Physiologie Energetique

PHYSIOLOGIE ENERGETIQUE

• Vie : perpétuel remaniement de molécules.  Réactions chimiques catalysées par des enzymes.  Maintient d’une originalité vis­à­vis de l’extérieur. • Vitesse d’une réaction en fonction de la température : Efficacité de la  réaction

Température        Réaction possible        Efficacité suffisante  Nécessité de travailler dans la gamme d’efficacité suffisante. • Chez les mammifères : réponse par la thermorégulation dans le contexte d’un équilibre d’énergie.

I­

 Equilibre énergétique 

• Organisme = système thermodynamique ouvert : échange d’énergie avec l’extérieur. • Spécificité : - Protéines présentes uniquement dans les organismes - Ions présents à des concentrations différentes à l’intérieur de l’organisme qu’à l’extérieur.       Coûteux en énergie. 1)  Généralités (rappels)  • En énergétique, on utilise des unités particulières : les calories. • La calorie ( = calorie ) : quantité d’énergie qui permet d’augmenter la chaleur d’1 g d’eau de 1°C de 14,5°C à  15,5°C. • 1 kcal : 1 kg d’eau de 14,5 °C à 15,5 °C. • Flux de milliers de kcal par jors. • 1 calorie = 4,18 J. • 1 kcal = 1 Cal • Un organisme humain en situation basale dépense 1 kcal / min.  Une ampoule de 75 W.

Bilan quotidien : Lipides 100 g

          urée, NH3 15 g

Glucides 300 g

          H2O 320 g

Protéines 100 g

          CO2 450 L

O2 500 L

          Energie 2500 kcal/jr

2)  Les apports d’énergie  a)  L’obtention d’énergie  • Oxydation de chaînes de carbones hydrogénées présentes au départ dans les aliments. Aliments, Nutriments    Energie chimique

Glycolyse β ­Oxylation Cycle de Krebs

Chaleur, énergie calorique

   Energie chimique Chaîne de phosphorylation             Oxydative ADP + Pi

ATP

           Energie pour les fonctions          cellulaires

Attention : L’ATP n’est en aucun cas une molécule réserve de l’énergie.

           t1/2

t1/2 ~ 10 sec.

• L’essentiel de l’énergie est produit dans les mitochondries :

        H+ H+            H+     H+ H+ H+  Chaîne     de transfert 

H+

   ATP synthase

      Sous unité   canal à protons

  NADH   

H+ : protons arrachés         aux nutriments              oxydés

        ADP + Pi

       Sous unité       catalytique

     ATP      H+ H2O    O2

b) Energie des nutriments • Chaleur de combustion des aliments / nutriments : O2

Température

Bombe Calorimétrique

Aliments / nutriments • Par gramme d’aliments / nutriments brûlés : - Glucides : 4,1 kcal - Lipides : 9,4 kcal - Protéines : 5,6 kcal  Les lipides sont plus énergétiques que les glucides • Problème : différent in vivo : amidon brûlé, pas le cellulose.  Dans les 2 cas, 4,1 kcal de chaleur de combustion.  Valeur énergétique : Amidon : 4,1 kcal ; Cellulose : 0 kcal. • Dans les régimes traditionnels, on consomme plus de glucides que de lipides ( en % de l’apport énergétique  total d’une journée ) : - 55% glucides - 30% Lipides - 10 – 15 % Protéines  Tendance à 40 – 45 % de glucides et de lipides. c)

 Le stockage de l’énergie 

• On ne va pas utiliser pour l’oxydation les nutriments qui viennent d’être absorbés.  Les acides gras sont stockés dans le tissu adipeux sous forme de triglycérides.  Le glucose  Glycogène dans le foie. • Déstockage : jeun. • Stockage : Homme à jeun :

Lipides Protéines Glucides

triglycérides du tissu  adipeux protéines musculaires Glycogène muscles Foie

Masse ( kg )

Energie chimique        (  kcal )

15

140 000

6 0,15 0,075

• Lipides : stockage à long terme  Forme inerte (bouge pas)  Problème : déstockage coûteux. • Glucides : stockage plus difficile. 1 g de glycogène est associé à 2 g d’eau. • Glucose : 10 min d’autonomie. • Glycogène : quelques heures d’autonomie. • Triglycérides : quelques dizaines de jours. • Protéines : Attaque des fonctions vitales. 3)  Les dépenses d’énergie 

24 000 600 300             165 000

a)  Les méthodes de mesure    : calorimétrie  • 3 types de méthodes de mesure calorimétrique : - Calorimétrie directe : toute activité cellulaire aboutit à une production de chaleur.  Chambre calorimétrique. Système simple mais lourd. -

Calorimétrie indirecte : par la respiration :    1 mol glucose 

6 mol de CO2 670 kcal

6 mol d’O2

1g

demande d’O2

Production de  CO2

Quotient  respiratoire

Production  énergétique ( kcal )

830 2000 970

830 1430 780

( 1 ) ( 0,7 ) ( 0,8 )

4,2 9,5 4,4

Equivalent  calorique d’1  L d’O2 (kcal)

5 4,7 4,6          4,8  Quantité de protéines brûlées : appréciable en mesurant la sortie urinaire d’azote ( car dégradées par  désamination ).  Quantité de glucides et de lipides absorbés : quotient respiratoire : 0,7 < Qr < 1.  On obtient le % glucides lipides.  Différents pour situation post prandiale ou de jeun.  Permet de détecter des problèmes de résistance à l’insuline.

Glucides Lipides Protéines

-

Energie des ingestats : Eingestats = Edépensée + Eexcrétats + gain de poids b)  Les différents types de dépenses. 

• La dépense globale est variable car c’est la résultante de plusieurs dépenses élémentaires. Fonctionnement de  base de l’organisme : - Dépense de repos - Dépense de thermorégulation - Dépense musculaire α ­ Dépense basale : mesurée par une chambre • Sujet au repos allongé, éveillé, au calme émotif, à jeun, à 18 – 20 °C, habillé légèrement. • Chez l’homme : 1500 – 1700 kcal / jr. Consommation des              métabolismes de base

Boeuf

      Homme Mouton      Chien           Lapin      Rat Souris

    Masse

• 1 kg de souris dépense plus qu’1 kg de bœuf. • 1 m2 de souris dépense comme 1 m2 de bœuf.  Les échanges de chaleur sont importants.

• Dépense énergétique : - Protéine : 20% 50% de consommation de base - Pompes Na/K ATPase : 30% • Dépens liée à l’acte alimentaire : - Augmentation de 20% du métabolisme de base.  Ce qui consomme le plus : assimilation de protéines. • ADS : Action Dynamique et Sportive ( ou extrachaleur post prandiale) :  Le travail musculaires : 77 kcal.h­1 Allongé éveillé

Assis repos Marche terrain plat Marche pente légère Course modérée Activité maximale

100 kcal.h­1 200 kcal.h­1 350 kcal.h­1 600 kcal.h­1 1 400 kcal.h­1

• Cette dépense énergétique est réalisée dans un contexte de faible rendement ( ~ 30%)  70% de libération de chaleur. BILAN : • 1 500 kcal.jr­1  Métabolisme de base. • Valeur moyenne : 2 400 – 3 000 kcal.jr­1 • Travail musculaire : 20% • Travail prandial : 20 %  Grand potentiel dans la dépense d’énergie.

II­

 La thermorégulation 

1)  Température et stratégie  • Pertes de chaleur : thermogenèse, thermolyse.

• Les animaux peuvent être classés en 2 groupes : - Endothermes - Ectothermes • Ectothermes : Invertébrés, poissons, amphibiens, reptiles.  Métabolisme trop faible pour élever la température du corps. Ils utilisent la température ambiante. Ils       ne sont pas isolés thermiquement. Leur température est fluctuantes si la température extérieure est       fluctuante.  Poïkilothermes.  En période froide, hibernation. • Endothermes : Mammifères, oiseaux.  Produisent suffisamment de chaleur pour pouvoir maintenir leur température corporelle au dessus de       la température ambiante.  Homéothermes.   Enveloppe  ( température variable)         Noyau thermique

2)  Thermosensibilité 

• Récepteurs, centres d’intégration, effecteurs • Il existe des récepteurs thermiques ( 2 types ) : - Au niveau du noyau - Au niveau de l’enveloppe : récepteurs cutanés • Récepteurs périphériques : sensibles à la température externe : 2 types : - Récepteurs au chaud : en activité pour des températures de 40 – 45 °C. - Récepteurs au froid : en activité au maximum à 25 – 30 °C • Récepteurs profonds : mesurent la température du noyau thermique : sont présents dans des gros vaisseaux, des  neurones de l’hypothalamus, de la moelle épinière.  Informations qui vont vers des effecteurs. • Hypothalamus : système endocrinien et nerveux.  Réponse nerveuse plus rapide que la réponse endocrinienne. 3)  Régulation à cours terme  a)  Régulation de la thermogenèse  • Se réalise de façon permanente selon les espèces.  Joue sur l’apport de chaleur et la perte de chaleur. • Modulation de la thermogenèse : 2 principaux processus physiologiques : - Frisson thermique : thermogenèse frissonnante - Thermogenèse du tissu adipeux brun.

α ­ Le frisson thermique • Contraction rythmique involontaire des muscles squelettiques.  Rapidement contractables et rendement < 10%. • Frisson imperceptible : 10 kcal.h­1 • Frisson généralisé : 150 – 250 kcal.h­1 β ­ Le tissu adipeux brun • Localisé près des reins, du cœur, … • Brun car très vascularisé et très riche en mitochondries.  Hydrolyse les triglycérides et les brûle localement  Restitue la chaleur de la combustion au corps.  Découplage entre l’oxydation et la synthèse de l’ATP  Peu d’ATPsynthase mais une protéine spécifique : UCP (UnCoupling Protein) : qui ne  contient que la sous unité canal à protons :

+

    H

H+

• Modulation par le système sympatique. • Chez l’homme adulte, l’UCP ne s’exprime que faiblement. b)  Régulation de la thermolyse  α ­ L’isolation thermique • Permet de moduler les échanges avec l’extérieur. • On peut moduler l’isolation par le biais de poils ou de plumes.  Erection des poils ou des plumes : chair de poule.

β ­ Contrôle de la vasomotricité • Contraction ou dilatation du diamètre des vaisseaux des régions superficielles du corps. • Neutralité thermique : 5% du sang passe dans le réseau superficiel. • Milieu chaud : Forte augmentation du diamètre des vaisseaux : 80% • Milieu froid : moins de 1 %. δ ­ Couple sudation­évaporation

• Se produit quand exposition au chaud. Thermolyse inutile. • 1 g d’eau : 0,6 kcal pour s’évaporer. • Repos  600 mL.jr­1  25 mL.h­1 • Effort  4 L.h­1  2 400 kcal.h­1 γ ­ Thermorégulation à long terme     HYPOTHALAMUS       Système Neurovégétatif

CRH

Environnement

             TRH

          HYPOPHYSE

   

Medullosurrénale   Catécholamines    (adrénaline)       

ACTH             Hormone     adréno – CortiTrope

Corticosurrénales Glucocorticoïdes       ( corticostérone, cortisone )

TSH           Hormone     TyréoStimulante

Tyroïde  Hormone tyroïdienne