Abstract :
[fr] Les processus physiologiques qui régulent la gestion des substrats énergétiques chez les athlètes de différentes espèces (homme, cheval et chien) représentent le fil conducteur de ce manuscrit. La typologie des fibres musculaires, leur distribution, le contenu de substrat énergétique dans le muscle et le choix de la source énergétique en fonction de l’exercice et de l’entrainement et de l’exercice varient d’une espèce à l’autre. Par exemple, les chevaux, comparés au chien et à l’homme, semblent être plus dépendants du glycogène musculaire pendant l’effort, probablement dû à une composition différente des fibres musculaires. D’un autre côté, les chiens de traineau d’Alaska développent une stratégie métabolique particulière lors d’un exercice prolongé, qui ne le rend pas moins dépendant des hydrates de carbone et du glucose que les deux autres espèces.
Le glycogène représente la forme principale de stockage des hydrates de carbone dans le muscle squelettique et dans le foie mais il est également présent, en quantité moins significative, dans d’autres tissus. Les troubles du stockage et du métabolisme du glycogène, appelés aussi glycogénoses, sont décrits chez l’homme, le cheval et le chien, avec des présentations cliniques et causes subjacentes différentes. La Myopathie à Stockage de Polysaccharides (PSSM) représente un modèle animal unique de dysfonction du métabolisme du glycogène musculaire, étant caractérisée par une accumulation de glycogène anormal dans les fibres musculaires, un métabolisme oxydatif déficitaire, une augmentation de la sensibilité à l’insuline, et une assimilation du glucose pendant l’effort. Cependant, le lien entre la mutation génétique qui cause cette maladie et les symptômes cliniques est encore obscur.
Des nouvelles technologies, tests fonctionnels et biomarqueurs, sont constamment recherchés dans le domaine de la physiologie de l’effort pour faciliter la compréhension et la discrimination des mécanismes physiologiques et pathologiques, dans le but ultime d’améliorer le bien-être et la performance.
Le but de notre recherche était d’utiliser deux outils différents, d’une part, la respirométrie à haute résolution (HRR) pour évaluer la fonction mitochondriale, et d’autre part, le dosage des acylcarnitines dans le sérum ou plasma chez les chevaux souffrant de PSSM comparés aux chevaux sains, et chez les chiens de traineaux pendant un exercice sous-maximal de plusieurs jours. Nous présumions que ce type d’approche puisse nous fournir des informations utiles concernant la gestion des substrats énergétiques chez les deux espèces et dans les deux types de conditions.
Dans notre première étude, nous avons détecté une déficience bioénergétique significative au niveau des mitochondries des chevaux atteints de PSSM de type-1, suggérant que la dysfonction mitochondriale pourrait participer à l’apparition des symptômes cliniques de la maladie et aider à la compréhension de sa pathophysiologie.Dans notre deuxième étude, nous avons observé que l’effort sous-maximal aérobie affecte la cinétique des acylcarnitines d’une manière qui semble spécifique selon la longueur de leur chaine et selon le groupe de chevaux considérés, soit les chevaux PSSM ou les contrôles. Nous suggérons que les profils acylcarnitines interprétés à la lumière du statut métabolique du sujet seraient un indicateur des différentes capacités oxydatives. De plus, les profils des acylcarnitines au repos et leur cinétique à l’effort chez les chevaux PSSM pourraient être des biomarqueurs de stress et surcharge mitochondriale.
Notre troisième étude portait sur le dosage des profils des acylcarnitines lors d’un exercice sous-maximal de plusieurs jours chez les chiens de traineau d’Alaska, donc dans un contexte physiologique. Un exercice d’endurance a influencé les profiles des acylcarnitines d’une manière spécifique selon la longueur du profil considéré. Cette étude représente à notre avis une partie du puzzle de la recherche scientifique sur le métabolisme à l’exercice de ces athlètes très résistants à la fatigue. Grâce à notre étude, nous avons mis en évidence que le métabolisme à l’effort de ces animaux est particulièrement flexible d’un point de vue métabolique, qu’il dépend du glucose plus que des lipides, et que le foie y joue un rôle central.
[en] The physiological processes regulating energy substrate management in different athletic species (humans, horses, and dogs) represent the principal topic of this manuscript. Muscle fiber types and distribution, energy substrate content in muscle and fuel selection shift in function of exercise and training, and vary from one species to the other. For instance, horses, compared to dogs and humans, seem to be more dependent on muscle glycogen during exercise, probably due to a different muscle composition. On the other hand, Alaskan sled dogs develop a particular metabolic strategy during prolonged exercise, rendering them at least as dependent on carbohydrates and glucose as the other two species.
Glycogen represents the major carbohydrate storage form in skeletal muscle and liver although being also present, in less significant amounts, in other tissues. Disturbances of glycogen storage and metabolism, also called glycogenoses, are described in humans, horses and dogs, with different clinical presentations and underlying causes. Polysaccharide Storage Myopathy (PSSM) represents a unique animal model of impaired muscle glycogen metabolism, characterized by abnormal glycogen accumulation in myofibers, impaired oxidative metabolism, enhanced insulin sensitivity and glucose uptake during exercise. Nonetheless, the link between the genetic mutation causing this disease and clinical signs of rhabdomyolysis is still blurry.
New technologies, functional tests and biomarkers are constantly sought in the field of exercise physiology to help the comprehension and discrimination of physiologic and pathologic processes, with the ultimate goal to improve health and predict performance.
The aim of our research was to employ two different tools, represented by high-resolution respirometry (HRR), to assess mitochondrial function, and by the dosage of serum/plasma acylcarnitines in horses affected by PSSM compared to healthy controls, and in Alaskan sled dogs during submaximal multiday exercise. We assumed that these approaches would provide valuable information on energy substrate management in both types of conditions and species.
In our first study, we detected significant bioenergetical impairment in mitochondria of type-1 PSSM-affected horses, suggesting that mitochondrial dysfunction can participate to the genesis of clinical symptoms of this disease and help to better understand its pathophysiology.
In our second study, we observed that submaximal aerobic exercise affects acylcarnitine kinetics in a manner that seems chain-specific depending on the group of horses that is considered, either PSSM-affected horses or controls. We suggest that acylcarnitine profiles interpreted in the light of the metabolic status of the subject could be an indicator of different oxidizing capacities.Moreover, acylcarnitine resting values and kinetics with exercise in PSSM horses could be biomarkers of mitochondrial stress and overload.
Our third study was focused on the assessment of plasma acylcarnitine profiles during submaximal multiday exercise in Alaskan sled dogs, thus in a physiologic condition. Endurance exercise impacted acylcarnitine profiles in sled dogs in a chain-length dependent manner. Our research represents in our opinion a piece fitting in a larger puzzle of scientific investigation on exercise metabolism of these highly fatigue-resistant athletes. With this study, we further highlight the extremely metabolically flexible, glucose- more than fat-dependent and likely liver-centric exercise metabolism of these animals.
