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Nouvelles perspectives pour le suivi biologique des sportifs 2. Prévention du surentraînement par spectrométrie IR-TF
Science & Sports 2000 ; 15 : 98-100 © 2000 t~ditions scientifiques et m6dicales Elsevier SAS. Tous droits rdserv6s
Communication br~ve
Nouvelles perspectives pour le suivi biologique des sportifs 2. Prevention du surentrainement par spectrom6trie IR-TF C. Petibois
1, 2
G. D616ris 1,, G. Cazorla a
IFquipe de chimie bio-organique, lnserm U 443, universit{ Victor-Segalen Bordeaux 2, 146, rue Ldo-Saignat, 33076 Bordeaux ," 2facultg des sciences du sport et de l'~ducation physique, universitd Victor-Segalen Bordeaux 2, rue Camille-Julian, 33405 Talence, France
(Re~u le 10 mars 1999 ; accepts le 15 d4cembre 1999)
Rdsumd Objectifs. - Appliquer les methodes d'analyse par spectrometrie IR-TF pour la prevention du surentra~nement. M#thodes. - Nous avons analyse les echantillons de s@um Iors du suivi biologique hebdomadaire de 12 rameurs d'61ite effectuant un programme d'entrafnement commun. R#sultats et conclusions. - Le classement des spectres r6velait, en cinquieme semaine, ta differenciation de deux sujets sur une zone d'absorption des saccharides, puis sur une zone d'absorption des lipides (semaine 9), et enfin sur une zone d'absorption des proteines (semaine 15). Le surentrafnement 6tait alors cliniquement diagnostiqu~ chez ces athletes et les premiers marqueurs classiques d'alteration du m6tabolisme apparaissaient. Ce suivi peut donc 6tre utile a_ la prevention du surentrafnement. © 2000 I~ditions scientifiques et medicales Elsevier SAS spectrom~trie IR-TF / surentrainement / metabolisme Summary - New perspectives in sportsmen biological investigations. Overtraining prevention using FT-IR spectrometry. Objectives. - To apply the analytical FT-IR spectrometry methods for overtraining prevention. Methods. - we analysed serum samples in the weekly biological training monitoring of 12 elite rowers performing a common training program. Results and conclusions. - On the fifth training week, FT-IR spectra classification revealed a differenciation for two subjects in major saccharidic absorption region, further in a lipidic absorption region (week 9), and finally in a proteic absorption region (week 15). Overtraining was then clinically diagnosed for these athletes and first classical biological markers of metabolism alterations appeared. Indeed, this monitoring might be usefull for overtraining prevention. © 2000 Editions scientifiques et medicales Elsevier SAS FT-IR spectrometry / overtraining / metabolism U n e a n a l y s e m 6 t a b o l i q u e m u l t i p l e p e u t atre e f f e c t u 6 e par la s p e c t r o m 6 t r i e i n f r a r o u g e ~ t r a n s f o r m d e de F o u rier ( I R - T F ) a v e c la p o s s i b i l i t 6 d ' u n e c l a s s i f i c a t i o n des
g r o u p e s de sujets tout en c o n s e r v a n t les d o n n d e s a n a l y tiques brutes en v u e de n o u v e l l e s a n a l y s e s ou c o m p a raisons. Cette t e c h n i q u e se suffit de micro-prdl6vements.
*Correspondance et tir~s g~part : G. Ddldris, 6quipe de chimie bio-organique, Insenn U 443, universit6 Victor-Segalen Bordeaux 2, 146, rue L6o-Saignat,
33076 Bordeaux.
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-0,01J 4000 3518 3035 2553 2071 1589 1107 625 Nombred'ondes(cm"1) Figure
1. Exemple de bonne (courbe noire) et de mauvaise (courbe grise) adaptations aux charges d'entra~nement ddtermindes par les spectres IR-TF de diff6rences (douzi~me semaine d'entra~nement). TG = triglycdrides ; AGL = acides gras libres ; La- = lactate ; Glc = glucose.
Elle rdpond donc potentiellement aux exigences actuelles de la biologic du sport, notamment darts le cadre du suivi biologique de 1' entrainement. SYNTHI~SE DES FAITS
Mdthodologie La pratique et le programme d' entra~nement ont dtd rendus communs du fait que les 12rameurs dvoluaient ensemble sur les embarcations (~ 4 ou 8). Une sdance standardisde dtait rdpdtde, ~t l'identique, chaque semaine (18 km de tame g 75 % de VO2max en 90 rain). Les prdl~vements capillaires dtaient effectu6s avant (repos) et apr~s la sdance. La diffdrence des spectres IR-TF obtenus reprdsentait la rdponse mdtabolique de l'organisme ?~cette sdance [2]. Adaptations aux charges d ' e n t r a i n e m e n t En rdponse ~t un exercice submaximal, une baisse de la lactatdmie conjointement fi une stabilisation de la glycdmie et ~ une augmentation de la concentration sdrique en acides gras et triglycdrides sont les tdmoins mdtaboliques essentiels d'une adaptation positive g un programme d'entra~nement en endurance. Les spectres de diffdrences montrent cette dvolution. La lactatdmie est le facteur le plus ddifiant ~ cet dgard ; elle diminue en moyenne de 110 mmol.L-1 (3,06 _+0,76 contre 1,96 _+0,59 retool-L-I). La glycdmie se stabilise, la ddgradation des protdines est moindre et la contribution des AGL et TG augmente. La figure 1 donne un exemple de spectres de diffdrences o/1 l'on observe ce type de rdponse (bonne adaptation) ou bien une augmentation de la d6gradation protdique et une
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Figure 2. Classification
des spectres de sdrum (4 000-500 cm -1) de fin d'exercice en douzidme semaine d'entratnement. A gauche apparaissent les deux sujets ayant montr6 une mauvaise adaptation, au milieu ceux dont 1' adaptation est faible ou nulle et, ~t droite, ceux dont 1' adaptation est positive.
baisse de la contribution des TG et AGL (mauvaise adaptation). Par la classification des spectres IR-TF, selon la mdthode de Ward [3], nous avons obtenu une nette diffdrenciation des athletes ayant ddmontrd une adaptation positive, nulle ou ndgative aux charges d'entrainement (figure 2), cela dtant aussi attest6 par leurs performances (sur 2 000 m e n compdtition). I1 semble doric que des athlbtes ayant atteint le marne niveau d' adaptation aux charges d'entrainement prdsentaient une homogdndisation interindividuelle de leurs contenus sanguins en rdponse l'exercice, ce qui atteste d'une haute spdcificitd et d'une tr~s forte influence de la pratique sportive sur 1' organisme de ces athldtes. Prdvention du surentralnement Quelle que soit la rdgion spectrale considdrde, les classifications des spectres en premiere semaine d' entr~nement ne montraient aucun groupement, ce qui sugg~re une rdponse mdtabolique ~ l'exercice diffdrente d'un sujet l'autre. En cinqui~me semaine, 10 des 12 rameurs sont clairement lids au sein d'une m~me famille de spectres, ce qui montre une homogdndisation de leur rdponse mdtabolique au programme d'entra~nement. Par contre deux rameurs se dissocient nettement de l'ensemble par un plus fort indice d'hdtdrogdnditd. Ceci dtait constatd sur spectre complet (4 000-500 cm -1) et sur la zone d'absorption majeure des saccharides (C-O ; 1 300-900 cm -1 [figure 3]) alors qu'aucune diffdrence significative n'dtait constatde sur les marqueurs mdtaboliques classiques (glucose, lactate, protdines, glntamine, acides aminds ramifids, triglycdrides, acides gras libres, cholestdrol). En neuvirtue semaine d'entra~nement, c' est la zone d' absorption majeure des lipides (CH 2 et CH 3 ; 3 000-2 880 cm -1) qui
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menant au surentra~nement. Ceci devrait nous permettre de d6terminer certaines des causes profondes de 1' avSnement du surentra~nement. La chronologie des 6vdnements du processus de surentra~nement (alt6rations m6taboliques successives se cumulant) suggSre aussi que la spectrom6trie IR-TF pourra 6tre utilisde comme un outil de prdvention dans la mesure off, un cas se pr6sentant ~t nouveau, il sera envisageable d'arrSter le processus en marche.
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Figure 3. Classification des spectres de sdrum sur la zone d'absorption majeure des saccharides (1 300-900 cin-1).
s6parait ces athlbtes du groupe. I1 en 6tait de m~me en quinziSme semaine pour la zone d' absorption majeure des protdines (C = O ; 1 720-1 600 cm-1). A partir de la qua, torzi~me semaine, ces athlStes ont manifest6 des signes cliniques d'un 6tat de fatigue caractdristique [1] du surentralnement (anxidt6, troubles du sommeil, augmentation de la frdquence cardiaque de repos, difficult6s de concentration et fatigue persistante). C'est a c e moment-lh seulement que plusieurs marqueurs mdtaboliques d'exercice montraient une diffdrence significative avec les valeurs constat6es pour l'ensemble du groupe (glucose et lactate). notre connaissance, cette 6tude est la premiSre qui, dans la perspective d'6tudier de maniSre longitudinale et syst6matique les r6ponses m6taboliques de l'organisme ?a l'entra~nement, aura permis de recueillir les donn6es
Le d6veloppement du potentiel analytique de la spectromdtrie IR-TF, l'utilisation de moyens mathdmatiques et statistiques de traitement des spectres et la construction de bases de donn6es riches en informations sp6cifiques des cas rencontr6s sont les travaux de base qui devraient permettre, a terme, la prdvention des cas de surentra~nement selon : - le sport et la sp6cialit6 pratiq'tds ; - le niveau d'entrainement de i athl6te ; - la place de 1' analyse dans le suivi biologique global ; - les mdthodes d'entra~'nement employ6es ; - l e s caractdristiques propres de l'athlSte. RI~FI~RENCES
1 Lehmann MJ, Lormes W, Optiz-Gress A, Steinacker JM, Metzer N, Foster C, et al. Training and overtraining: an overview and experimental results in endurance sports. J Sports Mdd Phys Fitness 1997 ; 37 : 7-17. 2 Petibois C, Rigalleau V, Melin AM, Perromat A, Cazorla G, Gin H, et al. Determination of glucose in dried serum samples by Fouriertransform infrared spectroscopy. Clin Chem 1999 ;45 : 1530-5. 3 Ward JH. Hierarchical grouping to optimize an objective function. J A m Statist Assoc 1963 ; 58 : 236-44.
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Nouvelles perspectives pour le suivi biologique des sportifs 2. Prevention du surentrainement par spectrom6trie IR-TF C. Petibois
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IFquipe de chimie bio-organique, lnserm U 443, universit{ Victor-Segalen Bordeaux 2, 146, rue Ldo-Saignat, 33076 Bordeaux ," 2facultg des sciences du sport et de l'~ducation physique, universitd Victor-Segalen Bordeaux 2, rue Camille-Julian, 33405 Talence, France
(Re~u le 10 mars 1999 ; accepts le 15 d4cembre 1999)
Rdsumd Objectifs. - Appliquer les methodes d'analyse par spectrometrie IR-TF pour la prevention du surentra~nement. M#thodes. - Nous avons analyse les echantillons de s@um Iors du suivi biologique hebdomadaire de 12 rameurs d'61ite effectuant un programme d'entrafnement commun. R#sultats et conclusions. - Le classement des spectres r6velait, en cinquieme semaine, ta differenciation de deux sujets sur une zone d'absorption des saccharides, puis sur une zone d'absorption des lipides (semaine 9), et enfin sur une zone d'absorption des proteines (semaine 15). Le surentrafnement 6tait alors cliniquement diagnostiqu~ chez ces athletes et les premiers marqueurs classiques d'alteration du m6tabolisme apparaissaient. Ce suivi peut donc 6tre utile a_ la prevention du surentrafnement. © 2000 I~ditions scientifiques et medicales Elsevier SAS spectrom~trie IR-TF / surentrainement / metabolisme Summary - New perspectives in sportsmen biological investigations. Overtraining prevention using FT-IR spectrometry. Objectives. - To apply the analytical FT-IR spectrometry methods for overtraining prevention. Methods. - we analysed serum samples in the weekly biological training monitoring of 12 elite rowers performing a common training program. Results and conclusions. - On the fifth training week, FT-IR spectra classification revealed a differenciation for two subjects in major saccharidic absorption region, further in a lipidic absorption region (week 9), and finally in a proteic absorption region (week 15). Overtraining was then clinically diagnosed for these athletes and first classical biological markers of metabolism alterations appeared. Indeed, this monitoring might be usefull for overtraining prevention. © 2000 Editions scientifiques et medicales Elsevier SAS FT-IR spectrometry / overtraining / metabolism U n e a n a l y s e m 6 t a b o l i q u e m u l t i p l e p e u t atre e f f e c t u 6 e par la s p e c t r o m 6 t r i e i n f r a r o u g e ~ t r a n s f o r m d e de F o u rier ( I R - T F ) a v e c la p o s s i b i l i t 6 d ' u n e c l a s s i f i c a t i o n des
g r o u p e s de sujets tout en c o n s e r v a n t les d o n n d e s a n a l y tiques brutes en v u e de n o u v e l l e s a n a l y s e s ou c o m p a raisons. Cette t e c h n i q u e se suffit de micro-prdl6vements.
*Correspondance et tir~s g~part : G. Ddldris, 6quipe de chimie bio-organique, Insenn U 443, universit6 Victor-Segalen Bordeaux 2, 146, rue L6o-Saignat,
33076 Bordeaux.
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1. Exemple de bonne (courbe noire) et de mauvaise (courbe grise) adaptations aux charges d'entra~nement ddtermindes par les spectres IR-TF de diff6rences (douzi~me semaine d'entra~nement). TG = triglycdrides ; AGL = acides gras libres ; La- = lactate ; Glc = glucose.
Elle rdpond donc potentiellement aux exigences actuelles de la biologic du sport, notamment darts le cadre du suivi biologique de 1' entrainement. SYNTHI~SE DES FAITS
Mdthodologie La pratique et le programme d' entra~nement ont dtd rendus communs du fait que les 12rameurs dvoluaient ensemble sur les embarcations (~ 4 ou 8). Une sdance standardisde dtait rdpdtde, ~t l'identique, chaque semaine (18 km de tame g 75 % de VO2max en 90 rain). Les prdl~vements capillaires dtaient effectu6s avant (repos) et apr~s la sdance. La diffdrence des spectres IR-TF obtenus reprdsentait la rdponse mdtabolique de l'organisme ?~cette sdance [2]. Adaptations aux charges d ' e n t r a i n e m e n t En rdponse ~t un exercice submaximal, une baisse de la lactatdmie conjointement fi une stabilisation de la glycdmie et ~ une augmentation de la concentration sdrique en acides gras et triglycdrides sont les tdmoins mdtaboliques essentiels d'une adaptation positive g un programme d'entra~nement en endurance. Les spectres de diffdrences montrent cette dvolution. La lactatdmie est le facteur le plus ddifiant ~ cet dgard ; elle diminue en moyenne de 110 mmol.L-1 (3,06 _+0,76 contre 1,96 _+0,59 retool-L-I). La glycdmie se stabilise, la ddgradation des protdines est moindre et la contribution des AGL et TG augmente. La figure 1 donne un exemple de spectres de diffdrences o/1 l'on observe ce type de rdponse (bonne adaptation) ou bien une augmentation de la d6gradation protdique et une
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baisse de la contribution des TG et AGL (mauvaise adaptation). Par la classification des spectres IR-TF, selon la mdthode de Ward [3], nous avons obtenu une nette diffdrenciation des athletes ayant ddmontrd une adaptation positive, nulle ou ndgative aux charges d'entrainement (figure 2), cela dtant aussi attest6 par leurs performances (sur 2 000 m e n compdtition). I1 semble doric que des athlbtes ayant atteint le marne niveau d' adaptation aux charges d'entrainement prdsentaient une homogdndisation interindividuelle de leurs contenus sanguins en rdponse l'exercice, ce qui atteste d'une haute spdcificitd et d'une tr~s forte influence de la pratique sportive sur 1' organisme de ces athldtes. Prdvention du surentralnement Quelle que soit la rdgion spectrale considdrde, les classifications des spectres en premiere semaine d' entr~nement ne montraient aucun groupement, ce qui sugg~re une rdponse mdtabolique ~ l'exercice diffdrente d'un sujet l'autre. En cinqui~me semaine, 10 des 12 rameurs sont clairement lids au sein d'une m~me famille de spectres, ce qui montre une homogdndisation de leur rdponse mdtabolique au programme d'entra~nement. Par contre deux rameurs se dissocient nettement de l'ensemble par un plus fort indice d'hdtdrogdnditd. Ceci dtait constatd sur spectre complet (4 000-500 cm -1) et sur la zone d'absorption majeure des saccharides (C-O ; 1 300-900 cm -1 [figure 3]) alors qu'aucune diffdrence significative n'dtait constatde sur les marqueurs mdtaboliques classiques (glucose, lactate, protdines, glntamine, acides aminds ramifids, triglycdrides, acides gras libres, cholestdrol). En neuvirtue semaine d'entra~nement, c' est la zone d' absorption majeure des lipides (CH 2 et CH 3 ; 3 000-2 880 cm -1) qui
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C. Petibois et al.
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menant au surentra~nement. Ceci devrait nous permettre de d6terminer certaines des causes profondes de 1' avSnement du surentra~nement. La chronologie des 6vdnements du processus de surentra~nement (alt6rations m6taboliques successives se cumulant) suggSre aussi que la spectrom6trie IR-TF pourra 6tre utilisde comme un outil de prdvention dans la mesure off, un cas se pr6sentant ~t nouveau, il sera envisageable d'arrSter le processus en marche.
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Le d6veloppement du potentiel analytique de la spectromdtrie IR-TF, l'utilisation de moyens mathdmatiques et statistiques de traitement des spectres et la construction de bases de donn6es riches en informations sp6cifiques des cas rencontr6s sont les travaux de base qui devraient permettre, a terme, la prdvention des cas de surentra~nement selon : - le sport et la sp6cialit6 pratiq'tds ; - le niveau d'entrainement de i athl6te ; - la place de 1' analyse dans le suivi biologique global ; - les mdthodes d'entra~'nement employ6es ; - l e s caractdristiques propres de l'athlSte. RI~FI~RENCES
1 Lehmann MJ, Lormes W, Optiz-Gress A, Steinacker JM, Metzer N, Foster C, et al. Training and overtraining: an overview and experimental results in endurance sports. J Sports Mdd Phys Fitness 1997 ; 37 : 7-17. 2 Petibois C, Rigalleau V, Melin AM, Perromat A, Cazorla G, Gin H, et al. Determination of glucose in dried serum samples by Fouriertransform infrared spectroscopy. Clin Chem 1999 ;45 : 1530-5. 3 Ward JH. Hierarchical grouping to optimize an objective function. J A m Statist Assoc 1963 ; 58 : 236-44.