l'énergie du muscle sera importante et plus la filière du travail en aérobie sera vite mise en route. 
L'explication : une mitochondrie fortement et régulièrement mobilisée sur un travail en aérobie (d'endurance pour faire court) est capable de fournir le même débit d'ATP avec des concentrations plus basses en ADP, phosphate et oxygène. 

Analyse d'une séance à jeun avec comme objectif le développement des mitochondries

S

 

Pourquoi rester en aérobie ?

De récentes études montrent qu'en condition de stress oxydant, cette activité des enzymes est fortement réduite...

Sources :

  • Echtay KS. "Mitochondrial uncoupling proteins-What is their physiological role?"
Édition : Free Radic Biol Med, 2007.
 
  • Tretter L and Adam-Vizi V. Inhibition of Krebs cycle enzymes by hydrogen peroxide : A key role of [alpha]-ketoglutarate dehydrogenase in limiting NADH production under oxidative stress.
Édition : J Neurosci, 2000.
 
 

On sait désormais plus l'entraînement développera une concentration en lactate (donc éloigné de la zone aérobie et du seuil 1), plus le stress oxydant sera élevé (avec une forte production du radical hydroxyle).

Source :
  • Ali MA, Yasui F, Matsugo S, and Konishi T. "The lactate-dependent enhancement of hydroxyl radical generation by the Fenton reaction."
Édition : Free Radic, 2000.

 

Augmenter le nombre de mitochondries par l'entraînement travail aérobie : c'est possible !

Les mitochondries ne sont pas des organites "figés" génétiquement en nombre dans nos cellules : elle sont capables de se multiplier ou, au contraire de fusionner couramment (on appele cela le polymorphisme au sein d’une même cellule).

Le nombre de mitochondries par cellule varie selon le type cellulaire et l'activité des cellules, on va dire très schématiquement de 500  à 2000 par cellule , en se rappelant que les globules rouges n'ont pas de mitochondries !

Par exemple, dans les cellules musculaires, il y en a beaucoup car l'activité est importante. Par contre dans les ostéocytes par exemple, l'activité est très faible donc il y en a peu.

 

Une explication fournie par les pigeons voyageurs !

C'est dans les années 1950 que le lien a pu être montré entre l'activité physiquie et le nombre de mitochondrie avec comparaison entre des muscles de pigeons "voyageurs" et des braves volailles clouées dans le poulailler.

Source :
  • Paul MH and Sperling E. Cyclophorase system. XXIII. Correlation of cyclophorase activity and mitochondrial density in striated muscle.
Édition : Proc Soc Exp Biol Med, 1952.

Cela étant il a fallu attendre un peu plus tard pour que se confirme dans les années 80 qu'un travail en aérobie strict favorise par adaptation le développement du nombre de mitochondries au sein des cellules musculaires (phénomène de la "multiplication mitochondriale" ou encore "biogenèse mitochondriale"). 

  • Holloszy JO and Coyle EF. Adaptations of skeletal muscle to endurance exercise and their metabolic consequences.
Édition : J Appl Physiol, 1984.

L'explication de l'intérêt de la filière aérobie strict pour développer les mitochondries dans nos cellules s'explique aussi par l’utilisation des acides gras qui activerait le processus de l'augmentation de la multiplication des mitochondries.

  • Lin J, "Metabolic control through the PGC-1 family of transcription coactivators."
Édition : Cell Metab, 2005. 

Lin.J explique ce mécanisme liée à une bestiole qui s'appelle pour les intimes un coactivateur transcriptionnel (le PGC-1α. pour être plus précis).

 

source internet 

http://bio.uqam.ca/upload/files/etudiants_menu-principal/ressources/Mitochondrie.pdf

http://valerybocquet.free.fr/quatre_semaines.pdf  (composante lente de la VO2)

 

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Commentaires (3)

1. RLM 22/09/2014

Bonjour Alain,

Pourrais tu nous donner des indications sur la durée de la période nécessaire pour que l'organisme s'adapte à l'entrainement aérobie et notamment l'effet sur les mitochondries? Grosso modo est on sur une échelle de jours / semaines / mois voir année ?

2. PNM 11/12/2015

peut tu expliquer plus en détaille lenergie créée par les mitochondrie et si elle peuvent créée une sorte d énergie assez concequente pour avir une nouvelle source d énergie sur terre

3. MICHEL PRADINES 25/09/2016

Mon ordinateur veux pas me donner les noms des 4 bases et des 2 FE qui synthétise l'hémoglobine ( la fixation de l'oxygène dans les globules rouge ) dans les mitochondries pour les cellules

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