L'accumulation de lactate dans les muscles est un sujet souvent mal compris dans le domaine du sport et de la physiologie de l'exercice. Contrairement à la croyance populaire, le lactate n'est pas un déchet métabolique responsable de la fatigue musculaire ou des courbatures. Cet article vise à clarifier la définition de la "surcharge" musculaire en lactate, son rôle dans le métabolisme énergétique, ses effets sur les performances sportives et les stratégies pour optimiser son utilisation.
Qu'est-ce que le Lactate ? Définition et Formation
L'acide lactique, de formule chimique C₃H₆O₃, est un acide organique composé de carbone, d'hydrogène et d'oxygène. Le lactate, quant à lui, est l'ion formé lorsque l'acide lactique perd un ion hydrogène (H+), devenant ainsi La-. En contexte sportif, le terme "acide lactique" est souvent utilisé à tort pour désigner le lactate et les ions H+ qui l'accompagnent.
Processus de formation du lactate pendant l'effort physique
Lors d'un exercice physique intense, les muscles ont besoin d'une grande quantité d'énergie rapidement. Le corps utilise principalement l'oxygène pour produire de l'énergie (ATP) via le métabolisme aérobie. Toutefois, lorsque l'intensité de l'effort dépasse la capacité du corps à fournir suffisamment d'oxygène aux muscles, le corps bascule vers un métabolisme anaérobie. Ce processus entraîne la production de lactate dans les cellules musculaires.
Conditions de production du lactate
Le lactate est principalement produit lors d'exercices intenses, lorsque le corps ne peut plus fournir suffisamment d'oxygène aux muscles pour répondre à la demande énergétique. En temps normal, l'organisme utilise le métabolisme aérobie, un processus qui décompose le glucose en présence d'oxygène pour produire de l'énergie. Cependant, pendant des efforts très intenses, comme un sprint, de l'entraînement en fractionné à haute intensité ou des répétitions de musculation, les muscles nécessitent une production rapide d'ATP (l'énergie cellulaire). À ce stade, le métabolisme anaérobie entre en jeu, décomposant le glucose sans oxygène, ce qui génère du lactate comme sous-produit.
Les Fonctions du Lactate Pendant l'Effort
Contrairement à ce que beaucoup pensent, le lactate n'est pas responsable de la fatigue musculaire. Au contraire, sa production permet de soutenir temporairement l'effort physique en fournissant une énergie rapide.
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Source d'énergie alternative
Le lactate 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. S'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.
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.
Effets du Lactate sur les Muscles et Performances Sportives
La fatigue neuromusculaire induite par l'exercice se caractérise par une diminution temporaire de la capacité d’un muscle à générer de la force ou de la puissance. Cela résulte de changements biochimiques intramusculaires (fatigue périphérique) et d’une diminution de l’activation musculaire par le système nerveux central (fatigue centrale).
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, H+ et Performances Sportives
Le lactate est le résultat de la glycolyse rapide lors d’efforts intenses. S’il n’est pas directement responsable de la fatigue musculaire, l’accumulation de protons (H+) qui l’accompagne peut entraîner une acidose métabolique. Ce déséquilibre ionique impacte les performances sportives en limitant la capacité des muscles à se contracter efficacement. Toutefois, le corps possède des systèmes pour tamponner cette acidité.
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Lactate et Douleurs Musculaires
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.
Micro-déchirures musculaires et inflammation
Les efforts intenses ou les exercices impliquant des mouvements excentriques (étirement du muscle sous tension) créent de petites déchirures dans les fibres musculaires. En réponse à ces micro-déchirures, le corps déclenche une inflammation locale, qui contribue à la sensation de douleur et à la raideur.
Récupération et Lactate
Des études ont comparé les méthodes de repos actif et passif sans montrer de différences significatives. Cependant, la récupération active est souvent recommandée pour diminuer le taux de lactate sanguin. Aussi consommer des glucides immédiatement après un effort permet de restaurer les réserves de glycogène musculaire. Les premières heures après un exercice sont particulièrement importantes pour optimiser la récupération. De plus, des stratégies d'hydratation adéquates avant, pendant et après l'exercice sont essentielles pour maintenir la performance (Orunbayev, 2023).
Lactatémie : Équilibre entre Production et Utilisation du Lactate
La lactatémie est l’équilibre entre la production de lactate et la clairance, ou utilisation, du lactate (Brooks, G A. , 1985). La lecture sur un analyseur de lactate nous indique la différence entre la rapidité avec laquelle le lactate est produit et consommé. Le seuil de lactate 1 marque l’intensité ou la production de lactate augmente de manière disproportionnée par rapport à l’augmentation de l’utilisation lactate. Le seuil de lactate 2 marque l’intensité où la production de lactate augmente brutalement. Au-delà de cette intensité, il n’est plus possible de maintenir un état stable.
Pour que les tests de lactate soient valides, les paliers doivent être long afin que le lactate ai le temps de passer du muscle à la circulation sanguine. Si cette condition est respectée, le lactate est un indicateur fiable de l’intensité de l’exercice. Il sera utile, notamment, pour déterminer des zones d’entrainements et suivre la progression de l’athlète.
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Dosage normal de Lactate
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.
Optimisation de l'Entraînement et Utilisation du Lactate
Comprendre le métabolisme du lactate est essentiel pour optimiser l'entraînement sportif. Le corps humain possède trois filières énergétiques : anaérobie alactique, anaérobie lactique et aérobie. Bien que ces filières soient souvent étudiées séparément, il est fondamental de noter qu’elles ne fonctionnent jamais en silo ou isolément. Elles interagissent toujours ensemble, chacune soutenant les autres, ou prenant le relais de l’autre en fonction de l’intensité et de la durée de l’effort à réaliser pour assurer la production d’énergie en continue (processus de resynthèse de l’ATP). Mais surtout, ce qu’il est nécessaire de bien comprendre, c’est que dès le début d’un effort, les 3 filières énergétiques sont utilisées et mise à contribution.
Pour optimiser ces systèmes, il est crucial de comprendre qu’il est possible d’entraîner le corps humain pour développer la capacité et la puissance de chacune de ces filières énergétiques à fournir l’énergie nécessaire pour être performant sur le terrain (développement du VO2max, de la VMA, de la force, de l’explosivité, de la vitesse… autant de facteurs et de possibilités qui peuvent permettre d’optimiser la capacité et la puissance de ces filières énergétiques pour produire l’énergie nécessaire).
Seuil Lactique et Seuil Ventilatoire
Lors d’un exercice incrémental, les besoins du muscle en O2 augmentent. L’augmentation de la fourniture en oxygène débute par une augmentation de la ventilation, et donc du débit ventilatoire. Pour autant, la ventilation n’est pas régulée directement par les besoins en O2, mais plutôt par la production de CO2 et par le pH de l’organisme. La ventilation pulmonaire augmente tout d’abord proportionnellement à l’intensité, puis la courbe va présenter 2 points d’inflexions (ou cassures), appelés seuils ventilatoires.
Le premier seuil (SV1) est appelé le seuil d’adaptation ventilatoire. Il se situe chez les athlètes entraînés entre 55 et 70% de la consommation maximale d’oxygène. Il est surtout dû à l’augmentation de la concentration de lactate dans le plasma et à la libération concomitante d’ions H+. Pour éviter l’acidification du sang, un système tampon se met en place via les ions hydrogénocarbonates (HCO3-). L’association chimique (H+ + HCO3-)donne de l’acide carbonique qui se dissocie ensuite en eau (H20) et en CO2. Le deuxième seuil (SV2) est appelé le seuil d’inadaptation ventilatoire. C’est le fameux et faussement nommé seuil anaérobie, appelé également seuil d’accumulation du lactate. Le SV2 correspond à une nouvelle augmentation du lactate. Le système tampon est saturé et les ions H+ s’accumulent dans le compartiment sanguin.
D’un point de vue pratique, on fixe les seuil « lactiques » à 2 et 4 mmol de lactate par litre de sang mais ce sont des valeurs statistiques à individualiser. Par exemple, le SL2 évolue le plus souvent entre 3 et 5 mmol/L. Et puisque le lactate est métabolisé en permanence, sa mesure pendant ou après un effort est seulement la quantité qui n’a pas pu être utilisée comme une source énergétique. Ainsi, le taux de lactate mesuré nous renseigne davantage sur son niveau de métabolisation que sur l’intensité de l’effort réalisé ! Si pour un même taux de lactate, l’athlète est capable de produire un effort de même durée et d’intensité plus élevée, c’est qu’il a progressé. Le plus intéressant pour l’entraînement est donc de déterminer l’intensité maximale à laquelle la production et l’oxydation du lactate s’équilibrent. Cet équilibre physiologique a un nom : le MLSS pour Maximal Lactate Steady State (état maximal stable du lactate).
Analyse Cardio-métabolique
L’analyse cardio-métabolique est sous utilisée. Historiquement, elle était réservée aux hôpitaux pour des tests d’efforts afin de déterminer votre aptitude à réaliser un effort. Ces tests n’exploitent pas toutes les valeurs d’un test cardio-métabolique. Dorénavant, des laboratoires dédiés à la performance sportive propose des tests cardio-métabolique, avec du matériel de qualité médicale, mais cette fois dans le but d’évaluer votre performance.
En mettant un masque sur l’athlète testé, il est possible de mesurer directement le volume et les concentrations de gaz de l’air inspiré et expiré. Cela comprend la mesure de la consommation d’oxygène (VO2), de la production de dioxyde de carbone (VCO2) et de la ventilation (VE, volume d’air total échangé avec l’environnement).
La mesure le taux d’absorption d’O2 (VO2) au cours d’un test cardio-métabolique fournit des informations précieuses sur la capacité du corps à absorber, délivrer et utiliser l’O2 pour la resynthèse de l’adénosine triphosphate (ATP). Les protocoles utilisés pour les tests cardio-métaboliques sont construit de façon à ce que la demande énergétique augmente progressivement. Pendant les phases d’intensité d’exercice les plus faibles (zones 1 et 2), VE augmente de manière linéaire avec VO2 et VCO2. Au-delà de la zone 2, la production de CO2 augmente plus vite que la consommation d’O2. En règle générale, la consommation de graisse maximale (fatmax) est atteinte avant le SV1. Au niveau du deuxième seuil ventilatoire, SV2, le système tampon bicarbonate n’est plus en mesure de répondre à l’augmentation permanente de la production de protons H+. Cela entraine une accumulation progressive des protons H+, c’est-à-dire, le développement d’une acidose métabolique (Wasserman, Karlman et al., 2011). Passé le SV2, la fréquence respiratoire et la ventilation minute (mesurée comme le volume d’air respiré par minute) augmente de manière disproportionnée par rapport à l’augmentation de la consommation d’oxygène.
L’analyse cardiopulmonaire permet également de mesurer l’économie de course ou de pédalage, c’est à dire la consommation d’énergie associée à une vitesse ou un watt. À une même intensité, deux sportifs peuvent avoir une consommation d’énergie différente. Grâce aux tests cardio-métaboliques, on pourra donc mesurer pendant l’effort, la consommation énergétique (c’est-à-dire le nombre de kcal dépensées dans un laps de temps). Pour les sports d’endurance, utiliser correctement les lipides est un facteur de performance. En effet, les réserves de lipides dans l’organisme sont illimitées, à contrario des réserves de glucide qui sont limités. Pour cela, il sera intéressant de déterminer votre fatmax en pourcentage de VO2max, l’intensité où le taux d’oxydation des graisses (consommation des lipides) est le plus élevé et votre fatmax en g/min, la plus grosse consommation de lipides par minute. L’analyse de la consommation énergétique permet aussi de mesurer le rendement brut, le rapport entre le travail généré, la puissance, et le coût total de l’énergie métabolique. En d’autres termes, à quel point vous êtes efficace.
Oxymétrie de Pouls (SpO2) et Saturation Musculaire (SmO2)
Archild Hill, le chercheur à l’initiative du VO2max, à basé ses travaux sur les technologies disponible à l’époque du début des années 1900. Il a notamment calculé que le sang artériel (le sang rechargé en O2, envoyé aux muscles) serait saturé à 90 % pendant l’exercice physique et que le sang veineux (le sang déchargé de l’O2 consommé par les muscles) serait saturé à 10-30 %, et ces valeurs seraient généralisables à tous les athlètes en exercice (Bassett, D. R., Jr, & Howley, E. T., 1997). Aujourd’hui, nous avons le privilège d’avoir accès à de nouvelles recherches et de nouvelles innovations technologiques, auxquelles Hill n’avait pas accès, comme la capacité de mesurer à la fois la saturation pulsée en oxygène (SpO2) et la saturation en oxygène musculaire (SmO2). En conséquence, nous savons qu’il existe une certaine variabilité dans les niveaux de saturation en oxygène artériel des athlètes pendant l’exercice d’effort maximal, grâce à la SpO2. Cela nous ouvre alors la porte à l’exploration d’autres facteurs limitants du VO2max autres que le débit cardiaque maximal, comme les limitations de la diffusion pulmonaire ou les limitations de la capacité oxydative du muscle squelettique.
Le capteur prend les données brutes et les exécute à travers un algorithme utilisant la loi de Beer Lambert, pour déterminer à la fois l’hémoglobine totale, qui est une mesure relative de la quantité d’hémoglobine dans le chemin optique du capteur (ou THb, qui donne un proxy pour le volume sanguin) ainsi que le pourcentage d’hémoglobine totale saturée en oxygène (c’est-à-dire la saturation musculaire en oxygène, ou SmO2). La combinaison de l’oxymétrie de pouls (SpO2) et de la saturation musculaire (SmO2) permet d’avoir une mesure de la différence artérioveineuse maximale et d’orienter l’entrainement en fonction. La combinaison de l’oxymétrie de pouls (SpO2) et de la saturation musculaire (SmO2) permet d’avoir une mesure de la différence artérioveineuse maximale et d’orienter l’entrainement en fonction.
Ainsi, les mesures NIRS peuvent être utilisées pour observer l’équilibre entre l’apport d’oxygène aux muscles et l’oxygène consommé. Le système respiratoire a deux fonctions principales : absorber l’oxygène de l’environnement et extraire le CO2 de l’organisme. Ce travail à un coût, il peut donc aussi être limitant pour la consommation maximale d’oxygène des muscles locomoteurs. En effet, la quantité d’oxygène utilisée pour faire fonctionner les muscles respiratoires lors d’un effort maximal correspond à environ 15 % du VO2max. On peut donc parler de compétition entre l’apport d’oxygène des muscles locomoteurs et des muscles respiratoires. Puisque les muscles respiratoires sont vitaux pour l’individu, on constate l’apparition d’une vasoconstriction au niveau des muscles locomoteurs dans le but de continuer à apporter de l’oxygène via le sang vers les muscles respiratoires. Cette vasoconstriction est visible pour des efforts au-dessus du deuxième seuil, ce qui a pour effet de limiter l’apport d’oxygène aux muscles locomoteurs. Il est donc essentiel que les muscles impliqués dans la respiration (le diaphragme, les muscles intercostaux, les muscles situés dans le cou et les muscles abdominaux) soient forts et endurants.
Les filières énergétiques
Au basketball, les efforts physiques varient à chaque instant entre les sprints, les sauts, les changements de directions, les courses latérales et les phases de récupération active. Les 3 filières énergétiques sont tout le temps sollicitées et mises à contribution.
- La filière anaérobie alactique: Elle est sollicitée pour les actions explosives, comme les sprints, les sauts, et les changements de direction rapides (que ce soit sur les déplacements offensifs ou les déplacements défensifs).
- La filière anaérobie lactique: Lors des séquences de jeu intense, comme une série de sprints durant une contre-attaque, la filière anaérobie lactique devient prédominante. La production de lactate peut entraîner une fatigue musculaire rapide, ce qui affecte les performances. La capacité à tolérer et à recycler le lactate est donc cruciale pour les joueurs de basketball.
- La filière aérobie: Cette filière permet de prolonger l’effort explosif initié par la filière alactique, mais elle est limitée par l’accumulation de lactate.
Glycolyse Anaérobie
La filière anaérobie lactique, qui dépend de la glycolyse anaérobie (c’est à dire qui produit de l’ATP sans oxygène), génère du lactate. Comprendre ce processus et son impact sur la performance est crucial pour tout joueur et entraîneur de basketball de Haut-Niveau. Le lactate est un sous-produit de la glycolyse anaérobie. C’est à dire que lorsqu’un muscle travaille à haute intensité et que l’oxygène est insuffisant, le glucose est partiellement dégradé en pyruvate, qui est ensuite converti en lactate.
Le lactate peut être reconverti en pyruvate et réutilisé dans le cycle de Krebs pour produire de l’énergie en présence d’oxygène. C’est à dire qu’il va être réutilisé par les mitochondries via la filière aérobie pour continuer à fournir de l’ATP au muscles. Il joue un rôle dans la régulation des processus métaboliques et peut influencer la croissance musculaire.
La lactatémie désigne la concentration de lactate dans le sang. Elle augmente lorsque la production de lactate dépasse la capacité du corps à le métaboliser, notamment lors des efforts intenses. C’est à dire lorsque le corps « sature » au niveau du débit qu’il reçoit pour le resynthétiser et à le retransformer en énergie. La lactatémie est un véritable indicateur de fatigue : Une lactatémie élevée est souvent associée à la fatigue musculaire et à une diminution de la performance. Elle permet également un suivi de la charge d’entraînement : Mesurer la lactatémie permet d’évaluer l’intensité de l’effort.
Le Cycle de Cori
Le cycle de Cori est un autre processus biochimique où le lactate produit par les muscles lors d’efforts intenses est transporté vers le foie, où il est converti en glucose par la néoglucogenèse. Ce glucose peut être relâché dans le sang pour alimenter directement les muscles actifs ou stocké sous forme de glycogène pour un usage ultérieur, permettant ainsi aux muscles de prolonger leur effort. Le cycle de Cori est essentiel pour recycler le lactate en glucose, fournissant une nouvelle source d’énergie et permettant une économie des réserves de glycogène musculaire pendant les efforts prolongés. En transportant le lactate du muscle vers le foie, le cycle de Cori aide à réduire l’accumulation d’acide lactique, ce qui limite l’acidité musculaire. Cela retarde la fatigue musculaire, permettant une meilleure endurance pendant les efforts intenses. Le cycle de Cori contribue aussi à la récupération après un effort, car le glucose produit dans le foie peut être utilisé pour restaurer les réserves de glycogène musculaire, important pour préparer les muscles aux efforts suivants. Il aide à maintenir un équilibre entre les filières énergétiques anaérobie (via la production de lactate) et aérobie (en fournissant du glucose et du pyruvate).
Alimentation et Performance Sportive
L’alimentation a une incidence sur les performances sportives et sur la santé à court, moyen et long terme.
Besoins en Énergie
Le fait de s’alimenter est une nécessité pour l’homme car il doit produire de l’énergie en permanence, que ce soit pour les mouvements, les fonctions vitales (respiration, circulation, digestion) mais aussi pour le fonctionnement du cerveau. Les sources d’énergie doivent provenir d’apports extérieurs pour être ensuite synthétisés dans l’organisme. Lors de la contraction musculaire, l’énergie nécessaire à la resynthèse de l’ATP musculaire peut être apportée par 3 filières en fonction du type d’exercice, de son intensité, de sa durée et du degré d’entrainement :
- La filière anaérobie alactique sur quelques dizaines de secondes. Le substrat est la créatine phosphate musculaire dont les réserves sont faibles mais rapidement reconstituées ;
- La filière anaérobie lactique pour des efforts intenses d’une durée > 10-15sec. Elle utilise le glycogène musculaire par la glycolyse anaérobie aboutissant à la production de lactates ;
- La filière aérobie pour des efforts plus prolongés. C’est le système produisant le plus d’ATP à partir de l’oxydation des glucides et des lipides.
Macronutriments
- Glucides: Les glucides (ou hydrates de carbone) sont par excellence le carburant des sportifs. La quantité apportée doit être comprise entre 3 et 7gr/kg/j pour un sportif. Le type de glucides à ingérer est variable selon le délai « prise - exercice ». Ce délai est déterminé par l’index glycémique des aliments ingérés.
- Protéines: Les protéines sont les matériaux de construction de toutes les cellules vivantes et en particulier des muscles. Leur rôle est indispensable dans les processus de développement musculaire et de réparation des fibres musculaires. Les apports conseillés, pour un sportif, sont d’environ 1,5g à 1,8g/kg/j. En cas de prise de masse, les apports peuvent monter à 2g/kg/j dont les 2/3 apportés par l’alimentation.
- Lipides: La consommation de graisse maximale (fatmax) est atteinte avant le SV1. Pour les sports d’endurance, utiliser correctement les lipides est un facteur de performance. En effet, les réserves de lipides dans l’organisme sont illimitées, à contrario des réserves de glucide qui sont limités.
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