Thèse ou mémoire avec insertion d'articles. / Malgré l'avancement des connaissances et des soins, les maladies cardiovasculaires (MCV) demeurent la première cause de mortalité dans le monde et la deuxième au Canada. La maladie coronarienne athérosclérotique est la forme de MCV la plus fréquente. Un des facteurs de risque important de cette maladie est la pratique insuffisante d'activité physique. L'étude des impacts de nos comportements sur les MCV nous a permis d'en apprendre abondamment sur les effets du mode de vie sur la santé. Malgré cela, nous en connaissons encore peu quant à l'importance des comportements sédentaires sur la santé cardiométabolique et surtout sur leurs effets lorsqu'ils sont combinés à une pratique suffisante ou non d'activité physique. En effet, un individu peut consacrer un nombre d'heures important aux activités sédentaires tout en réalisant un minimum d'activité physique ciblée : les effets bénéfiques de l'activité physique sont-ils amoindris par un temps sédentaire élevé? Ce faible niveau de connaissance semblerait en partie expliqué par les définitions utilisées dans la littérature lorsque l'on parle de sédentarité et de comportements sédentaires. Ce projet de maîtrise vise donc à documenter les effets indépendants et combinés de l'activité/inactivité physique et des comportements sédentaires sur le fardeau d'athérosclérose et sur le profil cardiométabolique. Les résultats démontrent l'impact que joue l'activité physique sur l'amélioration du profil cardiométabolique et la fonction endothéliale malgré l'absence de changement dans le fardeau d'athérosclérose. De plus, le comportement sédentaire diminue cet impact sans toutefois l'annuler complètement. / Despite advances in knowledge and care, cardiovascular diseases remain the leading cause of death in the world and the second in Canada. Atherosclerotic coronary artery disease is the most common form of cardiovascular disease. One important risk factor of this disease is physical inactivity. The study of the impacts of our behaviours on cardiovascular diseases has allowed us to learn a great deal about the effects of our lifestyle on our health. Despite this, we still know little about the importance of our sedentary behaviours on our cardiometabolic health and especially about their effects when combined with physical activity and inactivity. This low level of understanding seems to be partly explained by the definitions used in the literature when talking about a sedentary lifestyle and sedentary behaviours. Therefore, this master's project aims to document the independent and combined effects of physical activity/inactivity and sedentary behaviours on the atherosclerosis burden and cardiometabolic profile. Results show the positive impact of physical activity on cardiometabolic profile and endothelial function despite the absence of change in atherosclerosis burden. Moreover, sedentary behavior decreases this favorable effect without completely negating it.

L'obésité, en opposition avec la pratique régulière d'activité physique et une bonne condition physique, prédispose au syndrome métabolique ainsi qu'à des perturbations de la fonction et du métabolisme musculaire. Puisque peu d'études ont analysé la condition physique (VO₂max) et ses liens avec la santé chez des gens sédentaires, ce mémoire décrira les déterminants d'une meilleure VO₂max ainsi que les conséquences métaboliques associées. Nos résultats démontrent que le potentiel oxydatif du muscle squelettique ainsi que le faible niveau d'obésité abdominale sont de bons prédicteurs d'une meilleure capacité à l'effort. Également, une VO₂max plus élevée est reliée à un meilleur profil métabolique. Par contre, cette relation est largement déterminée par le niveau d'obésité des sujets. Bien qu'une bonne condition physique soit un élément important à considérer dans l'évaluation de la santé des individus, il faut se méfier des impacts de l'obésité. Ainsi, la pratique régulière d'activité physique est à considérer puisqu'elle entraîne des effets bénéfiques sur la santé.

Le Canada, comme la plupart des pays industrialisés, a connu une augmentation importante de la prévalence de surpoids pédiatrique au cours des 35 dernières années. En parallèle est survenu un déclin non moins marqué de la condition physique aérobie (CPA) des jeunes. Ceci s'accompagne d'un risque augmenté pour ces derniers de présenter une détérioration de la santé cardiométabolique, respiratoire et psychosociale, entre autres. Face à cette situation, les grands organismes de santé insistent sur l'importance de l'évaluation périodique des enfants, de façon à suivre l'évolution de la situation, tout en améliorant la compréhension des facteurs individuels et environnementaux qui peuvent favoriser le surpoids et la faible CPA. L'objectif général de ce projet de doctorat était d'étudier les relations entre le statut pondéral, la CPA, ainsi que des habitudes de vie et indicateurs socioéconomiques des parents d'enfants de 6 à 12 ans de la ville de Québec. Pour ce faire, la validation sur une distance de 15 mètres de l'épreuve navette d'évaluation de la CPA des jeunes a été conduite, pour permettre son évaluation en milieux variés. De plus, toujours dans l'optique d'évaluer la santé globale des enfants, nous avons procédé à une étude qui avait pour objectif de confronter leur statut pondéral à la perception qu'ils en ont. Ce faisant, nous avons observé la sous-estimation généralisée que les enfants font de leur statut pondéral. De plus, nous avons identifié que les déterminants du statut pondéral et de la CPA des enfants étaient spécifiques au genre, de même que les influences du statut socioéconomique. Nous avons montré que l'âge de l'enfant, la scolarité de la mère et l'indice de masse corporelle (IMC) du père étaient des déterminants du pourcentage de gras des garçons, alors que l'âge de l'enfant, l'activité physique de la mère et l'IMC du père étaient des déterminants du pourcentage de gras des filles. Finalement, nous avons souligné que le revenu familial annuel influençait la V02max des enfants, mais cette relation était tributaire de la durée hebdomadaire de pratique d'activité physique organisée. La présente thèse souligne l'importance de mesurer la CPA des jeunes comme indicateur de santé.

L'objectif de l'étude était d'évaluer le lien entre la variabilité de la fréquence cardiaque (VFC) et le fonctionnement cognitif en tant que mécanisme sous-tendant l'effet bénéfique de l'activité physique (AP) sur la cognition. Les données de sept personnes âgées (65-81 ans) présentant un trouble cognitif léger (TCL) et des symptômes neuropsychiatriques, issues d'un plus vaste projet d'intervention en AP, ont été utilisées. Les mesures de la VFC, du fonctionnement cognitif (attention, mémoire et fonctions exécutives), des symptômes neuropsychiatriques et de la capacité cardiorespiratoire ont été réalisées avant et après un programme d'entraînement aérobie d'intensité élevée d'une durée de 12 semaines. Des analyses corrélationnelles ont été utilisées au prétest afin de valider la présence d'un lien entre la cognition et la VFC, ainsi que certaines variables confondantes (symptômes neuropsychiatriques et capacité cardiorespiratoire). Les changements bruts survenus entre le prétest et le posttest ont ensuite été décrits de manière exploratoire à l'aide de trois participants pour qui les données étaient disponibles. Les résultats des analyses corrélationnelles indiquent qu'une plus faible VFC et une plus grande capacité cardiorespiratoire sont associées de manière significative à de meilleures performances cognitives. Ces résultats sont appuyés par les changements bruts survenus entre le prétest et le posttest malgré l'hétérogénéité, possiblement liée à la présence des variables confondantes. La capacité cardiorespiratoire est améliorée chez tous les participants, alors que la VFC est diminuée chez un participant qui a pourtant des performances améliorées dans les différents domaines cognitifs évalués. En somme, les résultats suggèrent qu'une plus grande capacité cardiorespiratoire est associée à de meilleures capacités cognitives, indépendamment de l'activité du système parasympathique, et l'amélioration de la capacité cardiorespiratoire à la suite d'un programme d'entraînement serait davantage liée à l'amélioration des performances cognitives chez des aînés sédentaires présentant un TCL.

Les études d’imagerie par résonance magnétique fonctionnelle (IRMf) ont pour prémisse générale l’idée que le signal BOLD peut être utilisé comme un succédané direct de l’activation neurale. Les études portant sur le vieillissement cognitif souvent comparent directement l’amplitude et l’étendue du signal BOLD entre des groupes de personnes jeunes et âgés. Ces études comportent donc un a priori additionnel selon lequel la relation entre l’activité neurale et la réponse hémodynamique à laquelle cette activité donne lieu restent inchangée par le vieillissement. Cependant, le signal BOLD provient d’une combinaison ambiguë de changements de métabolisme oxydatif, de flux et de volume sanguin. De plus, certaines études ont démontré que plusieurs des facteurs influençant les propriétés du signal BOLD subissent des changements lors du vieillissement. L’acquisition d’information physiologiquement spécifique comme le flux sanguin cérébral et le métabolisme oxydatif permettrait de mieux comprendre les changements qui sous-tendent le contraste BOLD, ainsi que les altérations physiologiques et cognitives propres au vieillissement. Le travail présenté ici démontre l’application de nouvelles techniques permettant de mesurer le métabolisme oxydatif au repos, ainsi que pendant l’exécution d’une tâche. Ces techniques représentent des extensions de méthodes d’IRMf calibrée existantes. La première méthode présentée est une généralisation des modèles existants pour l’estimation du métabolisme oxydatif évoqué par une tâche, permettant de prendre en compte tant des changements arbitraires en flux sanguin que des changements en concentrations sanguine d’O2. Des améliorations en terme de robustesse et de précisions sont démontrées dans la matière grise et le cortex visuel lorsque cette méthode est combinée à une manipulation respiratoire incluant une composante d’hypercapnie et d’hyperoxie. Le seconde technique présentée ici est une extension de la première et utilise une combinaison de manipulations respiratoires incluant l’hypercapnie, l’hyperoxie et l’administration simultanée des deux afin d’obtenir des valeurs expérimentales de la fraction d’extraction d’oxygène et du métabolisme oxydatif au repos. Dans la deuxième partie de cette thèse, les changements vasculaires et métaboliques liés à l’âge sont explorés dans un groupe de jeunes et aînés, grâce au cadre conceptuel de l’IRMf calibrée, combiné à une manipulation respiratoire d’hypercapnie et une tâche modifiée de Stroop. Des changements de flux sanguin au repos, de réactivité vasculaire au CO2 et de paramètre de calibration M ont été identifiés chez les aînés. Les biais affectant les mesures de signal BOLD obtenues chez les participants âgés découlant de ces changements physiologiques sont de plus discutés. Finalement, la relation entre ces changements cérébraux et la performance dans la tâche de Stroop, la santé vasculaire centrale et la condition cardiovasculaire est explorée. Les résultats présentés ici sont en accord avec l’hypothèse selon laquelle une meilleure condition cardiovasculaire est associée à une meilleure fonction vasculaire centrale, contribuant ainsi à l’amélioration de la santé vasculaire cérébrale et cognitive. / Functional MRI (fMRI) studies using the BOLD signal are done under the general assumption that the BOLD signal can be used as a direct index of neuronal activation. Studies of cognitive aging often compare BOLD signal amplitude and extent directly between younger and older groups, with the additional assumption that the relationship between neuronal activity and the hemodynamic response is unchanged across the lifespan. However, BOLD signal arises from an ambiguous mixture of changes in oxidative metabolism, blood flow and blood volume. Furthermore, previous studies have shown that several BOLD signal components may be changed during aging. More physiologically-specific information on blood flow and oxidative metabolism would allow a better understanding of these signal changes and of the physiological and cognitive changes seen with aging. The work presented here demonstrates techniques to estimate oxidative metabolism at rest and during performance of a task. These techniques are extensions of previous calibrated fMRI methods and the first method presented is based on a generalization of previous models to take into account both arbitrary changes in blood flow and blood O2 content. The improved robustness and accuracy of this method, when used with a combined hypercapnia and hyperoxia breathing manipulation, is demonstrated in visual cortex and grey matter. The second technique presented builds on the generalization of the model and uses a combination of breathing manipulations including hypercapnia, hyperoxia and both simultaneously, to obtain experimentally-determined values of resting oxygen extraction fraction and oxidative metabolism. In the second part of this thesis, age-related vascular and metabolic changes are explored in a group of younger and older adults using a calibrated fMRI framework with a hypercapnia breathing manipulation and a modified Stroop task. Changes in baseline blood flow, vascular reactivity to the CO2 challenge and calibration parameter M were identified in the older participants. Potential biases in BOLD signal measurements in older adults arising from these physiological changes are discussed. Finally, the relationship between these cerebral changes and performance on the modified Stroop task, central vascular health and cardiovascular fitness are explored. The results of this thesis support the hypothesis that greater cardiovascular fitness is associated with improvements in central vascular function, contributing in turn to improved brain vascular health and cognition.

Les études d’imagerie par résonance magnétique fonctionnelle (IRMf) ont pour prémisse générale l’idée que le signal BOLD peut être utilisé comme un succédané direct de l’activation neurale. Les études portant sur le vieillissement cognitif souvent comparent directement l’amplitude et l’étendue du signal BOLD entre des groupes de personnes jeunes et âgés. Ces études comportent donc un a priori additionnel selon lequel la relation entre l’activité neurale et la réponse hémodynamique à laquelle cette activité donne lieu restent inchangée par le vieillissement. Cependant, le signal BOLD provient d’une combinaison ambiguë de changements de métabolisme oxydatif, de flux et de volume sanguin. De plus, certaines études ont démontré que plusieurs des facteurs influençant les propriétés du signal BOLD subissent des changements lors du vieillissement. L’acquisition d’information physiologiquement spécifique comme le flux sanguin cérébral et le métabolisme oxydatif permettrait de mieux comprendre les changements qui sous-tendent le contraste BOLD, ainsi que les altérations physiologiques et cognitives propres au vieillissement. Le travail présenté ici démontre l’application de nouvelles techniques permettant de mesurer le métabolisme oxydatif au repos, ainsi que pendant l’exécution d’une tâche. Ces techniques représentent des extensions de méthodes d’IRMf calibrée existantes. La première méthode présentée est une généralisation des modèles existants pour l’estimation du métabolisme oxydatif évoqué par une tâche, permettant de prendre en compte tant des changements arbitraires en flux sanguin que des changements en concentrations sanguine d’O2. Des améliorations en terme de robustesse et de précisions sont démontrées dans la matière grise et le cortex visuel lorsque cette méthode est combinée à une manipulation respiratoire incluant une composante d’hypercapnie et d’hyperoxie. Le seconde technique présentée ici est une extension de la première et utilise une combinaison de manipulations respiratoires incluant l’hypercapnie, l’hyperoxie et l’administration simultanée des deux afin d’obtenir des valeurs expérimentales de la fraction d’extraction d’oxygène et du métabolisme oxydatif au repos. Dans la deuxième partie de cette thèse, les changements vasculaires et métaboliques liés à l’âge sont explorés dans un groupe de jeunes et aînés, grâce au cadre conceptuel de l’IRMf calibrée, combiné à une manipulation respiratoire d’hypercapnie et une tâche modifiée de Stroop. Des changements de flux sanguin au repos, de réactivité vasculaire au CO2 et de paramètre de calibration M ont été identifiés chez les aînés. Les biais affectant les mesures de signal BOLD obtenues chez les participants âgés découlant de ces changements physiologiques sont de plus discutés. Finalement, la relation entre ces changements cérébraux et la performance dans la tâche de Stroop, la santé vasculaire centrale et la condition cardiovasculaire est explorée. Les résultats présentés ici sont en accord avec l’hypothèse selon laquelle une meilleure condition cardiovasculaire est associée à une meilleure fonction vasculaire centrale, contribuant ainsi à l’amélioration de la santé vasculaire cérébrale et cognitive. / Functional MRI (fMRI) studies using the BOLD signal are done under the general assumption that the BOLD signal can be used as a direct index of neuronal activation. Studies of cognitive aging often compare BOLD signal amplitude and extent directly between younger and older groups, with the additional assumption that the relationship between neuronal activity and the hemodynamic response is unchanged across the lifespan. However, BOLD signal arises from an ambiguous mixture of changes in oxidative metabolism, blood flow and blood volume. Furthermore, previous studies have shown that several BOLD signal components may be changed during aging. More physiologically-specific information on blood flow and oxidative metabolism would allow a better understanding of these signal changes and of the physiological and cognitive changes seen with aging. The work presented here demonstrates techniques to estimate oxidative metabolism at rest and during performance of a task. These techniques are extensions of previous calibrated fMRI methods and the first method presented is based on a generalization of previous models to take into account both arbitrary changes in blood flow and blood O2 content. The improved robustness and accuracy of this method, when used with a combined hypercapnia and hyperoxia breathing manipulation, is demonstrated in visual cortex and grey matter. The second technique presented builds on the generalization of the model and uses a combination of breathing manipulations including hypercapnia, hyperoxia and both simultaneously, to obtain experimentally-determined values of resting oxygen extraction fraction and oxidative metabolism. In the second part of this thesis, age-related vascular and metabolic changes are explored in a group of younger and older adults using a calibrated fMRI framework with a hypercapnia breathing manipulation and a modified Stroop task. Changes in baseline blood flow, vascular reactivity to the CO2 challenge and calibration parameter M were identified in the older participants. Potential biases in BOLD signal measurements in older adults arising from these physiological changes are discussed. Finally, the relationship between these cerebral changes and performance on the modified Stroop task, central vascular health and cardiovascular fitness are explored. The results of this thesis support the hypothesis that greater cardiovascular fitness is associated with improvements in central vascular function, contributing in turn to improved brain vascular health and cognition.