Une explication de l'efficacité du HIIT

[Gilles]

Ryanodine receptor fragmentation and sarcoplasmic reticulum Ca2+ leak after one session of high-intensity interval exercise
Nicolas Place et al.
PNAS Published online before print November 2, 2015

Significance

High-intensity interval training (HIIT) has become popular because it is a time-efficient way to increase endurance. An intriguing and so-far-unanswered question is how a few minutes of HIIT can be that effective. We exposed recreationally active men to one session of three to six sets of 30-s high-intensity cycling exercise. Muscle biopsies taken 24 h later showed an extensive fragmentation of the sarcoplasmic reticulum (SR) Ca2+ channels, the ryanodine receptor 1 (RyR1). In isolated mouse muscle fibers, this fragmentation was accompanied by increased SR Ca2+ leak, which can trigger mitochondrial biogenesis. The HIIT-induced RyR1 fragmentation did not occur in muscles exposed to antioxidant, which offers an explanation for why antioxidants blunt effects of endurance training.

Abstract

High-intensity interval training (HIIT) is a time-efficient way of improving physical performance in healthy subjects and in patients with common chronic diseases, but less so in elite endurance athletes. The mechanisms underlying the effectiveness of HIIT are uncertain. Here, recreationally active human subjects performed highly demanding HIIT consisting of 30-s bouts of all-out cycling with 4-min rest in between bouts (≤3 min total exercise time). Skeletal muscle biopsies taken 24 h after the HIIT exercise showed an extensive fragmentation of the sarcoplasmic reticulum (SR) Ca2+ release channel, the ryanodine receptor type 1 (RyR1). The HIIT exercise also caused a prolonged force depression and triggered major changes in the expression of genes related to endurance exercise. Subsequent experiments on elite endurance athletes performing the same HIIT exercise showed no RyR1 fragmentation or prolonged changes in the expression of endurance-related genes. Finally, mechanistic experiments performed on isolated mouse muscles exposed to HIIT-mimicking stimulation showed reactive oxygen/nitrogen species (ROS)-dependent RyR1 fragmentation, calpain activation, increased SR Ca2+ leak at rest, and depressed force production due to impaired SR Ca2+ release upon stimulation. In conclusion, HIIT exercise induces a ROS-dependent RyR1 fragmentation in muscles of recreationally active subjects, and the resulting changes in muscle fiber Ca2+-handling trigger muscular adaptations. However, the same HIIT exercise does not cause RyR1 fragmentation in muscles of elite endurance athletes, which may explain why HIIT is less effective in this group.

[Gilles]

Reprise de l'étude :

L’exercice à haute intensité modifie la gestion du calcium dans les cellules musculaires

Des chercheurs de l’Institut Karolinska an Suède ont découvert un mécanisme au niveau cellulaire qui est derrière les bénéfices surprenants de l’exercice sportif à intensité élevé par intervalles. Leurs résultats, publiés dans le journal scientifique PNAS, donnent aussi des clés expliquant pourquoi les antioxydants sapent les effets de l’entrainement d’endurance.

Quelques minutes d’un entrainement par intervalles à intensité élevée sont suffisantes pour produire un effet au moins équivalent à celui réalisé par un entrainement d’endurance traditionnel mais plus long. L’exercice à intensité élevée est devenu très populaire chez les sportifs et les coureurs amateurs, tout comme chez les patients qui souffrent de dommages musculaires. Cependant, une question demeurait en suspens : comment quelques minutes d’un exercice de forte intensité pouvaient être aussi efficaces ?

Pour étudier ce qui se passait dans les cellules musculaires pendant un tel type d’exercice physique, les chercheurs ont demandé à des sportifs amateurs de faire 30 secondes de vélo à leur intensité maximale jusqu’à épuisement, suivis par quatre minutes de repos, et de répéter cette procédure six fois. Ils ont ensuite prélevé des échantillons de tissu musculaire des cuisses des sujets.

"Notre étude montre que trois minutes d’exercice de forte intensité décomposent les canaux du calcium dans les cellules musculaires," explique le Professeur Håkan Westerblad de l’Institut Karolinska. "Ceci cause une modification durable de la façon dont les cellules traitent le calcium, et est un excellent signal pour l’adaptation, comme pour la formation de nouvelles mitochondries."

Les mitochondries sont comme les centrales énergétiques des cellules, et les changements qui stimulent la formation de nouvelles mitochondries augmentent l’endurance des muscles. Ce que les chercheurs ont trouvé, c’est que la décomposition des canaux du calcium, qui est provoquée par l’exercice physique à intensité élevée, était causée par une augmentation des radicaux libres qui sont très réactifs et qui oxydent les protéines cellulaires.

Ainsi, les cellules ont des systèmes antioxydants pour piéger et neutraliser les radicaux. Des antioxydants comme les vitamines E et C sont aussi présents dans la nourriture et sont des ingrédients fréquents des compléments alimentaires. Dans la présente étude, les chercheurs ont examiné ce qui se passait quand des muscles de souris isolés sont traités par un antioxydant avant et après avoir été stimulés par de l’exercice par intervalle d’intensité élevée.

"Notre étude montre que les antioxydants enlèvent les effets des canaux du calcium, ce qui pourrait expliquer pourquoi ils peuvent affaiblir les réactions des muscles à l’entrainement d’endurance," dit le Professeur Westerblad. "Nos résultats montrent aussi que les canaux du calcium ne sont pas affectés par les trois minutes d’exercice de forte intensité par intervalles chez les athlètes de haut niveau qui ont déjà construit des systèmes antioxydants plus efficaces."

Source