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Charles-Yannick Guezennec Centre National des Sports de la Défense Centre National du Rugby.

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1 Charles-Yannick Guezennec Centre National des Sports de la Défense Centre National du Rugby

2 Les constats Lhomme moderne sadapte à des conditions environnementales très variées Il peut monter à 8800m m sans oxygène Il plonge en apnée à 123 mètres Il peut traverser larctique en marchant Il traverse des déserts en courant Il peut courir 100 Kms en 6h10min

3 Ces constats posent trois questions 1-Sagit il de réelles adaptations et quels sont les mécanismes ? 2-Quel est le rôle des processus évolutifs de lhomme sur ces adaptations ? 3-Quel est limpact de ces adaptations sur la santé de lhomme moderne ?

4 Laptitude à la course dendurance a été un avantage évolutif (Bramble et al endurance running and the evolution of homo Nature 432: ) Lévolution anatomique et biomécanique des hominidés nous montre que lhomme moderne (H.sapiens) est devenu progressivement un remarquable coureur dendurance Lacquisition de la bipédie a été un avantage décisif pour la recherche de nourriture La vitesse de course de lhomme sur de très longues distances est supérieur à celle de la plupart des quadrupèdes herbivores et se rapproche des canidés Au-delà de 100Kms lhomme rattrape le cheval

5 Les adaptations métaboliques au jeûne et aux efforts prolongés se renforcent réciproquement Carrier DR. Curr Anthropol 1984 Cordain et al Int J Sports Med 1998 Selon ces auteurs ladaptation à la course dendurance débute avec H. Habilis ( 2MA) et atteint sa pleine efficacité avec H. Sapiens (0.2MA) Chasseur-cueilleur Le rythme paléolithique de 3 à 4 jours de chasse puis 1 ou 2 jours de repos. Les femmes portent leurs enfants sur 1500 Kms pendant les 2 premières années Alternance jeûne/nutrition Chasseur de savane (climat chaud) Ils courent, ils portent, ils se nourrissent irrégulièrement

6 Comparaison de laptitude physique de lhomme et de différentes espèces Il na pas la plus forte capacité aérobie (K. Schmitt-Nielsen Animal Physiology) Il nest pas le plus rapide (Ingen Schenau et al. Sports Med 1994 Il est pourtant très endurant sur de longues distance en climat chaud

7 Cette aptitude résulte dune remarquable régulation thermique Lhomme possède une thermorégulation particulièrement efficace grâce à la sudation 1 litre de sueur évacue 58O Kcal ce qui permet de maintenir léquilibre thermique dune course à 15 Km/h en climat tempéré pendant plus de 8 heures Un inconvénient ce processus reste efficace tant que les pertes hydriques sont en partie compensées En climat chaud lhomme possède un avantage considérable comparé à de nombreux autres mammifères

8 Les systèmes dépargne de leau lors de lexercice physique Dès le début de lexercice physique lhomme mets en jeu un ensemble de systèmes dépargne des pertes rénales Stimulation de la libération dhormone antidiurétiques Activation du système Rénine-Angiotensine- Aldostérone

9 Laptitude à réaliser des efforts en climat chaud est une véritable adaptation la répétition dexercices en ambiance chaude produit une adaptation progressive permettant de supporter le stress thermique. Le débit sudoral augmente et le délai de sudation, cest-à-dire le temps nécessaire au déclenchement de la sudation en début dexercice, diminue. le flux sanguin cutané est réduit la perfusion musculaire sen trouve améliorée. la sueur est moins concentrée chez les sujets entraînés ce qui permet de conserver plus efficacement les minéraux. augmentation du volume sanguin total après une période dentraînement en ambiance chaude. Chez lathlète une heure (ou plus) dentraînement chaque jour pendant 5 à 10 jours suffisent pour développer les adaptations cardiovasculaires et sudorales Daprès Gleeson et al. Insider 1996

10 Mouvements de lEau, gènes environnement et performance Un gène est qualifié de polymorphe lorsque plusieurs allèles sont présents dans une population dans une proportion supérieure à 1%. ) Cette histoire débute en 1998 par une publication de Montgomery dans Nature qui tends à démontrer que le polymorphisme du gènes codant pour lenzyme de conversion de langiotensine (ACE) détermine laptitude à lendurance et à effectuer des efforts en altitude extrême. (Un gène est qualifié de polymorphe lorsque plusieurs allèles sont présents dans une population dans une proportion supérieure à 1%. ) Le rôle principal de lACE est de convertir langiotensine I en angiotensine II un puissant agent vasoconstricteur. Le gène codant pour lACE possède deux allèles I et D, laugmentation de lactivité ACE est influencée par D II seraient plus endurants et plus aptes aux efforts en altitude, DD plus aptes à développer de la force Le gène ACE est aussi exprimé dans de nombreux tissus comme le muscle squelettique et le myocarde ou il joue un rôle de facteur de croissance: ce point particulier soutenait son action potentielle sur la performance.

11 Quen est il aujourdhui Le souhait davoir un facteur génétique de laptitude physique et de la réponse à lentraînement a suscité de nombreux travaux pour définir le rôle du polymorphisme de lACE sur la réponse à lentraînement. Les résultats mettent en évidence le même nombre détudes en faveur ou défaveur de cette hypothèse (Rankinen et al MSSE 2005) Une des raisons serait le nombre importants dautres gènes candidats (Rankinen et al MSSE 2001) Il semble heureux sur le plan de léthique que le lien entre un seul gène et performance ne soit pas établi, cependant on reste intrigué par la possibilité dune association entre le déterminisme des mouvements de leau et la capacité dendurance. 109 gênes sur les autosomes 2 gênes sur le chromosome X Carte des gênes humains impliqués dans les phénotypes de laptitude physique (Rankinen et al., 2001)

12 Le polymorphisme de lACE semble un candidat de ladaptation aux efforts prolongés en climat chaud (2h de marche rapide à 40°C) Heled et al Human ACE/ID polymorphism is associated with individual différences in exercise heat tolerance J. Appl. Physiol 2004 Fréquence cardiaque Température rectale Quelle que soit la part spécifique de la variabilité des gènes impliqués dans la performance Il semble certain que laptitude aux efforts prolongés en climat chaud soit un vrai phénomène adaptatif

13 Les réactions physiologiques au froid Lhomme dispose de deux moyens physiologiques pour réagir au froid Augmenter sa production de chaleur: le frisson thermique, le travail musculaire volontaire Réduire ses pertes de chaleur en diminuant le débit sanguin périphérique

14 Ladaptation au froid Revue de question: Launay et Savourey Industrial Health 2009 Hypermétabolique: augmentation de la production de chaleur et de la T° cutanée (Alacaluf,Esquimaux ) Elle nécessite une adaptation culturelle du vêtement et de la nourriture (nature/nurture) Hypothermique: Diminution de la T° centrale (Bushmen, Jean Louis Etienne ) Isolative: Réduction de la T° cutanée sans diminution de T° centrale (Aborigènes du nord de lAustralie) Hypothermique et isolative: Baisse de la T° centrale et de la T° cutanée (Plongeuses Nord Coréenne Ama )

15 Ces adaptations ont des limites le climat froid ne favorise pas lhomme Lexpansion de lhomme et le froid Les limites de laugmentation du métabolisme Selon Gamble et al 2004 Climate change and evolving human diversity in Europe during the last glacial Les glaciations ont provoqués des contractions de la population humaine Emmanuel Le Roy Ladurie Peut on écrire lHistoire du Climat 2005 « lhiver de Cest lhiver le plus froid quon ait connu en Europe depuis 1500, depuis cinq siècles, humainement un peu moins rude que 1693 ( morts seulement, dans la foulée, en ) » Ce schéma emprunté à Knut Schmidt Nielsen montre que lhomme doit doubler son métabolisme entre 20°C et 10°C, le renard arctique le fera au-delà de -40°C

16 La plongée en apnée Revue de question : Paolo Ceretelli Traité de physiologie de lexercice et du sport Masson 2002 Lors de la plongée en apnée lhomme -Mets en jeu des réflexes primitifs: ralentissement de la fréquence cardiaque, vasoconstriction périphérique -On observe des troubles du rythme cardiaque (à lorigine daccidents). -Chez le plongeur entraîné on observe pauses cardiaques qui peuvent atteindre 45 sec et une diminution de la réponse ventilatoire au Co2. -Malgré tout lhomme nest plus un mammifère marin: Réserves en O2 musculaire Homme:8 ml O2/Kg Dauphin:44 ml O2/Kg Diving beyond the limits Butler PJ. News Physiol Sci. 16: Lhomme nest pas un dauphin

17 Conséquences de ces adaptations ancestrales sur la santé de lhomme moderne Le gène dépargne selon: Chakravarthy et Booth J Appl Physiol 96: A la fin du paléolithique la survie de lespèce humaine a été favorisé par laptitude a résister au cycle famine/festin, ce qui soutien la notion du gène dépargne, qui en réalité est un ensemble de gènes. Cet ensemble de gènes régule la balance entre le stockage et lutilisation des lipides et des glucides. Il favorise le stockage lorsque lactivité physique diminue Un axe hormonal est particulièrement impliqué: le système de réponse et de sensibilité à linsuline Lépaisseur cortical du fémur un index de lévolution de lactivité physique (Ruff CB J. Hum Evolut1991)

18 Alternative à lépargne La réduction des apports caloriques ne compense pas totalement les effets de la mise en réserve: avant lère industrielle les travailleurs de force avaient un apport de 4 à 8000 Kcal/J aujourdhui les populations sédentaires ont un apport moyen de 2000Kcal/J. Cette réduction importante des apports caloriques moyens nempêche pas la progression des pathologies de surcharge (Koffler and Kisch J. Diabetes Complications 10: ) Une seule alternative : lexercice physique. Si lon tient compte de lactivité de nos ancêtres, le niveau dactivité doit être élevé. Cependant tous ne répondent pas de façon identique. (Etude HERITAGE Bouchard et al J. Appl. Physiol sujets 20 sem dentraînement)

19 Evolution des sociétés traditionnelles Les pimas Les inuits En 1994 Rode et Shepard ont montré que les inuits évoluent très rapidement vers toutes les conséquences néfastes dun mode de vie sédentaires Diabetes Care Sep;17(9): Effects of a traditional lifestyle on obesity in Pima Indians. Ravussin E et al. Les indiens Pimas de lArizona présentent une très forte prévalence de lobésité et du diabète de type II alors que leur voisins Pimas du Mexique restent en partie protégés

20 Quel liens entre les mouvements de leau de lorganisme et les pathologies de la sédentarité Polymorphisme de lACE et sensibilité à linsuline: Le polymorphisme de lACE semble influencer laugmentation de la sensibilité à linsuline induite par lentraînement (Dengel et al Physiol Genomics 2002) Il est intéressant de constater que la variabilité dun acteur des mouvements de leau est aussi associé au processus de régulation des stocks énergétique Quels liens avec les processus évolutifs ?

21 Lespace lhomme sadapte til Lhomme ne sadapte pas aux vols spatiaux La dégradation lente de certaines fonctions semble encore irrémédiable aujourdhui Os, muscle, rayonnement cosmique Il pourra il faire de longues incursions au prix de bonds technloogiques

22 Les pilotes de chasse Ils mettent en jeu des adaptations ancestrales pour supporter les contraintes cardio vasculaire Le plus étonnant sont les capacités dadaptation neuro sensorielles dans lanticipation des trajectoires

23 The heart rate (HR) is directly submitted to the direction of G vector The alternance of +Gz/-Gz result in successive HR increase and decrease as objectived by roll in turn manoeuver. This effect is called push-pull One could observe a rhytmic muscle contraction

24 Cardio-vascular response to a tilt test after an aerobatic flight

25 The recovery period was studied by using a tilt test in order to evaluate the sympathetic system activity

26 Conclusions Ladaptation aux efforts prolongés en climat chaud a probablement influencé le succès de lhomme en tant quespèce Malgré des adaptations physiologiques et culturelles au froid, la bande intertropicale reste le biotope privilégié de lhomme Lengouement récent pour lincursion subaquatique en apnée ne doit pas cacher le fait que le retour en arrière sera difficile Lintérêt pour les adaptations de lhomme aux environnements extrêmes soutient les recommandations de santé concernant lactivité physique et la tolérance aux contraintes climatiques


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