Le stress oxydant provoqué par l'exercice : une fatalité?

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1 Le stress oxydant provoqué par l'exercice : une fatalité?

2 L e métabolisme aérobie est un moyen très efficace de produire de l'énergie en oxydant la matière organique, mais l'utilisation d'oxygène entraîne la formation d'espèces oxygénées actives (EOA), qui sont des éléments très instables et réactifs vis-à-vis d'autres molécules de l'organisme. Ces EOA sont soit des radicaux libres (atomes, molécules ou fragments de molécules qui possèdent un électron non apparié, dit «électron célibataire»), soit des molécules non radicalaires, moins réactives, mais elles aussi susceptibles de réagir avec d'autres molécules. Une oxydation délétère Les EOA possèdent un pouvoir pro-oxydant vis-à-vis des éléments qui les entourent. Très instables, ils peuvent potentiellement réagir avec chaque constituant cellulaire et provoquer son oxydation. Cependant, leurs cibles privilégiées sont d'abord les lipides, notamment ceux qui constituent les membranes cellulaires, suivis des protéines et de l'adn et ARN. L'oxydation des lipides membranaires perturbe la fluidité et la résistance des membranes cellulaires et provoque la lyse des cellules («mort cellulaire»). L oxydation des protéines, comme les enzymes ou les protéines de transports, provoque leur inactivation et la perte de leur activité biologique. L oxydation du matériel génétique empêche la production de protéines ou entraîne la production de molécules inadéquates. Face à ce potentiel dévastateur des EOA, l'organisme a mis en place de nombreux systèmes de défense. Une lutte organisée L organisme possède divers systèmes de défenses contre les EOA qui soit empêchent la formation des EOA soit neutralisent rapidement les EOA après leur formation. Dans les tableaux 1, 2 et 3 sont présentés certains de ces éléments et leurs rôles dans la lutte contre les EOA. Malgré tout, les EOA sont utiles à l'organisme. À faible concentration, ils permettent la libération du calcium nécessaire à la contraction musculaire et assurent une fonction musculaire optimale. Il participe aux phénomènes immunitaires et inflammatoires, notamment en détruisant les bactéries phagocytées par certaines cellules immunitaires. Les EOA ne sont donc délétères pour l'organisme uniquement lorsqu'ils sont produits en grandes quantités. L'effort physique générateur de stress oxydant Le stress oxydant est un syndrome au cours duquel la production d'éléments pro-oxydants (EOA) surpasse les capacités de défense anti-oxydantes de l'organisme. Il en résulte un déséquilibre entre pro-oxydants et antioxydants à la faveur des pro-oxydants. Cette situation intervient lorsque les mécanises de défenses sont insuffisants (en raison de carences alimentaires par exemple), ou lors de production massive de EOA : c'est le cas lors d'inflammation, d'infection, d'exposition à des radiations, des UV, à un stress thermique ou émotionnel, mais aussi lors d'exercice.

3 En effet, pendant un effort physique, la consommation d'oxygène peut être trente fois supérieure à celle au Tableau 1 Enzymes anti-oxydantes majeures repos, ce qui, par conséquent, augmente la production d'eoa. De plus, lors d'un effort physique, le sang est temporairement chassé de certains organes qui manquent transitoirement d'oxygène, et qui sont ensuite reperfusés lorsque l'effort physique s'arrête. Ces phénomènes d'ischémie-reperfusion provoquent une production massive d'eoa. L'exercice Rôles produit donc un stress oxydant et ce d'autant plus que l'environnement est chaud et humide. L'organisme du cheval athlète fragilisé Certaines pathologies du cheval de sport et de courses ont été associées au stress oxydant. Même s'il n'est pas toujours évident de savoir si le stress oxydant est une cause ou une conséquence, il est cependant certain qu'il joue un rôle central dans les pathologies suivantes. Superoxyde dismutase (SOD) Convertit les radicaux superoxydés en H 2 O 2 Glutathion peroxydase (GPx) Catalase (CAD Tableau 2 Molécules anti-oxydantes de petite taille Glutathion Vitamine E Vitamine C Vitamine A et les caroténoïdes Coenzyme Q1O Tableau 3 Sélénium Cuivre Zinc Oligo-éléments Capte les lipides peroxydés Convertit le H en eau Intervient dans la régénération de la vitamine C Régénère le glutathion Convertit le H 2 O 2 en eau Rôles Protège les protéines contre les EOA Sert de substrat à la GPx Protège les lipides membranaires contre les EOA «Stabilise» les membranes cellulaires Premier rempart contre les EOA Protège divers substrats : protéines, acides gras, ADN Empêche l'oxydation.des acides gras polyinsaturés Protège les lipides contre les EOA Rôles Elément catalyseur pour la GPx Elément catalyseur pour la SOD Elément catalyseur pour la SOD RESPIRATOIRES Les EOA joueraient un rôle important dans des affections respiratoires comme les hémorragies pulmonaires à l'effort, l'emphysème pulmonaire («pousse» ou obstruction récurrentes des voies respiratoires profondes) et l'inflammation des voies respiratoires profondes. Les EOA causent des lésions oxydatives sur tout type de cellules, mais certaines sont plus sensibles, notamment les cellules alvéolaires, les cellules de l'épithélium cilié des bronches et les cellules de la paroi des capillaires pulmonaires. Les EOA cau-

4 sent donc directement des lésions au niveau des voies respiratoires profondes EN PRATIQUE Évaluer le stress oxydant (alvéoles, bronchioles et capillaires pulmonaires associés). Ajouté à cela, ils endommagent indirectement les poumons en encourageant l'infiltration leucocytaire et l'œdème pulmonaire. Ces lésions créent une inflammation, qui amplifie la production d'eoa au niveau pulmonaire. Il se crée donc un cercle vicieux, dans lequel on distingue mal si le stress oxydatif est la cause ou une conséquence de ces affections. Cette inflammation des voies respiratoire profondes cause une contre performance chez les chevaux de sport et de course, Afin de suivre l'évolution du stress oxydant au cours de la saison de compétition ou d'observer les effets d'une complémentation anti-oxydante, on peut avoir recours à des dosages sanguins. Comme il est difficile de doser les EOA, on mesure les molécules oxydées ou les systèmes de défense anti oxydante (voir tableau 4). Sur le terrain, le dosage de ces éléments ne peut se faire que par l'intermédiaire d'un laboratoire maîtrisant Tableau 4 et joue un rôle central dans la pathogénie de l'emphysème pulmonaire chez les chevaux de sport ou non. Dans le cas des hémorragies pulmonaires intervenant durant ou juste après un effort intense, une augmentation de la pression artérielle dans les vaisseaux pulmonaires entraîne la rupture des capillaires pulmonaires, déjà affaiblis par les lésions causées par les EOA. Or, cette hypertension pulmonaire serait en partie due aux EOA eux-mêmes, un grand nombre de techniques d'analyses et ayant une expérience dans le domaine antioxydant. Une attention particulière doit être prêtée au traitement des prélèvements : centrifugation immédiate, respect de la chaîne du froid (-4 à -80 C selon les analyses), analyse dans des délais adéquats. Aucun marqueur n'est suffisant à lui seul. Le dosage simultané de plusieurs marqueurs est en effet nécessaire pour éviter les erreurs de diagnostic. Évaluation de la protection anti-oxydante TAC: total antioxydant capacity Capacité de défense contre le stress oxydant TOS: total oxydant status Évaluation du potentiel oxydant du plasma Évalue le stress oxydant global du plasma CPx: glutathion peroxydase CSH: glutathion réduit SOD: superoxyde dismutase Vitamine E Augmente au cours de l'entraînement Diminue en cas de surentraînement Protège les protéines contre les EOA Diminue durant l'exercice et lors de pathologies Augmente au cours de l'entraînement Diminue durant un processus oxydatif Marqueur de la protection des lipides GSSG: glutathion oxydé Lipides peroxydés MDA: malonaldéhyde TSARS: thiobarbituric acide reactive species, F2 isoprostanes... Protéines oxydées, groupes thiol Marqueur précis d'un processus oxydatif Augmente durant l'exercice et lors de pathologies Reflète l'oxydation des lipides donc les dégâts membranaires Corrélé négativement à la vitamine E Faibles chez les chevaux performants Autres marqueurs de l'oxydation des lipides Marqueurs de l'oxydation des protéines Augmentent avec l'exercice et lors de pathologies Vitamine C Première ligne de défense contre les EOA 8-hydroxy-2-désoxyguanosine Marqueurs de l'oxydation de l'adn

5 qui empêcheraient l'action de facteurs vasodilatateurs (NO) et provoqueraient donc indirectement une vasoconstriction des vaisseaux pulmonaires. De plus, les EAO provoquent une diminution de la fluidité de la membrane des globules rouges. Une hémorragie pulmonaire s'en suit, et la présence de sang et donc de fer dans les poumons, provoque à son tour une production massive d'eoa. Le stress oxydatif se renforce, les lésions pulmonaires aussi, etc. Les chevaux qui saignent des poumons à l'effort sont contre performants. Ce problème est fréquent chez le cheval de courses. ARTICULAIRES Lors d'un exercice, les microtraumatismes articulaires répétés génèrent des radicaux libres par le phénomène d'ischémie-reperfusion. Il semble même que les EOA pourraient se former lors de simples compressions de l'articulation. Ainsi, la production d'eoa est nettement augmentée au niveau articulaire chez les chevaux en exercice intense. De même, lors d'un quelconque phénomène inflammatoire local, la production d'eoa augmente dans l'articulation concernée. Or les EOA dégradent la matrice cartilagineuse, à savoir le collagène, l'acide hyaluronique et les protéoglycanes. Ils participent donc à la mise en place de phénomènes arthrosiques dans l'articulation. C'est pourquoi, les chevaux soumis à un exercice intense ont davantage de risques d'avoir de l'arthrose, même très tôt dans leur carrière. MUSCULAIRES Une production massive d'eoa peut provoquer une lyse cellulaire importante au niveau des muscles squelettiques et entraîner une myosite. Ces affections apparaissent lors de la séance ou juste après, et provoquent une douleur intense. À bas bruit, ce phénomène peut juste revêtir l'aspect d'une faiblesse musculaire. NEUROLOGIQUES Le stress oxydant joue un rôle central dans certaines maladies du système nerveux, comme la maladie du motoneurone, la «grass sickness», et la myéloencéphalopathie dégénérative équine. Ces pathologies ne touchent pas uniquement le cheval au travail, mais surtout les chevaux n'ayant jamais accès à l'herbe et qui ne sont pas complémentés. Enfin, le stress oxydant provoque le vieillissement de l'organisme et une diminution de l'immunité. Il est donc primordial de mettre en place une véritable stratégie pour lutter contre le stress oxydant afin Bon à savoir Une surcharge pondérale est associée de manière proportionnelle à une augmentation de la consommation d'oxygène par l'organisme avec pour conséquence une augmentation de la production de EOA. Il ne s'agit pas d'avoir des chevaux maigres, mais de rechercher le poids idéal du cheval athlète afin d'éviter toute surcharge graisseuse et de ne pas accentuer le stress oxydant généré par l'exercice.

6 de préserver l'organisme du cheval sportif et prolonger au maximum sa carrière sportive. Complémenter la ration en antioxydants Plusieurs études ont démontré qu'une complémentation en antioxydants permettait de réduire le stress oxydant général des chevaux au travail. Même si pour l'instant aucune étude n'a pu démontrer un impact direct sur les performances, Les erreurs à ne pas commettre la complémentation anti oxydante semble pouvoir augmenter la tolérance à l'exercice. De plus, elle pourrait retarder voir prévenir le surentraînement. Chez les chevaux en condition inflammatoire, comme c'est le cas des chevaux atteints d'affections pulmonaires, la complémentation anti oxydante permet clairement de réduire l'inflammation et d'améliorer leurs capacités sportives. Les principaux antioxydants présents dans les compléments sont les suivants : La vitamine E : de nature lipophile, elle s'incorpore dans les membranes cellulaires et protège les lipides et autres constituants membranaires. Elle possède un rôle clef dans la prévention On veillera à ne pas donner trop de fer, de cuivre, de sélénium ou de vitamine C dans la ration. En effet, ces éléments se comportent comme des pro-oxydants et augmentent donc le stress oxydant lorsqu'ils sont distribués en trop grande quantité. Le fer est souvent déjà excédentaire dans la ration de base et il est donc inutile voire déconseillé d'en rajouter. En revanche, le cuivre, le zinc et la vitamine C sont souvent déficients. Cependant, leurs apports doivent être raisonnés : par exemple, la quantité de cuivre apportée dans la ration compte autant que le rapport zinc/cuivre de la ration globale. De même, les apports en sélénium doivent être strictement contrôlés. La dose toxique est relativement faible chez le cheval, il est donc important de ne pas multiplier les apports en sélénium, car la dose mortelle pourrait vite être atteinte. des myosites et maladies dégénératives du système nerveux. Les céréales contiennent très peu de vitamine E. L'herbe en contient quelque peu. En revanche, la concentration en vitamine E dans le foin diminue rapidement durant les premières semaines de stockage. Cette vitamine est détruite par la chaleur, c'est pourquoi tous les granulés extrudés à chaud (comme c'est le cas de la majorité des granulés vendus dans le commerce) ne contiennent pratiquement pas de vitamine E. Il est donc souvent nécessaire de complémenter les chevaux athlètes avec une source de vitamine E de qualité. La vitamine C est un antioxydant de première ligne très important, notamment au niveau pulmonaire. La plupart des caroténoïdes comme le betacarotène, un précurseur de la vitamine A et la vitamine A elle-même, interagissent avec des radicaux libres et peuvent empêcher l'oxydation des acides gras polyinsaturés. La présence de sélénium est indispensable au bon fonctionnement de la glutathion peroxydase (GPx), en-

7 zyme anti oxydante majeure de l'organisme, qui a pour rôle de détoxifier les lipides peroxydés. De même, la présence de cuivre, zinc, manganèse est indispensable à une autre enzyme anti oxydante : la superoxyde dismutase (SOD). Les Omega 3 ne sont pas des antioxydants à proprement parler mais ont un effet bénéfique sur la fluidité membranaire des globules rouges et peuvent donc réduire les risques d'hémorragies pulmonaires à l'effort. L'utilisation des antioxydants est plus efficace lorsqu'on les associe les uns aux autres, car ils agissent de manière synergique. Raisonner l'entraînement L'adaptation à l'exercice par un entraînement adéquat permet d'augmenter la capacité sportive d'un athlète par, entre autres, une plus grande utilisation de l'oxygène. À cette augmentation correspond une augmentation de production d'eoa en situation d'exercice. Afin de maintenir une fonction optimale, l'organisme réagit en améliorant ses systèmes de défenses antioxydants. Ce phénomène d'adaptation permet donc à un cheval bien entraîné de posséder une défense anti-oxydante supérieure à un cheval peu entraîné : il sera donc mieux armé pour lutter contre le stress oxydatif et ses conséquences lors d'un exercice intense. Il est donc important qu'un cheval de course ou de sport ait un entraînement sérieux avant de participer à des réunions ou des compétitions. Lutter contre l'inflammation Étant donné que l'inflammation constitue le producteur principal d'eoa, on comprend aisément que les traitements anti-inflammatoires diminuent le stress oxydatif. Il peut donc être intéressant de mettre en place un traitement antiinflammatoire associé à un traitement antioxydant lors de phénomène inflammatoire avéré (synovite, myosite, affections respiratoires...). Ceci étant, les traitements inflammatoires doivent rester occasionnels et relativement courts, alors que la complémentation antioxydante doit être distribuée en continue. Le stress oxydant est donc un élément à prendre en compte chez le cheval de haut niveau. Étant donné les effets des EOA sur l'organisme, et donc possiblement sur les performances du cheval athlète, il est recommandé d'essayer de lutter contre le stress oxydatif généré par l'exercice. L'entraînement et la complémentation anti-oxydante constituent les deux principaux moyens de faire la différence. Avant de choisir un complément alimentaire, il est important de veiller à ce que la ration de base soit équilibrée. L'apport en fibres, l'apport énergétique, protéique et le rapport Calcium/Phosphore restent les éléments primordiaux. L'apport en vitamines et minéraux vient dans un second temps. Attendu que les antioxydants agissent de manière synergique, il est préférable de distribuer simultanément plusieurs éléments antioxydants. DR ANN-SOPHIE LEGLISE