Hormones, métabolisme et bienfaits de l'exercice
Bruce Spiegelman (dir.), 2017
Pourquoi le même programme d'entraînement apporte-t-il beaucoup à l'un et peu à l'autre ? Des chercheurs de Boston, Stockholm, Melbourne et Bâle se sont réunis à Paris et ont montré qu'un muscle en action ne fait pas que bouger le corps : il envoie aussi des signaux à la graisse, au foie et au cerveau. Le livre parle du capteur de carburant dans la cellule, de l'équipe de réparation des muscles, de la graisse brune, de l'irisine et de la façon dont l'entraînement peut protéger les neurones.
Pour qui
Pour ceux qui s'entraînent ou comptent s'y mettre et veulent comprendre ce que l'effort fait vraiment aux muscles, à la graisse et au cerveau, sans promesses publicitaires.
S'entraîner en endurance est l'un des très rares moyens dont dispose un adulte pour déclencher la formation de nouveaux neurones.
Ce que le muscle raconte au reste du corps
Des chercheurs spécialisés dans l'effort physique se sont réunis à Paris, et les auteurs des chapitres de ce recueil travaillent à Boston, Stockholm, Melbourne, Bâle, Paris et Pékin. Ils s'intéressaient à une question qui semble réglée depuis longtemps : que fait exactement l'effort physique à l'organisme ? Que l'exercice soit bon pour la santé, on le sait depuis des siècles, et en cas d'obésité ou de diabète de type 2, on le prescrit en premier, avec le régime. On sait moins que l'entraînement améliore le fonctionnement du foie, des muscles eux-mêmes et, surtout, du cerveau.
Le responsable du recueil, le biologiste Bruce Spiegelman, est arrivé à ce sujet par une découverte personnelle. Son laboratoire a trouvé dans la graisse brune la protéine PGC-1α, puis a constaté que l'entraînement d'endurance en augmente la quantité dans les muscles, où elle lance leur remodelage. Les chercheurs se sont demandé comment les changements dans le muscle aident des organes qu'il n'atteint pas. C'est ainsi qu'ils ont trouvé l'irisine, une petite protéine que le muscle libère dans le sang. Les substances par lesquelles le muscle transmet un message aux autres organes sont les myokines.
D'où l'idée centrale du livre. Le muscle ne fait pas que bouger le corps. Pendant le travail, il envoie des signaux au tissu adipeux, au foie et au cerveau, et la nourriture, le froid et l'effort lui-même modifient ce qu'il transmet. Mais l'effort n'est pas une seule chose : la course et la musculation n'activent pas la cellule de la même façon et n'apportent pas les mêmes bienfaits.
Tu découvriras ici pourquoi un même programme donne des résultats différents selon les personnes, comment un réservoir à moitié vide devient un signal, quelle équipe répare le muscle après l'effort, comment une chambre fraîche réveille la graisse brune et comment les muscles entraînés protègent le cerveau.
Vingt semaines sur un vélo d'appartement
Dans l'étude HERITAGE, la seule condition de sélection était de mener une vie sédentaire. Les adultes participants ont pédalé sur des vélos d'appartement trois fois par semaine pendant vingt semaines. Au début, ils pédalaient une demi-heure, à une fréquence cardiaque correspondant à 55 % de leur limite mesurée à l'avance. Toutes les deux semaines, les séances devenaient plus longues et plus dures, jusqu'à atteindre cinquante minutes à 75 %.
Le bénéfice se mesurait par la consommation maximale d'oxygène : la quantité d'oxygène que le corps peut capter et utiliser au pic d'effort. C'est la mesure principale de l'endurance du cœur et des poumons, et elle prédit bien la santé et la durée de vie. Au départ, la moyenne était d'environ 36 millilitres par kilogramme et par minute chez les hommes, et d'environ 28 chez les femmes. Pour des personnes d'environ trente-cinq ans, c'est peu.
Puis est arrivé ce qui arrive à beaucoup de gens. Même avec le même programme et un suivi honnête, les résultats ont énormément divergé. L'équipe du généticien Claude Bouchard a testé une explication simple : et si tout dépendait des hormones ? Chez 488 participants, à parts égales d'hommes et de femmes, on a mesuré deux fois avant le programme et deux fois après quatorze hormones stéroïdes, ainsi que la protéine qui transporte les hormones sexuelles dans le sang.
La réponse était modeste. Chez les hommes, la testostérone et quelques autres hormones n'étaient que faiblement liées à l'endurance de départ : la testostérone expliquait environ 3 % des différences entre les personnes. Quand on a recalculé l'endurance par rapport à la masse sans graisse, le lien avec la testostérone a disparu. Il semble qu'il passait par la quantité de muscle et non par la capacité à acheminer l'oxygène. Chez les femmes, seul l'indice d'androgènes libres donnait un lien notable, lui aussi d'environ 3 %.
Et surtout : aucune hormone n'a prédit de combien l'endurance allait progresser en vingt semaines. Même les treize hommes ayant le taux de testostérone le plus bas ont réagi à l'entraînement aussi bien que les autres. Si tes progrès sont plus lents que ceux d'un ami, ces données ne permettent pas d'accuser le taux d'hormones : la différence de réponse tient à bien d'autres facteurs.
L'auteur
Bruce Spiegelman, biologiste de l'Institut du cancer Dana-Farber et de la Harvard Medical School, dans le laboratoire duquel ont été découverts la protéine PGC-1α et l'hormone irisine. L'original a été publié par Springer en accès libre, sous licence CC BY 4.0.
Tous les livres de l'auteur: Bruce Spiegelman (dir.)
Notions du livre
- glycogène
- Testostérone
- Hansen
- Cortisol
- Sérotonine
- Mélatonine
- Hippocampe
- PGC-1α: Protéine interrupteur de la cellule, qui active les gènes des mitochondries. Elle a été découverte dans le laboratoire de Spiegelman, dans la graisse brune, et l'entraînement d'endurance en augmente la quantité dans les muscles.
- Irisine: Petite protéine que le muscle libère dans le sang pendant l'effort. Elle est issue de la protéine FNDC5 ; chez la souris, elle aidait la graisse blanche à devenir beige.
- Myokines: Substances que le muscle sécrète pour transmettre un signal à d'autres organes ou à des cellules voisines.
- Graisse brune: Tissu adipeux qui ne stocke pas l'énergie mais la brûle et la transforme en chaleur. On en trouve chez les nourrissons, les petits animaux et de nombreux adultes.
- HERITAGE: Grande étude américaine sur des familles dont les membres, sédentaires, ont pédalé pendant 20 semaines sur des vélos d'appartement, selon un même programme.
- Consommation maximale d'oxygène: Quantité d'oxygène que le corps peut absorber et utiliser par minute au pic d'effort. C'est la mesure principale de l'endurance du cœur et des poumons, notée VO2max.
- Bouchard: Claude Bouchard, généticien du Pennington Biomedical Research Center (États-Unis), l'un des responsables de l'étude HERITAGE et auteur du chapitre sur les hormones.
- Hormones stéroïdes: Hormones que l'organisme fabrique à partir du cholestérol, surtout dans les glandes sexuelles et les glandes surrénales : testostérone, œstradiol, cortisol et d'autres.
- Indice d'androgènes libres: Indicateur calculé : le rapport entre la testostérone et la protéine qui la fixe dans le sang. Il indique la part de testostérone libre et capable d'agir.
- ATP: Adénosine triphosphate, molécule qui transporte l'énergie à l'intérieur de la cellule. Presque tous les processus la consomment, de la contraction d'un muscle au travail d'un neurone.
- AMPK: Protéine kinase activée par l'AMP, capteur d'énergie de la cellule. Elle s'active quand l'ATP est consommé plus vite qu'il ne se reconstitue.
- Viollet: Benoît Viollet, chercheur de l'Institut Cochin à Paris, auteur du chapitre sur le capteur AMPK.
- Mitochondries: Centrales énergétiques de la cellule : elles fabriquent de l'ATP à partir du sucre et des graisses. L'entraînement d'endurance augmente leur nombre dans les muscles.
- Insuline: Hormone du pancréas qui aide le sucre du sang à entrer dans les cellules, surtout dans les muscles.
- Hawley: John Hawley, physiologiste de l'Université catholique d'Australie à Melbourne, auteur du chapitre sur la façon dont les réserves de carburant influencent l'entraînement.
- Yeo: Chercheur qui, en 2008, a testé l'entraînement avec des réserves de glycogène réduites chez des sportifs confirmés.
- Furrer: Regula Furrer, chercheuse de l'Université de Bâle (Suisse), co-auteure du chapitre sur la réparation musculaire.
- Handschin: Christoph Handschin, chercheur de l'Université de Bâle, co-auteur du chapitre sur la réparation musculaire.
- Macrophages: Cellules du système immunitaire qui absorbent les débris et les corps étrangers. Il en existe de type inflammatoire (type 1) et de type anti-inflammatoire (type 2).
- Cellules satellites: Cellules souches du muscle qui sommeillent sous son enveloppe et, en cas de lésion ou d'effort, se divisent et s'intègrent aux fibres.
- Capillaires: Vaisseaux sanguins les plus fins, à travers les parois desquels le sang cède aux tissus l'oxygène et les nutriments.
- Sarcopénie: Perte de masse et de force musculaires avec l'âge.
- Graisse blanche: Tissu adipeux ordinaire, qui stocke l'énergie en réserve.
- New England Journal of Medicine: L'une des revues médicales les plus prestigieuses au monde, publiée aux États-Unis.
- Celi: Francesco Celi, endocrinologue de la Virginia Commonwealth University (États-Unis), auteur du chapitre sur la graisse brune et le froid.
- Chambre métabolique: Pièce hermétique où l'on mesure avec précision, d'après la composition de l'air, l'énergie dépensée par une personne.
- Cellules beiges: Cellules présentes dans la graisse blanche qui, sous l'effet du froid ou de signaux comme l'irisine, se mettent à transformer l'énergie en chaleur, comme la graisse brune.
- Ruas: Jorge Ruas, chercheur de l'Institut Karolinska, co-auteur du chapitre sur la kynurénine et la santé mentale.
- Kynurénine: Substance dans laquelle le corps transforme la plus grande partie du tryptophane. Elle traverse facilement la barrière vers le cerveau, et son accumulation y est associée à l'inflammation et à la dépression liée au stress.
- Tryptophane: Acide aminé que le corps ne sait pas fabriquer et qu'il ne reçoit que par l'alimentation. Il sert à fabriquer des protéines, la sérotonine, la mélatonine et la kynurénine.
- Barrière hémato-encéphalique: Paroi protectrice entre le sang et le cerveau, qui laisse passer certaines substances et en retient d'autres.
- KAT: Kynurénine aminotransférases, enzymes qui transforment la kynurénine en acide kynurénique. Le génome humain compte quatre gènes de ce type.
- Acide kynurénique: Produit de la transformation de la kynurénine. Il ne passe pas du sang vers le cerveau. Dans le cerveau, il a des propriétés protectrices pour les neurones, mais un excès y est aussi associé à des troubles.
- Albumine: Principale protéine du plasma sanguin. Plusieurs substances, dont le tryptophane, sont transportées par le sang en étant liées à elle.
- BDNF: Facteur neurotrophique dérivé du cerveau, protéine qui aide les neurones à survivre, à croître et à former des connexions.
- Val66Met: Variante fréquente du gène BDNF, dans laquelle la cellule libère moins de cette protéine.
- Wrann: Christiane Wrann, chercheuse du Massachusetts General Hospital et de la Harvard Medical School, auteure du chapitre sur l'irisine et le cerveau.
- FNDC5: Protéine présente à la surface des cellules musculaires et cérébrales. Une partie de cette protéine, une fois détachée, devient l'irisine.
- Spectrométrie de masse: Méthode qui reconnaît les molécules à leur masse et ne dépend pas de la qualité des anticorps.
- Cathepsine: Cathepsine B, enzyme que les muscles libèrent aussi à l'effort ; on l'associe aux bienfaits de l'exercice pour le cerveau.
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