Électromyostimulation et santé cérébrale : étude des effets et des mécanismes sous-jacents en fonction des paramètres de stimulation en vue d’une utilisation pour la pris

L’exercice physique est aujourd’hui reconnu comme l’une des stratégies non pharmacologiques les plus efficaces pour vivre longtemps en bonne santé. Quelle que soit la population, une pratique régulière améliore la santé globale mais aussi les fonctions cognitives. Toutefois, pour certains, cette pratique est rendue difficile suite à une pathologie ou à un handicap. Une solution pour ces patients, est l’utilisation de l’électromyostimulation (EMS). En bref, cette technique consiste à induire une contraction musculaire via l’application d’un courant électrique exogène, par l’intermédiaire d’électrodes positionnées sur la surface du muscle ou au niveau du nerf moteur (Lagerquist et al. 2009, Vanderthommen et Crielaard 2001).

A l’heure actuelle, alors que les bienfaits de cette modalité d’exercice commencent à être bien connus en ce qui concerne la santé physique, les bénéfices sur la santé cérébrale n’ont fait l’objet que de quelques études. Or, c’est une composante essentielle puisqu’elle est largement impliquée dans le bien-être et la qualité de vie des personnes.

On sait que l’exercice stimule la plasticité cérébrale améliorant ainsi la cognition, le bien-être psychologique et ainsi la qualité de vie. Ces effets de l’exercice sur le cerveau sont médiés par une élévation des taux cérébraux de BDNF (brain-derived neurotrophic factor), une molécule impliquée dans la neuroplasticité et la neurogénèse (Nkahashi et al. 2000, Numakawa et al. 2018).

A l'heure actuelle, 3 grands mécanismes ont été identifiés pour expliquer la surproduction cérébrale de BDNF en réponse à l'exercice : (i) la voie neuronale avec l'augmentation de l'activité neuronale, (ii) la voie hémodynamique avec l'élévation du débit sanguin cérébral et (iii) la voie humorale avec la libération d'exerkines par les tissus périphériques (Cefis et al. 2023). Dans ce contexte, nous avons récemment évalué l'effet de différents protocoles d'EMS sur la cognition chez l'Homme et sur l'expression du BDNF dans une des régions liées à la cognition chez le rat (hippocampe), ainsi que les mécanismes sous-jacents impliquant les voies neuronale, hémodynamique et humorale. Nos résultats mettent en évidence des réponses différentes en fonction des paramètres de stimulation utilisés (effets variables sur les paramètres hémodynamiques, amélioration des fonctions cognitives…) soulignant ainsi l’importance du choix de ces paramètres en vue d’une utilisation optimale chez les patients. Une séance unique d’EMS a montré des effets bénéfiques. Cependant, nous avons montré, dans une autre étude, qu’une application chronique (7 jours consécutifs, 30 min/j) entraînait une diminution de la plasticité dépendante du BDNF (diminution des taux de BDNF, de l’activation des récepteurs spécifiques du BDNF et de l’expression des protéines neuroplastiques) ainsi que le développement d’une inflammation musculaire en lien avec l’établissement de lésions dues au caractère répété et/ou trop intense du protocole (analyses en cours). Ainsi, afin d’optimiser les paramètres de stimulation, avant d’envisager l’utilisation de l’EMS comme technique améliorant la cognition en clinique, il sera important d’analyser la relation dose-réponse.

 L’objectif général de ce projet de thèse est donc de déterminer s’il existe des paramètres de stimulation musculaire qui soient à la fois bien tolérés et susceptibles d’induire des effets bénéfiques sur la santé cérébrale, tout en évaluant les mécanismes sous-jacents. Plus spécifiquement, l’impact de ces différentes paramètres (fréquence et intensité de stimulation mais également fréquence des séances) sera évalué par l’intermédiaire des réponses à différents tests cognitifs (mémoire, fonctions exécutives, humeur…) et à travers plusieurs marqueurs de la neuroplasticité (BDNF, irisine…). Ces évaluations seront, tout d’abord, menées avec des participants jeunes et sains afin de lever certains verrous méthodologiques. Les réponses ainsi obtenues permettront ensuite une application pour la prise en charge de patients en réadaptation cardiaque. Le choix d’une application pour la réadaptation de patients insuffisants cardiaques est justifié par le fait que cette pathologie est à l’origine à la fois d’altérations physiques (cardiorespiratoires, musculaires et fonctionnelles) mais aussi cognitives. Ce travail devrait donc déboucher sur d’intéressantes perspectives de recherche clinique et devrait nous permettre de rédiger des recommandations concernant l’utilisation de l’EMS pour la réadaptation aussi bien physique que cérébrale de nombreuses populations de patients (patients en réadaptation cardiaque, personnes âgées, post-accident vasculaire cérébral, patients lésés médullaires, patients en réanimation…).

Afin de répondre à ces objectifs, plusieurs expérimentations seront menées :

ÉTUDE 1 : Optimisation du protocole d’EMS chez le jeune participant sain. Cette étude, réalisée sur une population de sujets jeunes et sains, utilisera des tests pour évaluer les performances cognitives (fonctions exécutives, mémoire épisodique, la mémoire spatiale et humeur) et des dosages sanguins pour les marqueurs de la neuroplasticité. Les résultats ainsi obtenus devraient nous permettre de déterminer quelle est la modalité d’EMS la plus efficace de ce point de vue.

Brièvement, sur la base des résultats obtenus lors de travaux antérieurs, trois protocoles différents d’EMS seront testés sur une durée d’une semaine. Les paramètres qui varieront selon les protocoles seront : la fréquence de stimulation (EMS1), la programmation des séances (EMS2) et l’intensité de stimulation (EMS3).

ÉTUDE 2 : Application chez le patient. Cette étude, réalisée sur une population de patients insuffisants cardiaques, aura pour objectif de mettre en place un protocole d’EMS sur la base des résultats obtenus dans l’étude 1. Les effets d’un programme de stimulation de 4 semaines seront évalués à la fois sur des paramètres de la santé physique (performances aux tests fonctionnels, évaluation de la fonction musculaire…) et de la santé cérébrale (mémoire, attention, humeur…). Un groupe contrôle réalisant une prise en charge « classique » sera également étudié.

De plus, il est important de préciser qu’une autre doctorante du laboratoire réalisera les mêmes études, testant les mêmes protocoles de stimulation, sur un modèle animal (rat). Cela permettra d’avoir une vision plus complète des effets de l’électrostimulation musculaire : des mécanismes jusqu’aux tests cognitifs.

Université de Bourgogne Europe

Laboratoire d'accueil : CAPS

Connaissances et compétences requises :

Ce projet nécessite de bonnes connaissances de la physiologie de l’exercice et des mécanismes de la neuroplasticité en réponse à l’exercice (aigu et chronique). Ce projet nécessite également une maitrise de la technique d’électromyostimulation ainsi que la maitrise de différents outils d'investigation (tests cognitifs et fonctionnels, ultrasons…). Il sera également important que le candidat ait une bonne connaissance de la physiopathologie de l’insuffisance cardiaque et soit à l’aise avec la prise en charge de ces patients.