La commande de la ventilation chez l'humain est capable d'adaptation persistante qui repose sur des mécanismes de type LTP. Différentes techniques permettant l'induction de plasticité sont couramment utilisées mais leur application au contrôle ventilatoire n'a fait l'objet que de très peu de travaux.L'objectif de cette thèse est (1) examiner la possibilité d'induire des mécanismes de type LTP par la rTMS et la tsDCS en deux sites de la commande ventilatoire destinée au diaphragme, l'AMS et les métamères C3-C5 ; (2) évaluer les conséquences sur le profil ventilatoire en ventilation de repos et lorsque la ventilation est artificiellement contrainte. Nous avons examiné les effets d'un conditionnement inhibiteur appliqué par rTMS en regard de l'AMS sur l'excitabilité corticophrénique. Nous avons observé la présence d'une diminution persistante de cette excitabilité et en avons tiré la proposition qu'en ventilation de repos l'AMS augmente l'excitabilité de la commande ventilatoire à l'éveil. Nous avons alors considéré les conséquences de la rTMS sur la ventilation expérimentalement contrainte. Les modifications du profil ventilatoire induites par la rTMS sont en faveur d'une participation de l'AMS à la production ou au traitement de la copie d'efférence. Dans une 3ème étude, nous avons examiné les effets de la tsDCS au niveau C3-C5 sur l'excitabilité corticophrénique et sur le profil ventilatoire. L'augmentation de cette excitabilité et du volume courant nous a conduit à suggérer la possibilité d'induire une plasticité respiratoire au niveau spinal.L'ensemble de ces résultats nous permet d'envisager des perspectives thérapeutiques à l'utilisation de la rTMS et de la tsDCS. / A salient feature of the ventilatory control system is its ability to persistently adapt its behaviour. This stems from long-term plasticity mechanisms similar to those described for the neural control in general. Plasticity can be induced by various non-invasive stimulation techniques(e.g. rTMS, TDCS, tsDCS) that are commonly used but have not be systematically applied to ventilatory plasticity. The aim of this thesis is twofold: (1) to examine the possibility of inducing LTP by rTMS and tsDCS at two sites of the ventilatory control system, namely the SMA and the phrenic motoneurons: (2) to evaluate the impact of such plasticity on breathing pattern during spontaneous ventilation and inspiratory threshold loading. We examined the effects of an inhibitory rTMS paradigm applied to the SMA on corticophrenic excitability. We observed a persistent decrease in corticophrenic excitability and therefore proposed that the SMA participates in the increased resting state of the ventilatory motor system during wake. Then we considered the consequences of rTMS on breathing pattern during ITL. The corresponding modifications support a contribution of the SMA to the production or processing of an ventilatory efference copy. In a third study, we examined the effects of a tsDCS delivered to C3-C5 on the corticophrenic excitability and on the respiratory pattern. Increased corticophrenic excitability and tidal volume were observed. This suggests that respiratory plasticity takes place at the spinal level. Taken together, these results open the perspective of harnessing respiratory plasticity as a therapeutic tool in disorders altering the ventilatory command.

Ce travail doctoral est consacré aux interactions entre la commande respiratoire et le désogestrel et son métabolite actif, l’étonogestrel. Le syndrome d’hypoventilation alvéolaire centrale congénitale (CCHS) est une pathologie neuro-respiratoire caractérisée par une absence de sensibilité à l’hypercapnie. Au sein du laboratoire, une observation a montré, chez deux patientes CCHS, une récupération de la chémosensibilité au CO2/H+ après exposition au désogestrel (Straus et al. 2010). Cependant, cette récupération n’étant pas systématique, il est important de caractériser les mécanismes d’action de ces molécules. Nous avons d’abord analysé rétrospectivement les variables respiratoires de base de ces deux patientes puis, chez le rongeur, utilisé différentes approches pharmacologiques et d’histologie fonctionnelle. Nous avons observé, chez les deux patientes CCHS, une augmentation de la fréquence respiratoire induite par le désogestrel. Chez l’animal, nous avons montré que l’étonogestrel exerçait un effet facilitateur bulbaire sur la fréquence respiratoire avec implication des systèmes sérotoninergiques. In vivo, l’étonogestrel exerce un effet dose-dépendant avec un effet facilitateur pour de faibles concentrations et un effet modérateur pour de plus fortes concentrations. D’autre part, nous avons montré que l’étonogestrel induit une potentialisation de la réponse à l’hypercapnie qui impliquerait des structures supra-bulbaires. Les résultats obtenus caractérisent les interactions de ce progestatif avec la commande respiratoire permettant d’ouvrir des perspectives quant aux conditions dans lesquelles des patients souffrant de ce syndrome pourraient recevoir ce progestatif dans le cadre d’un traitement. / The present doctoral work was investigated after clinical observations in patients suffering of congenital central alveolar hypoventilation syndrome (CCHS). This pathology is characterized by a decrease in the sensitivity to hypercapnia. In our laboratory, an observation shown, in such patients, a recovery of the chemosensibility to CO2/H+ after exposure to a gonane progestin, the desogestrel (Straus et al. 2010). However, this recovery was not systematic. So, it is important to characterize action mechanisms of etonogestrel, the active metabolite of the desogestrel. We retrospectively analyzed basal respiratory variables in the two CCHS patients include in the previous study (Straus et al. 2010) and used pharmacological and functional histological approaches on in vivo and ex vivo rodents. In both CCHS patients, we observed an increase in basal respiratory frequency induced by desogestrel. Results obtained in ex vivo central nervous system preparations highlighted, in normocapnia, a facilitatory effect of etonogestrel on the respiratory frequency involving medullary serotoninergic mechanisms. In vivo, this facilitatory effect is observed at 10-4/10-3mg/kg of etonogestrel but not at 1mg/kg, suggesting the activation of 1moderator mechanisms depending on supramedullary or peripheral systems. Furthermore, a potentiation of the respiratory response to hypercapnia was observed after exposure to etonogestrel. Data coming from ex vivo experiments pointed out the involvement of supramedullary areas. To conclude, whole of results reveal or characterize interactions of gonane progestin with the respiratory driveleading to perspectives for determining the conditions in which CCHS patients may receive this progestin for their treatment.

Le syndrome des apnées obstructives du sommeil (SAOS) est caractérisé par des épisodes répétitifs de collapsus des voies aériennes supérieures (VAS) durant le sommeil. Au cours du SAOS les propriétés mécaniques des voies aériennes supérieures sont altérées, dans le sens d'une réduction de leur capacité à laisser passer l'air, ce qui peut être assimilé à une "charge" inspiratoire. Les apnées obstructives ne se produisent jamais à l'éveil, suggérant qu'il existe, des mécanismes protecteurs d'origine corticale, de type " compensation de charge ", liés à l'éveil. Ce travail permis de caractériser ces mécanismes chez le sujet sain et le patient SAOS. Une première étude a décrit la relation pression/débit des VAS à l'éveil afin d'approcher le phénomène de compensation de charge, avant et après un traitement modulant le contrôle neurovégétatif des VAS par la compression du ganglion ptérygopalatin. La deuxième étude a mis en évidence à l'éveil chez les patients SAOS, une activité corticale motrice liée à la respiration (présence de potentiels électroencephalographiques - PPI), dont l'origine semble liée à la dysfonction des VAS, et qui est susceptible d'expliquer l'augmentation du niveau de contrôle respiratoire central connu dans le SAOS. La troisième étude a mis en évidence un phénomène de filtrage des sensations respiratoires à l'éveil chez des patients SAOS, avec restauration des ces sensations sous orthèse d'avancée mandibulaire, permettant de relier l'amélioration des propriétés mécaniques des VAS à l'intégration centrale des sensations respiratoires. Enfin la relation pression/débit a fait l'objet de deux modélisations. / The obstructive sleep apnoea syndrome (OSAS) involves recurrent sleep-related upper airways (UA) collapse. UA mechanical properties and neural control are altered imposing a mechanical load on inspiration. UA collapse does not occur during wakefulness, hence arousal-dependent compensation. Three studies in healthy and apnoeic patients allowed characterizing it. From upper-airway pressure-flow relationships, the first study described local compensation mechanisms, before and after a neurovegetative modulation based on ptérygopalatin node compression. The second study showed a respiratory-related cortical activity that could contribute to the increased neural drive to upper airway and to inspiratory muscles that has previously been described in OSAS, and could therefore contribute to the arousal-dependent compensation of upper airway abnormalities. The third study showed a sensory gating-out process of breathing sensations in OSAS that could be reversed by mandibular advancement device, allowing linking upper-airway stability improvement to central integration of respiratory sensations. Finally, upper-airway pressure-flow relationship was approached by two models.