Thèse Médecine Paris, 1864 numéro 163.

Thèse de doctorat : Biologie cellulaire et moléculaire : Paris 12 : 2005. / Version électronique uniquement consultable au sein de l'Université Paris 12 (Intranet). Titre provenant de l'écran-titre. Bibliogr. : 150 réf.

Les maladies neuromusculaires sont un ensemble d'affections le plus souvent héréditaires d'une composante de l'unité motrice. L'expression principale de ces maladies est la perte de force musculaire responsable du handicap moteur.<br />Il existe un besoin de développement de moyens fiables et sensibles d'évaluation de la force musculaire appliqués aux maladies neuromusculaires.<br />Les mécanismes physiologiques de la production de force musculaire sont rappelés, les modalités de son évaluation et les applications aux maladies neuromusculaires sont décrites.<br />Les dynamomètres isocinétiques sont couramment utilisés comme outils d'évaluation de la force musculaire mais les protocoles proposés sont peu adaptés aux patients atteints de déficit d'origine neuromusculaire.<br />Nous avons développé un système d'exploitation du signal de mesure sur le dynamomètre cybex 6000® et un protocole de mesure adapté aux patients atteints de maladies neuromusculaires pour évaluer la force maximale volontaire isocinétique des fléchisseurs et extenseurs des coudes et des genoux. Une phase de développement électronique et informatique a été menée afin d'étudier les paramètres représentatifs de la force musculaire avec une meilleure précision que sur le logiciel commercialisé avec le dynamomètre. Un protocole d'évaluation a été appliqué, basé sur la comparaison de mesures effectuées en conditions identiques de mobilisation passive en situation de repos et situation d'effort maximal volontaire concentrique.<br />Une étude de faisabilité auprès de sujets atteints de polyradiculonevrite aigue a été effectuée. Une première étude de fiabilité a été menée auprès de 15 sujets atteints de maladies neuromusculaires au moyen d'un autre dynamomètre, le Biodex 3® selon un protocole équivalent. Cette étude a permis d'observer une bonne fiabilité (ICC<0.8) des mesures de moments maximal (en Nm) et de travail mécanique (en Joules) des fléchisseurs et extenseurs de genoux. La plus petite différence détectable statistiquement (SDD) était de 12Nm pour tous les sujets et de 4Nm pour les sujets ayant un testing manuel inférieur à 4. Une étude de validation contre critère a permis d'observer auprès de 38 sujets atteints de maladies neuromusculaires une bonne corrélation des paramètres isocinétiques avec les paramètres cliniques (Testing manuel standardisé et Mesure de fonction motrice (MFM)). Il existe un lien significatif entre la mesure isocinétique des extenseurs de genou et la dimension 1 (Station debout et transferts) de la MFM ainsi que le score global de la MFM (coefficient de corrélation de spearman >0,7). Une valeur de pic de couple inférieure à 40Nm pour les extenseurs de genou est prédictive d'un score fonctionnel de MFM inférieur à 75% pour la dimension D1 (station debout et transferts) et inférieur à 80% pour le score total MFM T.<br />Une étude de sensibilité au changement a été conduite auprès de 12 sujets atteints de maladies neuromusculaires lentement évolutive. Nous n'avons pas observé de changement clinique significatif au sein de cette population mais une analyse par sujet a montré une importante variabilité d'évolution et une bonne concordance d'évolution des scores fonctionnels (MFM) avec les mesures isocinétiques.

Thèse doctorat : Aspects Moléculaires et Cellulaires de la Biologie : Strasbourg 1 : 2006. / Thèse soutenue sur un ensemble de travaux. Titre provenant de l'écran-titre. Bibliogr. 26 p.

De nouvelles options thérapeutiques sont en cours d'introduction pour les maladies musculaires génétiques telles que les dystrophies musculaires et les myopathies congénitales, maladies jusque là sans traitement causal. Ces développements récents ont suscité un intérêt renouvelé et croissant pour les méthodes atraumatiques en vue de caractériser et de suivre les muscles atteints, en particulier pendant et après une intervention thérapeutique. Dans ce contexte, les modèles animaux sont essentiels pour mieux comprendre les mécanismes des maladies et pour tester des nouvelles thérapies. Récemment, il y a eu des avancées significatives dans l'évaluation atraumatique de modèles murins de maladies musculaires génétiques. Néanmoins, nombre de lignées de souris n'ont pas encore été caractérisées de façon atraumatique et il reste à mettre au point des méthodes plus sensibles pour identifier précocement des altérations subtiles dans le muscle des souris malades. L'objectif de cette thèse est d'appliquer des techniques atraumatiques innovantes à l'étude du muscle de modèles murins de maladies musculaires génétiques avec des phénotypes variés. Trois lignées de souris modèles de dystrophies musculaires (mdx, Large_myd et mdx/Large_myd) et une lignée de souris modèle de la myopathie congénitale (KI-Dnm2_R465W) ont été étudiées par des méthodes de Résonance Magnétique Nucléaire (RMN). Deux lignées dystrophiques (Large_myd et mdx/Large_myd) plus des souris normales après une blessure ont été étudiées par micro-tomographie (micro-CT). En RMN, toutes les souches de souris affectées ont présenté un T2 musculaire augmenté, en relation avec une gamme d'anomalies histologiques, y comprises nécrose et inflammation, mais aussi des groupes de fibres en régénération ou des fibres avec altérations de l'architecture. Avec la combinaison de la RMN et de l'analyse de la texture, il a été possible d'identifier sans ambiguïté toutes les lignées dystrophiques, alors que la seule mesure du T2 ne permettait pas de les différencier. Les souris mdx ont présenté des altérations fonctionnelles et morphologiques du réseau vasculaire musculaire. Pour les souris KI-Dnm2_R465W, des études préliminaires ont révélé une tendance à développer des altérations fonctionnelles musculaires. Finalement, les images de micro-CT n'ont pas pu détecter des différences du contenu musculaire dans les souris dystrophiques. L'ensemble des résultats non seulement enrichit le panel de modèles murins de maladies génétiques musculaires caractérisés de manière atraumatique, il révèle également un certain degré de spécificité des anomalies dans l'imagerie, comme l'a montré l'analyse de texture. Les résultats démontrent aussi que des méthodes de RMN non-invasives peuvent être assez sensibles pour identifier des altérations subtiles dans le phénotype musculaire murin, même à des stades précoces. Cette thèse a été développée dans le cadre d'une co-tutelle internationale entre la France et le Brésil, et elle a comporté un important transfert de compétence, qui a permis de réaliser les premières explorations atraumatiques du muscle murin effectuées au Brésil. / Novel therapeutic approaches are being introduced for genetic muscle diseases such as muscle dystrophies and congenital myopathies, all of them having remained without cure so far. These recent developments have motivated a renewed and augmented interest in non-invasive methods for muscle characterization and monitoring, particularly during and after therapeutic intervention. In this context, animal models are essential to better understand the disease mechanisms and to test new therapies. Recently, significant advances in the non-invasive evaluation of mouse models for genetic muscle diseases have been achieved. Nevertheless, there were still several mouse strains not characterized non-invasively, and it was necessary to develop sensitive methods to identify subtle alterations in the murine affected muscle. The purpose of this thesis was to apply non-invasive techniques in the study of murine models for genetic muscle diseases with variable phenotypes. Three mouse models for muscle dystrophy (mdx, Large_myd, mdx/Large_myd) and one mouse model for congenital myopathy (KI-Dnm2_R465W) were studied with Nuclear Magnetic Resonance (NMR) methods. Two dystrophic strains (Large_myd, mdx/Large_myd) and normal mice after injury were studied through micro-Computed Tomography (micro-CT). On NMR, all affected mouse strains presented increased muscle T2, which could be related to variable features in the histological evaluation, including necrosis and inflammation, but also to clusters of fibers under regeneration or with altered cytoarchitecture. The combination of NMR and texture analyses allowed the unambiguous differential identification of all the dystrophic strains, although it was not feasible when comparing the muscle T2 measurements only. Mdx mice showed functional and morphological alterations of vascular network. In the KI-Dnm2_R465W mice, a pilot study revealed tendencies of functional impairment. Finally, micro-CT images were unable to detect differences in muscle´s content in dystrophic mice. Altogether, these results not only increased the number of murine models for genetic muscle diseases non-invasively characterized, it also demonstrated some degree of specificity of the imaging anomalies, as revealed by texture analysis. It also showed that non-invasive NMR methods can be sensitive enough to identify subtle alterations in murine muscle phenotype, even in early stages. This thesis was developed under an international joint supervision between France and Brazil, and comprised an important transfer of technology, with the first non-invasive studies of murine muscles performed in Brazil.

Les maladies neuromusculaires, sont susceptibles d’évoluer vers un syndrome restrictif. La faiblesse des muscles respiratoires ainsi que les déformations rachidiennes et thoraciques associées font entrer les patients dans un cercle vicieux qui aggrave progressivement le syndrome restrictif et mène les patients vers l’insuffisance respiratoire. À cette insuffisance respiratoire peuvent se rajouter d’autres facteurs comme la réduction chronique des mouvements de la cage thoracique, les perturbations du sommeil, le dysfonctionnement bulbaire et l’inefficacité de la toux. En conséquence, la dysfonction du système respiratoire peut être d’origine multiple et impose une évaluation précise et ciblée sur la compréhension des mécanismes physiopathologiques pour chaque maladie non seulement pour proposer pour chacune un traitement adapté mais également pour apprécier les nouvelles thérapeutiques ciblées sur la réparation musculaire en émergence pour certaines pathologies neuromusculaires. Il parait donc nécessaire de mieux connaitre l’évolution de certaines pathologies, avec et sans les traitements classiques, et d’améliorer la compréhension des mécanismes physiopathologiques de l’insuffisance respiratoire en combinant les outils classiques d’évaluation de la fonction respiratoire avec des nouvelles techniques d’évaluation qui pourraient être complémentaires.Cette thèse a, par conséquent, pour objectif de renforcer les connaissances sur les dysfonctions respiratoires de certaines pathologies neuromusculaires en utilisant des outils classiques d’évaluation et de proposer nouvelles méthodes d’exploration de la fonction respiratoire des patients neuromusculaires. Ainsi, nous avons exploité les données de deux filières de patients neuromusculaires suivies régulièrement : la Dystrophie Facioscapulohumérale (DFSH) et la Dystrophie Musculaire de Duchenne de Boulogne (DDB). L’analyse de la DFSH nous paraissait importante car l’insuffisance respiratoire est très peu connue et décrite dans cette pathologie. Si, au contraire, l’évolution de la DDB est bien connue, l’effet de la ventilation noninvasive (VNI) sur l’évolution de la fonction respiratoire a été, en revanche, très peu décrit alors que de nouveaux essais thérapeutiques vont bientôt être proposés à ces patients, dont certains sont déjà sous VNI. Ensuite, pour mieux prédire le degré d’amélioration du syndrome restrictif qu’une thérapeutique de réparation musculaire pourrait potentiellement apporter, nous avons développé une mesure des volumes pulmonaires à l’aide d’une assistance des muscles inspiratoire et/ou expiratoire. Nous avons aussi développé et validé une méthode non-invasive et non-volitionnelle de mesure indirecte de la force du diaphragme, de manière à obtenir des résultats indépendants de la motivation du patient, à partir d’un examen indolore pour le patient.De ce fait, cette thèse a pu faire progresser les connaissances sur l’évolution de la fonction respiratoire de certaines pathologies neuromusculaires grâce à l’analyse des mesures classiques de la fonction respiratoire. Elle a aussi validé des nouvelles mesures d’explorations fonctionnelles indépendantes de la force volontaire du patient. / Neuromuscular disorders are liable to induce a restrictive syndrome. The weakness of respiratory muscles andthe associated spinal deformities lead the patients into a vicious circle, which progressively worsens the restrictivesyndrome and evolves into respiratory failure. This respiratory failure may be associated to additional factors such aschronic reduction of thoracic cage motion, sleep disordered breathing, bulbar dysfunction and ineffective cough. Therefore,dysfunction of respiratory system may have multiples origins and requires precise evaluations targeted on thecomprehension of the physiopathologic mechanisms for each disease, as they may not only allow to adapt specificallytreatment, but also to assess the new therapeutics targeted for muscle restoration that are emerging for some neuromusculardiseases. Accordingly, it is essential to acquire knowledge about the specific evolution of the different disorder, with andwithout classic treatments, and also to improve the understanding of the physiopathologic mechanisms of respiratoryfailure, combining the classic evaluation tools of respiratory function with new evaluation techniques which could provideadditional information.This thesis aims to increase the knowledge of respiratory dysfunction of some neuromuscular disorders using classicevaluation tools and also to propose new exploration methods of respiratory function for neuromuscular patients.Thus, we explored data of two specific neuromuscular disorders patients, regularly followed: FacioscapulohumeralMuscular Dystrophy (FSHD) and Duchenne Muscular Dystrophy (DMD). The analysis of FSHD seemed important asrespiratory failure is not well known and described for this disease. On the other hand, while the evolution of DMD is wellknown, the impact of noninvasive ventilation (NIV) on the evolution of respiratory function has been poorly described,whereas new therapeutic trials will be soon proposed to these patients, some of which are already under NIV.Next, to better predict the improvement of the restrictive syndrome that could be potentially obtained with muscle repairtherapies, we developed a measure of pulmonary volumes, using assistance for inspiratory and/or expiratory muscles.We also developed and validated a painless, noninvasive, non-volitional and indirect method of measurement of thediaphragmatic force, in order to obtain results independent of patients’ motivation.Hence, this thesis was able to advance knowledge of the evolution of respiratory function of some neuromuscular diseases,using traditional evaluation tools of respiratory function. Moreover, it validated new pulmonary function measuresindependent of patient’s voluntary efforts.

Les maladies neuromusculaires regroupent des pathologies engendrant un dysfonctionnement de l'unité motrice, d'évolution et de gravité hétérogène. Leur point commun est l'apparition d'une diminution de la force musculaire, notamment des muscles respiratoires conditionnant le pronostic vital. La survenue d'une insuffisance respiratoire est en général progressive et insidieuse. Son diagnostic repose sur des examens cliniques et para-cliniques. Pour la plupart de ces pathologies, il n’existe aucun traitement curatif. Seule la ventilation mécanique associée à une prise en charge cardiaque adaptée permet, pour certaines pathologies, une survie prolongée avec une qualité de vie satisfaisante. Son indication au long cours peut se poser de différentes manières : soit au décours d'une décompensation respiratoire aiguë révélatrice de la maladie ou survenant en l'absence de suivi, soit de façon programmée (le cas le plus fréquent) dans le cadre d’un suivi pluridisciplinaire. Les critères d'indication retenus sont l’existence d’au moins un signe clinique évoquant une atteinte respiratoire, associée à une PaCO2 > 45 mmgH ou à une CV < 50% ou à une désaturation nocturne. Toutefois ces indications sont à nuancer en fonction de la pathologie et de la clinique. D’autre part, il existe également très peu d'études ayant pu démontrer l'efficacité de la ventilation sur la survie, ceci est dû à la rareté de ces pathologies et de la durée nécessaire des études. En outre, l'utilisation de la trachéotomie comme technique de ventilation reste discutée. Les objectifs de ce travail sont : dans un premier temps, de décrire l'évolution de la prise en charge respiratoire chez les patients atteints d'une maladie neuromusculaire et d'identifier les facteurs prédictifs de mise sous ventilation invasive. Ensuite d'analyser les facteurs influençant l’observance de la ventilation non invasive et de mesurer l’impact de celle-ci sur la survie des patients atteints d'une dystrophie myotonique de type 1. Enfin, d'analyser l'impact de la ventilation mécanique invasive lorsque la ventilation non invasive est inefficace sur la survie des patients atteints d'une myopathie de Duchenne de Boulogne. / Neuromuscular diseases include pathologies causing a malfunction of a motor unit with an evolution and gravity heterogeneous. Their common point is the appearance of a decrease in muscle strength, especially respiratory muscles conditioned the vital prognosis. Generally, the occurrence of respiratory failure is progressive and insidious. Its diagnosis is based on clinical and para- clinical exams. For all of these diseases, there is no cureOnly mechanical ventilation coupled with a cardiac treatment allows certain conditions for prolonged survival with a satisfactory quality of life. Its long-term indication can be indicated in different ways: either as a result of acute respiratory decompensation (revealing the disease or due at absence of follow-up) or programmed during of multidisciplinary monitoring (the most frequent case). The consensual indication criteria used are the existence of a clinical sign suggestive of respiratory impairment associated with a PaCO2> 45 mmgH or a CV <50% or a nocturnal desaturation. However, these indications must be classified according to the pathology and the clinic. On the other hand, there are also very few studies which have demonstrated the effectiveness of ventilation on survival, this is due to the rarity of these pathologies and to the necessary duration of the studies. In addition, the use of tracheotomy as a ventilation technique remains controversial. The objectives of this work were: in first part, analyzed the evolution of respiratory management in patients with neuromuscular disease and the identification of predictive factors for invasive ventilation. We then analyzed the factors influencing the respect of noninvasive ventilation and the impact of the master on the survival of myotonic mystery patients 1. Finally, we analyzed of the impact of invasive ventilation on the survival of patients with Duchenne de Boulogne myopathie. when noninvasive ventilation was ineffective.

Assessment in patients with NMD consists principally of measures of motor impairment since they are well known by clinicians and their measures do not require much equipment. The conventional treatments in patients with NMD are above-all focused on the diminution of motor impairments by maintaining or improving joint mobility, muscle strength and endurance. Nevertheless, a reduction of motor impairments does not directly lead to a higher ability in performing daily activities. Therefore, activity limitations should be measured specifically. A new scale of activity limitations was first developed in children and adults with NMD. The use of the Rasch model provided a scale to assess the fundamental psychometric qualities. Secondly, relationships between motor impairments and activity limitations were investigated to verify the assumption that reduced motor impairments do not necessarily lead to higher activity levels. Finally, to complete the investigation of psychometric qualities, a longitudinal study of the developed questionnaire was carried out to evaluate its sensitivity to change. Chapter 1 presents the development of ACTIVLIM, a Rasch-built measure of activity limitations and its validation in children and adults with NMD. ACTIVLIM is a self-reported questionnaire that assesses the difficulties adult patients and parents of affected children perceive when they or their children perform daily activities. This questionnaire originally included 126 daily activities and was submitted to 369 patients. The Rasch model selected 22 daily activities to define a linear and unidimensional measure of activity limitations in patients with NMD. The validity and the reproducibility of the results were also studied. A second section of Chapter 1 demonstrates why the measure of activity limitations in children with NMD as assessed using the ACTIVLIM questionnaire is based upon the perception of their parents. A third section of Chapter 1 compares the difficulties self-perceived by the patients with the difficulties observed by external examiners. The agreement between both measures is very good, indicating that the use of ACTIVLIM as a self-reporting questionnaire is a valid method to assess activity limitations in patients with NMD. Chapter 2 investigates the relationships between motor impairments and activity limitations as measured with the ACTIVLIM questionnaire. As the anatomical basis and pathophysiology are different from one NMD to another, the relationships between impairments and activity limitations were investigated in six main diagnostic groups and in the whole sample without diagnostic distinction. Gait speed and muscle weakness in proximal and flexor muscle groups were significantly but moderately correlated to the activity limitations, indicating that the latter cannot simply be inferred from motor impairments but should be independently measured and treated. Chapter 3 investigates the sensitivity to change of the ACTIVLIM questionnaire. As NMD are progressive disorders, it is important that the ACTIVLIM questionnaire be able to assess the change over time in the activity level of patients with NMD in order to characterize the disease course and to quantify the effects of new treatments on activity limitations in these patients. Finally, the last section discusses the results of the different chapters and presents perspectives for future research.

L’atteinte neuromusculaire, responsable notamment d’une dégradation des muscles, entraine une insuffisance respiratoire sévère. Cette dernière constitue la composante majeure de la maladie, tant en termes de pronostic que de prise en charge. A ce jour, seule la ventilation mécanique permet de compenser l’affection respiratoire. Elle s’impose donc comme indication thérapeutique incontournable et son efficacité n’est plus à prouver. En effet, l’utilisation de la ventilation mécanique a permis l’impact de l’atteinte respiratoire très tôt le pronostic vital. En 40 ans, ce traitement a permis d’allonger considérablement l’espérance de vie des malades, passant pour par exemple les myopathies de Duchenne de Boulogne de 15 ans à plus de 30 ans à l’heure actuelle.Aujourd’hui, pour ces personnes dont la durée de vie a pu être allongée, se pose l’inévitable question de leur Qualité de vie, d’autant plus que cet allongement de vie s’accompagne d’une aggravation de la déficience musculaire et donc des dysfonctions motrices. De plus, il apparaît que la ventilation mécanique, si elle assure un confort respiratoire indispensable, accroît considérablement le niveau de dépendance des malades et fait émerger chez eux de nouvelles problématiques identitaires, psychosociales ou même économiques. Il s’avère essentiel d’identifier les conséquences de la maladie et du Handicap qu’elle entraine. Il convient ensuite d’analyser l’impact direct de la ventilation mécanique sur la qualité de vie des malades et notamment son effet délétère sur la communication et la déglutition des patients. L’objectif principal de ce travail est de proposer en réponse à notre problématique des alternatives visant à améliorer la qualité de vie des patients en optimisant les deux grandes fonctions physiologiques que sont la parole et la déglutition / Neuromuscular diseases responsible of a wasting of the muscles, may involve severe respiratory failure. It is a major component of the disease, both in terms of prognosis and management. Up to now, only mechanical ventilation can compensate the respiratory disease. It is therefore required as an essential therapeutic indication and its effectiveness is already proven. Indeed, mechanical ventilation has allowed a significant increase of life expectancy. Over the past 40 years, this treatment has considerably increased the life expectancy of patients; for instance patients with Duchenne who passed away in their late teens survive now over their 30’s. Nowadays, for those people whose life has been extended, the question of their quality of life is unavoidable, especially as this longer life is accompanied by a worsening of muscle impairment and of motor disorder. Moreover, it appears that mechanical ventilation, if it provides breathing comfort, increases the level of dependency of patients and leads to the emerging psychological and even economical problems. It is essential to identify the consequences of the disease and the disability that it involves. It is then necessary to analyze the direct impact of mechanical ventilation on the quality of life of patients and especially its deleterious effects on communication and swallowing

Les maladies neuromusculaires sont des maladies souvent très sévères et très handicapantes, et un fardeau pour les patients, leurs familles, ainsi que pour le système de santé. Le but de ce projet était de mettre au point et de valider une approche de capture de séquence et de séquençage haut débit pour identifier les mutations en cause chez les patients atteints de maladies neuromusculaires et également trouver les nouveaux gènes qui sont impliqués dans une sous-classe de myopathies, les myopathies centronucléaires. Nous avons montré que l’approche de capture de séquence et de séquençage haut débit peux être utile dans le domaine des maladies neuromusculaires car elle est moins coûteuse que les approches conventionnelles « gène par gène » mise en oeuvre dans les laboratoires de diagnostics génétiques.Cette stratégie devrait élargir les spectres cliniques connus et identifier de nouvelles maladies alléliques (des mutations dans un gène causant différentes maladies). De plus, cela sera utile pour l’élargissement des connaissances sur les corrélations génotypes-phénotypes qui sont nécessaires à une prise en charge plus adaptée et au développement de stratégies thérapeutiques. / Neuromuscular disorders (NMD) are genetic diseases affecting muscles, nerves and neuromuscular junctions. They are rare and often severe with different age of onset from childhood to adulthood with significant burden to the patients, their families and public health system. For testing the possibility of using massively parallel sequencing as a routine technique in molecular diagnosis of neuromuscular disorders, the first aim of my PhD project was to use massively parallel sequencing technique in patients with different NMDs for disease-causing mutation detection. The second aim of my PhD project was to find novel gene(s) implicated in centronuclear myopathies (CNM). CNM are inherited neuromuscular disorders and a type of congenital myopathies, characterized mainly by presence of central and one or more internalized nuclei in muscle fibers with different severities and age of onset, using massively parallel sequencing. About 20% of CNM patients don’t have any mutations in four implicated genes. Disease- causing mutation(s)/ gene(s) in these patients need to be identified. We could show that next generation sequencing is a robust technique for gene identification if a homogenous cohort of patients is available and also is useful to use as a routine technique in molecular diagnosis as it istime and cost effective technique.