ß2-adrenergic agonists actions on the human skeletal muscle

Les ß2-agonistes sont des bronchodilatateurs qui sont prescrits pour traiter l'asthme et l'asthme induite par l'exercice (AIE). Il est relevant de comprendre s'il y a une utilisation adéquate de ces médicaments pour traiter l'AIE chez les athlètes de haut niveau, ou s'ils sont utilisés pour leur potentiel effet ergogénique sur la performance physique. Ce travail examine les actions centrales et périphériques sur la fonction contractile du muscle squelettique humain in vivo induits par l'ingestion d'une dose thérapeutique de ß2- agonistes. Le premier but était d'évaluer si les ß2-agonistes exerçaient une potentialisation de la contractilité du muscle humain et/ou un effet "anti¬fatigue" comme observé dans le modèle animal. Les résultats n'ont fournit aucune évidence d'une potentialisation sur le muscle squelettique humain in vivo non-fatigué et fatigué induit par l'administration orale de ß2-agonistes. Tout effet excitateur exercé par ce traitement sur le système nerveux central a été aussi exclu. Le deuxième but était de déterminer si les ß2-agonistes affaiblissaient la contractilité du muscle squelettique humain à contraction lente, et d'évaluer si ce changement pouvait interférer avec le contrôle moteur au muscle. Les résultats ont montré que les ß2-agonistes affaiblissent la contractilité des fibres lentes, comme conséquence de l'effet lusitrope positif se produisant dans ces fibres. La capacité de développer une force maximale n'est pas réduite par le traitement, même si une augmentation de la commande centrale au muscle est requise pour produire la même force lors de contractions sous-maximales. Le but final était d'examiner si une adaptation du contrôle moteur était re¬quis pour compenser l'affaiblissement des fibres lentes exercée par les ß2- agonistes pendant un exercice volontaire, et de déterminer si cette adaptation centrale pouvait accroître la fatigue musculaire. Malgré le fait que les résultats confirment l'effet affaiblissant induit par les ß2-agonistes, ce changement contractile n'influence pas le contrôle moteur au muscle pendant les contractions sous-maximales de l'exercice fatiguant, et n'accroît pas le degré de fatigue. Ce travail éclaircit les actions spécifiques des ß2-agonistes sur la fonction contractile du muscle squelettique humain in vivo et leurs influence sur le contrôle moteur. Les mécanismes sous-jacents de l'action ergogénique sur la performance physique produit par les ß2-agonistes sont aussi élucidés. -- ß2-Agonists are bronchodilators that are widely prescribed for the treatment of asthma and exercise-induced asthma (EIA). The extensive use of ß2-agonists by competitive athletes has raised the question as to whether there is a valid need for this class of drugs because of EIA or a misuse because of their potential ergogenic effect on exercise performance. This work investigated the central and peripheral actions that were elicited by the ingestion of a therapeutic dose of ß2-agonists on the contractility of human skeletal muscle in vivo. The first objective was to investigate whether ß2-agonists would potentiate muscle contractility and/or exert the "anti-fatigue" effect observed in animal models. The findings did not provide any evidence for the ß2-agonist-induced potentiation of in vivo human non-fatigued and fatigued skeletal muscle. Moreover, the findings exclude any excitatory action of this treatment on the central nervous system. The second objective was to explore whether the weakening action on the contractile function would occur after ß2-agonist intake in human slow-twitch skeletal muscle and to ascertain whether this contractile change may interfere with muscle motor control. The results showed that ß2-agonists weaken the contractility of slow-twitch muscle fibres as a result of the lusitropic effect occurring in these fibres. The maximal force-generating capacity of the skeletal muscle is not reduced by ß2-agonists, even though an augmented neural drive to muscle is required to develop the same force during submaximal contractions. The final objective was to examine whether a motor control adjustment is needed to compensate for the ß2-agonist-induced weakening effect on slow- twitch fibres during a voluntary exercise and to also assess whether this central adaptation could exaggerate muscle fatigue. Despite the findings confirming the occurrence of the weakening action that is exerted by ß2- agonists, this contractile change did not interfere with muscle motor control during the submaximal contractions of the fatiguing exercise and did not augment the degree of the muscle fatigue. This work contributes to a better understanding of the specific actions of ß2-agonists on the contractile function of in vivo human skeletal muscles and their influence on motor control. In addition, the findings elucidate mechanisms that could underlie the ergogenic effect that is exerted by ß2- agonists on physical performance.

Effect of aerobic exercise on skeletal muscle mitochondrial content and function in older adults

Regular aerobic exercise training, which is touted as a way to ameliorate metabolic diseases, increases aerobic capacity. Aerobic capacity usually declines with advanced age. The decline in aerobic capacity is typically associated by a decrease in the quality of skeletal muscle. At the molecular level, this decreased quality comes in part from perturbations in skeletal muscle mitochondria. Of particular is a decrease in the total amount of mitochondria that occupy the skeletal muscle volume. What is not well established is if this decrease in mitochondrial content is due to inactive lifestyle or the process of aging. Herein, the work of the thesis shows a clear connection between mitochondrial content and aerobic capacity. This indicates that active individuals with higher VChmax levels also contain higher volumes of mitochondria inside their muscle as opposed to sedentary counterparts who have lower levels of mitochondrial content. Upon taking these previously sedentary individuals and entering them into an aerobic exercise intervention, they are able to recover their mitochondrial content as well as function to similar levels of lifelong athletes of the same age. Furthermore, the results of this thesis show that mitochondrial content and function also correlate with exercise efficiency. If one is more efficient, he/she is able to expend less energy for a similar power output. Furthermore, individuals who increase in efficiency also increase in the ability to oxidize and utilize fat during pro-longed exercise. This increased reliance on fat after the intervention is associated with an increased amount of mitochondria, particularly in the intermyofibrillar region of skeletal muscle. Therefore, elderly adults who were once sedentary were able to recover mitochondrial content and function and are able to reap other health benefits from regular aerobic exercise training. Aging per se does not seem to be the culprit that will lead to metabolic diseases but rather it seems to be a lack of physical activity. -- Un entraînement sportif d'endurance, connu pour réduire le risque de développer des maladies métaboliques, augmente notre capacité aérobie. La capacité aérobie diminue généralement avec l'âge. Ce déclin est typiquement associé d'une diminution de la qualité du muscle squelettique. Au niveau moléculaire, cette diminution est due à des perturbations dans les mitochondries du muscle squelettique,, ce qui conduit à une diminution de la quantité totale des mitochondries présentes dans le muscle squelettique. Il n'a pas encore été établi si cette diminution de la teneur mitochondriale est due à un mode de vie sédentaire ou au processus du vieillissement. Ce travail de thèse montre un lien clair entre le contenu mitochondrial et la capacité aérobie. Il indique que des personnes âgées actives, avec des niveaux de V02max plus élevés, possèdent également un volume plus élevé de mitochondries dans leurs muscles en comparaison à leurs homologues sédentaires. En prenant des individus sédentaires et leur faisant pratiquer une activité physique aérobie, il est possible d'accroître leur contenu de même que leur fonction mitochondriale à des niveaux similaires à ceux d'athlètes du même âge ayant pratiqué une activité physique tout au long de leur vie. De plus, les résultats de ce travail démontrent que le contenu et la fonction mitochondriale sont en corrélation avec l'efficiscience lors d'exercice physique. En agumentant l'effiscience, les personnes sont alors capables de dépenser moins d'énergie pour une puissance d'exercice similaire. Donc, un volume mitochondrial accru dans le muscle squelettique, associé à une fonction mitochondriale améliorée, est associté à une augmentation de l'effiscience. En outre, les personnes qui augmentent leur effiscience, augmentent aussi leur capacité à oxyder les graisses durant l'exercice prolongé. Une augmentation du recours au graisses après l'intervention est associée à une quantité accrue de mitochondries, en particulier dans la région inter-myofibrillaire du muscle squelettique. Par conséquent, les personnes âgées autrefois sédentaires sont en mesure de récupérer leur contenu et leur fonction mitochondriale ainsi que d'autres avantages pour la santé grâce à un entraînement aérobie régulier. Le vieillissement en soi ne semble donc pas être le coupable conduisant aux maladies métaboliques qui semblent plutôt être lié à un manque d'activité physique.