Myokines produites en musculation : quels bénéfices en attendre ?

Sous l’influence des contractions musculaires, les muscles sécrètent une variété de substances actives regroupées sous le nom de myokines. Elles exercent des rôles multiples dans l’organisme, bien au-delà de la seule sphère musculaire. La musculation s’avère particulièrement efficace pour stimuler la production de certaines d’entre elles, qui présentent un intérêt majeur, comme l’interleukine-6, le BDNF, l’irisine, la décorine, la follistatine ou encore la météorine-like. Voici un aperçu de leurs actions sur notre organisme, et des meilleures modalités d’entraînement pour profiter de leurs bienfaits.

Effets au niveau musculo-squelettique

Les myokines produites au cours d’une séance de musculation exercent tout d’abord des effets locaux, sur les muscles eux-mêmes et les os qui sont anatomiquement proches. Elles régulent le développement de ces tissus et peuvent optimiser certains aspects de leur fonctionnement.

Croissance musculaire

Certaines myokines jouent un rôle essentiel dans le développement de la masse musculaire. Une étude chez l’animal a mis en évidence les effets de l’interleukine-6 sur l’hypertrophie associée aux cellules satellites.

Ces cellules souches sont présentes à l’état dormant autour des fibres musculaires. Lorsque les muscles subissent un stress mécanique, provoqué par une activité physique soutenue par exemple, elles s’activent. Elles prolifèrent alors, puis viennent fusionner avec les fibres musculaires existantes pour les étoffer. Ce processus, appelé accrétion myonucléaire, contribue à l’hypertrophie. Chez les souris qui ne sont pas sensibles à l’action de l’IL-6, les muscles ne parviennent pas à se développer, car la phase de prolifération est bloquée.

Une autre équipe a voulu vérifier si ce phénomène est présent chez l’être humain. Des volontaires ont effectué un exercice basé sur 300 contractions excentriques des extenseurs du genou, générateur de dommages musculaires. Des échantillons de sang et de muscles ont été prélevés au cours des jours suivants. Ils ont confirmé l’élévation de la sécrétion de l’IL-6 au sein des cellules satellites, associée à une augmentation de leur prolifération.

D’autres myokines exercent une influence positive sur les cellules satellites. Le BDNF facilite leur prolifération, tandis que l’IL-4 intervient au stade suivant, favorisant leur fusion en myotubes.

Ces messagers peuvent également aider à la prise de masse musculaire en activant la voie mTor. L’IL-6 et une myokine proche, le facteur inhibant la leucémie (LIF), s’avèrent en effet en mesure d’optimiser la synthèse des protéines au sein des myotubes – les précurseurs des fibres musculaires fonctionnelles.

Anti-catabolisme

Des myokines apparaissent en mesure de bloquer les phénomènes conduisant à la dégradation des muscles. Elles agissent en réprimant l’action de la myostatine, un régulateur négatif de la croissance musculaire.

La myostatine entrave notamment la synthèse des protéines musculaires en inhibant la voie mTor et active les facteurs de transcription FoxO impliqués dans les phénomènes d’atrophie. Si la myostatine est elle-même considérée comme une myokine, elle est très singulière au sein de ce groupe : au lieu d’être augmentée, sa production est en effet réfrénée lors de l’exercice physique.

Parmi ces myokines qui s’opposent à la myostatine, figurent la décorine et la follistatine. Elles se lient à celle-ci, l’empêchant de se fixer à ses récepteurs pour déclencher la cascade de réactions cataboliques. Une autre myokine, l’irisine, agit en aval : elle bloque l’activité du gène qui gouverne la formation de la myostatine.

Transmission du message nerveux

Les bienfaits des myokines au niveau musculaire passent également par une amélioration du fonctionnement de la jonction neuromusculaire.

Cette structure assure la transmission du signal nerveux entre les neurones moteurs et les muscles pour contrôler les mouvements. Elle nécessite la libération d’un neurotransmetteur, l’acétylcholine, au niveau de la fente synaptique (l’espace entre le nerf moteur et le muscle).

Des travaux ont montré que la liaison du BDNF à son récepteur, le TrkB, optimise l’action de composés, les protéines kinase C. Celles-ci facilitent la libération de l’acétylcholine qui déclenche la contraction musculaire. Chez la souris, la raréfaction des récepteurs du BDNF se traduit ainsi par une altération de la fonction neuromusculaire, entraînant une réduction de la force et de l’épaisseur des fibres musculaire.

Bienfaits osseux

Les myokines exercent des effets au niveau des os. Comme pour les muscles, la myostatine est un régulateur négatif du développement osseux. Ainsi, chez les animaux de laboratoire déficients en ce composé, l’augmentation de la masse musculaire est couplée à une amélioration de la force des os, plus marquée en cas d’activité physique.

L’irisine intervient également dans ce dialogue entre les muscles et les os. Elle promeut la prolifération et la différenciation des ostéoblastes, les cellules responsables de la formation du tissu osseux. Elle s’oppose par ailleurs à la différenciation des ostéoclastes qui le dégradent.

Chez la souris, l’administration d’irisine se traduit par une augmentation de la masse osseuse corticale, la composante majoritaire de l’os située à la périphérie. Une autre myokine, l’acide β-aminoisobutyrique (BAIBA), renforce les bénéfices osseux en prévenant la mort cellulaire des ostéocytes, les cellules matures issues des ostéoblastes, sous l’effet des radicaux libres.

Effets généraux sur l’organisme

En dehors de la sphère musculaire, les myokines générées au cours de l’entraînement possèdent de nombreuses cibles dans l’organisme. Elles agissent sur divers organes et tissus, orientant leurs activités de manière favorable.

Elles participent activement à la régulation du métabolisme énergétique, avec des effets bénéfiques sur les troubles qui y sont liés comme l’obésité ou le diabète de type 2. Certaines jouent même un rôle sur le cerveau, améliorant les fonctions cognitives et repoussant le vieillissement cérébral.

Action anti-inflammatoire

Une inflammation chronique de bas bruit, généralisée dans l’organisme, est un facteur qui favorise le développement de la résistance à l’insuline. Dans cette situation, les tissus ciblés par cette hormone pancréatique comme les muscles, les graisses ou le foie répondent mal à ce signal. Cela se traduit par une augmentation du taux de sucre sanguin.

L’IL-6 joue un rôle paradoxal dans les phénomènes inflammatoires. Elle exerce la fonction de messager pro-inflammatoire dans le contexte de la réponse immunitaire. Sa sécrétion par différents globules blancs comme les lymphocytes T ou les monocytes/macrophages permet de mobiliser les défenses immunitaires et de protéger l’organisme des menaces extérieures. Si son action est bénéfique dans ce contexte, elle favorise également l’installation d’une inflammation chronique, qui devient délétère.

Lors d’un exercice physique, ses niveaux sanguins peuvent augmenter jusqu’à un facteur 100. On pourrait ainsi craindre qu’elle soit à l’origine d’une exacerbation des phénomènes inflammatoires. Il n’en est pourtant rien : l’IL-6, en tant que myokine, possède des effets anti-inflammatoires.

Elle bloque en effet l’action de messagers inflammatoires comme le TNF-α. Son administration chez des volontaires se traduit par une élévation du taux de deux cytokines anti-inflammatoires (l’IL-1ra et l’IL-10). Cela peut expliquer pourquoi les sportifs sont moins susceptibles de présenter des niveaux élevés des marqueurs d’inflammation.

Les effets anti-inflammatoires des exercices physiques découlent donc d’une adaptation à des phénomènes inflammatoires, ce qui est comparable à notre adaptation aux effets oxydants des polyphénols des végétaux.

La météorine-like possède elle aussi des propriétés anti-inflammatoires. Sa concentration est considérablement abaissée chez les personnes atteintes d’une maladie inflammatoire de l’intestin comme la colite ulcéreuse ou la maladie de Crohn.

Métabolisme du glucose

Les myokines participent de manière directe à la régulation de la glycémie, en activant différents mécanismes clefs.

Captation du glucose au niveau du muscle

Le glucose est la source d’énergie utilisée préférentiellement par les muscles. Les contractions musculaires provoquent la migration de récepteurs spécialisés dans sa captation, GLUT4, de l’intérieur de la cellule vers sa membrane. Ils peuvent alors assurer le prélèvement du glucose présent dans le sang.

Des travaux ont montré que l’interleukine-6 provoque une augmentation de l’expression de ces récepteurs au niveau des muscles. Elle peut ainsi de cette manière contribuer au maintien d’une glycémie équilibrée.

Protection du pancréas

L’IL-6 agit également sur le pancréas, où elle promeut la sécrétion d’insuline par les cellules β. Elle joue un rôle protecteur, les préservant de l’apoptose (la mort cellulaire).

Le rôle protecteur de deux autres myokines sur cet organe – l’angiogénine et l’ostéoprotégérine – a récemment été décrit par des chercheurs français, suisses et danois. Ils ont étudié trois muscles situés dans le haut du bras (triceps), le mollet (soleus) et la cuisse (vastus lateralis) et ont constaté que seul le triceps les sécrète. Ce muscle contient une plus grande proportion de fibres de type II, à contraction rapide, ce qui suggère que cet effet serait spécifiquement associé à ce type de muscle.

Le taux sanguin de BDNF, marqueur du diabète ?

Le BDNF améliore lui aussi l’utilisation du glucose au niveau musculaire. Il optimise par ailleurs l’action de l’insuline sur le foie et induit un effet hypoglycémiant.

Lors d’une étude menée auprès de 233 personnes, il est apparu que le niveau sanguin de BDNF est abaissé chez les participants atteints de diabète de type 2. Plus sa concentration sanguine est faible, plus la glycémie à jeun est élevée. Ce paramètre est de plus corrélé à l’obésité et propice à la survenue de complications chez les diabétiques.

Optimisation du métabolisme des lipides

En cas d’activité soutenue, les cellules musculaires peuvent obtenir de l’énergie à partir de la dégradation des lipides. Au sein des mitochondries, les acides gras libérés vont être oxydés, ce qui permet de fournir l’ATP nécessaire pour maintenir l’effort. L’IL-6 et le BDNF apparaissent tous deux en mesure de faciliter ce phénomène. Ces myokines contrent ainsi la résistance à l’insuline induite par l’excès de lipides au sein des cellules musculaires.

Brunissement des graisses

Par ailleurs, d’autres myokines apportent des améliorations métaboliques en favorisant le brunissement de la graisse blanche.

Ce processus biologique permet aux cellules adipeuses blanches, qui stockent l’énergie sous forme de graisses, d’acquérir certaines caractéristiques des cellules adipeuses brunes. Ces dernières sont spécialisées dans la thermogenèse. Elles contiennent un grand nombre de mitochondries, les structures cellulaires responsables de la production d’énergie. Elles sont riches UCP1 (Uncoupling protein 1), une protéine qui permet de dissiper l’énergie sous forme de chaleur. Le brunissement de la graisse blanche permet d’augmenter les dépenses énergétiques et apparaît comme un levier pour prévenir le surpoids.

L’irisine agit sur le tissu graisseux en stimulant le développement de cellules souches présentes en son sein, qui prennent les caractéristiques des graisses brunes.

Une seconde myokine, la météorine-like, joue un rôle indirect. Elle modifie l’action de cellules immunitaires au sein du tissu graisseux – des éosinophiles et macrophages –, une étape nécessaire à son brunissement. Des données chez l’animal indiquent que l’élévation des niveaux de cette myokine circulant dans l’organisme se traduit ainsi par une augmentation des dépenses d’énergie, une amélioration de la tolérance au glucose et de la sensibilité à l’insuline.

Elle provoque une perte conséquente des graisses corporelles et atténue les niveaux d’inflammation dans ces tissus.

Effets anti-cancer

Les myokines apparaissent en mesure de contrôler les phénomènes impliqués dans le développement du cancer.

Des travaux chez la souris ont montré que la décorine parvient à freiner la prolifération des cellules d’une tumeur de la prostate, et à altérer leurs mécanismes de survie. Son administration prévient la formation des métastases au niveau des os, et prolonge la survie des animaux ayant développé cette maladie.

Une étude menée auprès de 10 hommes atteints d’un cancer de la prostate a souligné les bienfaits d’un entraînement de résistance sur 12 semaines. L’intervention a amélioré la production des myokines et a temporisé la croissance des cellules cancéreuses.

L’administration d’IL-15 et de son récepteur par l’intermédiaire d’un vaccin exerce des effets antitumoraux chez des animaux modèles d’étude du cancer du sein ou de la prostate. L’IL-6 permet également de limiter le développement de cinq types différents de tumeurs chez l’animal. L’irisine s’avère en mesure de réduire la migration des cellules de cancer du sein, de favoriser leur mort par apoptose et d’augmenter leur sensibilité à un agent de chimiothérapie. Ses niveaux sont d’ailleurs abaissés chez les patientes souffrant de la maladie.

Effets anti-Alzheimer

L’irisine semble être une des myokines les plus actives avec l’interleukine-6. En septembre 2023, des chercheurs du Massachussets General Hospital (Boston, Etats-Unis) ont démontré que l’irisine produite par les muscles sous l’effet de contraction intenses pouvait éliminer les plaques béta-amyloïdes cérébrales, impliquées dans la maladie d’Alzheimer.

De précédents travaux avaient notamment montré des taux anormalement bas d’irisine chez les malades d’Alzheimer par rapport aux personnes en bonne santé.

Comment optimiser la production des myokines ?

La production des myokines varie selon le type d’exercice physique engagé. Quelques éléments clefs sont utiles à connaître pour stimuler leur sécrétion et bénéficier de leurs effets sur notre organisme. D’une façon générale, les exercices de résistance (musculation) semblent plus efficaces que les exercices d’endurance pour stimuler la production de la plupart des myokines.

Élever le taux d’interleukine-6

La meilleure manière d’augmenter la production d’IL-6 est de réaliser un entraînement avec une charge de travail suffisante. On appelle cette valeur le « tonnage ».

Des chercheurs ont examiné les effets de deux protocoles d’entraînement auprès de 14 jeunes hommes. Ils consistaient en 3 sets de 8 exercices mobilisant l’ensemble du corps. Le premier protocole, de faible intensité, consistait en 12 répétitions pour les deux premiers sets, puis jusqu’à l’échec pour le troisième, à 65% de la 1RM. Pour le second, le même schéma était appliqué, mais avec seulement 8 répétitions à la place des 12 et à 85% de la 1RM. Le volume total des charges était supérieur dans le premier protocole, avec 17,7kg contre 13,1kg.

Si les deux modalités d’entraînements ont permis d’élever le taux sanguin d’IL-6, le premier s’est avéré plus efficace. Il a également permis d’abaisser plus fortement le taux d’insuline. Ces résultats suggèrent ainsi que le volume total des charges est plus important que l’intensité de l’entraînement pour élever les niveaux d’IL-6 et profiter de ses bienfaits métaboliques.

On retrouve ici un grand principe de l’entraînement en musculation qui stipule qu’il vaut mieux effectuer un volume d’entrainement plus élevé et moins lourd pour développer la masse musculaire alors qu’un volume d’entraînement plus restreint et des charges plus lourdes permet un développement plus important de la force.

Booster la production des inhibiteurs de la myostatine

N’importe quelle séance de musculation permet d’abaisser la production de myostatine. Des biopsies musculaires, réalisées après une session de 3 sets de 10 répétitions d’extension du genou à 70% de la 1RM, montrent que la quantité de son ARN messager – la structure qui permet de la fabriquer – est divisée par plus de 2. Cet effet positif a été au rendez-vous aussi bien chez les jeunes participantes que chez les plus âgées impliquées dans ce protocole.

Par ailleurs, deux études apportent des indications pour stimuler la production des myokines capables d’inhiber la myostatine. Pour la décorine, un entraînement du corps entier comportant 3 sets de 7 exercices avec 8 répétitions à environ 75-80% de la 1RM a permis d’élever sa concentration sanguine de 30%.

Pour la follistatine, une étude a évalué les effets d’un entraînement du haut du corps, du bas du corps ou des deux combinés, à raison de trois sessions par semaine pendant 8 semaines. Le taux sanguin a augmenté dans les trois situations, mais de façon deux fois plus importante avec la combinaison des deux zones (0,50ng/mL contre 0,17ng/mL pour le haut du corps et 0,24ng/mL pour le bas). Cette dernière option a permis un gain de masse musculaire de 1,38kg, une prise plus élevée qu’avec les autres modalités d’exercice.

À noter toutefois que cette étude a été effectuée sur des débutants. Il semble néanmoins qu’une stimulation globale de tous les muscles du corps stimule plus efficacement la follistatine, comparativement à quelqu’un qui n’entrainerait que le haut du corps et jamais ses jambes par exemple.

La musculation plus efficace que l’endurance

L’irisine est une des myokines qui réagit fortement à la musculation, comme l’indiquent plusieurs études.

Des chercheurs ont comparé l’effet d’un entraînement fractionné de haute intensité, continu modéré et de résistance sur le taux de cette myokine. Si chaque modalité d’exercice s’est avérée efficace, l’élévation a été plus prononcée lors de l’entraînement de résistance. Dans le cadre de cette étude, les participants étaient atteints ou non du syndrome métabolique. L’exercice physique a optimisé la sécrétion d’irisine aussi bien chez les uns que les autres.

Une autre étude a montré qu’une séance de musculation (3-4 sets de 8 exercices avec 12 répétitions à 65% de la 1RM) est plus efficace pour élever la concentration sanguine d’irisine qu’un exercice d’endurance (60 minutes de pédalage à 65% de la VO2max). La combinaison des deux (30 min d’endurance et 30 min de musculation) s’avère moins efficace que la musculation seule.

Ces bénéfices de l’entraînement de résistance sont également observés chez des personnes en surpoids ou obèses et chez les aînés, avec des conséquences positives sur la composition corporelle.

Une méta-analyse a souligné cette efficacité spécifique de l’entraînement de résistance sur le taux d’irisine, en comparaison avec l’entraînement aérobie.

Le BDNF sanguin s’élève, mais ne provient pas du muscle

Parmi les myokines, la situation du BDNF est assez particulière. Le BDNF produit lors des contractions musculaires reste au niveau du muscle, où il exerce ses divers bienfaits de manière locale.

Pourtant, de nombreuses études confirment que sa concentration sanguine augmente après un exercice.

Par exemple, des chercheurs ont montré qu’un entraînement de résistance de haute intensité avec un faible nombre de répétitions (3 à 5 à 90% de la 1RM) ou de faible intensité avec un nombre plus important de répétitions (10 à 12 à 70% de la 1RM) permet d’élever le taux sanguin de BDNF chez des hommes entraînés.

Il faut toutefois une intensité suffisante pour observer ce phénomène comme l’a montré une étude menée auprès de 14 pratiquants de musculation. Une séance unique d’entraînement à 60% de la 1RM n’a pas eu d’effet sur la quantité de BDNF circulant dans la sang, alors qu’une séance à 80% de la 1RM l’a élevée. Une heure après la fin de l’entraînement, elle était passé de 461 pg/mL en moyenne à 1730 pg/mL.

Une méta-analyse indique que tout type d’exercice – de résistance, aérobie ou combiné – augmente la concentration sanguine de BDNF, quelle que soit sa durée, chez les personnes présentant un trouble neurodégénératif. Ce composé est particulièrement étudié dans ce contexte, car il exerce de multiples bienfaits au niveau cérébral.

L’explication est en réalité assez simple. Le BDNF responsable de l’élévation sanguine provient d’une autre source que le muscle. En effet, d’autres tissus comme la graisse ou le tissu hépatique peuvent le synthétiser. Il pourrait également être libéré des plaquettes sanguines. Ces cellules contiennent en effet un stock important de BDNF, qui serait relargué suite à leur activation sous l’effet de l’exercice physique.

Si certaines données obtenues chez l’animal ont pu suggérer que le BDNF peut traverser la barrière hémato-encéphalique pour agir sur le cerveau, ce fait reste à démontrer chez l’Homme. Mais d’autres myokines sont en mesure de le faire, et de déclencher la production de BDNF dans la sphère cérébrale, avec tous les effets bénéfiques qui lui sont associés.