Bases physiologiques de l’entraînement vélo

BASES PHYSIOLOGIQUES DE L’ENTRAÎNEMENT

1. Pourquoi parle t’on d’entraînement scientifique ?

L’organisme doit s’adapter en permanence aux contraintes énergétiques, mécaniques et psychologiques imposées lors de situations d’entraînement ou de compétition. Bien que la performance motrice ne puisse être réduite à une production d’énergie, cette dernière joue cependant un rôle prépondérant en cyclisme.

Le cycliste en mouvement doit vaincre un ensemble de forces s’opposant à son déplacement : forces de frictions (résistance de l’air, contact entre les roues et le sol, transmission, et roulements…) et force de gravitation (poids ensemble  homme - machine). Il doit  donc produire en permanence de l’énergie mécanique provenant de la libération d’énergie chimique des aliments.

Cette production d’énergie appelée métabolisme énergétique est plus ou moins importante en fonction des besoins (intensité et durée de l’effort, conditions climatiques…).

Les connaissances dans le domaine bioénergétique occupent donc une place importante dans les conceptions actuelles de l’entraînement.

2. D’où vient l’énergie nécessaire à la contraction musculaire ?

Les aliments absorbés chaque jour contiennent des substances énergétiques : les hydrates de carbone ou sucres, les lipides ou graisses et les protéines. Après avoir été transformés au cour de la digestion, ils sont stockés sous une forme rapidement disponible dans les cellules musculaires ou myofibrilles (sucres et graisses), dans le foie (sucres) et dans le tissu sous-cutané (graisses).

La cellule musculaire à la capacité de transformer l’énergie chimique des aliments en énergie mécanique (contraction d’une multitude de myofibrilles provoquant le raccourcissement des muscles et la production de forces nécessaires au pédalage) et en énergie thermique (chaleur).

Environ 70 % de l’énergie produite par l’organisme sont transformés en chaleur, alors que 25 à 30 % assurent le fonctionnement des muscles.

Toutefois, une seule énergie chimique est utilisée par la cellule musculaire.

Il s’agit de l’adénosine triphosphate ou ATP (composé riche en énergie) qui permet la contraction musculaire.

Le problème est que la quantité d’ATP disponible est très faible et ne peut assurer un effort de grande intensité au delà de 1 à 2 secondes.

Il faut donc que l’ATP soit re-fabriqué en permanence par d’autres mécanismes.

L’ATP peut être comparé à une batterie qui doit être rechargé constamment.


3.  Comment est renouvelée l’ATP ?

Au sein de la cellule musculaire, trois systèmes ou voies métaboliques vont assurer le renouvellement de l’ATP et permettrent la poursuite de la contraction musculaire :  

                    -  2  voies anaérobies (sans oxygène)

                    -  1 voie aérobie (avec oxygène)

La voie anaérobie alactique

L’organisme ne possède qu’une petite réserve d’ATP. Lors d’une activité physique, la réserve diminue au début de l’activité et se stabilise ensuite car la molécule d’ATP est renouvelée au fur et à mesure de sa dégradation. Les processus anaérobiques regroupent des réactions permettant la synthèse d’ATP sans utilisation d’oxygène. L’acide lactique est formé suite aux différentes réactions de la glycolyse consistant en la dégradation du glucose en pyruvate et lactate.

La filière anaérobie alactique est l’ensemble des réactions assurant la synthèse de l’ATP en absence d’oxygène (anaérobie) et sans la production d’acide lactique (alactique) ou lactate. Les réactions interviennent au début de l’exercice.

Malgré les faibles quantités d’ATP que possède l’organisme, le processus d’anaérobie alactique utilise un autre composé : la créatine phosphate (CP) riche en phosphore.

Cette filière est privilégiée dans les efforts de courte durée, mais de très forte intensité. La réserve de CP s’épuise entre 7 et 20 secondes. Le facteur limitant est l’épuisement des réserves en phosphagène (ATP, CP).

Elle permet des efforts brefs et intenses de 3 à 20 secondes (démarrages, accélérations, sprints courts).


La voie anaérobie lactique

 La filière anaérobie lactique permet la synthèse d’ATP par dégradation de glucose, sans utilisation d’oxygène et avec production d’acide lactique.

Le glucose est stocké sous forme de glycogène dans les muscles suite à la dégradation de substrat énergétique et suite aux réactions de la glycogénogenèse.

La dégradation du glucose nécessite plusieurs étapes complexes, transformant l’acide pyruvique en acide lactique en absence d’oxygène.

Une trop forte accumulation d’acide lactique  s’accompagne d’une baisse de l’intensité, voir l’arrêt de l’exercice même si les réserves en glycogène sont importantes.

La durée des efforts est comprise entre 20 secondes et 1 min 30 environ. Ces deux premières voies de production d’ATP dans le muscle peuvent se dérouler en l’absence d’oxygène.

Elles permettent des efforts d’une intensité supérieure à la puissance maximale aérobie (puissance atteinte à VO2 max  ou consommation maximale d’oxygène).

Toutefois, il se crée une dette d’oxygène qui devra être remboursé à la fin de l’exercice musculaire.

La quantité d’oxygène consommé au delà de la valeur de repos permet la reconstitution des réserves énergétiques et l’élimination de l’acide lactique

La voie aérobie

L’homme ne peut rester trop longtemps privé d’oxygène. Lorsqu’un exercice se prolonge au delà de 3 minutes, les processus oxydatifs assurent l’essentiel de son approvisionnement énergétique. Ils s’accompagnent d’une baisse de l’intensité de l’exercice qui correspond aux valeurs limites des possibilités de transport et d’utilisation cellulaire de l’oxygène.

Ces deux paramètres conditionnent la consommation maximale d’oxygène ou de VO2 max. Pour produire de l’ATP, la filière aérobie utilise de l’oxygène.

Le métabolisme aérobie utilise particulièrement les réserves de glucides et de lipides que possède l’organisme.

La capacité aérobie est la capacité à soutenir un pourcentage de VO2 max pendant une durée déterminée. Son niveau supérieur est nommé « seuil anaérobie » (niveau maximal d’intensité de travail sans accumulation d’acide lactique).

La durée des efforts utilisant la voie aérobie de façon prépondérante commence aux alentours de 2 à 3 min (temps nécessaire à l’adaptation du système cardio-vasculaire).

Pour des efforts de très longue durée, la fourniture d’énergie provient presque exclusivement de la voie aérobie. Tant que l’oxygène est suffisant pour couvrir l’ensemble des dépenses énergétiques à partir de l’oxydation des glucides et des lipides, les voies anaérobies ne sont pas sollicitées.

Par contre, une augmentation soudaine de la dépense énergétique sollicitera la voie lactique ou alactique selon l’intensité et la durée de l’effort.


4.Quel est l’intérêt de la consommation maximale d’oxygène (VO2 max) ?

La consommation d’oxygène (VO2) est la différence entre la quantité d’oxygène inspirée et celle expiré par unité de temps (1 minute). Au cours d’un effort d’intensité croissante sur cyclo-ergomètre, on mesure le volume et la composition des échanges gazeux (mesure directe) pour suivre l’évolution de VO2.

La consommation d’oxygène augmente linéairement avec la puissance imposée, jusqu’à une valeur limite (appelée VO2 max) qui reste constante, même si la puissance est augmentée.

La valeur minimum de la puissance à laquelle VO2 max est atteint est appelée puissance maximale aérobie (PMA).

La consommation d’oxygène est exprimée en litres par minute (l/min) ou en millilitres par kilogramme de poids corporel et par minute (ml/kg/min).

Le VO2 permet d’exprimer la quantité d’énergie produite si on connaît la nature des substrats (glucides, lipides ou protides) métabolisées.

Pour un litre d’oxygène utilisé, la quantité d’énergie obtenue est de 5,05 kcal pour les glucides, 4,74 kcal pour les lipides et 4,46 pour les protides.

Grâce au quotient respiratoire (QR) qui est le rapport entre le volume de dioxyde de carbone (VCO2) expiré par minute et le VO2 consommé par minute, on peut déterminer la quantité d’énergie produite par litre d’O2.

On comprend donc pourquoi la détermination directe de VO2 max  a été considérée à une époque récente comme le meilleur rapport d’aptitude à l’effort aérobie (plus le VO2 d’un sujet était élevé, plus il était capable de produire une grande quantité d’énergie par voie aérobie).

Il semble qu’un entraînement même intensif ne puisse augmenter la VO2 max  de plus de 20 %.


5. Quel est l’intérêt du seuil aérobie ?

Le seuil aérobie peut être déterminé par la mesure de l’acide lactique (première augmentation mesurable qui se situe à une concentration sanguine voisine de 2 mmol/l) ou par une méthode ventilatoire (première augmentation non linéaire du débit ventilatoire).

La production d’énergie est strictement aérobie avec utilisation préférentielle des lipides.

L’entraînement à ce niveau peut être maintenu plusieurs heures.

D’autres part, après des efforts ayant entraîné l’accumulation da lactates dans l’organisme, une récupération active au niveau du seuil aérobie permet d’accélérer l’élimination de ces lactates.

L’intensité correspond à une fréquence cardiaque moyenne comprise entre 55 et 70 % de la fréquence cardiaque maximale (FC max).


6. Quels processus énergétiques ?

La dépense énergétique varie selon le type d’épreuve qu’endure le cycliste.

On produit de l’énergie durant 3 types d’efforts :

        - Exercice très court, dit anaérobie alactique

        - Exercice de moyenne durée, dit anaérobie lactique

        - Exercice de longue durée, dit aérobie

On sait que toutes les filières fonctionnent en même temps, on parle de dominante dans sa discipline.

Ces processus participent à la synthèse de l’ATP et se caractérisent par leurs délais d’intervention, leur intensité maximale ou puissance, et leur capacité.

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