Introduction
Le lactate, souvent perçu comme un simple déchet métabolique, est en réalité une molécule clé dans la production d'énergie et la signalisation cellulaire. Cet article explore le rôle du lactate dans le cycle de Krebs, en tenant compte de sa formation, de son élimination et de son impact sur la performance physique.
Formation du Lactate
La formation du lactate est intimement liée à la glycolyse, la voie principale d'apport d'énergie à la cellule par la dégradation du glucose.
- Glycolyse : Une molécule de glucose subit une série de dix réactions successives, aboutissant à deux molécules d'acide pyruvique.
- Devenir de l'Acide Pyruvique : L'acide pyruvique peut suivre deux voies :
- Oxydation : Transformation en dioxyde de carbone et en eau via le cycle de Krebs (en conditions aérobies).
- Transformation en Lactate : Conversion en acide lactique sous l'action de la lactate déshydrogénase (LDH).
La réaction catalysée par la LDH est une réaction d'oxydo-réduction. L'acide lactique, dans l'environnement acide de l'organisme, se dissocie presque complètement en ions lactate et hydrogène (H+).
Le Devenir du Lactate
Après sa production, l'organisme doit gérer le lactate. Plusieurs mécanismes sont mis en œuvre :
- Néoglucogenèse : Transformation en glucose ou en glycogène, principalement dans le foie via le cycle de Cori (15 à 20% du lactate total).
- Oxydation en Pyruvate : Réaction inverse catalysée par l'isoenzyme LDH H, se produisant surtout dans les muscles et le myocarde.
- Excrétion : Élimination par le rein et, dans une moindre mesure, par la sueur.
Ces mécanismes démontrent que le lactate contribue à la fourniture d'énergie, soit par la formation de nouvelles molécules de glucose, soit par sa dégradation en présence d'oxygène.
Lire aussi: Interconnexions Métaboliques Clés
Dynamique du Lactate Sanguin
La concentration de lactate dans le sang (lactatémie) est le résultat de l'équilibre entre sa production et son élimination.
- État Stable : La lactatémie reste constante lorsque les taux d'apparition (production musculaire et transfert) et de disparition (métabolisation et excrétion) du lactate sont égaux.
- Variations : Toute modification de la lactatémie résulte d'une rupture de cet équilibre.
À l'exercice, les débits d'apparition (Ra) et de disparition (Rd) augmentent. L'augmentation de Rd est principalement due aux processus oxydatifs. Le lactate peut être utilisé comme substrat énergétique par les muscles, notamment ceux composés de fibres lentes et rapides de type a. L'entraînement en endurance favorise l'élimination métabolique du lactate sanguin sans nécessairement modifier sa production.
Cependant, l'efficacité des mécanismes d'élimination diminue progressivement avec l'augmentation de la puissance de l'exercice. L'élévation du lactate sanguin reflète cette différence croissante entre Ra et Rd. Une saturation des processus d'élimination du lactate sanguin explique l'augmentation rapide de la lactatémie.
Modélisation de la Cinétique du Lactate
Freund et son équipe ont développé un modèle pour quantifier les débits d'entrée et de sortie du lactate dans le sang. Ce modèle repose sur plusieurs hypothèses :
- La cinétique du lactate à la fin de l'exercice fournit des informations sur l'ensemble des processus métaboliques.
- Une analyse mathématique permet d'accéder à ces informations sans injection de lactate marqué.
- L'analyse de la lactatémie artérielle est représentative de ce qui se passe dans l'ensemble de l'organisme.
La technique consiste à suivre la lactatémie après l'exercice jusqu'au retour aux valeurs de repos. L'évolution de la lactatémie est biphasique, avec une première phase d'élévation ou de stagnation, suivie d'une phase de baisse. Cette évolution est formalisée par une formule mathématique biexponentielle, permettant de modéliser la lactatémie à l'aide de compartiments.
Lire aussi: Applications Cliniques du Lactate Sanguin
À l'exercice, la production de lactate augmente, surtout dans l'espace musculaire. À la fin de l'exercice, le niveau de lactate diminue dans les muscles et augmente dans le sang (première phase de la courbe). L'analyse mathématique permet de dégager une formule à deux exponentielles, où le temps de retour au niveau de repos dépend des taux de métabolisation et de diffusion. L'aptitude à métaboliser le lactate est le produit du volume accumulé par le coefficient de métabolisation. Les échanges de lactate sont proportionnels à la concentration sanguine : plus il y a de lactate dans le sang, plus il est diffusé.
Lactate Musculaire vs. Lactate Sanguin
La validité des mesures de la lactatémie sanguine comme reflet de ce qui se passe dans le muscle est un sujet de débat. Les comparaisons entre la concentration de lactate dans le muscle ([LA]m) et celle dans le sang ([LA]s) montrent que, pour des exercices d'intensité supérieure à 75-80% de VO2max, [LA]m est généralement supérieure à [LA]s. Inversement, pour des exercices d'intensité modérée, [LA]m peut être inférieure à [LA]s.
La condition physique influence également la répartition du lactate entre le milieu intra- et extracellulaire. Pour un même effort submaximal, [LA]m est moins élevé par rapport à [LA]s après l'entraînement qu'avant. Les cinétiques de [LA]m et de [LA]s ne sont pas superposables à l'arrêt de l'effort.
Les mécanismes régissant la sortie du lactate hors de la fibre musculaire ne sont pas entièrement connus. Selon certaines études, la diffusion du lactate sature à partir d'un certain niveau de concentration intracellulaire. Le pH extracellulaire semble jouer un rôle important dans ce mécanisme de saturation. L'acidose pourrait constituer un frein à l'apparition du lactate dans le sang.
Le Lactate : Plus qu'un Déchet
Contrairement à l'idée reçue, le lactate n'est pas un simple déchet du métabolisme glycolytique. Il est un intermédiaire métabolique important pour les échanges d'énergie et d'information entre les cellules. Le lactate est produit continuellement par le muscle dès que celui-ci utilise du glucose via la glycolyse.
Lire aussi: Lactate de potassium : analyse de sa masse molaire
La production de lactate est nécessaire au fonctionnement de la glycolyse et permet de retarder la survenue de l'acidose. La glycolyse, qui aboutit à la production de pyruvate, a besoin de NAD pour fonctionner. Si la régénération de NAD est insuffisante, la dégradation du glycogène et/ou du glucose ne peut se poursuivre que grâce au transfert du H2 du NADH2 sur l'acide pyruvique grâce à la LDH.
L'augmentation de la concentration sanguine en lactate avec l'intensité de l'exercice est due à une accélération de la glycolyse, à l'incapacité de l'organisme à absorber cet excès de lactate et au recrutement progressif des fibres les plus glycolytiques. La production de lactate consomme des ions H+, contredisant l'idée qu'il est la cause de l'acidose. L'oxydation d'une molécule de lactate permet la production de dix-huit molécules d'ATP, soit la moitié de la quantité produite par l'oxydation d'une molécule de glucose.
La Navette du Lactate
Le lactate peut être capté par des fibres musculaires oxydatives de type I pour y être oxydé. Les échanges du lactate impliquent un mécanisme de transport facilité du type symport lactate/proton appartenant à la famille des transporteurs des monocarboxylates (MCT). Les MCT1 et MCT4 sont les principales isoformes présentes au niveau du muscle squelettique. L'entraînement en endurance augmente l'expression de ces isoformes, surtout MCT1.
Bien que le lactate soit un substrat utile pour le muscle en activité, son accumulation pourrait perturber la contraction musculaire indépendamment de la baisse du pH.
Le Lactate comme Molécule de Signalisation
Le lactate est considéré comme une « lactormone », jouant un rôle de signalisation. Il est un acteur essentiel du métabolisme à l'échelle cellulaire, tissulaire et de l'organisme.
Lactate et Fermentation Lactique
Le lactate est un intermédiaire métabolique, produit lors de la glycolyse anaérobie. Il est oxydable au niveau mitochondrial en vue de redonner du pyruvate pour alimenter le cycle de Krebs. Il est aussi le carburant principal de la néoglucogénèse hépatique.
La fermentation lactique assure, en milieu anaérobie, un renouvellement des cofacteurs chimiques nécessaires à la production d'énergie. Au cours de la glycolyse, une molécule de glucose est coupée en deux pour donner deux molécules d'acide pyruvique, avec production de deux molécules d'ATP. Les atomes d'hydrogène de la molécule de glucose sont captés par des cofacteurs, le NAD+ et le FAD, qui passent sous la forme NADH+H+ et FADH2.
En présence d'oxygène, la chaîne respiratoire régénère les cofacteurs. En absence d'oxygène, l'acide pyruvique se transforme en acide lactique, permettant à la glycolyse de se dérouler. Cette réaction ne permet pas la production d'ATP, mais elle permet à la glycolyse de se dérouler en absence de dioxygène.
L'acide lactique est donc le produit final de la fermentation. Au total, cela ne permet la production que de deux molécules d'ATP par molécule de glucose, au lieu des 36 molécules d'ATP produites en présence de dioxygène.
Le Lactate en Clinique
Le dosage du lactate est un indicateur de la gravité d'une pathologie. Une élévation de la lactatémie peut indiquer soit une augmentation de la production, soit un défaut d'élimination par le foie. La lactatémie capillaire fournit une estimation fiable de la gravité du patient.
Mesure du Lactate
Les lactates sont dosés lors des tests en laboratoire et sur le terrain. Un prélèvement d'une goutte de sang capillaire suffit. La lactatémie maximale apparaît quelques minutes après l'arrêt de l'effort. La cinétique de la lactatémie est plus intéressante qu'un dosage instantané.
tags: #cycle #de #Krebs #lactate