Evaluation du vieillissement musculaire par électromyographie de surface à haute densité

Evaluation of muscle aging using high density surface electromyography

• Auteur / Autrice : Loubna Imrani Sallak
• Direction : Sofiane Boudaoud, Kiyoka Kinugawa-Bourron
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Bioingénierie : Unité de Recherche en Biomécanique et Bioingénierie (UMR-7338)
• Date : Soutenance le 29/11/2021
• Etablissement(s) : Compiègne
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences pour l'ingénieur (Compiègne)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Biomécanique et Bioingéniérie

Mots clés

Mots clés contrôlés

Traitement du signal

Électromyographie

Muscle quadriceps fémoral

Force musculaire

Muscles -- Contraction

Sarcopénie

Maladies musculaires

Vieillissement

Muscles

Mots clés libres

Vieillissement musculaire

Analyse des signaux HD-sEMG

Classification des signaux

Électromyographie de surface à haute densité

Rectus femoris

Muscle aging

Analysis of HD-sEMG signals

Signals classification

High Density Surface Electromyography

Muscular diseases

Sarcopenia

Muscle contraction

Muscle strength

Signal processing

Rectus femoris

Résumé

Avec le vieillissement de la population, préserver la fonction musculaire est important pour éviter la perte de mobilité et d'autonomie. De nos jours, la prévention de la maladie musculaire, la sarcopénie, est une préoccupation majeure et des facteurs de risque importants tels que l'âge avancé ainsi que des facteurs modifiables, notamment une faible activité physique et une alimentation déséquilibrée ont été identifiés. Compte tenu de la croissance des populations plus âgées et de la diminution de l'activité physique, qui touche également les jeunes citoyens, la sensibilisation à la qualité musculaire peut être cruciale pour promouvoir un vieillissement en bonne santé dans nos sociétés. Les besoins en évaluations fonctionnelles musculaires ont été exprimés par les chercheurs et les cliniciens. Le groupe de travail européen sur la sarcopénie chez les personnes âgées (EWGSOP) recommande de définir la sarcopénie comme la présence à la fois d'une faible masse musculaire et d'une faible fonction musculaire (force et performance physique). Pour cela, nous avons développé une méthode d’évaluation du vieillissement musculaire, en utilisant une technologie ambulatoire et non invasive, appelée technologie d'électromyographie de surface haute densité (HD-sEMG), à travers un projet de recherche clinique sur cinq catégories d'âge (25 à 74 ans), actifs et sédentaires. Nous avons réalisé une étude comparative avec une analyse complète et multimodale du rectus femoris (RF), muscle impliqué dans les mouvements de la vie quotidienne, pour dévoiler le potentiel prometteur de la technique HD sEMG, par rapport aux techniques cliniques classiques, l’objectif étant de détecter les changements précoces de la qualité de la fonction musculaire impactée par le vieillissement et le niveau d'activité physique. La partie clinique de ce projet de thèse a été financée par une subvention européenne, EIT Health. En analysant principalement la dynamique de contraction musculaire et l'intensité du rectus femoris, nos résultats ont montré que la technique HD-sEMG, était capable de discriminer entre les cinq catégories d'âge de sujets sains physiquement actifs. Plus intéressant encore, les scores HD-sEMG proposés discriminaient entre les participants actifs et sédentaires, de la même catégorie d'âge (45-54 ans), contrairement aux paramètres cliniques et aux autres techniques couramment utilisées (absortiométrie biphotonique par rayons X, DXA et échographie). De plus, ces scores pour les participants sédentaires de cette catégorie d'âge étaient significativement plus proches de ceux des participants actifs des catégories d'âge supérieures (55-64 ans et 65-74 ans). Cela suggère fortement qu'un mode de vie sédentaire semble accélérer le processus de vieillissement musculaire au niveau anatomique et fonctionnel, et ce processus accéléré subtil peut être détecté par la technique HD-sEMG. Ces résultats préliminaires prometteurs pourraient contribuer au développement d’un outil intéressant aux cliniciens pour améliorer à la fois la précision et la sensibilité de l'évaluation musculaire utile pour les programmes de prévention et de réadaptation afin d'éviter ou de retarder la sarcopénie, problème de santé publique actuel alerté par l'Organisation Mondiale de la Santé (OMS) et promouvoir un vieillissement en bonne santé.

With the aging of the population, preserving muscle function is important to prevent loss of mobility and autonomy. Nowadays, the prevention of the muscle disease, sarcopenia, is a major concern and important risk factors such as older age as well as modifiable factors including low physical activity and unhealthy diet have been identified. Considering the growth of older populations and the decreased physical activity, which also includes young citizens, muscle quality awareness can be crucial in promoting a healthy aging process in our societies. Muscle functional assessments needs were expressed by researchers and clinicians, The European Working Group on Sarcopenia in Older People (EWGSOP) recommends defining sarcopenia as the presence of both low muscle mass and low muscle function (strength, and physical performance). For this purpose, we have developed a method for muscle aging evaluation, using an ambulatory and non-invasive technology, called high-density surface electromyography (HDsEMG), through a clinical research project on five age categories (25 to 74 yrs.). We performed a comparative study with a complete and multimodal analysis of the rectus femoris, muscle involved in daily life motions, in order to reveal the promising potential of the HD-sEMG technique, compared to conventional clinical techniques, to detect early changes in the quality of muscle function impacted by aging and physical activity level. The clinical part of this thesis project was funded by a European grant, EITH Health. By analyzing both muscle contraction dynamics and intensity of the rectus femoris, our results showed that the HD-sEMG technique, was able to discriminate between the five age categories of healthy physically active subjects. More interestingly, the proposed HD-sEMG scores discriminated between active and sedentary participants, from the same age category(45-54 yrs.), in contrary to clinical parameters and others usual techniques (dual-energy x-ray absorptiometry, DXA and ultrasonography). In addition, these scores for sedentary participants from this age category were significantly closer to those of active participants from higher age categories (55-64 yrs. and 65-74 yrs.). This strongly suggests that sedentary lifestyle seems to accelerate the muscle aging process at both anatomical and functional level, and this subtle accelerated process can be detected by the HD-sEMG technique. These promising preliminary results can contribute to the development of an interesting tool for clinicians to improve both accuracy and sensitivity of functional muscle evaluation useful for prevention and rehabilitation to avoid the effects of unhealthy lifestyle that can potentially lead to sarcopenia. This can support also the actual public health concern alerted by Word Health Organization (WHO) regarding aging and sarcopenia, to promote healthy aging.