Pour être en activité, les muscles ont besoin d'énergie ; pour fournir cette énergie l'organisme a besoin d'un carburant spécifique nommée ATP, comme une voiture a besoin d'essence pour rouler. Le problème est que l'ATP (Adenosine tri-phosphate) directement disponible dans l'organisme ne suffit qu'à couvrir un effort très bref de l'ordre de 2 secondes ; il faudra donc, si l'effort se poursuit pouvoir fournir de l'ATP à l'organisme, l'ATP sera alors fourni à partir de trois filières différentes selon les besoins: on distinguera la filière anaérobie alactique, la filière anaérobie lactique et la filière aérobie.

Les deux sources de production de l'énergie dites anaérobies sont employées pour des exercices courts et intenses et n'ont pas besoin d'oxygène pour fonctionner ; la filière aérobie exige de l'oxygène, c'est la filière par excellence des sports d'endurance comme le marathon par exemple.

Filière anaérobie alactique :

L'ATP est ici fournie de façon très rapide grâce à une molécule présente dans le muscle, la créatine-phosphate ou CP.
Cette source d'énergie ne nécessite pas la présence d'oxygène et ne s'accompagne pas de formation d'acide lactique.
La CP va constituer réservoir immédiatement disponible, elle va se dégrader facilement et rapidement pour donner de l'ATP ; cette énergie disponible ne va suffire que pour des efforts brefs et violents comme un sprint par exemple et s'épuiser au bout de 5 à 10 secondes.
Si l'effort se continue, il faudra avoir recours à une source de production d'ATP plus durable ; on fera alors appel au glucose et notamment au glycogène qui correspond au glucose stocké dans les muscles et le foie et qui est rapidement utilisable. Le glycogène va alors se dégrader avec (filière aérobie) ou sans oxygène (anaérobie lactique) pour fournir le carburant.

Filière Anaérobie Lactique :

Cette voie énergétique est utilisée pour des efforts intenses et longs et ne nécessite pas d'oxygène pour fonctionner. Ici le glycogène en stock va, par une série de réaction chimique, se transformer en ATP et en lactate.
Le glycogène provient des aliments riches en hydrates de carbone, ils sont aussi appelés sucres lents (pates, riz etc ..) par opposition aux sucres rapides (soda, confiseries, etc..).
Le facteur limitant de cette filière est la production d'acide lactique qui va entraîner une acidité sanguine et musculaire, ce qui va altérer les propriétés de contraction musculaire et sera responsable de l'arrêt de l'exercice par épuisement (jambes lourdes). Plus l'exercice sera intense, plus les lactates vont s'accumuler et moins l'exercice sera long (maximum 2 à 3 minutes) ; si l'exercice est diminué ou arrêté l'acide lactique va diminuer.
Cette voie de production d'énergie est mise en jeu très rapidement, même pour des efforts peu intenses, puisque nous verrons que la voie aérobie nécessite un temps de latence avant de se mettre en route ; on aura donc une production d'acide lactique dès le début de l'effort, si l'exercice se poursuit les lactates n'augmentent plus et diminuent si l'exercice est de type aérobie ; ils augmentent si l'exercice est intense.
On estime que 4 mmol d'acide lactique dans le sang correspond à une frontière (notion de seuil) ; en dessous l'effort sera continué sur un mode aérobie, au dessus on sera dans le " rouge ", les lactates augmentent, et l'effort devra être interrompu.

Filière Aérobie :

En présence d'oxygène, le glycogène et les lipides vont donner de l'ATP + du gaz carbonique (CO2) qui sera éliminé par les poumons. L'avantage de cette filière est la non production de lactate et l'utilisation des réserves en lipides qui correspond à une source d'énergie quasiment inépuisable. Cette filière est une filière d'économie du glycogène et de bon rendement, elle peut être comparée a un moteur diesel " increvable ".
Lorsque l'effort est trop intense et que l'oxygène ne suffit plus à elle seule à fournir l'ATP, on aura alors mise en jeu du système anaérobie lactique et production de lactates.

Notion de consommation maximale d'oxygène ou VO2 max :

Elle représente la quantité maximale d'oxygène que l'organisme peut prélever dans l'air (par la respiration pulmonaire), transporter ( par la circulation du sang ), et consommer ( par les muscles ) par unité de temps. Pour schématiser, plus cette valeur sera élevé pour un individu plus il sera capable de maintenir longtemps et à une vitesse élevée un effort ( endurance).
Au cours d'un exercice de difficulté croissante, effectué sur un tapis par exemple, la consommation d'oxygène augmente de façon linéaire avec la vitesse jusqu'à une valeur maximale limite qui n'augmente plus même si la vitesse du tapis est augmentée, cette valeur limite est la VO2 max. La vitesse de course correspondant à cette limite est appelée vitesse maximale aérobie (VMA) ; plus la VO2 du sujet sera importante, plus la VMA le sera, et meilleur sera l'athlète dans des sports aérobie type marathon (voir graphiques).
Pour être en activité, les muscles ont besoin d'énergie ; pour fournir cette énergie l'organisme a besoin d'un carburant spécifique nommée ATP, comme une voiture a besoin d'essence pour rouler. Le problème est que l'ATP (Adenosine tri-phosphate) directement disponible dans l'organisme ne suffit qu'à couvrir un effort très bref de l'ordre de 2 secondes ; il faudra donc, si l'effort se poursuit pouvoir fournir de l'ATP à l'organisme, l'ATP sera alors fourni à partir de trois filières différentes selon les besoins : on distinguera la filière anaérobie alactique, la filière anaérobie lactique et la filière aérobie.
Les deux sources de production de l'énergie dites anaérobies sont employées pour des exercices courts et intenses et n'ont pas besoin d'oxygène pour fonctionner ; la filière aérobie exige de l'oxygène, c'est la filière par excellence des sports d'endurance comme le marathon par exemple.

Les extrêmes de VO2 max se situent entre 20 et 95 ml/kg/min, cette extrême variabilité est liée tout d'abord à un facteur génétique mais dépend aussi de l'entraînement ; l'effet de l'entraînement sera plus important chez un sujet jeune et peu entraîné. De ce fait le sport pratiqué dés l'enfance permettra un meilleur développement de la VO2.
Inversement l'inactivité peu abaisser la VO2 max de 30 à 40 %.

Notion de seuil :

Une fois que les capacités aérobie seront dépassées pour fournir l'énergie utile, le système anaérobie lactique prendra le dessus avec pour effet néfaste la production d'acide lactique et donc l'arrêt rapide de l'effort ; il est donc intéressant pour un athlète de connaître la zone de transition aérobie/anaérobie avec la fréquence cardiaque et la vitesse de course correspondant ; il pourra alors s'efforcer de rester en deçà de cette zone et d'éviter d'accumulation d'acide lactique, qui comme on l'a vu entraînerait l'épuisement.
Pour déterminer ce seuil anaérobie on dispose de deux moyens :

1. Le prélèvement sanguin avec mesure du lactate à chaque palier de l'effort, le seuil anaérobie sera atteint à une concentration de lactate correspondant à 4 mmol/l. L'inconvénient de cette méthode est qu'il faudra arrêter le tapis à chaque palier (pour faire les prélèvements) ce qui entraînera des difficultés de réadaptation pour stabiliser sa fréquence cardiaque et sa ventilation au redémarrage du tapis ; de plus cette valeur de seuil donnée à 4 mmol/l peut varier sensiblement d'un sujet à l'autre.
2. Le seuil ventilatoire : à partir du seuil anaérobie il existe une augmentation de l'acidité musculaire et sanguine qui va provoquer une augmentation de la production de gaz carbonique et donc une augmentation rapide de l'évacuation pulmonaire de CO2 avec une hyperventilation réflexe bien visible lors des tests d'effort en laboratoire grâce au quotient respiratoire QR (cf lexique).

Résumons la mise en jeu des filières lors d'un jogging :

Au cours d'un effort comme la course, les trois voies énergétiques vont se mettre en route pour fournir l'ATP et donc l'énergie nécessaire au fonctionnement du muscle. La voie anaérobie alactique se mettra immédiatement en route puis la voie anaérobie lactique le temps que la voie aérobie soit efficace grâce à l'apport d'oxygène par la ventilation; cela peut prendre plusieurs minutes. En effet les poumons ne peuvent pas fournir l'oxygène instantanément au sang et donc au muscle ; il existe une phase d'adaptation appelée " dette d'oxygène " avant d'atteindre une ventilation efficace (second souffle), cette dette sera payée à l'arrêt de l'effort (essoufflement).

En pratique lors d'un footing on aura :

Un début facile : filière anaérobie alactique.
Puis une phase plus difficile ( 2 à 3 minutes) ou l'on cherche un peu son souffle (dette d'Oxygène) : filiére anaérobie lactique
Enfin une phase d'équilibre plus facile : filière aérobie.
Et à l'arrêt un petit moment d'hyper-ventilation pour compenser la dette d'Oxygène du début.
L'échauffement avant une sortie permettra d'atteindre cette phase d'équilibre plus rapidement