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La tolérance au glucose durant l'exercice prolongé et modéré chez la petite fille prépubère
Science & Sports 1999 ; 14 : 173-9 0 Blsevier, Paris
Article original
La tolbrance au glucuse durant l’exercice prukmg6 et mod&% chez la petite Me prbpuhke N. Boisseau I, I?. Rannou I, A. Gratas-Delamarche I, C. Jaffr6 l, D. Ben&e-Ferrer2, M. Monnier I, P. Delamarche 1 7 Laboratoire de ph>~siologie et de biomkznique de l’exercice muscuiuire, UFRAPS, avenue Charles-Tillon, 35044 Remes ceilex; 2Iaboratooire de pharmacoiogie, fncultkdem&decine, 3.5000 Rennes, France
Rdsumti Objectifs. - t’objet de cette &de Btait de d&erminer lea effets d’une charge orale en glucose (0,5 g,kg-1) sur les reponses metaboliques (glucose, acides gras non esterifies) et hormonales (insuline, catecholamines) lors dun exercice sur ergocycle (30 minutes a 60 % de \rozmax) chez huit petites filles prepuberes (9,7 + 0,4 ans) et huit femmes adultes (21,5 & 0,9 ans). Mkfhodes. - L’ingestion de glucose a lieu entre la 2e et la 3e minute de I’exercice. Des echantillons ont &6 pr&lev& sur sang veineux en position assise sur le cycloergom&tre ainsi qu’aux 3e, 5e, 1 Oe, 15e et 308 minutes de I’exercice et apres 30 minutes de recuperation. R?&xilists. - &rant f’exercice, les concentrations plasmatiques de glucose 6taient sup&ieures chew la petite fille. tes vafeurs absotues et l’~voi~t~on de ~~nsui~n~rn~e etaient strictement identiques dans les deux groupes. Les concentratjons de noradrenaline durant I’exercice etaient semblables dans les deux groupes, atom que les concentrations ~adr~naline etaient inf~~eures chez l’enfant. te rapport glucose/insuiine, utilis6 comme indicateur de la sensibilitk B l’insuline, &ait toujours plus Blev& chez la petite fille. Conclusion. - Nos resultats indiquent une plus faible tolerance au glucose durant i’exercice chez la petite fille prepubere. Une relative inswlinoresistance, bien connue au repos en periode peripubertaire, est ici envisagee a I’exercice et pourrait engendrer une meilleure utilisation des graisses cher la petite fille, comme le suggerent les valeurs significativement plus elevees en acides gras non esterifies plasmatiques. Q 1999 Elsevier, Paris exercice prolonge
t fiile p&pub&e
I toferance au glucose
~umrna~ - Giucase tolerance during moderate pratongad exercise in prepubertal girts, Ub~~c~ju~~ - The purpose of fhhis study was fo defermine to what exfenf mefebo~i~ (gkfcose, faffy acids) and hormonal ~~ns~~~n, adrenaline, ~oradre~a~~ne) responses are rn~jfjed according fo age in women, after an oraf glucose charge given at the beginning of a prolonged and moderate bicycle exercise. Eight prepubertal girls (9.7 i 0.4 years) and eighi women (21.5 1 0.9 years) participated to this experiment. - Venous blood samples were drawn at rest, at minute 3, 5, IO, 15, 30 of the exercise Methods. and affer 30 minutes of recovery. Glucose ingastion took place between the 2nd and the 3rd minute of the exercise, Results. - During exercise, plasma glucose was always greater in girls than in women. The absolute values and the evolution of insulin were similar in both groups. Noradrenaline levels during
N. Boisseau et al.
174
the test did not differ from one group to the other, while adrenaline values appeared lower in girls. The ratio glucose/insulin was always greater in younger subjects during exercise, especially at the 5th (p c 0.05) and 70th min (P < O.Ol), suggesting that the insulin sensitivity was lower in girls as compared to women. Conclusion. - These results suggest a lower glucose tolerance in girls, which could be explained by a relative resistance to insulin already established at rest during the peripubertal period. This might contribute to a better lipolysis in younger subject as demonstrated by greater plasma fatty acid values in this age group. 0 1999 Elsevier, Paris prolonged
exercise
I girls
I glucose
tolerance
Une Ctude rkcente 161 a montrC, lors d’un exercice de 1 heure B 60 % de VOZmax,que les glyckmies sont significativement plus faibles chez des petites filles comparkes A des gar$onsde m&mestade pubertaire (stade 1 de Tanner). Deux hypothkses peuvent expliquer ces rksultats: soit un dtbut d’impkgnation hormonale en estrogbnes, dont on connait les effets hypoglyckmiants [9, 231, soit d’kventuelles diffkrences intersexes dansl’insulinorCsistance,bien connue au repos en pkriode pCripubertaire [1, 2, 41. Mise en Cvidence dans les deux sexes, cette baissede sensibilitk A l’insuline a CtCretrouvke 2 l’exercice chez desgarqonsde 8-10 ans [3]. L’objet de cette Ctude est de prkiser si cette relative insulinorksistanceexiste aussig l’exercice chez la petite fille en p&ode pkripubertaire, et si elle peut contribuer B expliquer les valeurs plus faibles de glyckmie. Pour rkpondre g ces questions, nous avons CtudiCles kponses mktaboliqueset hormonales,lors d’un exercice mod&C de 30 minutes, B la suite d’une charge orale en glucose. Nous avons Cgalementsuivi l’kvolution du rapport glucose sur insuline utilisk comme un indicateur de la sensibilitt! 2 l’insuline [ 14, 20, 211. MATtiRIEL
ET MfiTHODE
Ce protocolea CtCrCalisCavecI’agrCmentdu ComitCconsultatif deprotectiondespersonnes en recherchebiomkdicale. Les sujets L’Ctude
a CtC rCalis&e sur deux populations
distinctes:
un
groupe> form6 de huit femmesde 18 A 25 ans,Ctudiantes S.I’universitC de Rennes 2 et un groupe <composC de huit pet&es filles BgCes de 8 & 10 ans. Aucun sujet ne prksentait de diabitte et aucun n’Ctait issu de familles comportant des ant&dents diabCtiques. Les femmes adultes, comme les petites filles, n’exer$aient pas d’activitCs sportives susceptibles de dCvelopper des capacitCs aCrobies particuli&res. Les enfants, leurs parents et les adultes volontaires ont CtC pleinement inform& du dkroulement de l’exptrimenration. Prtalablement a toute participation, un consentement Ccrit nous avait CtC
remis.
Protocole Les sujets ont CtC soumis B deux exercices diffkrents rCalists g 15 jours d’intervalle au maximum. Lors de la premibre journCe, chaque sujet Ctait soumis un examen mCdica1 dCbutant par un Clectrocardiogramme de repos (mod8le Cardiofax de chez Trophy). Une analyse d’urine Ctait effect&e pour dCceler la prCsence Cventuelle de glucose et d’albumine. Une appr&iation du niveau de maturation pubertaire des enfants Ctait Ctablie B partir de la cotation de Tanner [24]. Les CaractCristiques morphologiques suivantes ont CtC mesurCes: la taille (cm), le poids (kg) et le pourcentage de masse grasse estimC B partir des plis cutan& selon la mCthode d&rite par Parizkova pour les enfants [17] et par celle d&rite par Dumin et Rahaman [7] pour les adultes. Une mesure de la consommation maximale d’oxygkne (VO Zmax) Ctait ensuite rCalisCe sur bicyclette ergomktrique (Monark), en utilisant une chdne de mesures automatiques des Cchanges gazeux (CPX, type Medgraphic,Medical Graphics). La mesure Ctait effect&e lors d’un exercice d’intensitk croisSante, par palier de 2 minutes et de 20 ou 30 watts respectivement pour l’enfant et pour l’adulte. Pour la seconde expCrimentation, il Ctait demand6 au sujet de s’abstenir, la veille et le matin m&me du test, de toute consommation de thC, cafe, banane, vanille, etc. pouvant perturber le dosage des catCcholamines. Un petit dkjeuner standardisk Ctait ingCr6 environ 2 heures avant 1’Cpreuve. Cet apport reprksentait 25 % de la ration journalikre. I1 ttait composC de 55 % de glucides, de I5 % de prottines et de 30 % de lipides. Le nombre de calories ingCrCes quotidiennement Ctait CvaluC g 40 Kcal/kg/j pour l’adulte et & 35 Kcal/kg/j pour l’enfant. Le sujet arrivait au laboratoire vers 8h30. 11 Ctait allong& et un cathCter hCparinC Ctait introduit dans une veine du pli du coude. La position couchCe Ctait maintenue 20 minutes afin de rkduire le stress provoquC par la mise en place du cathtter. Le sujet Ctait ensuite install6 sur la bicyclette ergomktrique. La frCquence cardiaque Ctait mesurke en continu g&e B un Clectrocardiogramme (type Trophy). Le sujet rCalisait alors un exercite & 60 % de sa \iO Zman pendant 30 minutes. Entre la deuxiBme et la troisiitme minute de l’exercice, le sujet ingCrait une solution contenant 0,5 g de glucose par kg de poids corporel. Cette dilution Ctait rCalisCe dans 300 mL d’eau pour les
Glucose et prEpubert6
175
femmes ad&es et dans 150 mL pour les petites filles afin d’obtenir la m&me dilution dans chacun des groupes (1 l12 g/100 mL). Les pr&vements sanguins (5 mL par tube EDTA) permettant les mesures m~taboliques et hormonales ont Ct6 r6aiisCs sur le cycloergom~tre, au repos, aux 3E, 9, 10e, 1.5” et 30e minutes de I’exercice et apr&s 30 minutes de recuperation.
Les dosages Les tubes prealablement recueillis &Gent centrifugts ?I froid, B 3 000 tours/min. On mesurait alors I’hCmatocrite des diffkrents 6chantillons. Le plasma etait ensuite plad au congel 2 -80 “C, dans I’attente de dosages ultkrieurs. Le dosage du glucose Ctait r&.lisC par la mCthode classique utilisant la glucose-oxydase A l’aide du kit Boehringer (Meylan, France). Les concentrations d’acides gras non est&ifi&s Ctaient dkterminkes par calorimetric enzymatique (Wako chemicals kit, Unipath SA, France). L’insuline Ctait dosCe par radio-immunolo~ie (RIA). Le kit utilisC 6tait le kit Insuline Coating (CIS BIO Inte~ational, Oris Industries SA). AdrCnaline et noradr&aline &taient mesurees par chromatographie liquide Z?Ihaute pression (HPLC) avec dCtection Clectrochimique selon la m6thode mise au point par Koubi et al. [13].
Calcul
Glucose plasmatique fmmol~L-l)
6,5
-
5,5
-
Le rapport glucoselinsuline Ctait calculk pour comparer, entre les deux groupes, les concentrations plasmatiques de glucose pour une m&me concentration d’insuline. Ce rapport, prealabiement utilisC dans differentes Ctudes, est un indicateur de la sensibilit6B l’insuline 114, 20, 211. 3,5
Tests statistiques
glucose Temps (min)
Les r&.ultats Ctaient exprimks sous forme de moyenne et d’erreur-
standardde la moyenne(moyennert SEM). Les comparaisons entrelesdeux groupesCtaientBtablies21l’aidedu testnonparametrique de Mann-Withney utilid pour les petits Cchantillons non appari&. Le seuil de signification Ctait fix6 &p < 0,05.
Figure 1. l?voluGon des concentrations plasmatiques de glucose durant l’exercice et apr& 30 minutes de r6cupCration chez la femme (m) et chez la petite fille (0). Valeurs moyennes 2 erreur-standard. Diffkrence significative entre les deux groupes: *p < 0,05; ** p c:0.01; *** p < 0,001.
RbULTATS Glucose plasmatique Les caractkistiques staturopond~ra~esse situent dans des valeurs normales dans chacun des groupes ~tabl~au I). Les rksultats sont homog&nes5 I’intCrieur de chaque groupe. Le pourcentage de masse grasse est significativement supkrieur chez la femme adulte (p < 0.001). La VOZmaxrelative est I$gkrement plus Clev&e chez l’enfant, bien que la diffdrence ne soit pas significative. Comme l’exercice a engendr6une 1Cgkremais significative hkmoconcentration dans le groupe adulte et non chez l’enfant, tous les parametres ont Ct& corriges en fonction de l’hkmatocrite.
Lafigure I reprdsente1’~volution de la glyckmie pendant I’exercice et la recuperation. D&s le debut de I’exercice, on note une diminution de la glyckmie dans les deux groupes.Aprks la prise orale de glucose,d2sla Y minute, les concentrations de glucose augmententet cela jusqu’8 la fin de l’kpreuve. Les valeurs de glyckmie sont toujours suptrieures chez la petite fille compar$e & celles de la femme adulte (p < 0,Ol 2 10 minutes; p < 0,05 B 15 minutes; p < 0,001 g 30 minutes). Les concentrations de glucose aprks 30 minutes de rkupbration sont semblab& entre lesdeux groupes.
N. Boisseau
176 lnsuline
plasmatique (@J.mL-l)
et al. Rapport
Glucose/insuline
65 0,30
55
0.20 45
35 0.10
25
0 15
0
4
3
5
10
durant (#I et
Insuline plasmatique L’evolution dcs concentrations d’insuline au tours du mCme exercice est representee sur lafigure 2. Les concentrations de repos sont semblables chez femmes et chez les petites filles. Chez tous les sujets, les concentrations plasmatiques d’insuline diminuent durant les 5 premieres minutes. A partir de la IOe minute, les niveaux d’insuline sont similaires dans les deux groupes et restent constants jusqu’a la fin de l’exercice. 11 n’existe aucune difference significative entre les petites filles et femmes adultes durant les 30 minutes de l’epreuve. La recuperation engendre une augmentation identique des concentrations d’insuline dans les deux groupes. Rapport
3o
Apr+ 30 @I de recuperation
Temps fmin)
glucose
Figure 2. lbolution des concentrations plasmatiques d’insuline I’exercice et apres 30 minutes de recuperation chez la femme chez la petite tille (0). Valeurs moyennes + erreur-standard.
15
Figure 3. l?volution du rapport giucose/in~u~ine durant l’exercice et aprb 30 minutes de recuperation chez la femme n et chew la petite fille ES. Valeurs moyennes c erreur-standard. Difference signifkative entre lea dew groupes: * p < 0.05; ““p < O,Ol.
Adrenaline plasmatique (nmol,L-1)
f
. 4,5
ff
3,5
-
2.5 -
1.5
-
glucose/insuIine
Lafigure 3 indique l’evolution du rapport glucoseiinsuline. Aucune difference n’apparait au repos entre les deux groupes. Cependant, db le debut de l’exercice et jusqu’a la fin de I’epreuve, le rapport glucos~/illsuline est superieur chez la petite fille. La diffkrence est significative B la 3e (p c 0,OS) et ?I la 9 minute (p < 0,Ol). Catkcholamines
++--+--
CL5 0,5/’ I
-10
04 04
exercice 10 10
gk.zcose
-C 20 20
30 30
rOcup&ation 40 40
---+ 50 50
60, 60
Temps (min)
Figure 4. l&otution des concentrations plasmatique~ d’adr~tlaline durant l’exercice et apt& 30 minutes de recuperation chez la femme (m) et chew la petite fille (0). Vaieurs moyennes _t erreur-standard. Difference significative entre les deux groupes: * p i O,O5.
plasmatiques
Adrthaline plasmatique (figure 4) Au repos, le niveau d’adrenaline est plus important chez la femme adulte O;, < 0,05). On note une elevation de la
concentration de cettc hormone d&s le debut de l’exercite dans les deux groupes. Une seconde augmentation est observee chez la femme adulte entre la 9 et la 10”
Glucose Noradrknaline
Acides
plasmatique (nmol.L-l)
177
et prkpubertk gras
plasmatiques
non
estbrifibs (mmolkl)
0.6 0.5 0.4
glucose
Temps (min)
Figure 5. hvolution des concentrations plasmatiques de noradrCnaline durant l’exercice et aprk 30 minutes de rkcupkration chez la femme (m) et chez la petite fille (0). Valeurs moyennes + erreur-standard.
minute, alors que la concentration d’adrknaline diminue chez l’enfant. Jusqu’ti la fin de l’exercice, les niveaux d’adrknaline restent supkrieurs dans le groupe adulte, la diffkence Ctant significative B la 10e et 2 la 30e minute de l’exercice (p < 0,05). Aprks 30 minutes de r&up&ation, la concentration d’adrknaline est encore significativement plus ClevCe chez la femme adulte (p < 0,OS).
glucose
Temps
(min)
Figure 6. fivolution des concentrations plasmatiques d’acides gras non estCrifiCs durant l’exercice et aprks 30 minutes de r&upCration chez la femme (m) et chez la petite fille (0). Valeurs moyennes ? erreur-standard. Diffkrence significative entre les dew groupes: *p < 0.05.
fillette pendant les premikres 15 minutes (p < 0,05 2 3, 5, 10 et 15 minutes). La fin de l’exercice et la rkupkration ne montrent aucune diffkrence significatives entre les deux groupes. DISCUSSION
Noradhaline plasmatique (figure 5) Le dkbut de l’exercice engendre une augmentation brutale des taux plasmatiques de noradrknaline dans les deux groupes. A partir de la Y- minute, les concentrations s’Cl&vent encore lkgkrement, puis se stabilisent jusqu’g la fin de l’exercice. Aucune diffkence significative n’est visible durant l’effort entre les femmes et les petites filles. On note un retour aux valeurs de repos dans les deux groupes aprks 30 minutes de rkupkration. Acides gras non estCrifiCs plasmatiques L’kvolution du taux plasmatique d’acides gras non es& rifiCs est reprCsentCe sur lafigure 6. Le dCbut de l’exercite est marquC par une ClCvation des acides gras non estCrifi6s plasmatiques chez tous les sujets. Cette augmentation se poursuit jusqu’g la 15e minute dans chacun des groupes. Les concentrations d’acides gras non esterifiCs sont toujours statistiquement supkrieures chez la
Nos rksultats montrent qu’une charge orale en glucose, donnCe au dCbut d’un exercice prolongk et mod&C, engendre des glyckmies systkmatiquement plus Clevdes chez des petites filles de 8-10 ans comparkes g des femmes adultes. Cela laisse done supposer une baisse de la tolkance au glucose durant l’exercice chez les sujets jeunes. Comme dans le m&me temps le rapport glucose/insuline est systkmatiquement plus ClevC dans le groupe enfant, cette moindre tolkrance au glucose semble fortement like 2 la diminution de sensibilite 2 l’insuline bien connue au repos durant la pkriode pCripubertaire [l, 2,4]. Deux autres facteurs que la tolkrance au glucose peuvent modifier les valeurs de glyckmie: la dilution de la solution et le taux de diffusion gastro-intestinal. Afin de pouvoir occulter la premikre hypothkse, susceptible d’influer sur les taux plasmatiques de glucose, nous avons donnC la m&me charge relative de glucose dans chacun
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N. Boisseau et al.
des groupes (05 g.kg-1). Now avons Cgalement pris grand soin de donner la m&me dilution aux femmes et petites filles. La dilution a etC realisee dam 150 mL d’eau chez l’enfant et 300 mL pour les femmes adultes afin d’obtenir une dilution identique, 1 I-12 g/100 mL. La seconde hypothese est Cgalement 8 refuter. En effet, il a CtC demontre que le pit hyperglycemique provoque lors d’un test de tolerance au glucose au repos (OGTT), survient au m&me instant chez l’enfant et l’adulte [4]. Les gfyctmies superieuresobserveeschez la petite fille dmoignent done reellement d’une moindre tolerance au glucosechez le sujet jeune. Ces valeurs de glycemie plus importantes suggerent une baissede la sensibilite a l’insuline chez la fillette. Cette hypothese est confortee par un rapport glucose/insuline toujours superieur chez l’enfant. Une insulinoresistancesera en effet traduite par un ratio glucose/insuline plus eleve, temoignant d’une consommation en glucose inferieure pour une m&meconcentration d’insuline. Les niveaux de glucose plasmatique plus eleves chez l’enfant peuvent expliquer les valeurs plus faibles d’adrenaline rencontreesdansce groupe. Les niveaux de noradrenaline sont identiques chez les femmes et chez les petites filles durant l’epreuve. Ce resultat laissesuggerer que la noradrenalineest moins sensibleaux variations de glycemie que l’adrenaline et que son evolution sembleplutbt like au stresscausepar l’exercice. Trois facteurs, l’bge, le pourcentage de massegrasse et l’entrainement aerobic, sont susceptiblesde modifier la sensibilite a l’insuline. Cette sensibilite est d’autant plus faible que le sujet est age et que le pourcentage de massegrasseest &levee [8, 221. Inversement, la sensibilit& a l’insuline augmente avec un entra~nementde type aerobic et VOZmax]lO, 121.Dans notre etude, les petites filles ont un pourcentage de masse grasse inferieur (p < 0,Ol) et leur VOZmaXest plus importante, bien qu’aucune difference statistique n’ait etC etablie (48 mL.kg-*.min-1 de VOZmax chez l’enfant contre 43 chez la femme adulte). Ainsi, la relative insulinordsistance visible durant I’exercice chez la petite fille apparait d’autant plus significative et doit &tre expliquee par d’autres mecanismes. Nos resultats sont en accord avec differentes etudes decrivant, par des techniques de clamps euglydmiques [ 181ou hyperglyc~miques [I], une baissede la sensibilite a l’insuline au repos durant la p&ode p~ripube~aire. Si la diminution de sensibilite a cette hormone semble d’origine multifactorielle, la raison majeure de cette insulinoresistancesembletoutefois like a l’augmentation de la secretion de l’hormone de croissance et de ses effets peripheriques[5, 15, 191.La baissede sensibilite a l’insuline est compensee durant cette periode par une secretion superieured’insuline [4]. Dans notre etude, les niveaux insuliniques sont identiques dans les deux
groupes et peuvent s’expliquer par une augmentation de l’hormone de croissance encore mod&e a l’age de S10 ans [5]. C’est l’augmentation des effets peripheriques de I’hormone de croissance qui tendrait done plutot ici a expliquer l’insulinoresistance. Actuellement, il est impossible de preciser si la diminution de sensibilite a I’insuline est due a une diminution du nombre et/au de I’affinite des recepteurs a cette hormone. Une autre hypoth~se concerne I’action de l’insuline sur la translocation des transporteurs de glucose (Glut 4) [ 111. La encore, l’etat actuel des recherchesne nous permet pas de clarifier cette hypothese. Nos r&hats confirment done l’existence d’une baisse de la sensibilite a l’insuline a l’exercice chez la petite fille de 8-10 ans. Dans la presenteetude, le rapport glucose/insulineest strictement identique a celui precedemment note chez desgarcons du m&meage, lors d’un protocole parfaitement similaire [3]. Si I’on compare ces deux etudes, nos resultats ne mettent pas en evidence de differences intersexesdansles variations de sensibilid a l’insuline a cet age. A partir de ce constat, il sembledifficile ~expliquer, par le biais de l’insulinor~sistance,les glycemies plus faibles rencontreeschez les petites filles compareesaux garcons lors d’un protocole sansapport de glucose [S]. I1 semble alors probable qu’un debut d’impregnation en estrogeneschez la petite fille puissent expliquer ce phenombne.11est en effet bien connu que les estrogenesdiminuent de facon significative, par des mecanismesdirects au/et indirects, les concentrations plasmatiquesde glucose [9, 231. Cette baissede sensibilite a I’insuline est susceptible de favoriser une utilisation preferentielle des graisses chez la petite fille. En effet, les valeurs superieures d’acides gras non esterifies, temoin d’une lipolyse accrue, peuvent en partie s’expliquer par la relative insulinoresistancepresentea l’exercice. Une baissede la sensibilite a l’insuline signifie que l’effet antilipolytique de cette hormone peut etre inhibee, levant ainsi le frein sur les mecanismeslipolytiques. Ces resultatssont en accord avec des travaux recents qui ont montre une utilisation preferentielle des graisseschez l’enfant des deux sexes, lors d’exercices prolong&set mod&& [6, 161. En conclusion, cette etude suggereque l’insulinoresistance, presenteau repos durant la periode peripubertaire, existe aussia I’exercice chez la petite fille de 8-10 ans, comme cela a et& preddemment montre chez le garGon du m&meage [3]. Aucune difference dans les variations de sensibility B l’insuline, entre garcons et petites filles, n’a pu Ctre etablie en comparant les rapports glucoselinsuline lors du mCme protocole. Ainsi, il semble que d’autres mecanismeset en particulier une implication estrogenique, puissent expliquer des glycemies plus faibles lors d’exercices sansapport de glucose. Enfin, cette relative insulinore’sistancepourrait contribuer, chez la petite fille, a une meilleure utilisation des
Glucose
graisses comme en Gmoignent les valeurs significativement plus ClevCes d’acides gras non estCrifi& plasmatiques h l’exercice.
et prepuberte
11
REMERCIEMENTS 12 Nous remercions particulierement pour son aide technique prCcieuse tion de ce travail.
Madame CCcile El Kouatli et indispensable & la rCalisa-
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23 24
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Article original
La tolbrance au glucuse durant l’exercice prukmg6 et mod&% chez la petite Me prbpuhke N. Boisseau I, I?. Rannou I, A. Gratas-Delamarche I, C. Jaffr6 l, D. Ben&e-Ferrer2, M. Monnier I, P. Delamarche 1 7 Laboratoire de ph>~siologie et de biomkznique de l’exercice muscuiuire, UFRAPS, avenue Charles-Tillon, 35044 Remes ceilex; 2Iaboratooire de pharmacoiogie, fncultkdem&decine, 3.5000 Rennes, France
Rdsumti Objectifs. - t’objet de cette &de Btait de d&erminer lea effets d’une charge orale en glucose (0,5 g,kg-1) sur les reponses metaboliques (glucose, acides gras non esterifies) et hormonales (insuline, catecholamines) lors dun exercice sur ergocycle (30 minutes a 60 % de \rozmax) chez huit petites filles prepuberes (9,7 + 0,4 ans) et huit femmes adultes (21,5 & 0,9 ans). Mkfhodes. - L’ingestion de glucose a lieu entre la 2e et la 3e minute de I’exercice. Des echantillons ont &6 pr&lev& sur sang veineux en position assise sur le cycloergom&tre ainsi qu’aux 3e, 5e, 1 Oe, 15e et 308 minutes de I’exercice et apres 30 minutes de recuperation. R?&xilists. - &rant f’exercice, les concentrations plasmatiques de glucose 6taient sup&ieures chew la petite fille. tes vafeurs absotues et l’~voi~t~on de ~~nsui~n~rn~e etaient strictement identiques dans les deux groupes. Les concentratjons de noradrenaline durant I’exercice etaient semblables dans les deux groupes, atom que les concentrations ~adr~naline etaient inf~~eures chez l’enfant. te rapport glucose/insuiine, utilis6 comme indicateur de la sensibilitk B l’insuline, &ait toujours plus Blev& chez la petite fille. Conclusion. - Nos resultats indiquent une plus faible tolerance au glucose durant i’exercice chez la petite fille prepubere. Une relative inswlinoresistance, bien connue au repos en periode peripubertaire, est ici envisagee a I’exercice et pourrait engendrer une meilleure utilisation des graisses cher la petite fille, comme le suggerent les valeurs significativement plus elevees en acides gras non esterifies plasmatiques. Q 1999 Elsevier, Paris exercice prolonge
t fiile p&pub&e
I toferance au glucose
~umrna~ - Giucase tolerance during moderate pratongad exercise in prepubertal girts, Ub~~c~ju~~ - The purpose of fhhis study was fo defermine to what exfenf mefebo~i~ (gkfcose, faffy acids) and hormonal ~~ns~~~n, adrenaline, ~oradre~a~~ne) responses are rn~jfjed according fo age in women, after an oraf glucose charge given at the beginning of a prolonged and moderate bicycle exercise. Eight prepubertal girls (9.7 i 0.4 years) and eighi women (21.5 1 0.9 years) participated to this experiment. - Venous blood samples were drawn at rest, at minute 3, 5, IO, 15, 30 of the exercise Methods. and affer 30 minutes of recovery. Glucose ingastion took place between the 2nd and the 3rd minute of the exercise, Results. - During exercise, plasma glucose was always greater in girls than in women. The absolute values and the evolution of insulin were similar in both groups. Noradrenaline levels during
N. Boisseau et al.
174
the test did not differ from one group to the other, while adrenaline values appeared lower in girls. The ratio glucose/insulin was always greater in younger subjects during exercise, especially at the 5th (p c 0.05) and 70th min (P < O.Ol), suggesting that the insulin sensitivity was lower in girls as compared to women. Conclusion. - These results suggest a lower glucose tolerance in girls, which could be explained by a relative resistance to insulin already established at rest during the peripubertal period. This might contribute to a better lipolysis in younger subject as demonstrated by greater plasma fatty acid values in this age group. 0 1999 Elsevier, Paris prolonged
exercise
I girls
I glucose
tolerance
Une Ctude rkcente 161 a montrC, lors d’un exercice de 1 heure B 60 % de VOZmax,que les glyckmies sont significativement plus faibles chez des petites filles comparkes A des gar$onsde m&mestade pubertaire (stade 1 de Tanner). Deux hypothkses peuvent expliquer ces rksultats: soit un dtbut d’impkgnation hormonale en estrogbnes, dont on connait les effets hypoglyckmiants [9, 231, soit d’kventuelles diffkrences intersexes dansl’insulinorCsistance,bien connue au repos en pkriode pCripubertaire [1, 2, 41. Mise en Cvidence dans les deux sexes, cette baissede sensibilitk A l’insuline a CtCretrouvke 2 l’exercice chez desgarqonsde 8-10 ans [3]. L’objet de cette Ctude est de prkiser si cette relative insulinorksistanceexiste aussig l’exercice chez la petite fille en p&ode pkripubertaire, et si elle peut contribuer B expliquer les valeurs plus faibles de glyckmie. Pour rkpondre g ces questions, nous avons CtudiCles kponses mktaboliqueset hormonales,lors d’un exercice mod&C de 30 minutes, B la suite d’une charge orale en glucose. Nous avons Cgalementsuivi l’kvolution du rapport glucose sur insuline utilisk comme un indicateur de la sensibilitt! 2 l’insuline [ 14, 20, 211. MATtiRIEL
ET MfiTHODE
Ce protocolea CtCrCalisCavecI’agrCmentdu ComitCconsultatif deprotectiondespersonnes en recherchebiomkdicale. Les sujets L’Ctude
a CtC rCalis&e sur deux populations
distinctes:
un
groupe
remis.
Protocole Les sujets ont CtC soumis B deux exercices diffkrents rCalists g 15 jours d’intervalle au maximum. Lors de la premibre journCe, chaque sujet Ctait soumis un examen mCdica1 dCbutant par un Clectrocardiogramme de repos (mod8le Cardiofax de chez Trophy). Une analyse d’urine Ctait effect&e pour dCceler la prCsence Cventuelle de glucose et d’albumine. Une appr&iation du niveau de maturation pubertaire des enfants Ctait Ctablie B partir de la cotation de Tanner [24]. Les CaractCristiques morphologiques suivantes ont CtC mesurCes: la taille (cm), le poids (kg) et le pourcentage de masse grasse estimC B partir des plis cutan& selon la mCthode d&rite par Parizkova pour les enfants [17] et par celle d&rite par Dumin et Rahaman [7] pour les adultes. Une mesure de la consommation maximale d’oxygkne (VO Zmax) Ctait ensuite rCalisCe sur bicyclette ergomktrique (Monark), en utilisant une chdne de mesures automatiques des Cchanges gazeux (CPX, type Medgraphic,Medical Graphics). La mesure Ctait effect&e lors d’un exercice d’intensitk croisSante, par palier de 2 minutes et de 20 ou 30 watts respectivement pour l’enfant et pour l’adulte. Pour la seconde expCrimentation, il Ctait demand6 au sujet de s’abstenir, la veille et le matin m&me du test, de toute consommation de thC, cafe, banane, vanille, etc. pouvant perturber le dosage des catCcholamines. Un petit dkjeuner standardisk Ctait ingCr6 environ 2 heures avant 1’Cpreuve. Cet apport reprksentait 25 % de la ration journalikre. I1 ttait composC de 55 % de glucides, de I5 % de prottines et de 30 % de lipides. Le nombre de calories ingCrCes quotidiennement Ctait CvaluC g 40 Kcal/kg/j pour l’adulte et & 35 Kcal/kg/j pour l’enfant. Le sujet arrivait au laboratoire vers 8h30. 11 Ctait allong& et un cathCter hCparinC Ctait introduit dans une veine du pli du coude. La position couchCe Ctait maintenue 20 minutes afin de rkduire le stress provoquC par la mise en place du cathtter. Le sujet Ctait ensuite install6 sur la bicyclette ergomktrique. La frCquence cardiaque Ctait mesurke en continu g&e B un Clectrocardiogramme (type Trophy). Le sujet rCalisait alors un exercite & 60 % de sa \iO Zman pendant 30 minutes. Entre la deuxiBme et la troisiitme minute de l’exercice, le sujet ingCrait une solution contenant 0,5 g de glucose par kg de poids corporel. Cette dilution Ctait rCalisCe dans 300 mL d’eau pour les
Glucose et prEpubert6
175
femmes ad&es et dans 150 mL pour les petites filles afin d’obtenir la m&me dilution dans chacun des groupes (1 l12 g/100 mL). Les pr&vements sanguins (5 mL par tube EDTA) permettant les mesures m~taboliques et hormonales ont Ct6 r6aiisCs sur le cycloergom~tre, au repos, aux 3E, 9, 10e, 1.5” et 30e minutes de I’exercice et apr&s 30 minutes de recuperation.
Les dosages Les tubes prealablement recueillis &Gent centrifugts ?I froid, B 3 000 tours/min. On mesurait alors I’hCmatocrite des diffkrents 6chantillons. Le plasma etait ensuite plad au congel 2 -80 “C, dans I’attente de dosages ultkrieurs. Le dosage du glucose Ctait r&.lisC par la mCthode classique utilisant la glucose-oxydase A l’aide du kit Boehringer (Meylan, France). Les concentrations d’acides gras non est&ifi&s Ctaient dkterminkes par calorimetric enzymatique (Wako chemicals kit, Unipath SA, France). L’insuline Ctait dosCe par radio-immunolo~ie (RIA). Le kit utilisC 6tait le kit Insuline Coating (CIS BIO Inte~ational, Oris Industries SA). AdrCnaline et noradr&aline &taient mesurees par chromatographie liquide Z?Ihaute pression (HPLC) avec dCtection Clectrochimique selon la m6thode mise au point par Koubi et al. [13].
Calcul
Glucose plasmatique fmmol~L-l)
6,5
-
5,5
-
Le rapport glucoselinsuline Ctait calculk pour comparer, entre les deux groupes, les concentrations plasmatiques de glucose pour une m&me concentration d’insuline. Ce rapport, prealabiement utilisC dans differentes Ctudes, est un indicateur de la sensibilit6B l’insuline 114, 20, 211. 3,5
Tests statistiques
glucose Temps (min)
Les r&.ultats Ctaient exprimks sous forme de moyenne et d’erreur-
standardde la moyenne(moyennert SEM). Les comparaisons entrelesdeux groupesCtaientBtablies21l’aidedu testnonparametrique de Mann-Withney utilid pour les petits Cchantillons non appari&. Le seuil de signification Ctait fix6 &p < 0,05.
Figure 1. l?voluGon des concentrations plasmatiques de glucose durant l’exercice et apr& 30 minutes de r6cupCration chez la femme (m) et chez la petite fille (0). Valeurs moyennes 2 erreur-standard. Diffkrence significative entre les deux groupes: *p < 0,05; ** p c:0.01; *** p < 0,001.
RbULTATS Glucose plasmatique Les caractkistiques staturopond~ra~esse situent dans des valeurs normales dans chacun des groupes ~tabl~au I). Les rksultats sont homog&nes5 I’intCrieur de chaque groupe. Le pourcentage de masse grasse est significativement supkrieur chez la femme adulte (p < 0.001). La VOZmaxrelative est I$gkrement plus Clev&e chez l’enfant, bien que la diffdrence ne soit pas significative. Comme l’exercice a engendr6une 1Cgkremais significative hkmoconcentration dans le groupe adulte et non chez l’enfant, tous les parametres ont Ct& corriges en fonction de l’hkmatocrite.
Lafigure I reprdsente1’~volution de la glyckmie pendant I’exercice et la recuperation. D&s le debut de I’exercice, on note une diminution de la glyckmie dans les deux groupes.Aprks la prise orale de glucose,d2sla Y minute, les concentrations de glucose augmententet cela jusqu’8 la fin de l’kpreuve. Les valeurs de glyckmie sont toujours suptrieures chez la petite fille compar$e & celles de la femme adulte (p < 0,Ol 2 10 minutes; p < 0,05 B 15 minutes; p < 0,001 g 30 minutes). Les concentrations de glucose aprks 30 minutes de rkupbration sont semblab& entre lesdeux groupes.
N. Boisseau
176 lnsuline
plasmatique (@J.mL-l)
et al. Rapport
Glucose/insuline
65 0,30
55
0.20 45
35 0.10
25
0 15
0
4
3
5
10
durant (#I et
Insuline plasmatique L’evolution dcs concentrations d’insuline au tours du mCme exercice est representee sur lafigure 2. Les concentrations de repos sont semblables chez femmes et chez les petites filles. Chez tous les sujets, les concentrations plasmatiques d’insuline diminuent durant les 5 premieres minutes. A partir de la IOe minute, les niveaux d’insuline sont similaires dans les deux groupes et restent constants jusqu’a la fin de l’exercice. 11 n’existe aucune difference significative entre les petites filles et femmes adultes durant les 30 minutes de l’epreuve. La recuperation engendre une augmentation identique des concentrations d’insuline dans les deux groupes. Rapport
3o
Apr+ 30 @I de recuperation
Temps fmin)
glucose
Figure 2. lbolution des concentrations plasmatiques d’insuline I’exercice et apres 30 minutes de recuperation chez la femme chez la petite tille (0). Valeurs moyennes + erreur-standard.
15
Figure 3. l?volution du rapport giucose/in~u~ine durant l’exercice et aprb 30 minutes de recuperation chez la femme n et chew la petite fille ES. Valeurs moyennes c erreur-standard. Difference signifkative entre lea dew groupes: * p < 0.05; ““p < O,Ol.
Adrenaline plasmatique (nmol,L-1)
f
. 4,5
ff
3,5
-
2.5 -
1.5
-
glucose/insuIine
Lafigure 3 indique l’evolution du rapport glucoseiinsuline. Aucune difference n’apparait au repos entre les deux groupes. Cependant, db le debut de l’exercice et jusqu’a la fin de I’epreuve, le rapport glucos~/illsuline est superieur chez la petite fille. La diffkrence est significative B la 3e (p c 0,OS) et ?I la 9 minute (p < 0,Ol). Catkcholamines
++--+--
CL5 0,5/’ I
-10
04 04
exercice 10 10
gk.zcose
-C 20 20
30 30
rOcup&ation 40 40
---+ 50 50
60, 60
Temps (min)
Figure 4. l&otution des concentrations plasmatique~ d’adr~tlaline durant l’exercice et apt& 30 minutes de recuperation chez la femme (m) et chew la petite fille (0). Vaieurs moyennes _t erreur-standard. Difference significative entre les deux groupes: * p i O,O5.
plasmatiques
Adrthaline plasmatique (figure 4) Au repos, le niveau d’adrenaline est plus important chez la femme adulte O;, < 0,05). On note une elevation de la
concentration de cettc hormone d&s le debut de l’exercite dans les deux groupes. Une seconde augmentation est observee chez la femme adulte entre la 9 et la 10”
Glucose Noradrknaline
Acides
plasmatique (nmol.L-l)
177
et prkpubertk gras
plasmatiques
non
estbrifibs (mmolkl)
0.6 0.5 0.4
glucose
Temps (min)
Figure 5. hvolution des concentrations plasmatiques de noradrCnaline durant l’exercice et aprk 30 minutes de rkcupkration chez la femme (m) et chez la petite fille (0). Valeurs moyennes + erreur-standard.
minute, alors que la concentration d’adrknaline diminue chez l’enfant. Jusqu’ti la fin de l’exercice, les niveaux d’adrknaline restent supkrieurs dans le groupe adulte, la diffkence Ctant significative B la 10e et 2 la 30e minute de l’exercice (p < 0,05). Aprks 30 minutes de r&up&ation, la concentration d’adrknaline est encore significativement plus ClevCe chez la femme adulte (p < 0,OS).
glucose
Temps
(min)
Figure 6. fivolution des concentrations plasmatiques d’acides gras non estCrifiCs durant l’exercice et aprks 30 minutes de r&upCration chez la femme (m) et chez la petite fille (0). Valeurs moyennes ? erreur-standard. Diffkrence significative entre les dew groupes: *p < 0.05.
fillette pendant les premikres 15 minutes (p < 0,05 2 3, 5, 10 et 15 minutes). La fin de l’exercice et la rkupkration ne montrent aucune diffkrence significatives entre les deux groupes. DISCUSSION
Noradhaline plasmatique (figure 5) Le dkbut de l’exercice engendre une augmentation brutale des taux plasmatiques de noradrknaline dans les deux groupes. A partir de la Y- minute, les concentrations s’Cl&vent encore lkgkrement, puis se stabilisent jusqu’g la fin de l’exercice. Aucune diffkence significative n’est visible durant l’effort entre les femmes et les petites filles. On note un retour aux valeurs de repos dans les deux groupes aprks 30 minutes de rkupkration. Acides gras non estCrifiCs plasmatiques L’kvolution du taux plasmatique d’acides gras non es& rifiCs est reprCsentCe sur lafigure 6. Le dCbut de l’exercite est marquC par une ClCvation des acides gras non estCrifi6s plasmatiques chez tous les sujets. Cette augmentation se poursuit jusqu’g la 15e minute dans chacun des groupes. Les concentrations d’acides gras non esterifiCs sont toujours statistiquement supkrieures chez la
Nos rksultats montrent qu’une charge orale en glucose, donnCe au dCbut d’un exercice prolongk et mod&C, engendre des glyckmies systkmatiquement plus Clevdes chez des petites filles de 8-10 ans comparkes g des femmes adultes. Cela laisse done supposer une baisse de la tolkance au glucose durant l’exercice chez les sujets jeunes. Comme dans le m&me temps le rapport glucose/insuline est systkmatiquement plus ClevC dans le groupe enfant, cette moindre tolkrance au glucose semble fortement like 2 la diminution de sensibilite 2 l’insuline bien connue au repos durant la pkriode pCripubertaire [l, 2,4]. Deux autres facteurs que la tolkrance au glucose peuvent modifier les valeurs de glyckmie: la dilution de la solution et le taux de diffusion gastro-intestinal. Afin de pouvoir occulter la premikre hypothkse, susceptible d’influer sur les taux plasmatiques de glucose, nous avons donnC la m&me charge relative de glucose dans chacun
178
N. Boisseau et al.
des groupes (05 g.kg-1). Now avons Cgalement pris grand soin de donner la m&me dilution aux femmes et petites filles. La dilution a etC realisee dam 150 mL d’eau chez l’enfant et 300 mL pour les femmes adultes afin d’obtenir une dilution identique, 1 I-12 g/100 mL. La seconde hypothese est Cgalement 8 refuter. En effet, il a CtC demontre que le pit hyperglycemique provoque lors d’un test de tolerance au glucose au repos (OGTT), survient au m&me instant chez l’enfant et l’adulte [4]. Les gfyctmies superieuresobserveeschez la petite fille dmoignent done reellement d’une moindre tolerance au glucosechez le sujet jeune. Ces valeurs de glycemie plus importantes suggerent une baissede la sensibilite a l’insuline chez la fillette. Cette hypothese est confortee par un rapport glucose/insuline toujours superieur chez l’enfant. Une insulinoresistancesera en effet traduite par un ratio glucose/insuline plus eleve, temoignant d’une consommation en glucose inferieure pour une m&meconcentration d’insuline. Les niveaux de glucose plasmatique plus eleves chez l’enfant peuvent expliquer les valeurs plus faibles d’adrenaline rencontreesdansce groupe. Les niveaux de noradrenaline sont identiques chez les femmes et chez les petites filles durant l’epreuve. Ce resultat laissesuggerer que la noradrenalineest moins sensibleaux variations de glycemie que l’adrenaline et que son evolution sembleplutbt like au stresscausepar l’exercice. Trois facteurs, l’bge, le pourcentage de massegrasse et l’entrainement aerobic, sont susceptiblesde modifier la sensibilite a l’insuline. Cette sensibilite est d’autant plus faible que le sujet est age et que le pourcentage de massegrasseest &levee [8, 221. Inversement, la sensibilit& a l’insuline augmente avec un entra~nementde type aerobic et VOZmax]lO, 121.Dans notre etude, les petites filles ont un pourcentage de masse grasse inferieur (p < 0,Ol) et leur VOZmaXest plus importante, bien qu’aucune difference statistique n’ait etC etablie (48 mL.kg-*.min-1 de VOZmax chez l’enfant contre 43 chez la femme adulte). Ainsi, la relative insulinordsistance visible durant I’exercice chez la petite fille apparait d’autant plus significative et doit &tre expliquee par d’autres mecanismes. Nos resultats sont en accord avec differentes etudes decrivant, par des techniques de clamps euglydmiques [ 181ou hyperglyc~miques [I], une baissede la sensibilite a l’insuline au repos durant la p&ode p~ripube~aire. Si la diminution de sensibilite a cette hormone semble d’origine multifactorielle, la raison majeure de cette insulinoresistancesembletoutefois like a l’augmentation de la secretion de l’hormone de croissance et de ses effets peripheriques[5, 15, 191.La baissede sensibilite a l’insuline est compensee durant cette periode par une secretion superieured’insuline [4]. Dans notre etude, les niveaux insuliniques sont identiques dans les deux
groupes et peuvent s’expliquer par une augmentation de l’hormone de croissance encore mod&e a l’age de S10 ans [5]. C’est l’augmentation des effets peripheriques de I’hormone de croissance qui tendrait done plutot ici a expliquer l’insulinoresistance. Actuellement, il est impossible de preciser si la diminution de sensibilite a I’insuline est due a une diminution du nombre et/au de I’affinite des recepteurs a cette hormone. Une autre hypoth~se concerne I’action de l’insuline sur la translocation des transporteurs de glucose (Glut 4) [ 111. La encore, l’etat actuel des recherchesne nous permet pas de clarifier cette hypothese. Nos r&hats confirment done l’existence d’une baisse de la sensibilite a l’insuline a l’exercice chez la petite fille de 8-10 ans. Dans la presenteetude, le rapport glucose/insulineest strictement identique a celui precedemment note chez desgarcons du m&meage, lors d’un protocole parfaitement similaire [3]. Si I’on compare ces deux etudes, nos resultats ne mettent pas en evidence de differences intersexesdansles variations de sensibilid a l’insuline a cet age. A partir de ce constat, il sembledifficile ~expliquer, par le biais de l’insulinor~sistance,les glycemies plus faibles rencontreeschez les petites filles compareesaux garcons lors d’un protocole sansapport de glucose [S]. I1 semble alors probable qu’un debut d’impregnation en estrogeneschez la petite fille puissent expliquer ce phenombne.11est en effet bien connu que les estrogenesdiminuent de facon significative, par des mecanismesdirects au/et indirects, les concentrations plasmatiquesde glucose [9, 231. Cette baissede sensibilite a I’insuline est susceptible de favoriser une utilisation preferentielle des graisses chez la petite fille. En effet, les valeurs superieures d’acides gras non esterifies, temoin d’une lipolyse accrue, peuvent en partie s’expliquer par la relative insulinoresistancepresentea l’exercice. Une baissede la sensibilite a l’insuline signifie que l’effet antilipolytique de cette hormone peut etre inhibee, levant ainsi le frein sur les mecanismeslipolytiques. Ces resultatssont en accord avec des travaux recents qui ont montre une utilisation preferentielle des graisseschez l’enfant des deux sexes, lors d’exercices prolong&set mod&& [6, 161. En conclusion, cette etude suggereque l’insulinoresistance, presenteau repos durant la periode peripubertaire, existe aussia I’exercice chez la petite fille de 8-10 ans, comme cela a et& preddemment montre chez le garGon du m&meage [3]. Aucune difference dans les variations de sensibility B l’insuline, entre garcons et petites filles, n’a pu Ctre etablie en comparant les rapports glucoselinsuline lors du mCme protocole. Ainsi, il semble que d’autres mecanismeset en particulier une implication estrogenique, puissent expliquer des glycemies plus faibles lors d’exercices sansapport de glucose. Enfin, cette relative insulinore’sistancepourrait contribuer, chez la petite fille, a une meilleure utilisation des
Glucose
graisses comme en Gmoignent les valeurs significativement plus ClevCes d’acides gras non estCrifi& plasmatiques h l’exercice.
et prepuberte
11
REMERCIEMENTS 12 Nous remercions particulierement pour son aide technique prCcieuse tion de ce travail.
Madame CCcile El Kouatli et indispensable & la rCalisa-
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