Laboratoire d'analyse
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Sport et biologie

Généralités

L'activité sportive longtemps pratiquée par une minorité d'individus à la recherche de performances, devient aujourd'hui une pratique touchant un très grand nombre d'individus.

A cela plusieurs raisons :

  • Esthétique avec la lutte contre le surpoids et le développement de la musculature
  • De santé quand on sait que le sport pratiqué régulièrement prévient de nombreuses pathologies en particulier coronariennes
  • De société qui a médiatisé le sport et qui a donné beaucoup loisirs aux gens.
  • Economique rendant la pratique du sport beaucoup accessible (encore que..)

Cette pratique sportive a bien sur amené le sportif, mais aussi les gens qui l'entourent a se préoccuper de sa santé en cherchant a connaître les paramètres susceptibles d'influencer les performances ou de prédire celles ci. On voit ici les bases de l'entraînement “ scientifique” de l'athlète. Et que l'on soit athlète de haut niveau ou pratiquant occasionnel, on va essayer d'améliorer ses performances, et c'est là le but de l'entraînement, favorisant l'endurance, ou la puissance, ou la technique, ou la vélocité...

Faire du sport surtout de façon régulière, entraîne souvent une volonté de dépassement qui si elle est souhaitable peut parfois conduire l'athlète comme le sportif occasionnel a utiliser des substances qui lui sont proposées afin d'augmenter ses performances. Parmi ces substances, certaines loin d'être innocentes pourront se révéler nocives pour le consommateur et déloyales pour les concurrents.

Il faut savoir que si une pratique régulière et modérée est un facteur de protection de la santé, il n'en est pas de même de la compétition à haut niveau surtout si cette pratique s'accompagne de consommation de substances illicites pouvant avoir des effets délétères sur l'organisme.

C'est pour toutes ces raisons que la biologie peut être utilisée pour suivre les sportifs.

Il y a en France 55 fédérations sportives regroupant 156 disciplines soit environ 17000 sportifs.

La performance

L'obligation de performance est indissociable du sport de haut niveau, ce qui crée des contraintes physiques et psychologiques.

Au plan physique le sportif sollicité a haut niveau sous les actions de ces contraintes va connaître une adaptation cardio-vasculaire, musculaire, voire squelettique, métabolique ou hormonale. On peut ainsi mesurer l'amélioration de la VO2 max. et connaître l'adaptabilité du sportif aux filières aérobies et/ou anaerobies.

Au plan psychologique, les effets sont assez homogènes : l'obligation de résultat étant relayée par l'encadrement, la famille, les sponsors..... Et a cela s'ajoute la lassitude liée à l'enchaînement des compétitions.

Suivi médical du sportif

- Les analyses biologiques

Cas de la fédération de cyclisme

Le bilan biologique doit permettre de déceler :

  • Un infection
  • Un bilan énergétique perturbé - un mauvaise tolérance de l'entraînement
  • Une contre indication a la pratique du sport de haut niveau
  • L'usage de produit nocifs et ou illégaux.

Conditions pré analytiques

Les prélèvements sont effectués au moins 24 heures après un effort entre 7 heures 30 et 9 heures 30

Facteurs pouvant influencer les analyses
  âge sexe Heure de prélèvement entrainement
Hémoglobine
++
++
+/-
reticulocytes
(+)
cortisol
+++
(+)
testostérone
+
+++
(+)
IGF1
+++
++
(+)
osteocalcine
+++
++
ferritine
+
++
+

Choix des paramètres

Ceux ci ont été déterminés par un groupe d'expert réuni en 1998 par le ministère de la jeunesse et des sports (affaire festina). Parmi eux ci les suivant sont mesurés par les suivi des cyclistes en groupe élite

  • Hématologie : NFS, reticulocytes
  • Métabolisme du fer : ferritine
  • Axe gonadotrope : Testostérone
  • Axe somatotrope : IGF1
  • Axe corticotrope : cortisol
  • Métabolisme osseux : osteocalcine
  • Inflammation : CRP

D'autres paramètres biochimiques peuvent venir compléter ces analyses de façon occasionnelle pour essayer d'expliquer des manques de performances ou des problèmes de récupération : kaliémie, calcémie, ac lactique, pH, glycémie...

Intérêt :

Suivre les variation saisonnières pour un groupe d'athlète. Comparer des groupes de sportifs entre eux.
Au plan individuel, établir un profil biologique et suivre les sujets hors normes pour comprendre les variations et prévenir les contre indication à la pratique du sport.

Résultat :

  Hbe Hte VGM retic. osteo cortisol testo IGF1 ferritin
unites
g%
%
µ3
Giga /l
µg/l
µg%
µg/l
µg/l
µg/l
Mini
13
40
82
20
22
4.3
3
200
25
Maxi
17.5
50
98
100
48
22.3
9
440
250
% sup
0.6
0.6
4.3
9.7
0
24.1
3.7
1.5
30
% inf
1.2
5.5
0
3.2
50
1.2
6.1
12.6
0
Il s'agit des valeurs recueillies au cours de l'année 2003

Hémoglobine : c'est un paramètre dont la CV est très stable et il est impossible de passer d'un concentration de 14,5 g% a 16,5% (sauf usage de produit illicite)

Testosterone : il existe une fluctuation saisonnière

Cortisol : augmentation durant la période de compétition (stress + activité accrue)

Activité sportive et modification des paramètres biologiques

Le bilan lipidique

On observe un effet favorable sur les concentrations en triglycérides, HDL et LDL.
Avec une diminution des triglycérides et du LDL s'accompagnant d'une augmentation du HDL supérieures a 5%.
On observe une augmentation linéaire du HDL proportionnellement a l'activité, avec une relation étroite entre cette augmentation et le nombre de kilomètres parcourus ou d'heures d'entraînement plutôt qu'avec l'intensité de l'effort. Il en est de même pour la diminution des triglycérides. En revanche pour le LDL cette relation est moins nette.
Donc pour améliorer son bilan lipidique, il faudra faire un effort régulier, de longue durée, sans être très intenses.

Le bilan glucidique

On sait depuis longtemps que le sport a une action bénéfique sur l'insulino résistance, la tolérance au glucose ou l'hyperglycémie post prandiale.
Chez le diabétique de type II on observe aussi un effet bénéfique avec des réduction d'HBA1C de 0,5 à 1%.
On peut l'expliquer par une sollicitation importante des muscles striés, sièges de l'insulino résistance.

L'hormone de croissance GH

La GH a une forte activité anabolisante.

L'exercice musculaire est le plus puissant stimulus de la GH. L'intensité de l'exercice est le facteur déterminant, la sécrétion augmentant de façon linéaire avec cette intensité sachant qu'a 40% de VO2 max. il faudra 60' pour déclencher une sécrétion. La sécrétion sera d'autant plus importante que l'exercice sera prolongé Par contre l'entraînement n'a pas d'influence sur l'importance de la réponse.

L'exercice musculaire est sans action sur l'IGF1 (somatomedine C ), mais elle augmente lors des exercices en endurance. Cette action est GH indépendante puisque la GH fait augmenter l'IGF1 avec plusieurs heures de décalage. En revanche l'entraînement en endurance n'entraîne pas d'augmentation d'IGF1

L'axe hypothalamo hypophyso testiculaire

Chez l'homme la testostérone est le principal androgène. Le sécrétion est déclenchée par des pulse de LH dus à une stimulation hypothalamique par la GnRH elle même pulsatile.
La testostérone agit sur pratiquement tous les tissus de l'organisme. Le forme active est pour la plus grande partie de la DHT (action de la 5 alpha reductase présente dans le cytosol des cellules cibles )
Le muscle lui utilise la testostérone sous forme intacte.

Pour un exercice de durée et d'intensité moyenne, on observe une augmentation de la testostérone en 30'. Ensuite le taux plafonne. Il ne s'agit pas d'une sécrétion de testostérone, mais d'une diminution de la clairance métabolique hépatique du fait de l'exercice. Quand l'exercice se prolonge au delà de 4 heures, on va observer une diminution de la concentration. A l'origine de cette diminution une diminution de Gn-RH et une diminution des récepteurs a la LH.
Cela serait peut du a un changement de voie métabolique détournant la synthèse des acides amines vers la neo glycogenese afin de refaire un stock de glycogene.

La réponse de la testostérone a l'exercice ne dépend pas du niveau d'entraînement.
Mais en revanche le taux de base pourrait être fonction du niveau d'entraînement. On observe ainsi un taux assez nettement abaissés au repos chez des sportifs ayant un entraînement élevé de l'ordre de 100 km de course a pied par semaine. Cette diminution variant beaucoup d'un individu a l'autre n'est jamais inférieure aux valeurs “ normales “ et ne se traduit par aucun problème de fertilité ou de libido.

Il n'y a pas par contre d'étude de cette hypotestosterone a long terme sur le métabolisme osseux ou la réparation musculaire.

L'axe gonadotrope chez la femme

La question qui revient le plus souvent quand on parle de femme et de sport à haut niveau est celle de l'aménorrhée.
On observe ainsi qu'un entraînement intense peut conduire à des anomalies ovariennes pouvant aller de l'insuffisance lutéale à l'aménorrhée et pouvant toucher près d'une marathonienne sur 4.
Ces modifications seraient en rapport avec le métabolisme énergétique et non pas avec le stress, par des adaptation endocriniennes à une prise alimentaire insuffisante. On peut en effet reproduire une diminution des pulses de LH en induisant un déficit énergétique chez des femmes ne pratiquant pas d'exercice. Ainsi l'athlète en aménorrhée a toujours un indice de masse grasse et un pourcentage de lipides alimentaires bien inférieurs à celui de l'athlète ayant des cycles réguliers. Chez ces athlètes on observe par ailleurs une modification du bilan glucidique avec une adaptation de la glycorégulation afin de repartir les sources métaboliques pour conserver les protéines de l'organisme.
Le leptine semblerait elle aussi être impliquée dans ce phénomène, sa sécrétion étant sous contrôle de la balance énergétique et de la quantité de tissus adipeux. La leptine pourrait agir comme un signal métabolique sur l'axe gonadotrope, sa concentration étant trois fois plus faible chez tous les athlètes comparativement aux sédentaires.
Par ailleurs on observe un cycle nycthéméral qui est aboli chez l'athlète en aménorrhée

Axe corticotrope

L'activation de cet axe associe CRH et AVP, production d'ACTH par l'hypophyse, puis enfin sécrétion de cortisol.
Le sécrétion de CRH et d'AVP est stimulée par la baisse de la glycémie, l'exercice prolongé, la variation de l'osmolarité et du volume plasmatique, les catecholamines...

Pendant l'exercice musculaire ce sont l'intensité et la durée de l'exercice qui sont stimulants. ACTH et cortisol augmentant de façon linéaire avec le % de VO2 max..
En revanche l'entraînement n'a pas d'effet déterminant sur la sécrétion corticotrope.

Le sportif de haut niveau entraîné en endurance va effecteur 1 ou 2 entraînements quotidiens d'une durée supérieure à 1 heure. Il sera alors soumis à des activations prolongées et répétées de son axe corticotrope sans présenter de signe biologique ou clinique d'hypercorticisme. Chez cette personne, une journée sans entraînement se traduit par une activité corticoide normale. Il aura un cycle nycthéméral normal, un cortisol du matin normal et un cortisol libre urinaire normal.

Par conséquent, le cortisol n'augmente que lors de l'effort. Cependant un sujet entraîné se différencie d'un sujet sédentaire lors de la stimulation de l'axe corticotrope, car celui ci pourra voir sa sécrétion de cortisol échapper à un rétro contrôle négatif quand un sédentaire ne peut échapper à un effet inhibiteur sur cette sécrétion.

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