3 Signification de la lactatémie

Après avoir vu l'évolution du lactate en fonction de l'intensité et de la durée de l'effort, tentons de comprendre ce qui peut expliquer cette dynamique. Pour ce faire, commençons par entrer dans les considérations chimiques de la formation du lactate.

3.1 Formation du lactate

Nous avons vu dans le chapitre consacré à l'énergie (physiologie / énergie) que la voie principale d'apport d'énergie à la cellule met en jeu la dégradation du glucose. Dans un premier temps, la molécule de glucose subit une série de 10 réactions successives pour donner deux acides pyruviques au cours d'un processus appelé "glycolyse". Le devenir de l'acide pyruvique ainsi produit peut être double. Une partie est oxydée c'est à dire transformée en dioxyde de carbone et en eau au cours du cycle de Krebs se déroulant dans des conditions aérobies. L'autre partie est transformée en acide lactique sous le contrôle de la lactate déshydrogénase (LDH). Cette réaction réversible implique un transfert de protons H+ des transporteurs NADH au substrat (dans la page consacrée à l'énergie, nous avions - par soucis de simplification - appelé T les transporteurs).

	LDH
CH3 -CO-COOH + NADH++		CH3 -CHOH-COOH + NAD+
(acide pyruvique)		(acide lactique)

Cette réaction dite d'oxydo-réduction est catalysée par la LDH. L'isoenzyme M de la LDH, prédominante dans les muscles squelettiques, favorise la transformation de l'acide pyruvique en acide lactique [nous parlons de l'équilibre des réactions et de leur régulation dans la page consacrée à l'énergie Remarquons par ailleurs, que nous retrouvons le mécanisme de différenciation des enzymes dont nous avons parlé à propos des protéines assurant la dégradation de l'ATP (physiologie].
A l'acidité de l'organisme, l'acide lactique se trouve presque complètement dissocié en ions lactate et hydrogène (H+ou plus exactement hydronium HCO3-).

Après avoir été produit, l'organisme ne peut se permettre de maintenir sur place une grande quantité d'acide lactique. Il doit en faire quelque chose.

3.2 Elimination du lactate

L'élimination du lactate est assurée par plusieurs mécanismes :
par sa transformation en glucose ou en glycogène (néoglucogenèse). 15 à 20% de la quantité totale du lactate est ainsi transformée en glycogène surtout au niveau du foie par le cycle de Cori.
par oxydation en pyruvate : cette oxydation est la réaction inverse de celle donnant naissance au lactate. Elle est catalysée par l'isoenzyme LDH H. Elle se fait essentiellement au niveau des muscles et du myocarde. Elle représenterait pour ces deux structures une source importante d'énergie (Freund et Zouloumian 1987, Freund et al 1986, Brooks 1987)
le reste est excrété principalement par le rein, accessoirement par la sueur.

A travers les mécanismes mis en jeu pour éliminer le lactate nous pouvons nous rendre compte que ce dernier contribue à la fourniture d'énergie via la formation de nouvelles molécules de glucose et via sa dégradation en présence d'oxygène. Nous touchons là au rôle énergétique que ce dernier peut jouer. Mais nous reviendrons sur ce point. Continuons à envisager l'apparition et l'enlèvement du lactate dans le sang.

A tout moment, la masse totale de lactate dans le sang traduit la combinaison des deux processus que nous venons d'envisager : son apparition (production musculaire et transfert) et sa disparition (métabolisation et excrétion).

3.3 Entre apparition et disparition

Brooks (1985) distingue :
un débit global d'apparition ou de production = Ra (Rate of appearance)
un débit global de disparition ou d'utilisation = Rd (Rate of disappearance)

La lactatémie serait le reflet du débit d'entrée et de sortie du lactate dans le sang. A l'état stable, la concentration du lactate sanguin reste constante. Les taux d'apparition et de disparition du lactate dans le sang sont égaux. A l'inverse, toute variation de la lactatémie résulte d'une rupture d'équilibre entre le débit d'apparition et le débit de disparition du lactate dans le sang. L'apparition d'un déséquilibre entre débit d'apparition et débit de disparition peut être interprétée par :
une variation (augmentation ou diminution) de l'apparition Ra
une variation de la disparition Rd
une association des deux processus.

A l'exercice, le débit d'apparition (Ra) s'accroît (Depocas et al, 1969) de même que Rd (débit de disparition) (Hubbard, 1973). L'augmentation de Rd pendant l'effort semble être due avant tout aux processus oxydatifs (= aérobies) (Depocas et al, 1969). En effet, nous avons signalé que le lactate peut être utilisé comme substrat énergétique par les muscles composés principalement de fibres lentes et "rapides de type a" chez lesquelles prédomine le métabolisme aérobie (Issekutz et al, 1976). Une étude menée chez le rat révèle que l'entraînement en endurance augmente l'enlèvement métabolique du lactate sanguin sans modification de son apparition (Donovan et Brooks, 1983). Cependant même si en valeur absolue, Rd s'accroît au cours de l'exercice, progressivement l'efficacité des mécanismes assurant l'élimination du lactate subirait une diminution relative au fur et à mesure que l'apparition Ra, donc que la puissance de l'exercice, s'élève. L'élévation du lactate sanguin [LA]s ne serait donc que l'expression de cette différence progressivement accrue (Ra - Rd) en fonction de l'augmentation de la consommation d'oxygène (Brooks, 1985).
Cette diminution relative de Rd par rapport à Ra met en évidence un phénomène de saturation des processus d'élimination du lactate sanguin (Eldridge et al, 1974) laquelle expliquerait l'élévation rapide de la lactatémie sanguine (Brooks 1985).

Pour simplifier, si l'acide lactique augmente pendant l'effort c'est que nous n'arrivons pas à l'enlever suffisamment rapidement.

La modélisation faisant la part de l'apparition et de la disparition du lactate dans le sang est intuitivement facile à saisir ; cependant elle ne nous est pas utile aussi longtemps que nous n'avons pas la possibilité de quantifier les débits d'entrée et de sortie du lactate dans le sang. Freund et l'équipe du CNRS de Strasbourg ont répondu à cette attente en se basant sur un modèle simple et original.

3.4 Le modèle bicompartimental de Freund

Freund part d'un constat proche de celui que nous venons d'établir : la variation de la quantité de lactate accumulée dans le sang est la résultante dynamique de la production, de l'utilisation intramusculaire et des échanges (figure ci-dessous). Du lactate est produit dans un endroit spécifique et diffusé dans le sang (espace lactate) ou il est drainé.

Loi de conservation de masse du lactate : le lactate accumulé est la résultante dynamique de la production, de l'utilisation intramusculaire et des échanges.

Le premier pari de Freund et de l'équipe de Strasbourg est que la seule cinétique du lactate à la fin de l'exercice nous donne des informations sur tout ce qui se passe dans l'organisme. La deuxième hypothèse est qu'une analyse mathématique devrait permettre d'accéder à ces informations. Dès lors, il n'est pas nécessaire d'injecter du lactate marqué. Le troisième parti pris est que la lactatémie doit être analysée au niveau du sang artériel qui est représentatif de ce qui se passe dans l'ensemble des sites. En effet, le sang artériel a la même composition que le sang veineux mêlé. Il regroupe de manière homogène l'ensemble du lactate produit à différents endroits de l'organisme.

La technique utilisée consiste à suivre la lactatémie après l'exercice jusqu'au retour à des valeurs de repos (parfois deux heures après). Quelque soit l'intensité ou la durée de l'exercice, la lactatémie suit alors une évolution composée de deux phases (biphasique) comprenant une première phase d'élévation ou de stagnation puis une phase de baisse. Cette évolution peut être formalisée par une formule mathématique biexponentielle.

L'avantage de cette modélisation est qu'elle permet de faire appel au modèle des compartiments pour rendre compte de la lactatémie. Selon ce modèle, les échanges de lactate peuvent être représentés par un système à deux compartiments (distinction physiologique et non anatomique):
les muscles actifs
le reste de l'espace de distribution du lactate

La dynamique du lactate peut alors être représentée par deux vases communicants :

A l'exercice, la production de lactate augmente, le niveau s'élève dans les deux compartiments mais de façon plus marquée dans l'espace musculaire. Les robinets de métabolisation (transformation par les voies énergétique) sont ouverts. Le robinet de diffusion n'est pas encore ouvert (ou peu).

A la fin de l'exercice, le niveau de lactate dans les muscles diminue alors qu'il augmente dans le sang (1ère phase de la courbe ci-dessous). Tous les robinets sont ouverts (Freund et al, 1986).

Dans la 2ème phase, le taux de lactate dans le sang diminue à son tour.

L'analyse mathématique a permis de dégager une formule à deux exponentielles. Les constantes de vitesse des fonctions exponentielles ajustées sur les courbes de récupération donnent des informations sur l'aptitude de l'organisme à échanger (1ère exponentielle = y1) et à métaboliser le lactate (2ème exponentielle = y2).

Selon Freund, le système présente un certain nombre de caractéristiques :
Quand le déséquilibre s'est installé, le temps pour revenir au niveau de repos est indépendant du niveau de liquide (lactate accumulé). Tout dépend des robinets et de leurs ouvertures.
L'aptitude à métaboliser le lactate correspond au produit du volume accumulé par le coefficient de métabolisation.
les échanges de lactate se font proportionnellement à [Las] quelque soit l'intensité de l'exercice. Ainsi, plus il y a de lactate dans le sang, plus il est diffusé. Cette hypothèse, confirmée depuis, fut avancée à une époque ou la plupart des auteurs pensaient qu'à partir du seuil, les échanges ne répondaient plus à cette loi (théorie de la saturation de la diffusion à l'origine de l'hypothèse de l'existence d'un seuil lactique

Remarquons que cette dynamique se conforme complètement à ce que nous avons dit à propos de la diffusion des substances et la régulation des transformations énergétiques (physiologie/énergie/#régulation).

y1 et y2 sont influencées par un certain nombre de caractéristiques :
l'intensité et la durée de l'exercice. Plus l'exercice est intense, moins y2 (métabolisation) est élevée. Plus l'exercice se poursuit dans le temps plus l'aptitude à échanger et métaboliser le lactate diminuent.
La récupération active favorise la disparition du lactate (y2 est supérieure avec la récupération active)
y1 et y2 sont reliées aux performances des athlètes.

La modélisation de l'équipe de Strasbourg tend à simplifier les investigations tout en apportant des indices sur différentes régions de l'organisme. Elle permet notamment de se faire une idée de l'évolution du lactate dans un endroit auquel nous avons bien du mal à accéder : le muscle.

4 Lactates entre sang et muscles

Grâce à la technique des biopsies musculaires, certains chercheurs sont allés directement comparer les cinétiques (évolutions) du lactate sanguin et celles trouvées au niveau des muscles.
En effet, si nous voulons accorder une véritable valeur aux mesures de la lactatémie dans le sang, nous devons admettre le postulat selon lequel ce qui se passe dans le sang est le reflet de ce qui se passe dans le muscle. Or, le mode de répartition du lactate entre le muscle et le milieu sanguin est loin d'être entièrement élucidé. Plusieurs observations permettent même de douter de la validité du postulat que nous venons d'émettre.

Au cours de l'exercice, le lactate produit au sein de la cellule musculaire peut :
s'accumuler sur place et subir un processus d'oxydation (transformation en présence d'oxygène)
diffuser dans l'espace extracellulaire où il peut être capté et utilisé par d'autres fibres musculaires voisines à métabolisme oxydatif plus prononcé
apparaître dans le sang veineux efférent (s'en allant) du territoire musculaire considéré. Au cours de la circulation qui suit, le lactate peut alors être capté par de nombreux autres organes tels que les muscles au repos, le myocarde, le foie...

Ces mécanismes conduisent à des taux de lactate sanguin et musculaire qui peuvent s'avérer différents.
Les comparaisons faites entre la concentration du lactate dans le muscle [LA]m et celle du lactate sanguin [LA]s montrent qu'à partir d'une puissance d'effort supérieure à 75-80% de VO2max, la valeur de [LA]m est supérieure à celle de [LA]s (Diamant et al 1968; Karlsson 1971; Jorfeldt et al 1978). En revanche pour des exercices d'intensité modérée (30% 50% 70% de VO2max) réalisés sur ergocycle, Jorfeldt et al (1978) trouvent dans les homogénats de muscle vaste externe (morceaux de muscles prélevés sur l'avant de la jambe), des concentrations de lactate inférieures à celle du sang artériel prélevé simultanément à la 4ème et 12ème.
Ainsi, le lactate sanguin ne refléterait pas systématiquement le lactate présent dans le muscle. Ceci semble particulièrement vrai quand l'intensité de l'effort augmente.

La condition physique semble aussi pouvoir influer sur la répartition du lactate entre milieu intra et extracellulaire. En effet, pour un même effort submaximal (dont l'intensité est inférieure à la VMA et souvent proche des allures de footing), [LA]m est moins élevé par rapport à [LA]s après entraînement qu'avant (Karlsson et al, 1972).

A l'arrêt de l'effort les cinétiques de [LA]m et de [LA]s ne sont pas superposables. La première diminue de manière brutale et rapide alors que la seconde s'élèvent encore pendant trois à cinq minutes (les deux phénomènes étant sans doute liés) avant de diminuer ensuite parallèlement l'une et l'autre de façon exponentielle (Diamant et al, 1968).
Les mécanismes régissant la sortie de lactate hors de la fibre musculaire ne sont pas bien connus. Selon Jorfeldt et al (1978) à partir d'un certain niveau de concentration intracellulaire le phénomène de diffusion sature. La quantité de lactate déversée dans le sang par unité de temps reste alors constante même lorsque [LA]m continue d'augmenter. Le pH extracellulaire - exprimant l'acidité présente en dehors du muscle - paraît jouer un rôle de premier plan dans ce mécanisme de saturation. Il semble en effet que l'apparition de lactate dans le liquide de perfusion soit d'autant plus importante que le pH de celui-ci est augmenté - donc que l'acidité est réduite - par un accroissement de la concentration en bicarbonate (lesquelles font office de tampon) (Mainwood et Worsley-Brown 1975; Hirche et al 1975). Ainsi dans des exercices de puissance élevée, l'apparition de l'acidose pourrait en elle-même constituer un frein à l'apparition du lactate dans le sang.
Nous devons cependant rester prudents vis à vis d'une telle interprétation. Nous avons vu que le modèle de Freund contredit cette version.

Après l'évolution du lactate et la tentative de modélisation entreprise, tentons de comprendre pourquoi le lactate se forme. Passons aux rapports qu'entretient ce métabolite avec l'oxygène et l'acidité.