Comment l'entraînement fabrique-t-il plus de mitochondries, à tout âge ?

Prenez deux personnes de 70 ans. La première est sédentaire depuis des décennies ; la seconde fait de l'endurance depuis toujours, ou s'y est mise il y a quelques années à peine. Les biopsies musculaires racontent l'histoire. Chez la première, on voit ce que l'âge laisse prévoir : moins de mitochondries, des enzymes oxydatives moins actives, de l'ADN mitochondrial abîmé. Chez la seconde, le muscle ressemble souvent à celui d'une personne de plusieurs décennies plus jeune.

Cette vignette clinique se trouve vers la fin de La mitochondrie et la bioénergétique (titre original : The Mitochondrion and Bioenergetics), un livre en anglais, et elle résume pourquoi je l'ai écrit. Le lien entre mitochondries et exercice est plus étroit qu'on le croit : la mitochondrie n'est pas une pile fixe, c'est un moteur vivant qui grossit quand on lui en demande plus et qui rapetisse quand on arrête. Voici ce qu'il faut en retenir.

À quoi servent vraiment les mitochondries ?

Chaque mouvement, chaque battement de cœur, chaque pensée se paie avec une seule molécule : l'ATP, la monnaie énergétique de la cellule. Le corps ne contient qu'environ 50 g d'ATP à un instant donné, mais au repos, il en recycle chaque jour à peu près son propre poids (Berg et al., 2019 ; Nelson et Cox, 2021). Le muscle n'en stocke que pour une ou deux secondes de contraction maximale.

« Avoir de l'énergie » ne veut donc jamais dire posséder une grosse réserve d'ATP. Cela veut dire être capable d'en refaire assez vite. Dans le livre, je décris les trois filières qui s'en chargent :

• La filière des phosphagènes recharge l'ATP presque instantanément à partir de la phosphocréatine. C'est la plus puissante, mais elle s'épuise en 5 à 10 secondes d'effort maximal.
• La filière glycolytique dégrade rapidement le glycogène, sans oxygène, et domine les efforts intenses d'environ 10 secondes à 2 minutes.
• La filière oxydative, dans les mitochondries, brûle glucides et lipides avec de l'oxygène. C'est la plus lente, mais sa capacité est presque illimitée, et elle fournit environ 90 % de l'ATP que produisent vos cellules.

Ces filières se chevauchent au lieu de se relayer. C'est aussi la filière oxydative qui recharge les deux autres entre les efforts. Voilà pourquoi la condition aérobie compte même pour les sprinteurs, les haltérophiles et les joueurs de sports collectifs.

Comment l'exercice augmente-t-il le nombre de mitochondries ?

La grande adaptation à l'entraînement en endurance a été décrite pour la première fois par John Holloszy en 1967 : une forte hausse des mitochondries du muscle. Un entraînement en endurance régulier augmente le contenu mitochondrial et l'activité des enzymes oxydatives d'environ 40 à 100 % en quelques semaines ou quelques mois (Holloszy et Coyle, 1984 ; MacInnis et Gibala, 2017).

Le mécanisme, appelé biogenèse mitochondriale, se déroule ainsi :

1. Chaque séance fait monter le calcium dans la cellule musculaire et baisser sa charge énergétique.
2. Cette baisse active l'AMPK, le capteur de manque d'énergie de la cellule.
3. L'AMPK et le calcium activent le PGC-1α, le régulateur maître qui coordonne les gènes nécessaires à la construction de nouvelles mitochondries.
4. Une séance fait grimper le PGC-1α de façon passagère ; c'est la régularité qui transforme ces signaux en gains durables.

D'abord, l'entraînement continu modéré et l'entraînement par intervalles à haute intensité fonctionnent tous les deux, et les intervalles obtiennent des adaptations mitochondriales comparables en moins de temps total. Ensuite, les gains apparaissent vite, en une à deux semaines d'entraînement régulier, et ils disparaissent avec l'inactivité en quelques semaines.

Le nombre de mitochondries n'est qu'une partie du portrait. L'entraînement ajoute aussi des capillaires autour des fibres musculaires, augmente la myoglobine, accroît la capacité de brûler des graisses à une allure donnée (ce qui épargne le glycogène) et élève le seuil lactique, l'intensité qu'on peut maintenir avant que le lactate s'accumule.

L'acide lactique cause-t-il la fatigue musculaire ?

C'est l'un des mythes que le livre corrige. Le lactate est un carburant et un marqueur, pas la cause directe de la fatigue. Le lactate produit par les fibres rapides est capté par d'autres fibres, par le cœur et par le foie, qui le brûlent pour produire de l'énergie ou le retransforment en glucose (Brooks, 2018).

Dans les efforts intenses, la fatigue vient surtout de l'accumulation de phosphate inorganique, de la perturbation des gradients d'ions et, en second lieu, de l'acidose liée au renouvellement rapide de l'ATP (Allen et al., 2008). Dans les efforts longs, l'épuisement du glycogène (le fameux « mur ») et le système nerveux jouent aussi un rôle.

En pratique, le seuil lactique prédit souvent mieux la performance en endurance que le VO₂max, et c'est en grande partie une affaire de mitochondries. Deux athlètes qui ont le même VO₂max peuvent obtenir des résultats très différents si l'un peut travailler à une plus grande fraction de ce maximum. L'entraînement élève ce seuil en construisant la machinerie qui brûle et élimine le lactate.

Faut-il prendre des antioxydants après l'entraînement ?

Voici l'idée la plus contre-intuitive du livre. La chaîne de transport des électrons, dans les mitochondries, laisse fuir de petites quantités d'espèces réactives de l'oxygène (ERO). En excès, elles endommagent les lipides, les protéines et l'ADN mitochondrial. Mais à faible dose et de façon passagère, comme pendant l'exercice, elles servent de signaux qui déclenchent justement les adaptations recherchées : plus de mitochondries, de meilleures défenses antioxydantes et une meilleure sensibilité à l'insuline. C'est ce qu'on appelle la mitohormèse.

La conséquence est directe. De fortes doses de suppléments antioxydants, comme la vitamine C et la vitamine E à haute dose prises de façon routinière autour des séances, peuvent atténuer certaines de ces adaptations en étouffant le signal. Plusieurs essais contrôlés l'ont montré, pas tous, et l'effet dépend de la dose et du contexte (Ristow et al., 2009 ; Merry et Ristow, 2016). Le consensus pratique que retient le livre : tirer ses antioxydants surtout d'une alimentation variée et éviter les suppléments antioxydants à haute dose autour de l'entraînement, sauf raison médicale précise. Avant de prendre un supplément, parlez-en à un professionnel de la santé qualifié, surtout si vous prenez des médicaments.

Peut-on garder ses mitochondries en santé en vieillissant ?

Le déclin de la quantité et de la qualité des mitochondries est reconnu comme l'une des caractéristiques du vieillissement (López-Otín et al., 2013). Il contribue à la baisse de la capacité aérobie et à la sarcopénie, la perte de masse et de fonction musculaires liée à l'âge. Une fonction mitochondriale réduite dans le muscle est aussi associée à la résistance à l'insuline et au diabète de type 2. Le lien de cause reste débattu, mais l'association est solide.

La bonne nouvelle, c'est que ce déclin n'est pas figé. L'exercice stimule la biogenèse mitochondriale et le recyclage des mitochondries usées même à un âge avancé, ce qui renverse en partie le déclin. Le même programme PGC-1α qui construit les mitochondries d'un jeune athlète fonctionne encore à 70 ans. C'est, à mon avis, la conclusion la plus encourageante du livre.

Les leviers que le livre retient sont simples :

• L'exercice, en endurance comme par intervalles : de loin le levier le plus puissant.
• Des micronutriments en quantité suffisante, sans mégadoses : fer, cuivre et vitamines B pour la machinerie énergétique ; sélénium, zinc, manganèse et vitamines C et E pour les défenses antioxydantes. Corrigez les vraies carences, idéalement avec un professionnel de la santé.
• Pas de surplus énergétique chronique : la suralimentation et l'inactivité nuisent à la fonction mitochondriale.
• Un sommeil suffisant, qui soutient la qualité des mitochondries et la régulation hormonale.

Aller plus loin dans le moteur énergétique de la cellule

Dans La mitochondrie et la bioénergétique (titre original : The Mitochondrion and Bioenergetics), le livre A2 de l'Encyclopédie de la performance et de la physiologie humaine, une collection de 93 livres de Netritious, je vous mène des lois de la thermodynamique à l'ATP, à la glycolyse, au cycle de Krebs, à la phosphorylation oxydative, au métabolisme des graisses et des corps cétoniques, aux filières énergétiques de l'exercice, puis au concret : VO₂max, passage des graisses aux glucides selon l'intensité, alimentation de l'effort et suppléments jugés selon la voie qu'ils ciblent. Le livre est en anglais, et vous le trouverez ici : La mitochondrie et la bioénergétique.

Questions fréquentes

Combien de temps faut-il pour fabriquer plus de mitochondries ?

Selon le livre, des hausses mesurables apparaissent en une à deux semaines d'entraînement régulier. Elles s'estompent en quelques semaines si on arrête.

Les intervalles ou le cardio continu, lequel est meilleur pour les mitochondries ?

Les deux sont efficaces. Les intervalles à haute intensité donnent des adaptations comparables en moins de temps total; les longues séances modérées bâtissent aussi la base aérobie.

Le lactate nuit-il à la performance ?

Non. Le lactate est un carburant que d'autres tissus réutilisent et un marqueur de l'effort, pas la cause principale de la fatigue. L'entraînement élève le seuil lactique, ce qui permet de tenir une allure plus rapide.

Où trouver La mitochondrie et la bioénergétique ?

Le livre est en vente sur Amazon, en format Kindle, en anglais.