Pendant de nombreuses années, le lactate a été considéré à tort comme un « déchet » du métabolisme glycolytique, et sa production par le muscle en activité était tenue pour responsable de l’acidose, des crampes et de la fatigue musculaire. Cette vision négative du lactate l'associait à la douleur musculaire et le percevait comme délétère pour la performance. Cependant, des études récentes ont mis en évidence le rôle crucial du lactate en tant qu'intermédiaire métabolique essentiel pour les échanges d’énergie et d’information entre les cellules, les tissus et les organes.
Production et Rôle Initial du Lactate
Le lactate est produit continuellement par le muscle dès que celui-ci utilise du glucose via la glycolyse. Ainsi, la lactatémie augmente au cours d’un exercice, même si l’apport en oxygène est satisfaisant, permettant d’amener un substrat énergétique au muscle. Robergs et al. ont montré que la production de lactate par le muscle au cours de l’effort est non seulement nécessaire pour le fonctionnement de la glycolyse, mais aussi qu’elle permet de retarder la survenue de l’acidose.
De façon concomitante, il existe une production d’ATP extra-mitochondriale via la dégradation du glycogène et du glucose qui ne nécessite pas l’utilisation d’oxygène (voie anaérobie). La dégradation du glucose (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.
Le Lactate : Une Molécule de Signalisation
Le lactate, loin d'être un simple déchet, agit comme une molécule de signalisation. Le glucose entre dans la cellule musculaire à l’aide de transporteurs spécifiques, les GLUTs (transporteurs du glucose), et est dégradé au cours de la glycolyse. La glycolyse génère du pyruvate qui est transformé en lactate par la lactate déshydrogénase (LDH), ce qui régénère le NAD permettant à la glycolyse de se poursuivre. Le lactate peut aussi être capté par le muscle à l’aide de transporteurs spécifiques, les MCTs (monocarboxylate transporteurs), qui sont associés à une protéine chaperonne, le CD147. Ces échanges, entrée et sortie, se font selon le gradient de concentration du lactate. Ces MCTs sont aussi présents au niveau de la mitochondrie, lieu majoritaire de production d’ATP (adénosine triphosphate) grâce au cycle de Krebs et à la chaîne respiratoire et d’espèces réactives de l’oxygène (ERO).
Cette production d’ATP est particulièrement importante au début de l’exercice quand l’apport en oxygène aux muscles est insuffisant, et lors d’exercices intenses lorsque l’activité mitochondriale ne permet pas une régénération suffisamment rapide de NAD. Ainsi, 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 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+.
Le Lactate Comme Substrat Énergétique
Le lactate ne doit pas être considéré comme un « déchet » métabolique puisque, 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. D’ailleurs, il est connu depuis très longtemps qu’un muscle en activité libère du lactate dans le sang et que si la contraction se poursuit le muscle finit par recapter du lactate pour l’utiliser comme substrat énergétique.
La Navette du Lactate
Dans les années 1990, G. Brooks a mis en évidence le concept de la navette du lactate, où le lactate produit dans une cellule 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). Comme ce sont des symports lactate/protons, ces transporteurs jouent un rôle majeur dans la régulation du pH intracellulaire et la coordination du métabolisme. Au niveau du muscle squelettique, on trouve deux principales isoformes MCT1 et MCT4 qui présentent des caractéristiques bien distinctes. Il existe de nombreuses situations où la quantité de ces transporteurs peut varier, mais le principal facteur de variation est l’activité musculaire. Ainsi, 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.
Lactate et Contraction Musculaire
Même si le lactate peut être considéré comme un substrat particulièrement utile pour le muscle en activité, il convient tout de même de considérer que certaines expérimentations suggèrent que l’accumulation du lactate pourrait perturber la contraction musculaire et cela indépendamment de la baisse du pH. En effet, Hogan et al. ont montré que le lactate pouvait réduire la force musculaire développée par contraction musculaire indépendamment de la baisse du pH. Ces auteurs avaient alors suggéré que la baisse de la force musculaire était probablement liée à une altération du couplage excitation-contraction dans le muscle.
Lactate et Seuil Anaérobie
Ainsi, l’augmentation de la concentration de lactate dans le sang, généralement observée vers une intensité de l’ordre de 50 % de la puissance maximale au cours d’un exercice à charge progressivement croissante, a souvent été interprétée à tort comme étant le témoin de la mise en jeu des mécanismes énergétiques anaérobies et a conduit à la notion très répandue de « seuil an-aérobie ». Une deuxième notion très répandue et tout aussi erronée est que les sportifs produisent moins de lactate au cours de l’exercice que des sujets sédentaires.
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Le Lactate : Une "Lactormone"
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 ». Ainsi, 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.
Le Cycle de Krebs : La Centrale Énergétique Cellulaire
Le cycle de Krebs, également connu sous le nom de cycle de l'acide citrique ou cycle des acides tricarboxyliques (TCA), est une voie métabolique centrale dans les cellules vivantes. Il est essentiel dans le processus de respiration cellulaire, où il oxyde l'acétyl-CoA, dérivé des glucides, des graisses et des protéines, en dioxyde de carbone et en eau, tout en produisant de l'énergie sous forme d'ATP, de NADH et de FADH2.
Étapes Clés du Cycle de Krebs
- Formation du Citrate: L'acétyl-CoA se combine avec l'oxaloacétate pour former du citrate, une réaction catalysée par la citrate synthase.
- Isomérisation du Citrate: Le citrate est ensuite isomérisé en isocitrate par l'aconitase.
- Décarboxylation et Oxydation: L'isocitrate subit une décarboxylation et une oxydation, catalysées par l'isocitrate déshydrogénase, formant de l'α-cétoglutarate et libérant du CO2.
- Décarboxylation Oxydative: L'α-cétoglutarate est converti en succinyl-CoA par l'α-cétoglutarate déshydrogénase, libérant une autre molécule de CO2.
- Conversion du Succinyl-CoA: Le succinyl-CoA est transformé en succinate par la succinyl-CoA synthétase, produisant du GTP (qui peut être converti en ATP).
- Oxydation du Succinate: Le succinate est oxydé en fumarate par la succinate déshydrogénase, produisant du FADH2.
- Hydratation du Fumarate: Le fumarate est hydraté en malate par la fumarase.
- Oxydation du Malate: Le malate est oxydé en oxaloacétate par la malate déshydrogénase, produisant du NADH et régénérant l'oxaloacétate pour le début d'un nouveau cycle.
Importance du Cycle de Krebs
- Production d'Énergie: Le cycle de Krebs est une source majeure de NADH et de FADH2, qui sont essentiels pour la chaîne de transport d'électrons dans la mitochondrie, où la majorité de l'ATP est produite.
- Intermédiaire Métabolique: Le cycle fournit également des intermédiaires pour la synthèse d'autres molécules importantes, telles que les acides aminés et les bases nucléotidiques.
- Régulation Métabolique: Le cycle de Krebs est étroitement régulé pour répondre aux besoins énergétiques de la cellule.
Lien entre le Cycle de Krebs et le Cycle du Lactate
Bien que distincts, le cycle de Krebs et le cycle du lactate sont interconnectés. Le lactate produit lors de la glycolyse anaérobie peut être converti en pyruvate, qui est ensuite transformé en acétyl-CoA pour entrer dans le cycle de Krebs. Ce processus permet d'utiliser le lactate comme source d'énergie, en particulier dans les cellules musculaires et le cœur.
Applications Pratiques et Mesures du Lactate
La mesure du lactate est utilisée dans divers contextes, notamment lors de tests en laboratoire et sur le terrain. Un prélèvement d’une goutte de sang capillaire à la pulpe du doigt ou au lobe de l’oreille suffit. Parmi les limites de cette technique d’évaluation, il faut rappeler que le dosage de la lactatémie est très « opérateur dépendant ». La principale limite de cette technique réside dans le temps de diffusion de l’acide lactique qui n’est parfois pas suffisamment pris en considération. En effet, lors d’un effort maximal, la lactatémie maximale apparaîtra quelques minutes (2 à 5 minutes) après l’arrêt de l’effort. Lors des tests sous maximaux, notamment ceux utilisés lors de tests de terrain, ou à l’entraînement, l’adaptation physiologique de l’organisme étant plus stable, les variations de taux sanguin sont elles aussi plus stables donc les dosages plus fiables. Car c’est de toute façon la cinétique de la lactatémie qui est intéressante, beaucoup plus qu’un dosage instantané.
La production de lactate reste stable, ne dépassant pas classiquement 4mmol/l (limite arbitraire). Le muscle est alors capable de réorienter l’acide lactique produit vers le cycle de Krebs, pour produire de l’énergie, évitant ainsi son accumulation. Le muscle à l’effort et en se contractant convertit de l’énergie chimique en énergie mécanique. Pratiquer une activité physique et/ou sportive nécessite d’adapter son alimentation afin d’optimiser ses bienfaits pour la santé. Les lactates sont encore parfois dosés lors des tests en laboratoire, mais également lors des tests de terrain. Ils présentent l’avantage de la simplicité d’utilisation.
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