Étude et prévention du déconditionnement musculaire induit par l'hypoactivité et le vieillissement

Study and prevention of muscle deconditioning induced by hypoactivity and aging

• Auteur / Autrice : Théo Fovet
• Direction : Angèle Chopard, Thomas Brioche
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences du mouvement humain
• Date : Soutenance le 12/07/2022
• Etablissement(s) : Université de Montpellier (2022-....)
• Ecole(s) doctorale(s) : École Doctorale Sciences du mouvement humain (Marseille)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Dynamique du muscle et métabolisme (Montpellier)
• Jury : Président / Présidente : Nathalie Boisseau
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Angèle Chopard, Thomas Brioche, Nathalie Boisseau, Christophe Moinard, Gilles Carnac, Anne-Sophie Rousseau
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Nathalie Boisseau, Christophe Moinard

Mots clés

Mots clés contrôlés

Exercices physiques

Amyotrophie

Vieillissement

Vol spatial -- Effets physiologiques

Activité motrice

Force musculaire

Mots clés libres

Déconditionnement musculaire

Activité physique

Hypoactivité

Vol spatial

Vieillissement

Ergothionéine

Muscle deconditioning

Physical activity

Hypoactivity

Spaceflight

Aging

Ergothionein

Résumé

Depuis des décennies, les recherches scientifiques dans les domaines spatial et clinique se confrontent, parmi différentes problématiques, à celle du déconditionnement du système musculo-squelettique et à sa prévention. Au niveau musculaire plus spécifiquement, le déconditionnement se caractérise, dans le cas d'un alitement prolongé par exemple ou encore lors d'un vol spatial, par une diminution de la force maximale, une perte de masse musculaire et une augmentation de la fatigabilité. Actuellement, les différents mécanismes initiant la mise en place de ce déconditionnement, ainsi que leurs interactions, sont encore incomplètement décrits et aucune méthode ne permet à ce jour de prévenir totalement les dysfonctions et changements structuraux observés lors d'une période d'inactivité ou lors du vieillissement. Dans une première étude, menée sous l'égide du Centre National d’Études Spatiales (CNES), et expérimentant le modèle drastique d'immersion sèche chez l'homme sain, nous avons pu montrer qu'après seulement 5 jours d'hypoactivité, le déconditionnement musculaire est déjà amplement enclenché, se traduisant par une atrophie des fibres musculaires de l'ordre de 20 %, et une diminution de la force maximale d'environ 15 %. L'initiation de ce déconditionnement est associée à une balance protéique négative, ainsi qu'à une altération de la fonction mitochondriale et de la balance REDOX. Quatre autres études ont été menées en utilisant un modèle d'hypoactivité (suspension du train arrière) chez la souris et/ou chez des souris vieillissantes mâles et femelles. Nos résultats ont mis principalement en valeur qu'une supplémentation en ergothionéine (un activateur de gènes antioxydants et anti-inflammatoires) couplée à un programme d''activité physique de type aérobie permet de prévenir en grande partie le déconditionnement musculaire au cours du vieillissement. La supplémentation en ergothionéine semble plus spécifiquement responsable de la prévention de la perte de force et de masse musculaire, alors que le programme d'activité physique de type aérobie semble quant à lui être associé plus spécifiquement à la prévention de l'augmentation de la fatigabilité. Ces travaux de thèse ont contribué, d'une part à compléter les connaissances liées aux mécanismes moléculaires précoces du déconditionnement musculaire, et d'autre part à enrichir les connaissances sur les méthodes de prévention. Les combinaisons de contre-mesures semblent actuellement inéluctables, associant principalement de l'activité physique à des supplémentations nutritionnelles, et ce afin de prévenir ou freiner le déconditionnement musculaire au cours de l'avancée en âge, lors d'un vol spatial, ou lors d'un alitement clinique. Le champ des recherches dans ce domaine reste toujours actuellement ouvert à de multiples investigations qui contribueront principalement à l'optimisation de la prise en charge de la santé de l'être humain confronté à des environnements néfastes, des situations d'hypoactivité chronique, ou tout simplement dans le contexte du mieux vieillir.

For decades, scientific researches in the spatial and clinical fields, confront among various issues with that of the musculoskeletal system deconditioning and to its prevention. At the muscular level, more specifically, deconditioning is characterized, in the case of prolonged bed rest for example, or even during a space flight, by a decrease in maximum strength, a loss of muscle mass, and an increase in fatigability. Currently, the various mechanisms initiating the establishment of this deconditioning, as well as their interactions, are still incompletely described, and to date, no method makes it possible to completely prevent the dysfunctions and structural changes observed during a period of inactivity or during ageing. In a first study, conducted under the aegis of the French Space Agency (CNES), and experimenting the drastic model of dry immersion in healthy humans, we were able to show that after only 5 days of hypoactivity, muscle deconditioning is already fully underway, resulting in a muscle fiber atrophy of about 20%, and a decrease in maximum strength of about 15%. The initiation of this deconditioning is associated with a negative protein balance, as well as an alteration of mitochondrial function and REDOX balance. Four other studies were conducted using a model of hypoactivity (hindlimb suspension) in mice and/or in male and female aging mice. Our results have mainly highlighted that ergothioneine supplementation (an antioxidant and anti-inflammatory genes activator), coupled with an aerobic physical activity program, can largely prevent muscle deconditioning during aging. The ergothioneine supplementation seems more specifically responsible for preventing the loss of strength and muscle mass, while the aerobic-type physical activity program seems to be more specifically associated with preventing increased fatigability. These thesis works have contributed, on the one hand, to complete the knowledge related to the early molecular mechanisms of muscle deconditioning, and on the other hand to enrich knowledge on prevention methods. Currently, combinations of countermeasures seem unavoidable, mainly associating physical activity with nutritional supplements, in order to prevent or slow down muscle deconditioning during aging, during space flight, or during clinical bed rest. The field of researches in this field is still currently open to multiple investigations, which will mainly contribute to the optimization of the health management of human faced with adverse environments, chronic hypoactivity periods, or simply in the context of aging better.