Caractérisation mécanique et structurelle du muscle squelettique atteint de myopathie spastique post-AVC

Structural and mechanical characterization of skeletal muscle with spastic myopathy post stroke.

• Auteur / Autrice : Naïm Jalal
• Direction : Mustapha Zidi
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Pathologie et recherche clinique
• Date : Soutenance le 29/01/2019
• Etablissement(s) : Paris Est
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole doctorale Sciences de la Vie et de la Santé (Créteil ; 2000-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Bioingénierie- Tissus et Neuroplasticité EA 7377 / BIOTN
• Jury : Président / Présidente : David Mitton
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Sabine Bensamoun, Jean-Michel Gracies
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Benyebka Bou-Saïd, Sébastien Laporte

Mots clés

Mots clés contrôlés

Biomécanique

Maladies cérébrovasculaires

Muscles striés

Mots clés libres

Biomécanique

Muscle

Myopathie spastique

Immobilisation

Accident vasculaire cérébral

Analyse par Element-Finis

Biomechanics

Muscle

Spastic Myopathy

Immobilization

Stroke

Finit-Element-Analysis

Résumé

Dans la phase aiguë suite à un accident vasculaire cérébrale (AVC), les patients sont alités avec le plus souvent les bras repliés sur la poitrine. Certains muscles sont soudainement et souvent pour longtemps, immobilisés en position courte. Ils sont le siège d’une cascade de réactions que l’on nomme myopathie spastique, menant inexorablement à une dégradation de la motricité du patient. L’objectif de ce travail de thèse est de contribuer à la compréhension de cette pathologie en évaluant l’effet de l’immobilisation sur les modifications structurelles et mécaniques de muscles squelettiques lésés. Pour caractériser le comportement mécanique de muscles squelettiques sains et lésés, deux études préliminaires ont été réalisées afin d’investiguer les effets des conditions expérimentales sur les propriétés visco-hyperélastiques du muscle squelettique. Les conditions de conservation des tissus ont ainsi été étudiées en vue de choisir le mode de conservation à privilégier dans le cadre d’essai de relaxation en traction. De plus, une méthodologie par plan d’expérience a été proposée afin de pouvoir étudier l’effet de nombreux facteurs expérimentaux en réalisant peu d’essais de relaxation en traction. Par ailleurs, un modèle animal de rat simulant la myopathie spastique a été proposé. Ce modèle combinant un AVC ischémique et une immobilisation précoce de la patte avant lésée a permis de déterminer les modifications de densités de microconstituants et de comportement mécanique des muscles squelettiques des rats pathologiques en comparaison aux rats sains ou uniquement cérébrolésés/immobilisés. La caractérisation des propriétés mécaniques a été effectuée par une méthode inverse par éléments finis à partir d’essais de relaxation en traction sur muscle entier. Les densités de collagène et les différents types de fibres ont été quantifiés à partir de coupes histologiques grâce à des algorithmes semi-automatiques mis au point durant ce travail de thèse. L’approche a permis de montrer que l’immobilisation est un facteur délétère suite à un AVC. Le modèle animal proposé met donc en évidence certaines modifications structurelles et mécaniques des muscles immobilisés en position courte. La poursuite de ces travaux par une étude longitudinale chez l’animale et une étude translationnelle chez l’homme devrait permettre d’affiner les stratégies thérapeutiques afin de prévenir la cascade de phénomène menant à la myopathie spastique.

In the acute phase after stroke, patients are often left supine in bed with their arm folded on the chest. As a result, some muscles remain immobilized in the short position involving a cascade of reactions that we refer to as spastic myopathy, leading to a patient motor function deterioration. The main objective of this thesis is to contribute to the understanding of this muscular disease by evaluating the specific pathological significance of muscle immobilization in the context of stroke. In order to characterize the skeletal muscle mechanical behaviour, two preliminary studies were carried out for purposes of investigate experimental conditions on muscle visco-hyperelastic properties. Conservation conditions were therefore studied in order to choose the conservation method for tensile-relaxation tests. Furthermore, we propose a design of experiment method to study parameter sensitivity while minimizing number of tests. Otherwise, we used rat models to compare four situations: controls, immobilisation of one forelimb without stroke, stroke without immobilization and stroke with immobilisation of the paretic forelimb. We performed blinded measurements of histological parameters, muscle compressibility and visco-hyperelasticity, and overall behavioural testing. Mechanical characterization were carried out by inverse method by finite-element from tensile-relaxation test on whole muscle. Collagenous densities, and diverse fibre type proportions were quantify from histological/immunohistological sections thanks to semi-automatic algorithm developed during this thesis. Within 14 days, immobilisation produced worse contractile tissue atrophy, extracellular matrix fibrosis, connective tissue thickening and alteration of passive mechanical behaviour than stroke, while neurological behaviour was altered similarly to stroke cases in rats with immobilization without stroke. The rat group in whom ischemic stroke and immobilisation of the paretic limb were combined exhibited the worst muscle modifications. Our findings demonstrate that immobilization of skeletal muscle in short position is highly deleterious after stroke. Longitudinal animal studies investigating the precise time course of these changes are required and a translational research should test protocols of muscle hyper-mobilisation in the acute phase of stroke.