L'obésité pédiatrique et ses pathologies associées sont devenues un problème majeur de santé publique. La reprise des activités physiques quotidiennes et de loisirs, préconisée dans les recommandations internationales, est souvent complexe chez le jeune obèse en raison d'une image de soi dévalorisée, de difficultés d'intégration et d'une faible condition physique. L'excès pondéral, associé à la sédentarité, altère progressivement l'endurance cardiorespiratoire à l'exercice, freinant le retour à une pratique physique régulière et contribuant à la non-observance des prescriptions en activité physique. Pour répondre à un besoin croissant des professionnels de l'activité physique impliqués dans la prise en charge de ces jeunes, l'objectif de ce travail de thèse a été de valider des outils cliniques explorant l'endurance cardiorespiratoire chez l'adolescent obèse :Un test de marche/course de 12 minutes, un test de marche navette adapté sur 20 mètres (4km.h^ incrémenté de 0,5 km.HAmin-1) et un test sous-maximal sur ergocycle en 4 paliers ontpermis de déterminer des indices d'endurance cardiorespiratoire (D12, Vmax, PMA).L'analyse fréquentielle en temps variant de la variabilité de la fréquence cardiaque a permisd'estimer des intensités d'exercice sous-maximales proches des seuils ventilatoires.Le "Childhood Obesity Perceived Exertion Scale" (COPE-10) a permis de quantifier l'intensitéde l'exercice perçue au cours de l'effort.Ces outils non-invasifs et peu coûteux, utiles à l'évaluation initiale et au suivi de la condition physique du jeune obèse, peuvent être facilement utilisés pour concevoir et individualiser des programmes de réentraînement adaptés à ces jeunes. / Pédiatrie obesity and its associated diseases hâve become a major public health challenge. However, thé return to daily physical and leisure activities, recommended by most international guidelines, can be difficult for obèse youths, due to low self-esteem, difficulties in integrating groups and poor physical fitness. Overweight combined with sedentarity progressively modify cardio-respiratory exercise tolérance, rendering difficult thé return to exercise and contributing to non-compliance with prescriptions for physical activity. To meet thé growing needs of professionals in thé field of physical activity responsible for thé management of thèse subjects, thé main objective of this doctoral thesis was to validate clinical tools exploring cardiorespiratory capacity in obèse adolescent.A 12 minute walk/run test, an adapted 20m shuttle walk test (starting speed 4 km.b.-1,incréments : 0.5 km.h-1.miir1) and a submaximal exercise test by cycle ergometer with 4 stageswere proposed to calculate indices of cardiorespiratory fitness (D12, Vmax, PMA).Time-varying spectral analysis of heart rate variability was studied to estimate intensitiessubmaximal exercise near ventilatory thresholds.-The "Childhood Obesity Perceived Exertion Scale" (COPE-10) was used to quantify thé intensity of exercise as perceived by thé subjects during exercise.Thèse non-invasive tools, inexpensive, useful in thé évaluation and follow-up of cardiorespiratory fitness in obèse adolescents, can easily be used to develop and personalise adapted re-training programmes in thèse overweight teenagers.

Introduction : La variabilité du rythme cardiaque est étudiée à partir des variations de durée des cycles cardiaques (intervalle R-R de l’électrocardiogramme). Ces variations peuvent être analysées par des méthodes linéaires (temporelles et fréquentielles) et non linéaires (théorie de l’information ou des fractales) de quantifications mathématiques et statistiques qui donnent des informations innovantes sur les signaux analysés. L’application de ces méthodes d’étude en néonatologie a démontré un intérêt pour le diagnostique précoce de l’infection néonatale tardive du prématuré mais n’avait pas été étudié dans l’infection néonatale précoce du nouveau-né à terme, dans le contexte des évènements cardio-respiratoires suivant la primo-vaccination des prématurés ou pour évaluer un effet neurologique de l’hyperbilirubinémie dans l’ictère néonatal. Notre hypothèse dans ce travail était qu’il était possible de : (i) caractériser la variabilité du rythme cardiaque en cas d’infection materno fœtale ou de méningite néonatale, (ii) mettre en évidence des facteurs prédisposant à la survenue d’évènements cardio-respiratoires post-vaccinaux, (iii) Identifier un éventuel retentissement neurologique de l’ictère néonatal par étude de la variabilité du rythme cardiaque. / The heart rate variability measures permitted to evaluate equilibrium state and perturbation in the regulation of cardio-vascular system.  These tools, based on heart rate variability analysis, helped to recognize associated disease state as early onset neonatal sepsis and non-infectious inflammatory response induced to immunization. An increase in global variability (SD), long term variability (SD, LF) and low approximated entropy (ApEn) were observed in the proven-sepsis full term infants. Importance of decrease in ApEn was correlated to the severity of sepsis assessed by blood markers. These suggest an association of sepsis with uncoordinated sympatho-vagal coactivation together with loss of adaptability. In premature infants, the risk of increase in cardio-respiratory events after the first immunization was associated with a specific pre-immunization profile: sympathetic predominance in heart rate control (high LF/HF ratio), abnormal oversimplification of heart rate variability and persistence rhythm control immaturity. Increased ApEn after immunization reflects a marginal result from adaptability of the heart rate to environmental changes without possibility to reserve in case of severe infection.

La fatigue est l’un des symptômes les plus fréquents et persistants chez les victimes de commotion cérébrale. Au cours des dernières années, des signes d’altérations cognitives post-commotionnelles à la suite d’un effort aérobie, soit une forme de fatigue dont la cause est physique plus que cognitive, ont été trouvés à court et à long terme chez des athlètes étudiants. Or, puisque ces athlètes évoluent dans un contexte où ils doivent non seulement performer dans leur discipline sportive, mais aussi à l’école ou au travail, il convient de se demander si un effort mental soutenu n’aurait pas le même effet chez cette population. L’objectif de cette étude était donc de déterminer si des athlètes étudiants ayant subi une commotion cérébrale (groupe HC) se sentent plus fatigués ou ont davantage tendance à se fatiguer mentalement que ceux n’ayant jamais subi de commotion cérébrale (groupe ST). Les sujets devaient répondre à une série de questionnaires auto-rapportés. Ils devaient aussi compléter une tâche informatisée recrutant les fonctions exécutives avant et après avoir répondu à une épreuve de raisonnement, d’une durée d’une heure, visant à simuler un examen scolaire. Leur réaction physiologique à la tâche était mesurée via un appareil d’électroencéphalographie et un cardiofréquencemètre. Si dans l’ensemble les résultats n’appuient pas l’hypothèse initiale, les deux groupes ont montré des différences notables dans leur façon de répondre à la tâche. Nous avons notamment constaté l’absence d’un effet de pratique à la condition la plus facile ainsi qu’une variabilité de la performance généralement plus élevée chez les sujets avec un historique de commotion cérébrale. De plus, contrairement au groupe témoin, ceux qui rapportaient des symptômes plus importants de fatigue cognitive quotidienne, de somnolence et de dépression montraient également une moins bonne précision à la tâche après un effort cognitif soutenu. Ces résultats suggèrent que les commotions cérébrales pourraient avoir pour effet d’accroître la sensibilité de certains individus à l’effort cognitif. De futures études devraient se pencher sur cette relation afin de la confirmer et d’en comprendre les causes. / Fatigue is one of the most common and persistent symptoms in concussion victims. In recent years, signs of post-concussive cognitive impairment following aerobic exertion, a form of fatigue whose cause is more physical than cognitive, have been found in both shortand long-term in student athletes. However, since these athletes evolve in a context where they must not only perform in their sport, but also at school or at work, it is worth asking whether sustained mental effort would have the same effect in this population. The objective of this study was therefore to determine whether student athletes who have suffered a concussion (HC group) feel more tired or are more likely to become mentally fatigued than those who have never suffered a concussion (ST group). Subjects were asked to complete a series of self-report questionnaires. They were also required to complete a computerized task recruiting executive functions before and after completing a one-hour reasoning test meant to simulate a school examination. Their physiological response to the task was measured using electroencephalography and a heart rate monitor. While the results do not support the original hypothesis, the groups showed significant differences in the way they responded to the task. Particularly, we found the absence of a practice effect at the easiest condition as well as a generally higher performance variability in subjects with a history of concussion. In addition, unlike the control group, those who reported greater symptoms of daily cognitive fatigue, drowsiness and depression also showed poorer task accuracy after sustained cognitive effort. These results suggest that concussions may have the effect of increasing the sensitivity of some individuals to cognitive effort. Future studies should investigate this relationship in order to confirm it and understand its causes.

Objectif: Les troubles respiratoires du sommeil (TRS) sont courants pendant la grossesse et sont associés à des conséquences néfastes pour la santé de la mère et du fœtus. Ceux-ci peuvent être causés par des changements dans l'équilibre sympathovagal (ESV), qui peuvent être estimés par des analyses de la variabilité de la fréquence cardiaque (VFC). Le but de l'étude est d'évaluer la VFC chez les femmes enceintes souffrant d'apnée obstructive du sommeil (AOS) à l’aide d’enregistrements polysomnographiques (PSG) à trois moments. Matériel et méthode: Dix-sept femmes enceintes diagnostiquées avec une AOS légère à modérée ont effectué des PSGs: au 2e trimestre (PSG1), au 3e trimestre, traitées avec une orthèse d’avancement mandibulaire (OAM) titrée (PSG2) et 3-6 mois post-partum (PSG3). Les données ont été analysées par conditions en intervalles cumulés de 5 minutes d’état de base (Baseline) et en intervalles cumulés de 3 minutes avant le début des événements d'AOS (Event) pour chaque stade du sommeil (NREM2, NREM3, REM) au cours de la nuit. Résultats: Le ESV (rapport de puissance spectrale basses fréquences / hautes fréquences) était statistiquement significatif pour toutes les PSGs cumulatifs par conditions (stades de sommeil Baseline p <0,01 et stades de sommeil Event p <0,01; REM> NREM2> NREM3). Une diminution significative de l'indice d'apnée-hypopnée (IAH) a été observée à PSG2 (PSG1 vs PSG2; p < 0,01). À l'analyse post hoc, à PSG2 uniquement, l'activité parasympathique (puissance spectrale des hautes fréquences normalisées (% HF normalisé)) en condition Event diminue significativement dans les stades de sommeil NREM2 (p = 0,01) et NREM3 (p <0,01) par rapport au % HF normalisé en condition Baseline pour les mêmes stades de sommeil. Conclusions: Bien que l’IAH soit réduit avec le traitement de l’OAM pendant la grossesse, l’influence du système nerveux autonome sur les évènements respiratoires semble modérée. / Purpose: Sleep breathing disorders are common during pregnancy and are associated with adverse consequences for the health of the mother and the fetus. These can be caused by changes in sympatho-vagal balance (SVB), which can be estimated through heart rate variability (HRV) analyses. The aim of the study is to assess the HRV in pregnant women with obstructive sleep apnea (OSA) at three time points. Methods: Seventeen pregnant women diagnosed with mild to moderate OSA performed 3 polysomnographic recordings (PSG): in the second trimester (PSG1), in the third trimester treated with a titrated oral appliance (OA) (PSG2) and 3-6 months post-partum. Data were analyzed in cumulative 5 minutes baseline interval samples (Baseline) and in cumulative 3 minutes interval samples before the onset of the OSA events (Event) for each sleep stages (NREM2, NREM3, REM) over the course of the night. Results: SVB (Low-/High-Frequency power ratio) was statistically significant for all cumulative PSGs per samples (Baseline sleep stages p < 0.01 and Event sleep stages p < 0.01 ; REM > NREM2 > NREM3). Significant diminution of apnea-hypopnea index (AHI) was observed at PSG2 (PSG1 vs PSG2; p < 0,01). In post hoc analysis, at PSG2 only, Event parasympathetic activity (Normalized High-Frequency % (Normalized HF %)) decreases significantly in NREM2 (p = 0.01) and NREM3 (p < 0.01) when compared to respective Baseline Normalized HF %. Conclusions: Results suggest normal shifts in SVB across sleep stages. Although AHI is reduced with the treatment of OA during pregnancy, the influence of the autonomic nervous system on respiratory events seems to remain mild.

Il est bien établi chez les physiologistes, que si l’exercice de course en montée sollicite préférentiellement des contractions musculaires concentriques, l’exercice de course en descente requiert des actions musculaires frénatrices, majoritairement excentriques. L’exercice de course en descente à intensité sous-maximale génère un stimulus mécanique plus important pour un niveau de sollicitation métabolique moindre (i.e., V̇O2). Basée sur 3 études expérimentales, cette thèse de doctorat explore la physiologie spécifique de la course en déclivité, ainsi que ses prédicteurs physiologiques. Notre première étude montre une amplitude des réponses cardiorespiratoires amoindrie, une ventilation plus superficielle et une composante lente négative de consommation d’oxygène et de fréquence cardiaque en course en descente versus montée à vitesse constante et identique (8,5 km·h-1, pente de 15%). Lors de tests incrémentaux maximaux en course en descente vs montée vs plat, notre 2ème, partie A étude démontre que des coureurs bien entraînés, familiarisés avec la course en descente, peuvent atteindre FCmax, mais pas V̇O2max en descente. Lorsque les courses en descente et montée sont réalisées à même intensité métabolique (70% V̇O2max), notre 2ème (B) étude démontre que la course en descente (19 km·h-1, pente de -15%) induit des réponses cardiorespiratoires supérieures (FC et V̇E), une composante lente de V̇O2 significative et engendre une fatigue supérieure à la course en montée (6 km·h-1, pente de +15%). Enfin, une étude de terrain (étude 3) montre que les performances de 5 km de course en montée et en descente partagent quelques prédicteurs physiologiques communs (V̇O2max, force musculaire des membres inférieurs), bien que dans des proportions différentes. De plus, ces deux contre-la-montre sont également déterminés par des prédicteurs physiologiques spécifiques (i.e., raideur musculo-tendineuse en descente et indice de masse corporelle en montée). Nos résultats améliorent notre compréhension de la physiologie spécifique à la course en descente vs montée et ouvrent la voie des applications à l’entraînement des traileurs avec le but ultime d’optimiser leur performance. / It is admitted that uphill running mostly elicits concentric muscle actions whereas downhill running requires braking muscle actions inducing preferentially eccentric muscle action. Consequently, high running speed can be achieved in downhill (i.e., a high level of mechanical stress), despite low metabolic demands (i.e., low metabolic power). Using 3 experimental studies, this doctoral thesis explores the specific physiology of downhill vs uphill running as well as its physiological determinants. Our first study shows lower magnitude of the cardiorespiratory responses, a more superficial ventilation pattern and inverse V̇O2 and HR slow components in submaximal constant and same downhill vs uphill running velocity (8,5 km·h-1, 15% slope). During maximal incremental downhill vs uphill and level running, our study 2 part A demonstrates that well-trained endurance athletes, accustomed to downhill running, can reach maximal heart rate but not V̇O2max in downhill running. When downhill and uphill running are performed at similar metabolic demand (70% V̇O2max), our study 2 part B demonstrates that downhill running (19 km·h-1, -15% slope) elicits greater cardiorespiratory responses (HR and V̇E), a significant V̇O2 slow component and exacerbates muscle fatigue compared to uphill running (6 km·h-1, +15% slope). Finally, a field study (study 3) shows that 5-km downhill vs uphill running performances share some physiological predictors (V̇O2max, lower limb muscle strength) although in different proportions. In addition, this study also demonstrates that both time-trial performances are also determined by specific physiological predictors (i.e., musculotendinous stiffness for downhill and body mass index for uphill running). All in all, our results further our understanding of the specific physiology of downhill vs uphill running and open the way to training applications in trail runners with the ultimate goal to optimize trail running performance.

L’entraînement dans les sports d’endurance à haut niveau passe traditionnellement par des périodes de très fortes charges visant à imposer de forts stress. La littérature suggère que ces périodes seront d’autant plus intéressantes si elles sont associées à un important niveau de fatigue et à une diminution de performance (surmenage fonctionnel, SF). Cependant, il n’a jamais été comparé à une surcharge d’entraînement sans diminution de performance (fatigue aigüe, FA). La première partie a montré que la surcompensation de performance au cours de l’affûtage peut répondre de façon Gaussienne à la charge d’entraînement imposée avant l’affûtage. Plus précisément, les résultats ont démontré que l’augmentation de la charge d’entraînement avant l’affûtage peut maximiser la réponse positive à l’entraînement, seulement à condition que le stress d’entraînement ne dépasse pas la capacité de récupération de l’athlète et ne précipite pas de SF. Par ailleurs, il s’avère que les réponses d’affûtage semblent individuelles et non influencées par le niveau de fatigue généré en amont. Ces différences de performance s’expliquent notamment par une bonne adaptation à l’entraînement après une période de surcharge sans SF, quand un état de SF sera à l’inverse associé à une moins bonne adaptation et à une plus grande survenue d’états de santé infectieux. La seconde partie a suggéré que la fatigue observée au sein du groupe SF pouvait également avoir été causée par un phénomène de fatigue cardiaque. En effet, le développement du SF chez l’athlète entraîné est associé à une réduction des valeurs de débit cardiaque à l’exercice / The purpose of this work is to examine whether performance supercompensation during taper is maximized in endurance athletes after experiencing overreaching during an overload training period. This first study showed that 1) greater gains in performance and V˙O2max can be achieved when higher training load is prescribed before the taper but not in the presence of functional overreaching (F-OR); 2) peak performance is not delayed during taper when heavy training loads are completed immediately prior; and 3) F-OR provides higher risk for training maladaptation, including increased infection risks. The second study confirms sleep disturbances and increased illness in endurance athletes who present with symptoms of F-OR during periods of high volume training. The third study shows a lower cardiac output and systolic blood pressure with greater arteriovenous O2 difference were reported in F-OR subjects at all exercising intensities, while no significant change was observed in the control and acute fatigue (AF) groups. A concomitant decrease in epinephrine excretion was reported only in the F-OR group. All values returned to baseline at Post. Following an overload endurance training program leading to F-OR, the cardiac response to exhaustive exercise is transiently impaired, possibly due to reduced epinephrine excretion. This finding is likely to explain the complex process of underperformance syndrome experienced by F-OR endurance athletes during heavy load programs

Cette étude s’inscrit dans les travaux de recherche visant à expliquer au moyen de l’utilisation de l’analyse spectrale, les mécanismes physiologiques qui sous-tendent la variabilité cardiaque. Dans une première étude, nous avons observé les caractéristiques de la variabilité cardiaque chez des sujets âgés de 11 à 59 ans au cours de leur sommeil. Ces enregistrements nous ont permis d’identifier les phases de sommeil lent profond et de mesurer la variabilité cardiaque dans des conditions spontanées reproductibles. Les résultats de cette étude nous ont conduits à nous interroger sur la possibilité d’obtenir une estimation de la fréquence cardiaque intrinsèque (FCI) à partir d’une analyse spectrale des périodes RR mesurées au cours d’un test d’effort incrémenté. Cette estimation serait le moyen de s’extraire des outils pharmacologiques nécessaires actuellement pour mesurer la FCI. Lors d’un exercice physique le contrôle autonome cardiaque est modifié afin de permettre l’augmentation de la FC (retrait vagal dans un premier temps puis activation sympathique). La composante spectrale en hautes fréquences est un indicateur de l’activation du nœud sinusal par le système nerveux parasympathique. La chute brutale de cette composante permet de visualiser le moment d’occurrence du retrait vagal complet. L’identification de ce moment précis nous a été rendue possible par l’utilisation de la méthode temps fréquence de «Pseudo Wigner Ville Lissée» à partir des programmes mis au point par l’INRIA. Cette méthode donne une valeur instantanée de la puissance spectrale en HF. Nous nous sommes alors attachés à mettre au point un protocole d’exercices visant à identifier la fréquence cardiaque au moment où la variabilité cardiaque en haute fréquence est la plus basse (FC@HFmin pour fréquence cardiaque à la puissance spectrale minimale en haute fréquence). Cette composante représente le moment où le cœur est soumis au minimum d’influences du système nerveux autonome. Elle peut par conséquent représenter une estimation plausible de la FCI. C’est sur ergocycle qu’il est apparu le plus facile de déterminer FC@HFmin. Dans deux études, nous avons ensuite constaté que la différence FC@HFmin – FC de repos est corrélée à la composante spectrale en HF. FC@HFmin diminue aussi avec l’âge et est proche des valeurs de la FCI publiées dans la littérature. Enfin, dans une dernière étude, nous avons observé que suite à trois mois d’entrainement de «rugby à toucher», FC@HFmin diminue chez une population identifiée comme sédentaire au début de l’expérimentation. En conclusion, nous pouvons avancer que l’exercice physique incrémenté combiné à une analyse spectrale instantanée des périodes RR permet d’accéder à une estimation FCI. / This study is part of works about understanding of cardiovascular autonomic control mechanisms using heart rate variability (HRV) analysis. In a first study, we observed HRV from a whole overnight RR periods recordings in order to compare subject from eleven to fifty-nine years old. These recordings allowed to identify Slow Wave Sleep and to compute HRV during spontaneous and reproducible conditions. To explain our results, we estimated the intrinsic heart rate (IHR) from time frequency analysis of RR periods during an incremental exercise test. This method allows avoiding classical pharmacological use to measure IHR. During an incremental exercise test, cardiac autonomic control changes with vagal withdrawal at the beginning and next, sympathetic activation. High Frequency instantaneous spectral component (HF) is linked to vagal withdrawal from the sinus node. The drop of this component at the beginning of exercise allows us to visualize the moment of maximal vagal withdrawal. The Smooth Pseudo Wigner Ville time – frequency analysis (INRIA, France) was used to compute the instantaneous HF power of HRV. Our works aimed to build an exercise test to identify the heart rate at minimal HF power (HR@HFmin). At this rate, the heart is under minimal autonomic control: complete vagal withdrawal combined with a weak sympathetic control. Therefore, it might provide an estimation of IHR. After the identification of this parameter, we observed that the difference between HR@HFmin and resting heart rate was correlated to HF component of HRV. Moreover, HR@HFmin decreased with aging and was close to IHR values found in previous publications. In a last study, we found that HR@HFmin decreased in a sedentary population after three month of “Touch-Rugby” training. To conclude, time frequency analysis of RR recordings obtained during an incremental exercise test seems to provide IHR detection.

Introduction : L'apnée obstructive du sommeil (AOS) et ses comorbidités (tel le bruxisme du sommeil (BS)) sont associées à des fluctuations du système nerveux autonome (SNA) chez les adultes et les enfants. La variabilité de la fréquence cardiaque (VFC), qui concerne, entre autres, la fluctuation des intervalles de temps entre les battements cardiaques adjacents, est une méthode non invasive et reproductible d'évaluation de la modulation du SNA. Objectif : Évaluer l'effet individuel et potentiellement cumulatif de ces conditions sur la VFC de la population pédiatrique. Méthodes : Des questionnaires dentaires et de bruxisme ont été remplis par les parents. Les enfants ont subi une évaluation dentaire et un enregistrement polysomnographique. La VFC a été analysée dans une fenêtre de référence de 5 minutes ainsi que dans des fenêtres de 4x3 minutes avant et après les événements d’AOS ou de BS. Résultats : Un total de 41 enfants ont été classés en sous-groupes : BS, contrôle et AOS+BS. Le rapport de puissance spectrale Basse Fréquence/Haute Fréquence (BF/HF), qui est connu pour utiliser les transformations de Fourier rapide, était plus élevé dans le groupe AOS + BS que dans le groupe contrôle (p = 0,01) et le groupe BS (p = 0,04) pour toutes les fenêtres d’analyse combinées (B0-B8). Dans le domaine temporel de la VFC, l'écart type des intervalles RR (SDNN) des fenêtres était plus élevé après chaque événement (B5 à B8) que la ligne de base (B0) pour les 3 groupes (p < 0,05). Conclusion : La VFC est différente entre les trois groupes. / Introduction: Obstructive sleep apnea (OSA) and its comorbid conditions (such as sleep bruxism (SB)) are associated with an autonomic nervous system (ANS) fluctuation in adults and children. Heart rate variability (HRV), which is concerned with, among other things, the fluctuation of the time intervals between adjacent heartbeats, is a non-invasive and reproducible method of assessing the modulation of the ANS. Aim: To assess the individual and potentially cumulative effect of these conditions on HRV in the pediatric population. Methods: Dental and bruxism questionnaires were completed by the parents. Children underwent a dental assessment and polysomnographic recording. HRV was analyzed in a 5-minute baseline windows as well as in 4x3-minute windows before and after OSA or SB events. Results: A total of 41 children were classified into subgroups: SB, control and OSA+SB. The Low Frequency/High Frequency (LF/HF) power ratio, which is known to use Fast Fourier Transforms, was higher in the AOS + SB group than in the control group (p = 0.01) and the SB group (p=0.04) for all analysis windows combined (B0-B8). In the time domain of the HRV, the standard deviation of the RR intervals (SDNN) of the windows was higher after each event (B5 to B8) than the baseline (B0) for the 3 groups (p < 0.05). Conclusion: HRV is different between the three groups.

Le noeud sinusal (NS) est le centre de l‟automatisme cardiaque. Grâce à son activité électrique spontanée, il dicte la fréquence cardiaque (FC) en réponse aux demandes physiologiques. A ce jour, le NS demeure un sujet de recherche important puisque les mécanismes moléculaires responsables de sa régulation sont encore méconnus. Par exemple, les processus menant à la bradycardie sinusale et à la maladie du sinus (MS) chez les personnes âgées sont mécompris et présentement l‟implantation d‟un stimulateur cardiaque demeure le seul traitement disponible. Ainsi, l‟objectif de cette thèse était de déterminer les changements moléculaires et cellulaires se produisant au niveau du NS en réponse à divers stimuli physiologiques et pathologiques afin d'établir leurs rôles potentiels dans la régulation de la FC et le développement de la MS. Dans les deux premiers chapitres, la grossesse est présentée comme modèle physiologique. En effet, la réponse adaptative aux demandes croissantes de la mère et du foetus engendre des changements physiologiques considérables au niveau du myocarde, dont une augmentation de la FC essentielle pour la perfusion adéquate des organes. Toutefois, cette augmentation peut aussi favoriser le développement d‟arythmies. Dans le troisième chapitre, l‟inflammation, un facteur présent lors du vieillissement et dans plusieurs pathologies où la MS se manifeste, a fait l‟objet d‟une étude dans le but de déterminer son rôle dans le développement de la MS. Les résultats obtenus dans cette thèse démontrent que la grossesse induit une hausse de la FC chez la souris gestante similaire à celle retrouvée chez la femme enceinte. Cette accélération était due à un remodelage électrique du NS. Plus spécifiquement, la fréquence des potentiels d‟action ainsi que la densité et l‟expression des courants pacemaker (If) et calcique de type L (ICaL) étaient augmentées. De plus, une accélération des transitoires calciques spontanés et de la vitesse de relâche calcique du réticulum sarcoplasmique a été observée. La régulation de l‟automaticité par un stimulus pathologique, l‟interleukine-1β, est abordée par la suite. L‟interleukine-1β, une cytokine ayant un rôle majeur comme médiateur inflammatoire, se retrouve en concentrations élevées dans plusieurs maladies associées avec la ii MS. Nos résultats démontrent que l‟interleukine-1β engendre une diminution de l‟automaticité associée à une réduction de If et ICaL dans les cardiomyocytes humains de type nodal dérivés de cellules souches induites pluripotentes (hiPSC-CM). En parallèle, le phénotype électrophysiologique et moléculaire des hiPSC-CM a été caractérisé démontrant leur homologie avec les cellules du NS humain adulte, les validant comme modèle in vitro de cellules nodales humaines. En conclusion, les études présentées dans cette thèse démontrent que le NS est plus qu‟un simple tissu régulé par l‟innervation autonome. En effet, son automaticité est dynamique et peut être influencée par des facteurs physiologiques ou pathologiques. Nos résultats contribuent ainsi à une meilleure compréhension des mécanismes sous-jacents à l‟automaticité. Ces avancées sont importantes non seulement pour la santé des femmes, mais aussi pour les individus souffrant de la MS. À terme, nous espérons que ces résultats contribueront au développement de stratégies thérapeutiques pour traiter des complications liées aux troubles d‟automaticité cardiaque. / The sinoatrial node (SAN) is the dominant cardiac pacemaker. With its spontaneous automaticity, it dictates rhythm and controls heart rate in response to varying physiological demands. Despite its modest size, the SAN is a very heterogeneous and complex structure that remains the topic of research efforts due, in part, to uncertainties in the mechanisms that regulate pacemaking in various conditions. For instance, the processes that lead to severe sinus bradycardia and SAN dysfunction (SND) in the elderly are unknown and to date, the implantation of electronic pacemaker remains the only SND treatment. Accordingly, the overall objective of this thesis was to explore and highlight the molecular and cellular changes that occur within the SAN in both physiological and pathological states, while determining how they contribute to regulation of heart rate and potentially SND. In the first two chapters, we present pregnancy as a physiological model considering it is a period during which substantial adaptive changes to the myocardium and increases in heart rate occur. Paradoxically, the rapid rate, which is essential for adequate organ perfusion of both mother and foetus, may also increase vulnerability to certain arrhythmias. In the third chapter, inflammation, a central process in pathology and common factor to several diseases and even ageing, was evaluated as potential underlying circumstance contributing to the development of sinus bradycardia and SND. Combinations of in vivo, ex vivo, biochemical, molecular and cellular approaches were used in order to generate an integrated understanding of the models we examined. Our data shows that in pregnant mice, an increase in heart rate similar to that of pregnant women occurs and was due to an electrical remodelling of the SAN. Specifically, an increase in action potential frequency of isolated individual SAN cells was observed. This was attributed to increased expression and density of pacemaker (If) and L-type Ca2+ currents (ICaL) along with a rapid spontaneous Ca2+ transient rate and faster intracellular sarcoplasmic reticulum Ca2+ release. We then demonstrate that the pro-inflammatory cytokine interleukin-1β which is a major inflammatory mediator that is upregulated in several diseases associated with SND, iv dramatically slows automaticity by reducing If and ICaL density in nodal-like cardiomyocytes derived from human-induced pluripotent stem cells (hiPSC-CM). Importantly, in that study, hiPSC-CMs were also physiologically and molecularly characterized revealing their high resemblance to adult human SAN and a potential use as a novel in vitro model to study pacemaking in humans. In conclusion, the results of this thesis demonstrate that the SAN is not a simple, neurally controlled tissue, but a rather dynamic pacemaker that undergoes extensive intrinsic remodelling during states of health and disease. The results contribute to understanding physiological mechanisms of pacemaking and how they are altered by disease and may be relevant for both women‟s health and the individuals affected by SND. Ultimately, we hope these findings will be helpful in the development of therapeutic strategies to treat pacemaking-related complications.

Ce projet de recherche avait pour but d’évaluer les conséquences à long terme des commotions cérébrales d’origine sportive (CCOS) subies durant le développement sur la fonction cardio-autonomique. Nous avons comparé la variabilité de la fréquence cardiaque (VFC) de joueurs de hockey adolescents avec un historique d’une ou deux CCOS (commotion ; n = 39) à la VFC de joueurs de hockey adolescents n’en ayant jamais subi (contrôle ; n = 52). Les athlètes du groupe commotion ont été testés 26 mois (20) après leur dernière CCOS. L’électrocardiogramme des participants était mesuré durant, pendant et après un exercice sur ergocycle. La séance d’exercice consistait en un échauffement incrémenté de 6 minutes suivi de 20 minutes entre 60 et 70 % de la fréquence cardiaque maximale et finalement 2 minutes de retour au calme actif. Par la suite, un repos de 10 minutes était complété. Le logarithme naturel de l’écart-type des intervalles NN (lnETNN) et le logarithme naturel des basses fréquences (lnBF) étaient tous les deux plus élevés pour le groupe commotion que pour le groupe contrôle dans les trois conditions (repos, exercice et post-exercice) ( < 0,05). Cette différence était similaire pour toutes les conditions. Ces résultats suggèrent qu’une CCOS affecte la fonction cardio-autonomique différemment durant le développement qu’à l’âge adulte, renforçant la nécessité d’interventions post-commotion spécifiques durant développement. / This research project sought to evaluate long-term consequences of sport-related concussions (SRC) sustained during development on cardio-autonomic function. To do so, we compared the heart rate variability (HRV) of adolescents hockey players with a history of one or two sport-related concussion (HOC; n = 39) to the HRV of adolescents hockey players who never incurred a SRC (WHOC; n = 52). Athletes from the HOC group were 26 months (20) away from their last injury. Participants’ electrocardiogram was measured at rest, during and after an exercise session on ergocycle. The exercise session consisted of a 6 minutes incremental warm-up followed by 20 minutes between 60 and 70 % of maximal heart rate and finally a 2 minutes active cooldown. Then, a post-exercise rest of 10 minutes was completed. HRV linear and non-linear measures were calculated before, during and after the exercise session. Natural log of standard deviation of NN intervals (lnSDNN) and natural log of low frequencies (lnLF) were both higher for HOC group in the three conditions (rest, exercise, post-exercise) ( < 0.05). This difference was similar across all conditions. These results suggest that SRC might affect cardio-autonomic function differently during development than during adulthood thus reinforcing the need for specific post-concussion interventions for the developing population.