Tolérance à l’effort global et fatigabilité musculaire dans les maladies respiratoires chroniques : Méthodes d’évaluation et identification des mécanismes neuromusculaires sous-jacents - Archive ouverte HAL Accéder directement au contenu
Hdr Année : 2020

Whole-body exercise tolerance and muscle fatigability in chronic respiratory disorders: assessment methods and underlying neuromuscular mechanisms.

Tolérance à l’effort global et fatigabilité musculaire dans les maladies respiratoires chroniques : Méthodes d’évaluation et identification des mécanismes neuromusculaires sous-jacents

Mathieu Gruet

Résumé

This post-doctoral dissertation (habilitation) aims to provide a detailed synthesis of my research activities performed after my PhD, across the 2011-2019 period. I have gathered and presented some works with the intention to better describe and understand the limitations to physical exercise in chronic respiratory disorders (CRD). My approach suggests a complementary between whole-body exercise tests and isolated muscle assessments. The usefulness of these tests is exemplified through the presentation of several studies conducted in people with cystic fibrosis, chronic obstructive pulmonary disease (COPD) and obstructive sleep apnea. Collectively, some of our results suggest that each maximal and submaximal whole-body exercise test has its own interests and limitations. These tests should be viewed as complementary rather than interchangeable. The choice and frequency for the use of these tests should be considered with an individualized approach, taking into consideration the nature of the disease, its severity, some events modulating disease progression and hospital resources. Whole-body exercise tests, albeit useful to det ct and quantify exercise intolerance, are often less adapted to identify some of the underlying physiological mechanisms. In particular, the various neuromuscular abnormalities observed in people with CRD legitimize the evaluation of physical abilities using tests that isolate peripheral muscle function. Despite arguments supporting peripheral muscle abnormalities in cystic fibrosis, our studies suggest a preserved muscle metabolic function and contractility during local fatiguing exercises in individuals with mild to moderate lung disease. Some of our recent works now investigate the potential influence of CFTR genotype severity on peripheral muscle function in people with cystic fibrosis. Beyond peripheral factors, there are strong evidences supporting corticospinal abnormalities in CRD, especially in severe phenotypes, possibly linked with peripheral muscle dysfunction in these individuals. We found that cerebrovascular and corticospinal abnormalities observed at rest in people with severe obstructive sleep apnea persisted during physical exercise, with a potential contribution to reduced muscle strength, increased muscle fatigability or reduced maximal aerobic capacities. The last part of this dissertation is dedicated to the presentation of future research perspectives. I propose a rationale that legitimate the examination of limitations to physical exercise in aging individuals with CRD in demanding cognitive-motor contexts. We are currently investigating the hypothesis of a particular increase in muscle fatigability in people with COPD during cognitive-motor dual-tasks, related with abnormalities in central command. The traditional neuromuscular indicators are, however, somewhat limited for the understanding of such a complex phenomenon, which is influenced by several interconnected components (i.e. cortical, spinal, muscular). We are currently developing a methodology for facilitating the use of various indicators of neuromuscular complexity derived from nonlinear dynamics, in the specific context of muscle fatigability. The use of such indicators adapted to the study of the complexity of the neuromuscular system will allow shedding light on the psychophysiological limitations experienced by the individuals with CRD in demanding cognitive-motor contexts. Such investigations will favor the development of new treatment modalities in these specific populations
Ce mémoire d’habilitation à diriger des recherches a pour objectif de présenter une synthèse détaillée de mes activités de recherche post-thèse, sur la période 2011-2019. Ces travaux ont été regroupés et présentés dans l’objectif général d’une meilleure caractérisation et compréhension des limitations à l’effort dans les maladies respiratoires chroniques (MRC). L’approche que je développe ici suggère une complémentarité des évaluations de la tolérance à l’effort global d’une part, et de la fonction musculaire périphérique d’autre part. L’intérêt de ces tests est illustré ici au travers de plusieurs études conduites chez des personnes atteintes de mucoviscidose, de bronchopneumopathie chronique obstructive (BPCO) et du syndrome d'apnée obstructive du sommeil. Collectivement, certains de nos résultats suggèrent que les tests d’effort globaux, qu’ils soient maximaux ou sous-maximaux, présentent tous leur propres limites et intérêts. Ces tests ne sont pas interchangeables mais plutôt complémentaires. Le choix et la fréquence d’utilisation de ces tests doivent se faire selon une approche individualisée, en fonction de la pathologie considérée, de sa sévérité, de certains évènements conditionnant l’évolution de la maladie, et des ressources du centre hospitalier. Ces tests globaux, utiles pour détecter une intolérance à l’effort, restent peu adaptés pour identifier certains mécanismes physiologiques sous-jacents. En particulier, les différentes anomalies neuromusculaires retrouvées dans les MRC justifient une évaluation des aptitudes physiques sur des efforts isolant la fonction neuromusculaire. Malgré la présence d’un rationnel élevé en faveur d’anomalies périphériques dans la mucoviscidose, nos travaux suggèrent une fonction contractile et métabolique normale au cours d’efforts fatigants localisés chez des personnes avec atteinte légère à modérée. Certains de nos travaux actuels visent maintenant à déterminer si la sévérité de la mutation CFTR pourrait jouer un rôle sur la présence d’anomalies musculaires dans cette maladie. Au-delà d’arguments périphériques, il existe un rationnel élevé en faveur d’anomalies corticospinales en lien avec la dysfonction musculaire dans les phénotypes les plus sévères de certaines MRC. Certains de nos travaux ont notamment montré que les anomalies corticospinales et cérébrovasculaires présentes au repos chez des individus apnéiques sévères persistaient au cours de l’exercice, pouvant contribuer à la réduction de force musculaire, à l’augmentation de la fatigabilité musculaire ou encore à une réduction des capacités maximales aérobies. La dernière partie de ce mémoire est dédiée à la présentation de différentes perspectives de recherche. Je propose un rationnel justifiant de s’intéresser aux limitations à l’effort des individus MRC âgés dans des contextes cognitivo-moteur exigeants. Nous testons actuellement l’hypothèse d’une fatigabilité musculaire particulièrement accrue chez des personnes BPCO en condition de double tâche cognitivo-motrice, en lien notamment avec des anomalies de la commande centrale. Les indicateurs neuromusculaires classiques sont cependant limités pour la compréhension d’un phénomène aussi complexe, sous l’influence de différentes interactions corticales, spinales et musculaires. Ainsi, nous développons actuellement une méthodologie afin de faciliter l’utilisation de différents indicateurs de complexité neuromusculaire, issus de la dynamique non-linéaire, en condition de fatigabilité musculaire. L’utilisation d’indicateurs adaptés à l’étude de la complexité du système neuromusculaire permettra une meilleure compréhension des limitations psychophysiologiques éprouvées par les individus MRC dans des contextes cognitivo-moteurs exigeants, pouvant favoriser à terme le développement de nouvelles modalités de prise en charge pour ces populations spécifiques.
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Citer

Mathieu Gruet. Tolérance à l’effort global et fatigabilité musculaire dans les maladies respiratoires chroniques : Méthodes d’évaluation et identification des mécanismes neuromusculaires sous-jacents. Physiologie [q-bio.TO]. Université de Toulon, 2020. ⟨tel-02885833⟩
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