En août 2008, lors des 29èmes Jeux olympiques tenus à Pékin, la sportive chinoise Liu Chunhong a soulevé une barre de 158 kg lors de l’épreuve d’arraché, établissant un nouveau record du monde. Cela équivaut à soulever un homme de taille moyenne d’une seule main. Pourquoi les muscles humains ont-ils une telle force ? Tout comme un moteur a besoin d’électricité pour fonctionner et que l’électricité est principalement produite en brûlant du charbon ou du pétrole dans les centrales électriques, les muscles humains ont besoin d’une « composé énergétique », l’ATP, pour générer de l’énergie. Le « carburant » qui produit de l’ATP dans les cellules est principalement le glucose. Les animaux obtiennent du glucose en digérant l’amidon (un polymère de glucose) contenu dans les aliments.
Vous pourriez vous demander pourquoi on n’utilise pas les graisses comme « carburant » principal, puisqu’elles contiennent 39 kJ d’énergie par gramme, contre 17 kJ pour le glucose. La raison réside dans le fait que la vie sur Terre a vu le jour dans l’eau, et tous les êtres vivants utilisent l’eau comme milieu de réaction chimique. Bien que les graisses contiennent beaucoup d’énergie, elles sont très peu solubles dans l’eau et leur transport dans le sang et leur pénétration dans les cellules sont lents et difficiles, ce qui ne permet pas de répondre rapidement aux besoins énergétiques des cellules. C’est pourquoi elles ne sont utilisées que lorsque les muscles ne subissent pas de contraction intense.
En revanche, le glucose est très soluble dans l’eau et son entrée dans les cellules ne nécessite pas de dépense d’énergie. Depuis les organismes unicellulaires, le glucose est devenu le « carburant » principal des organismes vivants, et un ensemble très efficace de réactions chimiques a été développé pour l’oxydation du glucose. Grâce à cette « chaîne », le glucose est oxydé en eau et en dioxyde de carbone, et l’énergie libérée est utilisée pour la synthèse de l’ATP. Son rendement est très élevé : un molécule de glucose permet de produire 32 molécules d’ATP, avec une efficacité énergétique comparable à celle d’un moteur automobile. Le corps humain a « hérité » de cette « chaîne », qui a lieu dans un organite appelé « mitochondries », ce qui leur vaut le surnom de « centrales énergétiques » des cellules.
Cependant, ce mécanisme d’approvisionnement n’est pas suffisamment fiable. En cas d’urgence, si les muscles doivent fonctionner pendant une longue période à haute intensité, le glucose sanguin pourrait ne pas être suffisant. Certains pourraient penser qu’il suffirait d’augmenter la concentration de glucose dans le sang pour mieux alimenter les cellules, mais le glucose, en plus de « sucrer » agréablement la vie, a une « mauvaise habitude » : il se combine aux amines (-NH2) des chaînes latérales des protéines, ce qui perturbe leur fonctionnement normal. Une concentration trop élevée de glucose dans le sang peut avoir des conséquences néfastes, et le diabète en est une des conséquences. C’est pourquoi la concentration de glucose dans le sang doit être maintenue autour de 5 mmol, soit environ 90 mg de glucose par litre de sang. Bien qu’il soit impossible d’augmenter la concentration de glucose dans le sang, le corps humain est très « intelligent » et dispose de plusieurs « solutions de rechange ».
La première consiste à augmenter le flux sanguin dans les muscles pendant l’effort intense. Lors d’un effort intense, le sang affluant dans les muscles peut être plus de 20 fois supérieur à la normale. Bien que la concentration de glucose dans le sang n’augmente pas, ce « afflux » de sang permet de fournir plus de glucose et d’augmenter l’oxygénation des muscles, permettant une « combustion » complète du glucose.
La deuxième consiste à transformer le glucose en glycogène, une réserve d’énergie stockée dans les cellules musculaires et hépatiques. En cas d’urgence, le glycogène hépatique peut être reconverti en glucose et réinjecté dans le sang pour alimenter les cellules musculaires. Mais les cellules musculaires ne sont pas aussi « altruistes » que les cellules hépatiques. Elles ne laissent pas le glucose sortir de leurs cellules, et le glycogène musculaire n’est utilisé que par les muscles eux-mêmes. En cas d’urgence, lorsque le besoin en glycogène musculaire est important, une partie de celui-ci est transformée en lactate lors de la « glycolyse », tout en synthétisant un peu d’ATP. C’est pourquoi les muscles sont douloureux après un effort intense.C'est parce que le lactate s'accumule dans les muscles.
La troisième étape consiste à transformer l'ATP en phosphocréatine, un peu comme échanger des yuans contre une « monnaie étrangère » pour les conserver et les reconvertir en yuans lorsque cela est nécessaire. Si les cellules musculaires « conservent » ces réserves, il est peu probable qu’elles rencontrent des problèmes d’insuffisance énergétique.