Analyse et modélisation de l'interaction posturo-ventilatoire en physiologie et application en pathologie respiratoire chronique

Analysis and modeling of posturo-ventilatory interaction in physiology with an application to chronic respiratory pathology

• Auteur / Autrice : Louis Clavel
• Direction : Thomas Similowski, Philippe Rouch
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biomécanique
• Date : Soutenance le 25/06/2019
• Etablissement(s) : Sorbonne université
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale physiologie, physiopathologie et thérapeutique
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Neurophysiologie respiratoire expérimentale et clinique (Paris ; 2014-....)
• Jury : Président / Présidente : Laure Gossec
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Alain Hamaoui, Valérie Attali, Baptiste Sandoz
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : David Mitton, Isabelle Olivier

Mots clés

Mots clés contrôlés

Syndromes des apnées du sommeil

Troubles de la posture

Équilibre (physiologie)

Biomécanique

Mots clés libres

Respiration

SAOS

Thorax

Équilibre

Biomécanique respiratoire

Contrôle postural

Respiration

OSAS

Thorax

Equilibrium

Breathing biomechanics

Postural control

Résumé

En situation physiologique, les fonctions posturale et ventilatoire sont étroitement couplées. Une altération de l’interaction posturo-ventilatoire pourrait être à l’origine de dysfonctions posturales liées à des pathologies respiratoires chroniques, mais leurs mécanismes physiopathologiques restent encore mal connus. Ce projet de thèse a pour objectif de décrire et de modéliser le couplage neuro-mécanique entre les fonctions posturale et ventilatoire, chez le sujet sain et le patient présentant un SAOS (syndrome d’apnées obstructives du sommeil). Sur une population de 50 sujets sains et de 14 patients SAOS, un premier volet a analysé l’interaction dynamique entre les fonctions posturale et ventilatoire et les modifications de la chaîne cinématique de l’équilibre postural lors de différentes manœuvres ventilatoires. Une analyse cinématique a été faite par analyse du mouvement 3D, permettant une mesure non disruptive de la ventilation. Il a donc été possible d'analyser les signaux posturaux et ventilatoire séparément, et de se concentrer sur l’interaction posturo-ventilatoire. Un deuxième volet s’est intéressé à l’analyse structurelle de l’influence du volume pulmonaire sur l’alignement postural et la cage thoracique. Une reconstruction 3D personnalisée du squelette a été effectuée à partir de radiographies bi-planes en position debout à différents volumes pulmonaires. Les modifications structurelles du rachis-pelvis et les déformations de la cage thoracique ont alors été modélisées.

In physiology, postural and ventilatory functions are tightly linked. Some clinical postural dysfunctions have been described in chronic respiratory pathologies. These postural dysfunctions could stem from a degradation of posturo-ventilatory interaction, but their physiopathological mechanisms are still unclear. The main objective of the thesis project was to describe and model this coupling between postural and ventilatory functions, in healthy subjects and in patient with OSAS (obstructive sleep apnea syndrome). It is divided in two parts, both applied to the study of a population of 50 healthy subjects and 14 OSAS patients. First, the dynamic interaction between postural and ventilatory functions is analyzed, and its modifications of the kinematic chain responsible for balance, along various ventilatory conditions as well. Using a motion capture system, a kinematic analysis was performed, synchronized to a non-disruptive ventilatory assessment to study postural and ventilatory signals separately, before focusing on the posturo-ventilatory interaction. Then a structural analysis of the lung volume influences on the postural alignment and the rib cage has been studied. A 3D skeletal subject specific reconstruction was performed based on biplanar radiographies in standing position at different lung volumes, in order to model the structural modifications on the spine-pelvis complex and the rib cage deformations as a function of the lung volume.