Ce travail de thèse a pour but l’étude des douleurs de dos qui surviennent chez l’astronaute présentant davantage de hernies discales par rapport à une population contrôle. Nos recherches visent à comprendre la physiopathologie de ce phénomène et à étudier les conséquences cliniques de ce déconditionnement vertébral qui participe également aux troubles posturaux. Cet axe de recherche est recommandé par les différentes agences spatiales internationales. Pour cela nous avons eu l’opportunité d’analyser les données dans deux modèles d’études des effets de la microgravité : l’immersion sèche (n=11) et l’alitement tête déclive (n=9) et un état analogue, le confinement (n=4). Seuls les principaux résultats de l’immersion sèche, méthode d’étude nouvelle de notre paradigme, sont rapportés dans ce résumé. Celle-ci a permis grâce à l’imagerie et la spectroscopie par résonnance magnétique nucléaire de la colonne vertébrale, d’analyser en 3 dimensions le disque intervertébral et d’objectiver l’augmentation du contenu en eau (+17%) du volume de ce disque (+9,5%). Les variations du tonus des muscles paravertébraux et des membres inférieurs ont été mesurées avec la très récente et non-invasive technologie MyotonPRO. Une diminution du tonus musculaire (-7,3%) a été retrouvée, associée à une atrophie musculaire (-10,6%) ainsi qu’une perte de force démontrée sur les membres inférieurs. Ces résultats, attestant un déconditionnement musculaire, sont cohérents avec le déconditionnement postural immédiatement après immersion sèche. Nous avons également étudié les paramètres d’occlusion dentaire, qui font partie des entrées posturales et peuvent affecter la bonne stabilité du corps. Finalement deux éléments interviennent dans l’explication des dysfonctions vertébrales : l’augmentation de la taille de la colonne liée à celle du volume des disques intervertébraux. On note également une atrophie des muscles paravertébraux, qui joue un rôle majeur dans la posture. Nous avons par ailleurs montré le rôle de l’occlusion dentaire dans le déconditionnement vertébral et postural. En conclusion : le tonus musculaire, la bonne mobilité vertébrale et l’équilibre de l’occlusion dentaire sont des éléments à préserver pendant et après un séjour en impesanteur, afin d’éviter les effets délétères du déconditionnement. / This work focuses on the study of back pain experienced by astronauts, who present with a greater incidence of herniated discs compared to a control population. Our research aims at understanding the physiopathology of this phenomenon and to study the clinical consequences of vertebral deconditioning which also contributes to postural disorders. This line of research has been recommended by the various international space agencies. For this reason, we had the opportunity to analyze data in two models simulating the effects of microgravity: dry immersion (n = 11) and head-down bed rest (n = 9), and a similar state, confinement (n = 4). Only the main results of dry immersion, a new method of studying our paradigm, are reported in this summary. Using magnetic resonance imaging and spectroscopy of the vertebral column, it was possible to analyze the intervertebral disc in 3 dimensions and to objectify the increase in water content (+ 17%) and the increase in intervertebral disc volume (+ 9.5%). Variations in paravertebral and lower limb muscle tone were measured with the very recent, and non-invasive, MyotonPRO technology. A decrease in muscle tone (-7.3%) was found to be associated with muscular atrophy (-10.6%) as well as a loss of strength in the lower limbs. These results, attesting to muscle deconditioning, are consistent with postural impairment immediately after dry immersion. We also studied variations in dental occlusion, which is involved with the maintenance of posture and could affect balance. In summary, two elements are involved in the explanation of vertebral dysfunction: the increase in spine height, related to increased intervertebral discs volume and paravertebral muscles atrophy, which plays a major role in posture. However, we also showed a role of dental occlusion in vertebral and postural deconditioning. In conclusion: muscle tone, good vertebral mobility, and dental occlusion are elements to be preserve during and after an exposure to weightlessness to avoid the deleterious effects of deconditioning.

Cette étude a été subventionnée par le Fonds de recherche du Québec - Santé (FRQ-S, grant # 21230 – 2) / Les infiltrations foraminales cervicales sont associées à un risque de complications neurologiques majeures. Cette étude compare l’efficacité des infiltrations facettaires, plus sécuritaires, à celle des infiltrations foraminales dans le traitement de la cervico-brachialgie secondaire à une spondylose et/ou à une hernie discale, à 4 semaines post traitement. Cinquante-six sujets ont été randomisés pour recevoir une infiltration foraminale (15 hommes, 13 femmes ; âge moyen 52 ans) ou facettaire (8 hommes, 20 femmes ; âge moyen 44 ans). L’issue principale était l’intensité de la douleur mesurée sur une échelle visuelle analogique (0 – 100). Les issues secondaires étaient le Neck Disability Index et le Medication Quantitative Scale. Suivant les analyses en intention-de-traiter et en intention-du-protocole, pour un score de douleur initial moyen, une réduction significative de l’intensité de la douleur a été observée avec les infiltrations facettaires [45.3% (95%CI: 21.4; 69.2) et 37.0% (95%CI: 9.2; 64.7)] contrairement aux infiltrations foraminales [9.8% (95%CI: +11.5; 31.2) et 17.8% (95%CI: +6.6; 42.2)]. Les infiltrations facettaires ont procuré une amélioration cliniquement (mais non statistiquement) significative du Neck Disability Index [24.3% (95%CI: +2.9; 51.5) et 20.7% (95%CI: +6.2; 47.6),], contrairement aux infiltrations foraminales [9.6% (95%CI: +15.2; 34.4) et 12.8% (95%CI: +11.2; 36.7)]. Les infiltrations facettaires étaient au moins aussi efficaces que les infiltrations foraminales pour un score initial de douleur ≤ 60, alors que l’analyse de non infériorité n’était pas concluante pour un score initial ≥ 80, de même que pour le Neck Disability Index. Les infiltrations n’ont pas été associées à une réduction du score de Medication Quantitative Scale. Les infiltrations facettaires sont efficaces dans le traitement de la névralgie cervico-brachiale et représentent une alternative valable et plus sécuritaire aux infiltrations foraminales. / Transforaminal corticosteroid injections can be performed in the management of cervical radiculopathy but carry the risk of catastrophic complications. This study compares the efficacy of transforaminal and facet corticosteroid injections at 4 weeks post treatment. We randomly assigned 56 subjects to receive CT-guided transforaminal (15 men, 13 women; mean age 52 years; range 28 – 72 years) or facet (8 men, 20 women; mean 44 years; range 26 – 60 years) injections. The primary outcome was pain severity rated on a visual analog scale (0-100). Secondary outcome measures were the Neck Disability Index and the Medication Quantitative Scale. In the intention-to-treat and as-treated analyses, for a mean baseline score, facet injections demonstrated a significant pain score reduction of 45.3% (95%CI: 21.4; 69.2) and 37.0% (95%CI: 9.2; 64.7), while transforaminal injections showed nonsignificant pain score reduction of 9.8% (95%CI: +11.5; 31.2) and 17.8% (95%CI: +6.6; 42.2). While facet injections demonstrated an improvement in Neck Disability Index score of [24.3% (95%CI: +2.9; 51.5); 20.7% (95%CI: +6.2; 47.6),] as opposed to transforaminal injections [9.6% (95%CI: +15.2; 34.4); 12.8% (95%CI: +11.2; 36.7)], the results did not reach statistical significance. Noninferiority of facet to transforaminal injections was demonstrated for baseline pain score ≤ 60, while noninferiority analysis was inconclusive for baseline pain score ≥ 80 and for the Neck Disability Index score. Neither intervention showed a significant medication intake score reduction over time. Facet injections are effective for the treatment of cervical radiculopathy and represent a valid and safer alternative to transforaminal injections.

Chronic pain affects 20 % of the global population, causes suffering, is difficult to treat, and constitutes a large economic burden for society. So far, the characterization of molecular mechanisms of chronic pain-like behaviors in animal models has not translated into effective treatments. In this thesis, consisting of five studies, pain patient biofluids were analyzed with modern proteomic methods to identify biomarker candidates that can be used to improve our understanding of the pathophysiology chronic pain and lead to more effective treatments. Paper I is a proof of concept study, where a multiplex solid phase-proximity ligation assay (SP-PLA) was applied to cerebrospinal fluid (CSF) for the first time. CSF reference protein levels and four biomarker candidates for ALS were presented. The investigated proteins were not altered by spinal cord stimulation (SCS) treatment for neuropathic pain. In Paper II, patient CSF was explored by dimethyl and label-free mass spectrometric (MS) proteomic methods. Twelve proteins, known for their roles in neuroprotection, nociceptive signaling, immune regulation, and synaptic plasticity, were identified to be associated with SCS treatment of neuropathic pain. In Paper III, proximity extension assay (PEA) was used to analyze levels of 92 proteins in serum from patients one year after painful disc herniation. Patients with residual pain had significantly higher serum levels of 41 inflammatory proteins. In Paper IV, levels of 55 proteins were analyzed by a 100-plex antibody suspension bead array (ASBA) in CSF samples from two neuropathic pain patient cohorts, one cohort of fibromyalgia patients and two control cohorts. CSF protein profiles consisting of levels of apolipoprotein C1, ectonucleotide pyrophosphatase/phosphodiesterase family member 2, angiotensinogen, prostaglandin-H2 D-isomerase, neurexin-1, superoxide dismutases 1 and 3 were found to be associated with neuropathic pain and fibromyalgia. In Paper V, higher CSF levels of five chemokines and LAPTGF-beta-1were detected in two patient cohorts with neuropathic pain compared with healthy controls. In conclusion, we demonstrate that combining MS proteomic and multiplex antibody-based methods for analysis of patient biofluid samples is a viable approach for discovery of biomarker candidates for the pathophysiology and treatment of chronic pain. Several biomarker candidates possibly reflecting systemic inflammation, lipid metabolism, and neuroinflammation in different pain conditions were identified for further investigation. / Uppsala Berzelii Technology Centre for Neurodiagnostics