DE NOTRE CORRESPONDANTE
« NOUS AVONS DÉCOUVERT de nouvelles signatures métaboliques qui distinguent clairement les individus en forme de ceux qui le sont moins durant l’exercice », souligne dans un communiqué le Dr Gregory Lewis (Massachusetts General Hospital, Boston), premier signataire de l’étude. « Ces résultats ont des implications pour développer des programmes d’entraînement optimaux et une meilleure évaluation de la forme cardio-vasculaire, et pour développer des suppléments nutritionnels visant à augmenter la performance à l’exercice. »
L’exercice a de nombreux effets bénéfiques sur la santé, allongeant l’espérance de vie et protégeant contre de nombreuses maladies, mais les mécanismes biologiques sous-tendant ces effets ne sont pas clairs. Jusqu’ici, les études des effets métaboliques de l’exercice n’ont porté que sur un petit nombre de molécules biologiques dosées par la plupart des laboratoires.
Afin de caractériser la réponse métabolique à l’exercice, l’équipe du Dr Robert Gerszten (Massachusetts General Hospital) a utilisé une nouvelle plate-forme d’analyse sanguine (basée sur la chromatographie liquide couplée à la spectrométrie de masse) pour doser simultanément plus de 200 métabolites dans le plasma sanguin d’individus en bonne santé, avant et après l’exercice.
Dans une première expérience chez 70 sujets marchant sur tapis roulant pendant dix minutes, ils ont analysé le sang prélevé avant et immédiatement après cet exercice, puis 1 heure après.
Résultat, l’exercice provoque des changements de concentration de plus de 20 métabolites. Certains reflètent l’utilisation énergétique des sucres (glycolyse), des graisses (lipolyse) et des acides aminés, ainsi que de l’ATP. D’autres concernent des voies métaboliques non associées jusqu’ici à l’exercice, comme l’augmentation du niacinamide, un dérivé vitaminique connu pour augmenter la libération d’insuline et améliorer le contrôle glycémique. Ces changements sont observés dès la fin de l’exercice et persistent une heure après. D’autres métabolites voient leur concentration changer seulement une heure après, comme les intermédiaires du cycle TCA (acide tricarboxylique).
Épreuve d’effort.
Une deuxième expérience chez 8 sujets subissant une épreuve d’effort cardio-pulmonaire sur vélo, comprenant des prises de sang dans la veine cave supérieure (sang provenant de la partie haute du corps qui ne fait pas d’exercice) et dans l’artère pulmonaire (sang venant des muscles des jambes et du cœur en exercice), montre des changements métaboliques très similaires à ceux de la marche sur tapis roulant ; la plupart des changements métaboliques sont générés dans les muscles en exercice, cependant certains changements (d’acides aminés, acétoacétate, glucose-6-phosphate) semblent émerger dans tout l’organisme.
Une troisième expérience menée chez 25 coureurs du marathon de Boston a permis de caractériser les effets métaboliques de l’exercice prolongé (4 heures en moyenne). À la différence de l’exercice aigu, on observe ici une baisse des acides aminés gluconéogéniques, qui reflète leur utilisation à une fin énergétique, ainsi qu’une augmentation inattendue des métabolites du tryptophane.
Les chercheurs ont analysé la relation entre ces changements métaboliques et la forme physique, déterminée par le pic de captation d’oxygène pour les participants de l’exercice bref et par le temps d’arrivée pour les coureurs du marathon. L’augmentation du glycérol induite par l’exercice est deux fois plus importante chez les individus en forme, ce qui suggère que ceux-ci ont une plus grande capacité de lipolyse en réponse à l’exercice. Elle est atténuée chez les individus en moins bonne forme, ainsi que chez les individus ayant une ischémie myocardique, selon une analyse portant sur une cohorte distincte.
Améliorer l’empreinte métabolique d’un patient.
Enfin, ils ont découvert qu’une association de 5 métabolites induits par l’exercice (glycérol, niacinamide, glucose-6-phosphate, pantothénate, et succinate), testée in vitro sur du muscle squelettique, déclenche rapidement l’expression du facteur de transcription nur77, qui régule les métabolismes du glucose et des lipides, ce qui désigne ce facteur comme une cible thérapeutique potentielle pour le syndrome métabolique.
« Les profils métaboliques plasmatiques obtenus durant l’exercice procurent des signatures de la performance à l’exercice et de la susceptibilité cardio-vasculaire, et soulignent des voies moléculaires qui pourraient moduler les effets salutaires de l’exercice », concluent les chercheurs.
« Nos résultats ont des implications pour le développement non seulement de tests diagnostiques visant à surveiller et améliorer la performance à l’exercice mais aussi d’interventions pour réduire les effets du diabète ou de la maladie cardiaque en améliorant l’empreinte métabolique d’un patient », explique le Dr Robert Gerszten.
« Améliorer la santé des sujets affectés de maladie cardio-vasculaire est notre premier objectif, mais déterminer quels métabolites deviennent déficients durant l’exercice et doivent être restaurés pourrait aussi conduire à la prochaine génération de boissons " sportives " pour aider les individus en bonne santé a atteindre leur meilleure performance à l’exercice. »
Science Translational Medicine, 26 mai 2010, Lewis et coll.
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