Rappel sur le métabolisme énergétique pendant un effort d'endurance et ses relations avec la performance.

La limite inférieure des épreuves d'endurance peut se situer à partir d'efforts continus réalisés pendant 1 heure. Cette durée représente le temps que des pratiquants débutants mettent à parcourir une course sur route de 10 à 12 km. Les efforts épuisants d'1 heure sont réalisés à un niveau de dépense énergétique correspondant à 70 et 80 % de la consommation maximale d'oxygène (VO2 max). Si la durée de l'effort augmente, cette fraction du VO2 max diminue, elle se situe entre 60% et 70%, sur un marathon couru entre 3 et 4 heures, elle sera inférieure à 50% lors d'une course de très longue durée type course de 100 km. Ce type d'épreuve représente la limite supérieure des épreuves habituellement disputées, on peut évoquer cependant les très rares courses de 24 heures qui représentent heureusement une exception.

Ces niveaux de dépense énergétique soulignent la caractéristique commune à tous les efforts d'endurance qui est un métabolisme énergétique essentiellement associé. Dans ce cas, il a été démontré que la dépense énergétique est constante par kg et par kilomètre parcouru, elle se situe autour de 1 kcal.kg-1.km-1 (1). Ceci représente approximativement 3000 kcal pour un marathon réalisé par un sujet de 70 kg. En dehors de la course à pied, les principes physiologiques des sports d'endurance concernent le cyclisme, le ski de fond ou de raid, le triathlon, la natation de longue durée, etc… Cependant; pour des sports avec un geste technique complexe, comme la natation ou le ski de fond, l'estimation précise du coût énergétique n'est pas réalisable en raison de grande variabilité individuelle du rendement. Le choix et l'intensité de l'utilisation des substrats énergétiques varient en fonction de la durée de l'épreuve. En début d'exercice physique, ce sont essentiellement les substrats glucidiques qui sont métabolisés, ils proviennent des réserves glycogéniques musculaire et hépatique. Pour un adulte de 70 kg, les réserves glycogéniques totales représentent approximativement 2000 kcal. Elles sont donc insuffisantes pour assurer la dépense énergétique d'un marathon. Heureusement des processus d'adaptation permettent de retarder l'épuisement des réserves glycogéniques et de poursuivre l'exercice musculaire au-delà de cet épuisement.

Bien que les hydrates de carbone soient les substrats de choix des muscles squelettiques lors du travail musculaire, les muscles sont capables de les remplacer presque totalement par l'oxydation des lipides. Cependant en cas d'utilisation exclusive des lipides la puissance maximale du métabolisme énergétique ne peut dépasser 50 % de la consommation maximale d'oxygène. L'effort peut être poursuivi mais avec une puissance limitée. La production de glucose hépatique en l'absence d'apport alimentaire est le seul moyen de maintenir l'homéostasie glucidique pendant l'exercice musculaire.

L'effort prolongé augmente la consommation de glucose sanguin par le muscle. Deux processus métaboliques coopèrent pour assurer le maintien de la glycémie. En début d'exercice physique la glycogénolyse hépatique est la voie prépondérante, elle est progressivement soutenue puis remplacée par la néoglucogénèse.

Les réserves en glycogène hépatique sont limitées, en moyenne elles sont épuisées au-delà de 3 heures d'exercice musculaire entre 60 % et 70 % du VO2 max. En pratique cela indique que la majorité des participants d'un marathon terminent leur épreuve sans glycogène hépatique (2).

La disparition de la glycogénolyse hépatique, malgré une néoglucogénèse importante, est responsable d'un déséquilibre entre la capacité hépatique de production de glucose et la consommation musculaire. Il en résulte une baisse progressive de la glycémie qui peut aboutir à des valeurs très basses de glycémie ainsi que cela fut observé par LEVINE dès 1924 à l'issue d'un marathon (3).

Des travaux récents ont permis d'établir de façon indiscutable que le principal facteur responsable de la fatigue lors des efforts prolongés est l'épuisement des réserves en hydrate de carbone (4). En dépit de leur aptitude à métaboliser les lipides, les cellules musculaires ont besoin d'un flux glycolytique pour développer une contraction puissante, par ailleurs le système nerveux central est très sensible à l'hypoglycémie induite par l'exercice. Dans cette situation, il limite la capacité d'effort en augmentant les sensations nociceptives résultant d'un exercice prolongé (5). Le rôle de l'épuisement des substrats glucidiques dans la limitation de la capacité de travail est parfaitement mis en évidence par l'apport de glucose exogène à la fin d'une épreuve épuisante qui restaure la capacité de travail.

Le second facteur par ordre d'importance est lié au désordre hydro-électrolytique résultant des exercices prolongés (6). Un marathon couru en climat tempéré induit une perte hydrique presque exclusivement sudorale qui se situe entre 3 et 4 litres d'eau. La dimunition de la volémie qui en résulte réduit considérablement la performance cardiovasculaire et les capacités de thermorégulation. La correction de ces pertes rétablit partiellement la capacité de travail. Cette perte sudorale entraîne une déperdition ionique qui se situe entre 100 et 150 mMoles de Sodium, 100 et 130 mMoles de Chlore, 10 et 20 mMoles de Potassium. Cependant, l'évolution des concentrations circulantes ne suit pas exactement l'évolution du stock total de l'organisme.

La sueur est hypotonique comparée au plasma, la perte d'eau est supérieure à celle du Sodium, il en résulte dans la majorité des cas une hypernatrémie. Les hyponatrémies résultent d'exercices prolongés responsables de complications redoutables lors d'effort exceptionnellement long (8 à 10 heures) en ambiance chaude chez des sujets se rehydratant avec de l'eau pure. Si l'hyperkaliémie est impliquée dans la fatigue musculaire d'effort court et intense, son rôle dans l'exercice prolongé est beaucoup plus discuté.

La concentration sudorale en Na est généralement inférieure à la concentration plasmatique en raison d'une réabsorption active du Na sous l'action de l'adostérone au niveau des glandes sudoripares. Quand le débit sudoral augmente sous l'effet de l'exercice physique, la perte hydrique de la sueur entraîne une élévation de l'osmolarité plasmatique qui réduit l'efficacité de la thermolyse. Pour des exercices de moyenne durée, jusqu'à 4 heures, l'apport per os de Na tend à augmenter l'osmolarité du plasma et être au total nuisible. Par contre, pour des exercices de très longue durée en ambiance chaude la perte sodée sudorale devient importante. Il peut en résulter une hyponatrémie. Les circonstances déclenchantes se retrouvent chez des sujets qui effectuent des efforts d'une durée supérieure à 8 heures en ambiance chaude et se réhydratant avec de l'eau pure. Dans ce cas, la supplémentation en Na est indispensable.

La concentration en Potassium dans la sueur est supérieure à la concentration plasmatique. Ce phénomène pourrait conduire à une hypokaliémie si lors du travail prolongé il n'y avait en même temps une apparition dans le sang de Potassium musculaire. Ces éléments font que l'évolution de la kaliémie est variable selon la nature de l'exercice, lors d'effort bref et intense il se produit généralement une hyperkaliémie, lors d'exercice très prolongé on observe une discrète hypokaliémie. L'apport de Potassium pendant l'exercice prolongé ne semble pas indispensable et ceci d'autant plus que certains travaux montrent une diminution de la capacité de travail sous l'effet d'un apport excessif de Potassium. Enfin, on peut citer comme facteurs favorisant la fatigue mais dont le rôle reste à préciser, l'acidose métabolique, l'hyperammonémie, et les modifications intracellulaires des mouvements du calcium (7).

En l'état actuel des connaissances, la dimunition de la capacité de travail musculaire observée lors de la réalisation d'épreuves sportives de longue durée est sensible à deux éléments, l'apport exogène de glucose et la réhydratation. Les buts d'un plan alimentaire seront d'augmenter les réserves glycogéniques avant de retarder l'épuisement et d'apporter des glucides pendant l'épreuve et de maintenir le capital hydrique.