La mélatonine a un effet ergogène mais n'empêche pas l'inflammation et les dommages lors d'exercices intensifs

Rapports scientifiques volume 5, Numéro d'article : 18065 (2015) Citer cet article

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Il est bien documenté qu'un exercice physique intense entraîne une inflammation et des lésions des tissus musculaires squelettiques. Dans cet esprit, la mélatonine a été administrée de manière aiguë avant l'exercice physique ; néanmoins, l'utilisation de la mélatonine comme agent ergogénique pour prévenir l'inflammation et les lésions tissulaires reste incertaine. Nous avons évalué les effets de la mélatonine sur les performances de nage, l'inflammation et les dommages musculaires et plusieurs paramètres physiologiques après un exercice exhaustif à l'intensité du seuil anaérobie (iLAn) effectué pendant les périodes circadiennes claires ou sombres. L'iLAn a été déterminé individuellement et deux jours plus tard, les animaux ont effectué un exercice exhaustif à l'iLAn 30 minutes après l'administration de mélatonine. L'exercice a favorisé l'inflammation et les dommages musculaires, principalement pendant la période d'obscurité et la mélatonine exogène a favorisé un effet ergogénique élevé. L'effet ergogénique expressif de la mélatonine entraîne des périodes de contraction musculaire plus longues, ce qui superpose un éventuel effet protecteur de la mélatonine sur les lésions tissulaires et l'inflammation.

La mélatonine est une hormone de la glande pinéale classiquement liée à l'entraînement des rythmes biologiques des mammifères. Ainsi, depuis qu'Alberti1 a isolé cette hormone chez les bovins, le spectre des fonctions de la mélatonine s'est élargi. Le traitement des problèmes de santé et des maladies constitue une partie essentielle de l'intérêt des scientifiques pour la mélatonine2,3,4,5. De plus, un nombre considérable d'études ont étudié les effets de la mélatonine sur l'exercice physique4,6,7,8,9,10, 11,12. Selon la littérature, même une seule dose de mélatonine exogène administrée juste avant l'exercice prévient l'inflammation, le stress oxydatif et les dommages musculaires7,8,11.

Il est bien documenté que l'inflammation locale et systémique, les lésions musculaires et le stress oxydatif sont induits par un exercice de longue durée ou de haute intensité, altérant la fonction du parenchyme musculaire squelettique13. Certains auteurs ont lié cet effet à des déficits de performance physique14,15,16, encourageant l'utilisation de composés anti-inflammatoires pour l'éviter. La mélatonine inhibe l'inflammation par une variété de stimuli, comme i) altérant la liaison NK-κB-ADN17, ii) inhibant l'activation de NF-κB18 en bloquant la phosphorylation de IKK et JNK et des voies consécutives19, iii) réduisant l'expression des cytokines20,21 et iv) agissant comme un antioxydant et par conséquent prévenant les dommages musculaires7, ce qui représente également une rétroaction pro-inflammatoire importante.

Les effets de la mélatonine sur l'exercice ont été démontrés dans une variété de modèles9,12,22,23; néanmoins, il n'y a aucune preuve que les effets protecteurs de la mélatonine persistent après un exercice de longue durée effectué pendant les deux périodes circadiennes. Les modèles animaux de performance de natation imitent les modulations physiologiques trouvées dans les compétitions sportives avec un exercice cyclique de longue durée ; cependant, la plupart des animaux de laboratoire sont nocturnes. Ainsi, le but de cette étude était d'étudier les effets de la mélatonine sur les performances du rat nageur, les paramètres d'inflammation systémique et des muscles squelettiques, les variables métaboliques et les dommages aux tissus musculaires squelettiques après un exercice exhaustif à une intensité correspondant au seuil anaérobie (iLAn) effectué au cours de la périodes circadiennes claires et sombres. Sur la base de la littérature, nous avons émis l'hypothèse que la mélatonine contribuerait en tant qu'ergogénique, exercerait un effet protecteur vis-à-vis de l'inflammation et des lésions tissulaires et améliorerait l'état physiologique après l'exercice proposé pendant les deux périodes circadiennes.

Les animaux évalués pendant la journée ont montré une intensité et une lactatémie d'iLAn correspondant à 4,8 ± 0,1 % de la masse corporelle (% bm) et 4,1 ± 0,2 mM, respectivement, tandis que les rats évalués la nuit avaient 5,3 ± 0,1 % bm et 4,1 ± 0,2 mM pour le mêmes paramètres. L'iLAn était plus élevé en N (P < 0,01) et la lactatémie de l'iLAn était statistiquement égale (P = 0,86) entre les groupes.

La figure 1 montre l'heure de la journée et les effets de la mélatonine sur les animaux qui n'ont pas été soumis à l'exercice. La mélatonine n'a influencé ni le contenu du muscle squelettique pIKKβ (F = 0,01 ; P = 0,91 ; Fig. 1a) ni l'IκBα (F = 0,24 ; P = 0,64 ; Fig. 1a) et l'effet de l'heure de la journée n'a favorisé aucune influence non plus sur le pIKKβ (F = 4,71 ; P = 0,06 ; Fig. 1a) ou le IκBα (F = 2,25, P = 0,16 ; Fig. 1a). La mélatonine exogène a réduit l'isoforme du muscle squelettique de la créatine kinase (CK-MM ; F = 7,42 ; P = 0,01 ; Fig. 1b) mais a augmenté le nombre de neutrophiles (F = 5,27 ; P = 0,03 ; Fig. 1c). Le nombre de globules blancs (WBC ; F = 9,29 ; P < 0,01 ; Fig. 1c) et de lymphocytes (F = 10,79 ; P < 0,01 ; Fig. 1c) s'est avéré plus faible pendant la période d'obscurité, tandis que la lactate déshydrogénase ( LDH) se sont avérés plus élevés à cette heure de la journée (F = 5,37 ; P = 0,02 ; Fig. 1b).

Données de l'expérience 1 exprimées en moyenne ± SEM et résultats post hoc significatifs aux animaux évalués pendant la période quotidienne (DCt et DM) ou nocturne (NCt et NM) et soumis (DM et NM) ou non (DCt et NCt) à l'administration de mélatonine .

La figure 1a montre le contenu du muscle squelettique pIKKβ et IκBα. Les isoformes squelettiques (CK-MM, axe Y gauche) des données de créatine kinase et de lactate déshydrogénase (LDH, axe Y droit) sont illustrées à la Fig. 1b. La figure 1c montre les globules blancs (WBC, axe Y gauche), les lymphocytes (LYMP, axe Y gauche) et les neutrophiles (NEUTR, axe Y droit) résultant des effets de la mélatonine et de l'heure de la journée. (a) P < 0,05 par rapport à DCt pour la même variable.

L'influence de la mélatonine et les effets de l'heure de la journée sur le stress oxydatif, l'état métabolique et physiologique des marqueurs sériques sont présentés dans le tableau 1. Des changements ont été observés dans des paramètres spécifiques, soulignant que la mélatonine exogène a diminué la créatinine (CREAT) et l'URÉE, tandis que la superoxyde dismutase ( SOD), la catalase (CAT), l'albumine (ALB), le cholestérol (CHOL) et l'URÉE se sont avérés plus élevés pendant la période d'éveil (obscurité) de chaque rat.

L'expérience 2 a analysé l'heure de la journée et les effets de l'exercice sur des animaux non exposés à la mélatonine exogène. L'exercice a diminué le contenu musculaire pIKKβ (F = 5, 60, P = 0, 04; Fig. 2a); cependant, aucune différence significative n'a été trouvée entre les groupes. Aucun effet de l'heure de la journée sur le contenu musculaire pIKKβ n'a été trouvé (F = 0, 96, P = 0, 35; Fig. 2a).

Moyenne ± SEM et résultats post-Hoc aux animaux évalués pendant la période quotidienne (DCt et DEx) ou nocturne (NCt et NEx) et soumis (DEx et NEx) ou non (DCt et NCt) à l'exercice exhaustif à l'intensité du seuil anaérobie.

La figure 2a montre le contenu du muscle squelettique pIKKβ et IκBα. Les isoformes squelettiques (CK-MM, axe Y gauche) des données de créatine kinase et de lactate déshydrogénase (LDH, axe Y droit) sont illustrées sur la figure 2b. La figure 2c illustre le temps d'épuisement à l'intensité du seuil anaérobie accompli à des périodes diurnes ou nocturnes. La Fig. 2d montre les globules blancs (WBC, axe Y gauche), les lymphocytes (LYMP, axe Y gauche) et les neutrophiles (NEUTR, axe Y droit) résultant de l'exercice et des effets de l'heure de la journée. (a) P < 0,05 par rapport au groupe DCt pour la même variable ; (b) P < 0,05 par rapport au groupe DEx pour la même variable ; (c) P < 0,05 par rapport au groupe NCt pour la même variable.

Le contenu musculaire IκBα était diminué par tlim (F = 8,47, p = 0,01 ; Fig. 2a) et était plus élevé pendant la journée par rapport à la période nocturne (F = 10,24, P < 0,01 ; Fig. 2a), le groupe NEx ayant un contenu inférieur à tous les autres groupes (P < 0,05).

Tous les marqueurs de lésions tissulaires se sont avérés significativement augmentés après l'exercice par rapport aux rats témoins (CK-MM : F = 4,77, P = 0,03 et LDH : F = 4,58, P = 0,04 ; Fig. 2b) et pour les animaux évalués pendant la période nocturne (CK-MM : F = 4,47, P = 0,04 et LDH : F = 10,27, P < 0,01 ; Fig. 2b). Les paramètres inflammatoires systémiques (Fig. 2d) n'ont montré aucun effet de l'heure de la journée (F = 2,40 ; P = 0,12) ou de l'exercice (F = 0,02 ; P = 0,86) sur le nombre de globules blancs ; néanmoins, l'exercice a diminué le nombre de lymphocytes (F = 8,67 ; P < 0,01) et augmenté le nombre de neutrophiles (F = 25,16 ; P < 0,01), seuls les lymphocytes étant influencés par l'effet de l'heure de la journée (F = 8,02 ; P < 0,01 ; D > N).

Les données sur les effets de l'exercice ou de l'heure de la journée sur les animaux qui n'ont pas reçu de mélatonine sont présentées dans le tableau 2. Généralement, en présence d'exercice, des changements considérables et attendus ont été trouvés dans plusieurs paramètres physiologiques. L'exercice a diminué les TP, GLOB, CHOL, GLUC et UA, augmentant les concentrations sériques d'URÉE et de CREAT. Des concentrations sériques plus élevées de CHOL, UREA, AU et CAT ont été trouvées pendant la période nocturne; cependant, on a constaté que la concentration de CREAT diminuait pendant la nuit.

Cette analyse n'a inclus que les animaux exposés à la mélatonine exogène et soumis à l'exercice de nage jusqu'à épuisement à l'intensité du seuil anaérobie pendant les deux périodes circadiennes. La teneur en pIKKβ n'a pas été influencée par l'exercice (F = 1,14, P = 0,31 ; Fig. 3a) ; néanmoins, des pIKKβ plus élevés ont été trouvés dans le muscle squelettique lors des évaluations quotidiennes par rapport à la nuit (F = 5,18, p = 0,04 ; Fig. 3a). Le contenu musculaire squelettique IκBα s'est avéré plus élevé lors des évaluations quotidiennes par rapport à la nuit (F = 37, 06, P <0, 01; Fig. 3a) et l'exercice a considérablement diminué les niveaux de ces protéines inflammatoires (F = 19, 09, P <0, 01 ; figure 3a).

Résultats moyens ± SEM et post-Hoc des animaux exposés à la mélatonine et évalués en période diurne (DM et DMEx) ou nocturne (NM et NMEx) et soumis (DMEx et NMEx) ou non (DM et NM) à un exercice exhaustif à intensité du seuil anaérobie.

La figure 3a montre le contenu du muscle squelettique pIKKβ et IκBα. Les isoformes squelettiques (CK-MM, axe Y gauche) des données de créatine kinase et de lactate déshydrogénase (LDH, axe Y droit) sont illustrées sur la figure 3b. La figure 3c illustre le temps d'épuisement à l'intensité du seuil anaérobie. La Fig. 3d montre les globules blancs (WBC, axe Y gauche), les lymphocytes (LYMP, axe Y gauche) et les neutrophiles (NEUTR, axe Y droit) résultant de l'exercice et des effets de l'heure de la journée. (a) P < 0,05 par rapport au groupe DM pour la même variable ; (b) P < 0,05 par rapport au groupe DMEx pour la même variable ; (c) P < 0,05 par rapport au groupe NM pour la même variable.

L'exercice a conduit à des augmentations significatives des marqueurs de lésions tissulaires par rapport aux animaux témoins (CK-MM : F = 41,41, P < 0,01 et LDH : F = 24,41, P < 0,01 ; Fig. 3b), les résultats les plus élevés de ces paramètres étant retrouvé également la nuit par rapport à la période diurne (CK-MM : F = 24,48, P < 0,01 et LDH : F = 31,55, P < 0,01 ; Fig. 3b). Le nombre de globules blancs (Fig. 3d) n'a pas été influencé par l'heure de la journée (F = 2,22 ; P = 0,14) ou les effets de l'exercice (F = 2,88 ; P = 0,09), mais les lymphocytes (Fig. 3d) se sont avérés plus élevés dans la période de lumière du jour (F = 9,44 ; P < 0,01) et les neutrophiles (Fig. 3d) ont été significativement augmentés par l'effet de l'exercice (F = 40,87 ; P < 0,01).

Des données supplémentaires sur les variables sériques physiologiques et métaboliques chez les animaux soumis à la mélatonine exogène, l'heure de la journée et les effets de l'exercice sont présentées dans le tableau 3. La mélatonine a conduit à des performances nettement plus élevées pendant la période nocturne (Fig. 3c), entraînant des différences dans le groupe exercé qui a reçu de la mélatonine pendant la période nocturne (NMEx) par rapport aux autres groupes. L'exercice a augmenté les concentrations sériques d'ALB, d'URÉE, de CREAT et d'UA et a diminué la TP, le CHOL, le GLUC et le GSH. Des concentrations sériques plus élevées pour l'ALB, le CHOL, l'URÉE, l'UA et le CAT ont été trouvées pendant la période nocturne.

De plus, lorsque les quatre groupes d'exercice (DEx, DMEx, NEx et NMEx ; Fig. 4a) ont été analysés, il a été constaté que l'administration de mélatonine augmentait significativement le temps d'épuisement au seuil anaérobie (tlim ; F = 9,25 ; P < 0,01) . Le tlim s'est avéré plus élevé pendant la période nocturne (F = 14,07 ; P < 0,01). Les animaux NMEx ont montré le tlim le plus élevé (P <0, 01; Fig. 4a).

Moyenne ± SEM et résultats post-Hoc du temps jusqu'à l'épuisement à l'intensité du seuil anaérobie (tlim ; Fig. 4a), de la concentration sérique de la lactate déshydrogénase (LDH ; Fig. 4b) et de l'isoforme de la créatine kinase du muscle squelettique (CK-MM ; Fig. 4c) aux groupes d'exercices évalués pendant la période quotidienne (DEx avec placebo et DMEx sous effet mélatonine) ou nocturne (NEx avec placebo et NMEx sous effet mélatonine).

(a) P < 0,05 par rapport au groupe DMEx pour la même variable ; (b) P < 0,05 par rapport au groupe NEx pour la même variable.

La mélatonine exogène a augmenté la CK-MM (F = 9,43 ; P <0,01 ; Fig. 4c) et la LDH (F = 5,26 ; P = 0,02 ; Fig. 4b). Les animaux exercés évalués pendant la période nocturne ont également montré une CK-MM plus élevée (F = 27,26 ; P <0,01 ; Fig. 4c) et LDH (F = 42,23 ; P <0,01 ; Fig. 4b) par rapport aux animaux exercés évalués pendant la journée. (DEx et DME).

Les taux de lactate sanguin au repos ([lac]repos) correspondaient à 0,93 ± 0,06, 1,29 ± 0,09, 1,47 ± 0,04 et 2,02 ± 0,18 mM dans les groupes DEx, DMEx, NEx et NMEx, respectivement. La concentration de lactate sanguin immédiatement après l'exercice exhaustif ([lac]post) correspondait à 7,01 ± 0,50, 6,75 ± 0,34, 6,93 ± 0,47 et 6,28 ± 0,61 mM pour les groupes DEx, DMEx, NEx et NMEx, respectivement. La mélatonine a augmenté [lac]repos (F = 17,32 ; P < 0,01) et cette variable s'est avérée plus élevée pendant la nuit par rapport aux évaluations diurnes (F = 33,28 ; P < 0,01). Au repos, la concentration sanguine de lactate de DEx était la plus faible (P < 0,05) et NMEx était la plus élevée (P < 0,05). Cependant, la concentration de lactate dans le sang après l'exercice ([lac]post) n'a pas été influencée par les effets de la mélatonine (F = 0,80 ; P = 0,37) ou de l'heure de la journée (F = 0,29 ; P = 0,59), ce qui n'a entraîné aucune différence entre les groupes ( P > 0,05).

Les principaux résultats de cette étude étaient que la mélatonine a un effet ergogénique significatif sur l'exercice proposé ; cependant, cela n'a empêché ni l'inflammation ni les lésions tissulaires résultant d'un exercice intense. Par conséquent, l'hypothèse initiale n'a été que partiellement acceptée, puisqu'un effet préventif de la mélatonine chez les animaux exercés n'a pas été trouvé, probablement en raison de son effet ergogénique massif et des caractéristiques de l'exercice proposé. Comme indiqué dans la section d'introduction, il est bien documenté que l'intensité et la durée de l'exercice influencent un nombre considérable de variables physiologiques. Une telle affirmation a été appliquée dans notre expérience, puisque le tlim conduit à des modulations dans presque tous les paramètres étudiés et semble se confirmer avec des temps d'épuisement plus longs (tableaux 2 et 3).

Afin d'étudier l'effet de l'exercice sur l'inflammation locale, nous avons quantifié les protéines identifiées comme les contrôleurs principaux de l'inflammation24, IKK et IκB, responsables de l'activité du facteur de transcription κB (NFκB). Le NF-κB est un régulateur clé de plusieurs systèmes biologiques et est associé à la liaison de la physiologie à la pathologie lorsqu'il est suractivé, sa voie moléculaire étant considérée comme le principal mécanisme de rétroaction inflammatoire dans le corps25. L'activation de NF-κB dépend de sa translocation vers le noyau cellulaire, où il agit de manière pléiotrope, influençant un grand nombre de gènes25. Au cours de la phase de repos, NF-κB est séquestré dans le cytosol ambiant par les inhibiteurs de κB (IκB)26, la principale protéine inflammatoire détectée dans le muscle squelettique des rats adultes27. Ainsi, une teneur élevée en IκB est interprétée comme un paramètre anti-inflammatoire28. Des stimuli tels qu'une concentration élevée de calcium cytosolique29 et des cytokines25,30 favorisent la phosphorylation de la kinase IκB (pIKK), qui est responsable de la déconnexion de IκBα de NF-κB, déclenchant sa translocation nucléaire et par conséquent augmentant l'inflammation30. De cette manière, les molécules IκBα déconnectées souffrent d'ubiquitination et par conséquent un niveau réduit de cette protéine est trouvé. La phosphorylation d'IKK et d'IκB est augmentée par l'exercice dans le muscle squelettique du rat adulte, ce qui conduit invariablement à une activité locale de NF-κB27 et à une activation de la rétroaction inflammatoire31.

Chez les animaux non soumis à l'exercice (expérience 1), la mélatonine n'a pas modulé les paramètres inflammatoires locaux ou systémiques (pIKKβ, IκBα, WBC et Lymp), mais a diminué le marqueur de lésion du tissu musculaire squelettique (CK-MM, Fig. 2b), la créatinine et l'urée (Tableau 1), présentant les caractéristiques de protection décrites dans la littérature7,8,11. Cependant, la principale contribution de notre étude réside dans les résultats intéressants concernant les marqueurs inflammatoires et de lésions tissulaires chez les animaux exercés jusqu'à épuisement pendant les périodes de lumière et d'obscurité après une exposition à la mélatonine par rapport aux animaux témoins.

Bien que l'effet ergogénique d'une dose unique de mélatonine juste avant un exercice aigu reste controversé dans la littérature8,32, notre étude a trouvé des performances significativement améliorées chez les animaux ayant reçu cette hormone (Fig. 2). Comme décrit, la mélatonine présente une fonction anti-inflammatoire et des effets anti-dommages musculaires7,8,11 et les performances pourraient être altérées par l'inflammation et les lésions tissulaires14,15,16. Cependant, nos résultats réfutent de telles affirmations dans le contexte d'un exercice aérobie exhaustif puisque l'inflammation systémique et les lésions tissulaires favorisées chez les animaux exercés dans l'expérience 3 (tous ont reçu de la mélatonine) étaient apparemment plus élevées que chez les animaux de l'expérience 2 (pas de mélatonine). Cette divergence apparente dans le profil inflammatoire chez les animaux traités à la mélatonine pourrait être associée aux différents protocoles d'exercice utilisés dans d'autres études. De plus, nous avons observé que le CK-MM a augmenté de 151,6 % dans le groupe NEx par rapport au groupe NCt, mais ce résultat dans le groupe NMEx était de 324,05 % supérieur à celui du groupe NM. Le nombre de neutrophiles, un marqueur d'inflammation aiguë induite par l'exercice, a augmenté de 90,68 % dans le groupe NEx vs NCt, mais était de 180,29 % plus élevé dans le groupe NMEx par rapport au groupe NM. Parce que les rats NMEx ont nagé 126 minutes (155,84%) de plus que le groupe NEx à la même intensité en raison de l'effet ergogène massif de la mélatonine, il est clair pourquoi une inflammation et des lésions tissulaires plus élevées ont été trouvées chez les animaux qui ont nagé plus longtemps. Par conséquent, nous avons introduit cet effet paradoxal de la mélatonine sur des rats nageurs adultes exercés jusqu'à épuisement à une intensité seuil anaérobie. La mélatonine a amélioré les performances mais aussi l'inflammation et les dommages aux tissus musculaires squelettiques. Bien que notre hypothèse initiale soit partiellement niée, des niveaux élevés d'inflammation et de lésions tissulaires sont également observés chez les athlètes de marathon et d'ultramarathon et la relation entre la performance et les lésions tissulaires et l'inflammation reste à l'étude33,34.

En général, en interprétant tous les marqueurs physiologiques, métaboliques, oxydatifs, inflammatoires et de dommages tissulaires évalués dans notre étude, la durée de l'exercice a été augmentée par l'effet de la mélatonine et a entraîné davantage d'altérations. Nos résultats suggèrent que l'effet ergogénique de la mélatonine est significativement plus fort que son effet protecteur par rapport à l'exercice au seuil anaérobie effectué jusqu'à épuisement, en prenant la durée de l'exercice comme responsable du masquage de l'effet protecteur de la mélatonine. Les études futures devraient reproduire ce plan d'expérience mais en utilisant des limites sur la durée de l'exercice afin d'obtenir une enquête sur l'effet protecteur de la mélatonine, mieux comprendre le mécanisme de l'effet ergogénique de la mélatonine et son rôle en tant qu'anti-inflammatoire, antioxydant et prévention des lésions tissulaires. agent dans les exercices aérobiques de longue durée.

Des rats mâles Wistar ont été logés dans des cages en polyéthylène avec libre accès à l'eau et à la nourriture des rongeurs, sous un cycle lumière/obscurité de 12 h (lumières allumées à 06 h 00), température de 22 ± 2 °C, humidité relative maintenue à 45–55 % et bruit inférieur à 85 décibels. Une lampe de 100 W a été utilisée pendant la période d'éclairage (lumière blanche douce Phillips® ; 2700 K ; 565–590 nm ; 60 lux). Nous avons mené l'expérience conformément aux lois internationales en vigueur. L'étude a été approuvée par le Comité d'éthique institutionnel sur l'utilisation des animaux dans le cadre du processus 2502-1.

À l'âge de 45 jours, les rats ont été logés en groupes pour des évaluations diurnes (D) ou nocturnes (N). Les heures spécifiques de la journée pour commencer les procédures ont été commencées à 12h00 et 20h00 pour D et N, respectivement, conformément aux niveaux d'activité les plus bas et les plus élevés des rats entraînés nocturnes35,36. L'éclairage de l'environnement a été réglé selon ailleurs37, en utilisant la lumière blanche décrite ci-dessous pendant toute la période diurne et une lumière rouge (15 lux, > 600 nm) uniquement pendant les procédures pendant la période nocturne, afin d'éviter les influences lumineuses sur la physiologie. sécrétion de mélatonine38.

Les animaux ont été exposés à deux semaines d'environnement aquatique et d'adaptation à la nage. La procédure a été réalisée dans un ergomètre de nage individuel (réservoir cylindrique en PVC de 30 cm de diamètre et 100 cm de profondeur, contenant de l'eau propre à 31 ± 1 °C). Puis, à 90 jours d'âge, tous les animaux ont été soumis à un test d'effort de nage incrémental (IT) pour déterminer l'intensité correspondant au seuil anaérobie (iLAn). L'IT consiste à effectuer des charges incrémentales proportionnelles dans le temps afin d'identifier les augmentations disproportionnées du taux de lactate sanguin à un instant donné39. Ainsi, les animaux ont été soumis à des paliers de 5 minutes avec des surcharges de 3, 3,5, 4, 4,5, 5, 5,5, 6 et 6,5 % de la masse corporelle (%bm), comme décrit ailleurs40. Après chaque étape, des échantillons de sang ont été prélevés de la partie distale de la queue de chaque rat pour déterminer la concentration en lactate. L'intensité de l'exercice par rapport à la concentration de lactate sanguin a été tracée graphiquement et une modification des augmentations proportionnelles de la concentration de lactate sanguin a été identifiée par inspection visuelle, comme décrit ailleurs41. Ensuite, deux régressions linéaires ont été construites suivant ce point de rupture et l'intersection de ces régressions linéaires interpolées à l'axe des abscisses a été utilisée pour définir l'intensité correspondant au seuil anaérobie39. L'interpolation à la ligne y correspondait à la concentration de lactate sanguin à iLAn ([lac]iLAn).

Deux jours après l'IT, les rats ont reçu une injection intrapéritonéale de mélatonine et après 30 minutes ont été soumis à un exercice de nage à iLAn jusqu'à épuisement (tlim). La mélatonine (Sigma Aldrich ©, C13H16N2O2, >98%) a été dissoute dans de l'éthanol (< 0,1%) et diluée dans une solution saline (NaCl 0,9%) pour une administration à 10 mg.Kg−1 42. Les animaux témoins pour la mélatonine ont reçu le même volume de véhicule (NaCl 0,9%) et les animaux témoins pour l'exercice sont restés au repos. Les rats témoins ont été euthanasiés au même moment de la journée par rapport aux animaux expérimentaux. Des échantillons de sang ont été prélevés avant et après tlim pour déterminer la concentration de lactate. Le tlim a été utilisé comme paramètre de performance à l'exercice.

En résumé, les animaux ont été divisés au hasard en huit groupes avec 15 animaux par groupe : Le groupe DCt (manipulation et évaluations quotidiennes, solution véhicule, sans exercice) ; le groupe DEx (solution véhicule, exercé); le groupe DM (mélatonine, non exercé) et le groupe DMEx (mélatonine, exercé). Les animaux évalués pendant la période nocturne ont suivi le même schéma, en utilisant N au lieu de D pour les acronymes initiaux (NCt, NEx, NM et NMEx). La conception expérimentale est illustrée à la Fig. 5.

Résumé schématique de la conception de l'étude.

A l'âge de 45 jours (45 jours), les animaux ont été répartis au hasard pour des évaluations diurnes ou nocturnes. À l'âge de 76 jours (76j), les adaptations à l'environnement aquatique et aux exercices de natation ont commencé. Le test incrémental a été réalisé en période diurne ou nocturne selon les groupes à l'âge de 90 jours (90j). À l'âge de 92 jours (92j), i) les animaux ont été exposés à une administration de véhicule (Pl) ou de mélatonine (M) et ii) ont été soumis à l'exercice aérobie exhaustif (Exercis) ou sont restés au repos (Contrôle). DCt : manutentions et bilans quotidiens, solution véhicule, non exercé ; DEx : solution véhicule, exercé ; DM : mélatonine, non exercé ; et DMEx : mélatonine, exercice. Les animaux évalués pendant la période nocturne ont suivi le même schéma, en utilisant N au lieu de D pour les acronymes initiaux : NCt, NEx, NM et NMEx.

Respectant une heure après tlim, les animaux ont été exposés au CO2 avant d'être euthanasiés par thoracotomie et une extraction de sang a été immédiatement réalisée par ponction cardiaque. Les échantillons de sang ont été divisés en deux aliquotes : i) immédiatement transférés dans des tubes en polyéthylène contenant du k3EDTA (FL Medical, Torreglia, PD, Italie) et ii) transférés dans des tubes en verre vides, laissés au repos pendant 15 minutes puis centrifugés 20 minutes à 3000 rpm pour retirer le sérum, qui a été stocké à -80 ° C pour une analyse plus approfondie. Les échantillons de k3EDTA ont été mélangés doucement par inversion afin d'éviter l'hémolyse et la coagulation. Le muscle soléaire oxydatif du muscle squelettique a été extrait et immédiatement transféré dans de l'azote liquide pour une analyse Western Blot ultérieure. L'extraction et le stockage de tout le matériel biologique ont été réalisés en moins de 10 minutes pour chaque animal.

Les paramètres hématologiques ont été analysés par des tests hémochromocytométriques effectués sur le système XS-1000 pour le nombre de sang blanc (leucocytes ; WBC), de lymphocytes (Lymp) et de neutrophiles (Neutr).

Afin de déterminer la concentration en lactate sanguin pendant l'IT, avant et après tlim, les échantillons de sang (25 μL) ont été prélevés de la queue distale de chaque rat à l'aide de capillaires en verre micro-hépariné. Le sang a été immédiatement transféré dans des tubes en plastique de 1,5 mL contenant 400 μL d'acide trichloroacétique [4 %]. Les échantillons de plasma traités ont été analysés par une méthode enzymatique et lus par spectrophotométrie à 340 nm. La concentration de lactate sanguin a été déterminée en analysant les échantillons par rapport à une courbe d'étalonnage qui a été construite en utilisant cinq concentrations de lactate connues, de 1 à 15 mM.

Les sérums ont été stockés dans plusieurs aliquotes pour éviter les dégels indésirables et ont été utilisés pour déterminer la catalase (CAT), la superoxyde dismutase (SOD) et le glutathion total (GSH) à l'aide des tests Cayman Chemical Company-USA. L'acide urique (UA), le glucose (GLUC), les protéines totales (TP), la globuline (GLOB), le cholestérol total (CHOL), l'urée, la créatinine (CREAT), l'albumine (ALB) et la lactate déshydrogénase (LDH) ont été évalués à l'aide de InVitro Diagnóstica Essais Ltda-Brésil. L'isoforme de la créatine-kinase du muscle squelettique (CK-MM) a été mesurée à l'aide des tests Larorclin Ltda-Brazil. Toutes ces procédures ont été effectuées conformément aux directives du fabricant.

Les échantillons de soléaire ont été homogénéisés dans un tampon RIPA glacé (AMRESCO, OH, USA) avec des inhibiteurs de protéines (100 mmol/L de fluorure de sodium, 10 mmol/L de vanadate de sodium, 2 mmol/L de fluorure de phénylméthylsulfonyle et 0,01 mg d'aprotinine) en utilisant un générateur polytron PTA 20S opéré à vitesse maximale pendant 30 s et clarifié par centrifugation. Les concentrations de protéines ont été analysées à l'aide du kit BCA (Thermo, NY, USA). Une aliquote de 100 μg a été utilisée pour effectuer une analyse Western Blot comme décrit par Pauli, Ropelle43. Les anticorps pIKK (Ser176; lapin anti-pIKKβ; 1:1000) et IκBα (C-21; lapin anti-IκBα; 1:1000) ont été obtenus auprès de Santa Cruz Biotechnology (Santa Cruz, CA, USA) et l'α-tubuline ( anti-α-tubuline de souris ; 1:1000) de Novus Biological (NOVUS, CO, USA). L'analyse quantitative des transferts a été effectuée à l'aide du logiciel Photoshop (ADOBE, USA).

Les données sont décrites comme la moyenne ± erreur standard de la moyenne (SEM). Étant donné qu'aucune intervention autre que l'heure de la journée n'a été effectuée jusqu'à l'évaluation iLAn (D vs N), iLAn et [lac]iLAn ont été analysés par le test t pour des échantillons indépendants en utilisant les données regroupées de tous les animaux évalués au cours de la journée (DCt, DM, DEx et DMEx) par rapport à la période de nuit (NCt, NM, NEx et NMEx). D'autres données ont été analysées pour les effets de l'heure de la journée [jour (D) et nuit (N)], de l'exercice [exercice (Ex) et contrôle (C)] et/ou de la mélatonine [mélatonine (M) et placebo (Pl)] . Dans l'expérience 1, les données du transfert Western, les paramètres sanguins et sériques des groupes DCt, DM, NCt et NM ont été traitées par une analyse de variance à deux voies pour tester la mélatonine et les effets de l'heure de la journée. Les groupes DCt, DEx, NCt et NEx ont été utilisés pour tester les effets de l'exercice et de l'heure de la journée dans l'expérience 2 par une analyse de variance bidirectionnelle, tandis que l'expérience 3 a utilisé les groupes DM, DMEx, NM et NMEx pour tester l'exercice et l'heure de la journée. chez des animaux sous l'effet de la mélatonine en utilisant également une analyse de variance à deux facteurs. Les tlim pour les expériences 2 et 3 ont été comparées à l'aide du test t pour des échantillons indépendants (DEx vs NEx et DMEx vs NMEx, respectivement). Des analyses supplémentaires ont été effectuées pour tous les groupes d'exercices (DEx, NEx, DMEx et NMEx) afin de comparer la concentration de lactate sanguin tlim, au repos ([lac]repos) et immédiatement après tlim grâce à une analyse de variance sur les effets principaux pour la mélatonine et pour le temps. du jour. Le test post-hoc de Newmann-Keuls a été utilisé le cas échéant. Le critère de significativité était de 5 %. Toutes les procédures statistiques ont été réalisées à l'aide de MatLab® 7.0 (MathWorks™).

Comment citer cet article : Beck, WR et al. La mélatonine a un effet ergogène mais n'empêche pas l'inflammation et les dommages lors d'un exercice intense. Sci. Rep. 5, 18065; doi : 10.1038/srep18065 (2015).

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Les auteurs remercient la FAPESP (n° 2009/08535-5 ; n° 2011/13226-1 ; n° 2012/20501-1) et le CNPq (n° 305650/2009-2) pour leur soutien financier.

Laboratoire de physiologie appliquée du sport, École des sciences appliquées, Département des sciences du sport, Université de Campinas, Rue Pedro Zaccaria, 1.300, Jardim Santa Luíza, Limeira–São Paulo, Code postal 13484-350

Wladimir Rafael Beck & Claudio Alexandre Gobatto

Laboratoire de biologie moléculaire de l'exercice, École des sciences appliquées, Département des sciences du sport, Université de Campinas, Rue Pedro Zaccaria, 1.300, Jardim Santa Luíza, Limeira–São Paulo, Code postal 13484-350

José Diego Botezelli, José Rodrigo Pauli et Edward Rochete Ropelle

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WRB : Concept/design, acquisition des données, analyse et interprétation des données et rédaction du manuscrit ; JDB : analyse et interprétation des données et rédaction du manuscrit ; JRP : Révision critique et approbation de l'article ; Eduardo Rochete Ropelle : Révision critique et approbation de l'article ; CAG : Concept/design, analyse et interprétation des données, révision critique et approbation de l'article.

Les auteurs déclarent une absence d'intérêts financiers en compétition.

Ce travail est sous licence internationale Creative Commons Attribution 4.0. Les images ou tout autre matériel tiers dans cet article sont inclus dans la licence Creative Commons de l'article, sauf indication contraire dans la ligne de crédit ; si le matériel n'est pas inclus dans la licence Creative Commons, les utilisateurs devront obtenir l'autorisation du titulaire de la licence pour reproduire le matériel. Pour voir une copie de cette licence, visitez http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/

Réimpressions et autorisations

Beck, W., Botezelli, J., Pauli, J. et al. La mélatonine a un effet ergogène mais n'empêche pas l'inflammation et les dommages lors d'un exercice intense. Sci Rep 5, 18065 (2015). https://doi.org/10.1038/srep18065

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Reçu : 30 juin 2015

Accepté : 04 novembre 2015

Publié: 16 décembre 2015

DOI : https://doi.org/10.1038/srep18065

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