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Les effets synergiques de l’apport d’acides aminés et de l’exercice de résistance sur les taux de synthèse protéique du muscle squelettique (MPS) sont maintenant bien décrits (pour des revues voir : ). La consommation d’acides aminés alimentaires après un exercice de résistance stimule une augmentation de la MPS et est nécessaire pour faire passer la balance protéique nette (définie comme la MPS moins la dégradation des protéines musculaires (MPB)) de négative (perte nette de protéines) à positive (gain net de protéines) . Chez les individus en bonne santé, les changements de MPS induits par l’alimentation sont de 3 à 5 fois plus importants au cours d’une journée donnée que les changements mesurables de MPB, ce qui démontre que le MPS est très réactif, régulé et représente le principal moteur des changements de l’équilibre protéique net du muscle. En tant que tel, il s’ensuit que pour que des élévations chroniques du bilan protéique musculaire net entraînent des gains de masse musculaire, les changements dans le MPS sont très pertinents. Nous ne prétendons pas que le MPB est un processus biologique banal ; le MPB contribue au maintien des niveaux d’acides aminés intracellulaires, et joue probablement un rôle dans le maintien de la qualité des protéines musculaires en éliminant les protéines endommagées et en permettant à leurs acides aminés constitutifs d’être utilisés pour la synthèse de nouvelles protéines musculaires fonctionnelles. Par conséquent, nous proposons que les interventions nutritionnelles qui améliorent le MPS peuvent être d’un grand intérêt scientifique et clinique comme stratégie pour promouvoir un équilibre positif des protéines musculaires et une éventuelle accumulation de protéines musculaires. De plus, ces interventions pourraient être intéressantes pour les athlètes soucieux d’améliorer la réponse adaptative du muscle squelettique à un entraînement chronique. Les recherches actuelles ont démontré que des facteurs tels que la dose de protéines alimentaires/acides aminés essentiels (AAE) ingérée, la source alimentaire de protéines (c’est-à-dire lactosérum, soja, caséine micellaire) et le moment de l’apport en protéines/ACA ont un impact sur l’ampleur (et peut-être la durée) du MPS en réponse à l’alimentation et à l’exercice de résistance. D’autres recherches se sont concentrées sur la capacité d’améliorer le MPS en fournissant des quantités accrues de leucine ou d’arginine dans une solution contenant des acides aminés. Enfin, l’influence de la consommation de macronutriments mélangés sur le métabolisme des protéines musculaires a également reçu une certaine attention. L’objectif de cette revue est de discuter de la régulation nutritionnelle du MPS humain et de fournir une mise à jour des stratégies nutritionnelles qui peuvent servir à maximiser le MPS avec l’alimentation et l’exercice de résistance.

Redéfinition de la « fenêtre de potentiel anabolique » après l’exercice de résistance

Bien que l’augmentation du MPS médiée par les acides aminés soit transitoire, ne durant que quelques heures au maximum , l’activité contractile associée à l’exercice de résistance intense entraîne des taux accrus de MPS qui sont maintenus pendant ~48 h à l’état de jeûne chez les jeunes participants . Il est maintenant clair que l’apport d’acides aminés immédiatement après l’exercice est une stratégie nutritionnelle efficace pour augmenter le taux de MPS au-delà des taux observés avec l’exercice seul. L’importance de l’ingestion de protéines tôt après l’exercice est liée au fait que les augmentations des taux de MPS induites par l’exercice sont plus importantes immédiatement après l’exercice (~100 – 150% au-dessus des taux basaux), et donc les effets synergiques de l’exercice et de l’alimentation sur le MPS sont probablement plus importants pendant cette période. Cependant, étant donné que l’exercice de résistance augmente le MPS jusqu’à ~48 heures, la consommation d’acides aminés alimentaires 24 à 48 heures après la récupération après l’exercice devrait également transmettre les mêmes effets synergiques sur le MPS que ceux qui sont observés lorsque les acides aminés sont fournis immédiatement après l’exercice de résistance. Comme le montre la Figure 1, l’amélioration synergique des élévations préexistantes de MPS induites par l’exercice de résistance par l’apport de protéines est plus importante immédiatement après l’exercice et s’estompe avec le temps, mais peut être encore présente jusqu’à 48 heures plus tard. Nous avons récemment montré que l’apport de 15 g de protéines de lactosérum, une dose de protéines moins qu’optimale pour maximiser le MPS, ~24 h après un exercice de résistance aigu, entraîne une plus grande stimulation de la synthèse protéique myofibrillaire (protéines contractiles du muscle squelettique) que la même dose apportée au repos (Figure 2). Cependant, l’effet de la sensibilité accrue à l’ingestion de protéines induite par un exercice de résistance préalable effectué 24 heures plus tôt était indépendant de la quantité de poids soulevée. Plus précisément, l’exercice de résistance a été effectué à une charge relativement élevée (90FAIL) ou faible (30FAIL), mais les deux régimes ont été effectués jusqu’à la fatigue volontaire. Ainsi, quelle que soit la charge de l’exercice, le résultat final était une augmentation similaire du recrutement des fibres musculaires. Les recherches futures devraient examiner s’il existe des différences liées à l’âge dans la capacité de l’exercice de résistance à transmettre une sensibilité accrue du MPS à l’ingestion de protéines lorsqu’elles sont consommées ~24 h après l’exercice, et si cet effet est influencé par le type de protéines consommées, car ces résultats seraient pertinents pour accroître notre compréhension des facteurs impliqués dans la perte musculaire liée à l’âge.

L’apport de nutriments pendant la nuit peut également représenter une stratégie nutritionnelle efficace pour stimuler le MPS, et ainsi augmenter la  » fenêtre d’opportunité anabolique  » en favorisant un meilleur équilibre protéique net du muscle au cours des 24 heures. Des recherches antérieures ont montré que les taux de MPS pendant la nuit sont assez faibles, cependant l’apport intragastrique de protéines pendant le sommeil et l’ingestion orale de protéines après un exercice de résistance immédiatement avant le coucher sont suivis par une digestion et une absorption normales des protéines et une stimulation du MPS pendant la nuit. Par conséquent, nous soutenons que l’apport correctement planifié de protéines / AAE, non seulement immédiatement après, mais jusqu’à ~24 h après l’exercice, devrait être soigneusement considéré comme une stratégie alimentaire pour stimuler au maximum les taux de MPS induits par l’exercice.

Mécanismes sous-tendant la sensibilité accrue du muscle squelettique après l’exercice

Les acides aminés alimentaires et l’insuline sont des effecteurs majeurs régulés par les nutriments du MPS et du MPB et des travaux récents ont mis en lumière les voies moléculaires impliquées dans la régulation de l’augmentation du MPS induite par les acides aminés et la contraction. Une revue complète de la régulation moléculaire du MPS en réponse à la nutrition et à l’exercice dépasse le cadre de cet article mais peut être trouvée ailleurs. La protéine kinase mTORC1 sert de point d’intégration critique d’un large éventail de signaux qui favorisent le MPS, notamment les acides aminés alimentaires et la contraction musculaire. Plus précisément, mTORC1 régule la SMP en phosphorylant des effecteurs protéiques en aval, tels que p70S6k et 4E-BP1, qui participent à l’initiation de la traduction de la SMP. De plus, le blocage de l’activité de mTOR par la rapamycine bloque à la fois la contraction et l’augmentation médiée par l’EAA dans le MPS humain, ce qui démontre le caractère essentiel de cette kinase dans la régulation du MPS. Jusqu’à présent, plusieurs études ont démontré que l’apport d’acides aminés après un exercice de résistance et l’augmentation subséquente du MPS sont associés à une phosphorylation accrue des composants de la cascade de signalisation mTOR au-dessus des niveaux qui sont observés après un exercice sans nutriments . Cependant, une dissociation entre les mesures directes des taux de MPS et l’étendue de la phosphorylation des molécules de signalisation anaboliques musculaires a été rapportée précédemment. En outre, on ne sait pas exactement comment les acides aminés sont capables d’activer mTORC1 pour augmenter le SPM, bien que MAP4K3, la protéine de triage vacuolaire 34 (Vps34) et les GTPases Rag soient des protéines de signalisation qui sont des  » capteurs  » d’acides aminés candidats capables de répondre aux changements de concentration d’acides aminés et d’activer ensuite mTORC1. En outre, il a été signalé que l’expression de l’ARNm de certains transporteurs d’acides aminés dans les muscles squelettiques, tels que LAT1 (SLC7A5), SNAT2 (SLC38A2), CD98 (SLC3A2) et PAT1 (SLC36A1), augmente après l’ingestion d’AAE et l’exercice de résistance dans les muscles squelettiques humains. Ces transporteurs peuvent jouer un rôle important dans la régulation du métabolisme des protéines musculaires humaines, en raison de leur capacité à transporter les acides aminés à travers la membrane cellulaire et à relayer des signaux vers des cibles en aval supposées réguler le MPS . Une augmentation des niveaux de protéines de certains de ces transporteurs d’acides aminés a également été observée après l’ingestion d’AAE et l’exercice de résistance, mais il est actuellement difficile de savoir si les augmentations de l’expression de l’ARNm et des protéines de ces transporteurs sont associées à une capacité accrue de transport des acides aminés. De toute évidence, des recherches supplémentaires sont nécessaires pour définir la signification fonctionnelle et physiologique de ces transporteurs dans la régulation de la SMP médiée par la nutrition et l’exercice.

Optimisation de la SMP : le rôle de la source de protéines

L’ingestion de protéines alimentaires, y compris le lactosérum , l’albumine d’œuf , le soja , la caséine et le bœuf, sont tous capables de stimuler la SMP. Cependant, les protéines alimentaires de différentes sources diffèrent dans leur capacité à stimuler le MPS à la fois au repos et après un exercice de résistance . Par exemple, les travaux de notre laboratoire ont montré que les protéines de lactosérum et le lait bovin favorisent une plus grande augmentation de la SPM après un exercice de résistance aigu que la consommation d’une quantité équivalente de protéines de soja d’origine végétale, malgré le fait que ces sources de protéines ont des scores d’acides aminés corrigés de la digestibilité des protéines (PDCAAS) supérieurs à 1,0. Les limites du système de notation PDCAAS et la troncature artificielle à 1,0, alors que certaines protéines ont un PDCAAS de > 1,0, ont été discutées dans notre précédente revue. Les mécanismes responsables de ces différences ne sont pas entièrement clairs, mais peuvent être liés à des différences importantes dans le profil des acides aminés et/ou la disponibilité des acides aminés en raison de différences dans la cinétique de digestion/absorption des protéines. Les protéines de lactosérum sont solubles dans l’acide et sont associées à une augmentation très rapide, importante mais transitoire de la disponibilité des acides aminés postprandiaux, tandis que la caséine coagule et précipite lorsqu’elle est exposée à l’acide gastrique et le caillé laitier qui en résulte est lentement libéré de l’estomac, ce qui entraîne une augmentation beaucoup plus modérée mais soutenue des acides aminés plasmatiques. Notre laboratoire a récemment comparé les effets de l’isolat de protéines de lactosérum à la caséine micellaire sur les taux de MPS chez les hommes âgés. Conformément à nos résultats précédents chez les jeunes sujets, nous avons rapporté des augmentations plus importantes de la concentration de leucine dans le sang et des augmentations de MPS au repos et après l’exercice après l’ingestion de 20 g d’isolat de protéines de lactosérum que l’ingestion de caséine micellaire. Ces données corroborent nos travaux précédents montrant qu’un taux rapide d’apparition d’acides aminés dans le sang après l’alimentation augmente le MPS et la signalisation cellulaire anabolique après un exercice de résistance plus qu’un taux lent d’apparition d’acides aminés, soutenant la notion que la digestion des protéines et le taux d’absorption représentent un facteur important dans la régulation nutritionnelle du MPS chez les humains. Nos données sur le MPS sont différentes, à certains égards, des résultats obtenus à partir d’études sur le renouvellement des protéines du corps entier, probablement parce que le muscle squelettique ne représente que ~30% de la synthèse des protéines du corps entier et se renouvelle à un taux nettement inférieur (~20 fois) à celui des protéines splanchniques et plasmatiques. Il est intéressant de noter que des recherches récentes suggèrent que la forme de l’alimentation (c’est-à-dire liquide ou solide) peut être un facteur important de régulation de la disponibilité des acides aminés dans le plasma postprandial. Par exemple, Conley et ses collègues ont montré des augmentations plus importantes et plus durables des acides aminés plasmatiques après l’administration d’une boisson, par rapport au même supplément (c’est-à-dire l’énergie et les macronutriments correspondants) fourni sous forme d’aliment solide. Ces résultats sont intéressants à la lumière du fait que l’augmentation postprandiale des AAE et/ou de la leucine plasmatiques semble être un régulateur clé de l’augmentation postprandiale du MPS, mais des recherches supplémentaires sont nécessaires pour déterminer la pertinence physiologique de la forme alimentaire en ce qui concerne la régulation du MPS.

La leucine comme signal nutritif dans le muscle squelettique

Parmi les acides aminés, les AAE sont principalement responsables de la stimulation du MPS , alors que les acides aminés non essentiels semblent inefficaces à cet égard . La leucine, un acide aminé à chaîne ramifiée (BCAA), semble unique parmi les AAE en tant que régulateur clé de l’initiation de la traduction de la SMP . Par exemple, la leucine, mais pas l’isoleucine ou la valine, peut stimuler une augmentation de la SPM par l’activation de la voie mTOR-p70S6k chez les animaux. Des travaux en culture cellulaire utilisant des cellules C2C12 ont démontré que la leucine est le plus puissant des AAE dans sa capacité à augmenter le statut de phosphorylation de p70S6k, et le seul AAE capable d’augmenter le statut de phosphorylation de mTOR et 4E-BP1 . Compte tenu de ces données, des recherches récentes ont porté sur l’utilisation de la leucine dans le cadre d’une intervention nutritionnelle visant à moduler le MPS et/ou la masse musculaire chez l’homme. Tipton et ses collègues ont examiné l’effet de la leucine libre (3,4 g) ajoutée à la protéine de lactosérum (16,6 g) sur les taux de MPS après un exercice de résistance aigu et n’ont pas rapporté d’augmentation supplémentaire de MPS avec l’ajout de leucine libre par rapport à celle précédemment rapportée pour 20 g de protéine de lactosérum. Cependant, ces données ne sont pas surprenantes à la lumière des travaux de notre groupe et d’autres dans lesquels la relation dose-réponse entre l’ingestion de protéines/EAA et le MPS a été examinée. Moore et ses collègues ont rapporté que la SMP était stimulée au maximum chez les jeunes hommes avec 20 g de protéines de haute qualité après un exercice de résistance, 40 g de protéines n’entraînant pas une augmentation de la SMP supérieure à celle observée avec 20 g, mais simplement des niveaux élevés d’oxydation des acides aminés. Ainsi, l’ingestion de leucine en quantités supérieures à celles trouvées dans une dose saturante (20-25 g de protéines de lactosérum contenant 2,5-3.0 g de leucine) de protéines de haute qualité, est peu susceptible de stimuler davantage une augmentation de l’ampleur ou de la durée du MPS. Cependant, ces données proviennent de jeunes hommes en bonne santé pesant ~86 kg et la dose maximale efficace de protéines peut être très différente chez, par exemple, une gymnaste féminine de ~50 kg ou un culturiste de 120 kg. Les personnes âgées représentent également une population qui peut avoir besoin de plus grandes quantités de protéines alimentaires et/ou de leucine pour obtenir une augmentation robuste du MPS en réponse à l’alimentation. Des recherches futures sont nécessaires pour définir la quantité de leucine nécessaire pour stimuler la SMP chez les adultes jeunes et âgés et pour établir clairement le rôle des autres AAE dans la régulation de la SMP avec l’alimentation et l’exercice de résistance.

Nutrition post-exercice pour les personnes âgées

Définir les interventions nutritionnelles qui stimulent au maximum les taux de SMP sont intéressantes pour le développement de stratégies thérapeutiques conçues pour lutter contre la perte musculaire liée à l’âge (sarcopénie). La cause de la sarcopénie est probablement multifactorielle, mais certaines preuves suggèrent que les personnes âgées sont « résistantes » aux effets anaboliques des acides aminés et de l’exercice de résistance, ainsi qu’aux effets anti-protéolytiques de l’insuline. Par exemple, Kumar et ses collègues ont signalé un émoussement lié à l’âge de la réponse MPS dans l’état post-absorptif après un exercice de résistance aigu effectué sur une gamme d’intensités (20-90% 1RM) lorsqu’il est mesuré sur 1-2 heures de récupération post-exercice. Cependant, étant donné que les individus vivant en liberté mangent généralement après un exercice de résistance, on ne peut que spéculer si la même réponse émoussée de MPS entre les jeunes et les personnes âgées aurait été observée à l’état d’alimentation.

Malgré la réponse diminuée à l’apport d’acides aminés et à l’exercice chez les personnes âgées, il semble que les effets additifs de l’alimentation et de l’exercice de résistance sur les taux de MPS soient préservés dans cette population, plusieurs études montrant que l’alimentation et l’exercice combinés entraînent des augmentations plus importantes de MPS que l’alimentation seule . Notre laboratoire a récemment examiné la relation dose-réponse entre l’ingestion de protéines de lactosérum et la synthèse protéique myofibrillaire dans des conditions de repos et après un exercice de résistance chez les personnes âgées. Contrairement aux jeunes participants chez qui la SPM est stimulée au maximum après un exercice de résistance avec ~20 g de protéines, 40 g de protéines ont augmenté les taux de SPM chez les personnes âgées plus que 20 g lorsqu’elles sont consommées après un exercice de résistance, ce qui suggère que les personnes âgées peuvent bénéficier d’une plus grande quantité d’acides aminés et/ou de leucine après un exercice de résistance pour maximiser la synthèse des protéines myofibrillaires. En faveur d’une réponse des personnes âgées à de plus grandes quantités de leucine, Katsanos et ses collègues (2006) ont rapporté qu’un mélange de 6,7 g d’AAE contenant 26 % de leucine n’a pas été capable de promouvoir une augmentation de la SPM au-dessus des niveaux basaux chez les personnes âgées ; cependant, lorsque la teneur en leucine du même mélange d’AAE a été augmentée à 41 %, la SPM a été stimulée au-dessus des niveaux basaux dans la même mesure que celle observée chez les jeunes sujets. Ces résultats suggèrent que la composition en acides aminés, et non simplement les AAE totaux, est d’une importance capitale pour déterminer la réponse postprandiale du MPS dans le muscle des personnes âgées. Cependant, l’efficacité d’une supplémentation en leucine libre lors d’un repas comme stratégie pour augmenter la masse musculaire chez les personnes âgées n’est pas actuellement soutenue. Verhoeven et ses collègues (2009) ont examiné l’efficacité d’une supplémentation en leucine à long terme sur la masse musculaire squelettique chez des sujets âgés et ont rapporté qu’une supplémentation en leucine (7,5 g par jour avec les repas) pendant une période de 12 semaines n’a pas augmenté la masse ou la force musculaire squelettique par rapport à un placebo apparié en énergie. Cependant, ces résultats n’ont été obtenus que chez des sujets qui consommaient des repas standard et les gains de masse maigre induits par l’alimentation seule, sans exercice de résistance, sont probablement faibles, surtout sur une période de 12 semaines. De plus, la supplémentation en leucine a été associée à une diminution de la valine et de l’isoleucine circulantes, qui auraient pu devenir limitantes pour la stimulation de la MPS. Des études chez l’animal ont montré que l’apport de leucine entraîne une baisse des AAE circulants et réduit la durée de l’augmentation du MPS médiée par les acides aminés ; cependant, lorsque cette baisse est évitée et que les concentrations basales d’acides aminés sont maintenues, la réponse du MPS à l’apport d’acides aminés dure environ 2 heures. Dans l’ensemble, la leucine alimentaire supplémentaire, qui peut être obtenue à partir de protéines de haute qualité et pas nécessairement sous forme cristalline, peut être bénéfique aux personnes âgées du point de vue de l’augmentation du MPS. D’autres recherches sont nécessaires pour examiner l’effet de l’apport d’acides aminés enrichis en leucine dans la période précoce après l’exercice de résistance sur le MPS et les gains de masse maigre après un entraînement à plus long terme.

Récemment, Smith et ses collègues (2011a, 2011b) ont examiné le rôle de la supplémentation (4 g par jour pendant 8 semaines) en acides gras polyinsaturés oméga 3 sur les taux de MPS et l’activation des protéines de signalisation au sein de la voie mTOR-p70S6k à la fois chez les jeunes et les personnes d’âge moyen , et chez les sujets âgés . Dans tous les groupes d’âge examinés, la supplémentation en acides gras oméga 3 a augmenté de manière significative l’ampleur de la stimulation de la MPS et de la phosphorylation de mTOR induite par les acides aminés et l’insuline. Bien que les mécanismes soient actuellement inconnus, ces résultats suggèrent que les acides gras polyinsaturés oméga 3 possèdent des propriétés anaboliques via leur capacité à améliorer la sensibilité du muscle squelettique aux acides aminés et à l’insuline, même chez les jeunes individus en bonne santé. Récemment, il a été démontré qu’une supplémentation en huile de poisson (2 g/jour) est également capable d’améliorer la réponse adaptative à un entraînement chronique à l’effort en favorisant l’augmentation de la force musculaire chez les femmes âgées. Les recherches futures devraient examiner le rôle des acides gras polyinsaturés oméga 3 supplémentaires sur l’accumulation de masse musculaire maigre après une période d’entraînement chronique à l’exercice de résistance chez les jeunes et les personnes âgées.

Rôle des glucides et de l’insuline dans la régulation du métabolisme des protéines musculaires

La consommation d’un repas mixte typique est généralement associée à l’ingestion non seulement de protéines alimentaires et d’acides aminés, mais aussi de glucides et de lipides. Alors que l’on ne sait presque rien de l’impact de la coingestion lipides-protéines sur les mesures directes de la MPS lors de l’alimentation et de l’exercice de résistance, Elliot et ses collègues ont rapporté que l’absorption de thréonine et de phénylalanine (indiquant une réponse anabolique) était plus importante après l’ingestion de lait entier (8,2 g de graisse, 8,0 g de protéines, 11,4 d’hydrates de carbone : total 627 kcal) par rapport au lait sans graisse ou aux conditions de contrôle isocaloriques qui étaient dépourvues de graisse. La raison de l’anabolisme plus important après l’ingestion de lait entier n’est pas tout à fait claire, mais elle pourrait être liée à une meilleure perfusion musculaire, du moins dans cette étude. Des études antérieures ont examiné le rôle des glucides (CHO) dans la régulation du métabolisme des protéines des muscles humains. L’ingestion de glucides est associée à une augmentation des niveaux d’insuline circulante, qui a un fort effet inhibiteur sur le MPB, et est donc capable d’améliorer le bilan protéique net. Cependant, en l’absence d’apport d’acides aminés, l’apport de CHO n’entraîne pas un bilan protéique net positif. Notre laboratoire a récemment examiné l’effet de la co-ingestion de glucides et de protéines par rapport à l’apport de protéines seules sur les taux de MPS et de MPB après un exercice de résistance aigu chez de jeunes hommes. Les sujets ont consommé 25 g de protéines de lactosérum ou 25 g de protéines de lactosérum avec 50 g de CHO ajoutés sous forme de maltodextrine. L’aire sous la courbe de l’insuline plasmatique était ~5 fois plus élevée après la co-ingestion de protéines et de glucides, cependant les mesures du flux sanguin des membres, du MPS et du MPB au repos et après un exercice de résistance n’étaient pas différentes par rapport aux protéines seules. Par conséquent, lorsque l’apport en protéines est suffisant pour maximiser le MPS (voir ), l’hyperaminoacidémie/hyperinsulinémie qui en résulte est suffisante pour non seulement maximiser le MPS, mais aussi inhiber complètement le MPB. Ces résultats corroborent les travaux antérieurs de Greenhaff et de ses collègues (2008) qui ont démontré que de faibles concentrations (5 mU/L) d’insuline sont nécessaires pour provoquer une stimulation maximale de la synthèse des protéines de la jambe induite par les acides aminés, et que l’augmentation de l’insuline plasmatique jusqu’à 30 mU/L était nécessaire pour réduire la dégradation des protéines de la jambe de plus de 50 % et augmenter la balance protéique nette, mais que les concentrations supérieures n’étaient pas plus inhibitrices de la dégradation des protéines. Il est important de noter que, bien que les CHO ne soient pas fondamentalement importants dans la modification de l’équilibre protéique net après un exercice de résistance lorsque des protéines adéquates sont fournies, le glycogène musculaire est réduit après un exercice de résistance et les CHO ont un rôle important dans la resynthèse du glycogène musculaire et sont donc utiles pour améliorer la récupération après l’entraînement.