L’importance de la modalité de l’exercice dans les adaptations bénéfiques de l’exercice physique pour la santé

Il a largement été démontré que l’activité physique quotidienne entraînait des effets bénéfiques importants sur la santé à la fois en prévention ^(1,2) et dans le traitement de nombreuses pathologies chroniques ⁽³⁾, quel que soit la modalité de l’activité physique. Cependant dans certaines situations, le choix d’une certaine modalité d’exercice peut être pertinent pour induire des adaptations spécifiques à la santé des individus. En effet, la réalisation d’un exercice physique entraîne un stress transitoire pour l’organisme qui provoque l’induction d’une réponse adaptative et la répétition de ces stress transitoires est responsable des adaptations bénéfiques associées à l’exercice chronique. Par conséquent, il est important de connaître les structures qui vont être impliquées, et donc subir un stress, en fonction de la modalité et de l’intensité de l’exercice choisie afin d’induire les adaptations bénéfiques souhaitées.

Dans ce dossier, nous aborderons les caractéristiques des différentes modalités d’exercice ainsi que leurs effets physiologiques aigus, i.e. au cours de l’exercice, et chroniques.

I- La modalité de l’exercice

Comme expliqué précédemment, le choix de la modalité d’exercice doit prendre en compte les adaptations physiologiques recherchées mais aussi les modifications physiologiques aiguës, notamment en fonction des capacités de l’individu. Classiquement, les exercices sont divisés en deux grandes modalités : l’exercice aérobie et l’exercice en résistance.

L’exercice aérobie est un exercice impliquant les systèmes énergétiques musculaires qui utilisent de l’oxygène, i.e. le métabolisme aérobie, ainsi que le système cardiovasculaire au cours de l’exercice, il est donc souvent associé à un exercice en endurance où les performances sont reliées à ces systèmes. A l’inverse, l’exercice en résistance implique fortement les muscles squelettiques et le système nerveux, il est donc souvent associé à des exercices nécessitant une grande production de force, comme la musculation.
Cependant, il serait réducteur que les différents exercices réalisés appartiennent exclusivement à l’une de ces catégories car la majorité des exercices pratiqués peuvent souvent être un mélange des deux modalités. Par exemple, un exercice de type HIIT (=High Intensity Interval Training) réalisé en salle de sport peut consister en un enchainement d’exercices de musculation entrecoupés de périodes de repos, chaque période durant entre 30 secondes et 2 minutes. Ainsi, les exercices de musculation vont stimuler les muscles et correspondre à un entraînement en résistance, cependant leur durée et leur intensité stimulent fortement les systèmes aérobies et cardiovasculaires. A partir de cela, nous pouvons affiner les conditions d’exercice en fonction de la durée et de l’intensité et décrire trois grandes conditions :

• Les exercices longs d’intensité modérée (MICT) qui sont des exercices durant au moins une heure à une intensité au niveau du premier seuil ventilatoire, correspondant à un moment où la personne est capable de parler pendant l’exercice tout en étant un peu essoufflé.
• Les exercices de haute intensité en intervalles (HIIT) qui sont des exercices plus courts durant lesquels il va y avoir une alternance d’exercices à haute intensité, proche du maximum, avec des exercices de récupération à plus basse intensité. Généralement, ces phases vont durer entre 30 secondes et 2 minutes en fonction des exercices et des individus.
• Les exercices en résistance comme la musculation (RET) dont le but est l’hypertrophie musculaire qui consistent soit à soulever son propre poids ou à soulever des charges selon des séries entrecoupées de périodes de repos. Il existe différentes modalités de séries et répétitions en fonction des objectifs mais par exemple, 3 séries de 12 répétitions entrecoupées de 1 min 30-2 min de récupération sont utilisés pour l’hypertrophie musculaire.

II- Les exercices MICT
Les exercices MICT correspondent généralement aux exercices d’endurance dans le langage courant, i.e. des exercices de longue durée à des intensités modérées, souvent entre 55 et 75% de l’intensité maximale des individus.

Au niveau musculaire, le principal système impliqué est le système aérobie dont le rôle est de produire l’énergie à partir des glucides/lipides et de l’oxygène pour produire le mouvement. Par conséquent, il est étroitement relié au système cardiovasculaire dont le rôle est d’amener l’oxygène et les nutriments nécessaires à la réalisation de l’exercice par les muscles squelettiques.

Plus précisément, le muscle squelettique va produire plus d’énergie via le système aérobie à partir des glucides, issus du glycogène musculaire, et des lipides, issus du tissu adipeux, en utilisant de l’oxygène provenant de l’air ambiant. Au cours de l’exercice, les glucides et les lipides sont consommés dans des proportions différentes en fonction de l’intensité de l’exercice : à basse intensité, les lipides sont majoritairement utilisés et plus l’intensité augmente et plus les glucides sont utilisés. Pour que le muscle squelettique puisse produire cette énergie, il faut un apport élevé en lipides et en oxygène qui va être assuré par une augmentation de la fréquence cardiaque et une augmentation du diamètre des vaisseaux sanguins, ce qui permet d’augmenter la quantité de sang transitant au sein des muscles.

Etant donné que ces systèmes sont les plus impliqués dans cette modalité d’exercice, ce sont également dans ces systèmes que nous allons observer les effets bénéfiques de l’exercice qui sont :

• Une augmentation des systèmes aérobies musculaires permettant une consommation plus importantes d’énergie par les glucides/lipides et l’oxygène au cours de l’exercice.
• Une augmentation du débit cardiaque permettant de faire circuler une quantité plus importante de sang au sein de l’organisme.
• Une augmentation de la densité des vaisseaux sanguins dans le muscle squelettique ainsi qu’une meilleure fonction des vaisseaux sanguins.

Par conséquent, ce type d’exercice est utile pour les objectifs suivants :

• Une amélioration de la santé cardiovasculaire et de l’endurance chez des individus atteints de pathologies chroniques, chez des individus très sédentaires cherchant à se remettre au sport ou chez des individus possédant des capacités sportives limitées cherchant à maintenir une activité physique.
• Une perte de masse grasse chez des personnes sédentaires ou possédant des capacités sportives limitées, étant donné la consommation de lipides par ce type d’exercice.
• – Une augmentation de la capacité d’endurance de sportifs récréatifs.

Deux moyens peuvent exister pour l’individu de quantifier l’intensité de l’exercice :

• La plus simple qui consiste à se baser sur le test de la parole, i.e. l’individu est capable de tenir une conversation mais cela s’entend qu’il est en train de réaliser un exercice physique.
• La plus précise consiste à utiliser un cardiofréquencemètre et à travailler à une fréquence cardiaque aux alentours de 60-65% de la fréquence cardiaque maximale, calculée par 220-âge.

III- Les exercices HIIT
Les exercices en HIIT sont composés d’une alternance de moments d’exercice à haute intensité, environ 85-95% de la fréquence cardiaque maximale, avec des moments de repos ou d’exercice à basse intensité, et ils ont été désignés classiquement comme des exercices fractionnés. Au cours de ce type d’exercice, les trois systèmes musculaires permettant de produire de l’énergie seront impliqués dans la réalisation de l’exercice. Plus précisément :

• Les systèmes anaérobies, utilisant la phosphocréatine et les glucides, et le système aérobie, utilisant les glucides, vont être utilisés pour produire le maximum d’énergie au moment de l’exercice et maintenir l’effort.
• Le système aérobie qui est utilisé pour maintenir l’exercice pendant la phase à intensité légère mais aussi pour régénérer la phosphocréatine, qui sera réutilisée au cours des phases d’exercice intense.

Au cours de ce type d’exercice, le système aérobie est très fortement activé ce qui implique une demande en oxygène très élevée au niveau musculaire et, en réponse, le système cardiovasculaire va donc être fortement impliqué. Ainsi, malgré les différences d’intensités et de durées, les effets bénéfiques sur le métabolisme musculaire et le système cardiovasculaire vont être similaires entre les exercices en MICT et en HIIT :

• Une augmentation des systèmes aérobies musculaires permettant une consommation plus importante d’énergie par les glucides/lipides et l’oxygène au cours de l’exercice.
• Une augmentation du débit cardiaque permettant de faire circuler une quantité plus importante de sang au sein de l’organisme.
• Une augmentation de la densité des vaisseaux sanguins dans le muscle squelettique ainsi qu’une meilleure fonction des vaisseaux sanguins.

En plus des adaptations plus spécifiques à l’endurance, il a également été montré que les exercices en HIIT permettaient d’induire de l’hypertrophie musculaire (4) et qu’un entraînement RET couplé à du HIIT permettait d’obtenir des résultats similaires à un exercice en RET de basse intensité tout en permettant des adaptations d’endurance (5). Ainsi, cet exercice peut être conseillé pour :

• Une amélioration des performances chez des individus sportifs avec un volume d’entraînement réduit.
• Une amélioration de la santé cardiovasculaire chez des individus ne possédant pas de contre-indications à la pratique d’une activité sportive de haute intensité et possédant un temps réduit disponible pour pratiquer.
• Une amélioration de la capacité et de la santé cardiovasculaire chez des individus pratiquant un entraînement en musculation et qui veulent maintenir leur masse musculaire.
• Une perte de masse grasse chez des individus ne possédant pas de contre-indications à la pratique d’une activité sportive et possédant un temps réduit disponible pour pratiquer.

De manière générale, les modalités d’exercices en HIIT sont (4):

	Répétitions	Exercice (durée, intensité)	Repos
REHIT	2-3	20 sec, sprint maximum	2-3 min
Tabata	7-8	20 sec, sprint maximum	10 secC
Wingate	4-10	30 sec, sprint maximum	4 min
Gibala	10	60 sec, supérieure à 90% de la Fc maximale	60 sec
Norvégien	4	4 min, 85-95 % de la Fc maximale	3 min

Ces modalités sont diverses et peuvent donc s’adapter à l’individu et à ses capacités pour éviter l’induction d’une fatigue trop importante.

IV- Les exercices RET

Les exercices en résistance sont des exercices comprenant les exercices en musculation avec charge externe ou au poids du corps, i.e. des exercices au cours desquels le système musculosquelettique va soulever une charge externe ou le poids du corps. Par conséquent, les systèmes physiologiques les plus impliqués sont :

• Le système musculaire squelettique et plus précisément, les muscles squelettiques qui vont être impliqués dans le mouvement de musculation effectué.
• Le système nerveux central qui est à l’origine du mouvement et du recrutement des muscles squelettiques et donc à la quantité de force produite.

Au cours de ce type d’exercice, l’action de déplacer une charge provoque une augmentation de la tension appliquée au muscle, qui constitue un stress pour ce dernier et donc le principal stimulus aux adaptations à ce type d’exercice. En réponse, les voies cellulaires responsables de la synthèse protéique seront activées afin d’augmenter le nombre de myofibrilles ⁽⁶⁾, les structures responsables de la contraction musculaire, et donc la force produite par le muscle. De plus, ce type d’exercice est également responsable de la production d’hormones, comme l’IGF-1, qui stimulent également la synthèse protéique au niveau musculaire ⁽⁷⁾. Par conséquent, ce type d’exercice doit également être accompagné d’un apport protéique adapter pour maximiser l’hypertrophie musculaire ⁽⁸⁾, dont les doses sont décrites dans ce dossier (https://aminogram.com/apport-proteique-dans-la-pratique-sportive/). La réalisation de ces mouvements est également accompagnée d’un échange important de messages nerveux entre les muscles squelettiques et le système nerveux central pouvant modifier le fonctionnement de ce dernier ⁽⁹⁾. Les adaptations bénéfiques à ce type d’exercice sont donc :

• Une augmentation de la masse musculaire squelettique permettant une meilleure capacité fonctionnelle des individus.
• Une amélioration des capacités de proprioception, i.e. la capacité à ressentir et évaluer la position du corps dans l’espace, ainsi que de la coordination motrice.

Considérant ses bienfaits, ce type d’exercice peut être conseillé pour :

• Des individus atteints de pathologies chroniques présentant des limitations cardiovasculaires importantes dans le but d’augmenter ou de maintenir leur masse musculaire squelettique et donc leur capacité fonctionnelle.
• Des individus sédentaires ou pratiquant une activité sportive récréative dans le but d’augmenter leur masse musculaire squelettique dans un but de santé et/ou esthétique.
• Des individus sportifs cherchant à améliorer leur masse musculaire et/ou améliorer une qualité sportive spécifique à leur pratique sportive, comme la vitesse de mouvement ou la force maximale.

En fonction des objectifs des individus, plusieurs modalités d’exercices en résistance existent qui s’organisent sous forme de répétitions regroupées en séries espacées de périodes de repos en fonction de la charge soulevée : au-dessous de 60% du maximum (low load) ou au-dessus de 60% du maximum (high load). Il a été montré que ces deux dernières conditions permettaient une hypertrophie musculaire mais que seule la condition « high load » permettait d’augmenter la force maximale d’un individu ⁽¹⁰⁾. Classiquement, les exercices de musculation sont divisés de cette façon :

• Pour un gain en force, entre 3 et 5 séries de 4-5 répétitions proche du maximum (80-90%) entrecoupées de 1 min 30-2 min de repos.
• Pour une hypertrophie musculaire, entre 3 et 5 séries de 10-12 répétitions entre 70 et 80% du maximum, en fonction du niveau d’entraînement, entrecoupées de 1 min-1 min 30 s de repos. Il est également possible d’effectuer ce type d’exercice avec des charges moins élevées dans le cas d’individus présentant des difficultés à soulever des charges importantes.

Conclusion
Comme décrit dans ce dossier, les différentes modalités d’exercice impliquent des structures physiologiques précises et résultent en adaptations bénéfiques spécifiques à chacune d’entre elles. Il est donc important de connaître les caractéristiques de ces modalités afin de conseiller de la façon la plus adaptée les individus en fonction des adaptations bénéfiques recherchées ainsi que des objectifs et des capacités physiques de chaque individu.

Références

1. Arem H, Moore SC, Patel A, Hartge P, de Gonzalez AB, Visvanathan K, et al. Leisure Time Physical Activity and Mortality: A Detailed Pooled Analysis of the Dose-Response Relationship. JAMA Intern Med. 1 juin 2015;175(6):959‑67.
2. Wahid A, Manek N, Nichols M, Kelly P, Foster C, Webster P, et al. Quantifying the Association Between Physical Activity and Cardiovascular Disease and Diabetes: A Systematic Review and Meta-Analysis. J Am Heart Assoc. 14 2016;5(9).
3. Pedersen BK, Saltin B. Exercise as medicine – evidence for prescribing exercise as therapy in 26 different chronic diseases. Scand J Med Sci Sports. déc 2015;25 Suppl 3:1‑72.
4. Callahan MJ, Parr EB, Hawley JA, Camera DM. Can High-Intensity Interval Training Promote Skeletal Muscle Anabolism? Sports Med Auckl NZ. mars 2021;51(3):405‑21.
5. Sabag A, Najafi A, Michael S, Esgin T, Halaki M, Hackett D. The compatibility of concurrent high intensity interval training and resistance training for muscular strength and hypertrophy: a systematic review and meta-analysis. J Sports Sci. nov 2018;36(21):2472‑83.
6. Damas F, Phillips S, Vechin FC, Ugrinowitsch C. A review of resistance training-induced changes in skeletal muscle protein synthesis and their contribution to hypertrophy. Sports Med Auckl NZ. juin 2015;45(6):801‑7.
7. Barclay RD, Burd NA, Tyler C, Tillin NA, Mackenzie RW. The Role of the IGF-1 Signaling Cascade in Muscle Protein Synthesis and Anabolic Resistance in Aging Skeletal Muscle. Front Nutr [Internet]. 10 sept 2019 [cité 27 avr 2021];6. Disponible sur: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC6746962/
8. Jäger R, Kerksick CM, Campbell BI, Cribb PJ, Wells SD, Skwiat TM, et al. International Society of Sports Nutrition Position Stand: protein and exercise. J Int Soc Sports Nutr. 2017;14:20.
9. Windhorst U. Muscle proprioceptive feedback and spinal networks. Brain Res Bull. 12 juill 2007;73(4‑6):155‑202.
10. Schoenfeld BJ, Peterson MD, Ogborn D, Contreras B, Sonmez GT. Effects of Low- vs. High-Load Resistance Training on Muscle Strength and Hypertrophy in Well-Trained Men. J Strength Cond Res. oct 2015;29(10):2954‑63.