Soutenance de thèse11 décembre 20091. Définition de la Fatigue (1) Dans un contexte clinique : une diminution transitoire et reversible de la capacité

1

Fatigabilité à l’exercice : exploration physiopathologique

Nicolas DECORTE

Soutenance de thèse 11 décembre 2009

Soutenance de thèse 2

Définition de la Fatigue (1)

Dans un contexte clinique : une diminution transitoire et reversible de la capacité à produire des

actions physiques (Friedman et al. 2007)

“l’incapacité pour un muscle ou un groupe de muscles à maintenir une force exigée ou attendue, entraînant une diminution de performance” (Edwards 1956, Asmussen 1979, Bigland- Ritchie et Woods 1984)

Dimension subjective – perception de l’effort : “ … une augmentation progressive de l’effort requis pour la production

de force désirée suivie d’une incapacité progressive de maintenir cette force de manière continue ou répétée” (Enoka et Stuart, 1992)

Fatigue musculaire et capacité de maintient de la tâche : “dimunution induite par l’exercice de la capacité du muscle à produire

de la force ou de la puissance (Bigland-Ritchie, 1983) que la tâche soit maintenue ou non” (Sogaards ,2006).

11 décembre 2009


Définition de la Fatigue (2)

11 décembre 2009

Différentes approches :

• Déficit moteur

• Déficit mental

Compensations pour maintenir l’exercice ?

Raisons de l’arrêt de la tâche (« Task Failure ») ?

Enoka 2002

Sites potentiels >>>>


Questions actuelles…

Facteurs pouvants intervenir dans la limitation de l’effort :

Cerveau : Fatigue ?

1/ Rôle du tryptophane cérébral (efforts prolongés), précurseur de la sérotonine impulsions cortico-spinales sur le motoneurone activation centrale (Davis et al. 1997)

2/ Reflexes inhibiteurs périphériques ou signaux inhibiteurs des motoneurones α provoqués par des modifications métaboliques ou mécanique au niveau de l’effecteur musculaire (Garland et al.1995)

L’opposition fatigue centrale vs. périphérique : le concept d’un système plus complexe et multifactoriels (Marcora et al.)

“Central Gouvernor” (Noakes et al.) vs. Shephard 2009 (review)

Fatigue = réponse du cortex aux processus perçus comme menaçant pour sa survie et l’organisme. Anticipation de la tâche – feedforwards (expérience)

Feedbacks métaboliques et mécaniques - rôle protecteur de l’organisme. Fatigue musculaire = variable finement régulée par SNC (Amann & Dempsey)

11 décembre 2009


Quantification de la fatigue

11 décembre 2009

• Force Maximale Volontaire (FMV)

• Force évoquée non-coopérante (Twitch) : potentiée ou non potentiée

• Force non-coopérante surimposée à une contraction volontaire.

• Signal électromyographique du muscle (EMG)


Plan de thèse

11 décembre 2009

Etude ELEMAGEtude Stimulation Magnétique vs. Stimulation

ElectriqueComparaison de 2 méthodes d’évaluation de la force

musculaire

Etude CINFATEvaluation de la force musculaire du quadriceps et sa fatigabilité au cours d’un test d’effort intermittent sur

ergocycle

Etude BETAFOR 2Effets des 2-mimétiques sur la force du quadriceps et

sa fatigabilité (Groupe sportifs Haut Niveau)

Etude STIMUCOEtudier les bénéfices d’un programme

d’électrostimulation du quadriceps avant un REE sur ergocycle sur l’aptitude à l’effort des patients


sa fatigabilité (Groupe sportifs modérés)

Validité de la stimulation magnétique + utilisation des doublets de stimulation

Cinétique de développement de la Fatigue, différenciation du développement de la fatigue périphérique haute et basse fréquences.

Evaluation de l’effet d’un traitement sur la fonction neuromusculaire

Evaluation de la fatigue en clinique

Caractérisation de la fonction musculaire chez le malade. Diagnostic précoce.


Introduction (Editorial Laghi 2008)

Utilisation stimulation artificielle en recherche et en clinique

Quadriceps muscle très étudié : muscle locomoteur

Comparaison des méthodes stimulation électrique (gold standard) vs. stimulation magnétique pour évaluer la force du quadriceps avant et après un exercice excentrique.

11 décembre 2009

Contribution personnelleEtude 1 : ELEMAG


Hypothèses :

La stimulation magnétique permet de mesurer de manière identique la fonction musculaire du quadriceps (vs. Stimulation électrique)

Les doublets de stimulations sont équivalents au trains de potentiel d’action (PA) obtenus par stimulation électriques

Le ratio des doublets 10/100 Hz est un indice fiable de l’évaluation de la fatigue neromusculaire (vs. T2 10/100 Hz)

11 décembre 2009



Contribution personnelle

11 décembre 2009

Etude 1 : ELEMAG

Protocole :

• 21 hommes sains et physiquement actifs

Mesures effectuées sur quadriceps droit Sujet allongé sur banc quadriceps, genou

90° (position standardisée) Mesures de force (jauge de contrainte) Mesure EMG vastus lateralis (VL) et

antagoniste biceps femoris (BF) Test épuisant : 30 min, 10 km/h, 20%

pente négative

Age (années) Taille (cm) Poids (kg)

30 (6) 78 (7) 181 (6)

Moyenne (écart-type)



11 décembre 2009

Etude 1 : ELEMAG

Setup expérimental :

ENS : stimulations électriques nerf fémoralMNS : stimulations magnétiques nerf fémoralEMS : stimulations électriques électrodes de surface musculairesEMSt : stimulations électriques tétaniques électrodes de surface musculaire

Stimulations simples 1Hz

doublets 10Hz doublets 100Hz

Stimulations simples 1Hz potentiée

Ordre randomisé

ENS MNS

EMS

Ordre randomisé

ENS MNS

EMS

Ordre randomisé

ENS MNS

EMS

Trains 10Hz et 100 Hz

EMSt EMSt

Ordre randomisé

ENS MNS

EMS

MV

C

MV

C

MV

C



11 décembre 2009

Etude 1 : ELEMAG

Résultats comparatifs Propriétés contractiles :



11 décembre 2009

Etude 1 : ELEMAG

Résultats comparatifs Force :



Résultats comparatifs caractéristiques M-waves :



Résultats comparatifs EMG :



Résultats comparatifs des ratio 10/100 Hz vs. T2 10/100 Hz :



Conclusion étude 1 : ELEMAG

• Electrostimulation magnétique et électrique produisent les mêmes réponses en termes de force et de M-wave pour des stimulations simples ou des doublets

• L’évaluation de la fatigue du quadriceps et la sensibilité des 2 méthodes sont identiques

•Les T2 10/100 ne semble pas être un indice correct pouvant substituer les trains de PA pour évaluer la force haute et basse fréquence. Il semblerait que les ratio 10/100 Hz des doublets de stimulation soit plus appropriés.


Contribution personnelleEtude 2 :

CINFAT




musculaire


ergocycle














CINFAT

Introduction :

Aspects fatigue périphérique et centrale démontrés après exercice général

intense (Lepers et al. 2002, Millet et al. 2003, Romer et al. 2006, Sidhu et al. 2009)

Fatigue musculaire

Facteurs périphériques

Facteurs centraux

Cinétique de développement de la fatigue périphérique et centrale durant un exercie général intense? (Bellemare et al. 1987, Lepers et al. 2002, Renggli et al. 2008)Relation entre Fatigue périphérique et fatigue centrale ou l’activité de la commande centrale (Taylor et al. 2000, Amann et al. 2007, Romer et al. 2007)

11 décembre 200911 décembre 2009



CINFAT

Hypothèses :

o La fatigue périphérique se développerait relativement tôt durant l’effort contrairement à la fatigue centrale qui se manifesterait vers la fin de l’exercice, à épuisement

o Le développement de la fatigue périphérique durant le pédalage serait associée à une augmentation de la commande centrale (compensation pour le maintient de la tâche),

o Interaction entre le développement de la fatigue centrale et celui de la fatigue périphérique

11 décembre 2009



CINFAT

Sujets : 13 hommes modéremment entraînésAge (années) Taille (cm) Poids (kg)

29 (7) 179 (6) 71 (8) Mesures effectuées sur quadriceps droit

Sujet allongé sur banc quadriceps, genou 90° (position standardisée)

Mesures de force (jauge de contrainte)

Mesure EMG vastus lateralis (VL), vastus medialis (VM) rectus femoris (RF), et antagoniste biceps femoris (BF)

Mesures des échanges gazeux ergocycle

Mesures Hand Grip (HG), EVA (RPE), [La]

Test épuisant : répétition jusqu’à épuisement de 6 min ergocycle à 80% Pmax (charge constante) avec 4 min récupération (2 pré-tests effectués en amont, calcul de Pmax et familiarisation) 11 décembre 2009

Moyenne (écart-type)



CINFAT

Protocole expérimental :

11 décembre 2009



CINFAT

Résultats Force :

Diminution de 20% de la Force maximale des extenseurs du quadriceps (FMV)Pas de diminution significative des fléchisseurs du quadriceps et du Hand Grip (HG)

-20%

11 décembre 2009



CINFAT

Résultats :

• TwQp 1,10 et 100Hz diminuent significativement dès 20% du temps total d’effort avec une accentuation jusqu’à 40% du temps d’effort puis restent stables (1ère moitié du temps total d’effort). •Récupération à Post30 significative mais toujours différente des valeurs de repos.•Le ratio 10/100 suit un pattern similaire, réduction significative à 20% du temps total d’effort

Force non-coopérante

11 décembre 2009



CINFAT

Résultats : Augmentation significative du RF et VL à 40% du temps total d’effort

Augmentation significative du BF 60% du temps total d’effort

11 décembre 2009



CINFAT

Corrélations entre indices périphériques et indices centraux :

11 décembre 2009



CINFAT

Résultats : indice d’activation volontaire (VA)

Baisse significative de VA à 80% du temps total d’effort (proche épuisement)

11 décembre 2009



CINFAT

Résultats : Lactatémie au cours de l’effort et Echelle EVA (RPE) :

Augmentation significative de la perception de l’effort au cours de l’exercice des 20% du temps total d’effort

Augmentation significative de la lactatémie des 20% du temps d’effort jusqu’à 9mmol/L

11 décembre 2009



CINFAT

Conclusion :

o Fatigue périphérique se développe tôt au cours d’un exercice à charge constante sur ergocycle, surtout dans la première moitié du temps d’exercice.

oIndices d’une fatigue centrale sont mesurés vers la fin de l’exercice (épuisement)

o L’augmentation de la commande centrale est en partie liée au développement de la fatigue contractile mais aucun lien direct n’est observé entre fatigue centrale et périphérique

o Le raisonnment sur la fatigue observée après exercice devrait tenir compte de la cinétique de développement rencontrée au cours de l’exercice

11 décembre 2009


Contribution personnelleEtude 3 BETAFOR

1




musculaire


ergocycle













Contribution personnelleEtude 3 : BETAFOR 1

Introduction :

1. Les béta2-mimétiques?1. Bronchodilatateurs : Salbutamol (Ventoline®),

albutérol…2. Traitement de l’asthme3. Prévention de l’AIE

2. Réglementation sportive Prises orales interdites Inhalation tolérée en dessous d’un seuil légal (seuil

urinaire : 1000 µg/L) avec Autorisation Utilisation Thérapeutique (AUT).

11 décembre 2009



Introduction :

11 décembre 2009

Les β2-mimétiques : Différence entre voie inhalée et voie orale ?

Comprimés (mg) Absorption digestive, passage circulatoire Posologie : 2 comprimés 3 à 4 fois par jour, 16 mg/jour.

Traitement inhalé (µg) : 100 µg/bouffée Dose habituelle : 2 bouffées (200 µg) avant effort, Passage circulatoire : fraction de dose



Hypothèses :

11 décembre 2009

L’inhalation aigüe de béta2-mimétiques à des doses thérapeutiques et/ou juxta-thérapeutiques peut améliorer la contractilité musculaire.

Impacts Fatigabilité ?

Récupération?

Le salbutamol peut avoir des effets sur le système nerveux central (SNC) et par conséquent avoir des influences sur le niveau d’activation de l’effecteur musculaire



Sujets : 14 hommes sains, non asthmatiques et physiquement actifs

11 décembre 2009

Age (années) Taille (cm) Poids (kg) Activité physique (h/sem)

23 (3) 179 (8) 70 (9) 5,9 (2,0)

Inhalation placebo - 200μg – 800μg Salbutamol (randomisé en double aveugle)

Mesures effectuées sur quadriceps droit

Sujet allongé sur banc quadriceps, genou 90° (position standardisée)

Mesures de force (jauge de contrainte)

Tests épuisants : - Général test effort incrémental « type VO2max »

- Localisé test effort isométrique incrémental



Protocole expérimental : TEST ISOLE QUADRICEPS

11 décembre 2009

Inhalation

10 MVC(5s/5s)

10 MVC(5s/5s)

10 MVC(5s/5s)

10 MVC(5s/5s)

10 MVC(5s/5s)

R (2’)

15 min avant

Repos S1 S2 S3 S4 S5 P30 P60

R (2’)

R (2’)

R (2’)



11 décembre 2009

Protocole expérimental : TEST EFFORT GENERAL

1/ Inhalation salbutamol (placebo, 200μg, 800μg)Test au repos 15 min après inhalation

2/ Test incrémental maximal sur ergocycle – 25 min après inhalation :

• départ à 80 watts puis 20 W/min

•Fréquence de pédalage comprise entre 70 et 100 rpm

3/ phase de récupération

post 30 et post 60



11 décembre 2009

Résultats :

Test général Test isolé du quadriceps



11 décembre 2009

Résultats :

Test général

Pas modification de VA entre valeurs de repos vs. Post30 et post 60

Test isolé du quadriceps

Diminution significative de VA à Post30 et à Post60 par rapport au valeurs de repos

PAS DE DIFFERENCE ENTRE LES TRAITEMENTS


Contribution personnelleEtude 3 : BETAFOR

2




musculaire


ergocycle














11 décembre 2009

Introduction :

Etude complémentaire de BETAFOR 1

Evaluation d’une nouvelle population de sujets avec une forte capacité aérobie

• VO2max supérieure à 65 ml/min/Kg

Utilisation d’un nouveau test isolé du quadriceps

Nouveau pattern de stimulation (VA, TwQp 1, 10 et 100 Hz)

Hypothèses : Effets du salbutamol sur la fonction neuro-musculaire et sur l’activation volontaire



11 décembre 2009

Caractéristiques des sujets :



11 décembre 2009

Protocole expérimental : • Mesures au repos• Mesures après chaque série de contractions volontaires (CV)• Mesures à épuisement•Mesures à Post10 et Post30

CV en % de FMV

Repos

20%

50%40%30%

Epu

isem

ent

Post30

Post10

1 palier = Série de 10 CV (5s/5s)



11 décembre 2009

Résultats :

800 μg200 μgplacebo Diminution de la FMV significative au

palier 60%,accentuation à épuisement Idem pour TwQp 1Hz Pas de différence entre les traitements



11 décembre 2009

Résultats :

800 μg200 μgplacebo Diminution du ratio 10/100 Hz significative à

épuisement, avec une accentuation à Post10 Fatigue périphérique basse fréquence prédominante en fin d’exercice (Couplage E-C). Pas de différence entre les traitements

Remarque : Pas de modification de VA au cours du test, pas de différence entre les traitements


Contribution personnelleEtude BETAFOR 1 et 2

11 décembre 2009

CONCLUSION Etude BETAFOR 1 et 2 :

o L’inhalation aigue de salbutamol ne modifie pas la contractilité du quadriceps et la fatigue induite au cours du effort isolé ou d’un effort général sur ergocycle.

o Le traitement ne modifie pas non plus l’activation musculaire que se soit au repos ou à épuisement

o Cette étude ne permet pas de confirmer que le salbutamol peut induire des bénéfices en terme de performance à l’exercice (effet ergogène).


Contribution personnelleEtude 5 : STIMUCO




musculaire


ergocycle














11 décembre 2009

Introduction :

La mucoviscidose : maladie génétique à transmission autosomique récessive, gène codant pour la protéine CFTR = canal échangeur chlore impliqué dans la régulation des échanges ioniques épithéliaux (chlore-sodium).

Atteinte du système ventilatoire et de la fonction exocrine du pancréas

Détérioration nutritionnelle et fonction pulmonaire

Intolérance à l’effort



11 décembre 2009

Hypothèses :

L’ électrostimulation est un outil améliorant le réentrainement (REE) à l’effort chez des patients mucoviscidosiques avec dysfonctions pulmonaires sévères.

L’électrostimulation en tant que moyen complémentaire, peut rendre plus efficace le REE classique sur ergocycle.

Amélioration de la tolérance à l’effort, amélioration de la fonction musculaire, améliorations des gains fonctionnels et métaboliques



11 décembre 2009

Protocole expérimental :



11 décembre 2009

Sujets :

17 sujets mucoviscidosiques avec dysfonction pulmonaire sévère (VEMS < 45% th) 16 sujets ont réalisés V2 et V3 (8 dans chaque groupe Ergo seul et ES+ Ergo seul) 4 sorties d’étude Evaluation à V4 : n=5 Ergo seul et n=4 ES+Ergo seulEtude en intention de traiter avec objectif principal d’améliorer le TM6 de 50 m



11 décembre 2009

Randomisation :



11 décembre 2009

Tolérance à l’effort initiale :

Fonction musculaire diminuée chez le groupe randomisé avec ES.



11 décembre 2009

Résultats Fonction musculaire avant et après ES :

Le groupe « contrôle » Ergo seul n’a pas de modification des mesures de la fonction musculaire.

Amélioration FMV et TwQp1 Significative



11 décembre 2009

Conclusion :

o Randomisation correcte au niveau de la fonction pulmonaire mais différence significative de la fonction musculaire. o Etude préliminaire qui ne montre pas d’amélioration significatif de notre indice de la tolérance à l’effort (TM6).

o Faible échantillon à V4

o Gain en terme de force non négligeable après un programme de REE en électrostimulation mais pas d’amélioration significatives du REE classique sur ergocycle après ES.


SYNTHESE

11 décembre 2009

Apport au niveau de l’utilisation de la stimulation magnétique

Caractéristiques de la fonction musculaire Utilisation d’indices de mesure de force (doublets vs. trains, ratio

10/100) Utilisation clinique plus simple

Apporter des réponses dans l’évaluation de la fonction neuro-musculaire

Mise en évidence et évaluation des 2 composantes de la fatigue périphérique haute et basse fréquence

Importance de considérer la cinétique de développement de la fatigue dans la compréhension des mécanismes de compensations ou de limitations à l’exercice

Applications cliniques et/ou thérapeutiques dans l’évaluation de l’intolérance à l’effort


SYNTHESE

11 décembre 2009


LIMITES

11 décembre 2009

Problème lié à l’obésité et au déconditionnement

Supramaximalité : hyper polarisation du nerf fatigué, plus difficile à dépolariser donc

augmentation de la puissance du stimulateur.


PERSPECTIVES

11 décembre 2009

RMN P-31 :

permettrait de coupler nos mesures de forces et EMG avec la composante métabolique musculaire

Technique ASL : permettant de mettre en relation nos paramètres avec la perfusion musculaire

Stimulation magnétique transcraniale permettrait de comprendre les mécanismes supra spinaux associés. Analyse du système dans son ensemble depuis le cortex moteur jusqu’`a l’effecteur musculaire

.


Merci de votre attention…

Documents

Soutenance de thèse11 décembre 20091. Définition de la Fatigue (1) Dans un contexte clinique : une diminution transitoire et reversible de la capacité