Les Glucides

1-Introduction

 

Les glucides sont un groupe de molécules qui regroupe les sucres et les amidons. Les glucides contiennent du carbone, de l’hydrogène et de l’oxygène. L’hydrogène et l’oxygène s’y retrouvant dans un rapport de 2 : 1 (2 hydrogènes pour 1 oxygène), les glucides étaient auparavant appelés hydrates de carbone (en référence à la composition de l’eau H2O1).

Les glucides sont avant tout une source de combustible que les cellules peuvent obtenir et employer facilement afin de synthétiser de l’ATP via les mécanismes de la respiration cellulaire que nous verrons dans un second temps.

 

 

2-Classification et réactions chimiques de base

 

Les glucides sont classés en fonction de leur taille et de leur solubilité en trois types :

 

Les Monosaccharides (unité de base de tous les autres sucres) : sont formés d’une seule chaîne ou d’une seule structure cyclique contenant de 3 à 7 atomes de carbone (C).

En général, les proportions de carbone d’hydrogène et d’oxygène sont 1 : 2 : 1

-La formule générale d’un monosaccharide est donc (C H2O)(x)

-Donc la formule chimique du glucose qui possède 6 atomes de carbone est C6 H12 06. C’est ce qu’on appelle une hexose (sucre à 6 carbones).

Il existe deux isomères du glucose, le galactose et le fructose, de même formule chimique, c’est l’organisation des atomes qui change et donc leurs propriétés chimiques.

 

Les Disaccharides (deux sucres) : sont formés par réaction de synthèse de deux monosaccharides, au cours de cette réaction la formation de la liaison entraîne la perte d’une molécule d’eau, soit une déshydratation (pas pour le corps mais par rapport à la formule chimique).

 

En effet, on note la synthèse d’un disaccharide :

​

Glucose C6 H12 06 + Fructose C6 H12 06 ---> C12 H22 O11 (sucrose) + H2O (eau)

 

Les disaccharides principaux et les plus importants dans l’alimentation sont :

 

• le sucrose (glucose + fructose) comme le sucre de canne ou de table

• le lactose (glucose + galactose) présent dans le lait

• le maltose (glucose + glucose) ou sucre de malt (fabrication de la bière)

 

Les disaccharides sont trop gros pour traverser les membranes cellulaires. Ils doivent donc être hydrolysés au cours de la digestion afin d’être transformés en sucres simples (monosaccharides) et pouvoir être transportés dans le sang. L’hydrolyse est la réaction inverse de la synthèse, la liaison entre les deux sucres simples formant un disaccharide est rompue par addition d’une molécule d’eau.

 

Hydrolyse d’un disaccharide :

​

C12 H22 O11 (sucrose) + H2O (eau) ---> Glucose C6 H12 06 + Fructose C6 H12 06

 

 

Pour résumer, lorsqu’un disaccharide est ingéré, il est hydrolysé au cours de la digestion pour traverser les membranes cellulaires des intestins afin d’atteindre le compartiment sanguin jusqu’au foie, qui permettra soit l’utilisation directe des glucides circulants pour produire de l’énergie, soit leur stockage sous forme de glycogène (hépatique et musculaire) si les stocks ne sont pas pleins, soit leur transformation en triglycérides afin d’être stockés sous forme de tissus adipeux.

 

 

Les Polysaccharides (plusieurs sucres) : sont de longues chaînes de sucres simples réunis par réactions de synthèse. Ces longues molécules sont appelées des polymères.Du fait de leur grande taille, ces molécules n’ont pas le goût sucré et sont un moyen de stockage idéal car ils sont insolubles.

 

Seuls deux sont indispensables à l’organisme :

 

L’amidon, qui est la forme sous laquelle les végétaux stockent les glucides. Une molécule d’amidon peut contenir plusieurs milliers de molécules de glucose. La cellulose des végétaux n’est pas digérée par l’organisme mais permet de donner du volume aux selles, facilitant leur mouvement dans le colon.

 

Le glycogène qui est la forme de stockage des glucides dans les tissus animaux, dans les muscles squelettiques et dans les cellules du foie.

 

Le glycogène et l’amidon sont deux polymères du glucose. Ils se différencient par leur degré de ramification. Leur formule chimique est identique mais l’organisation des atomes de l’amidon et du glycogène est différente.

 

Quand la concentration en glucose sanguin diminue trop rapidement, les cellules du foie dégradent du glycogène afin d’en extraire du glucose qui puisse circuler dans le sang et alimenter les mécanismes de respiration cellulaire.

 

 

3-La respiration cellulaire

 

Comme indiqué en introduction, les glucides sont avant tout une source de combustible que les cellules peuvent obtenir et employer facilement.

​

Dans l’organisme, la voie de production d’énergie par le catabolisme (ou dégradation) du glucose est la respiration cellulaire.

 

La respiration cellulaire est une suite de réactions chimiques dont l’équation générale est :

 

C6 H12 06 + 6 O2 ---> 6 CO2+ 6 H20 + 36 ATP + chaleur

​

1 Glucose + 6 oxygènes ---> 6 dioxydes de carbone + 6 molécules d’eau + 36 Adénosines Tri Phosphate + chaleur

 

Les 3 étapes (ou réactions) de la respiration cellulaire

 

Cette partie ne rentrera pas dans tous les détails de toutes les réactions de la respiration cellulaire, seules les étapes et les réactions majeures seront détaillées succinctement.

 

Étape 1 : la Glycolyse

Etape 2 : le Cycle de Krebs

Étape 3 : la Phosphorylation Oxydative effectuée par la chaine de transport des électrons

 

La première étape de la respiration cellulaire, la glycolyse, a lieu dans le cytosol, elle se déroule en 10 étapes, sa résultante énergétique est un gain net de 2 ATP.

La glycolyse permet de dégrader 1 mole de glucose en 2 acétyl CoA et 2 NADH (forme réduite de la NAD, Nicotinamide Adénine Dinucléotide). Les 2 acétyl CoA sont directement utilisables par l’étape suivante, le cycle de Krebs ; Les 2 NADH son transportées via la chaine de transport des électrons pour subir une phosphorylation oxydative à l’étape 3 de la respiration cellulaire.

Lors de l’amorce de la glycolyse, la réaction chimique est une phosphorylation au niveau du substrat (une phosphorylation du glucose), elle permet au glucose de pénétrer dans le cytoplasme en devenant du glucose-6-phosphate.

Lors des phases 2 et 3 de la glycolyse, 2 ATP sont consommées, Les phases 7 et 10 permettent chacune de produire 2 ATP, d’où un gain net de 2 ATP pour une production totale de 4 ATP.

 

La deuxième étape de la respiration cellulaire, le Cycle de Krebs, se produit dans les mitochondries, il se déroule en 8 étapes, sa résultante énergétique est une production de 2 ATP, ainsi que 8 NADH et 2 FADH (forme réduite de la Flavine Adénine Dinucléotide). Ces deux derniers vont suivre la chaine de transport de électrons afin de subir une phosphorylation oxydative lors de la troisième étape de la respiration cellulaire.

 

La troisième et dernière étape de la respiration cellulaire, la phosphorylation oxydative, se produit grâce à la chaine de transport des électrons. Cette dernière utilise des NADH + H+ et des FADH2 afin de produire des ATP.

 

Chaque NADH + H+ permet de produire 3 ATP, chaque NADH2 permet de produire 2 ATP.

 

Si l’on reprend les valeurs données, on obtient :

 

2 NADH par la glycolyse (et 2 ATP), 8 NADH par le cycle de Krebs soit 10 NADH et 2 ATP

2 FADH par le cycle de Krebs

 

Donc

 

10 NADH x 3 ATP soit 30 ATP produit à partir des NADH + 2 ATP (de la glycolyse)

2 FADH x 2 ATP soit 4 ATP produits à partir des FADH

 

La respiration cellulaire permet donc dans son ensemble la production de 36 ATP. 34 en provenance directe de la chaine de transport des électrons, et 2 à partir de la glycolyse et du cycle de Krebs (4 produits mais 2 utilisés).

 

​

Pour résumer cela, c’est grâce à la respiration cellulaire que la réaction de catabolisme du Glucose peut avoir lieu et c’est cette réaction qui permet de produire de l’énergie directement utilisable par les cellules musculaires. L’énergie produite par la respiration cellulaire est transportée jusqu’à être utilisée  sous la forme d’ATP (Adénosine Tri phosphate) par une cellule. Cette dernière va se servir de cette ATP pour en extraire de l’énergie directement utilisable et se contracter (pour les cellules musculaires, ou fonctionner plus généralement).

​

​

4-La place des glucides dans l’alimentation

 

Dans cette partie, nous verrons une autre manière d’aborder les glucides. En effet, outre les aspects purement physiologiques, il me paraît important de pouvoir donner des informations et des connaissances opérantes, qui soient directement utilisables dans le réel, au quotidien.

 

RAPPELS :

 

La ration énergétique : c’est la quantité d’énergie nécessaire au maintien de l’homéostasie d’une personne, à sa survie quoi. On peut parler de métabolisme de base ou métabolisme basal.

Elle se mesure en Kilo Joules (KJ), mais en nutrition on utilise de façon beaucoup plus importantes les Kilo Calories, malheureusement beaucoup trop souvent ce terme est encore réduit, en calorie, pour simplifier…

 

De façon générale, il est admis que la ration énergétique moyenne pour une femme se situe autour de 1500-1600 kilocalories et pour un homme autour de 1800-2000 kilocalories par jour.

 

Toutefois, il est important de comprendre que la ration énergétique varie énormément en fonction de la composition corporelle (taux de masse grasse, masse musculaire, essentiellement), du niveau d’activité physique quotidien, de l’âge, du sexe.

 

En effet, un homme de 25 ans pesant 75 Kg et à 10% de masse grasse, avec environ 65 kg de masse musculaire aura un métabolisme de base plus élevé et donc nécessitera une ration énergétique plus élevée qu’une femme de 55 ans pesant 75 kg pour 35% de masse grasse, avec environ 47 kg de masse musculaire.

 

Il existe plusieurs méthodes pour obtenir, calculer, ou mesurer son métabolisme de base pour en déduire la ration énergétique.

 

La méthode empirique : si vous avez des habitudes assez régulières et que vous ne prenez pas spécialement de poids d’une année sur l’autre, vous mesurez votre apport énergétique quotidien moyen et vous obtenez approximativement votre ration énergétique.

 

La méthode « pseudo » scientifique (mais assez précise et reproductible) est la mesure avec un appareil d’impédancemétrie, une balance qui donne directement son % de masse grasse, de masse musculaire ainsi qu’une déduction du métabolisme de base.

 

La méthode scientifique, consiste à enfermer le sujet dans un caisson qui calcule la consommation énergétique de ce dernier à l’aide de ses gaz expirés ainsi que la chaleur émise par son corps. La mise en œuvre pour le grand public n’est pas impossible mais coûteuse et extrêmement contraignante.

 

Une fois que vous connaissez votre métabolisme de base et donc votre ration énergétique quotidienne, vous pouvez calculer votre apport nécessaire en glucides.

 

Un régime alimentaire ÉQUILIBRÉ se compose de :

 

55 à 60% de l’apport énergétique provient des glucides

 

25 à 30% de l’apport énergétique provient des lipides

 

10 à 20% de l’apport énergétique provient des protéines

 

ATTENTION : 1 Gr de glucide et 1 Gr de protéine nous délivrent 4 Kcal alors qu’1 Gr de lipide nous délivre 9 Kcal. L’équilibre de la ration ne se base donc pas sur les quantités mais sur l’apport énergétique (10 Gr de glucides apportent 40 Kcal alors que 10 Gr de lipides apportent 90 Kcal).

 

​

5-La part de la ration énergétique et sa composition

 

Comme indiqué précédemment, 55% à 60% de l’apport énergétique devrait provenir des glucides.

Mais attention, pas de n’importe quels glucides. En effet, la répartition idéale de l’apport énergétique en glucides est de 90% provenant d’une source de glucides complexes (ou lents) et seulement 10% provenant des glucides simples (ou rapides).

Personnellement, je modèrerai un peu cette répartition en considérant des aliments comme étant à Index glycémique moyen et en leur attribuant 10% à 15% de l’apport énergétique en glucides.

 

On peut considérer donc comme très bon un apport en glucides provenant à

 

75-80 % de glucides à IG faible. (de 10 à 50)

10-15% de glucides à IG moyen. (de 55 à 70)

5-10% de glucides à IG élevé. (de 75 à 100+)

 

C’est quoi l’Index Glycémique ?

 

L’Index Glycémique permet de classer les aliments, notamment ceux riches en glucides, en fonction de la courbe de réponse à l’insuline qu’ils produisent. Plus précisément de l’aire produite sous la courbe et de son pic.

Pour simplifier, plus un sucre est simple (monosaccharide) plus il est rapide à digéré et plus il fait sécréter au corps un forte dose d’insuline pour être absorbé et stocké.

 

Un aliment avec un Index glycémique élevée possède la plupart du temps un goût sucré, alors que les aliments contenant de longues chaines, à IG plus élevé, comme les pâtes, la farine complète, le riz complet, n’ont eux pas le gout sucré.

 

Il est donc nécessaire de connaître la composition des aliments, notamment des quantités de glucides qu’ils contiennent mais pas seulement, il faut également tenir compte du type de glucide qui compose majoritairement l’aliment.

En effet, consommer 100 g. de sucre de cane n’équivaut pas à consommer 100 g. de pâtes complètes, d’un point de vu micro nutritionnel.

Attention aux aliments qui n’ont pas le goût sucré mais qui contiennent pourtant une grande quantité de sucres simples.

 

Par exemple, la pomme de terre contient beaucoup d’amidon (composé de longues chaines de glucides), mais la cuisson fait augmenter son IG, la meilleure manière de les utiliser est donc de les cuire à la vapeur ou avec la peau, malgré tout, cet aliment conservera un IG moyen.

Le riz blanc, précuit, ou a cuisson rapide, même chose, IG élevé, il vaut mieux privilégier le riz complet ou le riz rouge de camargue si l’on adore le riz.

Le pain blanc industriel, même chose, privilégier un pain complet ou de maïs.

 

Quelques aliments « rois » en terme d’apports nutritionnels :

 

Les pates complètes, le riz rouge de camargue, sont riches en glucides complexes.

 

Les lentilles vertes, corail, les pates de lentilles corail, sont également riches en glucides complexes (environ 55%) et possèdent également une forte teneur en protéines, de l’ordre de 25% pour les pates de lentilles. 

 

 

La prochaine partie de l’article sera une partie de nouveau plus orientée physiologie, consacrée aux stocks de glycogène, aux mécanismes de synthèse, de stockage et de dégradation du glycogène ainsi qu’au phénomène de décharge/rebond glucidique.

Pour les différents mécanismes, je vous mettrai une photo d'un schéma très bien fait en ANNEXES tout à la fin de l'article losqu'il sera terminé (j'ai tenté de reproduire le schéma moi-même

​

​

6-Décharge et rebond glucidique

 

Le phénomène de décharge et rebond glucidique fut utilisé au début par des athlètes suédois. Ils utilisaient ce que l’on appelle aujourd’hui, un régime dissocié scandinave couplé à une activité physique intense. Ce régime spécifique vise à dissocier la prise de macronutriments. Il était utilisé en association avec une activité physique intense afin de diminuer les stocks de glycogène disponibles dans un premier temps puis de les refaire augmenter à un niveau supérieur par rapport aux stocks de départ avant l’utilisation de cette méthode, grâce à la réintroduction des glucides dans l’alimentation et l’observation d’une période de récupération physique de 2 à 3 jours.

 

De nos jours, il semblerait que de façon générale, les athlètes tentent d’utiliser cette méthode en la couplant avec la modification de la balance sodium/potassium qui fera l’objet d’un article complet.

 

 

Quelques rappels et chiffres concernant les stocks de glycogène

 

Tout d’abord, il faut rappeler que le glycogène stocké se trouve à la fois dans les muscles et dans le foie. Ensuite le glycogène stocké n’est jamais totalement utilisé. En effet, il semblerait que même après un régime alimentaire faible en glucides couplé à des exercices de hautes intensités, il reste une certaine quantité de glycogène, même lorsque l’impossibilité de continuer l’activité physique survient. Autre point investigué, la survenue de la fatigue et du surentrainement. Il semblerait que malgré un régime riche en glucides et un maintient de hauts niveaux de stocks en glycogène musculaire et hépatique, les symptômes du surentrainement peuvent quand même apparaître, même chez des athlètes entrainés.

 

 

 

Les chiffres sur la masse de glycogène que nous pouvons stocker, la quantité que l’on peut en utiliser et quel peut être le gain espéré en effectuant un cycle de décharge/rebond glucidique, généralement, que ce soit sur des sites internet en français ou sur des vidéos francophones, vous pourrez trouver des valeurs de cet ordre : 

 

Quantité de glycogène stockée = apparemment environ 500 grammes (on ne donne pas la répartition glycogène hépatique, glycogène musculaire), on peut aussi trouver 350 grammes environ (avec une répartition de 200 grammes de glycogène musculaire et 150 grammes de glycogène hépatique), parfois même on pourra trouver 800 grammes…

 

Le gain espéré = une augmentation des stocks, un volume musculaire plus important, une augmentation des performances physiques et sportives, un gain d’énergie.

 

Certains indiquent même que la quantité de glycogène peut doubler (passant de 1,5-2 grammes de glycogène pour 100 grammes de muscle, à 3,5-4 grammes de glycogène pour 100 grammes de muscle). Allé pour le fun, on fait le calcul. Pour un homme de 70 kg pour 65 kg de masse musculaire, cela nous donne :

 

Calcul avant la décharge

 

Conversion des kilogrammes en hectogrammes donc : 65 kg = 650hectogrammes

 

Calcul de la masse de glycogène avant la décharge : 650 (le nombre de fois où on a 100 gr de muscle) x  2 (le nombre de grammes de glycogènes stockés pour 100 gr de muscle) = 1300grammes de glycogène. Je précise à ce niveau que dans le corps, 1 gramme de glycogène est stockée avec environ 3 gramme d’eau (2,7 grammes semble être le consensus). On retiendra pour nos calculs 2,5 grammes d’eau.

 

Masse d’eau nécessaire au stockage du glycogène : 2,5 x 1300 : 3250 grammes

 

Masse totale (glycogène + eau) avant la décharge : 1300 + 3250 = 4550 grammes, soit 4,550 kilogrammes.

 

 

Calcul après la décharge

 

Masse de glycogène après la recharge : 650 x 4 = 2600grammes de glycogène

 

Masse d’eau nécessaire au stockage : 2,5 x 2600 = 6500grammes d’eau

 

Masse totale (glycogène + eau) après la décharge : 2600 + 6500 = 9100grammes !

 

Calcul du gain de masse net : 9100 – 4550 = 4550 grammes de plus !

 

Je rajoute que ce gain est censé se produire en 2 à 3 jours, eh oui, car dans un premier temps, l’athlète réduit la quantité de glucides ingérés pendant 5 à 7 jours, et donc perd une partie de sa masse totale de glycogène et d’eau. Imaginons que l’athlète réduise de moitié (pour être gentil) ses stocks de glycogène pendant la décharge :

Il se retrouve à 2275 grammes (glycogène + eau) en fin de décharge au lieu de 4550 avant la décharge.

Il a donc perdu 2, 275 kilogrammes (4550 grammes avant la décharge moins les 2275 grammes perdus pendant le cycle).

L’athlète reprendra donc 6,850 kilogrammesen 2 à 3 jours. 9100 grammes (la masse totale théorique de glycogène et d’eau espérée en fin de cycle) – 2275 grammes (à la fois la masse perdu pendant la décharge et la masse restante de glycogène et d’eau en fin de décharge) = 6850 grammes soit 6,850 kilogrammes.

 

Maintenant vous avez la méthode pour une prise de masse propre à vie ! Enfin à moins que j’aborde ce que nous dit la littérature scientifique…

 

Bien, pour ne pas avoir à me taper tout le sale boulot en solo, je vous laisse lire quelques passages que j’ai sélectionnés tout spécialement pour vous.

Je dispose d’autres publications mais pour le moment on va rester sur cela. Je vous décrypterais ensuite le contenu de celles-ci, ce que l’on peut en extraire comme données et quels calculs théoriques on peut effectuer.

 

 

 

Supercompensation of muscle glycogen in trained and untrained subjects.

Roedde S , MacDougall JD , Sutton JR , Green HJ  

Canadian Journal of Applied Sport Sciences. Journal Canadien des Sciences Appliquees au Sport [01 Mar 1986, 11(1):42-46]

 

The mean initial glycogen concentration for the trained group was 115 mmol X kg-1 wet muscle weight and 92 mmol X kg-1 for the untrained group. Both groups showed similar post exercise depletion and recovery patterns when expressed as a % of their initial values. Following 3 days of high carbohydrate diet, the glycogen concentration for the trained cyclists reached 174 mmol X kg-1 or 152% of its initial value while the untrained-group reached 143 mmol X kg-1 or 155% of its initial value.

 

 

Training with low muscle glycogen enhances fat metabolism in well-trained cyclists.

Hulston CJ  , Venables MC  , Mann CH , Martin C , Philp A  , Baar K , Jeukendrup AE  

Medicine and Science in Sports and Exercise [01 Nov 2010, 42(11):2046-2055]

 

CONCLUSIONS: Training with low muscle glycogen reduced training intensity and, in performance, was no more effective than training with high muscle glycogen. However, fat oxidation was increased after training with low muscle glycogen, which may have been due to the enhanced metabolic adaptations in skeletal muscle.

 

 

No effect of glycogen level on glycogen metabolism during high intensity exercise.

Vandenberghe K , Hespel P , Vanden Eynde B , Lysens R , Richter EA   

Medicine and Science in Sports and Exercise [01 Sep 1995, 27(9):1278-1283]

 

Abstract

This study examined the effect of glycogen supercompensation on glycogen breakdown, muscle and blood lactate accumulation, blood-pH, and performance during short-term high-intensity exercise. Young healthy volunteers performed two supramaximal (125% of VO2max) exercise tests on a bicycle ergometer, either for 1 min 45 s (protocol 1; N = 18) or to exhaustion (protocol 2; N = 14). The exercise tests were preceded by either 5 d on a controlled normal (N) diet, or by 2 d of glycogen-depleting exercise accompanied by the normal diet followed by 3 d on a carbohydrate-rich (CHR) diet. In protocol 1, preexercise muscle glycogen concentrations were 364 +/- 23 and 568 +/- 35 mumol.g-1 d.w. in the N and CHR condition, respectively (P < 0.05). During the exertion, glycogen concentration in the M. quadriceps decreased to the same extent in both groups. Accordingly, the exercise-induced increases in muscle and blood-lactate, and the fall in blood-pH were similar during N and CHR. In protocol 2, time to exhaustion was identical for N and CHR. It is concluded that during short-term intense exercise during which muscle glycogen availability exceeds glycogen demand, rate of glycogen breakdown, lactate accumulation, and performance are regulated irrespective of the preexercise muscle glycogen level.

 

 

Glycogen Utilization in Leg Muscles of Men during Level and Uphill Running

D. L. GostillE. JanssonP. D. GollnickB. Saltin

First published: August 1974https://doi.org/10.1111/j.1748-1716.1974.tb05703.x

 

 

Abstract

Glycogen depletion was followed in the soleus, gastrocnemius, and vastus lateralis muscles of 3 men during 2 h of treadmill running on the level and uphill (+6o). One subject also ran downhill (‐4.5o). Running speed was adjusted in each condition to require 75% of the subjects' Vo2 max. Glycogen concentrations were similar in all 3 muscles at rest. From PAS staining glycogen appeared to be evenly distributed between slow and fast twitch fibres. A glycogen depletion of 17, 33, and 44 mmol of glucose units X kg‐1 wet weight occurred in the vastus lateralis, soleus, and gastrocnemius muscles, respectively, after running on the level. These values were 55, 46, and 60 mmol X kg‐1, respectively, after uphill running. Glycogen depletion in the soleus and gastrocnemius muscles after downhill running was similar to that after running on the level, however, in the vastus lateralis it was intermediate to that for uphill and level running. A loss of PAS stain was observed first in the slow twitch fibres in all conditions. The results support the concept of a differential involvement of the leg muscles during running which can be modified by running either uphill or downhill. Thus it is of importance for the representativity of a sample that it is taken from a particular muscle when the local response to exercise or physical training is studied.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

​