Génétique et athlètes d'élite
Hormones , 2025-01-10 , 18 min
Génétique et athlètes d
Nous connaissons tous un gars dans le gymnase – celui qui se vante de la façon dont il faisait du développé couché sur 500 livres et courait un sprint de 40 mètres en 4,3 secondes. Le directeur de la force et du conditionnement physique de l'Université Ball State, Jason Roberson, résume bien cette bêtise : "Êtes-vous déjà resté dans la même pièce que quelqu'un qui peut développer un développé couché de 500 livres ou courir un sous-4,4 40 ? Ils n'ont pas besoin de vous dire qu'ils peuvent le faire. Vous le savez simplement en étant près d'eux. "
Nous entendons tout le temps des gens lancer des chiffres comme ceux-ci avec désinvolture, mais la réalité est que la capacité de réaliser de telles choses est pratiquement inconnue. Dans le grand schéma des choses, presque personne ne pèse plus de 500 livres. Et encore moins de personnes peuvent exécuter un sprint inférieur à 4,4 à 40 mètres. Même si un entraînement intense pendant des années et des années peut jouer un rôle majeur dans la force et les réalisations sportives, une composante génétique existe absolument. Tout le monde n’a pas la capacité inhérente de lancer d’énormes quantités de poids ou de sprinter parmi les guépards dans les plaines d’Afrique. La génétique joue un rôle majeur dans la détermination de bon nombre des éléments suivants, mais au lieu de nous concentrer sur les gènes individuels et de confondre les termes biologiques, nous allons examiner la situation dans son ensemble pour expliquer pourquoi les athlètes d’élite sont si bons.
Déterminants génétiques de la force
La plupart des principaux déterminants de la force sont d’origine biomécanique. Nous aborderons quelques sujets ici, mais de nombreux sujets abordés dans les déterminants génétiques de la performance sportive se rapportent également à cette section. Le principal concept à comprendre ici est le couple articulaire – c'est-à-dire la vitesse et/ou la puissance avec laquelle une articulation peut bouger en fonction de la force qu'un muscle lui applique. La force qu'un muscle applique à une articulation dépend ieurs éléments, mais un acteur majeur est le site d'attache du muscle en fonction de l'articulation qu'il déplace (13).
Les sites d’attachement musculaire sont probablement l’une des principales différences entre quelqu’un qui peut appuyer sur un banc de 500 livres et quelqu’un qui ne le peut pas. Des études ont montré que l'emplacement des sites de fixation peut varier considérablement d'un sujet à l'autre(6), ce qui peut avoir un impact direct sur le couple produit par une certaine articulation. Un exemple simple pour voir comment les sites d'attachement musculaire peuvent avoir un impact sur le couple articulaire consiste à examiner l'action du biceps au niveau de l'articulation du coude (revue où). Vous pouvez également consulter cela dans notre article sur la physique du bodybuilding (ici).
Le biceps est un système de levier de classe 3, dans lequel l'attache musculaire et la résistance se trouvent du même côté de l'articulation du coude. De nombreux muscles du corps humain fonctionnent comme des systèmes de leviers de classe 3, les biceps sont donc un exemple facile auquel appliquer cette logique (9). Le point principal à comprendre ici est que le poids dans votre main produit également un couple sur le coude dans la direction opposée de votre muscle biceps. Désormais, le couple est égal à la distance à laquelle la force est appliquée depuis l'articulation multipliée par la force appliquée – AKA le poids dans votre main multiplié par la distance entre le poids et votre coude. La distance entre l’articulation et la force est un facteur déterminant du couple, et dans le levier de classe 3, il est facile de voir que les biceps s’attachent plutôt près de l’articulation. Résultat : les biceps doivent produire une tonne de force pour vaincre le couple causé par le poids dans votre main puisque le muscle s’attache si près de l’articulation.
Maintenant, imaginez si vous pouviez déplacer cet attachement du biceps un peu plus bas sur l'avant-bras. Désormais, toute force que vous produisez avec votre muscle biceps peut induire beaucoup plus de couple sur l'articulation du coude puisque l'attache est plus éloignée. Vous voyez ce gars au gymnase qui peut boucler plus de 185 livres pour les répétitions sans problème ? Ses biceps peuvent s'attacher plus bas sur son avant-bras que la plupart des autres personnes, ce qui lui donne un énorme avantage mécanique pour soulever de gros poids.
Une façon intéressante de déduire cette logique consiste à effectuer des recherches orthopédiques examinant comment reconstruire les articulations et/ou les attaches des tissus mous. Des études ont en fait montré que le changement du site d'attache d'un tendon vers une position moins avantageuse sur le plan mécanique peut réduire l'amplitude de mouvement d'une articulation et le couple articulaire à diverses positions (24).
Alors, qu’est-ce qui détermine les sites d’attachement musculaire ? Génétique(19). Si vous êtes faible et que vous avez du mal à devenir plus fort, blâmez vos parents. Les haltérophiles et les haltérophiles olympiques travaillent évidemment d’arrache-pied à l’entraînement, mais les meilleurs des meilleurs ont un avantage génétique majeur. Les détenteurs de records du monde naissent, c’est à eux de s’entraîner suffisamment pour réaliser leur véritable potentiel.
La force peut également être quelque peu déterminée par le type de fibre musculaire(18). Nous savons que les fibres musculaires de type II/à contraction rapide produisent plus de force et de puissance que les fibres à contraction lente – principalement parce qu’elles sont plus grandes. les individus présentant des proportions légèrement plus élevées de fibres à contraction rapide peuvent avoir un avantage génétique lorsqu’il s’agit de soulever des poids et d’être plus forts. La composition des types de fibres semble cependant jouer un rôle plus important dans la performance en sprint que dans la performance dans les sports de force (4).
Déterminants génétiques de l'hypertrophie musculaire
La génétique de la construction musculaire est incroyablement complexe et implique toutes sortes d’hormones et de capteurs/signaux qui, franchement, sortent du cadre du « besoin de savoir » de cet article. Nous nous en tiendrons ici à deux composants génétiques principaux qui présentent un intérêt majeur pour les bodybuilders : la myostatine et les cellules satellites.
La myostatine est un gène qui peut influencer la quantité de muscle dont dispose un individu et peut se développer. Les mutations génétiques peuvent entraîner des réductions de la signalisation de la myostatine ou d’autres perturbations de la myostatine pouvant entraîner des niveaux d’hypertrophie musculaire beaucoup plus élevés que la normale (17). Les carences en myostatine sont courantes chez certains types de taureaux comme le Bleu Belge – cliquez sur le lien ici et faites défiler jusqu'à la photo pour voir à quoi peut conduire une carence en myostatine.
Certains cas humains de déficits en myostatine ont été démontrés (17). Il a également été proposé par de nombreux profanes du fitness que les bodybuilders professionnels ont très probablement une sorte de mutation de la myostatine qui leur permet de développer et de maintenir une telle masse musculaire. Si vous regardez les photos « avant » de nombreux pros actuels de l’IFBB, vous verrez que la majorité d’entre eux étaient également assez braqués lorsqu’ils étaient adolescents.
Le concept de déficit en myostatine affecte directement un autre aspect génétique qui joue très probablement un rôle important dans la capacité d’une personne à développer ses muscles : le recrutement de cellules satellites. Les cellules satellites sont essentiellement les cellules souches du muscle : lorsque les fibres musculaires subissent de grandes tensions ou des dommages, les cellules satellites sont activées pour aider à régler le problème et fournir une assistance dans le processus d'adaptation. La procédure d'activation des cellules satellites est probablement due à la théorie du domaine nucléaire, dont nous abordons plus en détail dans l'article Muscle Memory (lire ici). Essentiellement, pour qu’une fibre musculaire se développe, davantage de noyaux seront nécessaires pour contrôler le nouvel espace cellulaire(1). Les cellules satellites peuvent donner leurs noyaux aux cellules musculaires pour permettre l'adaptation à la croissance (16).
Le problème ici est que des recherches ont montré que le recrutement de cellules satellites peut varier considérablement d’un sujet à l’autre(15,21). Les scientifiques ont émis l'hypothèse que l'activation des cellules satellites est un facteur génétique (3), de sorte que certaines personnes recrutent simplement mieux les cellules satellites que d'autres et ont donc une plus grande réponse de croissance à l'exercice (16). Nous avons tous un ami ou connaissons une personne qui peut prendre du muscle comme l’affaire de personne. Il y a de fortes chances que leur corps recrute naturellement des cellules satellites à un rythme beaucoup plus élevé que le reste d’entre nous. C'est normal d'être jaloux ; Moi aussi.
Déterminants génétiques de l'athlétisme
Les athlètes doués posséderont probablement toutes les caractéristiques mentionnées – c’est pourquoi les meilleurs des meilleurs reçoivent des sommes folles pour faire ce qu’ils font. Outre les facteurs de force et de développement musculaire, les athlètes d’élite présentent probablement également quelques autres différences uniques.
Beaucoup de gens supposent que les athlètes extrêmement rapides sont ridiculement orientés vers les fibres à contraction rapide, et cela semble certainement sonner vrai. Les sprinteurs d'élite contiennent plus de fibres à contraction rapide que les individus sédentaires, la différence étant généralement d'environ 20 % (4,20). Dans des travaux plus récents, il a également été démontré que les haltérophiles olympiques d’élite possédaient des niveaux élevés de fibres musculaires à contraction rapide (ici). Les sports de sprint et de puissance semblent définitivement dominés par les athlètes à contraction rapide, mais lisons-en davantage.
L’une des principales propositions expliquant pourquoi un sprinter d’élite est si rapide n’est pas nécessairement la rapidité avec laquelle ses muscles peuvent se contracter, mais plutôt la rapidité avec laquelle ses muscles peuvent se détendre pendant les contractions. Lorsqu'une fibre musculaire se contracte, les protéines glissent les unes sur les autres en créant des ponts croisés qui se « tirent » les unes sur les autres. Ces ponts transversaux ne peuvent tirer qu'un court coup avant de devoir se dissocier et se relier sur un autre site pour poursuivre la contraction musculaire. Le processus de dissociation et de liaison est appelé «relaxation musculaire», et plus vite on peut détendre ses fibres musculaires, plus vite le muscle se raccourcira et plus de puissance globale sera produite (22). Ce processus est médié par de multiples enzymes dans le muscle qui sont nécessaires à la resynthèse de l'ATP, à la liaison du calcium et à toutes sortes de processus compliqués (22).
Le célèbre entraîneur soviétique de performance sportive, Yuri Verkhoshansky, pensait que les sprinteurs naturellement talentueux réagissaient à l'entraînement principalement en améliorant les taux de relaxation plutôt que la force musculaire réelle (22). Les données d’autres études soutiennent l’affirmation de Verkhoshansky en constatant que la vitesse de course est fortement corrélée à l’activité des enzymes anaérobies dans le muscle qui affecterait directement la resynthèse de l’ATP (11). Malheureusement pour le reste d'entre nous, les taux de relaxation semblent être hautement héréditaires, car des études ont montré que ni l'âge ni le sexe n'ont de corrélation avec les taux de relaxation musculaire (12). Résultat : la prochaine fois que quelqu'un commentera qu'Usain Bolt est plus rapide que vous, vous pourrez répondre en disant : « Non, il se détend juste plus vite que moi. » Voyez comment cela fonctionne pour vous.
Un autre déterminant de la performance sportive peut être l’hystérésis tendineuse. L'hystérésis du tendon fait référence à l'efficacité avec laquelle un tendon absorbe et redirige la force (8). Les tendons sont le tissu conjonctif entre le muscle et l'os, ils s'étirent lorsqu'un muscle s'étire et se contractent lorsqu'un muscle se raccourcit. Du coup, la capacité d’un tendon à transmettre efficacement la force de l’allongement au raccourcissement peut déterminer la quantité de puissance globale qui peut être transférée à l’os et à la locomotion globale (8).
D’un autre côté, certains ont proposé que la raideur des tendons puisse être un déterminant de la puissance athlétique. La rigidité tendineuse fait référence à la capacité d'un tendon à s'étirer et à réagir pour produire/transmettre une force, mais pas à l'efficacité avec laquelle il le fait. Des études ont montré que la raideur tendineuse peut être un prédicteur de la performance sportive, mais il a été démontré que l'hystérésis tendineuse a une gamme beaucoup plus large de valeurs biologiques (7). Résultat : il n’y a peut-être pas de différence significative entre la rigidité des tendons d’un individu normal et celle d’un athlète anormal, mais il pourrait certainement y avoir une différence extrême dans l’hystérésis des tendons entre les deux. Il y a une raison pour laquelle même le plus petit des joueurs de la NBA peut lancer un ballon de basket et vous pouvez à peine sauter par-dessus un jeu de cartes. Au moins, tu peux toujours blâmer tes parents.
Déterminants génétiques de la performance d'endurance
L’économie de la course à pied des athlètes d’endurance d’élite est directement liée à l’idée de l’hystérésis tendineuse. Il a été théorisé au fil des années que les marathoniens d’élite dissipent tout simplement mieux la chaleur que les autres coureurs (5,14). Deux facteurs peuvent intervenir, le premier étant l’hystérésis du tendon.
Puisque l’hystérésis est une mesure de l’efficacité, qu’arrive-t-il à l’énergie perdue par un tendon inefficace ? Elle se perd sous forme de chaleur (8). Un coureur inefficace peut alors subir une plus grande accumulation de chaleur, en partie à cause d’une mauvaise hystérésis des tendons qui accélère le processus de fatigue lors d’une course de longue distance.
Les coureurs efficaces en auront également pour leur argent grâce à leur métabolisme. Plusieurs enzymes dans le muscle sont nécessaires pour déterminer les taux métaboliques pendant l’exercice et les plus grands athlètes d’endurance peuvent simplement avoir des enzymes plus actives (14). Nous le constatons dans des études qui révèlent que les coureurs d’endurance les plus performants peuvent maintenir des vitesses de course plus élevées à des niveaux de VO2 inférieurs (23) – ce qui signifie qu’ils accomplissent littéralement plus de travail avec moins de carburant. Un peu comme utiliser un petit moteur turbocompressé sur un moteur atmosphérique plus gros – plus de puissance et une meilleure consommation d’essence. Les grands coureurs sont turbocompressés, mais sans les badges et les spoilers sympas.
Une partie de l’efficacité de la course peut être due à une prépondérance de fibres musculaires à contraction lente chez les athlètes d’endurance d’élite (20). Les fibres musculaires à contraction lente sont de nature plus aérobie et n’accumuleraient pas de sous-produits métaboliques dans la même mesure que les fibres musculaires à contraction rapide. les fibres à contraction lente se fatigueront plus lentement et produiront également moins de chaleur que les fibres à contraction rapide.
Un dernier facteur limitant, mais très important, de la performance en endurance est l’apport d’oxygène au muscle qui travaille (2). Cela peut évidemment être amélioré par un entraînement cardiovasculaire, mais certaines personnes sont encore naturellement enclines à fournir plus d’oxygène à leurs muscles. C'est pourquoi les hommes ont généralement un VO2 max plus élevé que les femmes : les hommes ont généralement des taux d'hématocrite plus élevés, ce qui permet au sang de transporter plus d'oxygène(2). Ceci explique l'épidémie de dopage sanguin que l'on a vue dans le cyclisme sous le règne de Lance Armstrong. Le dopage sanguin permet aux cyclistes d'augmenter l'hématocrite dans leur sang pour améliorer la capacité de transport de l'oxygène et son apport aux muscles qui travaillent.
Un autre déterminant de l’apport d’oxygène qui pourrait avoir une base plus génétique est la densité capillaire entourant un muscle (2,10). Les capillaires sont le site d'échange d'oxygène entre le système vasculaire et le muscle. C’est là que l’oxygène est délivré au muscle et que les déchets métaboliques sont éliminés (10). il est facile de reconnaître que plus un individu a de capillaires dans un pouce carré de tissu musculaire, plus il peut fournir d’oxygène et plus de déchets métaboliques peuvent être évacués. L’entraînement en endurance peut augmenter la densité capillaire, mais cela peut aussi être fortement déterminé par la génétique(10).
En fin de compte, il y a plusieurs facteurs qui font des athlètes d’élite ce qu’ils sont, ceci n’est qu’un aperçu de certains des plus remarquables. Ces traits spécifiques peuvent également déterminer dans quel sport un individu excelle ; des attachements musculaires et des taux de relaxation idéaux peuvent conduire à des capacités de sprint incroyables, tandis que l'économie de course et la densité capillaire peuvent aider à produire des coureurs de marathon de haute performance. Malheureusement, peu de gens sont dotés d’un de ces facteurs génétiques, et encore moins ieurs d’entre eux. Vous pouvez passer du temps à être jaloux des personnes qui sont nées avec ces capacités, ou vous pouvez continuer à devenir la meilleure version de vous-même possible. Les adaptations de l'entraînement peuvent absolument améliorer certains des facteurs dont nous avons parlé ci-dessus, afin que vous puissiez continuer à progresser dans vos propres performances et vous rapprocher de l'élite génétique. Comprenez simplement qu’il existe certainement des différences sous-jacentes que vous ne pourrez peut-être jamais compenser. La seule solution est de construire une machine à remonter le temps et de choisir de nouveaux parents, et franchement, cela semble poser plus de problèmes que cela n’en vaut la peine.
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