Les contraintes mécaniques liées à la pratique physique jouent un rôle prépondérant dans l’optimisation de la masse, la géométrie et le métabolisme osseux. Pour ce travail, nous avons suivi pendant deux années une cohorte de 170 personnes âgées de 16-28 ans, pratiquant ou non un sport de haut niveau (>6heures/semaine). Nous avons décrit que lorsque la pratique sportive était débutée à l’adolescence et maintenue à l’âge adulte, le statut osseux était significativement meilleur par rapport à des individus non sportifs. D’autre part, plus les impacts mécaniques et l’intensité de pratique étaient élevés plus les valeurs osseuses biologiques de formation et densitométriques étaient importantes. Nous avons confirmé l’implication de la leptine et de l’insuline dans le métabolisme énergétique. Nous avons également validé une méthode novatrice d’analyse du tibia par la DXA et avons démontré que ce site osseux répondait fortement aux contraintes mécaniques. Afin d’étudier un modèle de masse corporelle extrême, nous avons spécifiquement étudié les rugbymen. Ils présentaient une hypoleptinémie significative avec une masse grasse similaire à celle des témoins, d’où probablement un effet direct de l’exercice physique sur le métabolisme de la leptine. Enfin, nous avons démontré que les paramètres osseux biologiques et densitométriques ne semblent plus évoluer significativement sur la période d’étude de deux ans. Les Pics de Masse et de Géométrie Osseuse semblent donc atteints, indépendamment du sexe et du statut sportif pour ce type de population d’adultes jeunes. / Mechanical strains induced by physical activity play an important role in bone mass, geometry and metabolism optimization. For this work, we have followed during 2 years, a cohort of 170 persons aged 16-30 years, who practiced or not a high level weight bearing sport (>6hours/week). We have described that when the practice was initiated during adolescence and maintained during adulthood, bone status was significantly greater compared to sedentary controls. Moreover, the more the mechanical impacts and practice intensity were, the higher bone formation rates and densitometry parameters were. We have confirmed the leptin and insulin implication in energy metabolism. We have also validated a new method to assess tibia bone parameters with DXA and we have demonstrated that this bone site strongly responded to mechanical strains. On the other hand, we have specifically studied rugby players as a model of “extreme” body composition. We have observed a significant hypoleptinaemia compared to controls whereas they had a similar fat mass: “extreme” practice would have a depressive action on leptin metabolism. Finally, we have showed that biology and densitometry bone parameters did not significantly evaluate whatever the bone site: Peak Bone Mass and Geometry appeared to be reached, independently of sex and sport status.

The foundation for osteoporosis risk is established during the time periods of childhood, adolescence, and young adulthood, periods of development when bone mass is being accrued rapidly. The relative quantity of bone mass accrued is influenced by both lifestyle and genetic factors. The purpose of this dissertation project was to discover single nucleotide polymorphisms (SNPs) associated with: (1) The rate of hip bone accrual (measured as bone mineral content or BMC) during the adolescent growth spurt, and (2) Total hip bone mass measured as BMC around the age of 19 when the amount of bone accrued is approximately at its peak. Additionally, SNP × longitudinal lifestyle factor (calcium intake per day, vitamin D intake per day, and minutes of moderate to vigorous physical activity (MVPA) per day) multiplicative interaction effects were assessed. Each cohort member’s vector of longitudinal physical activity measurements was summarized as belonging to one of a set of specific trajectory groups using finite mixture modeling. The same was then done for calcium intake and vitamin D intake. The source of the data utilized was the Iowa Bone Development Study (IBDS), which includes genetic and longitudinal bone measurement information. To discover SNPs, a genome-wide association study (GWAS) design was utilized. Females and males were analyzed separately and together. The association between SNPs and the rate of hip bone accrual during the adolescent growth spurt was assessed using linear mixed models controlling for body size, and the association between SNPs and peak hip bone mass was assessed using an ordinary linear regression model, also controlling for body size. Approximately 500,000 SNPs were tested in each GWA analysis; significance was assessed at a familywise error rate of 0.05, the individual test cutoff of which was determined by using SimpleM, a modified Šídák correction. No statistically significant SNPs were detected at the 0.05 familywise error rate threshold established by SimpleM (p < 1.76×10-7); however genes near suggestive SNPs (24 total) were assessed for biological relevance. Of most biological relevance were two suggestive SNPs (rs2051756 and rs2866908, p-values of 1.25×10-6 and 4.28×10-6, respectively) that were detected in an intron of the DKK2 gene through the GWA analysis exploring peak bone mass in females. The DKK2 gene is part of the Wnt signaling pathway and is associated with embryonic development; additionally, it is expressed more highly in osteoarthritic osteoblasts than in normal osteoblasts. No statistically significant results were found from the SNP × lifestyle factor multiplicative interaction effect tests. The potential importance of the DKK2 gene to peak hip bone mass accrual in females should be studied further in order to understand the pathophysiology of this suggested novel association identified during a discovery GWA analysis.

Les buts de cette thèse étaient d’évaluer les taux de 25(OH)D chez des jeunes adultes Libanais et d’explorer les relations entre la 25(OH)D, la vitamine D libre et plusieurs paramètres osseux dans la même population. Dans un premier temps, nous avons démontré que l’insuffisance en 25(OH)D est très fréquente chez les jeunes adultes libanais (66 % des femmes vs. 50,7 des hommes) et que les taux de 25(OH)D ne sont pas des déterminants positifs de la DMO. Dans un deuxième temps, nous avons démontré que la 25(OH)D était positivement corrélée au BSI et au CSI dans les deux sexes et que certaines de ces corrélations ont persisté même après ajustement pour l’IMC. Dans un troisième temps, nous avons démontré que les taux de 25(OH)D sont positivement corrélés au TBS dans les deux sexes et que les valeurs de TBS sont supérieures chez les sujets ayant des taux suffisants (> 30 ng/ml) en 25(OH)D par rapport aux sujets ayant des taux insuffisants (< 30 ng/ml) en 25(OH)D. Dans un dernier temps, la vitamine D libre était positivement corrélée à plusieurs paramètres osseux dans les deux sexes ; certaines corrélations ont persisté même après ajustement pour le poids corporel. En conclusion, la 25(OH)D est un déterminant positif de plusieurs paramètres osseux chez les jeunes adultes Libanais. De plus, la vitamine D libre semble être un déterminant positif de plusieurs paramètres osseux dans cette population. La mesure des deux formes de vitamine D (25(OH)D et vitamine D libre) est intéressante pour l’évaluation et la prévention de l’ostéoporose. / The aims of this study were to evaluate the levels of 25(OH)D in a group of young Lebanese adults and to explore the relations between 25(OH)D, free vitamin D and many bone parameters in the same population. First, we have demonstrated that vitamin D insufficiency is very frequent in young Lebanese adults (66% in women vs. 50.7 % in men) and that levels of 25(OH)D are not positive determinants of BMD. Second, we have shown that 25(OH)D was positively correlated to BSI and CSI in both sexes, and some of these correlations remained significant after adjustment for BMI. Third, we have demonstrated that 25(OH)D levels were positively correlated to TBS in both sexes and that TBS values were higher in vitamin D sufficient (> 30 ng/ml) subjects compared to vitamin D insufficient subjects (< 30 ng/ml). Finally, free vitamin D was positively correlated to many bone parameters in both sexes; some of these correlations remained significant after adjustment for body weight. In conclusion, 25(OH)D is a positive determinant of many bone parameters in young Lebanese adults. Moreover, free vitamin D seems to be a positive determinant of many bone parameters in this population. The measurement of both forms of vitamin D (25(OH)D and total vitamin D) is interesting for the evaluation and the prevention of osteoporosis.

Osteoporosis is a disease characterized by low bone mineral density, deteriorated bone microstructure and increased fracture risk. About 50% of all women and 25% of all men will have an osteoporotic fracture. Given that there is no effective cure in established osteoporosis, prevention is of high importance. Bone mineral density (BMD) is accumulated during childhood and adolescence with a peak at about 20 years of age. Peak BMD has been suggested to explain at least half of the variation in BMD up to old age. Thus, to increase peak BMD could decrease the risk of later fractures. The purpose of the present thesis was to investigate the influence of physical activity, vitamins A and D, and fatty acids on peak bone mass in men. The influence of physical activity on bone accrual was studied in two cohorts. In the first cohort 46 ice hockey players, 18 badminton players and 27 controls, all 17 years of age at baseline, were followed for four years. During the follow up the badminton players gained more bone mass at the hip compared to both the ice hockey players and controls. In the second cohort the associations between physical activity and BMD were investigated in 62 female and 62 male young medical students. The estimated high impact activity per week was associated with bone mass at all sites in the male medical students (r=0.27-0.53, p&lt;0.05). In the female cohort different estimates of physical activity were not related to bone mass at any site. In both males and females correlations between bone mass and body constitution parameters were observed. Levels of vitamin D3, vitamin D2, retinol, retinol-binding-protein-4 (RBP-4) and fatty acids were measured in 78 young men with a mean age of 22.6 years. BMD at various sites were measured using Dual-Energy X-ray absorptiometry. Levels of vitamin D3 showed a significant positive association with all BMD sites and also lean body mass (r=0.23-0.35, p&lt;0.05). Levels of vitamin D2, however, showed a significant negative correlation with BMD of the total body (r=-0.28, p=0.01) and spine (r=-0.27, p=0.02). There was also a significant negative relationship between levels of vitamin D3 and D2 (r=-0.31, p=0.006). Concentrations of n-3 (omega-3) fatty acids showed a positive association with BMD at the total body (r=0.27, p=0.02) and spine BMD (r=0.25, p=0.02). There was also a positive association between levels of n-3 fatty acids and changes in BMD of the spine between 16 and 22 years of age (r=0.26, p=0.02). The significant associations found seemed to be related mostly to the concentration of the n-3 fatty acid docosahexaenoic acid. Levels of retinol and RBP-4 were not related to BMD but to levels of osteocalcin, which is a marker of bone formation. This association disappeared when adjusting for the influence of abdominal fat mass. In summary, the present thesis suggests that many modifiable factors may influence the accumulation of peak bone mass in males, such as physical activity, vitamins, and fatty acids. Further studies are needed to investigate whether optimizing these factors in youth may decrease the risk of osteoporosis later in life.

Le but cette thèse était d’explorer l’influence du niveau d’activité physique et du niveau de performance physique sur la densité minérale osseuse, la géométrie osseuse de la hanche et le score de l’os trabéculaire chez de jeunes hommes en surpoids et obèses. Trois principales études ont été menées. Une première étude a montré que la pratique d’activités physiques a un effet positif sur le CMO, la DMO et la section transversale du col fémoral chez les hommes en surcharge pondérale. Une deuxième étude a suggéré que le niveau d’activité physique influence positivement les paramètres osseux chez les hommes en surpoids et obèses et que l’optimisation de la masse maigre, de la VO2 max (L/min) et de la force maximale des membres inférieurs peut aider à prévenir l’ostéoporose chez les hommes en surpoids et obèses. Enfin, une dernière étude, a été la première à démontrer une relation positive entre la VO2 max (ml/mn/kg) et les indices de résistance osseuse du col fémoral (le CSI, le BSI et l’ISI) chez les jeunes hommes en surpoids et obèses et a donc suggéré que l’augmentation de la VO2 max chez les hommes en surpoids et obèses pourrait aider à réduire les fractures stéoporotiques. Ces différents résultats suggèrent une adaptation ostéogénique significative des jeunes hommes en surpoids et obèses en réponse à l’entrainement physique. / The aim of this thesis was to explore the influence of physical activity level and physical performance on bone mineral density, hip geometry and trabecular bone score in young overweight and obese men. Three main studies have been conducted. The first study has shown that physical activity practice has a positive effect on BMC, BMD and femoral neck crosssectional area in overweight men. The second study has shown that physical activity level positively affects bone variables in overweight/obese men and that increasing lean mass, VO2 max (L/min) and muscular strength of the lower limbs can help to prevent osteoporosis in overweight and obese men. Finally, the last study, was the first to show positive associations between maximal oxygen consumption (milliliter per minute per kilogram) and composite indices of FN strength (CSI, BSI and ISI) in young overweight and obese men and therefore suggested that enhancing VO2 max in overweight and obese men may help to reduce osteoporotic fractures. These different results suggest a significant osteogenic adaptation in young overweight and obese men in response to physical training.

Les buts de cette thèse étaient d'explorer les effets de l'obésité et du surpoids sur le contenu minéral osseux (CMO), la densité minérale osseuse (DMO) et la géométrie osseuse de la hanche ches des adolescents et des jeunes adultes libanais. 131 sujets libanais agés de 13 à 30 ans ont acceptés de participer à cette étude (67 de sexe masculin et 64 de sexe féminin) et ont donné leur consentement éclairé. Le poids et la taille ont été mesurés et l'indice de masse corporelle (IMC) a été calculé. La composition corporelle, le CMO du corps entier (CE), la DMO CE, la DMO du rachis lombaire (L2-L4), la DMO de la hanche et la DMO de l'avant-bras ont été mesuréses par la DXA. La géométrie osseuse de la hanche a été évaluée par le logiciel Hip Structure Analysis (HSA). La surface de la section transversale (CSA), le moment d'inertie de la surface transversale (CSMI), le module de section (Z), l'épaisseur corticale (CT) et le buckling ratio (BR) ont été ainsi mesurés par le logiciel HSA. Dans les deux sexes, l'obésité et le surpoids étaient associés à une augmentation des valeurs absolues de CMO, de DMO et d'indicecs géométriques de résistance osseuse (CSA et Z) au niveau de la hanche. Chez les sujets de sexe masculin, le CMO CE, le rapport CMO CE/taille, la DMO CE et la DMO du Radius ultra-distal étaient significativement inférieurs chez le groupe obèse par rapport aux groupes en surpoids et normo-pondérés après ajustement pour le poids (en utilisant une analyse de covariance). Chez les sujets de sexe féminin, après ajustement pour le poids (en utilisant une analyse de covariance), la DMO du rachis lombaire était inférieure chez le groupe obèse par rapport au groupe normo-pondéré alors qu'il n'y avait aucune différence entre les trois groupes (obèse, en surpoids et normo-pondéré) au niveau des indices géométriques de résistance osseuse de la hanche. Cette thèse montre donc que la DMO de certains sites osseux n'est pas correctement adaptée à l'excès de poids chez les jeunes obèses. / The aims of this thesis were to explore the effects of obesity and overweight on bone mineral content (BMC), bone mineral density (BMD) and hip geometry in a group of Lebanese adolescents and young adults. 131 Lebanese subjects (67males and 64 female) whose ages range between 13 and 30 years participated in this study. Informed written consent was obtained from participants. Weight and height were measured, and body mass index (BMI) was calculated. Body composition, whole body bone mineral content (WB BMC), whole body bone mineral density (WB BMD), lumbar spine bone mineral density (L2-L4 BMD), hip BMD and forearm BMD were measured by DXA. To evaluate hip bone strength, DXA scans were analyzed by the hip structure analysis (HSA) program. Cross-sectional area (CSA), section modulus (Z), cross-sectional moment of inertia (CSMI), cortical thickness (CT) and buckling ratio (BR) were measured from hip bone mass profiles using the HSA software. In both sexes, obesity and overweight were associated with higher crude BMC, BMD and geometric indices of hip bone strengh values (CSA and Z). In males, obese group displayed lower WB BMC, WB BMC/height, WB BMD and ultra-distal Radius BMD values in comparison to overweight and normal-weight groups after adjustement for weight (using a one-way analysis of covariance). In females, after adjusting for body weight (using a one-way analysis of covariance), lumbar spine BMD was lower in the obese group compared to the normal-weight group while there were no significant differences among the three groups (obses, overweight and normal-weight) regarding geometric indicesof hip bone strength. This study shows that BMD of some skeletal sites is not well adapted to the increased body weight in young obese.

Early adulthood is a period of peak bone mass formation, which is one of the basics in prevention of osteoporosis onset in older age. Milk and dairy products intake as a source of well-absorbed calcium is still very substantial at this age, as it was in the previous period of adolescence. However, it is also often a time of finding a person's own diet and a time of eliminating certain food groups from the diet, which is often due to succumbuing to widespread myths. Thus, milk is one of the most controversial foods for the public. The aim of the questionnaire research, which was part of the thesis, was to find out, how many young adults believe and succumb to these myths. Questions were asked about eating habits and respondents' views on the health benefits of milk. The survey shows that a significant percentage of them are misinformed by such myths and exclude milk from their diet, often for no reason. Although campaigns to promote milk consumption are still ongoing and have undoubtedly had a positive effect on public perception of the benefits of milk, it is certain that this activity needs to be continued and myths (not only) about milk still need to be debunked. keywords: milk, dairy products, early adulthood, myths, peak bone mass, calcium

Le but de cette thèse était d'explorer les relations entre le niveau de performance physique, le niveau d'activité physique usuel, les apports nutritionnels, les caractéristiques anthropométriques et le sommeil d'un côté et la densité minérale osseuse, la géométrie osseuse de la hanche et le trabecular bone score (TBS) de l'autre chez les jeunes adultes Libanais et Français agés de 18 à 35 ans. Dans un premier temps, nous avons mené 10 études préliminaires chez les jeunes adultes Libanais. Ces études ont montré que le poids, la masse maigre, la pratique d'activités physiques à impacts, la force maximale et le niveau de puissance musculaire sont des déterminants positifs de la DMO et que la pratique d'activités physiques à impats influence positivement les valeurs de TBS, les indices géométriques de résistance osseuse de la hanche (surface de la section transversale (CSA) et module de section (Z)) et les indices de résistance osseuse du col fémoral (Bending strength index (BSI), compressive strength index (CSI) et impact strength index (ISI)). Ces études préliminaires ont aussi montré des corrélations entre les apports protéiques et calciques d'une part et la DMO d'autre part chez les jeunes hommes. A la fin, une des études préliminaires a suggéré que la qualité de sommeil est associée à une meilleure DMO chez les jeunes hommes. Dans un deuxième temps, nous avons mené une étude sur 535 jeunes adultes français (342 femmes et 193 hommes) afin d'explorer les relations entre le niveau de performance physique, le niveau d'activité physique, la composition corporelle, les apports nutritionnels et la qualité du sommeil d'une part et les valeurs de BUA (Broadband Ultrasound Attenuation) d'autre part. Cette étude a montré que les caractéristiques anthropométriques (poids, IMC, masse grasse, tour de taille et tour de hanche) sont des facteurs corrélables à la BUA chez les femmes mais pas chez les hommes. D'autre part, il y avait une tendance de corrélation positive entre la performance en détente verticale et la BUA chez les hommes. En conclusion, cette thèse a pu définir un nombre important de facteurs corrélables à la BUA, à la DMO, à la géométrie osseuse et au TBS et a ainsi permis d'identifier de nouvelles relations entre les déterminants de santé et les paramètres osseux chez les jeunes adultes. / The aim of this study was to investigate the relations between physical performance level, physical activity level, nutritional intakes, anthropometrical characteristics and sleep on the one hand and bone mineral density, hip geometric indices and trabecular bone score (TBS) on the other hand in young Lebanese and French subjects aged to 18 to 35 years. In a first step, we led 10 preliminary studies in young Lebanese adults. These studies have shown that body weight, lean mass, high-impact physical activity practice, maximal strength and muscular power are positive determinants of bone mineral density, and that high-impact physical activity practice positively influences TBS values, geometric indices of hip bone strength (cross-sectional area (CSA) and section modulus (Z)) and femoral neck strength indices (Bending strength index (BSI), compressive strength index (CSI) and impact strength index (ISI)). These preliminary studies have also shown positive correlations between nutritional intakes (daily calcium intakes and daily protein intakes) and BMD values in young Lebanese men. Finally, one of these preliminary studies has shown that sleep quality is associated with a greater BMD in young men. In a second step, we led a study on 535 young French adults (342 women and 193 men) to explore the relations between physical performance level, physical activity level, nutritional intakes, anthropometrical characteristics and sleep on the one hand and BUA (Broadband ultrasound attenuation) values on the other hand. This study has showed that anthropometric characteristics (body weight, body mass index, waist circumference and hip circumference) are positively correlated to BUA values in women but not in men. On the other hand, we have noted a tendency of positive relation between vertical jump performance and BUA values in men. In conclusion, this thesis has defined an important number of factors significantly correlated to BUA, BMD, hip geometric indices and TBS and therefore permitted to identify new relations between health determinants and bone parameters in young adults.

Les buts de cette thèse étaient de définit les déterminants du TBS chez les jeunes adultes et les femmes ménopausées, et de vérifier si le TBS était associé aux fractures ostéoporiques chez les femmes ménopausées et les femmes ménopausées obèses. L'étude 1a a été menée sur 26 jeunes femmes et montre que la consommation maximale d'oxygène et le niveau de puissance musculaire des membres inférieurs sont positivement corrélés au TBS ( valeurs de "r" comprises entre 0.37 et 0.63). L'étude 1b a été menée sur 56 jeunes femmes dont 14 en surchage pondérale ; elle suggère que le fait d'être en surcharge pondérale n'est pas associé à des valeurs de TBS plus élevées. Le seul déterminant positif du TBS dans l'étude 1b était dans la VO₂ max. L'étude 1c a été menée sur 67 jeunes hommes dont 32 en surpoids et 12 obèses ; elle suggère que l'obésité et le surpoids n'influencent pas positivement les valeurs de TBS. L'étude 1c montre que le poids et le pourcentage de masse grasse sont négativement corrélés au TBS ( r= -0.28 et r = -0.38 respectivement). L'étude 2a a été menée sur 1000 femmes ménopausées dont 164 ayant des fractures ostéoporotiques prévalentes ; elle suggère que le TBS est associé avec la présence des franctures ostéoporotiques prévalentes. L'étude 2a suggère que chez les femmes ménopausées, des corrélations positives existent entre la DMO du rachis lombaire et le TBS, et des corrélations négatives existent entre l'âge et le TBS. L'étude 2b a été menée chez 300 femmes ménopausées obèses dont 40 ayant des fractures ostéoporotiques prévalentes ; elle suggère que le TBS n'est pas associé avec la présence des fractures ostéoporotiques prévalentes dans cette population contrairement à la DMO du rachis lombaire qui était associée avec la présence de ces fractures. L'étude 2b suggère donc que le TBS n'est pas un déterminant indépendant des fractures ostéoporotiques prévalentes chez les femmes ménopausées adultes. / The aims of this thesis were to define the determinants of TBS in young adults and postmenopausal women and to verify whether TBS is associated with osteoporotic fractures in postmenopausal women and in obese postmenopausal women. Study 1a included 26 young women and showed that maximal oxygen consumption and muscular power level of the lower limbs are positively correlated to TBS (r values between 0.37 and 0.63). Study 1b included 56 young women 14 of which were overweight ; this study suggests that being overweight is not associated with higher TBS values. The only positive determinant of TBS in study 1b was VO₂ max. Study 1c included 67 young men 32 of which were overweight, and 12 were obese ; this study suggests that obesity and overweight do not positively influence TBS values. Study 1c shows that body weight and fat mass percentage are negatively correlated to TBS (r = -0.28 and r = -0.38 respectively). Study 2a included 1000 postmenopausal women 164 of which have presented a previous osteoporic fracture ; this study suggests that TBS is associated with previous osteoporotic fractures. Study 2 a suggests that in postmenopausal women, lumbar spine BMD is positively correlated to TBS while age is negatively correlated to TBS. Study 2b included 300 obese postmenopausal women 40 of which have presented a previous osteoporotic fracture ; this study suggests that TBS is not associated with previous osteoporotic fractures in this population contrary to lumbar spine BMD which is associated with previous osteoporotic fractures. Study 2b suggests therefore that TBS is not independant determinant of osteoporotic fractures in obese postmenopausal women.