Voici un tres bon article sur les crampes :

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Le rôle majeur de la respiration est de disposer de l'oxygène nécessaire et de pouvoir évacuer le dioxyde de carbone (CO2) excédentaire.

L’oxygène passe dans les poumons et va jusqu’au sang. Une fois dans le sang, l'oxygène est transportée selon deux moyens différents :

- Le sang étant essentiellement constitué d'eau (ou plus exactement de plasma), l'oxygène est capable de se dissoudre dans le liquide. Si l'oxygène dissout représente une quantité négligeable pour l'organisme, elle a cependant l'avantage d'être très facilement utilisable par les cellules.

- L'hémoglobine est une protéine capable de fixer quatre molécules d'oxygène. Elle est comprise à l'intérieur de petites particules appelées globules rouges. Elle sert de système de transport sanguin pour plus de 95% de l'oxygène. 
Ainsi, dès son entrée dans le sang, l'oxygène est pris en charge par l'hémoglobine.

La capacité de transport de l'oxygène dépend de sa concentration dans le sang mais aussi du débit cardiaque. Ce rôle est joué par le système cardio-vasculaire dans son ensemble : coeur et système circulatoire.

Une partie de l’oxygène pénètre dans les cellules.

A l'intérieur des cellules musculaires, l'oxygène est pris en charge par la myoglobine. Cette protéine va assurer le transport de l’oxygène de la membrane cellulaire à sa destination finale, la mitochondrie.

Nous avons vu comment la dégradation du glucose permet de synthétiser de l’ATP. Toutefois, les lipides et dans une moindre mesure les protéines jouent également un rôle important.

L’oxydation des lipides

Les lipides sont d’origine végétale (huile d’olive, tournesol, colza, etc.) ou issues des graisses animales (beurre, fromage, lait), de la viande ou des poissons « gras ».

La quasi-totalité des lipides que nous ingérons sont des triglycérides (3 acides gras attachés à une molécule de glycérol) et sont stockés au niveau du tissu adipeux (juste sous la peau pour nous permettre, entre autre, de nous protéger du froid).

La transformation des lipides

La première partie de la transformation d'un triglycéride est effectuée par une suite de réactions appelée « lipolyse ». Elle aboutit à la formation d'une molécule de glycérol et de trois molécules d'acides gras libres (AGL).
Les acides gras devenus libres sont diffusés dans le sang et transportés dans le corps, en particulier jusqu’au muscles.

A l'intérieur du muscle, les AGL pénètrent dans les centrales énergétiques des cellules : les mitochondries. Ils y sont détruits par une suite de réactions appelées bêta-oxydation en présence d'oxygène. Paradoxalement, il réclame de l'énergie. Pour utiliser l'énergie des acides gras, l'organisme doit donc fournir de l'énergie et utiliser de l'oxygène.

En conséquence, 
la synthèse d'énergie à partir des graisses est très lente et 
nécessite une consommation d'oxygène supérieure à celle requise pour les glucides. Ainsi, quand l’intensité de l’exercice augmente, la part des lipides dans l’apport d’énergie diminue.

En dépit de leur spécificité, les dégradations respectives des glucides et des lipides ne sont pas indépendantes. A un certain niveau de leur dégradation, le glycérol et les triglycérides rejoignent la glycolyse. La transformation complète des lipides utilise donc partiellement la voie des glucides. La conséquence directe est que l'utilisation des lipides nécessite la dégradation concomitante des glucides (les lipides brûlent au feu des glucides). Si par manque de glucides, la glycolyse se ralentissait, la lipolyse devrait suivre la cadence imposée.

La lenteur de la mise en place de la filière lipidique est la raison pour laquelle il est admis que 30 à 45 minutes de course à allure lente sont un minimum pour puiser dans les graisses.

La dégradation des graisses intervient dès les premières minutes et ne cesse de croître avec la durée de l'exercice. En théorie, la réserve adipeuse (les graisses) de l'organisme permet de courir presque indéfiniment à des allures modérées. A titre d’exemple, au cours d'un marathon réalisé en 3 ou 4 heures, la quantité de graisse utilisée par un homme de 70kg est de l'ordre de 300g alors que ses réserves sont supérieures à 10kg.

Notons enfin que la dégradation des lipides est très intéressante car ils sont beaucoup plus énergétiques que glucides. La dégradation d'une molécule de triglycéride libère 13 fois plus d'énergie que celle d'une molécule de glucose. Mais nécessite plus d’oxygène.

Avec l’entraînement, C'est l'aptitude complète de l'organisme à dégrader les lipides qui est accrue.

La transformation des protéines

Les protéines sont les briques de nos corps, les éléments sur lesquels repose notre organisme. Ces protéines sont, elles aussi, les édifices de briques appelées acides aminés.

Si les protéines sont réservées avant tout à la construction et la restauration de l'organisme, les acides aminés qui les composent peuvent participer modestement à la couverture énergétique de l'exercice.


Mais l’utilisation des acides aminés pour l'exercice n'est pas très rentable. Inutile de s’appesantir sur ces transformations. 

La filière anaérobie alactique

La première filière est appelée « filière anaérobie alactique » car elle ne nécessite pas d’oxygène et n’entraîne pas la production d’acide lactique.

Quand survient un effort soudain et intense (un sprint par exemple), les cellules musculaires n’ont pas le temps de produire de l’ATP. Elles doivent donc puiser dans leur stock disponible.

L’ATP stockée se dégrade, produit de l’énergie et laisse une molécule d’ADP avec deux phosphates comme nous l’avons vu plus haut.

Comme le corps est une fabuleuse machine, l’ADP peut s’associer à une autre molécule présente dans la cellule pour re-synthétiser de l’ATP. Cette molécule, c’est la phosphocréatine (ou créatine-phosphate). Ainsi, de l’ADP et de la phosphocréatine produisent de l’ATP et de la créatine.

Les stocks de phosphocréatine sont très limités et ne permettent de fournir de l’énergie que pour un effort de 15-20 secondes. Certains sportifs ont donc parfois la tentation d’augmenter artificiellement leur stock de phosphocréatine. En effet, après l’effort, les stocks de phosphocréatine sont en principe reconstitués par une réaction inverse, c’est à dire en utilisant la créatine formée lors de l’effort. Prendre de la créatine permet alors d’augmenter son stock de phosphocréatine et donc de pouvoir synthétiser beaucoup plus d’ATP. Mais cette pratique est interdite dans la plupart des disciplines.

Par conséquent, les cellules ont la nécessité de produire de l’ATP par le biais d’autres filières.

La filière anaérobie lactique

La filière anaérobie acide ou lactique est une suite de réactions assurant la transformation du glucose sans oxygène, au cours d’un processus appelé glycolyse.

Cette filière présente un avantage non négligeable : elle se met en action très rapidement et prend le relais de la filière anaérobie alactique.

A partir de glucose, d’ADP et de phosphate, la glycolyse produit de l’ATP bien sûr mais également du pyruvate, des protons H+ et de l’eau.

En présence d’oxygène, le pyruvate que produit cette réaction est transformé en Acétyl CoA qui entre dans les mitochondries (centrale énergétique de la cellule) et emprunte la filière aérobie par laquelle il est dégradé (voir plus bas). Les deux filières sont donc imbriquées.

Cependant, lors d’un effort intense, la filière aérobie ne peut pas gérer tout le pyruvate qui arrive en masse et qui finalement s’accumule dans la cellule.


Or, quand il s'accumule, le pyruvate capte des protons H+ présents dans la cellule. Ce faisant, il devient de l'acide lactique. Cet acide a tendance à se dissocier en lactate et proton H+. En d'autres termes, il redonne son proton. 
Voilà sa seule responsabilité. Il prend et redonne l'acidité.

Le lactate est évacué de la cellule vers le sang. Il est transporté pour ensuite être recyclé, notamment pour former du glucose après l’effort au niveau du foie (néoglucogenèse) ou pour servir de carburant dans les organes capables de l’oxyder (principalement le cœur et les muscles). En fait, seule une faible partie du lactate est éliminée par le rein et la sueur.

Hormis le pyruvate, nous avons que la glycolyse extrait également des protons H+ du glucose. Quand la demande énergétique est limitée, la totalité de ces protons est prise en charge par des transporteurs qui les conduisent au niveau de la chaîne respiratoire (voir plus bas).

En revanche, lorsque les besoins en énergie sont élevés, la glycolyse accélère son rythme ; les transporteurs tentent d'en faire autant mais sans parvenir à la même efficacité. Ils n'ont plus le temps de faire les allers et retours entre la glycolyse et la chaîne respiratoire. Les protons qu'ils devraient prendre en charge s'accumulent dans la cellule. Et qu'y font-ils ? Ils entraînent l'acidité du milieu. Les responsables de l'acidité de la cellule sont les protons H+ et non l’acide lactique comme couramment admis.

La filière anaérobie acide ne peut utiliser que le glucose pour fournir de l'énergie. Le rendement de la glycolyse anaérobie est donc très faible, puisque la dégradation d’une molécule de glucose ne fournit que 2 molécules d’ATP. Par comparaison, la filière aérobie fournit 38 ATP. 


La filière aérobie

Plus de 95% de l'énergie contenue dans les aliments est transformée par la filière aérobie. Cette filière permet la synthèse d’ATP grâce à la dégradation du glucose, des acides gras et dans une bien moindre mesure des protéines.

Cette production d’ATP se réalise dans les centrales énergétiques des cellules : les mitochondries. Trois processus sont impliqués : la glycolyse, le cycle de Krebs et la chaîne respiratoire.

- La glycolyse

La filière aérobie se place dans la continuité des transformations énergétiques ayant débuté en anaérobie dont fait partie la glycolyse (voir plus haut).

En présence d’oxygène, l’acide pyruvique est transformé en Acétyl CoA, seule molécule acceptée dans la mitochondrie.

- Le cycle de Krebs

Une fois formé, l’Acetyl CoA pénètre dans la mitochondrie et subit une suite de réactions au cours desquelles il va être dégradé en dioxyde de carbone (CO2) et en atomes d'hydrogène (H+) et permettre la production d’1 ATP. Cette opération se réalise au cours du cycle de Krebs

- La chaîne respiratoire

L'énergie des aliments est transformée en ATP mais elle est aussi récupérée sous une forme encore inutilisable : l'électron de l'atome d'hydrogène. 


Après avoir été enlevés au substrat par les réactions anaérobies et aérobies, l'hydrogène et son électron sont placés sur des transporteurs qui les emmènent au niveau de la chaîne respiratoire.

La chaîne respiratoire permet aux protons H+ de libérer leur énergie et de s’associer à l’oxygène pour former de l’eau. Cette énergie va permettre la synthèse d’ATP.

La partie aérobie de la dégradation du glucose permet de libérer 36 molécules d’ATP soit 38 au total pour une molécule de glucose. Rappelons que la filière anaérobie permet de synthétiser 2 ATP.

La production d’ATP s’accompagne de CO₂ et d’eau qui sont éliminés par la respiration et la sueur. Elle n’engendre pas d’acidité. 

Nous avons vu que l’énergie dont les cellules musculaires ont besoin se trouve essentiellement dans le glucose et les acides gras, issus de la dégradation des aliments.

Plus exactement, cette énergie est stockée dans une molécule appelée ATP (adénosine tri phosphate), constituée d'un composé complexe, l'adénosine, et de trois parties plus simples, les groupements « phosphate ».

Pour l’organisme, le 1^er enjeu est de produire assez d’ATP pour pouvoir générer de l’énergie.

Cette énergie est contenue dans les liaisons entre les phosphates. Sous l’effet d’enzymes ATPases, la dégradation de ces liaisons libèrent l’énergie dont notre organisme a besoin.


Le 2^ème enjeu est de briser les liaisons phosphates de l’ATP pour libérer l’énergie.

Ainsi, lorsqu'une liaison entre deux phosphates est rompue, l’ATP (3 phosphates) se transforme en ADP (2 phosphates) et libère un phosphate. Dans cette opération, de l’énergie est donc produite mais aussi de l’acidité sous forme d’un proton H+.

Le dernier enjeu est de gérer la production d’acide (le fameux proton H+ qui apparaît dans cette opération).

Le problème est que tout cela n’est pas si simple :

-       L’énergie contenue dans les substrats énergétiques (glucides, lipides, protéines) n’est pas utilisable directement par les muscles. Elle doit être préalablement transformée en molécules d’ATP,

-       Nos réserves musculaires d’ATP sont très faibles, équivalentes à seulement quelques secondes d’effort (l’ATP est une molécule très lourde et il faudrait un stock de 50kg d’ATP pour courir 10km !...).

Au repos et pendant l’effort, toutes les filières énergétiques ont donc pour but de produire de l’ATP à partir des substrats énergétiques et de gérer l’acidité produite.

Pour synthétiser de l’ATP et la fournir aux cellules musculaires lors d’un effort, l’organisme utilise 3 filières dites énergétiques :

-       Une filière qui ne nécessite pas d’oxygène et ne produit pas d’acide lactique,

-       Une filière qui ne nécessite pas d’oxygène mais produit de l’acide lactique,

-       Une filière qui a besoin d’oxygène et qui ne produit pas d’acide lactique.

Nous avons vu dans la partie 1 de quelle façon les lipides, les glucides et les protéines pénètrent notre organisme afin de devenir source d'énergie pour permettre le mouvement et l'effort. 

Retenons qu’en fait, les glucides et les lipides sont les deux sources énergétiques de l’organisme. Les protéines n’interviennent pas dans la transformation de l’énergie.

Comme l’organisme est malin, au repos, il stocke du glucose dans le foie et les muscles afin de pouvoir l’utiliser pour générer de l’énergie quand le besoin s’en fait sentir. Ce stockage se fait sous forme d’une molécule plus complexe que le glucose. Cette molécule, on l’appelle le glycogène qui n’est autre qu’une suite de glucose mis bout à bout.

D’autre part, l’organisme stocke également des graisses, peut-être un peu trop parfois !...

Avoir une réserve d’énergie est très intéressant mais il existe deux problèmes :

-       Cette réserve n’est pas très conséquente,

-       Lors d’un effort, les réserves des muscles inactifs sont inutilisables.

Pour un sportif, l’enjeu est donc de maximiser son stock de glycogène et tenter de le préserver le plus possible pendant l’effort. Pour cela, l’organisme doit être suffisamment entrainé pour piocher dans son stock de graisses, beaucoup plus important.

Mais voilà, plus la vitesse est élevée et plus l’effort est intense, plus la part du glucose dans la fourniture d’énergie est prépondérante. En effet, les voies de dégradation du glucose sont les seules à posséder un délai de mise en œuvre suffisamment court pour répondre à l’augmentation de la demande d’énergie. Celles des graisses nécessitent plus de temps. C’est la raison pour laquelle il est communément admis que pour perdre du poids, une personne doit courir lentement et au minimum 30/40 minutes, le temps pour l'organisme de mettre sa filière de dégradation des graisses en marche. Mais c'est également pourquoi un sportif, sous réserve de ses capacités musculaires et articulaires, est capable de courir très longtemps : son stock de graisses est très important.

Ainsi, comme a contrario notre stock de glycogène n’est pas très élevé, l’entraînement a pour but d’apprendre l’organisme à remplacer l’utilisation du glycogène par les graisses, que nous possédons en beaucoup plus grande quantité.