- Comment augmenter l'oxygénation des muscles ?
- Pourquoi augmenter l’oxygénation des muscles ?
Nous
nous sommes intéresser à l'exercice aérobie. Il sollicite et
améliore la consommation d'oxygène (VO2).
C'est
un exercice d'intensité moyenne et de longue durée. L'intensité de
l'exercice aérobie doit être comprise entre 50 et 80% de la FC max
(fréquence cardiaque maximale).
- FC max = 220-âge
Par
exemple, pour un jeune de 16 ans : FC max = 200-16 = 204
50
% d'intensité de la FC max:
204*50/100
= 102
|
80
% d'intensité de la FC max: 204*80/100 = 163
|
Pour
rester en exercice d'aérobie, le jeune de 16 ans devra adapter
l'intensité de son effort pour que sa FC max reste entre 102 et 163
battements par minute.
Les
sports qui utilisent cet exercice d'aérobie sont, par exemple, la
randonnée, le cyclisme, le ski.
Les
effets bénéfiques
de l'exercice aérobie sur l'augmentation de l'oxygénation des
muscles sont :
- Un cœur plus résistant : Le muscle du cœur gagne en force et en volume pour améliorer ses performances de pompage et réduire le temps de récupération de la fréquence cardiaque.
- Augmentation du nombre de globules rouges présents dans l'organisme pour faciliter le transport de l'oxygène dans tout le corps. Les sportifs pouvaient obtenir naturellement cet accroissement du nombre de leurs globules rouges par un entraînement en altitude ou, déjà plus artificiellement, par séjour dans une chambre hypobare ou hypoxique et de manière illicite par auto transfusion sanguine.
- Amélioration du souffle : Les muscles servant à la respiration sont renforcés pour faciliter l'entrée et la sortie de l'air dans les poumons.
- Amélioration de la santé musculaire : Les exercices aérobies stimulent la vascularisation capillaire d'où un meilleur approvisionnement des muscles en oxygène (O²). Cela améliore la circulation générale et réduit la pression sanguine et favorise l'élimination des déchets métaboliques irritants comme l'acide lactique produit par les muscles.
Mais
l'exercice aérobie présente aussi d'autres bénéfices :
- Perte de poids : Associés à un régime sain et à un entraînement musculaire approprié, les exercices aérobies peuvent aider à perdre du poids.
- Réduction des maladies : L'excès de poids contribue à l'apparition de certaines affections comme les maladies cardiaques, l'hypertension, les accidents vasculaires cérébraux, le diabète et certaines formes de cancer. La perte de poids permet de réduire le risque d'apparition de ces maladies.
- Amélioration du système immunitaire : Les personnes qui s'entraînent régulièrement sont moins exposées aux maladies virales mineures comme les rhumes ou la grippe. Il est possible que les exercices aérobies activent le système immunitaire et le préparent à lutter contre les infections.
- Amélioration de la santé mentale : La pratique régulière d'une activité aérobie entraîne la libération d'endorphines, analgésique naturel produit par l'organisme. Les endorphines réduisent aussi le stress, la dépression et l'anxiété.
- Amélioration de l'endurance : L'entraînement peut provoquer une certaine fatigue immédiate, c'est-à-dire pendant ou juste après l'effort, mais sur le long terme, il accroît l'endurance et réduit la fatigue.
- Quel dopant peut améliorer l'oxygénation des muscles ?1) Synthèse de l’érythropoïétine (EPO)
a)
Endogène
L'EPO
est une hormone peptidique :
c'est une classe de peptides (polymère d'acides aminés) secrétés
dans la circulation sanguine. C'est aussi une glycoprotéine :
c'est-à-dire une substance produite par une glande et déversée
dans le sang pour lui permettre d'atteindre le ou les organes sur
lesquelles elle agit. Elle régule l’érythropoïèse, mécanisme
qui à partir des cellules souches abouti à la production
d'hématies. L'EPO appartient à la famille des cytokines (facteur
physiologiques de croissance). Elle est principalement produite par
le rein
à
90 % et 10% par le foie. Sa formule brute est C809H1301N2224O240S5.
Molécule
d'EPO en 3D
b)
Exogène
On
retrouve l'EPO sous forme synthétisée (EPO exogène ou de
synthèse). L'EPO exogène fut d'abord commercialisée en 1989 sous
le nom d'EPOGEN par le laboratoire Amgen. Pour l'EPO exogène, on va
chercher à reproduire une protéine produite par un autre organisme
que celui du corps humain mais qui sera le clone de l'EPO naturelle
humaine.
L'EPO
recombinante : RHuEPO
(Recombinant Human Erythropoïetin), est
fabriquée en utilisant des cellules CHO qui sont des cellules
ovariennes de hamster.
Les
protéines sont codées au niveau des gènes. Une protéine
recombinante doit être le clone de la protéine naturelle fabriquée
chez l'homme. La seule différence entre les deux protéines est
l’hôte qui la fabrique. Dans un cas c'est l'homme qui fabrique sa
propre protéine, on parle de protéine naturelle. Dans l'autre cas,
c'est un être vivant différent de l'homme qui va se charger de
fabriquer à sa place la protéine humaine, on dit alors qu'elle est
recombinante.
Protocole :
création d'une EPO recombinante :
-isoler la séquence en
acides nucléiques codant pour l'EPO humaine
-l'intégrer aux
cellules hôtes
Schéma du protocole
de l'EPO recombinante
La cellule CHO de
hamster fabrique des protéines essentiel à sa propre survie et va
donc synthétiser de l'EPO humaine puisqu'on lui a transféré la
séquence codant de L'EPO humaine. L'EPO fabriquée chez l'Homme et
l'EPO fabriquée par l'hôte devraient logiquement avoir la même
séquence en acides aminés.
Les deux protéines
devraient être les mêmes, seulement ce n'est pas le cas pour L'EPO.
Schéma
de la chaîne polypeptidique de l’EPO naturel
Schéma
de la chaîne polypeptidique de l’EPO recombinée
L’EPO
humaine ne contient pas certains acides présents dans l'EPO
recombinante et vice et versa. D’autre part, certains motifs ne
sont pas synthétisés par les cellules CHO car elles ne possèdent
pas certaines enzymes présentes chez l’homme. Dans ces deux
schémas, on voit bien qu'il y a une différence au niveau des
sucres. En effet, l'EPO est une protéine glycosylée c'est à dire
que des enzymes vont ajouter des sucres sur certains acides aminés
de la protéine. Le profil en sucres de l'EPO naturelle et
recombinante sont dès lors différents.
2) Structure
de l'EPO endogène
Structure
primaire de l'EPO endogène
On
perçoit quatre sites de glycosylation. Il y a trois sites qui
correspondent à la N-glycosylation portant des arbres glucidiques
relativement important, et un site de O-glycosylation portant un
arbre glucidique moins important.
L'EPO
appartient à la famille des cytokines (facteur physiologiques de
croissance). C'est une glycoprotéine de 165 acides aminés et de
masse moléculaire 30400 Daltons. La
masse molaire moléculaire moyenne d'un acide aminé étant de 110
Da, une protéine de 165 acides aminés devrait avoir une masse
molaire moléculaire d'environ 18 kDa. La différence est due à la
présence de quatre motifs glucidiques qui sont greffés sur certains
acides aminés.
Ces
motifs sucrés jouent un rôle important dans la fonction de la
molécule. Ce point est important car c'est ce qui différencie l'EPO
endogène naturelle de l'EPO exogène recombinante.
3) Mode
d'action
a)
Hémoglobine
L'EPO
agit sur la moelle osseuse, où elle stimule la production et la
maturation des érythrocytes, en d'autres termes : les globules
rouges. Principales cellules du sang, les globules rouges ont pour
rôle de transporter les molécules d'oxygène que nous respirons.
Pour s'acquitter de cette tâche, ils sont remplis d'une protéine
appelée "hémoglobine" qui est une transporteuse
d'oxygène. La production d'hémoglobine est donc stimulée par un
besoin accrue d'oxygène (altitude, sport, grossesse) ou par l'EPO.
L'hémoglobine
est composé de deux types de chaînes globines, alpha et bêta, de
structure voisine. Les quatre chaînes contiennent chacune un noyau
hème.
Formule
semi-développée du noyau hème
Capture
d'écran de la molécule désoxygénée d'hémoglobine
Grâce
au logiciel Rastop nous avons pu étudier la molécule d'hémoglobine
et mettre en évidence ses quatres noyaux hèmes et ses globines les
entourant.
Lorsque
le sang traverse nos poumons, les molécules d'hémoglobine prennent
en charge les molécules d'oxygène que nous inhalons et les
transportent jusqu'à chaque cellule de notre corps. Là, les
molécules d'oxygène sont échangées contre les molécules de gaz
carbonique que nos cellules produisent comme déchet en "travaillant"
à leurs diverses fonctions. Une fois délivré aux cellules,
l'oxygène sera utilisé pour fournir l'énergie dont elles ont
besoin pour fonctionner. Les molécules de gaz carbonique sont
ensuite rapportées par les globules rouges aux poumons où nous les
exhalons avant d'inspirer une nouvelle bouffée d'oxygène.
b)
Érythropoïétine
La
production d'érythropoïétine est stimulée par une baisse du taux
d'oxygène dans les artères rénales. Cette baisse de pression
artérielle, si elle excessive, peut engendrer l’hypoxie tissulaire
L'hypoxie tissulaire se définit comme une carence d'apport d'oxygène
à des tissus, ce qui entraîne le dépérissement irrémédiable des
tissus.
Schéma
de l'hypoxie tissulaire
L'EPO,
en augmentant le nombre de globule rouge et d'hémoglobine fait
augmenter l'hématocrite (volume occupé par les globules
rouges par rapport à la quantité de sang total ; il s'exprime
en pourcentage).
Schéma
résumant le mode d'action de l'EPO dans le corps humain
4) Utilisations
a)
Thérapeutiques
C'est
donc grâce à ses propriétés que cette hormone a très vite
conquis le monde médical en offrant une nouvelle vie à des milliers
de patients souffrant d'anémie, qu'elle soit due à une atteinte du
rein (le principal producteur de l'hormone), à certaines
chimiothérapies, ou encore à l'utilisation de la zidovudine (AZT)
dans le cas du SIDA. Une capacité physique réduite, une grande
fatigue, des maux de tête et un manque de souffle rendaient jusque
là toute vie normale impossible pour ces patients. Sa production en
laboratoire est longtemps restée impossible, d'une part parce que la
concentration de l'hormone étant extrêmement faible dans l'urine ou
le sang humain, une production naturelle était irréalisable.
D'autre part, parce que la taille de cette protéine et la complexité
de sa structure rendaient une synthèse chimique trop compliquée.
b)
Illégales (dopant)
Les
muscles se nourrissant d'oxygène transporter par le sang, une
injection d'EPO de synthèse augmente le nombre de globules rouges
dans le sang, plus il y a de globules rouges dans le sang, mieux
l'oxygène est transportée vers le muscle qui gagne en puissance.
L’érythropoïétine
exogène s'injecte sous la peau et pénètre au sein des os plats
dans lesquels il provoque une accélération de la production des
cellules CFU-E (Colony Forming Unit-Erythroblast, c'est une unité de
formation de colonie), ces dernières donnent naissance à des
érythroblastes (cellule
de la moelle osseuse, spécialisée dans la synthèse de
l'hémoglobine et donnant naissance au globule rouge) qui
sont à l'origine de la création de masse des globules rouges.
Cette
injection augmente chez un individu la quantité de globules rouges
et peut faire passer l'hématocrite
de 45 % jusqu'à 65 %. Avec l'EPO exogène, l'acide lactique
n'apparaît pas aussi vite : produit par les cellules au cours
d'un travail musculaire intense quand l'oxygène vient à manquer,
c'est à lui que l'on doit cette sensation douloureuse qui accompagne
l'effort et les courbatures. Ce nouveau statut globulaire peut
entraîner jusqu’à 10 a 20% de gain de performance. Dans le
cyclisme, ce produit considéré comme dopant est très utilisé.
L'amélioration de la vitesse des cyclistes utilisant de l'EPO
exogène est parfois évaluée à environ 10% (chiffre qui coïncide,
par ailleurs, avec l'augmentation de la vitesse moyenne sur le Tour
de France de cyclisme depuis le début des années 1990, c'est-à-dire
depuis les débuts de l'utilisation de l'EPO exogène dans le
peloton...).
- Quels sont les effets indésirables de l'EPO exogène ?
Le
mésusage de l'EPO recombinante peut provoquer des risques importants
pour la santé des sportifs utilisant cette substance pour améliorer
leurs performances. En épaississant le sang, l’EPO engendre un
risque accru d’affections mortelles, telles que :
- Thromboses veineuses : Elles sont dues à la formation d’un caillot (thrombus) de sang dans le réseau veineux.
- Embolies pulmonaires : Elles sont dues à la formation d'un caillot comme les thromboses veineuses mais celui ci se détache et migre dans une artère pulmonaire.
- Augmentations de la pression artérielle (hypertension artérielle) : C'est une pathologie cardiovasculaire définie par une pression artérielle trop élevée.
- Thromboses artérielles : Elles sont dues à la formation d'un caillot de sang dans une artère.
- Infarctus du myocarde : C'est la conséquence immédiate de l'occlusion d'une artère coronaire (qui amène le sang au cœur) ou de l'une de ses ramifications.
De même
que :
- Céphalées : maux de tête.
- Myalgies : douleurs aux muscles striés squelettiques.
- Arthralgies : douleurs articulaires.
Le
mésusage d’EPO recombinante peut aussi provoquer des maladies
auto-immunes comportant de sérieux risques pour la santé, tels
que :
- Accidents vasculaires / cérébraux : pertes soudaines et non convulsives des fonctions neurologiques.
- Crises convulsives : dues à des décharges anormales de neurones.
- Quels sont les méthodes de détection de l'EPO exogène ?1) Test urinaire
On
a vu précédemment (voir synthèse de l'EPO recombinante), que le
profil en sucres de l'EPO exogène et recombinante sont différents.
Ces différences vont permettre de savoir si un sportif a eu recours
à cette EPO exogène car les sucres influent sur le pH. Il suffit de
comparer le point isoélectrique des deux protéines. C’est le
point pour lequel les charges positives sont égales aux charges
négatives pour la protéine, c’est la neutralité électrique.
Analyse d'un test urinaire
Ces
tests urinaires permettent de faire une analyse du point
isoélectrique de la manière suivante : l'échantillon d'urine
à analyser est installé sur une plaque électrique recouverte d'un
gel plus acide à l'une des extrémités et plus basique à l'autre.
En appliquant un courant électrique aux bornes de la plaque, l’EPO
naturelle et recombinante avancent dans le gel, entraînées par
leurs charges. Mais elles n'évoluent pas à la même vitesse et pas
dans le même sens sur la plaque. L’EPO naturelle stoppe sa
migration à un pH compris entre 3,92 et 4,42 tandis que l’EPO
recombinante est arrêtée à un pH compris entre 4,42 et 5,11.
Pour
visualiser les différentes bandes correspondantes aux molécules
d’EPO, la technique utilise un procédé immunologique, autrement
dit une bactérie d'anticorps qui peut être ensuite révélée comme
un film photo. Avec cette méthode, on peut donc identifier l’EPO
naturelle de l’EPO recombinante.
2) Test sanguin
Mais
on peut aussi détecter l'EPO avec la prise de sang d'un individu. Le
pourcentage d'hématocrite ne doit pas être supérieur à 50%.
Cependant, la prise de sang est plus chère (financièrement) mais
plus fiable que la première façon de détecter l'EPO dans les
urines.
