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Existe-t-il un lien entre matière grise et forme cardio-respiratoire ?

par P. Debraux | 14 Janvier 2020

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Selon l'Organisation Mondiale de la Santé (OMS), la démence est une épidémie globale qui compterait environ 50 millions de personnes dans le monde (avec 10 millions de nouveau cas chaque année...) et dont le coût économique global serait estimé à 818 milliards par an. La démence est un syndrome, généralement chronique ou évolutif, dans lequel une altération de la fonction cognitive (capacité d’effectuer des opérations de pensée) est observée, et qui est plus importante que celle attendue du vieillissement normal. Elle affecte la mémoire, le raisonnement, l’orientation, la compréhension, le calcul, la capacité d’apprentissage, le langage et le jugement (voir le site de l'OMS sur le sujet). La maladie d'Alzheimer est la cause la plus courante et représenterait environ 60-70% des cas.

Nous discutons régulièrement d'études démontrant les bienfaits de l'activité physique sur la santé. Et dans le cas de la démence et des troubles cognitifs, l'activité physique et sportive est reconnue pour ses bienfaits sur le ralentissement du déclin cognitif. Néanmoins, peu d'études ont pour l'heure examiné l'impact réel du niveau de l'activité physique sur la démence. Et il n'existe pas encore de consensus sur quelle variable quantifiant l'activité physique serait la plus pertinente pour étudier cette relation. La capacité des systèmes circulatoire et respiratoire à fournir l'oxygène nécessaire durant une activité physique (c'est-à-dire, la forme cardio-respiratoire), souvent quantifiée par le VO2pic chez les sédentaires ou le VO2MAX chez les sportifs, est une mesure validée et objective de l'état de forme d'un individu. Nous avons déjà discuté dans de précédents articles de son intérêt sur la santé cardio-vasculaire et métabolique. Et la littérature scientifique suggère qu'il existerait un lien entre la forme cardio-respiratoire et le volume de substance grise au niveau de l'hippocampe et du cortex préfrontal. Or, la démence se caractérise généralement par une diminution du volume cérébral. Et cette atrophie est bien plus accentuée que celle observée chez une personne saine, à âge égal. Toutefois, les quelques études qui se sont intéressées à cette thématique étaient limitées par des échantillons de sujets très faibles. Dès lors, la question reste posée : existe-il une association entre le volume du cerveau, le volume en matière grise et le niveau d'activité physique ?

L'étude réalisée

Pour répondre à cette question, une équipe de chercheurs allemands a voulu comprendre s'il existait un lien entre le VO2pic et les volumes cérébraux total et local. Pour augmenter la puissance de leur analyse, les chercheurs ont eu recours à 2 populations de cohortes indépendantes. Ainsi, 2103 adultes (1104 femmes et 999 hommes) âgés de 21 à 84 ans ont participé à cette étude. Pour s'assurer du niveau réel d'activité physique, tous les participants ont réalisé un test d'effort en laboratoire sur cyclo-ergomètre afin d'obtenir le VO2pic, le VO2 au seuil anaérobie et la puissance maximale (PMAX). Pour les mesures de volume cérébral, les chercheurs ont utilisé l'imagerie par résonance magnétique (IRM). Ainsi, ils ont obtenu les mesures du volume cérébral total (VCT), de la substance grise totale (SGT), de la substance blanche totale (SBT). Pour une analyse plus fine des différentes régions cérébrales, les chercheurs ont utilisé la morphométrie basée sur les voxels (grossièrement, des pixels en trois dimensions). Les données étaient ajustées en fonction de l'âge, du sexe, du niveau d'éducation, de la consommation de tabac, de la masse corporelle, de la pression artérielle, du niveau d'hémoglobine glyquée et du volume intracrânien.

Résultats & Analyses

Les principaux résultats de cette étude montrent que le niveau de forme cardio-respiratoire représenté par le VO2pic est associé significativement et positivement à un plus grand volume cérébral total et à plus grand volume en substance grise, mais aucune association significative avec la substance blanche. Pour chaque augmentation d'un écart-type en VO2pic, le VCT augmente de 19.93 cm3 et le volume de SGT, de 5.31 cm3. Le manque d'association avec la substance blanche pourrait être liée à la technique de mesure employée qui ne serait pas parfaitement adaptée.

L'analyse par morphométrie basée sur les voxels a permis de mettre en évidence une association positive et significative entre le VO2pic et le volume en substance grise du gyrus temporal moyen gauche, du gyrus parahippocampique droit, du cortex orbitofrontal gauche et du gyrus cingulaire bilatéral. L'hippocampe joue un rôle central dans les fonctions liées à la mémoire et est associé à plusieurs maladies telles que Alzheimer, la dépression et la schizophrénie. Le cortex orbitofrontal est quant à lui impliqué dans la prise de décision pour les comportements émotionnels et liés à la récompense.

Les auteurs expliquent que des mécanismes endocriniens de facteurs anti-inflammatoires et des neurotrophines tels que les facteurs neurotrophiques dérivés du cerveau (protéine impliquée dans la croissance et dans la différenciation de nouveaux neurones et de synapses) dont il a été démontré qu'il existait un lien avec un plus grand niveau de forme cardio-respiratoire pourraient jouer un rôle majeur dans la protection cérébrale, ce qui à son tour pourrait jouer sur l'amélioration de la santé cognitive et sur le ralentissement de son déclin.

De plus, les auteurs ont trouvé un lien entre l'âge et VO2pic et PMAX par rapport au volume hippocampique qui indique de plus forts bénéfices pour les personnes âgées de plus de 45 ans qui ont une forme cardio-respiratoire élevée. La diminution du volume hippocampique est lié au déclin de la mémoire courte lors du vieillissement.

Applications pratiques

La force de cette étude réside dans le nombre de participants et dans le fait que le niveau d'activité physique a réellement été évalué via la mesure du VO2pic lors d'un test d'effort. Les résultats démontrent une association positive et significative entre la forme cardio-respiratoire et le volume total du cerveau ainsi que le volume en substance grise. Toutefois, cette étude ne démontre pas un lien de cause à effet. Le VO2 n'étant pas seulement affecté par un entraînement régulier mais également par des comportements à risque, la génétique, d'autres conditions de santé. Il est impossible de savoir si un VO2pic élevé permet d'augmenter le volume cérébral ou si un volume cérébral élevé permet un VO2pic plus élevé.

Cette étude représente ainsi les prémices de l'analyse de l'impact de l'activité physique sur le déclin cognitif et la démence. Une étude randomisée contrôlée sera nécessaire pour connaître l'impact du niveau d'activité physique sur ces maladies.

Références

  1. Wittfeld K, Jochem C, Dörr M, Schmike U, Gläser S, Bahls M, Markus MRP, Felix SB, Leitzmann MF, Ewert R, Bülow R, Völzke H, Janowitz D, Baumeister SE and Grabe HJ. Cardiorespiratory Fitness and Gray Matter Volume in the Temporal, Frontal, and Cerebellar Regions in the General Population. Mayo Clin Proc 95 (1) : 44-56, 2020.

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