L’importance d’être métaboliquement flexible

Définitions

Flexibilité métabolique : c’est la capacité d’un muscle squelettique à changer rapidement sa dépendance énergétique vis à vis du métabolisme des glucides et du métabolisme des lipides, en fonction du contexte dans lequel le corps se trouve (repos, exercice intense, postprandial, jeûne …). C’est le fait d’utiliser correctement les métabolismes des glucides et des lipides et de passer de l’un à l’autre. En d’autres termes, être métaboliquement flexible c’est pouvoir utiliser le bon carburant au bon moment.

Métabolismes énergétiques et disponibilité des substrats

En période de jeûne ou éloignée des repas, la disponibilité du glucose est faible, de même que la sécrétion d’insuline. En revanche, le cortisol et l’hormone de croissance sont élevés, ce qui enclenche la lipolyse et l’utilisation des acides gras comme substrats énergétiques par les muscles et organes. 

A l’inverse, en phase post prandiale, l’élévation du taux de sucre sanguin entraîne une hausse de sécrétion d’insuline qui pousse le glucose dans les cellules de l’organisme pour y être stocké ou utilisé comme carburant. L’insuline inhibe dans le même temps la lipolyse. Il y a donc une transition entre les 2 métabolismes. D’un côté on stoppe le métabolisme des lipides et de l’autre on active celui des glucides.

L’insuline joue le rôle d’interrupteur entre l’activation du métabolisme des glucides et l’activation du métabolisme des lipides.

Si l’insuline est élevée, le métabolisme des glucide est activé. Si elle est basse, c’est celui des lipides.

Métabolismes énergétiques et types d’efforts

Pendant un exercice intense (sprint, levage de charge) : on veut être capable d’utiliser les glucides comme majeure source de carburant car ils produisent plus rapidement de l’énergie, les performances sont donc meilleures.

Pendant un exercice de basse intensité : pas besoin d’utiliser les glucides de réserve, on peut se tourner vers les lipides.

Variations d’utilisation des différents substrats en fonction de l’intensité de l’effort

Les athlètes de force/puissance/explosivité sont métaboliquement adaptés pour utiliser les glucides comme source d’énergie. En l’absence de travail aérobique il se peut que ces athlètes perdent peu à peu de leur capacité à utiliser les graisses comme énergie, même au repos.

Cela découle du fait que les efforts produits par ces athlètes nécessitent de grandes quantités d’ATP très rapidement, choses que les glucides sont capables de fournir mais pas les graisses pour qui l’extraction d’ATP est plus lente. 

Evolution de la dépense énergétique totale maximale en fonction des différents substrats disponibles et de la durée de l’effort.

Par ailleurs, les études ont montré qu’une légère désadaptation métabolique vis à vis du glucose entraîne une diminution de la vitesse d’exécution et de la force de 5 à 10%. Ce constat souligne la complexité d’être à la fois fort et endurant. Le corps est capable de se spécialiser en faveur de l’un de deux métabolismes en fonction de l’objectif recherché (force ou endurance), cependant cette spécialisation se fera au prix d’une perte de flexibilité métabolique. 

Idéalement on voudrait utiliser les lipides comme énergie la plupart du temps, les glucides seraient alors réservés pour les efforts de hautes intensités. 

Si l’on se repose trop sur le métabolisme des glucides, cela entraine des conséquences sur les performances en endurance des athlètes. Même chez les sportifs de force, le fait de sursolliciter le métabolisme des glucides peut avoir un impact délétère à cause de l‘accumulation d’acide dans les muscles.

Lors d’un exercice physique intense, on crée un produit de dégradation du glucose en ATP que l’on nomme lactate. Ce dernier est considéré à tord comme un déchet toxique et est au contraire bénéfique d’un point de vue énergétique car réutilisable par le cœur, le cerveau et les muscles. Par contre, l’accumulation de lactate s’accompagne d’une production d‘ions H+ qui augmente alors le niveau d’acidité dans les muscles.

C’est l’acidité, générée par l’accumulation d’ions H+, qui est responsable de la diminution de capacité de contraction du muscle et de la sensation de brûlure ressentie pendant l’exercice. Pour les pratiquants de sport de force, la prise de béta-alanine constitue une solution efficace pour tamponner les ions H+ en intra-musculaire. Ce supplément permet aux athlètes de repousser leurs limites sur un temps d’effort de quelques secondes supplémentaires.

Flexibilité métabolique : cas particuliers

La diminution ou perte de flexibilité métabolique entraîne des complications pouvant menées à diverses maladies. Réciproquement, certains désordres métaboliques renforcent la perte de flexibilité métabolique

Dans le cas du diabète de type 2, le métabolisme du glucose est endommagé car les cellules du corps ont perdu de leur sensibilité à l’insuline qui sert à faire pénétrer le glucose dans ces cellules. Cette insensibilité à l’insuline prive les muscles d’un apport en glucose tout en maintenant un taux de sucre sanguin trop élevé de manière chronique. 

Cette élévation chronique de la glycémie entraîne par voie de conséquence une élévation chronique d’insuline. Or, l’un des rôles de l’insuline est d’inhiber la lipolyse pour favoriser l’utilisation du glucose par les cellules. De ce fait, le métabolisme des lipides se retrouve stoppé.

D’un côté on ne peut pas utiliser correctement les glucides car les cellules sont insensibles à l’insuline et de l’autre, on ne peut pas utiliser les lipides car l’élévation chronique d’insuline bloque la lipolyse. On parle alors de double inflexibilité métabolique puisqu’en réponse à une hausse d’insuline, les lipides et les glucides peinent à être utilisés comme sources d’énergie. Cela explique pourquoi les personnes atteintes de diabète de type 2 sont souvent fatiguées.

Schéma montrant le rôle de l’insuline vis à vis du métabolisme du glucose et des acides gras (gauche) vs l’insulinorésistance et l’incapacité du cellules à utiliser correctement le glucose et les acides gras qui restent alors élevés dans le sang (droite).

Les personnes atteintes par la maladies de McCardle sont déficientes en l’enzyme phosphorylase qui permet de mobiliser le glycogène des muscles. Lors d’un exercice physique, ces personnes ne peuvent donc pas utiliser leur glycogène musculaire, leur reste alors les acides gras et le glucose sanguin comme uniques substrats énergétiques. Il a alors été prouvé que ces personnes sont intolérantes aux efforts de hautes intensités.

 

Flexibilité métabolique chez les sportifs amateurs et entrainés

Dans une étude (1), les chercheurs ont comparé dans quels proportions sont utilisées le glucose et les acides gras entre 2 groupes de personnes : des sportifs entraînés vs amateurs.

Le point de croisement entre la courbe du lactate et la courbe des acides gras arrive beaucoup plus tard chez les sportifs entraînés. Dit autrement, les sportifs entraînés mobilisent principalement les graisses lors d’efforts modérément intenses tandis que les amateurs utilisent une part plus importante de glucides pour ce même type d’effort.

Comparaison d’utilisation des substrats (glucides, graisses) entre des sujets entrainés (en haut) et des sujets non entrainés (en bas)

De plus, les sportifs entraînés étaient capables de pousser leur intensité d’effort beaucoup plus loin que les amateurs pour lesquels l’accumulation d’ions H+ a stoppé leur effort.

Cela souligne la meilleure gestion d’utilisation des différents substrats à l’effort chez les sportifs entraînés. Ces derniers sont donc bien plus métaboliquement flexibles que les amateurs qui dépendent principalement des glucides comme source de carburant.

Une autre étude (2) a comparé dans quelles proportions les glucides et les lipides étaient utilisés comme substrats énergétiques durant un effort, après avoir ingéré soit : une boisson contenant des glucides, soit : une boisson contenant des lipides. Les chercheurs ont aussi comparé les variations d’utilisation des différents substrats entre un groupe de sujets entraînés et un groupe de sujets non entraînés

La quantité de glucides utilisés au cours de l’effort, après avoir ingéré la boisson contenant les glucides, était la même chez les deux groupe de sujets. Lorsque l’on donne à ces groupes une boisson lipidique, la quantité de glucose utilisée au cours de l’effort diminue au profit de l’utilisation de lipides. Cependant, ce transfert de substrat énergétique est beaucoup plus prononcé chez les sujets entraînés, ce qui relève d’une meilleure flexibilité métabolique. 

Bien qu’ayant reçu une boisson lipidique, les sujets non entraînés puisent toujours une grande partie de leur besoin énergétique depuis le métabolisme du glucose. En augmentant le taux d’acides gras circulant, la boisson lipidique aurait due favoriser l’utilisation du métabolisme lipidique tout en inhibant celui du glucose. Cette incapacité du corps à passer rapidement et efficacement d’un métabolisme à l’autre résulte d’un manque de flexibilité métabolique chez les sujets non entraînés. 

Colonnes claires : boisson glucidique ; colonnes foncées : boisson lipidique ; graphes verts : variations d’oxydation du glucose ; graphes jaunes : variation d’oxydation des graisses ; graphes rouges : variation des niveaux de glycogène

De plus, les chercheurs ont aussi mesuré les variations des niveaux de glycogène des différents sujets. Le premier constat est de dire que chez les deux groupes de sujets, la boisson glucidique pré-effort a contribué à préserver une bonne partie du glycogène en réserve. Le second constat est de dire qu’une boisson lipidique pré-effort ne préserve pas autant les réserves de glycogène et ce, chez les deux groupe de sujets. 

Là où il y a divergence, c’est sur l’ampleur de préservation des réserves de glycogène. Chez les sujets entraînés, cette boisson a permit de préserver bien plus efficacement le glycogène musculaire pendant l’effort. Ce constat rejoint le précédent selon lequel, l’augmentation du nombre d’acides gras dans la circulation sanguine, entraîne une transition vers le métabolisme des lipides bien plus prononcée chez les sujets entraînés

Ces deux études nous montrent que l’entraînement physique crée des adaptations métaboliques en faveur de l’utilisation des graisses comme source de carburant. Réciproquement, le manque d’entraînement ou d’activité physique se traduit par une faible capacité du corps à utiliser les lipides comme carburant. Cela se traduit par une moins bonne endurance musculaire et une intolérance aux efforts intenses. 

Flexibilité métabolique et obésité

Cette fois-ci, une nouvelle étude (3) a comparé la capacité d’utilisation des graisses comme carburant entre personne de poids normal et une personne obèse, sur une période de 24h. Les chercheurs ont donc regardé l’évolution de la quantité d‘acides gras oxydés tout au long de la journée entre ces deux groupes.

Pour rendre les choses comparables, ces 2 groupes sous contrôle ont effectué les mêmes activités et aux mêmes moments, à savoir : pas d’activité physique mais la consommation de repas identiques pris aux mêmes instants. Les chercheurs ont alors pu observer à quel point le métabolisme lipidique est sollicité en phase postprandial ainsi qu’en dehors des repas.

Chez la personne de poids normal, en réponse à un repas, l’utilisation des graisses pour fournir de l’énergie atteint un pic puis diminue progressivement à mesure que l’on s’éloigne du repas. Dans un contexte de flexibilité métabolique, cela est logique puisque le corps utilise en priorité les nutriments les plus biodisponibles à chaque instant. Après un repas, le taux d’acides gras circulant augmente et pousse donc le corps à utiliser une partie d’entre eux comme source d’énergie. 

Chez la personne obèse, il n’y a presque aucune variation dans l’utilisation des graisses après un repas. En fait, l’oxydation des graisses reste très faible tout au long de la journée. Chez ces personnes, le métabolisme des lipides est quasiment à l’arrêt, soulignant d’une inflexibilité métabolique.

Evolution de la contribution des acides gras pour la fourniture d’énergie entre une personne de poids standard (bleu) et une personne obèse (rouge).

Serait-ce le surplus de masse grasse qui est en cause ?

Une autre partie de cette étude (4) nous permet de répondre à cette interrogation. Dans celle-ci, un groupe de personnes obèses s’est vu retiré une partie de leur masse grasse par liposuccion. Un autre groupe de personnes obèses a été assigné à un régime hypocalorique en association avec de l’exercice physique.

Les résultats sont clairs : la liposuccion n’a procurée aucun bénéfice sur la flexibilité métabolique des sujets. En revanche, le groupe qui suivait le régime hypocalorique tout en pratiquant de l’activité physique a pu bénéficier de tels changements. Ce n’est donc pas la masse grasse en elle-même qui pose problème. L’inflexibilité métabolique doit plutôt tenir compte d’un ensemble de paramètres relatif au mode de vie de la personne.

Flexibilité métabolique et périodes de jeûne

Les personnes métaboliquement flexibles tendent à mieux tolérer les périodes de disette car leur excellente capacité à utiliser les acides gras comme carburant génère un niveau d’énergie stable ce qui limite les risques d’hypoglycémie de même que les fringales ou les sauts d’humeur. Les personnes qui, à l’inverse, dépendent prioritairement du métabolisme des glucides, éprouvent davantage de difficultés à être en période de jeûne.

En effet, les réserves de glucoses sont bien plus faibles que celles des lipides qui elles, sont inépuisables. Ainsi, la chute de glycémie en période de jeûne prolongé, génère des sensations de faiblesses et de faim, de l’irritabilité et une incapacité à se concentrer sur certaines tâches.

Petit aparté final : d’un point de vue longévité, l’utilisation du métabolisme des lipides comme majeure source de carburant (hormis lors d’exercices intenses) est bénéfique. Dans ce cas, il faut garder des niveaux d’insuline suffisamment bas tout au long de la journée en séparant ses prises alimentaires et en évitant les repas trop copieux et/ou riches en glucides. Il est aussi recommandé de combiner la pratique d’une activité physique de type cardio et une autre de plus haute intensité.

Dans mon prochain article dédié à ce sujet, je révélerai quelques une de mes meilleures stratégies pour améliorer sa flexibilité métabolique et ainsi améliorer ses performances physiques et son bien être.

Références des études utilisées :

(1) : Assessment of Metabolic Flexibility by Means of Measuring Blood Lactate, Fat, and Carbohydrate Oxidation Responses to Exercise in Professional Endurance Athletes and Less-Fit Individuals ; Iñigo San-Millán & George A. Brooks ; Sports Medicine volume 48, pages467–479(2018)

(2) : Acute lipid oversupply during hyperinsulinemia reveals metabolic flexibility in trained compared to untrained subjects ; Dube et al., 2014

(3) et (4) : Metabolic flexibility in health and disease ; Bret H. Goodpaster, Ph.D. and Lauren M. Sparks, Ph.D. ; Cell Metab. Author manuscript; available in PMC 2018 May 02.

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