Energétique (l'énergie pour l'activité physique) Flashcards
qu’est ce que le travail et l’énergie ?
Travail (Nm) : le produit d’une force (masse x accélération en Newton) donnée agissant sur une distance donnée (m).
Energie (J ou Kcal) : la capacité à réaliser un travail→1 Kcal = 4,18 J
quelles sont les 6 formes d’énergie primaires sur terre
-Energie Chimique
-Mécanique
-Chaleur
-Lumière
-Energie électrique
-Energie Nucléaire
L’humain peut seulement utiliser l’énergie chimique de nos aliment en une énergie mécanique ou sous forme de chaleur.
Qu’est ce que l’effet Q10
Lorsqu’on augmente la température d’une réaction chimique, la vitesse de celle-ci va augmenter
Alors pq Q10 ?
tous les 10 degrés la vitesse de réaction va être multiplié par 2
Ex :
10°C –> vitesse de réaction = 1
20°C –> vitesse de réaction = 2
30°C –> vitesse de réaction = 4
40°C –> vitesse de réaction = 8
etc etc …
But de l’échauffement
Augmenter ça température corporelle afin d’augmenter les vitesses de réactions au niveau du muscle.
–> Transformer plus d’énergie par unité de temps = Puissance
Mais attention nos réactions chimiques sont très souvent enzymatique et lorsqu’on atteint une forte chaleur ces protéines vont se déstructurer ce qui va entrainer une diminution de la vitesse des réactions chimiques
Lois de la thermodynamique ?
1) l’énergie ne peut être ni crée, ni détruite
Energie aliments = travail externe + chaleur ± stockage
2) L’entropie a toujours tendance à augmenter
-L’efficacité des échanges d’énergie est imparfaite
-Une partie de cette énergie contribue à l’augmentation de l’entropie, généralement sous forme de
chaleur
-Pour remettre de l’ordre dans le système, il faut amener de l’énergie dans le système
qu’est ce que l’entropie ?
L’entropie caractérise l’aptitude de l’énergie contenue dans un système à fournir du travail, ou plutôt son incapacité à le faire : plus cette grandeur est élevée, plus l’énergie est dispersée, homogénéisée et donc moins utilisable (pour produire des effets mécaniques organisés)
Réactions exergoniques et endergoniques
Exergoniques on part d’une grande énergie potentielles qu’on va dissipé
delta E = B - A négatif
on peut observer ce phénomène dans des réactions cataboliques
Endergoniques on part d’une petite énergie potentielles puis on va en gagner
delta E = B - A positif
on peut observer ce phénomène dans des réactions anabolique
qu’est ce que l’énergie libre de Gibbs ?
L’énergie utilisable (pas confondre avec l’énergie utilisée !). Dans (Delta)H (enthalpie), il y a T(delta)S (entropie) et (delta)G qui est l’énergie libre de Gibbs.
La constante d’équilibre : Kéq
Kéq = (produit) / (réactif)
ou Kéq = (B) / (A)
on parle de concentration ici
ΔG° = -RTlnKeq
Kéq < 1 réaction exergonique
Kéq > 1 réaction endergonique
Rapport d’action de masse (RAM)
- Rapport d’action de masse (RAM) : c’est la même chose que la constante d’équilibre mais mesurée dans des conditions physiologiques.
RAM = (produit) / (réactif) ; mais in vivo
ΔG = ΔG° + RTlnRAM
A l’exercice, l’ATP reste constant tandis que l’ADP et le Pi vont augmenter. Le RAM va augmenter et comme on en prend le logarithme, le ΔG sera moins négatif. On va libérer moins d’énergie par mole d’ATP consommée. Physiologiquement, ça correspond à la fatigue.
Qu’est ce que la bombe Calorimétrie
bombe calorimétrique : on va venir bruler des aliments, on va venir remplir la cellule avec de l’oxygène pur puis on va venir brulé avec un arc électrique
L’énergie chimique est transformé en chaleur.
On va venir mesurer cette chaleur pour déterminer la valeur énergétique des aliments
qu’est ce que le quotient respiratoire ?
C’est le rapport entre le volume de CO2 produit et le volume d’O2 consommé ?
QR = VCO2 / VO2
QR glucides
Tous les glucides ont un quotient respiratoire = à 1
1g de glucide = 4kcal
4 kcal x 4,18 = 17kJ/g
kJ/l O2 = 21,1kJ/l O2 (5kcal/l 02)
autrement dit par litre d’O2 consommé les hydrates de carbones apportent 21,1 kJ
il sera important de savoir la quantité d’énergie que peut amener un substrat pour utiliser celui qui apporte la plus grande quantité d’énergie par litre d’oxygène consommé.
QR lipides
LE QR des lipides est de l’ordre de 0,7
1g de graisse = 9kcal
9 kcal x 4,18 = 38,9 kJ/g : 1 gramme de graisse contient plus d’énergie qu’un gramme de glucide
kJ/l O2 = 20kJ/l O2 (<5kcal/l 02)
quelles substance allons nous privilégier lors de l’activité physique ?
Si l’activité physique est intense, notre métabolisme a tendance à utiliser les hydrates de carbone préférentiellement car la valeur énergétique par L O2 est plus importante et que le facteur limitant est la limitation de la consommation d’oxygène.
Comme on est limité au niveau de l’oxygène, on a intérêt à utiliser le substrat qui apportera le plus d’énergie par litre d’oxygène consommé.
QR Protéine
Le QR des protéines est = 0,81
kJ/g = 23,8 = >5kcal
kJ/l O2 = 18,6kJ/l O2 (<5kcal)
c’est le substrat qui nous apporte le moins d’énergie par litre d’oxygène consommé.
C’est donc le substrat qu’on va le moins utilisés lors de l’activités physique.
L’énergie dépensée dépend de ?
1) Du métabolisme basale
-énergie nécessaire pour vivre (sans bouger)
2) Travail mécanique externe et ses conséquences
3) Thermorégulation
4) Effet thermique de l’alimentation
Calorimétrie direct ?
On mesure directement la chaleur produite pour quantifier le flux énergétique.
Difficile à mettre en place.
Lavoisier avait construit une cellule protégée thermiquement. Il mettait de la glace autour et mesurait la quantité de glace qui fondait pour se faire une idée de la quantité de chaleur produite et donc du métabolisme de l’animal.
Calorimétrie indirect
On mesure directement la quantité de substrat et l’oxygène consommé (valeur énergétique par quantité de LO2 consommé (QR : glucide 1 ; lipide 0,7 ; protéine 0,81) pour quantifier le flux énergétique.
On va utiliser plus souvent ce système chez l’humain.
comment calcule t’on le volume d’O2 consommé et le volume du CO2 produit ?
VO2 = VOLin x FiO2 - VOLout x FeO2
comme FiCO2 tend vers 0
VCO2 = VOLout x FeCO2
Qu’est ce que le RER et est-il un bon reflet du QR ?
QR = (au niveau de la cellule musculaire)
RER = rapport des échanges respiratoires (au niveau des voies respiratoire)
Rappel QR = VCO2/VO2
Le RER est un excellent reflet du QR au repos et à faibles intensité mais il a tendance à dépasser le QR à haute intensité.
LE RER est un mauvais reflet du QR à haute intensité : quelle est la raison ?
Le CO2 rejeté va être plus important à l’exercice et sera rejeté en excès à l’exercice intense. Cela est directement lié à l’hyperventilation.
et donc VCO2 > VO2
RER > à 1
Petite explication :
Grâce à l’hyperventilation, la PaCO2 va diminuer pour alcaliniser le sang et augmenter le pH du sang. En effet, lors de l’exercice physique, une acidose est induite et le pH du sang (7,4) a tendance à diminuer. Le fait de rejeter du CO2 par l’hyperventilation limite la diminution du pH. C’est le meilleur système tampon.
On notera également que, contrairement aux croyances, on n’hyperventile pas à l’exercice pour avoir plus d’oxygène mais bien pour diminuer la PaCO2.
RER protéique et non protéique
voir fiche
La valeur énergétique du litre d’O2 est il plus élevées pour un QR à 0,8 ou 0,9 ?
0,9 car on consomme en grande partie des hydrates de carbones qui vont faire augmenter la valeur énergétique du litre d’oxygène.
Résumé de la calorimétrie indirecte, du QR et du RER et de la valeur énergétique de l’oxygène
En pratique, une manière simple est de mesurer la consommation en oxygène et le rejet en CO2 (calorimétrie indirecte). Le rapport entre le CO2 et l’oxygène donne le RER, qui nous donne une idée du QR (un peu surestimé si l’intensité de l’exercice est élevée). Le QR va nous donner une idée des substrats utilisés, permettant d’avoir la valeur énergétique du litre d’oxygène. Cette valeur énergétique du litre d’oxygène ne doit plus qu’être multipliée avec la consommation en oxygène et on connait la dépense énergétique.
pour quelle types d’effort la calorimétrie indirect est-elle fiable et pour quelle effort présente-elle des limites ?
- Le RER est un reflet très imparfait du QR
- Lors d’exercices de hautes intensités, on va mobiliser également de l’ATP qui va venir d’un autre endroit que la respiration cellulaire lors de la glycolyse. Cet ATP n’a pas nécessité la consommation d’oxygène. Les sources anaérobies d’ATP ne sont donc pas du tout prises en compte, alors qu’elles sont relativement importantes dans les exercices de haute intensité→la calorimétrie indirecte est bien pour des exercices de longues durées et de faible intensité
différence athlètes lent et rapide sur le marathon et les substrat utilisés ?
un athlètes rapide va avoir un RER plus élevé qu’un athlètes lent il va donc consommé plus d’oxygène et utilisés plus d’hydrates de carbones lui permettant d’amener plus d’énergie et de faire une meilleur performance
Comment évolue l’intensité du métabolisme de base suivant l’âge et le poids ?
il est élevé dès le plus jeune âge et il tant à diminuer avec l’âge, il présente un rebond à la croissance et apparait plus tôt chez les sujets féminin.
Plus le poids est important exemple éléphant va avoir un métabolisme de base plus important que nous l’homme.
La dépense énergétique quotidienne dépend de quoi ?
60/75 % - Métabolisme de repos (Met de base + Met qui maintient quelqu’un en position assise)
20% - D’activité physique
10% - effet thermique lié à l’alimentation
cette dépense est proportionnelle à la maisse maigre, les personnes âgées qui subissent une fonte musculaire on une dépense énergétique quotidienne + faible.
DEQR = 1547 + 90,3*masse maigre en (kg). on peut faire ce calcule chez l’adulte
Relation entre la fréquence cardiaque et la dépense énergétique
relation linéaire, au plus la fréquence cardiaque est importante au plus la dépense énergétique est importante.
Mais un individu entrainé pour une même une dépense énergétique aura une fréquence cardiaque plus faible qu’un sédentaire
dépense énergétique brute
données :
Nage 40 min
VO2 = 2L/min
QR = 1
1l O2= 21kJ
40 x 2 = 80 litres d’oxygène consommée
80 x 21 = 1680 kJ
1680 / 4,18 = 400kcal
Dépense énergétique nette
données :
Nage 40 min
VO2 = 2L/min
QR = 1
1l O2= 21kJ
Masse corporelle = 78kg
%masse grasse = 15%
DEN = DEB - DER
DEB = 1680
DEQR = 1547 + 90,3 x (78x0,85) = 7732kJ / J
7732 / 1440 = 5,36 kJ
5,36 x 40 = 214
DEN = 1680 - 214 = 1466kJ
Rendement mécanique brute
Données :
Cycloergomètre : 150 watt
1 watt = 1J/s
VO2 = 2l/min
QR = 0,9 20,58kJ/lO2
Rendement mécanique brute = Energie mécanique externe / Energie métabolique brute
Energie métabolique brute = 20,58kJ x 2
= 41,16kJ/lO2
= 41 160 J / min
Energie mécanique externe = 150 x 60 = 9000J
Rendement mécanique brute = 9000/41160 = 21,9 %
Autrement dit 21,9 % de l’énergie chimique est dissipé dans le pédalier, le reste sous forme de chaleur
Comment évolue la dépense énergétique en fonction de la vitesse de marche et du poids d’un individu ?
- La dépense énergétique et la vitesse de la marche ne suit pas une courbe linéaire, arrivé à une certaine vitesse la dépense énergétique va devenir très importante
- La relation est linéaire entre la dépense énergétique et le poids, au plus l’individu sera lourd au plus la dépense énergétique sera important.
ex : individu 90kg et individu 60kg n’auront pas la même dépense énergétique à 5km de marche
Pourquoi les éthiopiens courent plus vite le marathon ?
VO2 max identique mais différence anthropométrique :
- IMC plus faible
-Tailles des segments distaux plus long
-Epaisseur des segments distaux plus faible
comment évolue la dépense énergétique en fonction de la descente ?
dans les pourcentage les plus faibles de décente on va dépenser moins d’énergie. Cependant, à 12-15° de pente, la dépense énergétique va redevenir plus élevée car les contractions excentriques pour freiner son corps coutent cher en énergie.
