Influence de la privation de sommeil sur l'endurance inspiratoire

Influence of sleep deprivation on inspiratory endurance

• Auteur / Autrice : Willy-Paul Westphal
• Direction : Xavier Drouot, Pierre-Olivier Fernagut
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Neurosciences
• Date : Soutenance le 07/12/2020
• Etablissement(s) : Poitiers
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences Biologiques et Santé (Limoges ; 2018-2022)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre d’investigation clinique - CIC (Poitiers ; 2002-....) - CIC - Poitiers
• Partenaire(s) de recherche : faculte : Université de Poitiers. UFR de médecine et de pharmacie
• Jury : Président / Présidente : Thomas Similowski
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Xavier Drouot, Pierre-Olivier Fernagut, Véronique Fabre
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Fabien Sauvet, Marie-Pia d' Ortho

Mots clés

Mots clés contrôlés

Pléthysmographie

Télémétrie

Fréquence cardiaque

Effort physique

Sommeil -- Privation

Mots clés libres

Endurance inspiratoire

Privation de sommeil

Variabilité de la fréquence cardiaque

Télémétrie

Pléthysmographie

Inspiratory endurance

Sleep deprivation

Heart rate variability

Telemetry

Plethysmography

Résumé

Introduction : Le manque de sommeil, un trouble fréquent dans nos modes de vie actuels, est de plus en plus étudié et ses effets sur l’organisme humain sont de mieux en mieux connus. Cependant, même si l’impact négatif de la privation de sommeil sur les capacités d’endurance face à l’exercice physique commencent à être établies, très peu d’études ont porté spécifiquement sur l’endurance des muscles inspiratoires. Celles l’ayant fait ont systématiquement mis en évidence une diminution de l’endurance inspiratoire après une privation expérimentale de sommeil. Le mécanisme de ce phénomène n’a pas été élucidé, même si récemment il a été observé des indices forts d’altération de la commande centrale, pouvant être à l’origine du déficit d’endurance inspiratoire lié à la privation de sommeil. Ces éléments ont des implications cliniques potentielles, notamment en réanimation où le sevrage de la ventilation assistée nécessite une endurance suffisante des muscles inspiratoires, alors que les patients concernés souffrent de privation de sommeil sévère.Objectifs : Explorer les mécanismes de l’impact de la privation de sommeil sur l’endurance inspiratoire, par deux approches : étudier les corrélats neurophysiologiques de la fatigue inspiratoire chez l’être humain et créer un modèle animal pour explorer la commande cérébrale lors l’une tâche d’endurance inspiratoire.Méthodes : Chez l’être humain, la variabilité de la fréquence cardiaque (HRV) a été mesurée comme reflet de l’activité du système nerveux autonome durant une tâche d’endurance inspiratoire, les hautes fréquences (HF) étant considérées comme reflétant l’activité parasympathique cardiaque et les basses fréquences (LF) l’activité sympathique. Chez le rat de laboratoire, il a été mis en place un modèle d’endurance inspiratoire par contrainte mécanique externe, appliquée sur rat vigile contraint dans un pléthysmographe, précédée d’une privation de sommeil automatisée, pour évaluer l’existence d’un effet d’une privation de sommeil sur l’endurance inspiratoire.Résultats : L’analyse de l’HRV chez l’être humain a permis de retrouver une absence d’augmentation de la puissance des HF lors de la tâche d’endurance inspiratoire chez les sujets en privation de sommeil par rapport à la condition de sommeil normal, la puissance des LF n’étant pas affectée. Le modèle mis en place chez le rat de laboratoire a permis d’obtenir une privation de sommeil satisfaisante, avec une diminution de moitié de l’efficience de sommeil. Lors de l’épreuve d’endurance inspiratoire, les rats en privation de sommeil ont atteint plus rapidement le critère d’arrêt déterminant une fatigue inspiratoire que les rats en condition de sommeil normal.Conclusion : Chez l’être humain, nos résultats indiquent que la privation de sommeil induit une absence d’adaptation du système nerveux parasympathique cardiaque à l’effort imposé par une contrainte inspiratoire, ce qui pourrait participer à la diminution d’endurance inspiratoire observée. Nous avons reproduit chez le rat de laboratoire l’effet de la privation de sommeil sur l’endurance inspiratoire obtenu chez l’être humain, ouvrant la voie à une exploration plus précise des mécanismes mis en jeu, en particulier celui d’un défaut de la commande ventilatoire cérébrale.

Introduction : Insufficient sleep, a frequent disturbance associated with our current lifestyles, is increasingly studied and its consequences on human organism are known better and better. The negative effect of sleep loss on endurance capacity during physical exercise is now well established, however very few studies have dealt specifically with inspiratory muscles endurance. Those which have done so have systematically found a decrease of inspiratory endurance after experimental sleep deprivation. The mechanism of this relationship has not been elucidated, but recently it has been observed clues of central drive alteration which may explain the decrease of inspiratory endurance after sleep deprivation. Those findings have potential clinical implications, in particular in intensive care units where weaning from assisted ventilation requires sufficient endurance of the inspiratory muscles, while involved patients display severe sleep loss.Objectives : To explore mechanisms of the effect of sleep loss on inspiratory endurance with two approaches : studying inspiratory fatigue neurophysiologic correlates in human and developing an animal model to explore central drive during an inspiratory endurance task.Methods : In human, heart rate variability (HRV) was used as surrogate marker of autonomic nervous system activity during an inspiratory endurance task, where high frequency (HF) are considered as representing cardiac parasympathetic activity and low frequencies (LF) sympathetic activity. In laboratory rats, a model of inspiratory endurance was developed, using an external mechanical load applied to awake animal restrained in a plethysmograph and preceded by automated sleep deprivation, to assess the effect of sleep loss on inspiratory endurance.Results : HRV analysis in human revealed a lack of HF increase during inspiratory endurance task under sleep deprivation condition compared to normal sleep condition, LF being unaffected. The model developed in laboratory rat succeeded to obtain a satisfactory sleep deprivation, with decrease by half of the sleep efficiency. During the inspiratory endurance task, sleep-deprived rats reached more quickly the criteria considered as fatigue of the ventilatory system than rats under normal sleep condition.Conclusion : In human, our results point to the fact that sleep loss is associated with an absence of cardiac parasympathetic nervous system adaptation to the work induced by inspiratory load, which might contribute to the observed decrease of inspiratory endurance. We have managed to replicate in laboratory rats the effect of sleep loss on inspiratory endurance observed in humans, allowing to precisely explore the underlying mechanisms, in particular the hypothesis of an impaired cerebral ventilatory drive.