Le maintien ou le renforcement de la masse et de la fonction musculaire, altérées chez les patients BPCO, est un objectif primordial pour préserver, voire améliorer leur tolérance à l'effort, leur qualité de vie et leur survie. Afin d'optimiser la prise en charge de cette dysfonction musculaire, la réhabilitation est complétée par des interventions nutritionnelles, encore appelées réhabilitations nutritionnelles. Dans ce contexte, l'apport d'acides gras polyinsaturés de la série n-3, et plus particulièrement d'acide docosahexaénoïque (DHA), pourrait s'avérer intéressant en raison de leurs effets bénéfiques démontrés dans plusieurs pathologies chroniques. L'objectif de ce travail était donc de caractériser les effets d'une supplémentation en DHA sur la tolérance à l'effort et sur le métabolisme énergétique des muscles squelettiques de rats adultes exposés à une hypoxie comme modèle de muscle de patient BPCO au stade de l'insuffisance respiratoire chronique. La tolérance à l'effort est améliorée par le DHA, que les rats soient conditionnés en normoxie ou en hypoxie. En normoxie, les mécanismes impliqués seraient liés à un effet du DHA mimétique de celui d'un exercice d'endurance, avec une activation de l'AMPK et une amélioration de la fonction mitochondriale étudiée sur fibres musculaires perméabilisées. En hypoxie, le DHA agirait différemment, réduisant les effets de l'hypoxie sur le muscle, sans que les mécanismes mimétiques de l'exercice d'endurance ne soient clairement retrouvés. La prise de DHA chez des rats entrainés et conditionnés en hypoxie permet également un gain d'endurance mais les mécanismes à l'origine de cet effet ne sont pas élucidés et nécessitent des travaux complémentaires. Au vu des résultats sur le muscle, la supplémentation en DHA pourrait donc être bénéfique dans la prise en charge de la dysfonction musculaire dans les maladies chroniques telles que la BPCO. / The maintenance and reinforcement of skeletal muscle mass and function, impaired in COPD patients, is a crucial aim to preserve, and even improve, their exercise tolerance, quality of life and survival. In order to optimize the management of such a muscular dysfunction, rehabilitation could be completed by nutritional interventions, also called nutritional rehabilitation. In this context, the intake of polyunsaturated fatty acids of the n-3 class, and particularly of docosahexaenoic acid (DHA), could be interesting, due to their benefic effects demonstrated in many chronic pathologies. Therefore, the aim of our work was to characterize the effects of DHA supplementation on exercise tolerance and skeletal muscle metabolism in rats exposed to hypoxia as a model of muscle dysfunction as seen in COPD patients suffering chronic respiratory failure. Results showed that exercise tolerance was improved by DHA in both normoxia and hypoxia conditions. In normoxia, the involved mechanisms may rely on an endurance exercise mimetic effect of DHA, including AMPK activation and improved mitochondrial function studied on permeabilized muscular fibers. In hypoxia, DHA acts differently, probably by minimizing hypoxia effects on muscle. However, the endurance exercise mimetic mechanisms were not clearly found. In hypoxia exposed-endurance trained-rats, DHA improved endurance exercise capacity but the involved mechanisms were not fully characterized and need further work. In conclusion, our results on muscle suggest that DHA supplementation could be beneficial in management of muscular dysfunction induced by chronic diseases such as COPD.

La dopamine du cortex préfrontal (PFC) est impliquée dans l’apprentissage et dans la prise de décision liée à l’effort. Comme l’apprentissage ne peut se faire sans effort, il n’est pas clair aujourd’hui si la dopamine est nécessaire pour l’apprentissage, ou pour l’engagement de l’effort pour apprendre. Dans ce travail, les rats apprenaient à pousser un levier pour obtenir de la nourriture, soit avec (apprentissage par observation, LeO) ou sans (essai-et-erreur, TE) observation préalable d’un congénère exécutant la tâche. TE et la phase d’exécution de LeO nécessitent l’effort physique (overt learning), l’observation dans LeO ne requiert pas d’effort physique (covert learning). Avant chaque session, les rats recevaient des injections de SCH23390 ou de la saline dans le cingulaire antérieur (ACC) ou l’orbitofrontal (OFC). Si la dopamine est nécessaire à l’apprentissage, le blocage des récepteurs D1 affecterait aussi bien l’apprentissage overt que covert. Si la dopamine n’est pas requise pour l’apprentissage mais pour l’engagement de l’effort, le blocage affecterait l’apprentissage overt, et non covert. Les résultats montrent que le blocage de la dopamine dans ACC ou OFC supprime l’apprentissage overt, laissant intact l’apprentissage covert. Une fois les injections arrêtées, les rats récupèrent la capacité d’apprendre, mais dans le cas de ACC, pas la tolérance à l’effort. Ces résultats suggèrent que la dopamine dans ACC et OFC n’est pas nécessaire pour l’apprentissage, et que les déficits d’apprentissage pourraient reflèter une réduction de la tolérance effort à l’effort liée au blocage de la dopamine. / Because prefrontal cortex (PFC) dopamine plays a pivotal role in associative learning and in effort-related decision making, it is not clear as of today whether PFC dopamine activity is required for learning per se, or rather for engaging the effort necessary to learn. In this work, we used observational learning (LeO) and trial-and-error (TE) learning to dissociate learning from physical effort. Both TE and the execution phase of LeO require physical effort (overt learning). Observation does not require physical effort (covert learning). Rats learned to push a lever for food rewards either with or without prior observation of an expert conspecific performing the same task. Before daily testing sessions, the rats received bilateral ACC or OFC microinfusions of SCH23390, or saline-control infusions. If dopamine activity is required for task acquisition, its blockade should impair both overt and covert learning. If dopamine is not required for task acquisition, but solely for regulating effort tolerance, blockade should impair overt learning but spare covert learning. We found that dopamine blockade in ACC or OFC suppressed overt learning selectively, leaving covert learning intact. In subsequent testing sessions without dopamine blockade, rats recovered their overt-learning capacity but, in ACC experiments, the animals did not recover their normal level of effort tolerance. These results suggest that ACC and OFC dopamine is not required for the acquisition of conditioned behaviours and that apparent learning impairments could instead reflect a reduced level of effort tolerance due to cortical dopamine blockade.

Ce projet de thèse avait pour objet d’étudier la régulation de la biodisponibilité du monoxyde d’azote (NO) à travers la supplémentation en nitrate (NO3-) chez l’homme, et la perfusion d’ADMA chez l’animal. Nous avons essayé de déterminer les répercussions de la modulation de la biodisponibilité du NO sur la perfusion musculaire à l’exercice, et l’effet de l’aptitude aérobie sur cette modulation. Dans notre méta-analyse, nous avons rapporté une diminution de la consommation d’oxygène (V̇O2) lors d’exercices d’intensité modérée à élevée, avec une amélioration de la tolérance à l’exercice sans réduction du V̇O2 chez les sujets présentant une pathologie. Dans une seconde étude, aucune amélioration de la tolérance à l’effort n’a été observée chez des athlètes [consommation maximale d’oxygène (V̇O2max) > 65 mL.min-1.kg-1] au cours d’un exercice intermittent d’intensité supramaximale après une supplémentation en NO3- et sans modification au niveau du V̇O2 et de la perfusion musculaire. Une troisième étude montre que l’aptitude aérobie et l’apport en O2 aux muscles, dépendante de la perfusion musculaire, ne sont pas associés à la concentration plasmatique d’ADMA chez des sujets jeunes et sains. Enfin, notre quatrième étude ne rapporte pas d’effet de la perfusion de l’ADMA sur la perfusion musculaire au cours d’un exercice de course chez des rats. En conclusion, la supplémentation en NO3- peut contribuer à une amélioration de la performance à travers une réduction du coût en O2 pour des exercices sous-maximaux. Cependant, les sujets entraînés en endurance avec une aptitude aérobie élevée ne présentent ni d’effet ergogénique, ni d’amélioration de la perfusion musculaire à la suite d’une supplémentation en NO3- lors d’exercices intermittents supramaximaux, contrairement aux sujets modérément entraînés. En outre, l’ADMA, en tant inhibiteur de la synthèse du NO, ne semble pas jouer un rôle dans la régulation du débit sanguin et de l’apport en O2 aux muscles actifs, en l’absence de conditions pathologiques. / We aimed to determine whether dietary nitrate (NO3-) supplementation and ADMA modulate NO bioavailability and muscle blood flow during exercise. The second purpose was to establish whether aerobic fitness alters the effects of dietary NO3- supplementation and ADMA on muscle blood flow during exercise. In our meta-analysis, we found that dietary NO3- supplementation decreases V̇O2 during exercise performed in the moderate and heavy intensity domains in healthy subjects, and enhances exercise tolerance in subjects with chronic diseases, but no change in V̇O2. Our second study showed that dietary NO3- supplementation did not increase the number of repetitions completed during supramaximal intensity intermittent exercise in endurance athletes with high aerobic fitness (V̇O2max > 65 mL.kg-1.min-1), and did not increase muscle blood volume. In the third study, aerobic fitness is not related to muscle O2 delivery and plasma ADMA concentrations in young male subjects with a wide range of aerobic fitness level. In the fourth study, increased plasma ADMA levels did not decrease muscle blood flow during low-treadmill running exercise in healthy rats. In conclusion, dietary NO3- supplementation could contribute to an improved tolerance to exercise by reducing O2 cost during exercises at submaximal intensities. However, endurance-trained athletes with high V̇O2max level do not benefit from the effects of dietary NO3- supplementation on exercise performance and muscle blood flow as reported in moderately trained subjects. Moreover, ADMA did not regulate muscle blood flow and O2 delivery during exercise in conditions free from cardiovascular and metabolic diseases in humans and in the rat with pharmacological-induced increase in plasma ADMA levels.

Le maintien ou le renforcement de la masse et de la fonction musculaire, altérées chez les patients BPCO, est un objectif primordial pour préserver, voire améliorer leur tolérance à l'effort, leur qualité de vie et leur survie. Afin d'optimiser la prise en charge de cette dysfonction musculaire, la réhabilitation est complétée par des interventions nutritionnelles, encore appelées réhabilitations nutritionnelles. Dans ce contexte, l'apport d'acides gras polyinsaturés de la série n-3, et plus particulièrement d'acide docosahexaénoïque (DHA), pourrait s'avérer intéressant en raison de leurs effets bénéfiques démontrés dans plusieurs pathologies chroniques. L'objectif de ce travail était donc de caractériser les effets d'une supplémentation en DHA sur la tolérance à l'effort et sur le métabolisme énergétique des muscles squelettiques de rats adultes exposés à une hypoxie comme modèle de muscle de patient BPCO au stade de l'insuffisance respiratoire chronique. La tolérance à l'effort est améliorée par le DHA, que les rats soient conditionnés en normoxie ou en hypoxie. En normoxie, les mécanismes impliqués seraient liés à un effet du DHA mimétique de celui d'un exercice d'endurance, avec une activation de l'AMPK et une amélioration de la fonction mitochondriale étudiée sur fibres musculaires perméabilisées. En hypoxie, le DHA agirait différemment, réduisant les effets de l'hypoxie sur le muscle, sans que les mécanismes mimétiques de l'exercice d'endurance ne soient clairement retrouvés. La prise de DHA chez des rats entrainés et conditionnés en hypoxie permet également un gain d'endurance mais les mécanismes à l'origine de cet effet ne sont pas élucidés et nécessitent des travaux complémentaires. Au vu des résultats sur le muscle, la supplémentation en DHA pourrait donc être bénéfique dans la prise en charge de la dysfonction musculaire dans les maladies chroniques telles que la BPCO.

Les ressentis affectifs lors d’un exercice physique ont été révélés comme prédicteurs de l’engagement dans une pratique régulière (Mohiyeddini, Pauli, & Bauer, 2009). Toutefois, alors que certains ont la possibilité d’expérimenter positivement une séance, d’autres ne le sont pas (Van Landuyt, Ekkekakis, Hall , & Petruzzello, 2000). Une des explications avancées par la théorie du double mode (Ekkekakis, 2003) est que les différences observées entre les individus sont dues à l'interaction existante entre leurs capacités physiques et leurs caractéristiques psychologiques. Dans ce contexte, mon travail de thèse visait à comprendre comment une caractéristique psychologique telle que la tolérance à l'effort peut impacter les réponses affectives d’un individu lors de la réalisation d'un exercice physique modéré. La tolérance est définie comme un trait qui influence la capacité de l'individu à continuer à s'exercer à un niveau d'intensité imposé même si l'activité devient inconfortable ou désagréable (Ekkekakis, Hall et Petruzzello, 2005). À ce jour, mon travail a révélé que le concept de tolérance semble être un concept valable dans un échantillon européen francophone (étude I) et ce quelle que soit la pratique physique hebdomadaire auto-déclarée par les individus. Mon travail montre également que la tolérance à l’effort impacte effectivement les ressentis durant un exercice physique modéré (études II et IV). De plus, il semblerait que plus les individus sont tolérants à l'effort, plus ils sont capables de produire un exercice physique intense (études III et IV). Fait intéressant, les résultats ont révélé que le niveau de tolérance semble être associé à l'efficacité du fonctionnement cognitif. Plus précisément, plus les individus possèdent des fonctions exécutives efficaces, plus ils possèdent un niveau élevé de tolérance à l'effort (étude III). Enfin, l'effet positif d'un environnement de distraction musicale sur la perception de la difficulté de l'exercice physique n'a été révélé que chez les personnes très tolérantes (étude IV); suggérant que la musique peut ne pas être adaptée à tous. En conclusion, à travers la réalisation d'une évaluation psychométrique de la version francophone (étude I), d'un paradigme dual (étude II) et d'une évaluation neuropsychologique des capacités cognitives des individus (étude III), mon travail de thèse a révélé que la tolérance à l’effort semble être un concept francophone valide prédisant la réponse affective positive ou négative à l'exercice physique ; et ce que l’exercice se réalise dans le silence ou en la musique (Études II et IV) / Affective responses to physical exercise have been reported as predictors of the degree of engagement a personis ready to set in regular practice (Mohiyeddini, Pauli, & Bauer, 2009). According to the dual mode theory, theindividuals’ differences occurring during the exercise are due to the interplay between one’s physical abilitiesand one’s psychological characteristics (Ekkekakis, 2003) with some experiencing positively the session whileothers do not (Van Landuyt, Ekkekakis, Hall, & Petruzzello, 2000). Hence, my thesis work targeted the betterunderstanding of the effect of one of the psychological characteristics, the Tolerance to effort, on one’saffective responses during moderate physical exercise. Furthermore, I tried to reveal that a neuropsychologicaldefinition of the Tolerance to effort can be possible, even required for prescribing exercise program. Toleranceis defined as a trait that influences one’s ability to continue exercising at an imposed level of intensity even ifthe activity becomes uncomfortable or unpleasant (Ekkekakis, Hall, & Petruzzello, 2005). To date, my workhas revealed that the concept of Tolerance seems to be a valid concept in a French-speaking European sample(Study I). Interestingly, the results were revealed whatever the individuals’ self-reported weekly physicalpractice. My work also shows that the way one experiences a physical exercise depends on one’s tolerancelevel (Studies II and IV). Furthermore, the more individuals were tolerant to effort, the more they were able toproduce intense physical exercise (Studies III and IV). Interestingly, results revealed that one’s tolerance levelseems to be associated with one’s efficiency of cognitive functioning. More specifically, the more individualspossess efficient executive functions, the more they possess high level of Tolerance to effort (Study III).Finally, the positive effect of a musical distracting environment on one’s perception of physical exercisedifficulty was revealed only in high tolerant individuals (Study IV); suggesting that music may not be adaptedto all. To conclude, through the conduction of a psychometric assessment of the French-speaking version(Study I), a dual task paradigm (Study II) and a neuropsychological assessment of individuals cognitiveabilities (Study III), my thesis work has revealed that one’s tolerance level seems to be a French-speaking validconcept predicting the positive or negative affective response to physical exercise either in silence or in music(Studies II and IV) and defining one’s tolerance to effort from a cognitive standpoint.