Les individus diabétiques de type 2 ont une réduction de la consommation maximale d'oxygène (VO²max), suggérant des anomalies tant au niveau central que périphérique. Il est également démontré que la cinétique de la consommation d'oxygène est ralentie pour des puissances de travail sous-maximales, mais les mécanismes sous-jacents à cette anomalie demeurent inconnus. De plus, ces preuves scientifiques proviennent d'études effectuées surtout chez des femmes, ou en comparaison avec un groupe contrôle présentant d'autres différences que la maladie en soi. À ce jour, peu de données existent quant à l'impact du diabète en soi sur la performance à l'effort sous-maximal mesurée par l'ajustement de la VO² et de la fréquence cardiaque en début d'exercice. L'objectif du travail présenté dans ce mémoire était d'évaluer l'impact du diabète de type 2 sur ces paramètres, chez des hommes ayant un diabétique de type 2 bien contrôlé et sans complications cardiovasculaires, en comparaison avec des hommes non-diabétiques de même âge et de poids corporel semblable, et possédant les mêmes caractéristiques de la fonction cardio-pulmonaire. Les résultats suggèrent qu'il n'existe aucune différence entre les deux groupes, tant pour la VO²max que pour la cinétique de la VO² et de la fréquence cardiaque, ce qui suggère que le diabète de type 2 en soi n'est pas responsable d'une diminution de la capacité à l'exercice sous-maximal.

Tableau d’honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2012-2013. / Afin de préserver la pression de perfusion des organes vitaux tels que le coeur, les reins et le cerveau durant l'anesthésie générale et la période de circulation extra-corporelle d'une chirurgie cardiaque, la pression artérielle moyenne est maintenue au-dessus de 60 mmHg à l'aide de l'administration de vasopresseurs. Ces agents (phényléphrine et noradrenaline) semblent avoir un impact négatif sur l'oxygénation cérébrale quand ils sont administrés afin de corriger une hypotension induite par l'anesthésie générale. L'hypotension est un effet secondaire fréquent de l'anesthésie générale se produisant plus souvent chez les patients diabétiques. De plus, les diabétiques ont besoin d'une quantité plus importante de vasopresseurs afin de rétablir la pression artérielle moyenne comparativement à des patients non-diabétiques. Par contre, l'influence de la phényléphrine et de la noradrenaline sur l'oxygénation cérébrale durant la période de circulation extra-corporelle chez les patients diabétiques est encore inconnue. L'objectif du travail présenté dans ce mémoire était d'évaluer l'impact de la phényléphrine et de la noradrenaline sur l'oxygénation cérébrale chez des sujets diabétiques et des sujets non-diabétiques durant la période de circulation extra-corporelle d'une chirurgie cardiaque. Les résultats suggèrent que les sujets diabétiques subissant une chirurgie cardiaque et recevant de la noradrenaline durant la période de circulation extra-corporelle ont une oxygénation cérébrale réduite, et ce, pendant un plus grand pourcentage de temps comparativement aux sujets non-diabétiques. De plus, il semble que les sujets diabétiques ont besoin d'une plus grande quantité de noradrenaline afin de maintenir la pression artérielle moyenne durant la période de circulation extracorporelle d'une chirurgie cardiaque.

Afin de mieux comprendre et de préciser les réponses cardio-respiratoires chez l'homme lors d'exercices physiques effectués à des niveaux de gravité (ag) différents, des expérimentations en hypergravité et des analyses de données obtenues en microgravité ont été réalisées.Ainsi nous avons pu identifier les variables influençant la cinétique des réponses cardio-pulmonaires en fonction d‘ag lors de la pratique d'exercices physiques, et proposer un modèle prédictif de la dépense énergétique en fonction d'ag. Il ressort de nos analyses que les effets de ag sur la consommation d'oxygène (VO2) sont déterminés par des changements de la puissance métabolique interne et non pas par des changements de la puissance mécanique ou de la VO2 de repos. Quant à la consommation maximale d'oxygène (VO2 max) estimée, celle-ci diminue de façon importante en fonction de l'augmentation d'ag. Selon nos estimations, la VO2 max serait atteinte au repos à une valeur d'ag de 4.5 G. Ceci indiquerait que l'être humain serait dans l'impossibilité d'effectuer le moindre travail sur les plus grandes planètes du système solaire, rendant ainsi leur colonisation impossible / In order to better understand and clarify the cardio-respiratory responses of humans to physical exercise at varying levels of gravity acceleration (ag) we have set up experiments in hypergravity and we have analyzed data obtained in microgravity. We have thus been able to identify the variables that influence the kinetics of cardio-pulmonary Reponses in function of ag during physical exercise and propose a model that predicts the amount of energy spent when ag varies. From our analysis, it appears that the effects of ag on oxygen consumption (VO2) depend on variations in internal metabolic power and not at all on changes in mechanical power nor on the rest oxygen consumption. We found out that the estimated maximal consumption (VO2 max) of oxygen goes down considerably when ag augments. According to our estimations, the VO2 max is likely to be reached at rest when ag is 4.5 G. T. This seems to indicate that a human would be unable to perform the slightest work on the largest planets of our solar system, thus making the colonization of these planets impossible

L’évolution des populations occidentales s’accompagne d’une augmentation de la sédentarité et des maladies métaboliques qui accroissent les problèmes de santé. Ces évolutions ont des répercussions sur le muscle squelettique qui voit sa capacité à produire de l’énergie aérobie diminuer. Néanmoins, le muscle squelettique est très plastique et les capacités oxydatives musculaires s’améliorent rapidement par l'activité physique. Les mitochondries sont des éléments majeurs des capacités oxydatives musculaires et la compréhension des mécanismes moléculaires qui régissent la biogenèse et la fonction mitochondriale est nécessaire pour prescrire au mieux l’activité physique.L’exercice intermittent semble être de plus en plus utilisé dans la pratique. Plusieurs arguments sont mis en avant pour préconiser cette modalité : 1) le temps passé à haute consommation d’oxygène, 2) la haute intensité et 3) les perturbations métaboliques induites par les variations d’intensité au cours de l’exercice. Cependant, l’influence des perturbations métaboliques sur les capacités oxydatives musculaires n’a pas encore été clairement démontrée. L’objet des mes travaux de thèse s’est donc focalisé sur ces perturbations métaboliques et leurs effets sur les voies de signalisation impliquées dans la biogenèse mitochondriale. Afin de caractériser l’implication des perturbations métaboliques dans la stimulation des voies de signalisation de la biogenèse mitochondriale, nous avons comparé l’influence d’exercices aigus sur ces voies de signalisation. Deux protocoles nous ont permis d’investiguer l’influence des variations métaboliques. Le premier a consisté, lors d’un exercice de intermittent, à identifier la durée du cycle induisant les plus grandes perturbations métaboliques et à caractériser les effets de la modalité d’exercice sur un exercice de 30 minutes de pédalage à 70%WRpic. Le second protocole visait à déterminer l’influence de la répétition des perturbations métaboliques sur les voies de signalisation régulant la biogenèse mitochondriale.Afin d’identifier la durée de cycle produisant le plus de variations métaboliques, nous avons analysé l’évolution de la consommation d’oxygène et quantifié les variations métaboliques. Pour cela nous avons utilisé trois paramètres : 1) un paramètre quantitatif, 2) un paramètre qualitatif et 3) un index associant les paramètres quantitatif et qualitatif. La comparaison de trois durées de cycle différentes (30s d’effort:30s de récupération passive ; 60s:60s et 120s:120s) nous a permis de mettre en évidence que la modalité 60s:60s est celle qui induit le plus de variations métaboliques et cela pour une dépense énergétique identique pour les trois modalités.Notre seconde étude a consisté à comparer 30 minutes de pédalage à 70%WRpic sous deux modalités différentes : continue (1 bloc de 30min) et intermittente (30 bloc de 1min entrecoupés de 1min). La répétition de phase d’exercice et de repos lors de l’exercice intermittent créée plus de perturbation du métabolisme et entraîne une phosphorylation supérieure de l'AMPK, CaMKII et p38 MAPK. Ces kinases sont situées en amont de PGC-1α, un important régulateur de la biogenèse mitochondriale dans le muscle squelettique. Ces résultats mettent donc en évidence un effet spécifique des perturbations métaboliques sur les voies de signalisation contrôlant la biogenèse mitochondriale.Ces travaux ouvrent de nouvelles perspectives sur les méthodes de réentraînement de personnes sédentaires ou atteintes de pathologie chronique. Les futurs travaux viseront à confirmer nos résultats lors d’interventions chroniques et d’explorer ces effets chez différentes populations. / Western life evolution is associated with an increase in sedentary behaviours and metabolic diseases leading to health alteration. This evolution affects the skeletal muscle, which is characterized by a decrease in its ability to produce aerobic energy. However, skeletal muscle is a highly malleable tissue, capable of considerable metabolic adaptations in response to physical activity. Mitochondria produce the aerobic energy within the skeletal muscle. Understanding the molecular mechanisms that regulate mitochondrial biogenesis and its function is necessary to improve physical activity prescription.The intermittent exercise is currently used in rehabilitation programs. Several arguments are put forward to utilizing this method: 1) the time spent at high oxygen consumption, 2) the high intensity of exercise and 3) the metabolic disturbances induced by variations of intensity during exercise. However, the influence of metabolic disturbances on muscle oxidative capacity has not been clearly demonstrated. The purpose of my thesis work has therefore focused on these metabolic perturbations and their effects on signalling pathways involved in mitochondrial biogenesis. In order to characterize the influence of metabolic disturbances on the signalling pathways involved in mitochondrial biogenesis, we compared the influence of acute exercises. We realized two protocols to investigate the influence of metabolic disturbances. The first study compared three intermittent exercises in order to identify the optimal duty-cycle duration to induce the biggest metabolic disturbances and to compare metabolic responses of intermittent and continuous exercise performed at 70%WRpic. The second protocol evaluated the influence of the repetition of metabolic disturbances on signalling pathways involved in mitochondrial biogenesis.In order to identify the duty-cycle duration producing more metabolic fluctuations, we analysed the changes of oxygen consumption and quantified metabolic variations. We used three parameters: 1) a quantitative parameter, 2) a qualitative parameter, and 3) an index combining quantitative and qualitative parameters. Comparison of three different duty-cycle durations (30s work:30s passive recovery; 60s:60s, and 120s:120s) revealed that the 60s:60s modality induces more metabolic fluctuations for a same energy expenditure.Our second study compared 30 minutes of pedalling at 70%WRpic realized by two different modalities: continuous (30min 1 block) and intermittent (30 1min block interspersed by 1min of passive recovery). Repetition of transitions from rest to exercise during the intermittent exercise creates higher metabolic disturbances and leads to a higher phosphorylation of AMPK, p38 MAPK and CaMKII. These kinases are upstream of PGC-1α, an important regulator of mitochondrial biogenesis in skeletal muscle. All together, these results demonstrate that metabolic disturbances are involved in mitochondrial signalling pathways activation.This work opens up new perspectives on exercise training prescription for sedentary or chronic pathology people. Future work will aim to confirm our results in chronic interventions and explore these effects in different populations.

Afin de mieux comprendre et de préciser les réponses cardio-respiratoires chez l'homme lors d'exercices physiques effectués à des niveaux de gravité (ag) différents, des expérimentations en hypergravité et des analyses de données obtenues en microgravité ont été réalisées.Ainsi nous avons pu identifier les variables influençant la cinétique des réponses cardio-pulmonaires en fonction d'ag lors de la pratique d'exercices physiques, et proposer un modèle prédictif de la dépense énergétique en fonction d'ag. Il ressort de nos analyses que les effets de ag sur la consommation d'oxygène (VO2) sont déterminés par des changements de la puissance métabolique interne et non pas par des changements de la puissance mécanique ou de la VO2 de repos. Quant à la consommation maximale d'oxygène (VO2 max) estimée, celle-ci diminue de façon importante en fonction de l'augmentation d'ag. Selon nos estimations, la VO2 max serait atteinte au repos à une valeur d'ag de 4.5 G. Ceci indiquerait que l'être humain serait dans l'impossibilité d'effectuer le moindre travail sur les plus grandes planètes du système solaire, rendant ainsi leur colonisation impossible.

Le sulfure d'hydrogène (H2S) est un métabolite bactérien produit notamment par les bactéries sulfato-réductrices du côlon à partir des acides aminés soufrés, des sulfates/sulfites alimentaires et des sulfomucines. A fortes concentrations, le H2S est un gaz toxique, de par sa capacité à inhiber la cytochome c oxydase, et par conséquent, la respiration mitochondriale. A l'inverse, notre travail montre qu'à faibles concentrations, le H2S induit une énergisation mitochondriale des cellules épithéliales coliques humaines HT 29 Glc-/+ lui conférant aussi un rôle de substrat minéral énergétique. Dans ce travail, nous avons déterminé les concentrations de H2S permettant l'oxydation/détoxication de H2S par les cellules HT 29 Glc-/+ et celles provoquant une inhibition de la consommation d'oxygène. L'oxydation du H2S nécessite la coopération entre la " sulfide oxidation unit " et la chaîne respiratoire. La capacité des cellules HT29 Glc-/+ à oxyder le H2S est associée à la présence des transcrits codant les enzymes constituant la " sulfide oxidation unit " : la sulfure d'hydrogène quinone reductase (SQR), la dioxygenase ETHE1 et la thiosulfate transferase (TST). Nous avons démontré la priorité de l'oxydation du H2S sur les substrats carbonés . En effet, nos résultats suggèrent que les électrons venant de la SQR sont transférés au pool d'ubiquinone aux dépens de ceux venant du complexe I. Nos résultats démontrent que la SQR joue un rôle déterminant pour l'oxydation de H2S. De plus, la détoxication du H2S par les cellules HT29 Glc-/+ augmente au cours de la différenciation spontanée ou induite par un traitement au butyrate. L'augmentation de la détoxication de H2S au cours de la différenciation est associée à une augmentation de la réserve respiratoire soulignant l'importance de la chaîne respiratoire comme composante de la fonction de détoxication du H2S. En situation d'inhibition de la cytochrome c oxydase, la grande capacité des cellules coliques humaines à détoxiquer le H2S pourrait être en partie due à la présence d'un transfert réverse des électrons issus de l'oxydation de H2S de la SQR vers le complexe I. Outre le butyrate, le zinc un autre composé de la lumière colique, exerce un effet protecteur contre la toxicité cellulaire du H2S. Enfin, notre travail a mis en évidence une diminution de l'expression d'un gène codant pour une enzyme de la " sulfide oxidation unit " (la TST) dans le rectum comparée à différents segments du côlon, ce qui pourrait correspondre à des capacités de détoxication du H2S différente en fonctions des segments du gros intestin humain.

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Les mécanismes impliqués dans les adaptations du phénotype métabolique musculaire au cours de l’exercice physique restent imparfaitement connus. Nous nous sommes intéressés au concept d’hormèse mitochondriale qui se définit comme un stress métabolique activant les voies de signalisation menant à une activation mitochondriale.En première partie, nous avons validé l’utilisation d’un nouveau système de mesure des échanges gazeux chez le rat au cours de différents exercices sur tapis roulant, et démontré que pour une vitesse de course sous maximale, un exercice en descente sollicite le système cardiovasculaire de façon modérée sans altérer la fonction mitochondriale musculaire, ni augmenter la production de radicaux libres oxygénés.En deuxième partie, nous avons montré qu’un découplage mitochondrial provoqué par un traitement des rats au 2,3-dinitrophénol (DNP) pendant 3 semaines engendre des adaptations métaboliques menant à l’augmentation de la masse mitochondriale du muscle squelettique. Ces animaux ont une capacité à l’exercice diminuée, malgré une augmentation de leur VO2max.Pour finir, nous avons montré qu’un préconditionnement par l’exercice protège la mitochondrie musculaire squelettique des effets délétères de l’ischémie-reperfusion. L’exercice semble activer le métabolisme via un phénomène d’hormèse mitochondriale permettant la protection musculaire. En conclusion, cette thèse nous montre d’une part l’importance de la mitochondrie (aspect quantitatif mais surtout qualitatif) en terme de limitation à l’exercice, et d’autre part nous suggère que l'optimisation du fonctionnement mitochondrial pourrait être une bonne garantie pour pouvoir lutter efficacement contre les stress, notamment oxydatifs, auxquels l'organisme est soumis en (quasi)permanence. / The mechanisms regulating the metabolic phenotype adaptations in skeletal muscle during physical exercise is still unknown.We studied the mitochondrial hormesis phenomenon that could be defined as a metabolic stress activating the signaling pathways leading to a mitochondrial stimulation (mitochondrial biogenesis).In the first part, we validated the utilization of a new system determining the gas exchange in rat during a treadmill exhaustive exercise. We showed that a submaximal downhill exercise activate moderately the cardiovascular system, without mitochondrial functional impairments and without any augmentation of the systemic ROS production. In the second part, we showed that a mitochondrial uncoupling following a dinitrophenol treatment during 3 weeks in rats induced some metabolic adaptations leading to a higher mitochondrial mass in skeletal muscle. The exercise capacity of these animals is reduced whereas the maximal oxygen consumption is higher.In the last part, we showed that a preconditioning protocol with an acute exercise protected the skeletal muscle mitochondria from the deleterious effects of ischemia-reperfusion. This exercise seems to activate the muscular metabolism via a phenomenon of mitochondrial hormesis activation, allowing an efficient muscular protection.In conclusion, this thesis shows the importance of the mitochondria in terms of qualitative and quantitative aspects and shows the participation of this organelle in the exercise limitation. Moreover, these works suggest that the optimization of the mitochondrial function could be a good guarantee in order to efficiently fight against oxidative stress at the level of the whole organism.

L'objectif de ce travail était de valider une méthode simple permettant de déterminer la sollicitation des métabolismes aérobie et anaérobie en cours d'activité en prenant l'exemple du tennis. Son principe général est de séquencer l'activité globale composite en sous-activités appelées activités fondamentales AF et de déterminer pour chacune d'entre elles la consigne énergétique DEc(i) afin de modéliser l'adaptation des filières énergétiques grâce au modèle bioénergétique Astrabio©. Des étalonnages permettent d'obtenir les fonctions d'astreinte qui relient DEc(i) à un paramètre mécanique M pertinent, vitesse de déplacement ou cadence de coups, pour les 6 AF sélectionnées au tennis. Une méthode d'analyse vidéo simple utilisant une seule caméra est appliquée lors des matchs de tennis pour déterminer les AF et estimer M. Ces paramètres sont introduits dans le modèle Astrabio© qui détermine la DEc(i) de chaque AF, DE aérobie et DE anaérobie par différence. Les quantités d'énergie aérobie prédites à chaque jeu des matchs ne présentent pas de différence statistique avec celles réellement mesurées par la méthode d'analyse directe de DE (K4b2). Elle met en évidence qu'en dépit d'une DE aérobie moyenne assez faible comprise entre 40% et 60% VO2max, le tennis se caractérise en réalité par des efforts supra-maximaux pouvant atteindre 300% VO2max lors des frappes de balle et le métabolisme anaérobie représente environ 30% de l'énergie totale dépensée sur un match. Cette méthode présente l'intérêt majeur d'être facilement applicable et de décrire l'astreinte réelle d'une activité en fournissant une estimation des DE aérobie et anaérobie à partir de l'analyse vidéo de l'activité

L'estuaire de la Gironde est le plus grand estuaire macrotidal d'Europe formé par la confluence de la Garonne (où se situe l'agglomération de Bordeaux) et de la Dordogne. L'une de ses principales caractéristiques est la présence d'une zone à forte turbidité (bouchon vaseux) où les processus hétérotrophes (dégradation de la matière organique) sont favorisés et où au contraire les processus autotrophes (production primaire) sont limités par le manque de lumière. Ainsi, des déficits en oxygène pouvant être préjudiciables à la vie aquatique se développent systématiquement dans la zone du bouchon vaseux de la Garonne estuarienne. Ces préoccupations environnementales ont donc conduit à étudier en détail dans le cadre de ce travail de doctorat, les facteurs environnementaux qui provoquent ces hypoxies estuariennes. Dans un premier temps, j'ai réalisé un suivi sur le réseau d'eaux urbaines partiellement séparatif et unitaire de la Communauté Urbaine de Bordeaux, de ses stations d'épurations et déversoirs d'orage afin d'appréhender les apports urbains de matières organique et azotées et de les comparer à ceux en provenance du bassin versant amont. Bien que les deux stations d'épuration réalisent des abattements très significatifs sur la matière organique et l'ammonium, il s'avère que les flux vers le milieu naturel restent importants, notamment durant les périodes estivales, pendant lesquelles des orages peuvent engendrer des déversements d'effluents non traités. Ensuite, des expériences d'incubations ont permis de mettre en évidence le caractère fortement labile de cette matière organique urbaine. Le carbone organique dissous et l'ammonium, contenus dans les eaux usées, sont des composés fortement consommateurs en oxygène. Des expériences de respirométrie ont également permis d'estimer les taux de consommation en oxygène nettement plus importants dans les effluents urbains que dans les eaux de la Gironde. Enfin, l'analyse des données du réseau de mesures en continu de la qualité physico-chimique des eaux MAGEST (MArel Gironde ESTuaire) a démontré que l'estuaire subit dans sa section garonnaise des périodes d'hypoxie lors d'étiages prononcés, la masse d'eau la plus affectée par ces désoxygénations étant celle qui oscille aux alentours de l'agglomération de Bordeaux. Si ces résultats démontrent l'impact significatif de l'agglomération Bordelaise, le traitement statistique des données MAGEST pour la période 2005-2011 montre que les phénomènes de désoxygénation sont accrus en période d'étiage prononcé, en présence du bouchon vaseux et lorsque la température de l'eau est élevée. Dans ces conditions, l'oxygène dissous, déjà présent en faible quantité, peut être rapidement consommé lors d'apports supplémentaires d'eaux urbaines non traitées qui ont lieu pendant de fortes précipitations orageuses. Ce travail démontre également que le type de traitement biologique des eaux usées employé par les stations d'épuration et les capacités de stockage temporaire d'eaux d'orages ont un rôle critique sur les bilans de ces composés rejetés dans le milieu naturel. Enfin, ce travail permet de proposer aux gestionnaires des stratégies de rejets des effluents à court et moyen terme, en fonction des conditions hydrologiques et physico-chimiques du milieu, dans le but de limiter leur impact sur l'oxygénation des eaux estuariennes de la Garonne.