Bénéfices cérébraux liés au sport : rien ne sert de courir ?

À Dijon, une équipe de recherche a confirmé qu’à l’instar de l’activité physique, la stimulation des muscles par un courant électrique induit la production d’un facteur bénéfique au fonctionnement du cerveau. En décrivant les mécanismes biologiques sous-jacents, les chercheurs ouvrent des perspectives intéressantes pour les personnes qui sont en incapacité de faire du sport.

Si nous savons tous que l’activité physique est bonne pour la santé physique, cardiovasculaire et métabolique, son intérêt pour la santé mentale et cérébrale est moins bien connu. Philippe Garnier, enseignant à l’université de Bourgogne et chercheur dans une unité Inserm, étudie les mécanismes biologiques qui expliquent le bénéfice de l’exercice sur le cerveau. Il s’intéresse particulièrement au BDNF (brain-derived neurotrophic factor), une protéine de la famille des « neurotrophines » qui favorisent la santé et le bon fonctionnement des neurones. Dans des travaux antérieurs, le chercheur et son équipe ont montré qu’un seuil minimal d’intensité physique est nécessaire pour soutenir sa production. Malheureusement, ce niveau d’activité peut être difficile, voire impossible à atteindre pour de nombreuses personnes, notamment parmi les plus âgées ou celles en situation de handicap physique. « Des séances d’électromyostimulation (EMS, ou stimulation électrique neuromusculaire), leur sont parfois proposées : elles consistent à appliquer des électrodes externes en regard des muscles, afin d’induire des contractions musculaires involontaires lorsqu’un courant les traverse. Mais le bénéfice cérébral de ces séances n’a jamais été étudié », explique le chercheur. Avec Rémi Chaney, doctorant dans son équipe, il a donc mis en place une série d’expériences pour savoir si ce substitut passif à l’activité physique pouvait lui aussi conduire à une production de BDNF. En premier lieu, un protocole d’électromyostimulation efficace au niveau musculaire a été mis au point chez des volontaires en bonne santé.

Une élévation du taux de BDNF dans l’hippocampe

Les paramètres de la stimulation électrique ont été calibrés pour obtenir une activité musculaire aussi intense sur le plan biologique que celle nécessaire à la production de BDNF lors d’un exercice classique comme le jogging (rythme cardiaque, pression artérielle, saturation sanguine en oxygène). Avant et après la séance, les participants ont répondu à un questionnaire pour mesurer leur humeur et réalisé un test cognitif (test d’attention sélective de Stroop). Leurs résultats ont été comparés à ceux d’un groupe de témoins restés au repos. « Cette première étape a permis de confirmer que la séance d’électromyostimulation permet de réduire légèrement l’anxiété et d’améliorer les performances cognitives, comme nous l’observons après une séance d’activité physique », explique le chercheur. Des bénéfices qui suggèrent indirectement qu’une production de BDNF a été favorisée par l’électromyostimulation. Pour s’en assurer, le protocole a été transposé chez le rat : dans ce modèle, les chercheurs ont pu confirmer que l’électromyostimulation provoque une élévation du taux de BDNF dans l’hippocampe, une zone cérébrale essentielle à la mémoire et l’apprentissage.

« Nous savons que la production cérébrale de BDNF en réponse à l’activité physique découle de trois mécanismes complémentaires, commente Philippe Garnier. Il existe une synthèse neuronale directe, une production par la paroi interne des vaisseaux cérébraux secondaire à l’augmentation du débit sanguin local, et enfin une production de BDNF par le biais de molécules libérées dans la circulation sanguine par les muscles en contraction. Mais chez le rat soumis à la stimulation électrique, aucun des deux premiers mécanismes n’a pu être mis en évidence : il est donc probable que, dans ce contexte, l’augmentation de BDNF repose sur le métabolisme musculaire. »

Pour le confirmer, l’équipe dijonnaise a recherché des molécules qui pourraient être à l’œuvre dans ce processus. À l’issue des séances d’électromyostimulation, ils ont observé que l’élévation du taux sanguin du lactate, un des produits issus du métabolisme des muscles, était corrélé à l’augmentation de BDNF au niveau cérébral. « Par ailleurs, le taux de SIRT1, une enzyme cérébrale connue pour stimuler la production du BDNF sous l’action du lactate, était nettement augmenté quatre heures après l’électromyostimulation. »

Un effet médié par la production musculaire de lactate

Ce travail suggère donc que le bénéfice cérébral de l’exercice physique pourrait être en partie reproduit par une séance de stimulation électrique de durée et d’intensité adaptée, grâce à la libération musculaire de lactate qu’elle provoque. Le chercheur souhaite confirmer ce résultat en s’assurant que la production de BDNF est stoppée lorsque la diffusion du lactate dans le cerveau des rats est inhibée par des molécules pharmacologiques. Il souhaite aussi comparer les effets d’un protocole d’électromyostimulation appliqué quotidiennement pendant une semaine à ceux d’un exercice physique classique équivalent, pour savoir si les taux de BDNF induits par les deux méthodes sont comparables. « Enfin, il serait intéressant d’injecter du lactate aux animaux, afin de voir si cette substance est capable de conduire directement à l’augmentation de l’expression de SIRT1 et donc à la synthèse de BDNF », complète le chercheur.

Sur le plan clinique, deux questions doivent aussi être élucidées. La première concerne la masse musculaire nécessaire pour obtenir un effet bénéfique. « Nous avons conduit cette étude sur le quadriceps, un ensemble de muscles localisés de la partie antérieure de la cuisse qui constitue l’un des plus gros groupes musculaires de notre organisme. Mais il serait intéressant de savoir si ce protocole peut favoriser la production de BDNF lorsqu’il est appliqué à un muscle plus petit. » L’objectif est donc d’évaluer s’il existe une relation entre le volume de muscle mobilisé et le taux de BDNF produit. Enfin, ce protocole a été établi avec des personnes en bonne santé et sportives. Le tissu musculaire de patients alités, incapables de faire des exercices classiques, reste-t-il capable de se comporter de façon comparable ? Produit-il du lactate dans des proportions équivalentes ? Le chercheur et son équipe souhaitent conduire une étude clinique, en collaboration avec un service hospitalier, pour le vérifier.

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Philippe Garnier est chercheur dans l’unité Cognition action et plasticité sensori-motrice (CAPS, unité 1093 Inserm/Université de Bourgogne) à Dijon.

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Source : Rémi Chaney et coll. Cerebral Benefits Induced by Electrical Muscle Stimulation : Evidence from a Human and Rat Study. Int. J. Mol. Sci., 4 février 2024 ; doi :10.3390/ijms25031883

Autrice : C. G.

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