S'entraîner en endurance (vélo, course) ou en résistance (musculation) amène un stress artériel et des adaptations vasculaires distinctes. Malgré les bénéfices qu'ils en tirent, les athlètes d'endurance tolèrent moins bien les chutes soudaines de la pression artérielle moyenne (PAM), vivant un malaise associé à une hypoperfusion cérébrale transitoire. L'autorégulation cérébrale dynamique (ACd), soit la capacité des artères cérébrales à réagir aux changements rapides de la PAM, devrait prémunir le cerveau contre ces hypoperfusions cérébrales. Les adaptations vasculaires centrales observées entre les athlètes entraînés en endurance et ceux en résistance pourraient s'exprimer au niveau vasculaire cérébral et expliquer que cette intolérance soit spécifique au type d'entraînement en endurance. Par contre, une étude précédente faite chez des athlètes s'entraînant dans l'une ou l'autre de ces modalités n'a démontré aucune différence dans l'efficacité de leur ACd. Il est à noter que leur analyse ne prenait pas en compte la direction du changement de PAM. D'autres études suggèrent en effet une capacité moindre des artères cérébrales à réguler les baisses de PAM comparativement aux hausses de PAM. Ainsi, le but de ce travail était d'évaluer l'impact de la modalité d'entraînement sur la sensibilité directionnelle de la relation entre la PAM et le débit sanguin cérébral (DSC) chez des athlètes entraînés en endurance comparativement à des athlètes entraînés en résistance. Nous avons évalué les changements de la PAM et de la vitesse du sang dans l'artère cérébrale moyenne lors d'un protocole de squats répétés sur 5 minutes. En forçant des oscillations (hausses et baisses) de PAM à des fréquences de squats de 0,05 Hz et 0,10 Hz, nous avons comparé ces changements lorsque la PAM augmentait et lorsqu'elle diminuait. Les résultats de cette analyse démontrent que l'ACd diffère entre les athlètes qui s'entraînent en endurance et ceux qui s'entraînent en résistance lorsque l'aspect directionnel est considéré. / Training in endurance (e.g. biking, running) or resistance (e.g. strength training) leads to arterial stress and distinct vascular adaptations. Despite the benefits, endurance athletes are less tolerant to sudden drops in mean blood pressure (MAP), experiencing discomfort associated with transient brain hypoperfusion. Dynamic cerebral auto regulation (dCA), the ability of brain arteries to respond to rapid changes in MAP, should protect the brain from these cerebral hypoperfusions. The central vascular adaptations observed between athletes trained in endurance and those trained in resistance could be expressed at the cerebral vascular level and help explain that the orthostatic intolerance is training-specific. On the other hand, a previous study in athletes training in either of these modalities showed no differences in their dCA. It should be noted that their analysis did not consider the direction of the MAP changes. Other studies suggest that brain arteries are better equipped to regulate MAP increases compared to MAP decreases. Thus, the purpose of this work was to evaluate the impact of training modality on the directional sensitivity of the relationship between MAP and cerebral blood flow (CBF) in endurance-trained athletes compared to resistance-trained athletes. We evaluated the changes in MAP and mean blood velocity in the middle cerebral artery with a 5-minute repeated squat-stands protocol. With driven oscillations (increases and decreases) of MAP at 0.05 Hz and 0.10 Hz, we compared these changes as MAP increased and decreased. The results of this analysis show that dCA differs between endurance- and resistance-trained athletes once directionality is taken into account.

De plus en plus de données probantes dans la littérature démontrent des différences sexuelles dans la régulation du débit sanguin cérébral (DSC), notamment dans le DSC de repos et la réactivité vasculaire cérébrale au dioxyde de carbone. De plus, très peu d’études se sont intéressées aux différences sexuelles pour l’autorégulation cérébrale (AC), un déterminant crucial qui décrit la relation entre la pression artérielle moyenne (PAM) et le DSC [souvent évalué via la vitesse moyenne du sang dans l’artère cérébrale moyenne (MCAv)]. Toutes les études qui ont évalué l’influence du sexe sur l’AC pendant un passage de la position assise à debout (StS ou des répétitions de squats) ont été faite sur des population âgées ou par la mesure de l’AC statique (i.e. comparaison de variables en état stable). De plus, la plupart des mesures qui quantifient la réponse dynamique de l’AC ne sont pas reliées entre elles et la comparaison de diverses techniques d’analyses entre les études peut entraîner des interprétations variables. De ce fait, l’utilisation d’une approche multi-métrique pourrait contribuer à améliorer notre compréhension de l’AC. Conséquemment, le but de cette étude était d’évaluer l’influence du sexe sur l’AC dynamique chez une population jeune et en santé à l’aide d’une approche utilisant différents stress et mesures (StS, analyse de la fonction de transfert des oscillations spontanées et forcées de la PAM et de la MCAv). Nous avons aussi évalué la relation entre la prévalence d’hypotension orthostatique initiale et les différentes mesures de l’AC, dans le but de déterminer si l’effet potentiel du sexe dénote un impact fonctionnel. Nos résultats ont indiqué une capacité réduite des vaisseaux cérébraux des femmes à réagir à des changements importants et rapide de la pression artérielle. Cependant, ces changements ne semblent pas suffisant pour indiquer une altération fonctionnelle du système cérébrovasculaire féminin. / Accumulating evidence supports the notion that there are sexual differences in the regulation of cerebral blood flow (CBF), notably for resting CBF and cerebrovascular reactivity to carbon dioxide. Plus, very few studies have attempted to assess sexual differences in cerebral autoregulation (CA), a crucial determinant relating mean arterial pressure (MAP) and CBF [evaluated via mean blood velocity in the middle cerebral artery [MCAv)]. All the studies examining sex influence on CA during either sit-to-stand (StS) or squat-stand maneuvers were done in older populations or by examining static CA (i.e. comparison of steady-state variables). Plus, most metrics quantifying the dynamic cerebral autoregulatory response have a limited ability to characterize each other and comparisons between studies using diverse analytical techniques can produce variable physiological interpretations. Therefore, the aim of this study was to examine the influence of sex on the dynamic cerebral autoregulatory capacity in a young and healthy population using a multiple assessment strategy and hemodynamic stressors (StS, transfer function analysis of spontaneous and forced MAP and MCAv oscillations). We also examined the degree to which dynamic cerebral autoregulatory capacity was related to the prevalence of initial orthostatic hypotension, in order to appreciate whether the potential impact of sex on dynamic cerebral autoregulatory denotes a functional outcome. Our results indicate a reduced ability of women’s cerebrovasculature to react to large and rapid changes in MAP. However, these subtle impairments did not appear sufficient enough to represent a functional impairment of the female cerebrovasculature.

Thèse ou mémoire avec insertion d'articles / Le débit sanguin cérébral est régulé par une multitude de facteurs tels que le métabolisme cérébral, le système nerveux sympathique, l'hémodynamie centrale et les gaz artériels. Bien que ces mécanismes soient les mêmes au repos et à l'exercice, l'ampleur et le degré de la contribution individuelle de ces mécanismes sont différents entre le repos et l'exercice. De plus, le type, la durée et l'intensité de l'exercice peuvent entraîner des contributions différentes de chaque mécanisme. En outre, il a été démontré que le sexe biologique a un effet sur le débit sanguin cérébral en raison des changements hormonaux pendant le cycle menstruel féminin. Ces dernières années, l'inclusion des femmes comme participants de recherche dans les études a augmenté. Néanmoins, de nombreux aspects concernant l'impact du sexe ne sont pas bien connus et le domaine de la physiologie vasculaire cérébrale n'est pas différent. Par exemple, l'impact du sexe sur le débit sanguin cérébral au repos ainsi qu'en réponse à différents facteurs de stress physiologiques est bien documenté. Dans le cas de l'exercice, la réponse vasculaire cérébrale entre les hommes et les femmes s'est avérée comparable pendant un exercice aérobie mené jusqu'à l'épuisement. Cependant, ces résultats ne peuvent pas être généralisés à d'autres populations telles que les athlètes puisqu'il a été constaté qu'une meilleure aptitude cardiorespiratoire a un impact sur les déterminants du débit sanguin cérébral. Ainsi, cette étude visait à examiner l'impact du sexe sur la réponse vasculaire cérébrale pendant un exercice aérobie jusqu'à épuisement volontaire. Pendant l'exercice aérobie jusqu'à épuisement volontaire, les changements de la vitesse du sang dans l'artère cérébrale moyenne étaient comparables entre les hommes et les femmes. En revanche, certains des déterminants du débit sanguin cérébral, tels que la pression partielle en dioxyde de carbone en fin d'expiration et le débit cardiaque, étaient plus élevés chez les hommes que chez les femmes tout au long de l'exercice. Ces résultats suggèrent que les hommes et les femmes régulent différemment le débit sanguin cérébral. Par exemple, la réponse vasculaire cérébrale comparable pourrait être attribuée à une plus grande sensibilité des vaisseaux du cerveau au dioxyde de carbone chez les femmes, tandis que la contribution du débit cardiaque pourrait avoir eu un impact sur cette réponse dans la dernière phase de l'exercice / Cerebral blood flow is regulated by a multitude of factors such as cerebral metabolism, the sympathetic nervous system, central hemodynamics, and arterial gases. While these mechanisms are the same during rest and exercise, the magnitude, and the degree of the individual contribution of these mechanisms is different between rest and exercise. Further, the type, duration, and intensity of the exercise could yield different contributions from each mechanism. In addition, biological sex has been shown to have an effect of cerebral blood flow due to the hormonal changes during the female menstrual cycle. In recent years, female inclusion in studies has increased. Nevertheless, many aspects with regard to the impact of sex is not well known and the field of cerebrovascular physiology is not different. For example, the impact of sex on cerebral blood flow at rest as well in response to different physiological stressors is well documented. In the case of exercise, the cerebrovascular response between males and females was found to be comparable during aerobic exercise until exhaustion. However, those results cannot be generalized to other population, such as athletes, since it was found that a higher cardiorespiratory fitness has an impact on the determinants of cerebral blood flow. Thus, this study aimed to investigate the impact of sex on the cerebrovascular response during aerobic exercise until volitional exhaustion. During aerobic exercise until volitional exhaustion, blood velocity in the middle cerebral artery was comparable between males and females. On the other hand, some of the determinants of cerebral blood flow, such as end-tidal partial pressure of carbon dioxide and cardiac output were found to be higher in males compared to females throughout the exercise. These results suggest that males and females regulate cerebral blood flow differently. For instance, the comparable cerebrovascular response could be attributed to the higher cerebrovascular sensitivity to carbon dioxide in females while contributions from cardiac output could have impacted this response in the later phases of exercise.

En patinage de vitesse, la position basse, les phases de glisse, les exigences reliées aux virages et les hauts niveaux de force requis à chaque poussée entraînent une restriction du débit sanguin (RDS) dans les muscles principalement sollicités. Cette RDS, qui est à l’origine d’une désoxygénation des muscles locomoteurs ainsi que d’une accélération des processus métaboliques liés à la fatigue, influence la technique gestuelle et la performance. Les athlètes de haut niveau utilisent plusieurs stratégies de conditionnement métabolique dans l’objectif d’optimiser leurs réponses physiologiques et leurs performances. Malgré leur impact sur l’oxygénation musculaire noté dans de nombreux sports, aucune donnée n’est disponible concernant les effets de ces méthodes sur la performance en patinage de vitesse longue piste (PVLP). Considérant les caractéristiques spécifiques des patineurs de différents profils énergétiques et la singularité de leurs réponses physiologiques, l’objectif de cette thèse était d’évaluer les effets de méthodes de conditionnement métabolique sur la performance sur glace en fonction du profil énergétique des athlètes. Le préconditionnement ischémique à distance (RIPC) induit une vasodilatation qui favorise le débit sanguin dans le muscle squelettique et une sympatholyse fonctionnelle qui contribue à assurer une perfusion des tissus actifs en adéquation avec la demande énergétique. Le RIPC contribue également à optimiser la fonction mitochondriale et a mené à des améliorations de performance dans certains contextes sportifs. L’étude 1 a démontré que le RIPC ne mène à aucun gain de performance lors d’un contre-la-montre de 1000 m en PVLP chez des athlètes élites, et que cette technique tend à augmenter l’extraction d’oxygène musculaire chez les athlètes spécialisés en sprint. Ceci pourrait permettre de rehausser le stress métabolique à l’entraînement chez ce type d’athlètes et ainsi optimiser les adaptations chroniques. Un échauffement des muscles respiratoires (IMW) peut retarder l’activation du métaboréflexe respiratoire à l’exercice et favoriser une meilleure oxygénation des muscles locomoteurs. L’étude 2 n’a montré aucune augmentation du volume sanguin local et aucun effet ergogénique en PVLP à la suite d’un IMW. Enfin, la combinaison de différentes stratégies de conditionnement est une pratique courante chez les athlètes élites qui espèrent optimiser leur performance. Étonnamment, les preuves scientifiques concernant l’amalgame de techniques sont très rares dans la littérature. Les résultats de l’étude 3 ne démontrent aucun effet ergogénique de la combinaison du RIPC (chronique) et d’un IMW sur la performance au 600 m en PVLP. En somme, les résultats de ces trois études mettent en évidence la faible variabilité des réponses physiologiques et des performances chez les athlètes de haut niveau, ainsi que les singularités associées à la position des patineurs de vitesse; ni le préconditionnement ischémique, ni l’échauffement des muscles respiratoires, ni la combinaison des deux stratégies n’ont permis d’améliorer la performance chez des patineurs élites et seulement des modifications mineures ont été observées sur le plan de l’oxygénation musculaire. Le niveau de forme très élevé des athlètes, la réalisation d’un échauffement complet et la position extrêmement basse pourraient avoir contribué à atténuer l’efficacité de ces techniques. / The speed-skating position leads to blood-flow restriction and deoxygenation in the lower limbs that may enhance the metabolic processes associated with fatigue, thereby affecting technique and performance. Highlevel athletes use several metabolic conditioning strategies to optimize their physiological responses and performances. Despite their potential impact on muscle oxygenation noted in many sports, no data is available regarding the impact of such techniques on long-track speed skating performance. The peculiar histologic muscular characteristics associated with the skaters of different energetic profile and skating specialties may influence the response to conditioning stimulus and therefore, the purpose of our studies was to assess the specific on-ice impact of conditioning strategies with respect to the energetic profile of the skaters. Remote ischemic preconditioning (RIPC) has been found to enhance performance in different contexts, improve vascular function and muscular perfusion (locally and systemically) and to optimize mitochondrial efficiency. In study 1, we found that RIPC has no practical ergogenic impact on 1000-m long-track speed-skating performance in elite athletes and that this technique tends to increase muscle oxygen extraction in sprint athletes. This could increase the metabolic stress in training in this type of athlete and thus, optimize the chronic adaptations. Respiratory muscle fatigue might increase sympathetic vasoconstrictor outflow to working skeletal muscles through a respiratory muscle metaboreflex, thus reducing limbs blood flow and accelerating the development of exercise-induced locomotor muscle fatigue. An inspiratory muscle warm-up (IMW) may reduce inspiratory muscle fatigue and attenuate locomotor muscle deoxygenation during maximal exercises. In study 2, we found that a standard IMW protocol provides no meaningful effect on blood volume and performance in elite speed skaters. Finally, elite athletes in varied sports typically combine ergogenic strategies in the hope of taking advantage of multiple strategies simultaneously in order to enhance physiological responses and competitive performance. However, the scientific evidence for such practices is very scarce. Results of study 3 indicate that combining RIPC (chronic) and IMW has no practical ergogenic impact on 600-m speed-skating performance in elite skaters. Summing up, the results of these three studies highlight the low variability of physiological responses and performance in elite athletes as well as the singularities associated with the position of speed skaters; neither ischemic preconditioning, nor an inspiratory muscles warm-up, nor the combination of these two strategies has improved performance in elite skaters and only minor changes in muscular oxygenation were observed. The very high level of aerobic fitness of the athlete, the practice of a thorough warm-up protocol and the extremely low position may have contributed to lessen the effectiveness of these techniques.

La capacité à répéter des sprints (CRS) est un déterminant majeur de la performance au football américain. Les méthodes d’entraînement de la CRS visent essentiellement l’amélioration de la capacité à résister à la fatigue neuromusculaire. Il est généralement admis que l’amélioration du métabolisme oxydatif a pour effet d’accroître la CRS en atténuant l’impact des facteurs à l’origine de la diminution progressive de la performance. Outre l’entraînement, l’échauffement peut lui aussi affecter positivement la CRS en accélérant la cinétique de VO2 et en augmentant la consommation d’O2 dans le muscle. La restriction sanguine à l’exercice (BFR) est une technique de manipulation du flux sanguin. La méthode consiste à appliquer, pendant l’exercice, une pression modérée sur les membres inférieurs ou supérieurs au moyen de brassards spécialisés ou de bandages élastiques (practical BFR). Elle déclenche un ensemble de modifications physiologiques qui s’apparentent à celles induites par l’échauffement. Le BFR pourrait donc amplifier les effets de l’échauffement et affecter positivement la CRS. L’étude insérée dans ce mémoire a été élaborée afin de vérifier cette hypothèse. Nos résultats démontrent que l’utilisation du BFR à l’échauffement permet d’augmenter le volume sanguin local et d’élever la saturation musculaire en O2 pendant certaines périodes d’un test de sprints répétés complété immédiatement après l’échauffement. Bien que ces adaptations physiologiques n’aient pas influencé positivement la performance lors des douze sprints du test, elles pourraient produire un effet ergogénique pendant une activité de plus longue durée, comme lors d’un match de football américain / Repeated-sprint ability (RSA) is an important determinant of performance in American football. Athletes and coaches use varied interventions to enhance RSA, with the goal of delaying the onset of fatigue. Many authors have suggested that increasing the oxidative metabolism through appropriate training could mitigate the influence of the limiting factors that cause fatigue and thereby enhance RSA. Aside from physical training, a well-conducted warm-up may also enhance RSA by acutely improving skeletal muscle VO2 and VO2 kinetics. The so-called blood-flow restriction (BFR) technique is a compression method that allows manipulating blood flow to skeletal muscles. BFR is employed during exercise and does not elicit complete ischemia. The pressure applied to the limbs with cuffs or elastic wraps (practical BFR) is sufficient to impede the venous outflow but maintains some of the arterial inflow. The BFR-induced acute adaptations mimic some of the mechanisms of a warm-up, and could thereby potentiate the effects of a warm-up on RSA. The study presented later in this paper examined this hypothesis. Our results suggest that performing BFR during warm-up may increase local blood volume and muscle O2 saturation during some parts of a subsequent RSA test. Although the BFR warm-up did not clearly impact performance, the altered physiological responses could prove beneficial to American football players and other team-sport athletes in longer activities involving multiple bouts of maximal efforts, such as games

L'hypertension artérielle pulmonaire est caractérisée par l'augmentation des résistances vasculaires pulmonaires, conduisant à l'insuffisance cardiaque et à la diminution de tolérance à l'effort. Les tests d'effort permettent d'évaluer la sévérité de l'hypertension artérielle pulmonaire et la réponse aux traitements. Cependant, la réponse hémodynamique à l'exercice et les facteurs influençant la capacité à l'exercice demeurent mal définis. Nous avons documenté une corrélation linéaire insoupçonnée entre la pression de l'artère pulmonaire et la fréquence cardiaque à l'exercice. Ceci était indépendant du volume d'éjection et des résistances vasculaires pulmonaires. L'augmentation du débit cardiaque était principalement liée à l'augmentation de la fréquence cardiaque. Au moment du diagnostic, le volume d'éjection de repos et la réponse en fréquence cardiaque à l'exercice étaient les seules variables indépendamment liées à la capacité à l'exercice. Sous traitement, les changements de tolérance à l'effort observés étaient principalement liés aux changements hémodynamiques à l'exercice, incluant la réponse en fréquence cardiaque.La réponse hémodynamique à l'exercice est largement impliquée dans la physiopathologie de l'intolérance à l'effort dans l'hypertension artérielle pulmonaire. La réponse chronotrope est une composante importante de cette capacité d'adaptation hémodynamique.

Le rétrécissement de la valve aortique est la maladie cardiovasculaire la plus fréquente après la maladie coronarienne et l’hypertension. Actuellement, l’échocardiographie Doppler (ED) est le principal outil clinique pour déterminer l’aire valvulaire effective (AVE); un des principaux critères pour évaluer la sévérité de la sténose aortique (SA). Dans certains cas, il existe une discordance entre différents résultats obtenus par ED chez un même patient. Il est difficile, alors, de déterminer si ces discordances sont liées à des erreurs de mesure ou bien si elles correspondent à une réelle variation de la sévérité de la SA. L’imagerie cardiovasculaire par résonance magnétique (IRM) peut être utilisée pour évaluer et confirmer la sévérité de la SA. Les principaux objectifs sont : 1) Comparer l’AVE estimée par ED et IRM en utilisant la méthode de l’équation de continuité (EC); 2) Développer de nouvelles méthodes pour estimer l’AVE par IRM, 3) Déterminer la capacité de l’IRM à évaluer la cinétique d’ouverture et de fermeture de la valve aortique et 4) Valider des nouvelles méthodes pour estimer la vorticité par IRM. Nos travaux ont montré une bonne concordance entre les AVEs calculées par ED et IRM en utilisant l’EC. Nous avons donc étudié une nouvelle approche en IRM pour l’estimation de l’AVE en utilisant une nouvelle méthode développée in vitro (AVE par terme source acoustique). Nos travaux ont montré que l’AVE par terme source acoustique calculée à partir du champ de vitesses mesuré par IRM est une méthode fiable pour calculer AVE et elle peut être utilisée pour confirmer la sévérité de la SA lorsque l’examen ED est non concluant. D’autre part, nos travaux ont montré le potentiel de l’IRM pour estimer les indices de cinétique d’ouverture et fermeture de la valve aortique sténosée. En particulier, la pente d’ouverture corrélait mieux avec le taux plasmatique de Peptide Natriuretique de type B et avec un score de risque que les indices conventionnels de SA. Néanmoins, l’utilisation de l’EC pour estimer l’AVE et les indices de cinétique d’ouverture est sujette aux erreurs de mesure et impose un temps d’analyse plus long. En plus on a validé des nouvelles méthodes pour estimer la vorticité in vivo par IRM. La vorticité et les structures tourbillonnaires jouent un rôle fondamental dans l’évaluation des aspects énergétiques de la fonction cardiovasculaire. En conclusion, nos travaux ont souligné le potentiel de l’IRM pour l’évaluation de la sévérité de la SA et ont permis le développement et la validation de nouvelles méthodes pour estimer in vivo la vorticité par IRM. / Aortic valve stenosis is the most common cardiovascular disease after coronary artery diseases and hypertension. Doppler-echocardiography (DE) is the standard method for the evaluation of the severity of aortic stenosis (AS). Valve effective orifice area (EOA) measured by the continuity equation is one of the most frequently used stenotic indices. However, TTE measurement of aortic valve EOA is not feasible or not reliable in a significant proportion of patients. Cardiovascular magnetic resonance (CMR) has emerged as a non-invasive alternative method to evaluate EOA using velocity measurements. The objectives of this thesis were: 1) To compare the DE-derived EOA and CMR-derived EOA using the continuity equation (CE) and 2) To propose new CMR methods to assess EOA and the AS severity; 3) To determine the feasibility of the measurement of the parameters of valve opening and closing kinetics by CMR and 4) To validate new CMR methods to estimate vorticity magnitude. Our work showed a good agreement between the DE-derived EOA and CMR-derived EOA using the CE. This agreement was, however, only due to error compensations. We therefore developed and validated a new CMR method based on the acoustical source term (AST) to estimate the valve EOA and then to introduce a simplified version not requiring vorticity field derivation. This study showed that AST-derived EOA calculated from CMR velocity field measurements is a reliable method to estimate valve EOA and can be useful to confirm AS severity when DE examination is inconclusive. Hence, CMR provides a non-invasive and reliable alternative to DE for the quantification of AS severity. Our work also demonstrated the excellent feasibility and reproducibility of CMR for the measurement of valve kinetic parameters in patients with AS. Furthermore, these parameters compare favorably with conventional indices of stenosis severity to predict risk of poor prognosis. However, the use of CE to estimate EOA may be subject to measurement errors. Furthermore, a validation of new CMR methods for estimate vorticity magnitude was presented. Vorticity and vortical structures play a fundamental role affecting the evaluation of energetic aspects of cardiovascular function. In conclusion, our work demonstrates the feasibility, reliability, and utility of new CMR methods and parameters to identify and quantify the dysfunction of native. New CMR methods estimating vorticity were validated in vivo.