D4 Analyse métabolique et physiologique

Topique

L'analyse métabolique et physiologique quantifie la dépense énergétique et l'état fonctionnel des systèmes organiques pendant l'exercice, fournissant ainsi la dimension thermodynamique de la performance locomotrice. La calorimétrie indirecte permet d'estimer la chaleur métabolique totale produite par l'animal à partir de sa consommation d'oxygène et de sa production de dioxyde de carbone, sans mesure directe de cette chaleur. En effet, les relations stœchiométriques entre les substrats métaboliques utilisés par l'organisme et les échanges d'oxygène et de dioxyde de carbone avec l'environnement sont connues avec une grande précision.

Le rapport entre la production de dioxyde de carbone et la consommation d'oxygène révèle le substrat énergétique prédominant utilisé par l'organisme à un instant donné : une valeur proche de 70 % indique une combustion prédominante des graisses, une valeur proche de 1 indique une combustion prédominante du glucose, et une valeur supérieure à 1 indique une production de lactate par les muscles, signifiant qu'une part importante du métabolisme est devenue anaérobie.

La consommation d'oxygène possède un plafond aérobie pour chaque animal : il s'agit de la consommation maximale d'oxygène que l'organisme peut maintenir lors d'un exercice d'intensité maximale. Ce plafond aérobie n'augmente pas proportionnellement à la masse corporelle lorsqu'on compare des animaux de tailles différentes, mais plutôt, pour une masse corporelle légèrement inférieure, aux trois quarts environ. Ainsi, un animal dix fois plus lourd qu'un autre n'a pas un plafond aérobie dix fois supérieur, mais considérablement inférieur.

L'efficacité avec laquelle un animal convertit sa consommation d'oxygène en mouvement est exprimée par le coût de transport : la quantité d'énergie métabolique dépensée par l'animal par unité de masse corporelle et par unité de distance parcourue. Exprimé de cette manière, le coût de transport permet de comparer l'efficacité locomotrice entre des espèces de tailles très différentes, ce que la seule consommation d'oxygène, non normalisée par rapport à la masse et à la distance, ne permet pas directement.

L'état fonctionnel des systèmes organiques mentionnés précédemment peut également être évalué directement sur la peau grâce à la thermographie infrarouge. Cette technique mesure la température de surface du corps avec une résolution spatiale, en exploitant le fait que chaque corps émet un rayonnement infrarouge dont la quantité augmente beaucoup plus rapidement que sa propre température. Les différences de température observées entre différentes parties du corps reflètent, selon le lieu de mesure, les schémas de circulation sanguine, les processus inflammatoires locaux ou un stress thermique généralisé.

Le lactate, qui apparaît dans le sang lors d'un métabolisme anaérobie, ainsi que d'autres biomarqueurs comme le cortisol et la créatine kinase, suivent une dynamique simple : la vitesse à laquelle la concentration de chacun de ces biomarqueurs augmente ou diminue à un instant donné est proportionnelle à sa concentration à cet instant. Cela signifie qu'après le stimulus qui les augmente, leur concentration plasmatique augmente puis diminue, suivant des trajectoires exponentielles au fil du temps.

Lors d'un exercice sous-maximal, l'économie de la marche décrite précédemment s'avère être un prédicteur plus sensible de la performance locomotrice que le plafond aérobie de l'animal, précisément parce que la plupart des mouvements réels se produisent bien en deçà de ce plafond. Le point où la concentration de lactate dans le sang cesse d'augmenter progressivement et commence à s'accélérer brusquement marque le seuil anaérobie de l'animal, la transition vers des modes de locomotion que l'organisme ne peut maintenir longtemps sans épuiser sa capacité métabolique — la dépense énergétique même par laquelle cette analyse métabolique et physiologique a commencé sa description.

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