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Utilisations du spectre IR-TF du sérum pour la prévention du surentraînement
Science & Sports 2000 ; 15 : 267-70 0 2000 fiditions scientifiques et m&kales
Elsevier
SAS. Tow droits rkservk
Communication
Utilisations du spectre IR-TF du surentrainement
brhve
du &rum pour la prhention
C. Petibois L 2*, G. D&his l, G. Cazorla2 ‘inserm lJ443, kquipe de chimie bio-organique, universitP Victor-Segalen Bordeaux 2, 146, rue Uo-Saignat, 33076 Bordeaux, 2facultt+ des sciences du sport et de l’&ducation physique, universite’ Mctor-Segalen Bordeaux, 2, avenue CamilleJulian, 33405 Talence, France
ObjactifsLe suivi biologique hebdomadaire de 15 rameurs a 6t6 r6alis6 sur une an&e d’entrainement. Mbthodes. - La spectrom&rie IR-TF a &6 utilis6e pour I’analyse des &rums de repos et de fin d’entrainement. Des classifications des spectres du s&urn ont permis de diffkencier deux athl&es. R&uhWs et conclusions. - En 5e semaine, une premiere diffkrenciation apparaissait au niveau des saccharides, puis au niveau lipidique (8-1 CP) et finalement au niveau des protbines (159. C’est alors que le surentrainement fut cliniquement r&t%. En revanche, trois autres athletes &it&rent le surentrainement en r6duisant leur entrainement d&s qu’apparurent les diffkenciations sur le m6tabolisme lipidique. Ce type de suivi biologique apparait comme un nouvel outil de pr&ention du surentrainement. 0 editions scientifiques et medicales Elsevier SAS surentrainement
/ mdabolisme
I biochimie
I spectromktrie
IR-TF
Summary - FT-IR serum spectra utilization for overtraining prevention. Objectives. - To perform a weekly biological monitoring on 15 rowers throughout annual training program. Methods. - 17IR spectrometry was used to analyse rest and post-exercise serum samples. Serum spectra classifications allowed difirentiation of two athletes. Results and conclusions. - On the 5th week, the first differentiation appeared on saccharides, followed by lipids (8-l@) and finally by proteins (19). Overtraining was then clinically revealed. Three other rowers avoided overtraining reducing their training loads when differentiations appeared on lipids metabolism. Such a biological monitoring appears as a useful tool for overtraining prevention. 0 Editions scientifiques et m&icales Elsevier SAS overtraining
I metabolism
I biochemistry
11n’existe actuellement aucun outil fiable pour distinguer les diffkrents niveaux de fatigue menant un athlbte au surentrainement. 11semble nkanmoins Cvident que de nombreux parambtres du mttabolisme &erg& tique tiennent une place fondamentale dans l’avknement de ce processus de fatigue chronique de l’organisme. La spectromttrie infrarouge B transform&e de Fourier (IR-TF) permet la dktermination des concen-
*E-mail
: cyril.petiboisC9bioorga.wbordeaux2.fr
I FT-IR
spectrometry
trations skriques en glucose [I], lactate [2], urCe, triglyckrides et plusieurs protkines [3]. Le spectre IRTF du s&urn peut Ctre considCrc5comme une photographie mttabolique globale de l’individu car tous les constituants du s&rum y sont rCvtlCs. En soustrayant le spectre IR-TF du s&urn de repos au spectre IR-TF du s&urn d’exercice, on obtient un
268
C. Petibois
MkTHODES Les rameurs ont suivi le mCme programme d’entrainement : 50 pL de sang capillaire (deux a trois gouttes de sang) Ctaient prelevts au bout du doigt au repos et a la fin d’une seance standardisee d’entrainement (18 km de rame en 90 minutes et a 80-85 % de VOzmax), rep&e chaque fin de semaine. L’analyse du serum a et& realide selon les mdthodes preddemment d&rites [l-3]. L’analyse de la reponse metabolique a CtC realisee a partir du spectre IR-TF des differences [4]. Les classifications des spectres IR-TF du serum ont CtC realistes en utilisant l’algorithme de Ward [6] lequel cherthe a regrouper les spectres les plus cornparables, permettant ainsi de mettre en lumiere ceux qui presentent des differences (metaboliques) fondamentales par rapport au groupe constitue figure I). RbULTATS Lors des cinq premieres semaines d’entrainement, les reponses metaboliques a la stance standardisee se sont nettement homogeneisees, temoignant de l’influence de l’entrainement sur les organismes (figure 2). Les classifications effectuees revelent, en 5” semaine, une premiere differentiation pour deux rameurs sur la region d’absorption des saccharides (vC-0 ; 1 300500 cm-‘), suivie : en 8e semaine sur une region d’absorption du cholesterol (v = CH ; 3 020-3 000 cm-r), en 10’ semaine sur deux regions d’absorption des acides gras (VilSC% et vaSCH2 ; 3 000-2 880 cm-i) et en 15’
et al
semaine sur une region d’absorption des proteines (vC = 0 ; 1 720-l 600 cm-t). Le surentrainement Ctait alors cliniquement diagnostique et les premieres differences significatives de concentrations metaboliques apparaissaient [5]. Les charges d’entrainement de ces athletes ont alors ete divisees par deux. En 37~ semaine, alors que les athletes surentraines retrouvaient une dynamique d’entrainement convenable, trois autres rameurs presentaient une differenciation nette sur deux zones d’absorption des acides gras (vaSCH, et vaSCH, ; 3 000--2 880 cm1 ; figw~ 3). Leur entrainement a Cte completement arrete durant une semaine. En 40’ semaine, leur reponse metabolique a la seance standardisee et les classifications qui ont CtC effect&es sur les spectres TR-TF du serum ne revelaient plus aucune differentiation au sein du groupe. DISCUSSION Un tel suivi biologique, hebdomadaire et necessitant l’analyse rep&e de prelevements sanguins, n’a 6tC rendu possible que parce qu’il respecte le confort de l’athlete : -par des prelevements capillaires (50 pL au bout du doigt) ; - par l’utilisation d’une seance de leur programme normal d’entrainement comme seance test. La seule contrainte veritable est que cette seance doit &tre standardisee, c’esta-dire rep&e chaque semaine a l’identique et dans des circonstances comparables. Le surentrainement des deux rameurs a Cte un processus de fatigue de l’organisme rapide a se declarer (cinq semaines), relativement long a s’installer (dix semaines) et particulierement long a se
Spectre IR-TF
du s&urn et surentrainement
Chaaue
u valeun
sur lea spectres
sernaine.
0 formatlon
et 6volWon
: donn4es
u lndividuelleme& hebdomadaire
des rameurs.
Les spectres IR-TF
de diffbm8s
de groupes
d’htWrogbn4Wentm
it comparaisont
Figure 1. Protocole du suivi biologique pour y regrouper les plus comparables.
269
de spectms
les igroilpes metabailques
: corr&aUont des differences
vt IR-TF
IRTF*2D sent integres
a l’algorithme
de classification
4043 1
0,033 -I d c
0,023
-
0,013
-
! v-on t 0,003 ----x7x -0,007
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t
J 4000
vc-n Is, V&% . ..v / 36ta”“’ *3D35
‘b v$YJ& 2553
Nombres
---hi 2071
d’ondc
ll
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k
-
r
\ ‘GIG
1589
1107
625
(cm4)
Figure 2. Spectre IR-TP moyen des differences obtenu en premiere semaine d’entrainement ; n = 15. Cf. tableau I pour les details sur les absorptions biomoleculaires.
rkorber (20 semaines).Ce processussemble suivre une logique bien particulikre : - c’est tout d’abord au niveau des glucides qu’est rCvClte une diffkrenciation, c’est-g-dire le mttabo-
F A Sa T Si # V Ds Dr P L Cl Cr De B Figure 3. Classification effect&e en 37= semaine d’entrahrement (3 Ooo2 880 cm-r). Trois rameurs (F, A et Sa) se differencient du reste du groupe alors que les deux prectdemment surentraines (T et B) ont retrouvt une dynamique positive d’adaptations aux charges d’entrainement.
lisme Cnergttique le plus immkdiat lors de l’exercice (hors ATP-PCr) ; - c’est ensuite au niveau des lipides, les substrats
270
C. Petibois
utilises ulttrieurement lors de l’exercice d’endurance ; - c’est enfin au niveau des proteines, des substances qui ne doivent pas &tre trop fortement catabolisees lors de l’exercice. 11 reste cependant a determiner les causes exactes de ce processus d’alterations successives et cumulatives du metabolisme Cnergetique. En revanche, lorsque le processus a pu etre steppe (apres l’alttration du metabolisme des lipides), la recuperation fut t&s rapide et les trois rameurs concern& ont aussitot retrouve une dynamique positive d’adaptations ?I l’entrainement. Cette approche du metabolisme energetique represente un autre regard sur la physiologie de l’exercice. CONCLUSION Une limite semble exister, situee entre les alterations du metabolisme des lipides et celle concernant plus particulierement les prottines, au-deli de laquelle le surentrainement ne peut plus &tre rapidement resorbe. La spectrometrie IR-TF, de par son caractbre global et
et al.
sa sensibilite analytique, apparait comme potentiel de prevention du surentrainement sports d’endurance.
un outil dans les
RkFltRENCES 1 Petibois C, Rigalleau V, Melin AM, Perromat A, Cazorla G, Gin H, et al. Serum glycemia determined on dried samples using Fouriertransform infrared spectroscopy. Clin Chem 1999 : 9 : 1530-5. 2 Petibois C, Melin AM, Perromat A, Cazorla G, D61Cris G. Glucose and lactate concentrations determination on single microsamples by Fourier-transform infrared spectroscopy. J Lab Clin Med 2000a ; 135 ;2 : 210-5. 3 Petibois C, Cazorla G, D&his G. Perspectives in the utilisation of Fourier transform infrared spectroscopy of serum in sports medicine. Health monitoring of athletes and prevention of doping. Sports Med 2000b : 6 : 387-96. 4 Petibois C, Cazorla G, Del&is G. Nouvelles perspectives pour le suivi biologique des sportifs : I- l’analyse metabolique par la spectromttrie IR-TF. Science & Sports 2000~ ; 15 : 95-7: 5 Petibois C, Cazorla G, Del&is G. Nouvelles perspectives pour le suivi biologique des sportifs : 2- la prevention du surentrainement par la spectrometrie IR-TE Science & Sports 2OOOd ; 15 : 9X- 100. 6 Ward JH. Hierarchical grouping to optimize an objective function. J Am Statist Assoc 1963 ; 58 : 236-44.
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Communication
Utilisations du spectre IR-TF du surentrainement
brhve
du &rum pour la prhention
C. Petibois L 2*, G. D&his l, G. Cazorla2 ‘inserm lJ443, kquipe de chimie bio-organique, universitP Victor-Segalen Bordeaux 2, 146, rue Uo-Saignat, 33076 Bordeaux, 2facultt+ des sciences du sport et de l’&ducation physique, universite’ Mctor-Segalen Bordeaux, 2, avenue CamilleJulian, 33405 Talence, France
ObjactifsLe suivi biologique hebdomadaire de 15 rameurs a 6t6 r6alis6 sur une an&e d’entrainement. Mbthodes. - La spectrom&rie IR-TF a &6 utilis6e pour I’analyse des &rums de repos et de fin d’entrainement. Des classifications des spectres du s&urn ont permis de diffkencier deux athl&es. R&uhWs et conclusions. - En 5e semaine, une premiere diffkrenciation apparaissait au niveau des saccharides, puis au niveau lipidique (8-1 CP) et finalement au niveau des protbines (159. C’est alors que le surentrainement fut cliniquement r&t%. En revanche, trois autres athletes &it&rent le surentrainement en r6duisant leur entrainement d&s qu’apparurent les diffkenciations sur le m6tabolisme lipidique. Ce type de suivi biologique apparait comme un nouvel outil de pr&ention du surentrainement. 0 editions scientifiques et medicales Elsevier SAS surentrainement
/ mdabolisme
I biochimie
I spectromktrie
IR-TF
Summary - FT-IR serum spectra utilization for overtraining prevention. Objectives. - To perform a weekly biological monitoring on 15 rowers throughout annual training program. Methods. - 17IR spectrometry was used to analyse rest and post-exercise serum samples. Serum spectra classifications allowed difirentiation of two athletes. Results and conclusions. - On the 5th week, the first differentiation appeared on saccharides, followed by lipids (8-l@) and finally by proteins (19). Overtraining was then clinically revealed. Three other rowers avoided overtraining reducing their training loads when differentiations appeared on lipids metabolism. Such a biological monitoring appears as a useful tool for overtraining prevention. 0 Editions scientifiques et m&icales Elsevier SAS overtraining
I metabolism
I biochemistry
11n’existe actuellement aucun outil fiable pour distinguer les diffkrents niveaux de fatigue menant un athlbte au surentrainement. 11semble nkanmoins Cvident que de nombreux parambtres du mttabolisme &erg& tique tiennent une place fondamentale dans l’avknement de ce processus de fatigue chronique de l’organisme. La spectromttrie infrarouge B transform&e de Fourier (IR-TF) permet la dktermination des concen-
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I FT-IR
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268
C. Petibois
MkTHODES Les rameurs ont suivi le mCme programme d’entrainement : 50 pL de sang capillaire (deux a trois gouttes de sang) Ctaient prelevts au bout du doigt au repos et a la fin d’une seance standardisee d’entrainement (18 km de rame en 90 minutes et a 80-85 % de VOzmax), rep&e chaque fin de semaine. L’analyse du serum a et& realide selon les mdthodes preddemment d&rites [l-3]. L’analyse de la reponse metabolique a CtC realisee a partir du spectre IR-TF des differences [4]. Les classifications des spectres IR-TF du serum ont CtC realistes en utilisant l’algorithme de Ward [6] lequel cherthe a regrouper les spectres les plus cornparables, permettant ainsi de mettre en lumiere ceux qui presentent des differences (metaboliques) fondamentales par rapport au groupe constitue figure I). RbULTATS Lors des cinq premieres semaines d’entrainement, les reponses metaboliques a la stance standardisee se sont nettement homogeneisees, temoignant de l’influence de l’entrainement sur les organismes (figure 2). Les classifications effectuees revelent, en 5” semaine, une premiere differentiation pour deux rameurs sur la region d’absorption des saccharides (vC-0 ; 1 300500 cm-‘), suivie : en 8e semaine sur une region d’absorption du cholesterol (v = CH ; 3 020-3 000 cm-r), en 10’ semaine sur deux regions d’absorption des acides gras (VilSC% et vaSCH2 ; 3 000-2 880 cm-i) et en 15’
et al
semaine sur une region d’absorption des proteines (vC = 0 ; 1 720-l 600 cm-t). Le surentrainement Ctait alors cliniquement diagnostique et les premieres differences significatives de concentrations metaboliques apparaissaient [5]. Les charges d’entrainement de ces athletes ont alors ete divisees par deux. En 37~ semaine, alors que les athletes surentraines retrouvaient une dynamique d’entrainement convenable, trois autres rameurs presentaient une differenciation nette sur deux zones d’absorption des acides gras (vaSCH, et vaSCH, ; 3 000--2 880 cm1 ; figw~ 3). Leur entrainement a Cte completement arrete durant une semaine. En 40’ semaine, leur reponse metabolique a la seance standardisee et les classifications qui ont CtC effect&es sur les spectres TR-TF du serum ne revelaient plus aucune differentiation au sein du groupe. DISCUSSION Un tel suivi biologique, hebdomadaire et necessitant l’analyse rep&e de prelevements sanguins, n’a 6tC rendu possible que parce qu’il respecte le confort de l’athlete : -par des prelevements capillaires (50 pL au bout du doigt) ; - par l’utilisation d’une seance de leur programme normal d’entrainement comme seance test. La seule contrainte veritable est que cette seance doit &tre standardisee, c’esta-dire rep&e chaque semaine a l’identique et dans des circonstances comparables. Le surentrainement des deux rameurs a Cte un processus de fatigue de l’organisme rapide a se declarer (cinq semaines), relativement long a s’installer (dix semaines) et particulierement long a se
Spectre IR-TF
du s&urn et surentrainement
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Figure 2. Spectre IR-TP moyen des differences obtenu en premiere semaine d’entrainement ; n = 15. Cf. tableau I pour les details sur les absorptions biomoleculaires.
rkorber (20 semaines).Ce processussemble suivre une logique bien particulikre : - c’est tout d’abord au niveau des glucides qu’est rCvClte une diffkrenciation, c’est-g-dire le mttabo-
F A Sa T Si # V Ds Dr P L Cl Cr De B Figure 3. Classification effect&e en 37= semaine d’entrahrement (3 Ooo2 880 cm-r). Trois rameurs (F, A et Sa) se differencient du reste du groupe alors que les deux prectdemment surentraines (T et B) ont retrouvt une dynamique positive d’adaptations aux charges d’entrainement.
lisme Cnergttique le plus immkdiat lors de l’exercice (hors ATP-PCr) ; - c’est ensuite au niveau des lipides, les substrats
270
C. Petibois
utilises ulttrieurement lors de l’exercice d’endurance ; - c’est enfin au niveau des proteines, des substances qui ne doivent pas &tre trop fortement catabolisees lors de l’exercice. 11 reste cependant a determiner les causes exactes de ce processus d’alterations successives et cumulatives du metabolisme Cnergetique. En revanche, lorsque le processus a pu etre steppe (apres l’alttration du metabolisme des lipides), la recuperation fut t&s rapide et les trois rameurs concern& ont aussitot retrouve une dynamique positive d’adaptations ?I l’entrainement. Cette approche du metabolisme energetique represente un autre regard sur la physiologie de l’exercice. CONCLUSION Une limite semble exister, situee entre les alterations du metabolisme des lipides et celle concernant plus particulierement les prottines, au-deli de laquelle le surentrainement ne peut plus &tre rapidement resorbe. La spectrometrie IR-TF, de par son caractbre global et
et al.
sa sensibilite analytique, apparait comme potentiel de prevention du surentrainement sports d’endurance.
un outil dans les
RkFltRENCES 1 Petibois C, Rigalleau V, Melin AM, Perromat A, Cazorla G, Gin H, et al. Serum glycemia determined on dried samples using Fouriertransform infrared spectroscopy. Clin Chem 1999 : 9 : 1530-5. 2 Petibois C, Melin AM, Perromat A, Cazorla G, D61Cris G. Glucose and lactate concentrations determination on single microsamples by Fourier-transform infrared spectroscopy. J Lab Clin Med 2000a ; 135 ;2 : 210-5. 3 Petibois C, Cazorla G, D&his G. Perspectives in the utilisation of Fourier transform infrared spectroscopy of serum in sports medicine. Health monitoring of athletes and prevention of doping. Sports Med 2000b : 6 : 387-96. 4 Petibois C, Cazorla G, Del&is G. Nouvelles perspectives pour le suivi biologique des sportifs : I- l’analyse metabolique par la spectromttrie IR-TF. Science & Sports 2000~ ; 15 : 95-7: 5 Petibois C, Cazorla G, Del&is G. Nouvelles perspectives pour le suivi biologique des sportifs : 2- la prevention du surentrainement par la spectrometrie IR-TE Science & Sports 2OOOd ; 15 : 9X- 100. 6 Ward JH. Hierarchical grouping to optimize an objective function. J Am Statist Assoc 1963 ; 58 : 236-44.