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Pierre PORTERO* & Annabelle COUILLANDRE** *EAC CNRS 4396, Université Paris – Est Créteil & MPR, Hôpital Rothschild, Paris ** EA 2931, Centre de Recherches sur le Sport et le Mouvement Université Paris Ouest – Nanterre - La Défense LA SARCOPENIE DE LA PERSONNE AGEE  ET REENTRAINEMENT MUSCULAIRE
Déclin de la masse musculaire et de la force  ♀    ♂  (Morley et al, 2001)    changements les plus saillants du système moteur sénile  (Welle, 2002) Composition structurale, innervation, contractilité, densité capillaire, fatigabilité, métabolisme CHO Insuffisance fonctionnelle et augmentation de la prévalence pour les chutes, plus grande morbidité et perte de l’autonomie  (Carmeli et al, 2000 ; Vandervoot & Symons, 2001) La sarcopénie
Origine multifactorielle de la sarcopénie D’après Morley et al, 2001 Anorexie Inactivité physique Sarcopénie Perte de fibres et de motoneurones Diminution de : Testostérone, DHEAs, GH, IGF-1 Activité accrue des cytokines pro-inflammatoires : IL-1, IL-6, TNF- α
Age et amyotrophie 30 ans 50 ans    12-15% / décennie Larson, 1978 Young, 1985 Lexell et al, 1988 Baltimore Longitudinal Study of Ageing (650 sujets) Lindle et al, 1997    8-10% / décennie 30 ans 40 ans
Modifications au niveau des myofibres    taux de synthèse de MHC 2 mécanismes moléculaires/cellulaires contribuant à l’altération quantitative ou qualitative de la myosine :    transcription génétique    turnover protéique    accumulation de molécules de myosine défectueuses Combinaison    altérations des propriétés de base de la myosine  (   force par unité de pont Acto-Myosine) Altérations du site ATPase de la myosine    modifications des propriétés contractiles de la fibre musculaire (   vitesse de raccourcissement) Atrophie fibres type II :    puissance    couplage-excitation musculaire    tissu adipeux intramusculaire
Tomlinson & Irving, 1977 Causes de la sarcopénie    nombre de motoneurones  Motoneurones M inf. (X 1000) 70 50 30 10 Age, années 10 30 50 70 90
   IGF-I (Insulin-like Growth Factor) 0 100 200 300 400 500 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 IGF I (ng/ml) Raynaud-Simon, 2003
GH IGF I liver GHR Hypophysis Effect on growth Metabolic effects IGF-I = GH action mediator IGF-I from liver and other peripheral tissues in response GH secretion Bone growth Cell proliferation Cell differentiation Anti-apoptosis effect Protein anabolism Lipolysis inhibition Hypoglycaemia
Kadi et al, 2004 La fonte musculaire est aussi liée à un défaut de contrôle de l’activation et de la prolifération des cellules satellites
Force musculaire et capacité fonctionnelle D’après Brill et al, 2000 * * % sujets présentant des problèmes fonctionnels après 5 ans
Force spécifique des fibres isolées exprimant les MHC de type I et IIa D’après Frontera et al, 2000 * * **  N/cm 2 n = nombre de fibres * = jeune > âgé = IIa jeune > I jeune ** = IIa âgé > I âgé Hommes jeunes, n=7 Hommes âgés, n=12
Age et durée de la secousse musculaire D’après Vandervoot & Mac Comas, 1988 Fléchisseurs plantaires Fléchisseurs dorsaux Age (ans) Temps de contraction (ms) Stimulus TC
Conséquences de la sarcopénie performances musculaires évaluées selon différents modes de contraction Vandervoot, 2002
La courbe d’évolution des performances selon l’âge illustre l’évolution bi-phasique du vieillissement sur les structures impliquées dans la performance physique Conséquences de la sarcopénie Tanaka et al, 2003
Conséquences de la sarcopénie
La spécificité des différentes adaptations à l’entraînement physique Adaptations musculaires Adaptations cardio-vasculaires Adaptations métaboliques et hormonales Adaptations osseuses Adaptations respiratoires Ces adaptations se produisent en réponse à des stimuli spécifiques (Endurance vs Résistance )
On observe une spécificité des voies de signalisation mises en jeu dans le développement de la force ou de l’endurance Il semble nécessaire de proposer à la fois des entraînements en résistance et en force pour développer la force et l’endurance Que faut-il privilégier pour diminuer les effets du vieillissement ? Schéma des voies de réponse adaptatives du muscle aux types d’entraînement   Coffey & Hawley, 2007
Entraînement en résistance de la force, en force,…. Hunter et al. Sports Med 2004 Mian et al. Sports Med 2007 Chin A Paw et al. Sports Med 2008 L’entraînement en résistance permet d’augmenter la force de façon très significative, cet effet ne semble pas se produire avec les entraînements en endurance
Age et entraînement de la force Lexell et al, 1995 Augmentation de la force, %            Semaines d’entraînement Extenseurs du genou 85% 1 RM, 3 x 6, 3/semaine H & F, 70 ans
Häkkinen et al, 1998 Extenseurs du genou Force max isométrique (N) 900 1700 2500 50% 60-70% 70-80% 3-5 x 5-6,  2/semaine + 9,7% + 5,8% S,  cm 2 C Entraînement, mois 0 2 4 6 -1 W 40 W 70 (+ 66%) (+ 57%)  R 
Häkkinen et al, 1998 iEMG maximal,   V.s 250 200 150 100 300 C Entraînement, mois 0 2 4 6 -1 W 40 W 70 (+ 22%) (+ 17%)
Effets de l’âge et de la musculation sur la force isocinétique et la CSA % Extenseurs du genou D’après Frontera et al, 1998, 2000
Chez l’homme, corrélations positives entre les concentrations de testostérone (libre et totale) et le gain sur l’extension maximale isométrique du genou, après 16 sem. d’entraînement Izquierdo et al, 2001
Biopsies du muscle vastus lateralis avant et après les 6 mois d’entraînement (14 des sujets âgés) 2 fois/sem, 3 séries de 10 répétitions, 50 % à 80 % de leur répétition maximale Analyse des gènes associés avec l’amélioration fonctionnelle de la force chez des individus normaux Etude de Melov et al, 2007
Extension du genou  : variable qui corrèle avec les déficits fonctionnels, la morbidité et la mortalité chez le sujets âgés avec sarcopénie Melov et al, 2007
596 gènes du muscle squelettique différemment exprimés entre 2 groupes de sujets : 26 jeunes et 25 âgés (68 ans) Gènes    avec l’âge : impliqués dans le métabolisme mitochondrial et le transport des électrons (   fonction mitochondriale au niveau transcriptionnel) Gènes qui    avec l’âge Gènes    avec l’âge : impliqués dans réparation de l’ADN, le contrôle du cycle cellulaire, la transcription, la mort cellulaire. Melov et al, 2007
Expression dans groupe des jeunes 179 gènes exprimés différemment avec l’âge après l’entraînement    expression des gènes down-régulés     expression des gènes up-régulés  Melov et al, 2007
6 mois d’entraînement en musculation permet de ramener le niveau d’expression du génome musculaire de sujets âgés (68 ans) au niveau de celui d’adulte jeunes Les effets de l’entraînement en force sont le résultat de l’expression du génome adulte jeunes Melov et al, 2007
Entraînement de la force et contrôle postural Ryushi et al, 2000
Autres effets de l’activité physique Chez le sujet âgé, l’entraînement en force (Liu-Ambrose & Donaldson, 2009) et l’activité physique (combinaison de  ≠ types d’ entraînement)(Scarmeas et al, 2009) ont mis en évidence certains bénéfices sur la « santé » cérébrale. Moindre déclin des fonctions cognitives    risque de survenue de la maladie d’Alzheimer et autres types de démence sénile Allègement des symptômes (AD) et    qualité de vie Facteurs impliqués    IGF-1 (ralentit le vieillissement et prolonge la durée de vie tout en augmentant la résistance au stress oxydant, effet neurotrophique) Brain-Derived Neurotrophic Factor (puissant facteur de croissance cérébral)    homocystéine (acide aminé sulfuré, neurotoxique, pro-oxydant du métabolisme des protéines)
Conclusion La sarcopénie du sujet âgé :     de la masse et de la force  musculaire    du nombre des fibres de type II    de la synthèse des protéines myofibrillaires Comparativement au sujet jeune :  les substrats énergétiques utilisés dans des proportions différentes    la déplétion glycogénique L’entraînement en force annule ou presque les effets de l’âge sur les performances musculaires    synthèse protéique       masse  musculaire    force musculaire (muscle entier et fibre)    tests fonctionnels (équilibre, vitesse de marche, montée d’escaliers) Adaptation des apports nutritionnels et hydriques Exercice physique modéré    régime équilibré Exercice physique entre 60 et 80 % max pendant plus d’une heure
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  • 1. Pierre PORTERO* & Annabelle COUILLANDRE** *EAC CNRS 4396, Université Paris – Est Créteil & MPR, Hôpital Rothschild, Paris ** EA 2931, Centre de Recherches sur le Sport et le Mouvement Université Paris Ouest – Nanterre - La Défense LA SARCOPENIE DE LA PERSONNE AGEE ET REENTRAINEMENT MUSCULAIRE
  • 2. Déclin de la masse musculaire et de la force ♀  ♂ (Morley et al, 2001)  changements les plus saillants du système moteur sénile (Welle, 2002) Composition structurale, innervation, contractilité, densité capillaire, fatigabilité, métabolisme CHO Insuffisance fonctionnelle et augmentation de la prévalence pour les chutes, plus grande morbidité et perte de l’autonomie (Carmeli et al, 2000 ; Vandervoot & Symons, 2001) La sarcopénie
  • 3. Origine multifactorielle de la sarcopénie D’après Morley et al, 2001 Anorexie Inactivité physique Sarcopénie Perte de fibres et de motoneurones Diminution de : Testostérone, DHEAs, GH, IGF-1 Activité accrue des cytokines pro-inflammatoires : IL-1, IL-6, TNF- α
  • 4. Age et amyotrophie 30 ans 50 ans  12-15% / décennie Larson, 1978 Young, 1985 Lexell et al, 1988 Baltimore Longitudinal Study of Ageing (650 sujets) Lindle et al, 1997  8-10% / décennie 30 ans 40 ans
  • 5. Modifications au niveau des myofibres  taux de synthèse de MHC 2 mécanismes moléculaires/cellulaires contribuant à l’altération quantitative ou qualitative de la myosine :  transcription génétique  turnover protéique  accumulation de molécules de myosine défectueuses Combinaison  altérations des propriétés de base de la myosine (  force par unité de pont Acto-Myosine) Altérations du site ATPase de la myosine  modifications des propriétés contractiles de la fibre musculaire (  vitesse de raccourcissement) Atrophie fibres type II :  puissance  couplage-excitation musculaire  tissu adipeux intramusculaire
  • 6. Tomlinson & Irving, 1977 Causes de la sarcopénie  nombre de motoneurones Motoneurones M inf. (X 1000) 70 50 30 10 Age, années 10 30 50 70 90
  • 7. IGF-I (Insulin-like Growth Factor) 0 100 200 300 400 500 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 IGF I (ng/ml) Raynaud-Simon, 2003
  • 8. GH IGF I liver GHR Hypophysis Effect on growth Metabolic effects IGF-I = GH action mediator IGF-I from liver and other peripheral tissues in response GH secretion Bone growth Cell proliferation Cell differentiation Anti-apoptosis effect Protein anabolism Lipolysis inhibition Hypoglycaemia
  • 9. Kadi et al, 2004 La fonte musculaire est aussi liée à un défaut de contrôle de l’activation et de la prolifération des cellules satellites
  • 10. Force musculaire et capacité fonctionnelle D’après Brill et al, 2000 * * % sujets présentant des problèmes fonctionnels après 5 ans
  • 11. Force spécifique des fibres isolées exprimant les MHC de type I et IIa D’après Frontera et al, 2000 * * **  N/cm 2 n = nombre de fibres * = jeune > âgé = IIa jeune > I jeune ** = IIa âgé > I âgé Hommes jeunes, n=7 Hommes âgés, n=12
  • 12. Age et durée de la secousse musculaire D’après Vandervoot & Mac Comas, 1988 Fléchisseurs plantaires Fléchisseurs dorsaux Age (ans) Temps de contraction (ms) Stimulus TC
  • 13. Conséquences de la sarcopénie performances musculaires évaluées selon différents modes de contraction Vandervoot, 2002
  • 14. La courbe d’évolution des performances selon l’âge illustre l’évolution bi-phasique du vieillissement sur les structures impliquées dans la performance physique Conséquences de la sarcopénie Tanaka et al, 2003
  • 15. Conséquences de la sarcopénie
  • 16. La spécificité des différentes adaptations à l’entraînement physique Adaptations musculaires Adaptations cardio-vasculaires Adaptations métaboliques et hormonales Adaptations osseuses Adaptations respiratoires Ces adaptations se produisent en réponse à des stimuli spécifiques (Endurance vs Résistance )
  • 17. On observe une spécificité des voies de signalisation mises en jeu dans le développement de la force ou de l’endurance Il semble nécessaire de proposer à la fois des entraînements en résistance et en force pour développer la force et l’endurance Que faut-il privilégier pour diminuer les effets du vieillissement ? Schéma des voies de réponse adaptatives du muscle aux types d’entraînement Coffey & Hawley, 2007
  • 18. Entraînement en résistance de la force, en force,…. Hunter et al. Sports Med 2004 Mian et al. Sports Med 2007 Chin A Paw et al. Sports Med 2008 L’entraînement en résistance permet d’augmenter la force de façon très significative, cet effet ne semble pas se produire avec les entraînements en endurance
  • 19. Age et entraînement de la force Lexell et al, 1995 Augmentation de la force, %            Semaines d’entraînement Extenseurs du genou 85% 1 RM, 3 x 6, 3/semaine H & F, 70 ans
  • 20. Häkkinen et al, 1998 Extenseurs du genou Force max isométrique (N) 900 1700 2500 50% 60-70% 70-80% 3-5 x 5-6, 2/semaine + 9,7% + 5,8% S, cm 2 C Entraînement, mois 0 2 4 6 -1 W 40 W 70 (+ 66%) (+ 57%)  R 
  • 21. Häkkinen et al, 1998 iEMG maximal,  V.s 250 200 150 100 300 C Entraînement, mois 0 2 4 6 -1 W 40 W 70 (+ 22%) (+ 17%)
  • 22. Effets de l’âge et de la musculation sur la force isocinétique et la CSA % Extenseurs du genou D’après Frontera et al, 1998, 2000
  • 23. Chez l’homme, corrélations positives entre les concentrations de testostérone (libre et totale) et le gain sur l’extension maximale isométrique du genou, après 16 sem. d’entraînement Izquierdo et al, 2001
  • 24. Biopsies du muscle vastus lateralis avant et après les 6 mois d’entraînement (14 des sujets âgés) 2 fois/sem, 3 séries de 10 répétitions, 50 % à 80 % de leur répétition maximale Analyse des gènes associés avec l’amélioration fonctionnelle de la force chez des individus normaux Etude de Melov et al, 2007
  • 25. Extension du genou : variable qui corrèle avec les déficits fonctionnels, la morbidité et la mortalité chez le sujets âgés avec sarcopénie Melov et al, 2007
  • 26. 596 gènes du muscle squelettique différemment exprimés entre 2 groupes de sujets : 26 jeunes et 25 âgés (68 ans) Gènes   avec l’âge : impliqués dans le métabolisme mitochondrial et le transport des électrons (  fonction mitochondriale au niveau transcriptionnel) Gènes qui  avec l’âge Gènes   avec l’âge : impliqués dans réparation de l’ADN, le contrôle du cycle cellulaire, la transcription, la mort cellulaire. Melov et al, 2007
  • 27. Expression dans groupe des jeunes 179 gènes exprimés différemment avec l’âge après l’entraînement  expression des gènes down-régulés  expression des gènes up-régulés Melov et al, 2007
  • 28. 6 mois d’entraînement en musculation permet de ramener le niveau d’expression du génome musculaire de sujets âgés (68 ans) au niveau de celui d’adulte jeunes Les effets de l’entraînement en force sont le résultat de l’expression du génome adulte jeunes Melov et al, 2007
  • 29. Entraînement de la force et contrôle postural Ryushi et al, 2000
  • 30. Autres effets de l’activité physique Chez le sujet âgé, l’entraînement en force (Liu-Ambrose & Donaldson, 2009) et l’activité physique (combinaison de ≠ types d’ entraînement)(Scarmeas et al, 2009) ont mis en évidence certains bénéfices sur la « santé » cérébrale. Moindre déclin des fonctions cognitives  risque de survenue de la maladie d’Alzheimer et autres types de démence sénile Allègement des symptômes (AD) et  qualité de vie Facteurs impliqués  IGF-1 (ralentit le vieillissement et prolonge la durée de vie tout en augmentant la résistance au stress oxydant, effet neurotrophique) Brain-Derived Neurotrophic Factor (puissant facteur de croissance cérébral)  homocystéine (acide aminé sulfuré, neurotoxique, pro-oxydant du métabolisme des protéines)
  • 31. Conclusion La sarcopénie du sujet âgé :  de la masse et de la force musculaire  du nombre des fibres de type II  de la synthèse des protéines myofibrillaires Comparativement au sujet jeune : les substrats énergétiques utilisés dans des proportions différentes  la déplétion glycogénique L’entraînement en force annule ou presque les effets de l’âge sur les performances musculaires  synthèse protéique   masse musculaire  force musculaire (muscle entier et fibre)  tests fonctionnels (équilibre, vitesse de marche, montée d’escaliers) Adaptation des apports nutritionnels et hydriques Exercice physique modéré  régime équilibré Exercice physique entre 60 et 80 % max pendant plus d’une heure
  • 32. Pensez quand même à vous étirer !!! Merci de votre attention [email_address]