En conditions saines, le tissu osseux est constamment remodelé pour s’adapter aux différentes contraintes mécaniques, réparer les microfissures et maintenir l’homéostasie minérale. Ce remodelage est effectué par les ostéoblastes et les ostéoclastes, responsables de la formation et de la résorption du tissu osseux. Leurs activités sont orchestrées par les ostéocytes, cellules osseuses les plus abondantes, via la mechanotransduction. Dans cette thèse, nous avons utilisé la microtomographie par rayonnement synchrotron afin d’étudier la morphologie du réseau lacuno-canaliculaire (LCN), ainsi que la distribution 3D de la densité massique des tissus osseux minéralisés, sur des sujets sains ou atteints d’ostéonécrose de la mâchoire suite à un traitement par bisphosphonates (BP). Les BP sont utilisés pour le traitement de l’ostéoporose et des métastases osseuses, limitant la résorption osseuse par les ostéoclastes. Nous avons supposé que les patients ainsi traités présentaient un volume de lacunes ostéocytaires plus grand, dû à la résorption du tissu péri-lacunaire par ostéolyse ostéocytaire. Le sujet affecté par un manque de minéraux induit par la réduction du remodelage ostéoclastique, maintiendrait ainsi son homéostasie minérale. Cette hypothèse n’a pas été confirmée, mais nous avons toutefois remarqué que les lacunes larges étaient plus abondantes dans la mâchoire que dans le tibia et le fémur. Cela s’expliquerait par l’accumulation préférentielle des BP dans la mâchoire, au taux de remodelage élevé. De plus, si ces BP sont déposés dans les lacunes ostéocytaires pendant le processus de minéralisation, des concentrations toxiques pourraient être atteintes en cas d’infection, conduisant alors à une diminution du pH, et à la dissolution des minéraux. Nous avons également utilisé la nanotomographie par rayonnement synchrotron avec reconstruction de phase pour analyser la morphologie du LCN et les propriétés du tissu avoisinant, sur mâchoires de sujets sains et traités par BP. Nous supposons qu’une minéralisation secondaire a lieu via la diffusion des minéraux à travers l’interface fluide-matrice, à la surface des lacunaire et des canalicules. Cela devrait conduire à une variation de la densité massique en fonction de la distance par rapport au bord des porosités, que nous avons effectivement observé. Ainsi, l’échange minéral entre le fluide extracellulaire et la matrice minéralisée s’effectue à la frontière des lacunes et des canalicules. Nos données suggèrent que la capacité d’échange de minéraux entre le réseau poreux et la matrice osseuse augmenterait d’un ordre de grandeur si la surface canaliculaire était prise en compte. Le modèle de diffusion résultant de nos études devrait contribuer à une meilleure compréhension puis optimisation du traitement. Toutefois, des études complémentaires sur les modifications des propriétés du tissu pendant la minéralisation secondaire et les fluctuations des concentrations du minéral dans le sang sont nécessaires. / Under healthy conditions, human bone undergoes permanent remodeling to adjust to mechanical demands, to repair micro-cracks and to maintain mineral homeostasis. This process of remodeling is performed by osteoblasts and osteoclasts: bone-forming and bone-resorbing cells. The activity of osteoclasts and osteoblasts is triggered by osteocytes, the most frequently occurring type of bone cell, via mechanosensation processes. Bisphosphonates (BP) prescribed during treatment for osteoporosis or bone metastasis inhibit osteoclast activity and thus decrease the bone turnover. In this work, the distribution and morphology of osteocyte lacunae of human cortical jaw bone was investigated in 3D, and a comparison between healthy and BP-treated donors was performed using synchrotron radiation (SR) µCT. In a second approach, we used SR nano-CT with phase contrast to investigate the morphology of the canalicular network and the bone tissue properties in the vicinity of the lacuna-canalicular network of human jaw bone, originating from both healthy subjects and patients treated with BPs. We hypothesized that secondary mineralization takes place via a diffusion process through the fluid-matrix interface at both the lacunar and the canalicular surfaces. This should result in mass density gradients with respect to the distance to the pore boundary. Such mass density gradients were indeed observed at both lacunar and canalicular interfaces. We concluded that mineral exchange between extracellular fluid and mineralized matrix occurs at all bone surfaces, including the canaliculi. Our data suggested that the capacity of the pore network to exchange mineral with the bone matrix would increase by one order of magnitude if the canalicular surface is taken into account. However, more studies should be performed, targeting not only the changes of tissue properties during secondary mineralization, but also during fluctuations of mineral concentration in periods of high mineral demand.

Les modèles actuels de prédiction de la sensation thermique et du confort thermique ainsi que les solutions visant à améliorer l’état de bien-être thermique des occupants d’un bâtiment sont insuffisants. Ils ne prennent pas assez en compte les différences interindividuelles de jugement thermosensoriel. Pourtant, ces différences, souvent associées à la sensibilité thermique de chaque individu, existent mais restent inexpliquées sur le plan physiologique. Ces travaux de thèse, qui se sont déroulés en deux étapes, ont pour objectif d'identifier les causes physiologiques potentielles des différences interindividuelles du ressenti thermique, à travers des expérimentations multiparamétriques basées sur des mesurées cutanées. Toutes les mesures ont été réalisées après 30 minutes d’acclimatation en environnement thermique contrôlé. La première étape, exploratoire, a permis d’analyser à la fois l’activité neurosensorielle, les propriétés thermo-vasculaires et les propriétés du film hydrolipidique cutané de deux groupes présentant des sensibilités au froid distinctes (selon leur sensation thermique déclarée). Ainsi, les expérimentations ont montré qu’il était plus pertinent d’analyser davantage les propriétés cutanées thermiques et hydriques (reliées aux mécanismes de thermorégulation) plutôt que l’activité neurosensorielle des volontaires pour caractériser les différences interindividuelles de jugement thermosensoriel. Elles ont également mis en évidence la nécessité de contrôler les facteurs non thermiques des environnements et de sélectionner rigoureusement les sujets. La deuxième étape s’est focalisée sur l’analyse des propriétés thermo-vasculaires et des propriétés du film hydrolipidique de deux groupes de sensibilité au froid. Pour cela, 13 femmes ont été confrontées à 6 environnements de températures modérées comprises entre 17°C et 30°C (avec 2 transitions chaudes et 2 transitions froides) et les groupes ont été construits à partir du degré de frilosité déclaré par les sujets. Des différences sur les paramètres cutanées ont alors pu être relevées entre les deux groupes. Le résultat le plus significatif est que les individus dits « frileux » présentent une activité microcirculatoire plus intense sur les joues avec une vasoconstriction plus forte au froid et une vasodilatation plus forte au chaud que l’autre groupe « non sensible au froid » (p=0,002 d’après le test de l’ANCOVA pour l’effet des groupes). De plus, il a été montré que l’approche multiparamétrique (introduction de variables non thermiques comme variables prédictives) ainsi que la prise en compte des sensibilités thermiques individuelles améliorent la prédiction du confort thermique surtout pour le groupe « frileux » (+ 6,4 %). / Current models for predicting thermal sensation and thermal comfort as well as the solutions to improve the state of thermal well-being of the occupants of a building are insufficient. They do not sufficiently take into account interindividual differences of thermosensory judgment. However, these differences, often associated with thermal sensitivity of each person, exist but remain unexplained physiologically. This work, divided into two stages, is intended to identify the potential physiological causes of interindividual differences of thermal feeling through multiparametric experiments based on skin measurements. All measurements were performed after 30 minutes of acclimatization in controlled environment. The exploratory phase allowed to analyze both neurosensory activity, thermo-vascular properties and properties of the skin hydrolipidic film of two groups with different cold sensitivities (depending on their declared thermal sensation). For example, experiments have shown that it was more appropriate to analyse thermal and hydric skin properties (related to thermoregulation mechanisms) rather than neurosensory activity of volunteers to characterize interindividual differences of thermosensory judgment. They have also highlighted the need to control the non-thermal factors of environments and rigorously select subjects. The second step focused on the analysis of thermo-vascular properties and properties of the hydrolipidic film of two groups of different cold sensitivity. Thirteen women have faced in 6 environments of moderate temperatures between 17 ° C and 30 ° C (with 2 warm transitions and 2 cold transitions). Groups were built according to their degree of cold sensitivity. Differences in skin parameters have been found between the two groups. The most significant result is that cold-sensitive individuals have a more intense microcirculatory activity on cheeks with a stronger vasoconstriction in cold environments and a stronger vasodilation in warm environement than the non cold-sensitive group (p = 0. 002 according to ANCOVA test for groups effect). In addition, it has been shown that the multi-parametric approach (introduction of non-thermal parameters as predictors) as well as taking into account individual thermal sensitivities improve the prediction of thermal comfort especially for the cold-sensitive group (+ 6.4%).

La thérapie par compression médicale est reconnue comme une composante essentielle dans le traitement des pathologies veineuses et demeure incontournable dans la prise en charge des affections veineuses aux différents stades de la pathologie (jambes lourdes, œdèmes, ulcères). Si le bénéfice est reconnu par les patients eux-mêmes ainsi que par les médecins, il n’existe à l’heure actuelle que peu d’éléments permettant de quantifier ce bénéfice. Dans ce contexte, l’objectif de ces travaux de thèse est d’apporter des éléments de compréhension et d’objectiver les effets bénéfiques des bas médicaux de compression (BMC) aux niveaux physiologique, neurophysiologique et comportemental. Trois axes de recherche ont été dégagés. Le premier axe de recherche est l’étude de l’effet de la compression sur l’activité microcirculatoire cutanée dans les membres inférieurs en utilisant le dispositif Hématron, dispositif ambulatoire exclusif d’évaluation de l’activité microcirculatoire cutanée. Les résultats ont montré une amélioration de l’activité microcirculatoire pour différentes classes de BMC et pour différentes positions. Ces résultats tendraient à mettre en cause l’hypothèse, largement admise, que les BMC améliorent le retour veineux principalement en diminuant la section des veines (superficielles voire profondes). La deuxième piste de recherche concerne l’objectivation de l’amélioration de la qualité de vie liée au port des BMC, généralement exprimée subjectivement par les personnes atteintes de pathologie veineuse. Les résultats préliminaires montrent que l’analyse de la variabilité cardiaque permet de mettre en évidence une relation entre le paramètre indicateur de l’activité de la balance sympatho-vagale et le port de la compression médicale au cours d’une journée. Compte tenu de la grande dispersion des résultats, cette étude serait à poursuivre sur une population plus large pour aboutir à des conclusions fiables. Le dernier axe de recherche est lié à l’impact du port des BMC sur le comportement du sujet et plus précisément sur sa déambulation. Les patients déclarent une fatigue physique dans les membres inférieurs moins intense en fin de journée grâce à la compression médicale. Notre hypothèse est que le port des BMC impacterait directement la dynamique de la déambulation. Pour évaluer la cinétique de la marche, nous avons conçu, développé et validé une instrumentation intégrant des capteurs accéléromètres. Des tests préliminaires ont permis de dégager des paramètres pertinents caractéristiques de la déambulation. La prochaine étape sera de conduire une campagne d’expérimentation destinée à objectiver la fatigue comportementale en fin d’après-midi mesurée avec ou sans compression médicale portée au cours de la journée. / Medical compression therapy is recognized as an essential component in the treatment of venous diseases and is indispensable in the treatment of venous diseases at different stages of the disease (heavy legs, edema and ulcers). Although the benefit is recognized by the patients themselves and by physicians, there is at present little evidence to quantify this benefit. Against this background, the aim of this thesis is to provide more understanding and objectify the benefits of compression stockings (MCS) on in terms of physiology, neurophysiology and gait dynamics. Three areas of research were identified and studied. The first line of research is the study of the effect of compression on skin microcirculatory activity in the lower limbs using the Hematron ambulatory device. The results showed an improvement in skin blood flow activity for different classes of MCS and at different positions. These results would tend to challenge the widely accepted assumption that MCS improve venous return primarily by decreasing the cross-sectional area of (superficial or deep) veins. The second line of research involves the objectification of the improvement in the quality of life resulting from the wearing of MCS, usually this is expressed subjectively by people with venous disease. Preliminary results show that the analysis of heart rate variability highlights a relationship between the indicators of sympathovagal balance activity and the use of medical compression during the day. Given the wide dispersion in the results, this study should be carried out on a larger population to draw more reliable conclusions. The last line of research relates to the impact of MCS on the behavior and, in particular, the gait of the subject. Patients report that physical fatigue in the lower limbs is less prevalent at the end of the day with compression therapy. Our hypothesis is that the wearing of MCS has a direct impact on gait. To evaluate the kinetics of walking, we have designed, developed and validated an instrumentation involving accelerometers sensors. Preliminary tests have yielded relevant parameters characteristic of gait dynamics. The next step is to conduct an experimental campaign to objectify behavioral fatigue, with or without the wearing of medical compression, at the end of the afternoon.

Les maladies chroniques impliquant le système respiratoire nécessitent un suivi sur la durée. L’activité physique et les paramètres cardiovasculaires sont essentiels pour ces pathologies. Nous nous sommes intéressés en particulier à la BPCO et à l’apnée obstructive du sommeil. La BPCO est caractérisée par un cercle vicieux d’inactivité : une gêne respiratoire entraîne une diminution de l’activité, qui elle-même augmente la gêne respiratoire par désentraînement. Le monitoring de l’activité, en lien avec la SpO2 est donc essentiel pour cette pathologie. Les désaturations nocturnes sont un paramètre cardinal de l’apnée du sommeil. Un actimètre permet d’évaluer la qualité du sommeil, complétant ainsi le suivi de cette pathologie. De plus, l’activité diurne est un indicateur de l’asthénie provoquée par le syndrome. Le but de ce travail a donc été la mise au point d’un actimètre communicant, capable de mesurer l’activité diurne, d’évaluer le temps de sommeil et de s’interfacer avec un oxymètre de pouls pour synchroniser la collecte de données. À partir des données récoltées durant 26 jours d’enRégistrements, nous avons mis au point et évalué un algorithme permettant de mesurer le temps passé assis, debout et allongé. Cet algorithme a été conçu pour être embarqué dans un microcontrôleur, ayant des ressources de calcul limitées. Nous avons également proposé un algorithme de détection des pas, dont le fonctionnement a été validé sur plus de 5 heures de marche, sur 22 patients différents, contre un comptage manuel. Nous avons enfin proposé une méthode de détection des transitions assis-debout pour l’instrumentation du test de levers de chaise de 3 minutes. Lors de l’analyse nocturne, nous avons mis au point un algorithme de détection du temps de sommeil, testé sur 25 nuits. Nous avons également proposé une méthode d’analyse de l’onde de pouls permettant d’extraire le rapport LF/HF de la variabilité cardiaque, permettant de détecter le sommeil paradoxal. Nous avons montré le résultat de l’agrégation des différentes données acquises par le système formé de l’actimètre et de l’oxymètre lors d’une nuit d’examen, comme outils à disposition du praticien. L’actimètre mis au point dans le cadre de ces travaux et les méthodes d’analyse du signal associées sont adaptés au suivi non invasif de pathologies respiratoires. Ils peuvent également être intégrés à un système de télémédecine via une passerelle informatique pour un suivi de long terme. / Chronic diseases affecting the respiratory system require a long-term monitoring. Physical activity and cardiovascular parameters are essential in those pathologies. We focused on two of those diseases : COPD and obstructive sleep apnea. COPD is characterized by a downward cycle of inactivity : a respiratory impairment leads to a reduction of activity, whose in turn worsen the respiratory impairment by a conditioning loss. As a consequence, activity monitoring and SpO2 are essential for the monitoring of this pathology. Nocturnal oxygen desaturation are a main feature of sleep apnea. An actimeter allows for sleep quality evaluation, and is a logical choice for a complementary measure of this disease. Moreover, diurnal activity is an indicator of the degree of physical weakness that can occur as a consequence of sleep apnea. The main goal of the work has been the developement of a connected actimeter, able to monitor diurnal activity, estimate the duration of sleep and collect data from a pulse oximeter to synchronise the data. From 26 days of accelerometric measures, we designed and validated an algorithm that compute the time spend sitting, standing and lying. This algorithm has been designed to be embedded in a microcontroler with limited computing power. We also proposed a step detection algorithm validated on 5 hours of walking, on 22 different patients, against a visual count. Finally, we designed a method to detect the sitting-standing change of posture to monitor the 3-minutes chair stand test. On the nocturnal aspect, we designed an algorithm used to estimate the sleep duration during a night. It as been tested on 25 nights. We also proposed a pulse wave analysis method to extract the LF/HF ratio of cardiac variability, to detect REM sleep. We showed the result of the aggregation of the different parameters collected by the system composed of the actimeter and the oximeter during a monitored night, as a tool to the healthcare professional. The actimeter design in the context of this work and the associated signal processing methods are appropriate to the monitoring of respiratory pathologies with a light equipment. They also can be integrated into a telemedecine system through a gateway computer, allowing for a long-term monitoring.

L’imagerie et la spectroscopie par résonance magnétique nucléaire (IRM et SRM) sont des méthodes non-invasives qui ont le potentiel d’estimer in vivo la quantité et la qualité des adiposités abdominales. Le contexte scientifique et clinique de ce manuscrit s’articule autour de l’étude de surnutrition « Poly-Nut » dont l’un des objectifs est d’analyser les évolutions des tissus adipeux (TA) dans une phase rapide de prise de poids. L’originalité et la complexité de cette thèse résident dans le développement, l’adaptation et la comparaison de plusieurs méthodes quantitatives d’IRM et de SRM, pour l’étude du signal lipidique dans un contexte clinique à 3T. La fiabilité et la validation des mesures obtenues in vivo par ces techniques font ici l’objet d’une étude approfondie. Pour l’analyse quantitative du signal de spectroscopie, différentes méthodes existantes ont été comparées à celle développée spécifiquement pour notre étude clinique. L’estimation paramétrique par moindres carrés non linéaires appliquée aux spectres RMN des lipides peut conduire, selon la fonction modèle utilisée, à un problème non linéaire mal posé. Nous montrons alors que l’utilisation d’un modèle simplifié se fondant sur la structure d’une chaine de triglycéride, comme utilisé récemment en imagerie quantitative, constitue une solution valide au regard de l’état de l’art. Ensuite différentes méthodes (IRM, SRM, Dual Energy X-ray absorptiometry, chromatographie en phase gazeuse) ont été utilisées pour caractériser les TA sous-cutanés et viscéraux. Le suivi par IRM du contenu lipidique du foie ainsi que du volume et de la composition en acide gras des TA à partir d’une unique acquisition en multi-écho de gradient est démontré. Enfin des développements expérimentaux menés parallèlement à l’étude clinique sur un imageur préclinique à 4,7T, comparent différentes stratégies d’encodage du déplacement chimique par imagerie et caractérisent des méthodes SRM pour estimer in vivo la proportion d’omégas-3 dans les chaînes d’acides gras. / Magnetic resonance imaging and spectroscopy (MRI and MRS) are non-invasive methods that have the potential to estimate in vivo the quantity and the quality of abdominal adipose tissues (AT). The scientific and clinical context of this thesis is based on an overfeeding study entitled "Poly-Nut". One of the main objectives of this study is to analyze changes in adipose tissues in a rapid phase of weight gain. The originality and complexity of this thesis rely in the development, adaptation and comparison of several quantitative methods of MRI and MRS, for the study of lipid signal, in a clinical context, at 3T. The reliability and the validation of the measurements obtained in vivo using these techniques are the main subject of this PhD thesis. For the quantitative analysis of the spectroscopy signal, different existing methods have been compared to those developed specifically for our clinical study. According to the model function used, the nonlinear-least-squares parametric estimation applied to the lipid spectra can lead to an ill-posed nonlinear problem. We demonstrated that the use of a simplified model based on the structure of a triglyceride chain, as recently used in quantitative imaging, was a valid solution regarding the state of the art. Then different methods (MRI, MRS, Dual Energy X-ray absorptiometry, gas chromatography) were used to characterize the subcutaneous and visceral AT. We demonstrated the feasibility of MRI to follow the lipid content in the liver as well as the volume and the fatty acid composition of AT using a single multiple gradient-echo acquisition. Finally, experimental developments were carried out in parallel with the clinical study, on a 4.7T preclinical system, first, to compare different strategies for encoding the chemical shift using imaging and, secondly, to characterize MRS methods for in vivo estimation of the relative proportion of omega-3 among all fatty acids.