Introduction
L'équilibre entre l'apport et la dépense énergétiques est le paradigme actuel de la promotion des comportements de santé liés au mode de vie et constitue la base de nombreuses directives en matière d'activité physique (AP) [1]. Du point de vue de la thermodynamique, cette orientation est compréhensible et l'on suppose généralement que les effets bénéfiques de l'AP augmentent parallèlement à son intensité, " plus il y en a, mieux c'est ". Cependant, il est de plus en plus évident que le temps de sédentarité est un facteur de risque pour la santé en soi, indépendamment de la pratique de l'exercice. Le temps passé devant la télévision ou le temps passé assis en général est associé à une mortalité accrue dans les études épidémiologiques [2]. Comme nous l'avons vu ailleurs, il existe des preuves d'une relation positive entre le temps passé assis et le risque de diabète de type 2 [3]. Des données expérimentales issues d'études sur des rongeurs [4], ainsi que des données issues d'études transversales chez l'homme [5], [6], [7], suggèrent que le temps passé assis excessif est associé à des modifications défavorables des lipides circulants et de la sensibilité à l'insuline. Des études d'intervention récentes ont également montré qu'une réduction à court terme de l'AP quotidienne a un effet négatif sur la sensibilité à l'insuline. La réduction de l'activité physique habituelle pendant deux semaines à environ 15 % a entraîné une baisse de 17 % de la vitesse de perfusion du glucose dans une procédure de clampage hyperinsulinémique-euglycémique [8]. Dans une autre expérience plus aiguë, la dépense énergétique a été réduite à ∼75% du niveau normal pendant 24 h, avec et sans une diminution compensatoire de l'apport énergétique [9]. Dans la condition où l'apport énergétique n'était pas diminué, la sensibilité à l'insuline était 39 % plus faible ; lorsque la réduction de la dépense énergétique était compensée par une diminution de l'apport énergétique, la sensibilité à l'insuline était réduite de 18 %. Ces données suggèrent que l'inactivité peut avoir des effets négatifs sur la sensibilité à l'insuline indépendamment du bilan énergétique.
On pense que la résistance à l'insuline joue un rôle central dans le développement du diabète de type 2. Plusieurs sources de données indiquent que l'inactivité physique peut entraîner une insulinorésistance des muscles squelettiques et éventuellement des anomalies lipidiques [4], [5], [6], [7]. L'AP modérée à vigoureuse peut améliorer sensiblement les conséquences métaboliques d'un mode de vie sédentaire, en augmentant la dépense énergétique quotidienne (DEE) et en augmentant la signalisation de l'insuline dans les muscles [10]. Plusieurs groupes de recherche ont montré que l'exercice régulier peut prévenir le diabète de type 2 et les directives actuelles recommandent au moins 150 minutes par semaine d'AP modérée à intense [11]. Malheureusement, dans notre société, de nombreux adultes n'atteignent pas cet objectif d'activité [12]. De plus, les recommandations actuelles ne donnent aucune indication sur la manière dont, outre les 150 minutes d'AP modérée à intense par semaine, les 9930 autres minutes de la semaine devraient être utilisées. Dans la présente étude, nous avons testé l'hypothèse selon laquelle les effets métaboliques négatifs d'une position assise excessive ne peuvent être compensés par une heure d'exercice physique quotidien. Nous avons utilisé des moniteurs d'activité qui mesurent la dépense énergétique et l'allocation de la posture 24 heures sur 24 et 7 jours sur 7, ce qui nous a permis de distinguer les effets du sédentarisme des activités physiques quotidiennes minimales. Dans des conditions de vie libre, le temps d'assise, l'exercice physique et la dépense énergétique quotidienne ont été manipulés chez des volontaires sains dans trois conditions expérimentales bien contrôlées afin de déterminer les effets indépendants de l'assise excessive sur la sensibilité à l'insuline et les lipides circulants.
Matériel et méthodes
Sujets
Vingt volontaires sains (étudiants de l'Université de Maastricht, 17 femmes et 3 hommes) ont été recrutés par voie d'annonce. Pour être inclus dans l'étude, les participants devaient pratiquer un exercice physique moins d'une heure par semaine, leur IMC devait être compris entre 20 et 30 kg/m2 et leur âge entre 18 et 30 ans. Les critères d'exclusion étaient la prise de médicaments (à l'exception des contraceptifs oraux), les maladies interférant avec les activités physiques, la consommation fréquente d'alcool (plus de deux unités/jour), les triglycérides à jeun >3,0 mmol/l et une glycémie à jeun >6,0 mmol/l. L'étude était conforme à la Déclaration d'Helsinki et a été approuvée par le Comité d'éthique local du Centre médical universitaire de Maastricht ; tous les participants ont donné leur consentement éclairé par écrit. L'étude a été enregistrée comme NCT01299311 sur ClinicalTrials.gov.
Conception de l'étude
L'étude a été réalisée dans des conditions de vie libre et tous les participants ont reçu l'instruction de suivre trois régimes d'activité de quatre jours chacun. Un plan croisé contrebalancé et randomisé a été utilisé, dans lequel les participants ont servi de témoins (figure 1). Dans le régime assis, les sujets devaient s'asseoir 14 heures par jour, marcher 1 heure par jour, se tenir debout 1 heure par jour et dormir ou se coucher 8 heures par jour. Dans le régime d'exercice, 1 heure de position assise était remplacée par 1 heure de bicyclette vigoureuse supervisée par jour, le reste de la journée étant consacré aux mêmes activités que dans le régime assis. Dans le régime d'AP d'intensité minimale, les sujets devaient remplacer 6 heures de position assise par 4 heures de marche à un rythme tranquille et 2 heures de position debout. Le régime assis et le régime d'exercice n'avaient qu'une heure de différence dans le comportement sédentaire, mais une dépense énergétique considérablement différente. Les régimes d'exercice et d'AP d'intensité minimale différaient largement par le temps passé assis ou couché, mais étaient conçus pour avoir une dépense énergétique comparable. L'intensité/durée de l'exercice physique et la durée de la station debout/marche supplémentaire pendant les régimes d'exercice et d'AP d'intensité minimale ont été choisies de manière à entraîner la même augmentation de la DEE (450 kcal) par rapport au régime assis. L'ordre des régimes était aléatoire. Outre le cyclisme vigoureux pendant 1 heure par jour pendant le régime d'exercice, aucun autre type d'exercice n'était autorisé. Entre chaque régime d'activité, une période d'élimination d'au moins 10 jours était prévue. Il a été demandé aux sujets de conserver leurs activités quotidiennes habituelles pendant ces périodes d'élimination.Les sujets avaient pour instruction de consommer le même apport calorique pendant chaque régime et de conserver leurs habitudes alimentaires habituelles pendant les trois régimes d'activité, mais l'apport alimentaire n'était pas contrôlé, par exemple en fournissant des repas ou des ingrédients alimentaires. Les sujets n'étaient soumis à aucune restriction quant aux aliments consommés, sauf qu'il leur était demandé de s'abstenir de consommer de l'alcool. Au cours de chaque régime d'activité, les participants ont tenu un journal alimentaire dans lequel ils ont inscrit les apports quotidiens et, après chaque régime d'activité, ils ont rempli un questionnaire sur les changements de santé, les médicaments et l'impact de l'étude sur les activités quotidiennes.
Évaluation de l'activité physique, de la répartition posturale et de la dépense énergétique
Pendant les quatre jours d'un régime, les participants portaient en continu (24 heures sur 24) un moniteur d'activité ActivPAL™ (PAL Technologies, Glasgow, Écosse) pour quantifier l'AP quotidienne et l'allocation posturale. Le moniteur était fixé sur la peau de la face antérieure de la cuisse à l'aide de Tegaderm (3M™) ; le non-port n'était donc pas un problème. L'emballage étanche des moniteurs permettait de les porter lors d'activités aquatiques telles que le bain. Ce moniteur d'activité basé sur un accéléromètre discrimine le temps passé assis ou couché, debout et actif. En outre, les périodes d'activité et leur intensité ont été déterminées et la dépense énergétique a été estimée. La validité et la fiabilité de l'ActivPAL dans l'évaluation du modèle d'activité de sujets sains vivant librement ont été démontrées précédemment [13]. En outre, les participants ont consigné dans un journal toutes les 15 minutes le temps passé à marcher, à se tenir debout et/ou à s'asseoir pendant les heures d'éveil à l'aide d'un chronomètre. Pour s'assurer que les activités quotidiennes étaient conformes au protocole de l'étude, tous les sujets ont effectué une journée de rodage avant le début des périodes d'activité ; le schéma d'activité enregistré ce jour-là a été utilisé pour formuler des instructions sur mesure sur la façon de modifier les activités quotidiennes pendant les différents régimes. En outre, les données d'ActivPAL ont été évaluées et discutées après le premier jour de chaque régime ; par la suite, les sujets ont envoyé par courrier les données de leur journal tous les jours et ont reçu des conseils électroniques sur leurs activités quotidiennes et l'attribution des postures.
Dans le cadre du régime d'exercice, les participants ont pédalé pendant 1 heure au Centre médical universitaire de Maastricht+ sur un vélo ergomètre (Bodyguard cardiocycle 975). Pour contrôler l'intensité et la dépense énergétique du cyclisme, la fréquence cardiaque des participants était surveillée en continu (Polar, Kempele, Finlande). Le modèle de Hiiloskorpi et al. [14] a été utilisé pour calculer pour chaque individu la fréquence cardiaque correspondant à une dépense énergétique de 450 kcal.
Le temps de sommeil a été déterminé sur la base des journaux intimes. Pour calculer le temps passé en position assise, le temps de sommeil a été soustrait de la classe ActivPAL "assis/couché". En plus de l'attribution de la posture, ActivPAL a évalué la dépense énergétique en équivalents métaboliques (MET). En multipliant les valeurs MET par le taux métabolique de base estimé (BMR, équation Harris-Benedict), on obtient une estimation de la dépense énergétique en kcal. Pour la condition d'exercice, 450 kcal dépensées en vélo ont été ajoutées. Les données relatives à la répartition des postures et à la dépense énergétique ont été calculées en moyenne sur quatre jours pour chaque régime.
Évaluation de la sensibilité à l'insuline et du métabolisme lipidique
Les mesures de la sensibilité à l'insuline (épreuve d'hyperglycémie provoquée par voie orale, HGPO) et des lipides plasmatiques ont été effectuées à jeun, le matin suivant les 4 jours de chaque régime d'activité, dans les locaux du Clinical and Translational Research Centre. L'HGPO a été choisie comme mesure de la sensibilité à l'insuline en raison de sa relative simplicité permettant un grand nombre de mesures et de sa corrélation acceptable avec l'étalon-or (c'est-à-dire le clamp euglycémique hyperinsulinémique). Le délai minimum entre la dernière séance d'exercice à vélo pendant le régime d'exercice et l'HGPO était de 16 heures (intervalle moyen de 20±2,6 heures). Un cathéter i.v. a été placé dans une veine antécubitale pour le prélèvement de sang. Au départ, le sang a été prélevé pour l'analyse du glucose, de l'insuline, du peptide C, des triglycérides, du cholestérol total, du cholestérol à lipoprotéines de haute (HDL-C) et de basse densité (LDL-C), du cholestérol non-HDL, des apolipoprotéines A-I et B (apo A-I et apo B). Après l'ingestion de 75 g de glucose dans 250 ml d'eau, des échantillons de sang ont été prélevés pour mesurer les taux de glucose, d'insuline et de peptide C à 15, 30, 45, 60, 90 et 120 minutes.
Les échantillons de sang pour le glucose, le cholestérol total, le HDL-C, le LDL-C, le cholestérol non-HDL et les triglycérides ont été déterminés le même jour. Les échantillons pour l'insuline, le peptide C, l'apo A-I et l'apo B ont été conservés à -20°C jusqu'à leur analyse après la fin de l'étude. Le glucose plasmatique, le cholestérol total, le HDL-C et les triglycérides ont été analysés par colométrie sur un Synchron LX20 Pro (Beckman Coulter). L'insuline a été mesurée avec un dosage radio-immunologique à double anticorps Auto-Delfia (Perkin Elmer) et le peptide C avec un immunomètre à double chimiluminescence Immulite 2000 (Siemens). L'Apo A-I et l'apo B ont été déterminées par néphrologie avec un BN ProSpec (Siemens). Le LDL-C a été calculé selon la formule de Friedewald [15].
Analyse et calculs statistiques
Si, dans la série de sept points d'échantillonnage de l'HGPO, une ou deux valeurs manquaient, une régression polynomiale a été utilisée pour évaluer le polynôme du deuxième ou du troisième degré le mieux ajusté à travers les points d'échantillonnage disponibles. Le polynôme le mieux ajusté a été utilisé pour déterminer les points d'échantillonnage manquants. Pour chacun des intervalles de mesure de l'HGPO, le produit de la durée de l'intervalle et du niveau moyen d'insuline, de glucose et de C-peptide respectivement a été calculé. L'aire sous la courbe pour les courbes d'insuline, de glucose et de peptide C pour la période de 2 heures de l'HGPO a été calculée comme la somme de ces intervalles. Comme mesure de la sensibilité à l'insuline, l'indice de sensibilité à l'insuline (ISI) a été évalué [16].
Les données ont été recueillies à l'aide du logiciel SPSS (SPSS 18, Chicago, IL, USA). Les valeurs sont indiquées sous forme de moyenne±écart-type. La normalité et l'homogénéité des variables ont été testées. Une ANOVA à mesures répétées a été appliquée pour évaluer l'influence des différents régimes sur les lipides plasmatiques, sur les aires sous la courbe (AUC) de l'insuline, du glucose et du peptide C et sur l'ISI. Les valeurs P de ≤0,05 ont été considérées comme statistiquement significatives. Si l'ANOVA à mesures répétées a révélé un effet statistiquement significatif de l'intervention, les conditions ont été comparées par paires à l'aide du test de la différence la moins significative (LSD). Comme le test LSD ne corrige pas les tests multiples, seules les valeurs p inférieures à 0,017 (0,05/3) ont été considérées comme significatives dans la comparaison par paires. Pour vérifier si les changements de la sensibilité à l'insuline étaient associés à des adaptations des lipides plasmatiques, des coefficients de corrélation de Pearson ont été calculés entre les changements de la concentration de triglycérides au cours des régimes et les changements de l'ISI.
Résultats
Deux sujets (un homme, une femme) se sont retirés avant la fin du protocole. Les participants étaient âgés en moyenne de 21 ans, avaient un IMC normal et des valeurs normales de lipides plasmatiques et de glucose.