Influence de la nutrition postnatale sur l'orientation phénotypique des cardiomyocytes

L’exercice physique est aujourd’hui reconnu comme l’une des stratégies les plus efficaces pour vivre longtemps en bonne santé et les effets d’une pratique régulière sont bien connus, quelle que soit la population. Toutefois, pour certains, cette pratique est rendue difficile suite à une pathologie ou à un handicap. Une solution pour ces patients, est l’utilisation de l’électromyostimulation (EMS). En bref, cette technique consiste à évoquer une contraction musculaire via l’application d’un courant électrique exogène, par l’intermédiaire d’électrodes positionnées sur la surface du muscle ou au niveau du nerf moteur (Lagerquist et al. 2009, Vanderthommen et Crielaard 2001).

A l’heure actuelle, alors que les bienfaits de cette modalité d’exercice commencent à être bien connus en ce qui concerne la santé physique, les bénéfices sur la santé cognitive n’ont fait l’objet que de quelques études. Or, c’est une composante importante puisqu’elle est largement impliquée dans le bien-être et la qualité de vie des personnes.

On sait que l’exercice stimule la plasticité cérébrale améliorant ainsi la cognition, le bien-être psychologique et ainsi la qualité de vie. Ces effets de l’exercice sur le cerveau sont médiés par une élévation des taux cérébraux de BDNF (brain-derived neurotrophic factor), une molécule impliquée dans la neuroplasticité et la neurogénèse (Nkahashi et al. 2000, Numakawa et al. 2018).

A l'heure actuelle, 3 grands mécanismes ont été identifiés pour expliquer la surproduction cérébrale de BDNF en réponse à l'exercice : (i) la voie neuronale avec l'augmentation de l'activité neuronale, (ii) la voie hémodynamique avec l'élévation du débit sanguin cérébral et (iii) la voie humorale avec la libération d'exerkines par les tissus périphériques (Cefis et al. 2023). Dans ce contexte, nous avons récemment évalué l'effet de différents protocoles d'EMS sur la cognition chez l'Homme et sur l'expression du BDNF dans une des régions liées à la cognition chez le rat (hippocampe), ainsi que les mécanismes sous-jacents impliquant les voies neuronale, hémodynamique et humorale. Nos résultats mettent en évidence des réponses différentes en fonction des paramètres de stimulation utilisés (effets variables sur les variables hémodynamiques, amélioration des fonctions cognitives…) soulignant ainsi l’importance du choix de ces paramètres en vue d’une utilisation optimale chez les patients. Une séance unique d’EMS a montré des effets bénéfiques. Cependant, nous avons montré dans une autre étude qu’une application chronique (7 jours consécutifs, 30 min/j) entraînait une diminution de la plasticité dépendante du BDNF (diminution des taux de BDNF, de l’activation des récepteurs spécifiques du BDNF et de l’expression des protéines neuroplastiques) ainsi que le développement d’une inflammation musculaire en lien avec l’établissement de lésions dues au caractère répété et/ou trop intense du protocole (analyses en cours). Ces résultats soulignent la nécessité de réaliser des études complémentaires afin d’analyser la relation dose-réponse, avant d’envisager l’utilisation de l’EMS comme technique améliorant la cognition en clinique.

 L’objectif général de ce projet de thèse est donc de déterminer s’il existe des paramètres de stimulation musculaire qui soient à la fois bien tolérés et susceptibles d’induire des effets bénéfiques sur la santé cognitive, tout en évaluant les mécanismes sous-jacents. Plus spécifiquement, l’impact de ces différentes paramètres (fréquence et intensité de stimulation mais également fréquence des séances) sera évalué par l’intermédiaire des réponses à différents tests cognitifs (mémoire, fonctions exécutives, humeur…) et à travers plusieurs marqueurs de la neuroplasticité (BDNF, irisine…). Ces évaluations seront, tout d’abord, menées avec des participants (hommes et rats) jeunes et sains afin de lever certains verrous méthodologiques. Les réponses ainsi obtenues devraient ensuite déboucher sur d’intéressantes perspectives de recherche clinique. A terme, ce travail devrait nous permettre de rédiger des recommandations concernant l’utilisation de l’EMS pour la réadaptation aussi bien physique que cognitive de nombreuses catégories de patients (personnes âgées, post-accident vasculaire cérébral (AVC), lésés médullaires, patients en réanimation…).

Afin de répondre à ces objectifs, plusieurs expérimentations seront menées :

ÉTUDE 1 : cette étude aura pour objectif d’évaluer les effets de différents protocoles d’EMS (utilisant des fréquences et des intensités de stimulation différentes) sur les performances cognitives et les marqueurs de la neuroplasticité.

Cette étude, réalisée sur une population de jeunes sujets sains (hommes et rats) utilisera des tests pour évaluer les performances cognitives et des dosages sanguins pour les marqueurs de la neuroplasticité. Les résultats ainsi obtenus devraient nous permettre de déterminer quelle est la modalité d’EMS la plus efficace de ce point de vue.

ÉTUDE 2 : cette étude évaluera l’effet « dose-réponse » de différents protocoles d’EMS sur les performances cognitives.

Les tests utilisés seront les mêmes que pour l’étude 1 mais ces paramètres seront évalués non pas après une seule séance mais après plusieurs séances réparties sur une semaine. Là encore l’étude sera répliquée chez l’homme et chez l’animal.

ÉTUDE 3 : cette troisième étude aura pour objectif la mise en place, dans un groupe de personnes fragilisées, d’un programme de prise en charge basé sur les résultats obtenus dans les études 1 et 2.

Les effets seront évalués à la fois sur des paramètres de la santé physique (performances aux tests fonctionnels…) et de la santé cognitive (mémoire, attention…). Un groupe contrôle réalisant une prise en charge « classique » sera également étudié.

A noter que la population de patients qui sera ciblée pour l’étude 3 reste à confirmer avec nos partenaires hospitaliers, mais deux pistes sont principalement envisagées : personnes ayant subi un AVC et patients lésés médullaires.

De plus, il est important de préciser que le doctorant recruté sur ce projet travaillera en étroite collaboration avec une autre doctorante du laboratoire, spécialisée dans l’expérimentation animale.

Université de Bourgogne Europe - DIJON

Laboratoire d'accueil : CAPS

Ce projet nécessite de bonnes connaissances de la physiologie de l’exercice et des mécanismes de la neuroplasticité en réponse à l’exercice (aigu et chronique). Ce projet nécessite également une maitrise de la technique d’électromyostimulation à destination de différentes populations du jeune sujet sain aux patients lésés médullaires ou victimes d’AVC. Ce projet nécessite également des compétences techniques afin de maitriser les différents outils d'investigation ainsi que les différentes méthodes d'analyse.

Voici les principaux outils qui devront être maîtrisés :

• Électromyostimulation : le paramétrage et l’utilisation de cette technique devront être maîtrisés.
• Tests cognitifs : les tests de Stroop, le trail making test, le test de fluence verbale et le questionnaire POMS seront utilisés dans les trois expérimentations afin d’évaluer les effets des différentes modalités d’exercice sur les performances cognitives.
• Tests fonctionnels : la troisième étude visant à évaluer l’impact de la prise en charge à la fois sur les performances cognitives et physiques, le candidat devra maîtriser les protocoles et conditions de passations de différents tests fonctionnels (test de marche de 6 minutes, test de marche sur 10 mètres, évaluation de la force musculaire maximale) permettant d’évaluer les participants dans des situations proches de celles du quotidien.
• Échographie ultrason : l’un des objectifs de la prise en charge par electrostimulation est également la masse musculaire, souvent atrophiée chez les patients. L’échographie permettra de mesurer l’épaisseur musculaire au niveau du Vastus Lateralis et du Rectus Femoris.
• Analyses biochimiques : les techniques multiplex, de western blot et d’immunohistochimie seront utilisées lors des études 1 et 2 pour étudier les différents marqueurs de la neuroplasticité.