Sérotonine (5-HT) et la fatigue

En ce qui concerne le système nerveux central et plus précisément le cerveau, la 5-HT dérive d'un acide aminé qui est le tryptophane. Mais ils semblent pourtant jouer un rôle

Fatigue centrale

La transformation du tryptophane en sérotonine comporte deux étapes :

- La première, une hydroxylation en 5-hydroxytryptophane sous l'influence de la tryptophane hydroxylase qui est l'étape limitante de la synthèse. Le fonctionnement de l'enzyme nécessite la présence de tétrahydrobioptérine, d'oxygène, du NADPH2 et d'un métal, fer ou cuivre.

- La deuxième, une décarboxylation du 5-hydroxytryptophane en sérotonine sous l'influence de la décarboxylase des acides aminés L-aromatiques, en présence de pyridoxal-phosphate.

Dans le cerveau, la synthèse de sérotonine dépend de la quantité de tryptophane qui y pénètre à travers la barrière hémato-encéphalique (Young et coll., 1986 et Newsholme et coll., 1983). Seul le tryptophane plasmatique libre, c'est-à-dire non lié à l'albumine, pénètre dans le cerveau (cela représente 10% du tryptophane total plasmatique, Curzon et coll., 1973); la diminution du pourcentage de forme libre réduit donc sa pénétration. De plus, d'autres acides aminés sont en compétition avec le tryptophane libre et limitent son entrée dans le cerveau. En effet, la concentration d’acides aminés neutres comme LNAAs mais aussi les acides aminées branchés, l’isoleucine et la valine vont avoir une influence car ils sont transportés par le même système (Fernstrom et coll., 1972, 1978 et Partridge et coll., 1998)

Le cortisol plasmatique, qui est augmenté chez les déprimés, diminue les concentrations de L-tryptophane et de L-tyrosine libres dans le plasma, c'est-à-dire les formes susceptibles de pénétrer dans le cerveau.

L'insuline, dont la sécrétion est augmentée par les glucides, a un effet inverse en abaissant la concentration des acides aminés autres que le tryptophane

Les changements de concentration de 5-HT dans le cerveau sont impliqués dans le contrôle de l'excitation, de la somnolence, et de l'humeur (Young et coll., 1986) et pourrait donc jouer un rôle dans la fatigue pendant et après l'exercice physique.

La première étude à montrer que la concentration de 5-HT est influencée par l'exercice physique a été publié en 1963 par Barchas et Freedman, qui ont trouvé une concentration accrue de 5-HT dans le cerveau chez des rats ayant nagé jusqu'à épuisement.

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pratique physique soutenue provoque une augmentation de 5-HT dans certaines parties du cerveau des animaux de laboratoire (Blomstrand et coll., 1989 et Chaouloff et coll., 1997).

Une libération accrue de 5-HT, mesurée avec la technique de microdialyse, dans l'hippocampe et le cortex frontal, pendant et après l'exercice a également été rapportés (Gomez-Merino et coll., 2001, Kirby et coll., 1995, Meeusen et coll., 1996 et Wilson et coll., 1996). Par conséquent, il a été prouvé que la synthèse et la libération du 5-HT dans le cerveau augmentent en réponse à l'exercice, cependant, le fait que cela conduise à la fatigue reste encore une hypothèse.

Cette implication de la 5-HT dans la fatigue centrale a été étudiée au cours d’expérimentations chez l’animal où les niveaux de 5-HT du cerveau ont été modifié par des manipulations pharmacologiques. L’administration générale de 5-HT agoniste à des rats altère leur performance avec une relation dose-effet (Bailey et coll., 1992, 1993) et cette altération n'est pas atténuée par l'administration périphérique d'un antagoniste à la 5-HT (Bailey et coll., 1993). En outre, l'administration d'un antagoniste à la 5-5-HT améliore leur performance (Bailey et coll., 1993). Par contre, des études chez des sujets humains relèvent l’absence de consensus. En effet, certaines études confirment l'implication de 5-HT dans la fatigue (Wilson et coll., 1992 et Struder et coll., 1998, Dwyer et coll., 2002), tandis que d'autres ne signalent aucune implication de ce même neurotransmetteur dans la fatigue (Meeusen et coll., 2003 et Strachant et coll., 2004). Les différences au niveau des doses de médicaments, le moment de l’administration, ou les variations individuelles dans la réponse neuro-endocrinienne, ainsi que les différences dans le type, l'intensité et la durée de l'exercice, pourraient expliquer la divergence de ces résultats.

Toutefois, les données de différentes études suggèrent qu’il est très peu probable qu’un seul neurotransmetteur sont responsable de l’apparition de la fatigue centrale (Roeland et coll., 2010). Des études récentes ont été capables de détecter des changements dans la performance après l’inhibition de la recapture à la fois de la dopamine et de la noradrénaline. La dopamine et la noradrénaline jouent un rôle important dans les zones innervées de l’hypothalamus, donc des changements dans les concentrations catecholaminergiques peuvent également être impliquées (Roeland et coll., 2010).

En effet, l'exercice a également permis de mettre en avant une augmentation de la synthèse et du métabolisme de la dopamine et la noradrénaline dans le cerveau ou dans des

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augmentation de la concentration de dopamine dans certaines parties du cerveau pourrait être à l’origine de l’inhibition de la synthèse de la 5-HT au cours de l'exercice et ainsi retarder la fatigue.

De plus, au cours d’un exercice soutenu, les acides aminés branchés (BCAAs) sont captés par le muscle et par conséquent, leur concentration plasmatique diminue. Quand l'exercice élève le niveau plasmatique d'acides gras libres, il augmente aussi le niveau plasmatique de tryptophane libre car les acides gras libres et le tryptophane sont en compétition pour se lier aux mêmes sites de liaison de l'albumine (Curzon et coll., 1973).

Une augmentation plasmatique du ratio tryptophane libre / BCAAs favorisera ainsi le transport de tryptophane dans le cerveau ainsi que la synthèse, la concentration, et la libération de 5-HT de certains neurones, ce qui pourrait être responsable de la fatigue pendant et après un exercice soutenu.