Les bénéfices de l’activité physique sur le cerveau et les fonctions cognitives

brain health simpson's English version here

Il nous est constamment rappelé à qu’elle point l’exercice physique influence positivement notre physiologie et notre esthétique, et à quel point il est important de rester actif physiquement tout au long de notre vie pour vieillir le mieux possible. Et bien que ces considérations aient une réelle valeur, je pense qu’elles sont un peu limitées.

En effet, grâce au progrès constant de la science, nous réalisons de plus en plus que notre corps est un système intégral, et qu’aucune action ou influence imposée sur notre corps (comprenez « corps » comme un organisme entier, pas juste comme une enveloppe mécanique de chair et d’os) qu’elle soit interne ou externe ne peut être observée d’un point de vue isolé et restreint, et que pour qu’une réaction à un stimulus précis se passe, le mécanisme humain en entier est mis en mouvement d’une manière holistique.

Laissez-moi illustrer ceci avec un exemple directement lié au sport et à la santé :

Si Jean veut de plus gros biceps (athlètes et enthousiastes de sports d’endurance, soyez indulgents et continuez de lire, cela vous concerne aussi) il va se rendre à la salle de musculation, et suivre un programme qui va se concentrer sur la stimulation des biceps et devrait logiquement obtenir des gros bras. Mais la réalité de se qui se passe ne se limite pas au biceps brachial de Jean. Une multitude de réactions hormonales, nerveuses et musculaires, conscientes et inconscientes devront se passer pour que les biceps puissent être stimulés et plus tard, si l’environnement anabolique requis est présent, croître.

Cette introduction est un peu longuette, mais à mon avis nécessaire : peu importe notre but ou notre spécialité dans la vie, même si ceux-ci sont de nature plus intellectuelle, l’on devrait TOUJOURS considérer notre corps comme un système complexe et interdépendant et comment cela affecte nos performances quotidiennes.

Pour supporter ce point essentiel et fournir de la substance à mes allégations, je vais vous parler d’un fait qui vous est peut-être inconnu : l’activité physique peut améliore les fonctions cognitives, l’orientation et l’état émotionnel général d’un individu.

Le premier fait important à connaître pour bien comprendre cela, est qu’une seule et même partie du cerveau est principalement responsable pour ces trois fonctions essentiels : l’hippocampe.

L’hippocampe est une petite partie de notre cerveau, située dans le lobe temporal, qui a la propriété très intéressante d’être une des deux seules parties du cerveau dans laquelle la création de nouvelles neurones est possible après la naissance, durant toute notre vie. Ceci pour nous permettre d’apprendre continuellement, de s’orienter, ainsi que d’avoir un équilibre émotionnel.

Un fait intéressant qui illustre bien l’importance de l’hippocampe est qu’il est la première partie du cerveau à souffrir de la maladie d’Alzheimer ou d’autre types de démence.

L'hippocampe est la partie bleue en forme de fer à cheval

L’hippocampe est la partie bleue en forme de fer à cheval

Les deux processus directement lié à l’exercice qui mène à une meilleure santé cérébrale sont la neurogenèse (création de nouveaux neurones) et l’angiogenèse (création de nouveaux vaisseaux sanguins). En effet, un plus grand nombre de neurones améliore le potentiel cognitif et la survie des neurones en général et une meilleure vascularisation du cerveau augment le volume sanguin cérébral et assure un meilleur approvisionnement des neurones en oxygène et maximise les fonctions cérébrales.

Mais quel est le rapport exact entre l’activité physique et ces deux processus ?

Les deux facteurs de croissance principaux responsables dans ce cas sont IGF-1 (insuline like growth factor one (en anglais dans letexte)) et BDNF (Brain derived neurotrophic factor (en anglais dans le texte)).

IGF-1 est une hormone polypeptidique, semblable à l’insuline dans sa structure moléculaire, qui est produite par le foie et est responsable de divers mécanismes de croissance.

BDNF est une protéine synthétisée dans le cerveau, qui est responsable de la plasticité synaptique et de la survie des neurones.

Parlons brièvement du BDNF : tout d’abord IGF-1 et BDNF sont reliés car la présence d’IGF-1 dans le cerveau stimule la production de BDNF. Comme mentionné précédemment, BDNF est responsable de la plasticité synaptique.

Et cette particularité mérite toute notre attention. En effet, la plasticité synaptique est l’augmentation ou variation de la force du signal nerveux entre deux neurones. Il a aussi été démontré que BDNF a des effets antidépressifs, probablement de par sa stimulation de la taille et de l’activité de l’hippocampe.

Mais IGF-1 est de loin l’acteur principal, ses bénéfices et fonctions sont multiples.

Premièrement, IGF-1 est un facteur de croissance qui stimule la création de nouveaux neurones, ainsi que la créations de nouveaux vaisseaux sanguins dans le cerveaux, en plus de favoriser la production de BDNF. Mais ses effets ne s’arrête pas là : IGF-1 favorise la décharge neurale spontanée (le processus d’envoi d’un signal nerveux (potentiel d’action pour les gens sérieux…) à travers le système nerveux ou vers une autre neurone.) ainsi que la différentiation cellulaire, qui est le processus par lequel une cellule générale (sans but ni fonction particulière) se voit assigner une tâche précise à accomplir. Je vous laisse réfléchir à quel point ce processus est crucial lorsqu’il s’agit de la mémoire et des fonctions cognitives.

Pour souligner l’importance d’IGF-1 en rapport avec la santé cérébrale et les fonctions cognitives : il a été observé que le niveau d’IGF-1 était spécialement bas chez des individus souffrant de différentes formes de démences ainsi que des individus d’âge avancé.

Maintenant que nous savons qu’IGF-1 est la clé pour améliorer notre santé cérébrale, essayons de comprendre quel rôle joue l’exercice : le premier facteur est que l’exercice augmente la perfusion d’IGF-1 dans le cerveau, ce qui est bénéfique pour la production de BDNF. Mais plus important, l’activité physique augmente la production d’IGF-1 grâce à la sécrétion d’hormone de croissance. En effet, une des principales réaction hormonale à l’exercice est la sécrétion d’hormone de croissance par la glande pituitaire (hypophyse) antérieure. L’hormone de croissance va à son tour (8 à 29 heures plus tard) stimuler la sécrétion d’IGF-1 par le foie.

Vous avez maintenant une idée précise de comment l’activité physique peut influencer les fonctions cérébrales.

D’un point de vue plus pratique et factuel, deux études très intéressantes et concluantes ont été conduites sur des sujets humains :

La première (2)  suivit trois groupes de femmes (moyenne d’âge de 75 ans) durant six mois. Le premier groupe s’entraîna de manière aérobique (marche rapide), le second de manière anaérobique (entrainement avec des poids) et le troisième (groupe de contrôle) suivit un programme léger d’étirements et de relaxation.

Les trois groupes subirent des test visant à déterminer leurs performances en mémoires spatiale (orientation) et verbale (capacité à retenir des informations) avant et après les six mois d’entraînement.

Les deux premiers groupes (ceux suivant un programme d’exercice) démontrèrent une nette amélioration dans les deux tests, alors que le troisième groupe (contrôle) n’afficha aucune différence notoire.

La deuxième étude (22) , qui à mon avis, est encore plus illustrative, suivit deux groupes de personne de genres mélangé (femmes et hommes) âgé en moyenne de 75 ans sur une période de quatre mois. Le premier groupe suivi un programme d’entraînement aérobique (marche rapide sur tapis roulant) quatre fois par semaine pour une durée hebdomadaire totale de 150 minutes. Le deuxième groupe (contrôle) suivit un léger programme d’étirements ainsi que plusieurs conférences sur divers sujets (pour prendre en compte l’impact d’activité intellectuelle).

Le but de l’étude était de définir une possible augmentation en volume sanguin cérébral (cela me rappelle quelque chose…) ainsi qu’une augmentation de connectivité neurale (interaction entre les neurones) en utilisant l’imagerie à résonance magnétique (IRM). Les images parlent d’elles-mêmes :

Moitié supérieure : groupe exercice & entraînemen Moitié inférieure : groupe contrôle

Moitié supérieure : groupe exercice & entraînemen
Moitié inférieure : groupe contrôle

Cette première image montre les parties du cerveau avec la connectivité neurale la plus intense (l’hippocampe étant l’une d’elle), et il est clairement possible de distinguer dans la portion supérieure de l’image, qui exprime un résumé des différents IRM du groupe « entrainement » ( ou « exercice training ») que la connectivité est bien plus intense que dans le groupe « contrôle » (ou « HAC », portion inférieure de l’image). Et si l’on observe la coupe latérale (en haut à gauche) on voit clairement la forme en fer à cheval de l’hippocampe se dessiner en rouge, signifiant une connectivité neurale foisonnante.

Ce tableau exprime la perfusion de l’hippocampe (apport sanguin dans l’hippocampe). Les colonnes bleues claires

Bleu : exercice & entraînement Rouge : contrôle

Bleu : exercice & entraînement
Rouge : contrôle

représentent les différents participant du groupe « entrainement » (la colonne bleue foncée représente la moyenne), et les colonnes rouges les participants du groupe « contrôle ». On peut clairement constater que l’apport sanguin dans l’hippocampe est bien plus important dans le groupe ayant suivi le programme d’entraînement.

Un autre fait intéressant, découvert lors d’étude conduite sur des rongeurs, est que l’effet de neurogenèse est durable uniquement si les nouveaux neurones sont utilisés et stimulés par un environnement enrichi (activités intellectuelles)….et cela nous ramène à mon introduction.

Donc restons actifs à la fois physiquement et intellectuellement et maximisons notre santé cérébrale !

 

 

 

Réferences :

1. Insulin-like growth factor I is required for vessel remodeling in the adult brain by C. Lopez-Lopez, D. LeRoith, and I. Torres-Aleman. Edited by Fred H. Gage, The Salk Institute for Biological Studies, San Diego, CA, and approved May 17, 2004 (received for review January 15, 2004)

2. Physical Activity Improves Verbal and Spatial Memory in Older Adults with Probable Mild Cognitive Impairment: A 6-Month Randomized Controlled Trial by Lindsay S. Nagamatsu, Alison Chan,  Jennifer C. Davis,  B. Lynn Beattie, Peter Graf, Michelle W. Voss, Devika Sharma,  and Teresa Liu-Ambrose. Received 1 November 2012; Accepted 18 January 2013. Academic Editor: Louis Bherer

3. Adult hippocampal neurogenesis and its role in Alzheimer’s disease by Yangling Mu and Fred H Gage. Mu and Gage Molecular Neurodegeneration 2011

4. Adult hippocampal neurogenesis and related neurotrophic factors by Eugene Lee & Hyeon Son 2009. Department of Biochemistry and Molecular Biology, College of Medicine, Hanyang University, Seoul 133-731, Korea

5. The effects of aerobic activity on brain structure by Adam G. Thomas, Andrea Dennis, Peter A. Bandettini, and Heidi Johansen- Berg. Edited by: David L. Wright, Texas A&M University, USA

6. Exercise: a behavioral intervention to enhance brain health and plasticity by Carl W. Cotman and Nicole C. Berchtold. RENDSin Neurosciences Vol. 25 No. 6 June 2002

7. Circulating Insulin-Like Growth Factor I Mediates Exercise-Induced Increases in the Number of New Neurons in the Adult Hippocampus by Jose  Luis Trejo, Eva Carro, and Ignacio Torres-Aleman. The Journal of Neuroscience, March 1, 2001

8. Circulating Insulin-Like Growth Factor I Mediates the Protective Effects of Physical Exercise against Brain Insults of Different Etiology and Anatomy by Eva Carro, Jose Luis Trejo, Svetlana Busiguina, and Ignacio Torres-Aleman. The Journal of Neuroscience, August 1, 2001

9. Growth hormone (GH) release during acute and chronic aerobic and resistance exercise by Wideman L., Weltman J., Hartman M. L., Veldhuis J.D. and Weltman A. 2002 : Recent Findings. Sports Medicine 32 (15): 987-1004.

10. Growth Hormone, IGF-1, and testosterone response to resistive exercise by R. R. Kraemer, J. L. Kilgore, G. R. Kraemer and V. Daniel Castracane. Official Journal of the American College of Sports Medicine

11. Insulin’s Effects on Testosterone, Growth Hormone and IGF­I Following Resistance Training Jason Dudley

12. Developmental brain research V. 134, issue 1 and 2, 2002, Anderson et al.

13. « A century of Alzheimer disease » by Goedert and Spillantini 2006

14. www.news-medical.net

15. http://www.merriam-webster.com/

16. http://biology.about.com/

17. http://neuroscience.uth.tmc.edu/

18. http://ghr.nlm.nih.gov/

19. http://www.biology-online.org/

20. http://neolabs-solutions.com/

21. http://www.moleculardevices.com/

22. “Using network science to evaluate exercise-associated brain changes in older adults”, Burdette et al.

23. Brain-Derived Neurotrophic Factor Produces Antidepressant. Effects in Behavioral Models of Depression by Yukihiko Shirayama, Andrew C.-H. Chen, Shin Nakagawa, David S. Russell, and Ronald S. Duman. The Journal of Neuroscience, April 15, 2002, 22(8):3251–3261

Advertisements

2 thoughts on “Les bénéfices de l’activité physique sur le cerveau et les fonctions cognitives

  1. Pingback: The benefits of physical activity on brain health and cognitive functions | EveryDayLife Performance

  2. Pingback: La Jonglerie à Trois Balles | Vivi's Oasis

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out /  Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out /  Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out /  Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out /  Change )

Connecting to %s