Réponse de la fibre musculaire à l entrainement Objectif: Expliciter comment la fibre musculaire s adapte à un entrainement. Stefan Matecki INSERM 1046 s-matecki@chu-montpellier.fr Définition: Excitabilité Contractilité Élasticité 4 propriétés de la fibre musculaire: Percevoir un stimulus chimique et y répondre Capacité de se contracter Capacité de s étirer et de reprendre sa taille au repos Plasticité Adaptation au type d effort selon l entraînement suivi Définition: Une des caractéristiques du vivant = Plasticité «Tout organisme vivant a la capacité de modifier sa structure et ses propriétés fonctionnelles en rapport avec les conditions environnementales imposées sur un de ses systèmes» Activité Physique: Marathon Modification de synthèse protéique Sprint Modification de synthèse protéique Mieux assurer la fonction contractile imposée 1
Fibre musculaire: La fibre musculaire: Aspect contractile Protéines clefs: MHC Figure 1: Organisation du muscle strié squelettique Actin thin filament (A) Z disk (a) Myosin thick Filament (M) Ca 2+ ossbridge Binding to actin (b) A+M*.ADP.Pi A+M*.ADP.Pi split, Forming high- Energy myosin ADP+Pi Energy release from myosin and crossbridge movement (d) Bingding of dissociates crossbridge from actin (c) A+M. A.M 2
Voies biochimiques de la production de l utilisé pendant la contraction du muscle anaérobie aérobie Fibre musculaire phosphocréatine ADP + Pi ase de la myosine créatine Glycogène 2 CONTRACTION 36 (glucose) >120 (AG libres) Glucose GLYCOLYSE pyruvate PHOSPHORYLATION OXYDATIVE O 2 acide lactique AG libres Acides Aminés Différents types de fibres musculaires Fibre rapide de type II Métabolisme anaérobie prédominant: Riche en glycogène, pauvre en triglycéride Pauvre en myoglobine et mitochondrie, peu vascularisée: (fibre blanche) Contraction Rapide : Force (N/ g) Myosine de type rapide (activité asique de type rapide) Fibre de gros diamètre Force Endurance temps Fibre lente de type I Métabolisme aérobie prédominant: Riche en triglycéride et peu de glycogène Riche en myoglobine, mitochondries, très vascularisée: (fibre rouge) Contraction Lente : Force (N/ g) Myosine et activité ase type lent Fibre de petit diamètre Force Endurance temps Fibres I Fibres IIa Fibres IIb Vitesse de contraction Lente Moyenne Rapide Force développée + ++ +++ Fatigabilité + ++ +++ Voie principale de synthèse de l Oxydative Mixte Glycolytique Mitochondrie +++ ++ + Myoglobine +++ ++ + Réserves en glycogène ++ ++ +++ Réserves en triglycérides +++ ++ + Activité myosine ase Lente Rapide Rapide Activité préférentielle Endurance,posture Sprint,marche Mouvements puissants intenses et brefs 3
A B Type I >II Type II >I A B Type II >I Type I >II Activité Physique Caractéristique de stimulation propre (intensité, durée) Messagers intracellulaires (cytoplasme) Facteurs transcriptionnels (noyaux) Gènes cibles Protéines Phénotype musculaire Régulation de cette plasticité: Transcriptionnelle Pré-traductionnelle Traductionnelle 2) Composition du muscle et implication fonctionnelle Pos-traductionnelle 4
Réponses du muscle à l entraînement en endurance Effets sur la synthèse des Protéines contractiles: Isoformes MHCs et activités enzymatiques Intensité faible durée e longue Intensité faible durée e courte Biogénèse mitochondriale [Ca 2+ ] i durable faible amplitude [Ca 2+ ] i transitoire faible amplitude H + MCT H + Réseau capillaire Transporteur du lactate Calmoduline activé P NFAT Noyau Protéine contractile type I d entrainement endurance Calmodulineinactivé P NFAT Noyau Protéine contractile type II Effets sur la synthèse des Protéines contractiles: Exercice endurant Effet sur la Biogenèse mitochondriale Exercice endurant Modulation de flux [Ca2+] Myocyte-enhancer-factor 2: Mef 2 Nuclear activating factor: Nfat Modulation de flux [Ca2+] Myocyte-enhancer-factor 2: Mef 2 Nuclear activating factor: Nfat calmoduline Calcineurine/ CaM kinase - HDAC4,5 P Nfat Mef 2? calmoduline Calcineurine/ CaM kinase - HDAC4,5 P Nfat Mef 2? Nucear respiratory factor: Nrf Peroxysome proliferator activated receptor: PPAR translocation PGC-1 translocation PGC-1 Nfat Mef 2 Nfat Mef 2 Nrf1 PPARγ Protéine contractile type I, IIa Protéine contractile type I, IIa Biogenèse mitochondriale Oxydation des Lipides Caractéristiques d une Fibre musculaire endurante Important transfert d énergie 0 2 GLU AG CO 2 Substrat préférentiel: Lipide Résistant à la fatigue PHOX ADP Feed back Feed back mick Transfert P (Réserve) P CK CK ADP ase Ca ase Transfert Énergie «Payant comptant» 5
Effet sur la Biogenèse mitochondriale Effets sur le Réseau Capillaire: Fonc. Mitochondriale Taille PHOX, VO2 ARNm Génes de PHOX P / (prédictif) ADP/ surcharge calcique mito. Transfert énergétique mck, Mobilisation des réserves 0 2 GLU AG CO 2 PHOX ADP Feed back mick Transfert P (Réserve) P CK CK ADP ase Ca ase Facteurs stimulants la vascularisation: VEGF (facteur de croissance provenant des cellules endothéliales) Hypoxémie va induire une VEGF Stimulus hypoxique + Gènes cibles + hypoxia inducible factor -1 HIF-1 Activation transcriptionnelle VEGF Action de VEGF sur la cellule endothéliale: Débit sanguin local Effets sur le Transporteur de lactate: Entrainement en endurance expression à la membrane Stimule la prolifération des cellules endothéliales Stimule la différenciation des cellules endothéliales Stimule la migration des cellules endothéliales Action vasodilatatrice Augmente la perméabilité vasculaire MCT H + H + Coeur L entraînement en endurance a de nombreux effets sur le muscle strié squelettique: Veine et CO 2 Muscle Artère il induit une diminution des isoformes rapides de myosine au profit des isoformes de type lent. il augmente la fonction mitochondriale et l oxydation des lipides. Glycogene II CO 2 I il développe le réseau capillaire. il augmente l expression des transporteurs du lactate et facilite les échanges du lactate. Amélioration de la capacité d endurance du muscle 6
Une voie cellulaire impliquée dans l hypertrophie secondaire à l exercice IGF1m: -Isoforme de la forme hépatique appelé «mechano growth factor» -Synthèse autocrine/paracrine -Lien entre stimulus mécanique et adaptation de la fibre musculaire -Permet activation de gène: prolifération, remodelage, réparation -Possède un récepteur membranaire qui est une tirosine kinase -Cascade d interaction phosphorylation/protéine-protéine activation de facteur transcriptionnel (comme Akt1) traductionnel (mtor, P70S6K) générale de synthèse protéique Lipide phosphatase Protéine phosphatase 2A synthèse protéique synthèse protéique ERK: extracellular-signal-regulated kinase (rôle dans prolifération cellulaire, muscle?) PI3K: phosphatidyl inositol kinase, IRS: Igf1 receptor tirosine kinase, Akt1: sérine thréonine kin. (prot. kin. B), phosphorylé par PDK: phosphoinositide dep. KB mtor: mammalian target of rapamycin; Tsc1-2: tuberous sclerosis complex 1 et 2 protein PHAS-1: phosphorylated heat and acide stable protein inhibé par raptor, GSK: glycogen K 7