Ce qui rend les entraînements difficiles si efficaces

L’entraînement par intervalles à haute intensité renforce le cœur encore plus qu’un exercice modéré. Maintenant, les chercheurs ont trouvé plusieurs réponses à ce qui rend les entraînements difficiles si efficaces.

«Nos recherches sur des rats souffrant d’insuffisance cardiaque montrent que l’exercice réduit la gravité de la maladie, améliore la fonction cardiaque et augmente la capacité de travail. Et l’intensité de l’entraînement est vraiment importante pour obtenir cet effet», déclare Thomas Stølen, chercheur au Norwegian Université des sciences et technologies (NTNU).

Stølen et son collègue Morten Høydal sont les principaux auteurs d’une étude approfondie publiée dans le Journal of Molecular and Cellular Cardiology. Les chercheurs se sont donné beaucoup de mal pour étudier ce qui se passe dans les minuscules cellules du muscle cardiaque après un exercice régulier.

«Nous avons constaté que l’exercice améliore des propriétés importantes à la fois dans la façon dont les cellules du muscle cardiaque gèrent le calcium et dans la conduite des signaux électriques dans le cœur. Ces améliorations permettent au cœur de battre plus vigoureusement et peuvent contrer les troubles du rythme cardiaque potentiellement mortels», déclare Stølen.

Pour qu’un cœur puisse battre puissamment, régulièrement et de manière synchrone, de nombreuses fonctions doivent fonctionner ensemble. Chaque fois que le cœur bat, le nœud sinusal – le stimulateur cardiaque du cœur – envoie des impulsions électriques au reste du cœur. Ces impulsions électriques sont appelées potentiels d’action.

Toutes les cellules du muscle cardiaque sont entourées d’une membrane. Au repos, la tension électrique à l’intérieur de la membrane cellulaire est négative par rapport à la tension à l’extérieur. La différence entre la tension à l’extérieur et à l’intérieur de la membrane cellulaire est appelée potentiel de membrane au repos.

Lorsque les potentiels d’action atteignent les cellules du muscle cardiaque, ils doivent surmonter le potentiel de membrane au repos de chaque cellule pour dépolariser la paroi cellulaire. Lorsque cela se produit, le calcium peut s’écouler dans la cellule par des canaux dans la membrane cellulaire.

Le calcium initie la contraction réelle des cellules du muscle cardiaque. Lorsque ce processus est terminé, le calcium est transporté hors de la cellule ou retourne à son site de stockage à l’intérieur de chaque cellule du muscle cardiaque. À partir de là, le calcium est prêt à contribuer à une nouvelle contraction la prochaine fois qu’un potentiel d’action se précipite.

Si la conduction électrique du cœur ou le système de gestion du calcium échoue, le risque est que moins de cellules du muscle cardiaque se contractent, la contraction dans chaque cellule sera faible et les signaux électriques deviendront chaotiques, de sorte que les cavités cardiaques commenceront à trembler.

«Tous ces processus sont dysfonctionnels lorsque quelqu’un a une insuffisance cardiaque. Les potentiels d’action durent trop longtemps, le potentiel de repos des cellules est trop élevé et la fonction de transport des canaux calciques dans la paroi cellulaire est perturbée. Le calcium s’échappe alors constamment de son des lieux de stockage à l’intérieur de chaque cellule du muscle cardiaque », explique Stølen.

Avant que Stølen ne nous donne le reste des bonnes nouvelles, il note: «Nos résultats montrent qu’un entraînement intensif peut inverser complètement ou partiellement tous ces dysfonctionnements.

Normalement, le nœud sinusal fait battre un cœur humain entre 50 et 80 battements par minute lorsqu’il est au repos. Cela suffit pour fournir à tous les systèmes organiques et cellules du corps autant de sang riche en oxygène dont ils ont besoin pour fonctionner correctement.

Lorsque nous nous levons pour nous promener, notre cœur commence automatiquement à battre un peu plus vite et à pomper un peu plus fort afin que l’apport sanguin soit adapté à l’augmentation du niveau d’activité. Plus l’intensité de l’activité est élevée, plus le cœur doit travailler dur.

L’exercice renforce le cœur afin qu’il puisse pomper plus de sang vers le reste du corps à chaque battement. Ainsi, le nœud sinusal peut prendre les choses un peu plus facilement et les personnes bien entraînées ont une fréquence cardiaque au repos plus faible que les personnes qui n’ont pas fait d’entraînement d’endurance régulier.

À l’autre extrémité du continuum se trouvent les personnes atteintes d’insuffisance cardiaque. Ici, la capacité de pompage du cœur est si faible que les organes ne reçoivent plus suffisamment de sang pour maintenir un bon fonctionnement. Les personnes souffrant d’insuffisance cardiaque ont une faible tolérance à l’exercice et sont souvent essoufflées avec un effort minimal.

En d’autres termes, augmenter la puissance de pompage vers le cœur est absolument crucial pour la qualité de vie et la santé des personnes souffrant d’insuffisance cardiaque.

Beaucoup des plus de 100 000 Norvégiens qui vivent avec une insuffisance cardiaque ont développé la maladie après avoir subi une crise cardiaque majeure – tout comme les rats de l’étude de Stølen et Høydal.

Chez les rats en bonne santé, le cœur pompait 75% du sang à chaque contraction. Chez les rats souffrant d’insuffisance cardiaque, cette mesure de la capacité de la pompe, appelée fraction d’éjection, a été réduite à 20%, dit Stølen.

La fraction d’éjection a augmenté à 35 pour cent après six à huit semaines avec des séances d’entraînement par intervalles presque quotidiennes sur un tapis roulant. Les rats ont fait des intervalles de quatre minutes à environ 90 pour cent de leur capacité maximale, assez similaire à la méthode 4 × 4 qui a été préconisée par plusieurs groupes de recherche à NTNU pendant de nombreuses années.

«L’entraînement par intervalles a également considérablement amélioré le conditionnement des rats. Après la période d’entraînement, leur niveau de forme physique était en fait meilleur que celui des rats non entraînés qui n’avaient pas eu de crise cardiaque», explique Stølen.

Une gestion altérée du calcium dans une cellule du muscle cardiaque provoque non seulement une contraction de la cellule avec une force réduite chaque fois qu’il y a un potentiel d’action. Il provoque également l’accumulation de calcium à l’intérieur de la zone remplie de liquide de la cellule – le cytosol – où commence chaque contraction.

Les réserves de calcium à l’intérieur des cellules ne sont censées libérer du calcium que lorsque le cœur se prépare à battre. L’insuffisance cardiaque, cependant, provoque une fuite constante de calcium hors de ces réserves. Après chaque contraction, le calcium doit être efficacement transporté vers les réserves de calcium – ou hors de la cellule du muscle cardiaque – via des pompes spécialisées. Chez les patients souffrant d’insuffisance cardiaque, ces pompes fonctionnent mal.

Lorsqu’une grande quantité de calcium s’accumule à l’intérieur du cytosol, les cellules du muscle cardiaque peuvent déclencher de nouvelles contractions alors qu’elles sont censées être au repos. Un gradient électrique se développe, ce qui amène le cœur à envoyer des signaux électriques alors qu’il ne le devrait pas. Cela peut provoquer une fibrillation dans les cavités cardiaques. Cette fibrillation ventriculaire est mortelle et est une cause fréquente d’arrêt cardiaque.

«Nous avons constaté que l’entraînement par intervalles améliore un certain nombre de mécanismes qui permettent au calcium d’être pompé hors des cellules et stocké plus efficacement à l’intérieur des cellules. La fuite des réserves de calcium à l’intérieur des cellules s’est également arrêtée chez les rats entraînés par intervalles», explique Stølen .

L’effet était clair lorsque les chercheurs ont essayé d’induire une fibrillation ventriculaire dans les cœurs de rats malades: ils n’y sont parvenus que chez l’un des neuf animaux qui avaient terminé l’entraînement par intervalles. En comparaison, ils n’ont eu aucun problème à induire une fibrillation chez tous les rats souffrant d’insuffisance cardiaque qui n’avaient pas fait d’exercice.

Jusqu’à présent, le groupe de recherche avait montré que l’exercice améliore la gestion du calcium dans les cellules musculaires cardiaques malades de plusieurs manières. La formation rend également le système de câblage électrique du cœur plus fonctionnel.

De plus, ils ont montré que l’exercice contrecarrait les processus qui faisaient que le cœur devenait gros et raide.

Prises ensemble, ces améliorations rendent chaque battement cardiaque plus puissant et réduisent la gravité de l’insuffisance cardiaque. Le risque de fibrillation ventriculaire dangereuse a également été réduit.

Mais Stølen et son équipe n’avaient toujours pas de réponse sur les raisons pour lesquelles l’exercice corrige les potentiels d’action lente et garantit que les cellules du muscle cardiaque sont capables de prendre soin du calcium de la bonne manière.

Par conséquent, ils ont cherché à savoir si la formation avait modifié l’activité génétique à l’intérieur des cellules de rat. Des milliers de types différents de micromolécules appelées micro-ARN contrôlent probablement la plupart de cette activité par interaction directe avec les gènes.

« Il s’est avéré que 55 des variantes de micro-ARN que nous avons examinées étaient modifiées chez des rats souffrant d’insuffisance cardiaque par rapport aux rats sains. L’entraînement par intervalles a permis de ramener 18 d’entre eux à des niveaux sains. Plusieurs des micromolécules pertinentes sont connues pour jouer un rôle dans à la fois la gestion du calcium et le système de conduction électrique du cœur, mais la chose la plus intéressante est que nous avons découvert de nouveaux micro-ARN qui peuvent jouer un rôle important dans l’insuffisance cardiaque », explique Stølen.

Cet article a principalement examiné les effets de l’entraînement par intervalles à haute intensité. Mais l’étude comprend également un groupe de rats qui se sont entraînés plus tranquillement.

Les rats de ce groupe ont parcouru la même distance et ont donc fait autant de travail d’entraînement total que les rats du groupe d’entraînement par intervalles. Cependant, ils devaient faire de l’exercice plus longtemps à chaque fois car ils s’entraînaient à une intensité plus faible. Stolen note que cette forme de formation a également entraîné plusieurs améliorations de la santé.

Mais, souligne-t-il, la grande majorité des améliorations étaient plus importantes avec l’entraînement par intervalles. « Par exemple, nous avons pu induire une fibrillation cardiaque chez cinq des huit rats après une période d’exercice modéré, et leur capacité de pompage ne s’était améliorée que deux fois moins que dans le groupe d’entraînement par intervalles. »