Principes de physiologie de l’exercice et d’adaptation

Éditeur original Wanda van Niekerk basé sur le cours de Professor Mike Lambert

Principaux contributeursWanda van Niekerk et Jess Bell

Le stress biologique de l’exercice ( éditer | source d’édition )

  • L’exercice et l’entraînement physique sont des facteurs de stress biologique. Le corps réagit de la même manière à l’exercice qu’à d’autres facteurs de stress.(1)
  • Le stress perturbe l’homéostasie, et ceci entraîne une réponse adaptative.(2)
  • Les réactions de l’organisme à une seule séance d’exercice sont régies par les principes de l’homéostasie. L’homéostasie est définie comme la capacité de l’organisme à maintenir un environnement interne stable pour les cellules en régulant étroitement diverses variables critiques telles que le pH, l’équilibre acide-base, la tension d’oxygène, la concentration de glucose dans le sang et la température corporelle.(3)
  • Plus précisément, lors d’un exercice physique, les contractions musculaires perturbent l’homéostasie et entraînent diverses réactions.
  • Le type d’adaptation est dépendant du stimulus de surcharge.
  • Il est important que les cliniciens utilisant l’exercice comme modalité comprennent ce processus biologique d’adaptation.(4)

Le stress(edit | edit source)

  • Le stresseur = tout ce qui cause du stress ou déclenche la réponse au stress.
  • Les phases du stress (5) :
    • Phase aiguë – ajustement homéostatique (réaction d’alarme)
    • Phase chronique – adaptation aux facteurs de stress (stade de résistance)
    • Phase d’épuisement – des inadaptations se produisent (état d’épuisement)

(6)

  • Exemples de facteurs de stress pour le corps humain :
    • Exercice
    • Privation de nourriture
    • Hypo- ou hyperthermie
    • Défis psychologiques
    • Défis sociaux

L’exercice comme facteur de stress ( éditer | modifier la source )

  • En phase aiguë :
    • Réponses aiguës à l’entraînement – c’est-à-dire la façon dont le corps réagit à une séance d’exercice
    • Changements physiologiques, métaboliques et neuromusculaires qui persistent pendant toute la durée de la séance d’exercice et qui sont proportionnels à l’augmentation du taux métabolique
    • Taux métabolique = « métabolisme par unité de temps, notamment estimé par la consommation de nourriture, l’énergie libérée sous forme de chaleur ou l’oxygène utilisé dans les processus métaboliques » (7)
      • La consommation d’oxygène est une mesure du taux métabolique (VO2 Max) (8)
      • Lorsque l’exercice s’arrête, la consommation d’oxygène diminue et revient aux mesures de base quelques heures après l’exercice (9)
      • Le taux métabolique quelques heures après un exercice modéré est le même que le taux métabolique avant l’effort
    • Les changements sont transitoires
  • En phase chronique :
    • Lorsque les séances d’exercice sont répétées régulièrement, des changements à plus long terme se produisent
    • Des adaptations induites par l’entraînement se produisent et sont associées à une amélioration des performances à l’effort
    • Par exemple, une personne entraînée (10) :
      • a une capacité accrue de résistance à la fatigue
      • Peut générer plus de puissance musculaire
      • a une coordination motrice plus fine pour effectuer des tâches spécifiques
    • La nature des adaptations à l’entraînement dépend du type d’exercice (entraînement en endurance ou en force) (11)
    • La récupération
      • La récupération est définie comme « l’ensemble des processus aboutissant à la capacité renouvelée d’un athlète à atteindre ou dépasser les niveaux de performance précédents » (12)
      • La période de récupération est définie comme « le temps nécessaire pour que les différents paramètres physiologiques qui ont été modifiés par l’exercice reviennent aux valeurs de repos » (12)
      • Une récupération devrait avoir lieu après chaque séance d’entraînement
      • Le taux métabolique devrait revenir au niveau où il était avant le début de l’exercice
      • Le temps de récupération diffère selon le marqueur de récupération
      • Les marqueurs de la récupération :
        • Fréquence cardiaque (en quelques minutes) (9)
        • Concentrations de lactate dans le sang (en quelques minutes) (9)
        • Fréquence respiratoire (en quelques minutes) (9)
        • Taux métabolique (VO2Max) (en quelques heures) (9)
      • Si un dommage musculaire est causé par l’exercice, les changements peuvent prendre des semaines ou des mois pour revenir aux valeurs d’avant l’exercice (9)
  • La phase d’épuisement :
    • Une récupération inadéquate entraîne une maladaptation (12)
    • Des symptômes de fatigue et d’altération de la fonction musculaire accompagnent cette mauvaise adaptation
    • Risque accru de blessures et de maladies (12)
    • Risque accru de troubles cognitifs et de l’humeur (12)
    • Cette phase est connue sous le nom de surentraînement (13)
      • La gestion du surentraînement chez les athlètes de compétition est nécessaire car il existe souvent un déséquilibre entre la volonté d’améliorer continuellement les performances grâce à l’entraînement et des périodes de récupération insuffisantes entre les séances d’entraînement.(14)

Principes de biologie ( éditer | source d’édition )

Principe de la dose et de la réponse ( edit | edit source )

  • Dose d’exercice = stimulus de la séance d’entraînement (4)
  • La dose d’exercice peut être quantifiée grâce à des dispositifs portables mesurant (15) :
    • Intensité
    • Distance
    • Forces d’impact
  • Réponse à l’effort = le résultat de l’athlète après une séance d’entraînement

Principe de surcharge ( éditer | éditer la source )

  • Le principe de surcharge stipule que le fait de surcharger habituellement un système l’amène à réagir et à s’adapter (16) (17)
  • Le principe de surcharge peut être quantifié en fonction de la mise en charge (intensité et durée), de la répétition, du repos et de la fréquence (18)
    • La mise en charge fait référence à l’intensité du facteur de stress de l’exercice. Par exemple, dans le domaine de l’entraînement en force, il peut faire référence à la quantité de résistance ou, dans le domaine de la natation, à la vitesse. Plus la mise en charge est importante, plus la fatigue et le temps de récupération nécessaires sont élevés.
    • La répétition fait référence au nombre de fois qu’une charge est appliquée.
    • Le repos fait référence à l’intervalle de temps entre les répétitions.
    • La fréquence correspond au nombre de séances d’entraînement par semaine.
  • Des moyens pratiques pour y parvenir :
    • Augmenter le poids
    • Augmenter la distance
    • Augmenter l’intensité
    • Diminuer la période de repos entre les séries et/ou les séances.

Le principe de surcharge constitue la base de tous les programmes d’entraînement et aide les athlètes à atteindre des performances de pointe.(4)

Autres principes ( éditer | source d’édition )

Les autres principes de la physiologie de l’exercice sont :

  • Le principe de spécificité
  • Le principe de réversibilité
  • Le principe d’individualité

Pour en savoir plus sur ces principes, cliquez ici : The Basic Principles in Exercise Physiology

(19)

Le signal biologique pendant l’exercice ( éditer | source d’édition )

  • Au repos, les systèmes physiologiques, métaboliques et endocriniens du corps sont en équilibre (homéostasie)
  • Une contraction musculaire entraîne une perturbation de l’homéostasie
  • Les réponses à la perturbation de l’homéostasie sont conçues pour répondre aux exigences d’un taux métabolique accru ou à la nécessité de produire de la puissance musculaire et de maintenir l’environnement interne du corps pendant l’exercice.
  • Voici des exemples de changements homéostatiques transitoires (9) :
    • Modification de la circulation sanguine dans les muscles actifs
    • Augmentation du rythme cardiaque
    • Augmentation de la consommation d’oxygène
    • Augmentation du taux de transpiration
    • Augmentation de la température corporelle
    • Sécrétion d’hormones de stress telles que l’ACTH (hormone adrénocorticotrope), le cortisol et les catécholamines
    • Augmentation du flux glycolytique
    • Recrutement altéré des muscles
  • L’ampleur de ces changements ou réponses dépend de l’interaction de facteurs tels que (9) :
    • Le type d’action musculaire
    • La durée de l’activité
    • Si l’individu a déjà été exposé à l’activité auparavant
  • Les conditions ambiantes ont également un impact sur la réponse homéostatique. Exemples de conditions ambiantes (20) :
    • Température
    • Altitude
    • Vitesse du vent
  • Les différences interindividuelles dans la réponse à un même stimulus d’exercice expliquent pourquoi certains individus s’adaptent plus rapidement que d’autres lorsqu’ils sont exposés au même stimulus d’entraînement. (21) Les raisons de ce phénomène incluent (22) (23) :
    • Le phénotype pré-entraînement
    • La fonction autonome pré-entraînement
  • Le moment et la composition de l’apport nutritionnel peuvent également moduler la réponse à l’entraînement (23)

Le signal associé à l’exercice ( éditer | source d’édition )

  • Le signal associé à l’exercice introduisant une adaptation par l’entraînement dépend des éléments suivants (23) :
    • Le type de contraction musculaire
    • La durée de la séance d’exercice
    • L’intensité de la séance d’exercice
    • La fréquence de la séance d’exercice
  • Le signal mécanique est converti en messages primaires et secondaires pour moduler l’adaptation
  • Ces messages activent les voies impliquées dans la synthèse ou la dégradation des protéines
  • Il en résulte des adaptations associées à des changements de performance
  • Le signal peut également être affecté par la période de récupération entre les séances d’exercice
    • Par exemple, l’expression de l’ARN messager de plusieurs enzymes oxydatives induite par l’entraînement est régulée à la hausse 24 heures après une séance d’exercice (24)
  • L’entraînement en endurance permet aux muscles de devenir plus résistants à la fatigue
  • L’entraînement en force permet aux muscles de devenir plus forts, plus puissants et parfois plus gros

Adaptations induites par l’exercice au niveau cellulaire( éditer | source d’édition )

Le stimulus primaire des adaptations induites par l’exercice est une combinaison de (9) (25) :

Comparaison des stimuli primaires pour les adaptations induites par l’exercice physique
Type d’exercice Mise en charge Stress métabolique Flux de calcium Résultat
En endurance Faible Élevé Modéré Augmentation de la masse mitochondriale et de l’activité enzymatique oxydative
En force Élevé Modéré Élevé Hypertrophie des fibres musculaires et modifications neuronales

Pour plus d’informations sur les changements dans les différents systèmes du corps, lisez ceci : What happens during exercise?

L’entraînement pour améliorer les performances ( éditer | source d’édition )

  • Le manque et l’excès d’entraînement entraînent des sous-performances.
    • Le manque d’entraînement – n’induit pas les adaptations d’entraînement appropriées nécessaires pour obtenir des performances de pointe.
    • Trop d’entraînement – induit une maladaptation avec une incapacité à s’adapter et entraîne des symptômes de fatigue et de mauvaises performances.
    • Continuum de la fatigue induite par l’entraînement

      Le continuum de la fatigue induite par l’entraînement

      • Le dépassement fonctionnel est surmonté avec quelques jours de repos (13)
      • Le dépassement non fonctionnel nécessite une période de repos plus longue, c’est une phase négative, les entraîneurs essaient d’éviter cette phase (13)
      • La phase de surentraînement arrive lorsque la charge d’entraînement persiste avec une récupération insuffisante (13)
        • Principal symptôme
          • Performances réduites
        • Autres symptômes :
          • Dysfonctionnement des systèmes neuromusculaire, endocrinien, métabolique et immunitaire
          • Incapacité à supporter la même charge d’entraînement que celle qui était possible avant l’apparition des symptômes
        • Moyens d’éviter le surentraînement (26)
          • Adopter une approche plus systématique de l’entraînement
          • Assurer un équilibre correct entre la charge d’entraînement et le repos, la récupération
          • Il est important de quantifier la charge d’entraînement et la fatigue résultant de chaque session d’entraînement pour manipuler et gérer la relation dose/réponse

Plus d’informations à ce sujet ici : Overtraining Syndrome

Les types d’entraînement spécifiques ( edit | edit source )

L’entraînement en endurance ( edit | edit source )

L’entraînement en endurance augmente la résistance à la fatigue, ou encore, des adaptations se produisent et il est possible d’effectuer plus de travail dans le même temps qu’avant l’entraînement ou à la même intensité submaximale. Ainsi, il faut plus de temps pour se fatiguer pendant ou après l’entraînement.

Adaptations suite à un entraînement en endurance ( éditer | source d’édition )

  • Les adaptations après un entraînement en endurance incluent (27) :
    • Augmentation du VO2 max
    • Augmentation du volume du plasma
    • Augmentation du débit cardiaque
    • Augmentation du volume d’éjection systolique
    • Diminution de la fréquence cardiaque
    • Prolifération des capillaires et des muscles actifs
    • Augmentation du rapport entre les capillaires et les fibres musculaires
    • Augmentation du contenu mitochondrial après 4 semaines – entraîne une augmentation de la capacité d’oxydation du muscle
    • Ces changements sont perdus lorsque l’entraînement régulier cesse
    • Évolution dans le temps des adaptations de l’entraînement en endurance :
      • Les modifications du VO2 max, du débit cardiaque et du volume d’éjection systolique commencent dans les 3 semaines, mais se poursuivent de manière linéaire pendant au moins 12 semaines (28)
      • Une amélioration du VO2 max peut être observée pendant au moins 12 mois. (29) mais si le stress/la charge d’entraînement sont insuffisants, l’augmentation du VO2 max atteindra un plateau après 3 semaines (30)
      • Baisse de la fréquence cardiaque au repos (FC) après 3 mois (29)
      • Baisse de la fréquence cardiaque (FC) à une intensité submaximale donnée dans les 3 mois (29)
  • À une charge de travail submaximale fixe, la perception de l’effort diminue à mesure que l’état d’entraînement s’améliore
    • Cela peut être lié à :
      • Une réduction de la perturbation de l’homéostasie qui se produit à une charge de travail sous-maximale fixe après l’entraînement par rapport à avant
      • L’athlète est plus efficace et utilise moins d’oxygène à une charge submaximale fixe
    • Ceci est démontré par :
      • Le ralentissement du rythme respiratoire
      • La diminution de la fréquence cardiaque
      • La diminution de la concentration de lactate dans le sang
      • Plus de graisses utilisées comme carburant pendant l’exercice submaximal
        • Démontré en laboratoire par la mesure du volume de dioxyde de carbone produit et du volume d’oxygène consommé – ce qu’on appelle le rapport d’échange respiratoire (RER)
          • Le RER est proche de 1 lorsque le glucose et le glycogène sont les principales sources de carburant et diminue à 0,7 lorsque les acides gras libres sont la principale source de carburant pendant l’exercice (31)
          • Chez une personne non entraînée, s’exerçant à une intensité submaximale, le RER est d’environ 1, ce qui indique que le glucose est principalement utilisé comme carburant
          • Le RER d’un athlète d’endurance est de 0,8 à 0,9, ce qui indique que les acides gras et le glucose sont oxydés pour servir de carburant
  • Le taux d’utilisation du glycogène diminue pendant un exercice submaximal après un entraînement d’endurance Par conséquent, les réserves de glycogène mettent plus de temps à s’épuiser La fatigue pendant un entraînement en endurance est associée à l’épuisement du glycogène Ainsi, si l’épuisement du glycogène peut être retardé, l’apparition de la fatigue sera retardée et se produira à un stade plus avancé(32)
  • Lire la suite : Adaptations to Endurance Training; Endurance Exercis

L’entraînement en force ou en résistance ( éditer | source d’édition )

Avantages pour la santé de l’entraînement en résistance ( edit | edit source )

Traiter et prendre en charge les affections caractérisées par une faiblesse musculaire telles que :

  • La sarcopénie (33)
  • Les troubles neuromusculosquelettiques (17)
  • L’atrophie musculaire (34)

Force et puissance ( éditer | source d’édition )

Le système musculosquelettique est fondamental dans la physiologie de l’exercice. La force d’un muscle est principalement déterminée par sa superficie de section transversale. La taille est donc clé.

  • Le travail mécanique effectué par un muscle est la quantité de force appliquée par le muscle multipliée par la distance sur laquelle la force est appliquée(35)
  • La force musculaire est la quantité maximale de tension ou de force qu’un muscle ou un groupe de muscles peut exercer volontairement lors d’un effort maximal lorsque le type de contraction musculaire, la vitesse du segment et l’angle de l’articulation sont spécifiés(36)
    • Force musculaire = capacité d’un muscle à produire une force
  • La puissance d’une contraction musculaire est différente de la force musculaire car la puissance est une mesure de la quantité totale de travail que le muscle effectue dans une unité de temps Elle est généralement mesurée en kilogrammes mètres (kg-m) par minute(35)
    • Puissance musculaire = capacité d’un muscle à effectuer un travail dans le temps Il s’agit donc d’une interaction entre la force de contraction et la vitesse de contraction
  • L’endurance musculaire est définie comme la capacité à effectuer des contractions répétées contre une résistance ou à maintenir une contraction pendant un certain temps
  • Les activités quotidiennes normales nécessitent une force minimale, tandis que certains sports dépendent d’une force musculaire élevée, comme l’haltérophilie Les sports comme la gymnastique requièrent davantage de puissance musculaire que de force musculaire
  • Lire la suite : Strength Training versus Power Training

Les types d’entraînement en résistance ( edit | edit source )

  • Poids libres
  • Poids sur machines
  • Bandes de résistance
  • Exercices de poids corporel

Adaptation au stimulus de surcharge dans l’entraînement en force ( éditer | source d’édition )

Les moyens de modifier les stimuli d’entraînement pour imposer une surcharge d’entraînement incluent :

  • Manipuler le nombre et l’intensité des répétitions
  • Manipulez le temps de récupération entre les répétitions, les séries et les séances
  • Manipuler la fréquence des sessions d’entraînement
  • Modifier le poids utilisé
  • Manipuler le nombre de séries par exercice
  • Le type d’exercice de résistance
  • L’ordre des exercices

Les résultats de l’entraînement en résistance dépendent du stimulus de surcharge et du type d’entraînement en résistance. L’interaction entre ces variables peut influencer (17) :

  • La force musculaire
  • L’endurance musculaire
  • L’hypertrophie musculaire
  • La puissance musculaire

Plusieurs facteurs influencent la capacité du muscle à générer de la force. Ceux-ci sont (17) :

  • Le type de fibre musculaire
  • La surface de section transversale du muscle
  • L’architecture musculaire
  • La pulsion neurale (37)
    • Au départ, l’augmentation de la force est le résultat de changements dans le système neuronal. Par exemple, une personne non entraînée remarquera une augmentation presque immédiate de sa force lorsqu’elle commencera un programme d’entraînement en résistance. Au départ, il n’y a pas de changement dans la taille des muscles.
  • Les signes d’augmentation de la taille des muscles ou d’hypertrophie apparaissent après environ 4 semaines d’entraînement régulier.
  • On observe un changement significatif de la taille après 8 à 12 semaines d’entraînement en résistance.

Hypertrophie (38)

  • La taille des muscles est déterminée principalement par la génétique et la sécrétion d’hormones anabolisantes. L’entraînement peut ajouter 30 à 60 % d’hypertrophie musculaire supplémentaire, provenant principalement de l’augmentation du diamètre des fibres musculaires, mais aussi, dans une faible mesure, de l’augmentation du nombre de fibres (hyperplasie).
  • Le muscle hypertrophié est caractérisé par (39) :
    • Un nombre accru de myofibrilles
    • Une augmentation du nombre d’enzymes mitochondriales
    • Une augmentation des quantités d’ATP et de phosphocréatine disponibles
    • Une augmentation des réserves de glycogène et de triglycérides
    • Améliorant ainsi les systèmes aérobique et anaérobique
  • La fabrication et l’incorporation supplémentaires de protéines contractiles telles que l’actine et la myosine dans les myofibrilles existantes augmentent la section transversale du muscle
  • L’augmentation de la section transversale est directement proportionnelle à la force que le muscle peut produire
  • Les facteurs qui influencent le rythme et la taille des augmentations musculaires après l’entraînement sont les suivants :
    • Âge
    • Sexe biologique
    • Génotype

La contraction volontaire maximale

  • La force volontaire dépend de l’activation maximale du muscle agoniste, mais aussi de l’activation minimale du muscle antagoniste, et du soutien des muscles synergiques et stabilisateurs
  • Un muscle non entraîné ne peut être pleinement activé. Cela peut être dû au fait que l’organe tendineux de Golgi est activé, ce qui inhibe le recrutement des muscles agonistes(40)
  • Après un entraînement musculaire, cette inhibition semble être outrepassée
  • Au cours des 3 à 4 semaines suivant l’entraînement en résistance, on observe une augmentation de la contraction volontaire maximale – une augmentation de l’activité EMG de surface du muscle agoniste est également observée au cours de cette période. Cela confirme la modification de la commande neuronale du muscle et indique que davantage de fibres musculaires peuvent être recrutées après l’entraînement par rapport à une contraction maximale avant l’entraînement(41)
  • Lorsque l’hypertrophie se produit, moins de fibres musculaires sont recrutées lors d’une contraction sous-maximale, ce qui se traduit par une activité EMG réduite
  • Une autre preuve de l’adaptation neuronale après un entraînement en résistance est visible dans l’effet croisé, où le renforcement d’un membre augmente la force du membre contralatéral non entraîné(4)

Lire la suite : Adaptations to High-Resistance Strength Training; Strength Training

L’entraînement simultané en force et en endurance ( éditer | source d’édition )

  • Les adaptations sont compromises si l’entraînement en endurance et en force a lieu en même temps(11)
  • Les gains de force sont réduits si un entraînement en endurance supplémentaire est effectué simultanément. Cela est dû à une suppression de la réponse hypertrophique dans le muscle qui peut être liée à un état catabolique élevé induit par l’entraînement en endurance(11)
  • Il existe des preuves montrant que certains aspects de la vascularisation et de l’activité enzymatique oxydative peuvent être accrus par un entraînement simultané. Divers processus de signalisation moléculaire induits dans le muscle squelettique par l’exercice en endurance peuvent inhiber les voies régulant la synthèse des protéines et stimuler la dégradation des protéines. En régulant les voies de cette manière, on peut réduire la capacité d’hypertrophie musculaire(42)
  • Lire la suite : An updated systematic review and meta-analysis on the compatibility of concurrent aerobic and strength training for skeletal muscle size and function.(43)

Conclusion(edit | edit source)

  • Les adaptations induites par l’exercice varient en fonction du stimulus primaire de l’entraînement
  • Les muscles peuvent être remodelés pour être plus résistants à la fatigue, plus forts et plus puissants, plus gros ou mieux coordonnés
  • Ces adaptations ont des répercussions sur les performances sportives, la réadaptation après une blessure et le traitement des maladies
  • Les adaptations à l’entraînement persistent si le stimulus d’entraînement est fourni de manière constante et systématique
  • Les adaptations d’entraînement reviennent lentement à l’état de pré-entraînement lorsque le stimulus d’entraînement est supprimé

Références(edit | edit source)

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