Impact de la privation de sommeil sur la commande cérébrale motrice chez le volontaire sain et le patient de réanimation

Impact of sleep deprivation on cerebral motor control in healthy volunteers and intensive care patients

• Auteur / Autrice : Christophe Rault
• Direction : Xavier Drouot
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physiologie et Physiopathologie
• Date : Soutenance le 15/12/2022
• 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 : Nicolas Terzi
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Thomas Similowski, Renaud Tamisier
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Fabien Sauvet, Marie-Pia d' Ortho

Mots clés

Mots clés contrôlés

Respiration artificielle

Afférences musculaires

Aire motrice supplémentaire

Muscles -- Fatigue

Sommeil -- Privation

Mots clés libres

Privation de sommeil

Réanimation

Sevrage ventilatoire

Endurance

Potentiels prémoteurs

Cortex prémoteur

Aire motrice supplémentaire

Afférences musculaires

Sleep deprivation

Intensive care unit

Weaning off ventilator

Endurance

Premotor potentials

Premotor cortex

Supplementary motor area

Muscle afferents

Résumé

Introduction : En réanimation, le sommeil est déstructuré, fragmenté et non réparateur. Ce mauvais sommeil est associé à une augmentation de la morbi-mortalité et de la durée du sevrage de la ventilation mécanique. Le sevrage ventilatoire est une période critique qui se complique dans 15% des cas. Les échecs de sevrage ventilatoire ont une physiopathologie complexe et le mauvais sommeil pourrait être impliqué en diminuant l’autonomie respiratoire des patients. Objectifs : (1) Evaluer l’impact de la privation de sommeil sur l’endurance musculaire inspiratoire et manuelle ; (2) Explorer les mécanismes physiologiques en cause chez le sujet sain ; (3) Evaluer chez le patient de réanimation la pertinence des mécanismes mis en évidence chez le sujet sain et proposer des mesures protectrices du sommeil en réanimation. Matériel et Méthodes : Chez le sujet sain, ce travail de thèse a comparé l’endurance inspiratoire et manuelle après sommeil normal et après privation aiguë de sommeil, en explorant la commande cérébrale musculaire, le muscle squelettique et les afférences musculaires. Chez le patient de réanimation, la commande cérébrale inspiratoire a été comparée entre les patients réussissant et les patients échouant leur sevrage ventilatoire. Enfin, la capacité d’un algorithme à distinguer les états de veille et de sommeil des patients de réanimation a été évaluée.Résultats : Une privation aiguë de sommeil diminuait l’endurance inspiratoire de 50% et manuelle de 11% chez des hommes sains. Cette perte d’endurance musculaire était associée à une altération de la commande musculaire corticale prémotrice et à une augmentation de la dyspnée et des afférences motrices pour un effort équivalent. Chez les patients de réanimation, une augmentation de 0,425 µV d’amplitude des potentiels prémoteurs inspiratoires prédisait l’échec de sevrage ventilatoire avec une sensibilité de 100% et une spécificité de 87%. L’analyse automatique de polysomnographies de réanimation par un algorithme de détection automatique du sommeil était bien corrélée à la lecture humaine. Conclusions : Lors d’un exercice, la privation aiguë de sommeil entraine une augmentation des afférences musculaires, inhibant la commande prémotrice corticale et réduisant l’endurance des muscles striés squelettiques. La mesure des potentiels prémoteurs inspiratoires prédit efficacement l’échec de sevrage ventilatoire d’un patient intubé. Ainsi, le mauvais sommeil nuit au sevrage ventilatoire des patients. Mais la détection en direct du sommeil de ces patients ouvre la voie à une protection du sommeil tout au long du nycthémère.

Introduction: In intensive care, sleep is unstructured, fragmented and non-restorative. Poor sleep is associated with an increase in morbidity and mortality and in the duration to wean off mechanical ventilator. Weaning is a critical period which becomes complicated in 15% of cases. Weaning failures have a complex pathophysiology and poor sleep could be involved in reducing patients’ respiratory autonomy.Objectives: (1) To assess the impact of sleep deprivation on inspiratory and manual muscular endurance; (2) To explore the physiological mechanisms involved in healthy subjects; (3) To evaluate in intensive care patients the relevance of the mechanisms demonstrated in healthy subjects and propose protective measures for sleep in intensive care.Material and Methods: In healthy subjects, this thesis work compared inspiratory and manual endurance after normal sleep and after acute sleep deprivation, by exploring cerebral muscle control, skeletal muscle and muscle afferents. In intensive care patients, the inspiratory cerebral command was compared between the patients succeeding and the patients failing their ventilatory weaning. Finally, the ability of an algorithm to distinguish the waking and sleeping states of intensive care patients was evaluated.Results: Acute sleep deprivation decreased inspiratory endurance by 50% and manual endurance by 11% in healthy men. This loss of muscle endurance was associated with impaired muscle cortical premotor control and increased dyspnoea and motor afferents for equivalent effort. In intensive care patients, an increase of 0.425 µV in the amplitude of inspiratory premotor potentials predicted weaning failure with a sensitivity of 100% and a specificity of 87%. Automatic analysis of polysomnography recorded in intensive care patients by an automatic sleep detection algorithm correlated well with human reading.Conclusions: During an exercise, acute sleep deprivation leads to increased muscle afferents, inhibiting cortical premotor command and reducing skeletal muscle endurance. The measurement of inspiratory premotor potentials effectively predicts the failure of ventilatory weaning of an intubated patient. Thus, poor sleep affects the weaning of patients. But the live detection of these patients’ sleep opens the way to sleep protection throughout the 24 hours.