Glutamine et fatigue chez les nageurs

L'étude a porté sur l'impact d'une supplémentation en glutamine sur la tolérance au stress chez 14 nageurs de haut niveau (8 hommes et 6 femmes) appartenant aux équipes nationales canadiennes (CAMO et CNPPO). L'âge moyen des hommes était de 21,4 ± 2,5 ans et celui des femmes de 22,0 ± 5,6 ans. Ils pratiquaient la natation depuis environ 13,16 ± 4,34 ans et s'entraînaient en moyenne 21,04 ± 3,36 heures par semaine. Chaque nageur a participé à deux phases de sept jours, incluant trois jours de compétition consécutifs : une phase avec supplémentation en glutamine et une phase avec un placebo. Des prélèvements sanguins et l'administration du questionnaire RESTQ-sport ont été effectués avant chaque phase de sept jours et le lendemain des compétitions pour évaluer l'impact de la supplémentation sur les paramètres physiologiques et psychologiques. Le choix de cette population cible s'explique par leur volume d'entraînement important et l'incidence élevée d'infections et de fatigue observée chez les nageurs d'élite.

Le questionnaire RESTQ-sport, développé sur plus de dix ans auprès d'athlètes américains, canadiens et allemands, a été utilisé pour évaluer le stress et la récupération des nageurs. Ce questionnaire, composé de 76 énoncés répartis en 19 échelles (12 catégories générales et 7 spécifiques au sport), utilise une échelle de Likert (0 à 6) pour mesurer la fréquence des activités stressantes ou régénératives au cours des trois derniers jours. L'administration du questionnaire était individuelle et prenait environ 10 à 12 minutes. Les échelles spécifiques au sport évaluaient la qualité du repos, le bien-être physique et mental, la motivation, la persévérance, la vulnérabilité aux blessures, l'efficacité personnelle et l'auto-régulation. Le RESTQ-sport a été choisi pour sa capacité à évaluer rétrospectivement le niveau de stress et sa pertinence dans le contexte des compétitions de natation.

Les prélèvements sanguins ont permis de mesurer les niveaux de cytokines pro-inflammatoires (IL-1, IL-6, TNF-α et IFN-γ) et de glutamine. L'analyse des résultats s'est concentrée sur l'évolution de ces marqueurs avant et après la période de compétition, ainsi que sur la comparaison entre les groupes supplémentés en glutamine et placebo. L'étude a exploré les variations des niveaux de cytokines en fonction de l’intensité de l’effort et de la supplémentation en glutamine pour déterminer l’impact sur l’inflammation, la fatigue et la performance des nageurs. La glutamine, en tant que précurseur du glutathion (antioxydant), a été étudiée pour son potentiel rôle dans la modulation de la réponse inflammatoire et dans la réduction des effets négatifs de l’exercice physique intense.

Une comparaison des données entre décembre et janvier a révélé une diminution significative de la concentration plasmatique basale en glutamine en janvier (p=0,038). De même, les niveaux des cytokines pro-inflammatoires IFN-γ et TNF-α ont diminué de manière significative (p<0,05) en janvier. Parallèlement, les ratios du RESTQ-sport ont augmenté significativement entre décembre et janvier, indiquant une augmentation du stress par rapport à la capacité de récupération (p<0,05). Cette comparaison a permis d’analyser l’évolution des marqueurs physiologiques et psychologiques en fonction de la progression de la saison d’entraînement et des compétitions, soulignant l'influence de la charge d'entraînement sur les niveaux de glutamine et de cytokines.

L'exercice physique intense provoque une réponse inflammatoire systémique. Le texte explique que le stress psychologique et la fatigue musculaire cumulés durant les compétitions exercent une pression sur le système immunitaire, entraînant une activation du réseau psycho-neuro-immunologique. Cette réponse inflammatoire se caractérise par une diminution des défenses immunitaires, une réponse inflammatoire, de la fatigue, un état dépressif et du catabolisme protéique. Les principales cytokines pro-inflammatoires impliquées sont l'IL-1, l'IL-6 et le TNF-α, qui activent la réponse de phase aiguë. L’IL-1, notamment, produite par les phagocytes mononucléaires, joue un rôle dans la régulation de la tension artérielle, de la fièvre, de l'inflammation et de la prolifération cellulaire, tout en participant au catabolisme protéique avec le TNF-α. Le TNF-α, ou facteur de nécrose tumorale, est impliqué dans la dégradation protéique et la perte de masse maigre, et sa hausse stimulerait la production de radicaux libres, contribuant à la fatigue musculaire.

Les cytokines systémiques circulantes atteignent le système nerveux par différentes voies : molécules de transport au niveau de la barrière hémato-encéphalique, accès direct via les organes circumventriculaires, ou transport par le nerf vague. Ce dernier innerve les organes impliqués dans la réponse immunitaire, transmettant l'information au cerveau. Au sein du système nerveux, les astrocytes et les microglies contribuent à la réponse inflammatoire centrale en sécrétant de l'IL-1, de l'IL-6 et du TNF-α. La liaison de ces cytokines à leurs récepteurs cérébraux augmente la sécrétion de catécholamines, de cortisol, de sérotonine, de prostaglandines et d'hormones du stress. Des études suggèrent que la synthèse de novo de ces cytokines dans le système nerveux central contribue aux altérations de l'humeur en réponse au stress physique ou mental, jouant un rôle dans la symptomatologie de la dépression. L'IL-6 serait davantage liée aux symptômes neuropsychiatriques, tandis que l'IL-1 aux malaises physiques.

Deux mécanismes majeurs peuvent déclencher une réponse inflammatoire à l'exercice : les lésions tissulaires et la translocation bactérienne intestinale. Les lésions tissulaires causent une accumulation intramusculaire de leucocytes (neutrophiles et macrophages activés) pour nettoyer la zone endommagée, augmentant la production de cytokines pro-inflammatoires (IL-1, IL-6, TNF-α), amplifiant le recrutement de cellules inflammatoires et la production hépatique de protéines de phase aiguë. Le système nerveux central, notamment l'axe HPA et l'hypothalamus, participe à cette réponse inflammatoire systémique. L'exercice intense redirige le flux sanguin vers les muscles, causant une hypoperfusion des intestins et une altération de la muqueuse intestinale, permettant aux bactéries de passer dans la circulation sanguine et d'amplifier la réponse inflammatoire. Le corps met en place des mécanismes pour limiter cette réponse, comme l'action d'inhibiteurs de l'IL-1 et du TNF-α.

Durant l'effort physique intense, le cycle de Krebs est crucial pour la production d'énergie musculaire. Son fonctionnement nécessite un approvisionnement constant en substrats anaplérotiques, notamment le glutamate. L'hydrolyse de la glutamine fournit ce glutamate, essentiel à la contraction musculaire. L'utilisation du glutamate s'accompagne d'une augmentation des concentrations d'alanine et de pyruvate, ainsi que d'une diminution des réserves de glycogène. Cette utilisation de la glutamine comme substrat énergétique est donc directement liée au métabolisme énergétique musculaire lors de l'effort.

L'exercice physique produit des radicaux libres, capables d'endommager les protéines et les lipides, altérant ainsi les processus physiologiques. Pour se protéger, l'organisme produit des antioxydants, dont le glutathion, qui élimine les radicaux libres et prévient les lésions endothéliales. La glutamine joue un rôle clé dans la formation du glutathion en fournissant du glutamate, un précurseur essentiel. La synthèse du glutathion implique également la cystéine et la glycine. Le transport du glutamate est couplé à celui de la cystine, qui est ensuite réduite en cystéine à l'intérieur de la cellule, fournissant ainsi deux précurseurs du glutathion grâce à l'utilisation de la glutamine. Ce mécanisme souligne l'importance de la glutamine dans la lutte contre le stress oxydatif induit par l'exercice.

Des épisodes de stress physique intense peuvent entraîner une diminution des niveaux de glutamine musculaire et plasmatique. L'exercice induit une réponse biphasique de la concentration plasmatique en glutamine : une augmentation initiale suivie d'une baisse lors d'un entraînement intensif ou prolongé. La durée, le type et l'intensité de l'exercice influencent les niveaux plasmatiques de glutamine. Des études sur les coureurs de marathon montrent une baisse pouvant atteindre 20% de la concentration plasmatique de glutamine après la course. Cependant, la relation entre la baisse de glutamine plasmatique et l'immunosuppression post-exercice n'est pas clairement établie chez l'humain. Des recherches in vitro indiquent que le fonctionnement des lymphocytes reste identique pour des concentrations de glutamine entre 300 et 600 µmol/L, des concentrations souvent observées même après un exercice intense.

Chez les athlètes surentraînés, on observe une dépendance accrue à l'oxydation des glucides et une diminution de l'utilisation des lipides, augmentant la vulnérabilité aux hypoglycémies et à l'épuisement des réserves glycogéniques. Des niveaux bas de glycogène sont associés à la fatigue musculaire et à une baisse de performance. Une forte intensité d'effort entraîne une glycolyse anaérobie, produisant de l'acide lactique et des ions hydrogène, contribuant à la sensation de fatigue. Les altérations du métabolisme énergétique sont successives et cumulatives: d'abord les glucides, puis les lipides, et finalement les protéines et les acides aminés. Le surentraînement pourrait être lié à une dépendance du catabolisme des protéines pour produire de l'énergie. Les niveaux d'acides aminés plasmatiques, y compris la glutamine, varient en fonction de l'état de fatigue (normale, aiguë ou chronique). L'exercice intense provoque des variations significatives de plusieurs acides aminés, suggérant un lien complexe entre le métabolisme énergétique, la fatigue, et le surentraînement.

L’exercice physique intense augmente la production de radicaux libres par la chaîne respiratoire mitochondriale et la dégradation de l'ATP. Ces radicaux libres réagissent avec les macromolécules (lipides et protéines), entraînant une dénaturation des protéines musculaires, une diminution de la force musculaire, une baisse de la performance et une fatigue accrue. Les lésions musculaires stimulent l'inflammation et un état d'ischémie-reperfusion, générant davantage de radicaux libres par les neutrophiles. Les monocytes et les macrophages sécrètent également des cytokines pro-inflammatoires, amplifiant l'inflammation et la réponse oxydative. Cette cascade d'événements, initiée par la production de radicaux libres, contribue à la fatigue et aux symptômes liés au surentraînement. Une surproduction de cytokines (IL-1, IL-6, TNF-α) influencerait l’activité du système nerveux autonome et de l’axe HPA, contribuant aux manifestations cliniques du surentraînement.

La sérotonine, synthétisée à partir du tryptophane plasmatique, est un neurotransmetteur impliqué dans l'humeur, le sommeil, l'appétit, la douleur et la locomotion. Son entrée dans le cerveau dépend du ratio tryptophane libre/acides aminés à chaînes ramifiées (BCAA). La déplétion des réserves de glycogène lors du surentraînement force les muscles à utiliser les BCAA, diminuant leur concentration plasmatique et facilitant l'entrée du tryptophane dans le cerveau. Ceci augmente la synthèse de sérotonine, contribuant à la fatigue centrale. Cette relation souligne le lien complexe entre le métabolisme énergétique, la disponibilité des acides aminés, et l'apparition de la fatigue centrale chez les athlètes surentraînés.

L'effort physique augmente les niveaux d'ammoniac en circulation dû au catabolisme protéique. L'ammoniac traverse la barrière hémato-encéphalique, et comme le cerveau ne possède pas le cycle de l'urée, il dépend de la synthèse de glutamine pour éliminer l'excès d'ammoniac. Cette élimination diminue le glutamate, précurseur du GABA (acide gamma-aminobutyrique), un neurotransmetteur inhibiteur important dans le SNC. L'hyperammoniémie perturbe la synthèse des neurotransmetteurs, contribuant à la fatigue centrale. La diminution du GABA, en particulier, peut exacerber les effets du stress et de l'anxiété, amplifiant la fatigue.

Le surentraînement peut être vu sous l'angle du syndrome général d'adaptation de Hans Selye. Ce syndrome comporte trois phases : l'alarme, la résistance, et l'épuisement. Le surentraînement correspondrait à la phase d'épuisement, où les défenses de l'organisme sont dépassées et les fonctions physiologiques altérées. Les athlètes d'élite subissent de nombreux stress internes et externes, pouvant inhiber l'immunité cellulaire et stimuler l'immunité humorale. La réponse au stress dépend de la perception des émotions et du contrôle de l'individu, influencée par les traits de personnalité. L'optimisme agit comme modérateur de la réponse au stress.

L'exercice physique intense modifie le système endocrinien. Les variations de certaines hormones peuvent servir de marqueurs de la charge d'entraînement et de la tolérance au stress. Dans les sports d'endurance, les niveaux de cortisol et de catécholamines fluctuent avec l'intensité et le volume d'entraînement. Chez les athlètes surentraînés, les niveaux de cortisol sont variables (augmentés ou diminués), et la testostérone est stable ou diminuée. Le cortisol est impliqué dans la fatigue via ses effets périphériques (métabolisme énergétique, activité anti-inflammatoire, appétit, humeur, éveil). Le ratio cortisol/cortisone serait un meilleur indicateur de performance que les niveaux individuels de ces hormones, une diminution du ratio étant associée à une meilleure performance. L'évolution de ce ratio pendant la saison d'entraînement est plus importante que sa valeur ponctuelle.

Les niveaux plasmatiques des cytokines, mesurés 12 heures après les compétitions, étaient comparables entre le groupe glutamine et le groupe placebo. Seul le TNF-α variait significativement pendant les compétitions, diminuant de manière significative après la compétition dans les deux groupes (p=0,005 et p=0,002 respectivement). Cette baisse du TNF-α après l'effort est cohérente avec d'autres études rapportant une diminution de sa production après un effort d'endurance. L'étude de Suzuki et coll. a montré une augmentation significative de l'IL-6 sur trois jours consécutifs d'exercice, mais dans cette étude, la charge de stress perçue par les nageurs n'a peut-être pas été suffisante pour induire une libération massive d'IL-6. En janvier, le profil inflammatoire était similaire entre les deux groupes, seul IFN-γ montrant une légère augmentation (p>0,05).

La comparaison des niveaux de cytokines avant la supplémentation en décembre et les niveaux basaux en janvier révèle une chute significative des niveaux d'IFN-γ (81,36%, p=0,000) et de TNF-α (37,67%, p=0,002) entre les deux périodes. Cette baisse pourrait être due à un affaiblissement des défenses immunitaires en réponse à la fatigue de l’entraînement, confirmant la relation entre la fatigue générée par l’entraînement, la baisse de la concentration plasmatique en glutamine, et la diminution des niveaux de cytokines pro-inflammatoires. Northoff suggère que la baisse d'IFN-γ est au cœur de l'immunosuppression pour contrebalancer l'inflammation. Le stress des compétitions, la fatigue et la progression de la saison d'entraînement pourraient contribuer à la diminution de l'IFN-γ.

Paradoxalement, les paramètres inflammatoires étaient plus faibles en janvier qu'en décembre, alors que les indicateurs de stress augmentaient. Seul le TNF-α présentait une corrélation positive avec les ratios du RESTQ-sport, particulièrement le ratio stress sport/récupération sport (r=0,349, p=0,094). Cette corrélation suggère que le TNF-α, impliqué dans le catabolisme des protéines musculaires, pourrait altérer le métabolisme des protéines et augmenter la sensation de fatigue, détectée par le RESTQ-sport.

Les prélèvements sanguins effectués 12 heures après les compétitions, plutôt qu'immédiatement, limitent l'analyse des effets aigus. Les cytokines ont une courte demi-vie, et il est possible que leurs niveaux aient augmenté dans les heures suivant la compétition avant de revenir à la normale 12 heures plus tard. Ostrowski et Castell soulignent la rapidité de l'augmentation et de la diminution des cytokines après l'exercice. L'étude de Moldoevanu et coll. montre que les niveaux de cytokines pro-inflammatoires peuvent être altérés jusqu'à 24 heures après un effort intense, mais les concentrations maximales sont atteintes 2 à 3 heures après l'effort. L'étude reflète donc principalement les effets chroniques de l'entraînement plutôt que les effets aigus des compétitions.

Contrairement aux hypothèses, la supplémentation en glutamine n'a pas significativement amélioré les paramètres inflammatoires et psychologiques. Cependant, les distances parcourues en compétition étaient supérieures, et presque statistiquement significatives, dans le groupe glutamine (+515 mètres en moyenne), sans impact sur les indicateurs de fatigue, les niveaux de cytokines et la concentration plasmatique en glutamine. Ceci suggère que la supplémentation en glutamine pourrait avoir un effet bénéfique sur la performance, même si les effets sur les paramètres inflammatoires et psychologiques ne sont pas clairement mis en évidence dans cette étude. Des recherches plus approfondies sont nécessaires pour mieux comprendre l'impact de la supplémentation en glutamine chez les athlètes.