Dans notre étude, l’exposition à la chaleur était réalisée plusieurs heures après l’entraînement dans le groupe acclimaté et entrainé. Cette période est le moment privilégié pour la reconstitution des réserves glycogéniques, plus rapides dans la demi-heure qui suit l’effort.
Comme évoqué précédemment, la chaleur augmenterait la captation musculaire du glucose. Il est possible que l’effet de la chaleur sur la glycogénogenèse puisse être encore plus prégnant. Cette période post-effort correspond également au moment de la synthèse protéique permettant la mise en place des adaptations induites par l’exercice préalable. Il n’est pas impossible que le stress thermique ait pu interférer avec le processus de signalisation en récupération. En outre, dans l’étude de Tamura, les effets sur la biogenèse ont été observés pour une exposition à la chaleur réalisée dans la continuité de l’exercice. Il est possible qu’une exposition en période de récupération immédiate post-effort représentant une prolongation des effets hyperthermiques de l’exercice aboutisse à un phénotype distinct au nôtre. La chronologie de l’application du stimulus chaleur par rapport à l’exercice est probablement un élément important à prendre en compte.
Figure 39. Hypothèses des effets aigus de la chaleur sur le métabolisme musculaire.
L’exposition aiguë à la chaleur induit une augmentation de la stimulation adrénergique et de la température locale
des tissus. Ces mécanismes participeraient à une dépendance accrue du métabolisme énergétique aux glucides à la chaleur, caractérisée par une augmentation de la glycémie et de l’utilisation des réserves en glycogène musculaire et hépatique. Plusieurs étapes connues pour être stimulées à l’exercice pourraient expliquer une augmentation de l’utilisation des glucides à l’exercice à la chaleur, soit par l’hyperstimulation adrénergique, soit par l’effet de l’élévation de température (Q10). L’adrénaline stimule la glycogène phosphorylase activant ainsi la glycogénolyse. La captation du glucose circulant est augmentée par la mise en jeu des GLUT-4 à l’exercice sans qu’un effet de la chaleur sur cette étape ne soit connu. S’il n’est pas décrit de stimulation de l’étape de la glycolyse cytosolique par la chaleur elle-même, la PFK est stimulée par l’adrénaline. L’exercice est connu pour stimuler la PDH et l’entrée du pyruvate dans la mitochondrie. Par ailleurs, l’adrénaline est un activateur de la PDH. En parallèle, la chaleur augmente la concentration en lactate plasmatique. L’induction vers l’isoforme musculaire de la LDH observée en hypoxie (Py 2005) pourrait, par un mécanisme d’adaptation croisée impliquant HIF-1, participer aux effets de la chaleur sur l’augmentation des lactates. L’augmentation des réserves en glycogène que nous observons après combinaison d’une acclimatation à la chaleur et d’un entraînement en endurance sont compatibles avec ces effets aigus de la chaleur sur la stimulation du métabolisme glucidique. La question d’une altération du métabolisme lipidique à la chaleur reste ouverte. Dans ce contexte adrénergique, il existe une stimulation de la LHS et une augmentation des AGL qui laissent penser que, la mobilisation des lipides n’est pas limitée par la chaleur voire augmentée. En revanche le transport mitochondrial des AG, déjà identifié comme limitant à l’exercice, pourrait l’être à la chaleur mais reste à explorer. L’étape de β-oxydation, par la complexité qu’elle représente pourrait aussi participer à la moindre utilisation des lipides. Néanmoins, nos travaux ne montrent pas de diminution de la Vmax PCoA à 40°C vs 35°C, ne permettant pas d’attester d’un effet limitant de la chaleur sur l’oxydation des AGLC. Indépendamment de la nature du substrat, les capacités d’oxydation mitochondriale peuvent être modifiées par la chaleur. Les enzymes du cycle de Krebs peuvent être exposées à un effet Q10 pouvant expliquer l’augmentation de la consommation en O2 rapportée dans certaines études. En revanche, la chaîne respiratoire peut voir son efficience diminuée par une altération des complexes directement liée à la thermosensibilité ou indirectement par la production d’ERO, favorisant les fuites membranaires de protons. Enfin l’altération du rendement de la contraction musculaire pourrait participer aux effets de la chaleur sur le métabolisme musculaire. En effet, le couplage excitation-contraction pourrait être augmenté, induisant une plus grande consommation d’ATP et donc d’oxygène. Par ailleurs, nous avons montré, à la chaleur, un découplage de a phosphorylation oxydative en présence de substrat lipidique. Les UCP semblent participer à ce découplage à la chaleur spécifique des acides gras.
CONCLUSION
Au terme de ce travail nous avons montré que l’exposition aigue à la chaleur entraîne une altération de l’utilisation des lipides à la chaleur par les mitochondries, principalement en conditions de respiration mitochondriale découplée de la phosphorylation de l’ADP. Cette augmentation de la consommation résiduelle de l’oxygène reflète un découplage des oxydations. Le gradient de protons est court circuité par l’activation d’UCP, dans des conditions associant une disponibilité importante en acides gras et une élévation de la température. Cependant les UCP n’expliquent pas la totalité du découplage de l’oxydation des lipides, et il existe aussi une tendance à un moins bon couplage à la chaleur lors de l’oxydation des glucides. D’autres mécanismes pourraient donc être impliqués dans les effets de la chaleur sur le métabolisme mitochondrial. Les étapes de transport des acides gras, la régulation du métabolisme oxydatif glucidique par la pyruvate déshydrogénase ou des altérations directes de la CRM par la chaleur constituent des hypothèses que nous n’avons pu tester au cours de ce travail. L’exposition répétée à la chaleur in vivo n’a pas modifié les adaptations à l’entraînement sur la quantité ou la qualité ou des mitochondries. Les effets de l’entrainement sur l’utilisation des lipides n’ont pas été modifiés par l’acclimatation à la chaleur. Il semble que le découplage observé à l’exposition aiguë ne constitue pas un facteur d’adaptation mitochondriale à l’acclimatation à la chaleur et ne potentialise pas les effets par ailleurs bénéfiques de l’entraînement sur le découplage.
L’acclimatation à la chaleur pourrait altérer différemment le métabolisme aérobie et anaérobie des glucides. Elle interférerait avec les effets bénéfiques de l’entrainement sur l’oxydation des glucides. L’absence d’altération de la fonction oxydative et phosphorylante observée pour les lipides, oriente vers une possible limitation de de l’entrée du pyruvate dans la mitochondrie. A contrario, l’ le doublement des réserves en glycogène observé en combinant l’acclimatation et l’entraînement, suggère que les capacités glycolytiques pourraient être augmentées, mimant un phénotype métabolique « hypoxia-like ». Cependant, notre travail n’a pas pu étayer ce mécanisme d’action au niveau de la voie glycolytique. Seule, une adaptation de l’expression du complexe IV de la chaine respiratoire mitochondriale, connu pour sa sensibilité au stimulus hypoxique argumente en faveur.
PERSPECTIVES
Nous projetons de prolonger et transposer chez l’Homme les questions émergeant de ce travail, avec une étude en deux phases : effet aigu de la chaleur à l’exercice sur l’utilisation de substrats et optimisation de l’acclimatation.
Tout récemment, Gagnon a comparé les effets d’une exposition aigue au froid (4°C) et au chaud (37°) sur l’utilisation des substrats énergétiques à différentes intensités d’exercice. L’objectif de l’étude était de préciser l’effet de la température sur les capacités maximales d’utilisation des lipides (MFO : maximal fat oxidation) et la puissance correspondant à ce point (LIPOXMAX). Il a ainsi montré que le froid augmentait les capacités d’utilisation des lipides et que la chaleur avait un effet inverse.
S’il a été montré une augmentation de la concentration en acides gras circulants à l’exercice à la chaleur, aucune de cs études ne se sont pas intéressées à la mobilisation des lipides. ne permettant pas de savoir s’il existe une véritable augmentation de la disponibilité en lipides ou s’il s’agit d’une conséquence d’une moindre utilisation périphérique des acides gras.
Nous proposons une première étude pour mieux comprendre l’impact de l’hyperthermie et du statut nutritionnel sur la mobilisation et l’utilisation des lipides à l’exercice. En écho à l’absence d’observation de ce travail, un objectif est de déterminer s’il existe un défaut d’utilisation des lipides au regard de leur disponibilité. Contrairement à la plupart des travaux où une température d’exposition est appliquée, nous proposons ici d’induire une hyperthermie calibrée par un niveau d’élévation de température profonde, reflétant un niveau de stockage thermique. Un exercice de durée prolongée (45min-1h) sera réalisé à même intensité absolue (celle mesurée pour le lipoxmax) en ambiance thermique neutre et après induction d’une hyperthermie. Le niveau d’oxydation des lipides et glucides sera mesuré par calorimétrie indirecte. Des prélèvements réguliers du liquide extracellulaire adipocytaire réalisés par l’intermédiaire d’un dispositif de microdialyse du tissu adipeux sous cutané abdominal permettront de suivre la concentration en glycérol et donc le niveau de lipolyse. Un contrôle nutritionnel pourra également être associé, comprenant des sessions à jeun ou après un régime riche en glucides. Il permettra d’évaluer l’impact de la disponibilité en substrats sur les effets de la chaleur sur le métabolisme énergétique à l’exercice. L’intérêt serait de fournir des stratégies nutritionnelles afin de limiter, les altérations métaboliques induites par un exercice aigu à la chaleur.
Par ailleurs les observations faites concernant l’acclimatation à la chaleur nous conduisent à nous interroger a posteriori sur les conséquences de ce conditionnement sur la filière anaérobie et l’intérêt possible comme modalité de préparation pour le demi-fond et d’optimisation de la récupération métabolique entre des répétitions d’exercice.
Une seconde étude est envisagée pour étudier l’impact de l’acclimatation à la chaleur. couplées à une stratégie nutritionnelle sur la filière anaérobie lactique
L' objectif est d’évaluer l’impact sur la performance à un exercice de haute intensité et sa répétition d’une stratégie associant acclimatation à la chaleur, augmentation des apports en glucides avec un entraînement par intervalles à haute intensité (HIIT).
Enfin à plus long terme mais dans l’idée de poursuivre la connaissance sur les effets métaboliques des contraintes combinées d’un environnement climatique avec l’entraînement, compte tenu de la majoration de l’oxydation des lipides observée par Gagnon lors d’un exercice à 4°C, de l’induction de PGC1- α par l’environnement froid, il nous semble intéressant d’explorer les effets d’un entraînement au froid associé à une restriction des apports en glucides sur les adaptations mitochondriales et la capacités à utiliser les lipides ce qui pourrait présenter un intérêt dans la préparation pour les épreuves de longue distance.
TRAVAUX REALISES DURANT CE TRAVAIL DE
THESE
En rapport avec le sujet de thèse
1. Participation à une étude en vue d’optimiser le protocole