SSE #121: Différences entre hommes et femmes dans le renouvellement des protéines musculaires et le métabolisme en fonction de l’âge : réactions à l’exercice et à l’alimentation

Stuart M. Phillips

POINTS IMPORTANTS

  • Les protéines musculaires se renouvellent en réponse à l’alimentation et à l’exercice, et ces réponses sont dictées par la disponibilité des acides aminés et l'intensité de l'entraînement.
  • À la base, la vitesse de synthèse des protéines musculaires (VSPM de base) est semblable chez les jeunes hommes, les jeunes femmes et les hommes âgés. Toutefois, elle semble plus élevée chez les femmes âgées.
  • Chez les jeunes hommes et les jeunes femmes qui viennent de manger, la VSPM est semblable, tandis qu’elle est relativement réduite chez les hommes et les femmes âgés, ou ces derniers développent une « résistance » à l’alimentation comparativement à leurs jeunes homologues. Les femmes âgées, en particulier, affichent une réduction de la VSPM après un apport en protéines.
  • Cette même vitesse de synthèse reste inchangée chez les jeunes femmes pendant le cycle menstruel tandis que la cinétique des acides aminés ne varie que très peu.
  • Les jeunes hommes et jeunes femmes ont des réactions très semblables à l’exercice contre résistance malgré des différences notoires dans leurs taux de testostérone.
  • Les hommes âgés ont subi de fortes augmentations de la VSPM après un exercice contre résistance, mais chez les femmes âgées la VSPM était réduite après un exercice.
  • Après un exercice contre résistance, la VSPM s’élève tant chez les hommes que chez les femmes, mais elle ne change pas après un repas.
  • Lors des comparaisons entre jeunes hommes et jeunes femmes, aucune différence n'a été observée dans le renouvellement des protéines musculaires en fonction du sexe.
  • Avec l'âge, le taux de stéroïdes sexuels varient (probablement en raison de la ménopause), ce qui peut entraîner une augmentation du renouvellement des protéines musculaires, mais ce renouvellement reste minime après un repas ou des contractions musculaires.

INTRODUCTION

Il est reconnu qu'un apport en protéines ou en acides aminés provoque une élévation des taux d'acides aminés dans le sang (hyperaminoacidémie), ce qui stimule la VSPM, d'une part, et que l’exercice contre résistance active encore plus la VSPM induite par l’alimentation (Breen et Phillips, 2012), d'autre part. Selon certaines hypothèses, il se pourrait que plusieurs stimuli soient à l'origine d'une augmentation de la VSPM, y compris des changements dans le débit sanguin local dus à l'insuline (Fujita et coll., 2006b, 2007) et la production de leucine par la stimulation du complexe 1 de la cible mammalienne de la rapamycine (mTORC1) (Crozier et coll., 2005). Plusieurs études menées auprès de jeunes hommes sur la régulation de la VSPM chez l’humain ont porté sur diverses variables de l’alimentation et de la contractilité. Toutefois, les différences éventuelles dans la VSPM chez les hommes et chez les femmes après un repas ou des contractions musculaires n'ont pas encore fait l'objet d'études. Aussi, le rôle de l'âge dans ce domaine a peu été étudié et les données sur ce sujet sont limitées. Il a été largement démontré que les femmes ont moins de masse musculaire maigre et plus de tissus adipeux que les hommes (Mingrone et coll., 2001). On pense souvent que ces différences dans la composition corporelle seraient dues à des différences dans les stéroïdes sexuels, surtout la testostérone. Administrée de façon exogène à des doses pharmacologiques, la testostérone favorise le développement de la masse musculaire ou anabolisme (Bhasin et coll., 1996). On croit que la testostérone exercerait son effet anabolique grâce à des mécanismes post-transcriptionnels qui stimulent la VSPM (Ferrando et coll., 1998). Toutefois, certaines données donnent à penser que la testostérone pourrait freiner la décomposition des protéines musculaires (Ferrando et coll., 1998). L’administration de stéroïdes sexuels féminins chez le rongeur diminue la VSPM et peut donc empêcher le développement des muscles (Toth et coll., 2001). Ce qui reste nébuleux, du moins chez l'humain, c’est si les stéroïdes sexuels masculins ou féminins administrés à des taux respectant les limites physiologiques normales ont un effet sur le renouvellement des protéines musculaires. La présente analyse a pour but de résumer l’état des connaissances sur les différences entre hommes et femmes dans le renouvellement des protéines musculaires après un repas et des contractions musculaires.

RENOUVELLEMENT DES PROTÉINES MUSCULAIRES

Il ne semble pas y avoir de preuves, ou très peu, indiquant qu'au repos et et à jeun, la VSPM différerait selon qu'il s'agisse d'un jeune homme ou d'une jeune femme (Fujita et coll., 2006a; Smith et coll., 2009). Par exemple, Fujita et coll. (2006a) ont évalué le taux d'acides aminés, le renouvellement intracellulaire, ou protéolyse, chez dix hommes et de huit femmes à jeun le matin sans trouver de différences notables selon le sexe. Les mêmes auteurs (Fujita et coll., 2006a), tout comme d'autres (Smith et coll., 2009), n’ont également observé aucune différence relative à la vitesse de synthèse fractionnaire dans les muscles. Fait à noter, contrairement l’hypothèse selon laquelle la testostérone pourrait avoir un effet anabolique, il se pourrait que la VSPM soit plus élevée chez les femmes, surtout avec l'âge (Henderson et coll., 2009; Smith et coll., 2008, 2012b). On ne sait pas pourquoi la VSPM de base est plus élevée chez les femmes âgées, mais il se pourrait que la ménopause en soit responsable et que la perte chronique d’estradiol ou de progestérone permette aux concentrations d’androgènes circulantes d’exercer leurs effets. Ces résultats sont résumés dans la Figure 1.


Figure 1. Changements relatifs de la VSPM au repos (jeûne de base) chez les jeunes hommes (YM), les jeunes femmes (JW), les hommes âgés (OM) et les femmes âgées (OW). Cette figure indique aussi les réponses des jeunes hommes (YM), des jeunes femmes (YW), des hommes âgés (OM) et des femmes âgées (OW) après avoir mangé (acides aminés ou protéines) et les valeurs après un exercice contre résistance (données OM et OW non disponibles).

Le cycle menstruel de la femme est un autre « modèle » hormonal expliquant les différences dans le renouvellement des protéines musculaires humaines. Les taux d’œstrogène varient de plus de deux fois et le taux de progestérone d’environ dix à vingt fois pendant le cycle. La phase folliculaire au début du cycle menstruel se caractérise par un faible taux d’œstrogène et de progestérone; mais, pendant cette phase, le taux d’œstrogène augmente et culmine à l'approche de l’ovulation, tandis que le taux de progestérone augmente rapidement dans la phase lutéale du cycle. Néanmoins, malgré d'importantes variations dans les taux d’œstrogène et de progestérone, il n’y a pas de différences dans la VSPM, qu'il s'agisse de protéines myofibrillaires ou de protéines de tissus conjonctifs au cours des phases du cycle menstruel (Miller et coll., 2005). Fait à noter, l’utilisation de contraceptifs oraux pourrait diminuer la VSPM (Hansen et coll., 2009a) et pourrait avoir un effet semblable sur la synthèse du collagène dans les tendons et les muscles (Hansen et coll., 2009b). Toutefois, il ne semble pas que l’utilisation de contraceptifs oraux à long terme ait une incidence nettement négative sur l’adaptation à l’exercice en ce qui concerne la performance (Rechichi et coll., 2009; Vaiksaar et coll., 2011).

RÉACTIONS À L’ALIMENTATION

Un apport en protéines (ou en acides aminés) induit une hyperaminoacidémie qui, normalement, augmente la VSPM (Rennie et coll., 2004) [Figure 1]. Cette stimulation semble en partie due à une augmentation du débit sanguin dans les muscles activée par l’insuline (Fujita et coll., 2006b, 2007) ainsi qu’à une hyperaminoacidémie qui stimule de façon indépendante la VSPM (Greenhaff et coll., 2008). La leucine est un acide aminé qui joue un rôle majeur dans la stimulation de la synthèse des protéines musculaires (Crozier et coll., 2005). Il semble y avoir très peu de différences entre les jeunes hommes et les jeunes femmes dans leur façon de réagir à l’hyperaminoacidémie et à l’hyperinsulinémie (Smith et coll., 2009). En revanche, l’augmentation de la VSPM de base observée chez les femmes âgées (Henderson et coll., 2009; Smith et coll., 2008) diminue avec l’âge après un repas si on la compare à celle des jeunes femmes (Smith et coll., 2012a, b). La VSPM s’est révélée semblable pour les hommes, tant jeunes qu’âgés, tandis que l’augmentation de la VSPM après un repas est plus faible chez les hommes âgés (Smith et coll., 2012a). Toutefois, ce phénomène n’est pas observé de façon universelle, car de nombreuses études décrivent une stimulation équivalente et importante de la VSPM après un repas chez les hommes jeunes et chez les hommes âgés (Kiskini et coll., 2013; Symons et coll., 2007). L'une des raisons qui expliqueraient ces résultats contradictoires de l’activation de la synthèse protéique musculaire après un repas de protéines réside sans doute dans la sélection des personnes âgées actives par rapport aux personnes âgées inactives. Ainsi, des réductions périodiques dans l’activité physique peuvent diminuer la VSPM après un repas, ce qui est plus fréquent chez les personnes âgées (Breen et coll., 2013). Fait à noter, chez les personnes âgées, même une activité physique légère peut rétablir la sensibilité de la synthèse des protéines musculaires après un apport en protéines (Fujita et coll., 2007).

RÉACTIONS À L’EXERCICE CONTRE RÉSISTANCE

L’exercice contre résistance stimule fortement la VSPM (Breen et Phillips, 2012). Le mécanisme de stimulation de la VSPM reste encore vague, mais il comporte certaines formes d’interactions mécaniques reliées au processus de transduction ou de fabrication de protéines (Frey et coll., 2009). Les rares études qui ont comparé la VSPM des femmes et des hommes après l’exercice ne rapportent aucune différence entre les deux groupes. Par exemple, West et coll. (2012) ont comparé la VSPM des jeunes femmes et des jeunes hommes après un exercice contre résistance et après avoir mangé, mais ils n’ont observé aucune différence tout de suite après ni même 24 heures après l’exercice. Toutefois, des différences dans la VSPM ont été observées chez les femmes et les hommes âgés qui suivaient un programme d’entraînement contre résistance. Il semblerait toutefois que ces différences soient dues aux taux de base de cette valeur (Smith et coll., 2012b). Dans cette étude, la VSPM (valeurs de base après et valeurs pendant un repas varié) a été mesurée avant et après trois mois d’entraînement physique chez des hommes et des femmes obèses âgés de 65 à 80 ans. Au début de l’étude (avant l'entraînement), la VSPM de base après le repas était nettement plus élevée chez les femmes que chez les hommes, tandis que la VSPM pendant le repas était plus élevée chez les hommes que chez les femmes (Smith et coll., 2012b). L’entraînement physique a augmenté d’environ deux fois leur VSPM de base, mais n’a eu aucun effet sur la vitesse de synthèse fractionnaire dans les muscles pendant le repas (P = 0,78). Chez les femmes, l’entraînement a augmenté la VSPM d’environ 40 % et n’a eu aucun effet sur la valeur de ce paramètre pendant le repas. Ces résultats sont résumés dans la Figure 1.

Il faut probablement que les personnes âgées fassent davantage d'exercices contre résistance que les jeunes pour déclencher une forte stimulation de la VSPM. Kumar et coll. (2009) ont observé une VSPM moins importante après l’exercice chez les hommes âgés et elle s'élevait entre 60 et 90 % de la valeur maximale obtenue chez les jeunes hommes. Quand les hommes âgés faisaient davantage d'exercice contre résistance (deux fois plus), cet écart dans la VSPM s'amenuisait et elle devenait équivalente à celle des jeunes hommes (Kumar et coll., 2009).

RÉACTIONS À L’ENTRAÎNEMENT CONTRE RÉSISTANCE

Le fait que les résultats provenant d’études sur l’entraînement montrent peu ou pas de différences entre les jeunes femmes et les jeunes hommes permet de valider les réactions observées chez les hommes et les femmes dans les études à court terme sur la VSPM.  À l'heure actuelle, la plus vaste étude comparant les hommes aux femmes a analysé la réaction hypertrophique (l’augmentation de la grosseur des fibres musculaires) des muscles fléchisseurs du coude chez les hommes (n = 243) et chez les femmes (n = 342) après 12 semaines d’entraînement (Hubal et coll., 2005). Cette étude a montré une faible augmentation de la surface de section transversale des muscles chez les hommes, mais ce gain était significativement plus important (2,5 %) que chez les femmes. Malgré des gains absolus plus élevés chez les hommes, l’augmentation relative de la force était plus élevée chez les femmes. D'autres études en viennent à la même conclusion générale selon laquelle s'il y a des différences entre les hommes et les femmes dans l'augmentation de la masse musculaire induite par l’entraînement contre résistance, cette augmentation est relativement faible, voire inexistante (Abe et coll., 2000), même en avançant en âge (Kosek et coll., 2006; Leenders et coll., 2013). Les jeunes femmes ont donc la capacité d’hypertrophier leurs fibres musculaires en s'entraînant contre résistance (Staron et coll., 1989), malgré des taux de testostérone de dix à vingt fois plus faibles que chez les hommes. Cette observation vient confirmer la notion selon laquelle des mécanismes locaux plutôt que les taux circulants d’androgènes dans le système sont les principaux facteurs responsables de l’augmentation de la VSPM et de l’hypertrophie des fibres musculaires (West et coll., 2010). L'un des aspects encourageants de l'entraînement contre résistance est que hommes et femmes âgés sont aussi capables d'hypertrophier leurs muscles et de gagner en force, et que de telles réactions semblent être relativement similaires (Kosek et coll., 2006; Leenders et coll., 2013).

DIFFÉRENCES DANS LE MÉTABOLISME DES PROTÉINES CHEZ LES HOMMES ET LES FEMMES

Les différences dans le métabolisme des protéines des hommes et des femmes après un exercice dynamique sont relativement faibles si on les compare aux différences dans le métabolisme des glucides et des lipides (Tarnopolsky, 2000, 2008; Tarnopolsky et Ruby, 2001). Néanmoins, certaines études ayant comparé des hommes et des femmes ont montré que, en général, les femmes dépendent moins des protéines lors des exercices aérobiques que leurs homologues masculins de même catégorie (Lamont et coll., 2001, 2003; Phillips et coll., 1993). Une seule étude suggère qu'il y aurait relativement peu de changement dans la cinétique des protéines pendant le cycle menstruel, ce qui suppose une plus grande utilisation de protéines dans la phase lutéale du cycle, après un exercice (Lamont et coll., 1987). Toutefois, les différences observées sont calculées d’après une estimation de l’excrétion de sueur et d’azote uréique sans que ces mesures cinétiques soient bien comprises. De plus, les différences observées sont faibles, même si elles sont significatives, ce qui indique que de fortes différences dans les taux d’œstrogène et de progestérone ne semblent pas influer énormément sur l’utilisation des protéines pendant l’exercice (Lamont et coll., 1987). De façon étonnante, les taux de base du renouvellement des protéines musculaires, après normalisation cinétique des protéines en fonction de la masse maigre, sont pratiquement identiques chez les hommes et les femmes (Fujita et coll., 2006a; Miller et coll., 2005).

CONCLUSION

Il y a plus de ressemblances que de différences chez les jeunes hommes et les jeunes femmes dans le renouvellement des protéines musculaires et la cinétique de base des protéines, après un repas et un exercice contre résistance ou d’endurance. En vieillissant, et probablement avec la ménopause, la VSPM augmente chez femmes âgées par rapport à la VSPM chez les hommes, et les femmes sont réfractaires aux effets d'un repas tandis que chez les hommes la réaction à un repas est plutôt forte. Malgré de grandes différences dans les taux de stéroïdes sexuels, peu d’indices permettent de penser que les femmes, qu'elles soient jeunes ou âgées, réagissent de façon nettement différente en ce qui concerne l'hypertrophie relative ou l'augmentation de la force après un entraînement contre résistance. Certains résultats indiquent que les femmes dépendent un peu moins de l’oxydation des protéines pendant un exercice aérobique, mais ces différences sont minimes et sans doute dues aux différences dans la masse corporelle maigre.

APPLICATIONS PRATIQUES

  • Il y a très peu de différences dans la VSPM de base chez les jeunes hommes et les jeunes femmes, que ce soit après avoir mangé ou après avoir fait de l’exercice contre résistance; c’est pourquoi les recommandations générales pour optimiser les gains en masse maigre sont semblables pour ces deux groupes.
  • Comparativement aux jeunes femmes, les jeunes hommes ont une réaction hypertrophique (augmentation de la grosseur des fibres musculaires) légèrement plus forte, mais leurs gains relatifs en force musculaire sont semblables à ceux des jeunes femmes ou favorisent ces dernières.
  • La VSPM de base chez les femmes âgées est plus élevée que chez les hommes âgés, mais leur réaction à un repas n'est pas aussi forte que celle des hommes âgés, des différences qu'on ne peut pas encore expliquer.
  • La VSPM des hommes âgés n’a jamais fait l'objet de comparaison directe avec celle des femmes âgées après un exercice contre résistance, mais les résultats d’études sur l’entraînement contre résistance révèlent des degrés d’hypertrophie et d'augmentations musculaires semblables.
  • Chez les jeunes femmes, l'oxydation des protéines semble moindre que chez les jeunes hommes pendant un exercice d’endurance, mais ces différences sont minimes et sans doute dues aux différences de masse corporelle maigre.

Légende de la figure

Figure 1. Changements relatifs dans la vitesse de synthèse des protéines musculaires (MPS) au repos (valeurs de base à jeun) chez les jeunes hommes (YM), des jeunes femmes (YM), les hommes âgés (OM) et les femmes âgées (OW). Cette figure indique aussi les réponses des jeunes hommes (YM), des jeunes femmes (YW), des hommes âgés (OM) et des femmes âgées (OW) après avoir mangé (acides aminés ou protéines) et les valeurs après un exercice contre résistance (données OM et OW non disponibles).

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