Protocole d’entraînement par intervalles à haute intensité accumulé : une nouvelle approche pour étudier les marqueurs de santé chez les rats Wistar

Ici, nous présentons des protocoles d’entraînement par intervalles à haute intensité (HIIT) accumulés, qui peuvent être une stratégie plus réalisable et plus efficace en termes de temps que les protocoles HIIT traditionnels.

L’entraînement par intervalles à haute intensité (HIIT) et les exercices accumulés sont deux programmes efficaces pour améliorer la santé chez les humains et les modèles animaux. Cependant, à ce jour, il n’existe aucune étude sur l’efficacité d’un HIIT effectué de manière accumulée comme un HIIT traditionnel effectué avec des séances quotidiennes uniques pour améliorer les marqueurs de santé. Cet article présente les effets d’un nouveau protocole HIIT, appelé HIIT accumulé, sur la prise de poids corporel, la consommation maximale d’oxygène (VO₂max) et l’hypertrophie cardiaque chez les jeunes rats Wistar.

Des rats Wistar mâles âgés de soixante jours ont été répartis en trois groupes : non dressés (UN ; n = 16), HIIT avec des séances quotidiennes uniques (1-HIIT ; n = 16) et HIIT avec trois séances quotidiennes (3-HIIT ; n = 16). Le poids corporel et la VO₂max ont été enregistrés avant et après la période d’entraînement. Les mesures de VO₂max ont été prises à l’aide d’un analyseur métabolique à la vitesse de course maximale (Vmax). L’entraînement a été effectué pour les deux groupes HIIT cinq jours par semaine pendant huit semaines avec la même progression hebdomadaire de l’intensité de l’exercice (85-100 % Vmax). Le groupe 1-HIIT a effectué des séances quotidiennes uniques (6 épisodes de 1 min entrecoupés de 1 min de récupération passive). Le groupe 3-HIIT a effectué trois séances quotidiennes (2 séances de 1 min entrecoupées de 1 min de récupération passive avec un intervalle de 4 h entre les séances). Après le dernier test VO₂max, les rats ont été euthanasiés, et leurs cœurs ont été prélevés et pesés.

Les résultats ont montré que le 3-HIIT avait des effets bénéfiques similaires au 1-HIIT dans la prévention de la prise de poids corporel, l’amélioration de la VO₂max et l’induction de l’hypertrophie cardiaque. Ces résultats révèlent pour la première fois l’efficacité d’un protocole HIIT accumulé sur les marqueurs de santé de jeunes rats Wistar. Ce nouveau protocole HIIT pourrait être plus réalisable que les protocoles HIIT traditionnels, car l’exercice peut être divisé en sessions très courtes tout au long d’une journée dans cette nouvelle approche.

La sédentarité est l’un des principaux facteurs de risque de développement de maladies chroniques non transmissibles¹. Cependant, même avec des preuves solides des multiples effets bénéfiques de l’exercice sur la santé, une grande partie de la population mondiale est encore sédentaire ^2,3. L’exercice physique régulier a de nombreux effets positifs sur la santé cardiométabolique ^4,5 et mentale ^6,7,8,9. Récemment, différents programmes d’exercices physiques^{efficaces en} termes de temps, tels que le HIIT¹¹ et l’exercice accumulé¹², ont été proposés pour augmenter l’adhésion à l’exercice physique et améliorer la santé.

Le HIIT est une approche efficace dans le temps caractérisée par de courtes périodes d’exercice physique de haute intensité entrecoupées de périodes d’exercice physique de faible intensité (récupération active) ou de repos (récupération passive⁾⁴. Plusieurs études ont démontré que le HIIT a des effets sur la santé similaires, voire supérieurs, à l’entraînement continu d’intensité modérée (MICT) traditionnel de longue durée, avec l’avantage d’une plus grande adhésion de la part de^ses praticiens4,12,13. L’exercice accumulé a également été proposé comme modalité d’exercice pour augmenter l’observance et améliorer la santé. Dans cette approche, les exercices d’intensité faible à modérée peuvent être divisés en deux ou plusieurs courtes périodes au cours d’une journée (par exemple, deux ou trois séances de 5 à 10 minutes par jour)¹⁴. Costa Pereira et ^al.14 ont montré qu’un protocole d’exercice accumulé (trois séances quotidiennes avec un intervalle de 4 heures entre les séances, 10-20 min/séance, à 50-60 % de la capacité maximale, cinq jours par semaine, pendant huit semaines) avait des effets positifs plus importants sur les marqueurs de santé chez les jeunes rats Wistar qu’un MICT traditionnel (le même protocole d’exercice mais effectué avec des séances quotidiennes uniques de 30 à 60 min).

Cependant, jusqu’à présent, les études se sont concentrées sur les conséquences physiologiques de l’exercice accumulé effectué avec de courtes périodes d’intensité faible à modérée. Ainsi, il n’y a pas suffisamment de preuves pour déterminer si le HIIT effectué de manière cumulative (c’est-à-dire avec plusieurs courtes périodes d’exercice de haute intensité tout au long de la journée) est aussi efficace qu’un HIIT traditionnel effectué avec des séances quotidiennes uniques pour améliorer les marqueurs physiologiques de la santé.

Nous avons décidé d’utiliser des rats de laboratoire contrôlés pour surmonter les pièges méthodologiques dans des études menées avec des individus vivant en liberté avec des activités physiques quotidiennes et une prise alimentaire distinctes. De plus, l’utilisation d’animaux de laboratoire permet aux chercheurs d’effectuer des analyses invasives (par exemple, des biopsies musculaires et cardiaques), ce qui est difficile, voire impossible, dans les études humaines.

Nous avons émis l’hypothèse que si les rats s’entraînaient avec un protocole HIIT accumulé (effectué avec trois courtes séances quotidiennes), ils pourraient améliorer la condition cardiorespiratoire de la même manière que les rats qui s’entraînent avec un protocole HIIT traditionnel (effectué avec des séances quotidiennes uniques). Ainsi, cette étude visait à étudier et comparer les effets du HIIT réalisé avec des séances quotidiennes uniques par rapport au HIIT réalisé avec trois séances quotidiennes plus courtes sur VO₂max et l’hypertrophie cardiaque des rats Wistar.

Toutes les procédures utilisées dans la présente étude ont suivi les « Principes de soins aux animaux de laboratoire » en accord avec les directives ARRIVE et ont été approuvées par le Comité d’éthique et d’utilisation des animaux de l’Universidade Federal dos Vales do Jequitinhonha e Mucuri (UFVJM-protocole numéro 031/2016). Reportez-vous à la table des matériaux pour plus de détails sur tous les matériaux utilisés dans ce protocole.

1. Conception expérimentale

1. Utilisez 48 rats Wistar mâles de 60 jours pesant en moyenne 250 g.
2. Répartissez au hasard les rats en trois groupes : non dressés (UN ; n = 16) ; HIIT réalisé avec des séances quotidiennes uniques (1-HIIT ; n = 16) ; et HIIT effectué avec trois séances quotidiennes (3-HIIT ; n = 16).
3. Hébergez les rats dans des cages individuelles dans un environnement contrôlé (22-23 °C, 50 % d’humidité) avec un cycle lumière-obscurité inversé de 12 h :12 h (lumières allumées à 18h00) avec accès libre à des granulés de nourriture de laboratoire standard et à de l’eau.
4. Familiarisez les rats avec le tapis roulant une semaine avant de commencer le protocole d’entraînement physique.
5. Pesez les rats à l’aide d’une balance numérique électronique de précision 48 h avant et 48 h après le protocole d’entraînement.
6. Effectuez le test VO₂max avec les rats de tous les groupes 48 h avant l’initialisation des protocoles HIIT, à la fin de la 4^ème semaine d’entraînement (pour ajuster la vitesse de course), et 48 h après les protocoles HIIT.
7. Euthanasier les rats 24 h après le dernier test VO₂max par injection i.p. d’héparine 400 U.I., et prélever et peser les cœurs et les ventricules gauches (voir étape 5).

2. Familiarisation avec l’équipement du tapis roulant

1. Réglez l’inclinaison du tapis de course sur 0° (à plat).
2. Allumez le tapis de course.
3. Réglez le bouton du tapis de course à la vitesse de 6 m/min.
4. Réglez l’interrupteur de l’amortisseur du tapis roulant à 0,25 mA.
5. Tenez l’animal par la queue et placez-le sur le tapis roulant pendant 10 min à 8h00.
6. Répétez cette procédure pendant cinq jours consécutifs.

3. Test VO₂max

1. Réglages du logiciel (Figure 1)
   1. Ouvrez le logiciel Metabolism.
   2. Cliquez sur Fichier pour ouvrir un nouvel enregistrement.
   3. Dans le paramètre type de cages , sélectionnez Tapis de course, 1 cage, et dans Temps de commutation, sélectionnez 2 (min).
   4. Dans l’expérience, sélectionnez oxymétrie | nouveau.
   5. Appuyez sur pour entrer le numéro d’identification et le poids de l’animal. Identifiez les données du projet. Allez sur le contrôleur du tapis de course et réglez les paramètres de test.
      1. Commencer l’essai avec une vitesse de 5 m/min.
      2. Réglez l’interrupteur de l’amortisseur du tapis roulant à 0,25 mA. Appuyez sur start.
   6. Cliquez sur accepter.
   7. Fermez le couvercle en acrylique du tapis de course.
   8. Entrez les valeurs de référence du gaz d’étalonnage.
      REMARQUE : Les valeurs de référence du gaz sont de 0 mmHg (CO₂) et 20 mmHg (O₂). Ces valeurs sont indiquées par le fabricant.
   9. Attendez 10 min.
2. Test
   1. Allumez le tapis de course.
   2. Réglez le bouton du tapis de course à la vitesse de 3 m/min.
   3. Réglez l’interrupteur de l’amortisseur du tapis roulant à 0,25 mA.
   4. Réglez l’inclinaison du tapis de course sur 0° (à plat).
   5. Tenez l’animal par la queue et placez-le sur le tapis roulant et fermez le couvercle en acrylique du tapis roulant.
   6. Augmentez la vitesse du tapis roulant de 3 m/min toutes les 2 minutes jusqu’à épuisement (établi lorsque l’animal touche le fond de la baie cinq fois en 1 minute).
   7. Retirez l’animal du tapis roulant et placez-le dans sa cage.
   8. Enregistrez la vitesse maximale (Vmax) atteinte par l’animal.
      REMARQUE : Pour le calcul de la VO₂max, le logiciel calcule la différence entre l’O₂ inhalé et le CO₂ expiré par l’animal à la Vmax, et le calcul final est effectué en fonction du poids corporel individuel de chaque rat.

4. Protocoles HIIT (Figure 2)

1. Allumez le tapis de course.
2. Réglez le bouton du tapis de course à la vitesse de 50 % Vmax (échauffement).
3. Réglez l’interrupteur de l’amortisseur du tapis roulant à 0,25 mA.
4. Réglez l’inclinaison du tapis de course sur 0° (à plat).
5. Tenez l’animal par la queue et placez-le sur le tapis roulant pendant 3 min.
6. Retirez l’animal du tapis de course et ajustez le bouton du tapis de course à la vitesse correspondante de la semaine (semaine 1 : 85 % Vmax ; semaines 2-3 : 90 % Vmax ; semaines 4-5 : 95 % Vmax ; semaines 6-8 : 100 % Vmax).
7. Placez l’animal sur le tapis roulant pendant 1 min.
   1. Assurez-vous que les deux groupes HIIT s’entraînent 5 jours par semaine pendant 8 semaines : le groupe 1-HIIT doit effectuer des séances quotidiennes uniques de 6 séances de 1 min entrecoupées de 1 min de récupération passive, et le groupe 3-HIIT doit effectuer trois séances quotidiennes plus courtes de 2 épisodes de 1 min entrecoupés de 1 min de récupération passive avec un intervalle de 4 h entre les épisodes.
   2. Pour le groupe 3-HIIT, effectuez les séances d’entraînement à 8h00, 12h00 et 16h00.
   3. Divisez le groupe 1-HIIT en trois groupes commençant les séances d’entraînement à la même heure (c’est-à-dire 8h00, 12h00 et 16h00) que le groupe 3-HIIT pour éliminer tout effet circadien possible sur les adaptations de l’entraînement à l’exercice.
   4. Assurez-vous que le groupe UN est placé sur le tapis roulant un jour par semaine pendant 10 min à une vitesse de 10 m/min dans la même pièce où les groupes HIIT s’exercent.
8. Retirez l’animal du tapis roulant et placez-le dans sa cage pendant 1 min (récupération passive).

5. Euthanasie et enregistrement du poids cardiaque

1. Après une injection intraveineuse de 400 UI d’héparine, euthanasiez le rat par décapitation à l’aide d’une guillotine.
2. Ouvrez soigneusement le thorax du rat, retirez le cœur, lavez-le avec une solution saline, pesez-le, séparez le ventricule gauche et pesez-le.
3. Jetez la carcasse de l’animal dans le congélateur approprié.

6. Analyse statistique

1. Exprimez toutes les données en moyenne ± en écart-type.
2. Vérifiez la normalité des données à l’aide du test de Shapiro-Wilk.
3. Analysez les données à l’aide de l’ANOVA à un ou deux facteurs suivie du test post-hoc de Tukey ; Définissez le niveau de signification à 5 %.

La figure 3 présente les effets des protocoles 1-HIIT et 3-HIIT sur la VO₂max (figure 3A), le poids corporel (figure 3B) et l’apport alimentaire (figure 3C). Avant les protocoles d’entraînement, tous les groupes présentaient des VO₂max (UN : 52,19 ± 5,27 ; 1-HIIT : 48,32 ± 3,92 ; 3-HIIT : 51,24 ± 5,84 mL de O 2,kg-1. ^min-1), poids corporel (UN : 242,62 ± 15,89 ; 1-HIIT : 259,06 ± 13,90 ; 3-HIIT : 251,43 ± 13,84 g) et de l’apport alimentaire (UN : 118,26 ± 9,94 ; 1-HIIT : 116,51 ± 3,86 ; 3-HIIT : 119,01 ± 9,02 g/jour). Après la période d’entraînement, seuls les groupes HIIT ont présenté une augmentation de la VO₂max (UN : 49,73 ± 3,13 ; 1-HIIT : 67,39 ± 4,22 ; 3-HIIT : 67,23 ± 2,86 mL de O 2,kg-1. ^{min-1 ; pré-entraînement vs post-entraînement} : UN, P = 0,99 ; 1-HIIT, P = 0,001 ; 3-HIIT, P = 0,001), confirmant l’efficacité des protocoles d’entraînement. Après la période d’entraînement, tous les groupes ont montré une augmentation du poids corporel ; cependant, par rapport à l’ONU, les deux groupes HIIT présentaient un poids corporel inférieur (UN : 384,37 ± 27,25 ; 1-HIIT : 349,31 ± 14,49 ; 3-HIIT : 341,68 ± 23,78 g ; UN vs. 1-HIIT, P = 0,022 ; UN vs. 3-HIIT, P = 0,001) malgré un apport alimentaire similaire (UN : 124,34 ± 3,70 ; 1-HIIT : 122,09 ± 8,68 ; 3-HIIT : 122,09 ± 5,40 g/jour).

La figure 4 montre les effets des protocoles 1 et 3-HIIT sur l’hypertrophie cardiaque. Par rapport au groupe ONU, les deux protocoles HIIT ont induit une hypertrophie cardiaque, comme le montre l’augmentation du poids cardiaque/corporel (UN : 3,59 ± 0,24 vs. 1-HIIT : 4,82 ± 0,34 vs. 3-HIIT : 5,01 ± 0,50 mg/g ; Graphique 4A ; UN contre 1-HIIT, P = 0,001 ; UN vs. 3-HIIT, P = 0,001) et rapports ventricule gauche/poids corporel (UN : 1,76 ± 0,22 vs. 1-HIIT : 2,68 ± 0,51 vs. 3-HIIT : 2,85 ± 0,23 mg/g ; Graphique 4B ; UN contre 1-HIIT, P = 0,001 ; UN vs. 3-HIIT, P = 0,001).

Figure 1 : Réglages du logiciel pour l’essai VO₂max. (A) Enregistrement d’une nouvelle expérience. (B) Données sur les animaux. (C) Étalonnage des gaz. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.

Figure 2 : Schéma de principe des protocoles HIIT. (A) Protocoles 1-HIIT et (B) 3-HIIT. Abréviation : HIIT = entraînement par intervalles à haute intensité ; 1-HIIT = HIIT réalisé avec des séances quotidiennes uniques ; 3-HIIT = HIIT réalisé avec 3 courtes séances quotidiennes. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.

Figure 3 : Effets des protocoles 1-HIIT et 3-HIIT sur les marqueurs de santé. (A) VO₂max, (B) poids corporel et (C) apport alimentaire. Les données sont présentées sous forme de moyenne ± d’écart-type ; n = 16 pour chacun des trois groupes. ANOVA à un ou deux facteurs suivie d’un test de Tukey. Des lettres différentes indiquent des différences statistiques. P < 0,05. Abréviations : HIIT = entraînement par intervalles à haute intensité ; VO₂max = consommation maximale d’oxygène ; pré-tr = pré-formation ; post-tr = Post-formation ; ONU = non formé ; 1-HIIT = HIIT réalisé avec des séances quotidiennes uniques ; 3-HIIT = HIIT réalisé avec 3 courtes séances quotidiennes. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.

Figure 4 : Effets des protocoles 1 et 3-HIIT sur l’hypertrophie cardiaque. (A) Rapport poids cœur/corps ; (B) rapport ventricule gauche/poids corporel. Les données sont présentées sous forme de moyenne ± d’écart-type ; n = 16 pour chacun des trois groupes. ANOVA à un ou deux facteurs suivie d’un test de Tukey. Des lettres différentes indiquent des différences statistiques. P < 0,05. Abréviations : HIIT = entraînement par intervalles à haute intensité ; ONU = non formé ; 1-HIIT = HIIT réalisé avec des séances quotidiennes uniques ; 3-HIIT = HIIT réalisé avec 3 courtes séances quotidiennes. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.

Cet article met en évidence pour la première fois l’efficacité d’un protocole HIIT accumulé pour les rats. Le protocole HIIT accumulé était aussi efficace qu’un protocole HIIT traditionnel réalisé avec des séances quotidiennes uniques pour prévenir la prise de poids, améliorer la VO₂max et induire une hypertrophie cardiaque chez les jeunes rats Wistar mâles. L’amélioration de la VO₂max et le développement de l’hypertrophie cardiaque sont les adaptations les plus connues de l’entraînement aérobique et sont des biomarqueurs de santé importants¹⁷.

En utilisant un protocole MICT avec des rats Wistar du même âge que ceux utilisés dans la présente étude, Costa-Pereira et ^coll.14 ont également constaté qu’un protocole d’exercice accumulé (trois séances quotidiennes avec un intervalle de 4 heures entre les séances, 10-20 min/séance, à 50-60 % de la capacité maximale, cinq jours/semaine sur huit semaines) était aussi efficace que le protocole d’exercice effectué avec des séances quotidiennes uniques (séances quotidiennes uniques, 30-60 min/séance, à 50-60 % de la capacité maximale, cinq jours/semaine pendant huit semaines) pour prévenir la prise de poids et induire l’hypertrophie cardiaque¹⁴. Costa-Pereira et al. ont constaté une diminution de 5,12 et 9,85 % de la masse corporelle et une augmentation de 16,22 et 18,61 % du rapport poids cœur/corps dans les groupes MICT accumulés et à séances quotidiennes uniques, respectivement, par rapport au groupe témoin non entraîné.

Ici, nous avons trouvé des résultats supérieurs en utilisant le HIIT. Les groupes 1-HIIT et 3-HIIT ont présenté une diminution de 9,12 et 11,10 % de la masse corporelle, une augmentation de 35,51 et 35,19 % de la VO₂max, et une augmentation de 34,26 et 39,55 % du rapport poids cœur/corps, respectivement, par rapport au groupe non entraîné. Certaines études ont démontré que les protocoles HIIT traditionnels sont supérieurs aux protocoles MICT pour augmenter le volume des globules rouges, le débit cardiaque maximal (principalement par éjection cardiaque et/ou contractilité) et la densité mitochondriale des muscles squelettiques¹⁸. Ces adaptations physiologiques semblent expliquer la supériorité des protocoles HIIT traditionnels (par rapport aux protocoles MICT) dans l’augmentation de la capacité aérobie et l’induction d’une hypertrophie cardiaque physiologique. Les résultats de la présente étude et de l’étude de Costa Periera et ^al.14 indiquent que cette supériorité du HIIT par rapport au MICT peut être observée lorsque ces modalités sont effectuées avec de courtes périodes d’exercice tout au long de la journée.

La force la plus importante de ce protocole HIIT accumulé est que ses séances ne durent que 5 min, trois fois par jour. D’autres points forts sont la facilité de réglage du tapis roulant et la manipulation des animaux. Une fois que la vitesse maximale est obtenue à partir du test VO₂max, le tapis de course est réglé sur une inclinaison plate. La vitesse est la même pour chaque combat en fonction de l’intensité prescrite pour cette semaine d’entraînement spécifique. Un autre point positif est que, lors de toutes les séances d’entraînement, les épisodes ont le même nombre et la même durée : 6 épisodes de 1 min entrecoupés de 1 min de récupération passive effectués en séances quotidiennes uniques pour le groupe 1-HIIT ; et 2 épisodes de 1 min entrecoupés d'1 min de récupération passive effectués trois fois par jour avec un intervalle de 4 h entre les épisodes pour le groupe 3-HIIT. Enfin, le choix de la récupération passive est une autre facilité puisque, après la fin de chaque combat, le chercheur retire l’animal du tapis roulant et le place dans sa cage jusqu’au début du prochain combat. Ainsi, après le tapis roulant, les réglages sont réglés au début de chaque séance d’exercice, et aucun réglage supplémentaire n’est nécessaire pendant toute la séance d’exercice.

La présente étude présente également certaines limites. Tous les laboratoires ne disposent pas d’un analyseur de gaz pour mesurer la consommation maximale d’oxygène. Cependant, cette limitation peut être surmontée en utilisant des protocoles de capacité physique maximale qui n’utilisent pas de tapis roulants métaboliques pour déterminer la VO₂max pour la prescription d’intensité d’exercice, y compris un protocole HIIT¹⁹ précédemment publié. Une autre limitation est que, par rapport aux protocoles utilisant des exercices continus d’intensité faible à modérée, les animaux présentent plus de difficulté à maintenir la vitesse de course car elle est déjà élevée au début de chaque épisode. Ainsi, l’utilisation du choc peut être plus élevée dans ce protocole accumulé que dans un protocole MTPI. Cela nécessite plus d’attention de la part du chercheur, car il est inapproprié de mener une séance d’exercice avec cinq rats ou plus simultanément.

Enfin, ce protocole d’exercice physique a été conçu pour de jeunes rats Wistar en bonne santé ; Des études futures devraient tester ce protocole en utilisant des rats d’âges et de problèmes de santé différents. De plus, bien qu’une caractérisation complète des adaptations physiologiques au protocole HIIT accumulé dépasse le cadre de la présente étude, elle mérite des recherches futures. L’ensemble de ces résultats révèle, pour la première fois, les effets d’un protocole HIIT accumulé sur les adaptations physiologiques à l’entraînement à l’exercice chez de jeunes rats Wistar. Ce nouveau protocole HIIT peut être une stratégie plus réalisable que les protocoles HIIT traditionnels car, dans cette nouvelle approche, l’exercice peut être divisé en sessions très courtes tout au long de la journée.

Les auteurs n’ont aucun conflit d’intérêts à déclarer.

Nous remercions le Centro Integrado de Pós-Graduação e Pesquisa em Saúde (CIPq-Saúde) de l’Universidade Federal dos Vales do Jequitinhonha e Mucuri (UFVJM) pour la fourniture d’équipement et de soutien technique pour les expériences. Nous remercions la Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de Minas Gerais (FAPEMIG) (numéros de financement APQ-00214-21, APQ-00583-21, APQ-00938-18, APQ-03855-16, APQ-01728-18), le Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) (numéro 438498/2018-6), et le Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)-Code financier 001 pour leur soutien financier.