Effets d’un programme de marche « rapide » sur le système nerveux autonome chez le sujet âgé en EHPAD : Effet additif de la neurostimulation transcutanée du SNA

Brisk walking training effects on the autonomic nervous system activity in nursing home elderly people : Additional effect of transcutaneous vagus nerve stimulation

• Auteur / Autrice : Jérémy Raffin
• Direction : Jean-Claude Barthélémy, David Hupin
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie Médecine et Santé
• Date : Soutenance le 29/10/2019
• Etablissement(s) : Lyon
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences Ingénierie Santé (Saint-Etienne)
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Système nerveux autonome. Epidémiologie, Physiologie, Ingénierie, Santé
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : Université Jean Monnet (Saint-Étienne ; 1969-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Système Nerveux Autonome - Epidémiologie- Physiologie- Ingénierie- Santé / SNA-EPIS
• Jury : Président / Présidente : Frédéric Costes
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jean-Claude Barthélémy, David Hupin, Frédéric Costes, Guido Ferretti, Yves Rolland, Thierry Busso, Patrice Flore, Claude Montuy-Coquard
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Guido Ferretti, Yves Rolland

Mots clés

Mots clés contrôlés

Établissements d'hébergement pour personnes âgées dépendantes

Neurostimulation

Vieillissement

Système nerveux autonome

Exercices physiques

Mots clés libres

Activité physique

Système nerveux autonome

Vieillissement

Neurostimulation vagale

EHPAD

Physical activity

Autonomic nervous system

Aging

Vagus nerve stimulation

Nursing home

Exercise

Résumé

L’activité physique représente un moyen efficace pour retarder le déclin des fonctions physiologiques associé au vieillissement. En outre, la baisse d’activité du système nerveux autonome liée à l’âge s’accompagne d’une augmentation du risque de décès et d’événements cardiovasculaires qui pourrait être prévenue par l’exercice régulier. Par ailleurs, un champ grandissant de la recherche scientifique s’intéresse depuis quelques années aux bienfaits thérapeutiques de la neurostimulation vagale non invasive dans le traitement de nombreuses pathologies telles que l’inflammation, la douleur, la dépression ou encore les troubles du rythme cardiaque. Il a été montré que la stimulation auriculaire transcutanée du nerf vague (NSVt) permettait de rééquilibrer la balance sympatho-vagale et pourrait donc constituer un complément efficace à l’activité physique pour le maintien des fonctions végétatives chez la personne âgée.Cette thèse s’intéresse aux effets chroniques et aigus de l’exercice aérobie et de la NSVt sur l’activité du système nerveux autonome du sujet âgé institutionnalisé. Elle s’inscrit dans le cadre de l’étude contrôlée et randomisée intitulée « Marche rapide en EHPAD » (ClinicalTrials.gov Identifiant: NCT03302923) menée au sein du laboratoire SNA-EPIS (Système Nerveux Autonome – Épidémiologie, Prévention, Ingénierie, Santé, directeur : Professeur Frédéric Roche) via la MutualitéFrançaise Loire Haute-Loire.La première partie de ce travail est un état de l’art construit en six chapitres. Les trois premiers présentent les bases de la physiologie du système nerveux autonome cardiovasculaire et son exploration par la mesure de la variabilité de la fréquence cardiaque et de la sensibilité baroréflexe. Les deux chapitres suivants dépeignent l’évolution du contrôle végétatif cardiaque au cours du vieillissement et les adaptations liées à l’exercice chronique et aigu. Enfin, un dernier volet porte sur les bénéfices de la neurostimulation vagale comme modalité de prise en charge d’une grande variété de pathologies, notamment cardio-végétatives.La seconde partie présente les résultats de plusieurs études menées au sein du projet « Marche rapide en EHPAD ». La première est une méta-analyse compilant les données des protocoles d’entrainement aérobie publiés chez le sujet de plus de 60 ans. Elle démontre un effet atténué de l’exercice avec une réponse fréquence-dépendante sur la variabilité de la fréquence cardiaque. Une deuxième étude porte sur l’effet aigu d’une séance de marche rapide associée à de la neurostimulationvagale sur la récupération cardio-végétative chez la personne âgée. Elle met en évidence une amélioration de la résilience autonomique sous l’effet de la neurostimulation du SNA. Une troisième étude explore les effets d’un programme de neuf mois en marche rapide, une fois et trois par semaine, chez le sujet institutionnalisé, et révèle un effet favorable de l’exercice régulier sur l’activité parasympathique et sur la fragmentation cardiaque (article en préparation). Cette étude corrobore lesrésultats d’un protocole similaire menée récemment chez des sujets apnéiques au sein du même laboratoire. Enfin, une étude ancillaire au protocole nous a également permis de modéliser les réponses fonctionnelles à l’entrainement et de déterminer chez le sujet âgé une durée journalière de 14 minutes de marche comme dose optimale pour l’amélioration des fonctions locomotrices et cardiorespiratoires évaluées par le test de marche de 6 minutes (Busso et al. article soumis).En conclusion, ce projet démontre que l’activité physique régulière s’avère bénéfique au maintien du contrôle cardiaque végétatif et des capacités fonctionnelles chez le sujet institutionnalisé de plus de 60 ans, et que son effet pourrait être potentialisé par la neurostimulation non invasive du nerf vague. Ces résultats ouvrent la voie à de futures études qui pourraient explorer les mécanismes à la base des observations mises en évidence par ces travaux.

Physical activity constitutes an effective strategy to slow down the age related decline ofphysiological functions. The decrease of the autonomic nervous system activity that occurs with age isassociated with an increase of cardiovascular and mortality risks that could be prevented by regularphysical exercise. In the last few years, a growing field of the scientific research has been focusing onthe therapeutic benefits of transcutaneous vagus nerve stimulation (tVNS) as a non-drug treatment fornumerous pathologies such as inflammation, pain, depression, and cardiac rhythm disorders. It hasbeen demonstrated that tVNS could enhance the sympathovagal balance toward parasympatheticpredominance. Thus, such a device might constitute an interesting tool to potentiate the favourableeffects of physical exercise on the autonomic nervous system in aged people.The present work focuses on the effects of both physical exercise and transcutaneous vagus nervestimulation on the autonomic nervous system activity in old people. It belongs to a large randomizedclinical trial entitled “Brisk Walking in Nursing Home Residents” (ClinicalTrials.gov ID:NCT03302923) conducted by the Autonomic Nervous System Laboratory (Pr Frédéric Roche) withinthe nursing homes of the Mutualité Française Loire Haute-Loire, France.The first part of this manuscript depicts the scientific rational through six chapters. The first threeones describe the physiological basis of the cardiac autonomic nervous system and its explorationthrough the measure of heart rate variability and baroreflex sensitivity. The next two chapters presentthe evolution of the cardiac autonomic control during the ageing process and the physiologicaladaptations related with chronic and acute physical exercise. The last strand concerns the benefits ofvagus nerve stimulation as a treatment modality of various pathologies, including cardiovasculardisorders.The second part of this work illustrates the results of several investigations conducted within the“Brisk Walking” project. The first study is a meta-analysis gathering aerobic training protocolspublished in people aged 60 and over. It demonstrated a moderate effect of physical exercise with atraining frequency-response relationship on heart rate variability. A second study investigated theeffects of an acute brisk walking exercise associated with tVNS on the cardiac autonomic controlrecovery in the elderly. It demonstrated an enhancement of autonomic resilience through ANSstimulation (Raffin et al. submitted article). A third study explored the effects of a nine month briskwalking training practiced once or thrice a week in institutionalized people. It revealed a favourableeffect on parasympathetic control and on heart rate fragmentation in subjects trained thrice a week.Lastly, an ancillary study enabled us to model the functional responses to walking training and showedthat 14 minutes of brisk walking constitutes an optimal daily dose to enhance the cardiorespiratory andlocomotor functions assessed with the six minute walking test (Busso et al. submitted article).In conclusion, this project demonstrates that regular physical activity induces beneficial effects onthe cardiac autonomic control and functional capacity in institutionalized people aged 60 and over.These benefits might be potentiated by the use of transcutaneous vagus nerve stimulation. Futurestudies might explore the mechanisms underlying the observations highlighted in this work.