Le lactate et le pyruvate, souvent perçus sous un angle réducteur, sont en réalité des acteurs clés du métabolisme énergétique. Loin d'être de simples déchets, ils jouent un rôle crucial dans la production d'énergie, la signalisation cellulaire et l'adaptation à l'exercice physique. Cet article vise à démystifier ces molécules, à explorer leur signification clinique et à clarifier leur importance physiologique.
Lactate : Plus qu'un Déchet, un Carburant et un Messager
Pendant de nombreuses années, le lactate a été considéré à tort comme un simple "déchet" du métabolisme glycolytique, responsable de l'acidose, des crampes et de la fatigue musculaire. Cette vision négative a longtemps occulté son rôle bien plus complexe et bénéfique dans l'organisme.
Production et Rôle du Lactate
Le lactate est produit continuellement par le muscle dès lors que celui-ci utilise du glucose via la glycolyse. Ainsi, la lactatémie va augmenter au cours d’un exercice, même si l’apport en oxygène est satisfaisant, permettant d’amener un substrat énergétique au muscle. De plus, Robergs et al. ont mis en évidence que la production de lactate par le muscle au cours de l’effort était non seulement nécessaire pour le fonctionnement de la glycolyse mais aussi que cette production permettait de retarder la survenue de l’acidose.
La glycolyse, qui aboutit à la production de pyruvate, a besoin de NAD (nicotine-adénine-dinucléotide) pour fonctionner. Si cette régénération de NAD à partir du NADH2 est insuffisamment réalisée par les mitochondries, soit parce que l’apport en oxygène est insuffisant, soit parce que le fonctionnement mitochondrial est trop lent par rapport à la demande d’énergie, 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 (lactate déshydrogénase).
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. L’accélération de la glycolyse va toujours aboutir à une production accrue de lactate puisque l’activité de la LDH est beaucoup plus rapide que celle des enzymes de la voie oxydative.
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Lactate : Un Carburant Énergétique
Contrairement à ce que l'on a longtemps pensé, le lactate n'est pas un "déchet" métabolique. D'un point de vue biochimique, 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. Un muscle en activité libère du lactate dans le sang et, si la contraction se poursuit, il finit par recapter ce lactate pour l'utiliser comme substrat énergétique.
Le lactate peut être capté par des fibres musculaires oxydatives de type I situées dans le même muscle pour y être oxydé. Grâce aux travaux du groupe de G. Brooks, de l’Université de Berkeley, les connaissances concernant les mécanismes d’échange du lactate entre les cellules, les tissus et les organes ont considérablement évolué. Ainsi, ce groupe a pu démontrer que les échanges du lactate impliquaient un mécanisme de transport facilité du type symport lactate/proton appartenant à la famille des transporteurs des monocarboxylates (MCT).
Lactate : Une Molécule de Signalisation
Depuis quelques années, un nouveau rôle de molécule de signalisation a été clairement démontré pour le lactate. Le lactate est ainsi actuellement considéré comme une « lactormone ». Comme l’a écrit L. Gladden, « Il n’est donc plus concevable de considérer le lactate comme le suspect d’un crime métabolique, mais au contraire il faut le considérer comme un acteur essentiel du métabolisme à l’échelle cellulaire, tissulaire et de l’organisme.
Lactate et Acidose : Une Relation Nuancée
Comme la concentration de lactate musculaire augmente et que de façon concomitante le pH s’abaisse, cette augmentation a longtemps été considérée comme étant la cause de la survenue de l’acidose musculaire. Or, la production de lactate, même si elle est concomitante de l’acidose, n’en est pas la cause puisqu’elle consomme des ions H+.
Impact de l'Entraînement sur le Métabolisme du Lactate
L’entraînement en endurance augmente l’expression de ces isoformes au niveau des muscles squelettiques, mais surtout l’isoforme MCT1. Ces variations d’expression de MCTs ont des répercussions sur la cinétique du lactate au niveau du corps entier et sur la vitesse d’élimination du lactate au décours d’un exercice exhaustif.
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Pyruvate : Carrefour Métabolique Essentiel
Le pyruvate est un métabolite intermédiaire, produit du métabolisme des carbohydrates, des graisses ou des protéines. Il est le produit final de la glycolyse.
Lactatémie : Interprétation des Prises de Sang
La lactatémie se définit comme la concentration sanguine en acide lactique. Le dosage de la lactatémie est aujourd’hui accessible à tous les praticiens. Il est aussi possible de le demander à certains laboratoires de biologie vétérinaire.
Forme Prédominante du Lactate dans le Sang
L’acide lactique est un acide faible. La base faible avec laquelle il forme un couple acido-basique est le lactate. Le pKa de ce couple acido-basique est de 3,86. Dans le sang dont le pH est compris entre 7,35 et 7,45, le lactate est la forme prédominante car le pH sanguin est supérieur au pKa. Le lactate existe sous 2 stéréo-isomères : la forme dextrogyre (D(-)lactate) et la forme lévogyre (L(+)lactate).
Hyperlactatémie : Signification Clinique
Un organisme sain produit des lactates de manière physiologique. Une mesure de la lactatémie ne peut être interprétée seule. L’attention du lecteur est portée sur le fait que l’utilisation de Ringer Lactate comme soluté de perfusion n’est pas incriminée. Enfin, certains auteurs ont décrit une hyperlactatémie iatrogène.
Lorsqu’une hyperlactatémie est mesurée, cela peut signifier qu’un état de choc est présent, même s’il n’est que débutant et compensé. Les apports en oxygène ne sont pas suffisants pour couvrir les besoins du patient. L’objectif du réanimateur est d’utiliser tous les moyens dont il dispose afin de les ramener chacune aux valeurs considérées comme normales pour le patient.
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Lactatémie et Pronostic
En médecine humaine, de nombreuses publications font état d’une corrélation entre une hyperlactatémie mesurée à l’admission du patient et la mortalité. Par exemple, Kamolz et al. L’aspect pronostique de la lactatémie à l’admission du patient a aussi été étudié chez l’animal de compagnie. Prenons pour exemple le syndrome de dilatation torsion d’estomac chez le chien. Cette affection est rencontrée régulièrement par tous les vétérinaires.
Suivi de la Lactatémie
Une équipe a considéré que le métabolisme des mammifères était trop complexe pour n’être appréhendé que par la mesure d’un métabolite. Ils ont posé pour hypothèse que la mortalité d’un animal au cours de son hospitalisation serait mieux corrélée à plusieurs variables mesurées à l’admission. C’est la notion de score. La lactatémie fait partie des variables mesurées dans les deux espèces. A chaque valeur de ces variables correspond un chiffre. La somme de ces chiffres constitue le score. L’hypothèse émise est qu’une diminution de la lactatémie au cours de l’hospitalisation serait significativement corrélée à la survie du patient.
Causes d'Hyperlactatémie
L’hyperlactatémie peut être associée à de nombreuses situations pathologiques. Si plusieurs types d’hyperlactatémie ont été décrits, elle peut être la conséquence d’un déficit en oxygène à l’échelle cellulaire.
Analyse des Lactates : Quelle Forme est Dosée ?
Les analyseurs disponibles à ce jour dosent tous les énantiomères des lactates. Le recours à un examen chromatographique et/ou par spectrométrie de masse est nécessaire. Les hyperlactatémies dues aux D(-)lactates sont rares. L’hypothèse développée par les auteurs est celle d’une augmentation de la population bactérienne intestinale secondaire à l’affection pancréatique.
LDH : Un Marqueur d'Atteinte Cellulaire
La lactate déshydrogénase, ou LDH, est une enzyme présente dans la quasi-totalité des cellules du corps humain. Une enzyme est une protéine qui accélère les réactions chimiques nécessaires à la vie. Le rôle de la LDH est central dans le métabolisme énergétique. Elle participe à la conversion du pyruvate en lactate.
Isoenzymes de la LDH
Tous les tissus produisent de la LDH, mais certains en contiennent des concentrations plus élevées. Il existe cinq formes différentes de cette enzyme, appelées isoenzymes (LDH-1 à LDH-5). Chaque isoenzyme prédomine dans des tissus spécifiques. Par exemple, la LDH-1 est principalement cardiaque, tandis que la LDH-5 est majoritairement hépatique et musculaire.
LDH : Indicateur d'Intégrité Cellulaire
Le dosage de la LDH est un indicateur de l’intégrité cellulaire. Lorsque des cellules sont endommagées ou détruites, elles libèrent leur contenu dans la circulation sanguine. La LDH fait partie de ce contenu. Par conséquent, une augmentation de son taux dans le sang est un signal non spécifique de lésion tissulaire quelque part dans l’organisme.
La LDH est un marqueur de santé générale car elle reflète l’état de nombreux tissus. Son élévation peut survenir dans un grand nombre de situations, allant de l’infarctus du myocarde à une hépatite. Dans certains cas, une élévation anormale et persistante peut être le premier signe d’une pathologie non encore diagnostiquée. En oncologie, les médecins reconnaissent la LDH comme un marqueur pronostique pour certaines tumeurs. Ils associent des taux élevés à une masse tumorale plus importante ou à un métabolisme tumoral accéléré.
Interprétation des Résultats de LDH
Sur un compte-rendu de laboratoire, la LDH se trouve dans la section de biochimie. L’unité de mesure est l’Unité Internationale par Litre (UI/L). Les valeurs normales varient selon les laboratoires, les techniques utilisées et l’âge du patient. Chez l’adulte, l’intervalle de référence se situe généralement entre 140 et 280 UI/L. Une valeur en dehors de cet intervalle est souvent signalée par une couleur ou un symbole. Il faut alors observer l’ampleur de l’écart.
Un infarctus du myocarde provoque la mort de cellules cardiaques. Celles-ci libèrent alors de la LDH (principalement LDH-1). Le taux augmente dans les 24 à 48 heures et reste élevé pendant plusieurs jours. Les atteintes du foie, comme les hépatites virales ou toxiques, entraînent une destruction des cellules hépatiques. Cela cause une libération importante de LDH (surtout LDH-5). Certaines anémies, dites hémolytiques, se caractérisent par une destruction accélérée des globules rouges. De nombreux cancers peuvent entraîner une élévation de la LDH. Cela reflète le renouvellement rapide des cellules malignes et leur métabolisme particulier.
Une consultation médicale est recommandée en cas d'élévation modérée. Pour les sportifs : Prévoyez une récupération adéquate après les efforts intenses. Un exercice physique intense dans les 48 heures précédant le test peut augmenter la LDH de façon normale. Une autre cause fréquente de « fausse » élévation est l’hémolyse in vitro. L’interprétation se base sur le contexte : symptômes, examen clinique et autres résultats biologiques. Si nécessaire, le médecin peut demander un dosage des isoenzymes de la LDH.
Plusieurs médicaments peuvent causer une toxicité hépatique ou musculaire et ainsi augmenter la LDH. C’est le cas de certaines statines, de certains anesthésiques ou anticonvulsivants. Dans certains cancers, la LDH est un marqueur pronostique et de suivi utile.
Myopathie Héréditaire avec Acidose Lactique par Déficit en ISCU
La myopathie héréditaire avec acidose lactique par déficit en ISCU est une maladie extrêmement rare qui touche environ 20 personnes dans le monde. La caractéristique principale de cette maladie est une intolérance à l'effort à début infantile, accompagnée d'une fatigue musculaire, de douleurs, d'une tachycardie et d'une dyspnée survenant dans les quelques minutes qui suivent une activité physique d'intensité légère. Un effort prolongé ou plus important peut être à l'origine d'un épisode de faiblesse musculaire profonde associé à une acidose lactique et à une rhabdomyolyse sévère.
Génétique de la Maladie
Cette maladie génétique est due à des variants bi-alléliques du gène ISCU (transmission autosomique récessive). Un cas de novo de variant hétérozygote de ISCU a été rapporté. Jusqu'à présent, aucun autre cas ne permet cependant d'étayer un mode de transmission autosomique dominant.
Physiopathologie
La protéine ISCU est une protéine d'échafaudage impliquée dans l'assemblage des centres fer-soufre. Les centres fer-soufre sont des composantes essentielles de diverses protéines, dont certaines impliquées dans la fonction mitochondriale. Le dysfonctionnement de la protéine ISCU empêche les mitochondries (en particulier dans les muscles) de produire de l'énergie de manière efficace, ce qui entraîne une intolérance à l'effort.
Diagnostic
La maladie doit être suspectée chez les patients présentant les manifestations cliniques susmentionnées. Des taux élevés de lactate dans le sang sont généralement initialement observés : lors des tests d'effort, les taux de lactate et de pyruvate peuvent continuer d'augmenter, limitant de manière significative la consommation maximale d'oxygène (VO2max).
La confirmation du diagnostic se fait désormais principalement par analyses moléculaires (génétiques) : séquençage ciblé du variant suédois, panel de gènes impliqués dans la myopathie ou analyse plus large, telle que le séquençage de l'exome complet. Des analyses biochimiques spécialisées peuvent renforcer le diagnostic, notamment si les analyses moléculaires identifient des variants dont la signification est incertaine. La plupart des patients présentent des taux plasmatiques élevés de FGF21 (facteur de croissance des fibroblastes).
Le diagnostic prénatal est possible si les variants responsables de la maladie ont déjà été identifiées chez un membre de la famille atteint de la maladie. Puisqu'il s'agit d'une maladie récessive, lorsque l'homme et la femme sont tous deux porteurs d'un variant pathogène de ISCU, le couple encourt 25 % de risque d'avoir un enfant atteint de la maladie à chaque grossesse.
Traitement
Actuellement, le traitement repose sur une prise en charge de soutien pendant les épisodes de rhabdomyolyse et sur un programme d'exercices physiques spécialisés visant à maintenir la fonction musculaire sans précipiter les symptômes. Un traitement par oligonucléotides antisens a été testé in vitro sur des lignées cellulaires myotubulaires de patients. Il semble corriger l'anomalie d'épissage c.418+382G>C, entraînant une amélioration des anomalies biochimiques.
Pronostic
La plupart des patients survivent une bonne partie de l'âge adulte, avec une qualité de vie préservée malgré leur tolérance limitée à l'effort.
Lactate et Sport : Démystification des Idées Reçues
Lactate : Pas Responsable des Courbatures
Une autre idée reçue est que l'acide lactique serait responsable des douleurs musculaires après l'exercice, en particulier les courbatures. Ces douleurs, connues sous le nom de DOMS (Delayed Onset Muscle Soreness), apparaissent généralement 24 à 48 heures après un effort intense ou inhabituel. Contrairement à ce que l’on pourrait penser, les courbatures ne sont pas causées par l'accumulation de lactate, H+ ou Pi mais plutôt par des micro-déchirures dans les fibres musculaires.
Lactate et Fatigue Musculaire
Pendant longtemps, l'accumulation d'acide lactique dans les muscles a été perçue comme la principale cause de fatigue musculaire. Pourtant, cette idée a été démystifiée par des études récentes qui montrent que l'acide lactique déjà n’est pas produit par le corps humain. En réalité, ce n'est pas l'acide lactique, mais les ions hydrogène (H+) libérés lors de la dégradation de l'ATP (la source d'énergie des muscles) qui provoquent l'acidification des muscles et entraînent la sensation de fatigue.
Lactate : Source d'Énergie Alternative
Le lactate, souvent mal compris, est en réalité un carburant important pour les muscles, notamment lors d'efforts prolongés. Plutôt que de contribuer directement à la fatigue musculaire, il agit comme une source d'énergie alternative, particulièrement pour les muscles, le cerveau et le cœur. Si il y a “trop” de lactate inutilisé dans le muscle, il est évacué dans le sang et transporté par le sang vers le foie, où il est reconverti en glucose (néoglucogénèse), un processus qui permet de continuer à alimenter les muscles pendant l'effort. Cette boucle métabolique, appelée cycle de Cori, est essentielle pour soutenir des performances d’endurance.
Lactate et Régulation du pH Musculaire
Une autre fonction importante du lactate est sa contribution à la régulation du pH musculaire. Lors d'un effort intense, l'augmentation des protons (H+) dans les cellules musculaires peut rendre le milieu trop acide, ce qui est en partie responsable de la sensation de brûlure et de la diminution de la capacité à poursuivre l'effort. Contrairement à la croyance populaire, ce n'est pas le lactate qui provoque cette acidité, mais plutôt l'accumulation de protons. Le lactate agit comme un tampon, aidant à neutraliser cette acidité et permettant aux muscles de fonctionner plus longtemps à des niveaux d'intensité élevés.
Dosage du Lactate et Performances Sportives
Le taux de lactate dans le sang au repos est généralement bas, autour de 1 à 2 mmol/L. Pendant un effort intense, il peut monter jusqu'à 20 mmol/L. Cependant, ce chiffre varie en fonction de l'intensité de l'exercice et de la capacité individuelle à recycler le lactate. Le taux de lactate se mesure principalement à l’aide d’un prélèvement sanguin effectué au bout du doigt ou du lobe de l'oreille. Il existe des dispositifs portables que les athlètes utilisent pour surveiller leurs niveaux en temps réel pendant les entraînements.
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