Effet de l'âge, du profil tensionnel et des niveaux d'activité physique et de condition physique sur les performances éxécutives : rôle de l'oxygénation cérébrale

Effect of age, vascular parameters, physical activity, and cardiorespiratory fitness on executive performances : role of cerebral oxygenation

• Auteur / Autrice : Roman Goenarjo
• Direction : Laurent Bosquet, Olivier Dupuy
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physiologie, biologie des organismes, populations, interactions
• Date : Soutenance le 06/02/2020
• Etablissement(s) : Poitiers
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences Biologiques et Santé (Limoges ; 2018-2022)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Mobilité, Vieillissement, Exercice (Poitiers ; 2012-....) - Laboratoire "Mobilité- Vieillissement- Exercice" (MOVE) / MOVE
• Partenaire(s) de recherche : faculte : Université de Poitiers. Faculté des sciences du sport
• Jury : Président / Présidente : Benoît Dugué
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Laurent Bosquet, Olivier Dupuy, Pramita Dwipoerwantoro, Anaïck Perrochon, Karen Davranche
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Cédric Albinet, Fabrice Prieur

Mots clés

Mots clés contrôlés

Hommes

Charge cognitive

Spectroscopie infrarouge proche

Hémodynamique

Cerveau

Cerveau -- Vieillissement

Exercices physiques

Mots clés libres

Activité physique

Niveau de condition physique

Cortex préfrontal

Oxygénation cérébrale

Spectroscopie infrarouge

Pression artérielle

Vasculaire

Tâche de Stroop

Double-Tâche

Tâche de n-Back

Jeunes hommes

Hommes âgés

Athlète master

Physical activity

Cardiorespiratory fitness

Prefrontal cortex

Cerebral oxygenation

Functional near-Infrared spectroscopy

Blood pressure

Vascular

Stroop task

Dual-Task

N-Back task

Young males

Older males

Master athlete

Résumé

De nombreuses études ont montré que l’activité physique régulière et le niveau de condition physique étaient associés à la performance cognitive et plus particulièrement aux fonctions exécutives. Parmi les nombreux mécanismes physiologiques qui sous-tendent cette association, l’oxygénation du cortex préfrontal semble avoir un rôle majeur. Il est bien établi que l'impact spécifique de l'oxygénation préfrontale sur le lien entre l’activité physique et la cognition est influencé par certains facteurs comme le sexe, l’âge, et la santé cardio-vasculaire. Ainsi, l'objectif de cette thèse était d'étudier l'impact de l'activité physique et du niveau de condition physique sur les fonctions exécutives au cours du vieillissement chez des hommes sains. L'influence de l'oxygénation du cortex préfrontal et de la santé cardiovasculaire sur la relation « niveau de condition physique – fonctions exécutives » a également été étudiée. A partir de la littérature existante, nous avons formulé l’hypothèse que l’activité physique et le profil cardiorespiratoire auraient des effets bénéfiques sur les fonctions exécutives chez les hommes jeunes et plus âgés, et que pour ces deux populations, l’oxygénation du cortex préfrontal et la santé cardiovasculaire seraient impliquées dans cette relation. Une revue de littérature et quatre études transversales ont été réalisées pour vérifier ces hypothèses.Notre revue de littérature chez les personnes âgées a indiqué que:• Un niveau de condition physique plus élevé est associé à de meilleures performances dans certains tests de fonction exécutive.• Un niveau de condition physique plus élevé est associé à une moindre rigidité artérielle, à une réactivité vasculaire plus élevée, et à une plus grande amplitude de l'oxygénation cérébrale au cours de l'exercice ou d'une tâche cognitives.• Un plus grand volume de matière grise et une plus grande d’intégrité de la substance blanche sont liés àu profil cardiorespiratoire, mais moins systématiquement associés à l’activité physique.• Au moins de 12 semaines d'un programme d'exercice aérobie sont nécessaires pour obtenir un effet significatif sur les fonctions cognitivesNos études expérimentales nous ont permis de conclure que:Chez les jeunes hommes:• Les individus actifs obtenaient de meilleures performances dans les tâches exécutives que les inactifs et avaient un changement important dans l'oxygénation du cortex préfrontal lors des conditions les plus complexes de la tâche de Stroop.• Un niveau de condition physique plus élevé était liée à une meilleure performance en double tâche et une plus grande oxygénation des deux côtés du cortex préfrontal.Chez les hommes âgés:• Le niveau de condition physique n’est pas lié aux performances de Stroop ni à l’ oxygénation du cortex préfrontal.• Un niveau de condition physique plus élevé est lié à une meilleure performance et une plus grande oxygénation de cortex préfrontal droit au cours d’une tâche de Stroop dans le groupe de 61+ ans mais pas dans le groupe de 55-60 ans, ce qui suggère l'importance de la classification de groupe d'âge pour évaluer l'effet du niveau de condition physique sur les fonctions exécutives chez les hommes âgés.• Les hommes âgés ont des relations plus fortes entre plusieurs paramètres cardiovasculaires et la performance des tâches de Stroop que les jeunes hommesCette projet de recherche montre que l'activité physique et le niveau de condition physique ont des effets positifs sur les fonctions exécutives chez les jeunes hommes et âgés, en particulier dans la tâche la plus complexes. L’oxygénation du cortex préfrontal et la santé cardiovasculaire modulent la relation entre l'activité physique et la cognition. Nous concluons que d’être physiquement actif ou d'avoir un meilleur niveau de condition physique donne des effets avantageux pour la santé vasculaire, l’oxygénation du cortex préfrontal, et les fonctions exécutives non seulement chez les hommes âgés, mais aussi chez les jeunes hommes.

Many studies have reported that regular physical activity and cardiorespiratory fitness were associated with cognitive performance and more selectively with executive functions. Among numerous physiological mechanisms that may underlie the association between them, prefrontal cortex oxygenation seems to play a major role. However, the specific impact of prefrontal oxygenation on the link between physical activity and cognition is influenced by several factors, such as gender, age, or cardiovascular health. Therefore, the aim of this thesis was to investigate the impact of physical activity and cardiorespiratory fitness on executive functions across the adults' age span in healthy males, as well as the influence of prefrontal cortex oxygenation and cardiovascular health. To obtain those objectives, we conducted a review of the effect of physical activity on the brain in older adults and four cross-sectional studies. From our review, we highlighted that: • In older adults, higher fitness level is associated with better performance in several executive function tests. Even though the limited number of studies available makes it difficult to draw definitive conclusions.• Better cardiovascular fitness in older adults is associated with improve arterial stiffness, higher vascular reactivity, and greater amplitude of cerebral oxygenation during exercise or cognitive tasks.• Greater gray matter volume and white matter integrity were related to the cardiorespiratory fitness but less consistently related to physical activity.• At least 12 weeks of an aerobic exercise program are required to give advantageous effects to the brainAnd our experimental works show that:In young males:• The active individuals performed better in executive tasks than their inactive counterparts and had a larger change in prefrontal cortex oxygenation during the most complex conditions of Stroop task.• High cardiorespiratory fitness was related to a better performance in dual-task and greater oxygenation on both sides of the prefrontal cortex.In older males:• Cardiorespiratory fitness is not related to Stroop task performance nor prefrontal cortex oxygenation in overall older males.• Higher cardiorespiratory fitness was related to a better performance and greater right prefrontal cortex oxygenation during a Stroop task in 61+ years old group but not in 55-60 years old group, suggesting the importance of age-group classification to evaluate the effect of cardiorespiratory fitness on executive function in older male subjects.• Older males have stronger relationships between several vascular parameters and Stroop task performance than young malesThis work shows the relationship between physical activity and cardiorespiratory fitness on executive functions in young and older males. The potential neurophysiological mechanisms that underlie that relationship, especially prefrontal oxygenation and vascular health, are presented.