Réentrainement à l'effort et relations entre aptitude physique et préservation neuronale dans la ...

308 Pages·2017·7.89 MB·French

Université de Liège

Réentrainement à l’effort et relations entre
aptitude physique et préservation neuronale dans
la maladie de Parkinson

Effects of exercise reconditioning and neural correlates with
physical fitness in Parkinson’s disease

par Marie Demonceau

Département des sciences de la Motricité
Faculté de Médecine

Thèse présentée
en vue de l’obtention du grade de Docteur en Sciences de la Motricité

Février 2018
ii
Résumé

La maladie de Parkinson (MP) est une affection neurodégénérative chronique et incurable pour
les quelques 30 000 à 50 000 cas estimés en Belgique. La dégénérescence neuronale touche
principalement la substance noire mésencéphalique, et cause des symptômes moteurs caractéristiques
tels qu’une lenteur des mouvements, de la rigidité musculaire, des tremblements ou encore des troubles
posturaux. Des symptômes non-moteurs variés tels que troubles cognitifs, neuropsychologiques ou
logopédiques sont aussi susceptibles d’apparaître. Malheureusement, le traitement médicamenteux ne
permet pas à l’heure actuelle de maitriser complètement ces symptômes ; c’est l’une des raisons pour
laquelle les soins s’orientent actuellement vers une prise en charge multidisciplinaire.

Le niveau d’activité physique, particulièrement faible de cette population, a motivé l’étude des
effets de programmes d’exercices physiques très variés. Les principaux résultats de ces travaux attestent
d’effets bénéfiques sur différents aspects de la motricité et de la mobilité des patients. En outre,
l’exercice aérobie appliqué à divers modèles animaux de la MP favoriserait des phénomènes de plasticité
dans les circuits nigro-striés cérébraux. Les effets neuroprotecteurs de l’exercice physique sont
également supportés par quelques études montrant un impact sur l’expression de récepteurs
dopaminergiques striataux ou l’activité cérébrale de petits échantillons de patients. Cependant, des
inconnues subsistent encore, notamment quant au type d’exercice à privilégier dans cette population.
Ceci est attribuable au manque de comparaison directe entre interventions, ainsi qu’à une certaine
confusion entre exercice physique et réapprentissage d’une tâche motrice spécifique telle que la marche
ou l’équilibre. Le choix judicieux de programmes d’exercices nous semble préalablement passer par un
état des lieux exhaustif du niveau d’aptitude physique de base des patients.

Les recherches originales de ce travail s’articulent autour de quatre chapitres. Les deux premiers
ont étudié de manière contrôlée des marqueurs d’aptitude physique ainsi que des modifications de la
qualité de la marche dans un échantillon contrôlé de 60 patients souffrant de MP débutante à modérée.
Les domaines de l’aptitude physique étudiés relèvent des performances aérobies et de la force
musculaire mesurée au niveau de l’articulation du genou. La marche a été observée au moyen d’un
accéléromètre lombaire et de tests fonctionnels. Les résultats montrent une réduction des performances
aérobies ainsi qu’une perte non homogène de la force. L’analyse de marche confirme un ralentissement
des pas associé avant tout à un défaut de régulation de la longueur des pas. Cependant, nous
n’observons pas d’impact disproportionné d’une tâche cognitive concurrente lors de la marche après
avoir tenu compte des modifications déjà présentes en marche de confort.

Nous avons également étudié l’impact de 12 semaines de reconditionnement physique chez 52
patients en comparant les effets du reconditionnement aérobie ou du renforcement musculaire au
iii
traitement standard. Le reconditionnement physique a permis d’améliorer les performances physiques
des patients en cohérence avec le type d’exercice proposé. Les effets sur la mobilité sont plus limités,
bien que le renforcement musculaire ait significativement amélioré le périmètre de marche des patients
et ait potentialisé l’effet de l’entrainement aérobie chez les sujets les plus faibles. Les interventions ont
également permis de modifier le comportement des participants vers un mode de vie plus actif.

En raison du caractère neurodégénératif de la MP, nous avons finalement étudié les liens entre
performances physiques et préservation de la matière grise à l’intérieur de régions cérébrales
particulièrement fragilisées de 41 patients parkinsoniens. La méthode choisie est basée sur une étude
volumétrique, mais aussi de la microstructure de matière grise à l’échelle du voxel. Les principaux
résultats attestent d’un lien entre les performances aérobies et volume de matière grise dans le striatum
dorsal antérieur droit. Cette structure est notamment associée aux fonctions cognitives exécutives
particulièrement à risque de déclin chez les personnes souffrant de MP.

En conclusion, ce travail présente pour originalité d’étudier plusieurs domaines de l’aptitude
physique, ainsi que la marche dans un échantillon commun de patients atteint de MP débutante à
modérée. Ceci a permis une approche intégrative de l’état physique des patients, ainsi que l’étude des
interrelations entre ces variables. L’étude interventionnelle montre que le reconditionnement physique
de patients est possible et affecte positivement certains aspects de la fonction physique, de la mobilité
et du comportement des patients. Ceci a aussi permis de proposer des recommandations pour optimiser
la prise en charge des patients en revalidation. En outre, ce travail est le premier à montrer une
association entre préservation neuronale structurelle et aptitude physique dans des zones cérébrales
clés pour la MP.

Ces résultats mettent en lumière la spécificité des liens entre différents domaines de l’aptitude
physique, les aptitudes fonctionnelles et la neuro-protection dans la MP. Ils ouvrent des perspectives de
recherches multidisciplinaires notamment sur les effets cérébraux et cognitifs de programmes de
reconditionnement aérobies chez les patients parkinsoniens. Ils encouragent aussi au développement
d’interventions de reconditionnement en complément au traitement habituel de la MP.

Mots-clés : maladie de Parkinson, aptitude physique, reconditionnement physique, marche, matière
grise cérébrale.
iv
Abstract

Parkinson’s disease (PD) is a chronic neurodegenerative disorder affecting between 30 000 and
50 000 people in Belgium. The main anatomic feature of PD is the loss of neurons from the
mesencephalic substantia nigra, causing motor symptoms like bradykinesia, rigidity, tremor or impaired
postural adaptation. Non-motor symptoms can also affect cognitive function, mood or speech. Up to
now, dopaminergic medication is unable to fully compensate for these symptoms, and multidisciplinary
care is therefore recommended.

The reduced physical activity level of PD patients also motivated the study of the impact of
various physiotherapy and exercise interventions in this population. The range of interventions studied is
especially large, from gait and balance training to Chinese gym or strength training. Previous studies
mainly showed positive effects on patient’s motor symptoms and mobility. Besides, studies on animal
models of the disease showed that aerobic training could prevent degeneration of nigrostriatal circuits.
These findings were recently supported by human studies showing positive effects of intensive aerobic
training on striatal dopamine receptors density or brain activity in few patients suffering from PD.
However the lack of direct comparison between interventions and the confusion between goal-directed
motor learning and general fitness training still need to be addressed in clinical studies in order to guide
the rehabilitation programs. In our opinion, effective exercise prescription first needs a thorough
examination of patient’s physical fitness and functional abilities.

The original contribution of this thesis consisted first in describing physical fitness and gait of 60
patients suffering from mild to moderate PD, in comparison with healthy matched controls. Physical
fitness was appraised by mean of an incremental maximal exercise test and an isokinetic measure of
knee muscles strength. We observed reduced peak aerobic performances and loss of strength prevailing
in knee flexors muscles. Accelerometer-based gait analysis showed impaired stride length regulation.
However dual-tasking cost during walking was not significantly worse in PD patients than healthy
controls.

We also studied the effects of 12 weeks of physical conditioning in 52 patients. Patients were
allocated to an aerobic cycling group, a strength training group or received standard care. Physical
trainings improved physical fitness of the patients in line with the training goals. Yet, strength training
improved the walking capacity of the patients. Importantly, both interventions encouraged a more active
behaviour for PD patients.

v
In order to explore the neuroprotective effects of physical fitness in this neurodegenerative
disease, we studied correlations between aerobic performances, muscle strength or physical activity
level and grey matter preservation through voxel-based structural MRI analyses. This study was confined
to brain regions that showed signs of grey matter shrinking or microstructural damages specific to the
sample of patients and affected by PD according to the literature. A significant correlation existed
between aerobic fitness and grey matter volume in the right dorsal anterior striatum. This region is
associated with executive cognitive functions that are at high risk of impairment in PD.

In conclusion, this study provided an integrative overview of physical and functional impairment
in mild to moderate PD. It also highlighted relevant relationships between physical fitness and (1)
mobility, (2) grey matter integrity. The rehabilitation program showed that physical conditioning of
patients is feasible and has positive effects on physical function, mobility and behaviour. Some practical
recommendations could also be pointed out, in order to optimise exercise interventions and physical
testing in this population. What’s more the MRI study showed for the first time an association between
aerobic fitness and preservation of grey matter in key regions for PD. The results of this study support
further interdisciplinary researches between sport sciences, movement disorders and cognitive sciences;
it also supports the inclusion of high-intensity physical rehabilitation to multidisciplinary care of PD
patients.

Keywords: Parkinson’s disease, physical fitness, physical conditioning, gait, brain
vi
Liste des abréviations
1RM 1 résistance maximum ou maximum sur 1 répétition. En musculation,
correspond à la charge que l’on peut soulever une seule fois
BOLD Blood Oxygen Level-Dependent- IRM fonctionnelle reflétant l’activation
neuronale.
CCI coefficient de corrélation intra-classe
CHU Centre Hospitalier Universitaire
EJL Equivalent journalier en Lévodopa (mg)
EMG Electromyographie, électromyographique
FCpic Fréquence cardiaque mesurée à l’effort aérobie « pic », c’est-à-dire lorsque les
critères de maximalité métabolique de l’effort ne sont pas systématiquement
remplis
FSS Fatigue Severity Scale- Echelle ordinale d’évaluation de la fatigue
H&Y Stade de Hoehn and Yahr (sévérité de la maladie de 0 à 5)
HADS Hospital Anxiety and Depression Scale- questionnaire évaluant les troubles
anxieux et dépressifs en 7 items chacun.
IAV Index d’Accélération Volontaire- se réfère à l’index de variation des paramètres
de marche entre allure de confort et allure rapide
IQQ Intervalle Inter-quartile
IMC Indice de masse corporelle
MDRS Mattis Dementia Rating Scale
MFM Moment de Force Maximal
Mfmflx+ Moment de Force Maximal de flexion du côté le plus atteint pour les patients
atteints de MP, moyenne bilatérale pour les sujets sains
MNI Montréal Neurology Institute- se réfère au référentiel tridimensionnel de
coordonnées cérébrales permettant de localiser n’importe quel point dans le
cerveau d’un individu
MP Maladie de Parkinson
MT Magnetization Transfer, Transfert de magnétisation. Modalité d’analyse IRM
structurelle sensible aux protons liés aux macromolécules, susceptible de
représenter l’intégrité des membranes
OMS Organisation Mondiale pour la Santé
PASS Physical Activity Status Scale, questionnaire d’activité physique
PDQ-39 Parkinson’s Disease Quotation- Questionnaire de qualité de vie en 39 items
PMA Puissance maximale aérobie
pu Per unit- unité réduite
R2* Signal IRM et modalité d’analyse structurelle basée sur la relaxométrie et
sensible à la présence d’éléments paramagnétiques tels que le fer.
T6M Test de marche de six minutes
TEP Tomodensitométrie par émission de positrons
vii
TUG Timed Up and Go test
ua Unité arbitraire
UFOGS Unified Freezing Of Gait Scale, questionnaire d’auto-évaluation de la marche et
du freezing
UPDRS Unified Parkinson’s Disease Rating Scale
VO Volume d’oxygène consommé à un temps du test à l’effort
2
VO max Consommation maximale d’oxygène
2
VO pic Consommation d’oxygène observée lors d’un effort aérobie « pic », c’est-à-dire
2
lorsque les critères de maximalité métabolique de l’effort ne sont pas
systématiquement remplis

viii
Remerciements

Je souhaite témoigner toute ma reconnaissance à celles et ceux qui m’ont accompagnée dans ce projet
qui n’aurait pu aboutir sans leur aide.
Je remercie mes promoteurs, Les professeurs Gaëtan Garraux et Didier Maquet, pour le travail
particulièrement passionnant qu’ils m’ont proposé, leurs conseils ainsi que leur confiance.
Pour leurs avis judicieux, leurs nombreux conseils, ainsi que l’apprentissage dans leurs laboratoires,
j’adresse toute ma gratitude au Professeur Thierry Bury, au Professeur Jean-Louis Croisier, au Professeur
Anne-Françoise Donneau ainsi qu’au Professeur Marguerite Foidart-Dessalle et au Professeur Boris
Jidovtseff.
Je remercie très sincèrement les patients et participants qui ont consacré de leur temps et de leur
énergie à cette étude. Leur courage, leur gentillesse et leur volonté leurs resterons des leçons de vie ;
mention toute particulière à la Dream Team d’Esneux.
Je remercie les membres de l’équipe de recherche MOVERE pour leur collaboration et leur aide. Mes
pensées vont tout particulièrement à Katherine Baquero Duarte, Mohamed Boutaayamou, Frédérique
Depierreux, Sophie Gillain et Eva Skaviniak. Je leur souhaite succès dans leurs projets de recherche et
tout le soutien nécessaire pour les mener à terme dans les meilleures conditions.
Je remercie également les étudiants de Master en Kinésithérapie qui ont participé à ce projet dans le
cadre de leur mémoire de fin d’étude ; et tout particulièrement pour leur investissement remarquable :
Kinja Kalimira, Florence Naveau, Marie Pincemin, Emmanuel Raveau, Noémie Thibaut et Arnaud
Turquand.
Pour ses conseils et le coaching durant les moments de doutes, j’adresse toute ma gratitude au Docteur
Christophe Demoulin. J’adresse également un très chaleureux Merci aux collègues du Département des
sciences de la Motricité de l’ULiège et du Blanc Gravier. Assistants, secrétaires, kinésithérapeutes,
professeurs, et Sharan, ... ces années passées à vos côtés resterons des moments dont je me
souviendrais.
« Ce n’est pas tant l’aide de nos amis, mais la certitude que nous pourrons toujours compter sur eux » -
Epicure. Tout d’abord, je remercie Dadette, ma maman, d’avoir usé ses yeux en relectures, mais aussi
pour ses attentions de tous les jours qui furent de véritables dopants tout au long du parcours. Xavier, ta
patience, ton soutien, ta force tranquille et nos projets de vie furent mon oxygène ; je suis si impatiente
de découvrir les nouvelles aventures qui nous attendent. Aussi à Papou, Catherine et les Waths, Olivier
et les Castors : merci car nous formons une sacré équipe !
Toute ma reconnaissance va également à Elise Vandomme, Sabine Wislet, Xavier Giffroy, madame Fanny
Muniken pour leur exemple, leurs conseils, leur écoute, ou leur bonne humeur à toute épreuve. Merci
enfin à toutes celles et ceux qui m’ont ravitaillé en bons moments et distractions lorsque le chemin
paraissait long.
ix
x