La baisse de la performance aérobie en climat tropical a été décrite dans de multiples activités d’endurance mais les processus responsables de cette altération restent assez méconnus. Nous nous proposons donc au travers d’études de laboratoire et de terrain, de tenter d'explorer les mécanismes responsables de cette baisse de performance aérobie en climat tropical. Si l'atteinte d'une température plafond est plutôt observée dans les protocoles de laboratoire, particulièrement à des intensités élevées, il semble que les mécanismes d'anticipation par réduction de l'intensité de l'exercice soient plus prégnants dans un environnement thermique qui exacerbe le stockage de chaleur. En effet, le climat tropical qui provoque l'augmentation du stockage de chaleur et les pertes hydriques, est un environnement susceptible de faire émerger l'un ou l'autre de ces processus. L'incapacité à opérer une thermorégulation optimale en raison de l'inefficacité des processus d'évaporation, mène théoriquement à une augmentation inéluctable de la température corporelle, catalysée par la déshydratation. Aussi, l'atteinte d'une température plafond pourrait être l'origine de l'arrêt de l'exercice. L'hyperthermie, en relation avec les contraintes d'humidité de l'air ambiant, est également susceptible d'accentuer le processus d'anticipation par une baisse d'intensité précoce, et donc la fatigue centrale. Ainsi, nous avons étudié sur 2 épreuves de compétition, un trail de 27 km et un half-Ironman, les relations entre les stratégies d’hydratation, l’évolution de la température gastro-intestinale et la performance des athlètes. Nous avons également testé en situations standardisées les différents paramètres pouvant être responsables de l’arrêt ou de la baisse d’intensité (i.e) en climat tropical : les paramètres cardio-respiratoires, les paramètres psychologiques, d'hydratation et de température corporelle, la fatigue musculaire et centrale. / The decrease in aerobic performance in tropical climate has been widely described in many endurance activities, but the processes responsible for this alteration remain relatively undetermined. We therefore propose through laboratory and field studies, to explore the mechanisms responsible for this diminution in aerobic performance in tropical climate. If reaching a 40 °C core temperature is rather observed in laboratory procedures, especially with high levels of exercise intensity, it seems that the mechanisms of anticipation by reducing the intensity of exercise are more proliferious in a thermal environment intensifying heat storage and dehydration. Indeed, the tropical climate elicits a rise in heat storage and water loss even if sweating is ineffective in releasing heat. The attainment of a critically high level of core temperature has been proposed as the main limiting factor of aerobic performance in the heat. In opposition with this hypothesis, the inability to control optimal thermoregulation in uncompensable environments could lead to central fatigue, with a reduction in power output subconsciously selected by the subjects in order to prevent core temperature from reaching dangerous levels.Thus, we studied on 2 competition events, a 27 km-trail and a half-Ironman, relations between hydration strategies, changes in gastrointestinal temperatures and athletes' performance. We also tested in standardized conditions different factors that may be responsible for exhaustion or decreasing intensity in tropical climate: cardio-respiratory parameters, psychological parameters, hydration and body temperature, and central and muscle fatigue.

La maladie de Parkinson (MP) est la deuxième maladie neurodégénérative la plus répandue au Canada et dans d’autres pays industrialisés. Cette pathologie se caractérise par des symptômes moteurs tels que les tremblements de repos, la rigidité musculaire, la difficulté à initier les gestes volontaires et la lenteur dans l’exécution des mouvements (i.e., akinésie et bradykinésie). Des symptômes non moteurs, tels que des troubles cognitifs, de sommeil et autres sont également couramment rencontrés. L’activité physique s’est montrée jusqu’à ce jour un complément intéressant aux traitements pharmacologiques et neurochirurgicaux existants pour soulager les symptômes de la MP. Cependant, malgré les connaissances acquises jusqu’à présent concernant l’impact de l’exercice physique chez les personnes atteintes de cette maladie, il est possible de constater que plusieurs questions demeurent encore sans réponse ou peu élucidées. Le présent travail s’insère donc dans un immense projet de recherche qui a pour but de combler certaines de ces lacunes. Plus précisément, l’objectif principal de cette thèse est d’évaluer les effets d’un entrainement de type aérobie chez une population atteinte de la MP sur les paramètres de marche, la mobilité du membre supérieur et les structures anatomiques cérébrales. Un second objectif est d’observer les relations existantes entre ces trois composantes, et d’autres paramètres tels que l’amélioration des capacités aérobies, les fonctions exécutives et les capacités d’apprentissage d’une nouvelle séquence motrice. Vingt adultes en bonne santé et 19 personnes atteintes de la MP ont participé à un programme d’entraînement de 3 mois sur vélo stationnaire, à raison de 3 séances par semaine durant lesquelles la durée (20 à 40 minutes) et l’intensité (60% à 80% de la fréquence cardiaque maximale) étaient augmentées de façon progressive. Plusieurs mesures telles que le patron de la I marche, la mobilité du membre supérieur, les fonctions exécutives, l’apprentissage d’une tâche motrice, les capacités aérobies (VO2 pic), les symptômes moteurs de la MP et quelques métriques provenant de données d’imagerie par résonance magnétique ont été acquises avant et après le programme d’exercice. Les résultats ont permis de démontrer qu’un entraînement de 3 mois sur vélo stationnaire est bénéfique pour les gens atteints de la MP. En effet, ce type d’exercice permet d’augmenter la cadence et la vitesse marche. Il est également possible de réduire la force antagoniste, en plus d’améliorer la propagation du signal neuromusculaire antagoniste, améliorant globalement la mobilité du membre supérieur. Finalement, un exercice aérobie de 3 mois permettre également d’augmenter le volume de certaines structures cérébrales, tel que le globus pallidus. Ce projet de recherche est parmi les premiers à démontrer l’efficacité d’un programme d’entraînement aérobie sur vélo stationnaire pour améliorer les paramètres de la marche et la mobilité du membre supérieur. Cette étude est également la première à investiguer les effets de l’exercice sur les structures cérébrales de personnes atteintes de la MP et ainsi essayer de comprendre les mécanismes qui sont sous-jacents aux améliorations des symptômes moteurs et non-moteurs suite à un programme d’activité physique d’intensité modérée à élevée. Nous croyons que les résultats obtenus aideront les spécialistes de l’activité physique à offrir une prescription d’exercice adaptée et variée pour la population de gens atteints de la maladie de Parkinson. / Parkinson’s disease (PD) is the second most common neurodegenerative disease in Canada and other industrialized countries. The pathology is characterized by motor symptoms such as resting tremor, muscle rigidity, difficulty in initiating voluntary gestures and slowness in the execution of movements (i.e. bradykinesia). Non-motor symptoms, such as cognitive impairment, sleep disorders and others are commonly encountered. To date, physical activity has been an interesting complement to existing pharmacological and neurosurgical treatments to relieve the symptoms of PD. However, despite the knowledge gained so far about the impact of physical exercise in patients with the disease, it is possible to note that many questions remain unanswered or unclear. This work is part of a larger research project that aims to fill some of theses gaps. More specifically, the main objective of this thesis is to evaluate the effects of an aerobic training in a population with PD on walking parameters, upper limb mobility and anatomical brain structures. A second objective is to observe the relationships existing between these three components, and with other parameters such as the improvement of aerobic capacities, the executive functions and the learning capacities of a new motor skill. 20 healthy adults and 19 persons with PD participated in a 3-month stationary recumbent bicycle training program, with 3 sessions per week during which the duration (20 to 40 minutes) and intensity (60 to 80%) were increased gradually. Several measures such as walking pattern, upper limb function, executive functions, learning of a new motor skill, aerobic capacities (VO2 peak), motor symptoms of PD and magnetic resonance imaging were acquired before and after the exercise program. The results showed that a 3-month training on stationary bike is beneficial for people with PD. Indeed, this type of exercise can increase the cadence and walking speed. It is also possible III to reduce the antagonist force, in addition to improve the propagation of this neuromuscular signal, generally improving the mobility of the upper limb. Finally, an aerobic exercise of 3 months can also increase the volume of certain brain structures, such as globus pallidus. This research project is among the first to demonstrate the effectiveness of a stationary bicycle aerobic exercise program to improve gait parameters and upper limb function in persons with PD. This study is also the first to investigate the effects of exercise on the brain structures of these patients and to try to understand the mechanisms that underlie improvements in motor and non-motor symptoms following a moderate to high intensity exercise program. We believe that the results obtained will help physical activity specialists to provide a more tailored and varied exercise prescription for people living with Parkinson’s disease.

L’augmentation de la pression artérielle est un facteur de risque important pour le développement du déclin cognitif ou de la démence en vieillissant. Les médicaments antihypertenseurs ont montré leur efficacité pour réduire la pression artérielle, mais leurs effets sur la santé cognitive restent toujours incertains. L’entrainement physique peut aussi avoir un effet positif sur la pression artérielle et ses effets sur la cognition sont de plus en plus documentés. Toutefois, aucune étude jusqu’à présent ne s’est intéressée à comparer directement les effets de ces deux types d’interventions sur la santé cognitive chez une même population. Ce projet de recherche avait donc pour objectif de comparer les effets d’un diurétique thiazidique (hydrochlorothiazide) à ceux d’un entrainement par intervalle à haute intensité (EIHI) sur la santé cognitive des aînés préhypertendus. Cette étude expérimentale de type avant-après souhaitait tester l’hypothèse que l’EIHI aurait un effet bénéfique sur les performances cognitives par rapport au traitement diurétique. Les effets sur la cognition ont été évalués en fonction des scores Z de changement obtenus à partir d’une batterie de tests neuropsychologiques réalisée avant et après l’intervention. Une ANCOVA à mesures répétées a été réalisée pour comparer les effets entre les deux groupes (EIHI, diurétique) sur les performances cognitives. L’âge et le sexe ont été utilisés comme covariables dans les analyses. À l’exception de la condition lecture du Stroop, les résultats de cette étude n’ont révélé aucune différence significative entre les deux groupes d’intervention. En effet, les participants du groupe diurétique se sont significativement améliorés (F[1,16] = 8,21 ; p = ,012) à cette condition par rapport aux participants du groupe entrainement physique. Cependant, aucune différence significative n’a été observée entre les groupes en rapport à la réduction de la pression artérielle. Les participants ayant pris part aux 12 semaines d’entrainement physique ont montré une amélioration significative de leur santé cardiorespiratoire (Vo2max) en comparaison au groupe diurétique. Ces résultats suggèrent donc l’efficacité d’un programme d’EIHI de courte durée pour l’amélioration de la santé cardiorespiratoire d’aînés préhypertendus, mais ne sont pas parvenus à déterminer une différence significative entre les deux groupes d’intervention sur le fonctionnement cognitif. De futures études seront donc nécessaires afin de comparer l’influence de ces deux approches sur la santé cognitive des aînés préhypertendus. / Increased blood pressure is an important risk factor for the development of cognitive decline or dementia in aging. Although various approaches appear to be effective in reducing blood pressure, their effects on cognitive health remain unclear. While there is still no clear consensus regarding the impact of antihypertensive drugs on cognition, the benefits associated with blood pressure reduction induced by exercise training appear to have more sustained results in the literature. However, no study to date has directly compared the effects of these two types of interventions on cognitive health in the same population. Therefore, the objective of this research project was to compare the effects of a thiazide diuretic (hydrochlorothiazide) with those of high-intensity interval training (HIIT) on the cognitive health of prehypertensive senior adults. This experimental before-and-after study sought to test the hypothesis that HIIT would have a beneficial effect on cognitive performance compared with diuretic treatment. Effects on cognition were assessed by Z scores change from a battery of neuropsychological tests performed before and after the intervention. A repeated-measures ANCOVA was performed to compare the effects between the two groups (HIIT, diuretics) on cognitive performance. Age and sex were used as covariates in the analyses. Except for the Stroop reading condition, the results of this study revealed no significant differences between the two intervention groups. Indeed, participants in the diuretic group improved significantly (F[1,16] = 8,21; p = ,012) on this condition compared to participants in the physical training group. However, no significant difference was observed between the groups in relation to blood pressure reduction. The participants who took part in the 12-week physical training program showed significant improvement in Vo2max compared with the diuretic group. These results suggest that a short-term physical training program is an effective way to improving cardiovascular health in prehypertensive seniors but failed to determine a significant difference between the two intervention groups on cognitive functioning. Future studies are therefore needed to compare the influence of these two approaches on cognitive health of prehypertensive senior adults.

Un grand défi des cliniciens dans le domaine des commotions cérébrales est de déterminer le moment où l’athlète est prêt à retourner au jeu. Pour guider cette décision, plusieurs ont recours à l’évaluation cognitive pour accompagner l’évaluation des symptômes de l’athlète. Toutefois, plusieurs études appuient la nécessité de développer des tâches cognitives plus raffinées avec des propriétés psychométriques adéquates. Par ailleurs, une étude récente montre que des déficits cognitifs sont exacerbés par l’exercice physique chez 27,7 % des athlètes ayant reçu l’autorisation médicale de retourner au jeu et montrant des résultats normaux à l’état de repos, suggérant une récupération incomplète. Le but de cette thèse consiste en l’élaboration d’un outil, valide et accessible, pour évaluer la disposition d’un athlète à retourner au jeu à la suite d’une commotion, ainsi que pour évaluer les déficits à long terme (c.-à-d., plus de six mois) associés à la blessure. Cet outil comprend un protocole d’exercice standardisé (20 minutes à 80 % de la fréquence maximale théorique sur vélo) et une tâche cognitive, appelée la tâche d’alternance. Dans l’article I, nous avons examiné les propriétés psychométriques de la tâche cognitive. Les résultats suggèrent que la tâche d’alternance est une mesure valide des fonctions exécutives et montre une bonne fidélité test-retest. Ils indiquent aussi que les coûts d’alternance, traditionnellement calculés pour isoler les différentes composantes des fonctions exécutives, ne montrent pas d’aussi bonnes propriétés psychométriques que les variables primaires (vitesse de réaction, précision des réponses et score d’efficacité inverse). Dans l’article II, nous avons mesuré l’effet de pratique associé à la passation répétée de la tâche à des intervalles de 48 heures, dans le but de répliquer l’administration en série de cette tâche lors du suivi post-commotion. Les résultats indiquent que la performance s’améliore durant les trois premières passations de la tâche et que l’utilisation d’une version alternative ne permet pas d’éliminer l’effet de pratique. Dans l’article III, nous avons déterminé que notre outil détenait la capacité de détecter des déficits cognitifs chez des athlètes ayant réussi le protocole de retour au jeu de Zurich. Spécifiquement, notre outil a permis de créer trois sous-groupes : 80 % des athlètes qui ne montrent aucun déficit ; 20 % des athlètes qui montrent des déficits cognitifs au repos sur la tâche d’alternance ; 10 % des athlètes qui montrent des déficits seulement après l’exercice. Ainsi, lorsqu’utilisés ensemble, la tâche d’alternance et le protocole d’exercice permettent de détecter des déficits chez jusqu’à 30 % des athlètes, qui sont pourtant considérés comme rétablis. Dans l’article IV, nous avons montré que notre outil peut détecter les déficits persistants associés à la commotion. Alors qu’au repos aucun déficit n’est observé, l’évaluation post-exercice révèle des déficits chez 20 % des athlètes avec un historique de commotions. En somme, nos résultats soutiennent l’utilisation de notre outil pour l’évaluation du retour au jeu. Les résultats de cette thèse réaffirment la nécessité de changer la norme pour l’évaluation de la commotion. Sur la base des résultats actuels, l’utilisation de tâches cognitives valides et sensibles aux effets de la commotion au-delà de la phase symptomatique, associée à un protocole d’exercice, devrait devenir l’étalon-or. / Concussion is especially hard to detect because clinicians must rely on self-reported symptoms to diagnose the injury and to determine when an athlete is ready to safely return to play (RTP). To guide the latter decision, many use cognitive testing. However, several studies indicate the need to develop more refined cognitive tasks, with better psychometric properties than those currently used to assess concussion. Another option would be to perform the psychometric validation of experimental tasks frequently used in research settings. Further, a recent study suggests that physical exercise can reveal deficits that were not perceptible at rest in one in four athletes, thus indicating incomplete recovery in a significant minority of the concussed athletes. Accordingly, this dissertation aimed to develop a valid and easily accessible tool to assess the readiness of recently concussed athletes to safely return to play, as well as to assess deficits in the protracted phase of the recovery. The tool includes a standardized exercise protocol (20-min on an ergocycle at 80% theoretical maximum heart rate) and a cognitive task (color-shape switch task). In the first manuscript, we examined the construct validity and the test-retest reliability of the switch task. The results suggest that the switch task is a valid measure of executive functions that shows an adequate test-retest reliability. The results also suggest that the switch costs, which are traditionally computed to isolate the different components of executive functions, do not show as good psychometric properties as primary variables do (i.e., reaction time, accuracy, and inverse efficiency score). In the second manuscript, we measured the practice effect associated with serial administration of the switch task. The results indicate that the performance improves during the first three assessments when the task is completed every 48 hours. Also, they do not support the use of alternative versions of the task in order to eliminate the practice effect as it is still present. In the third manuscript, we determined that our tool has the requisite sensitivity for detecting cognitive deficits in recently concussed athletes who had successfully completed the RTP protocol. Specifically, our tool detected deficits in 20% of athletes when the switch task is completed at rest and in an additional 10% when it is completed post-exercise. Thus, our tool can detect deficits in up to 30% of athletes who had received their medical clearance to RTP. In the 4th manuscript, we showed that our tool can detect persistent deficits stemming from sports concussion. The post-exercise testing showed deficits in 20% of athletes, deficits that were not detected at rest. Thus, the use of an acute bout of aerobic exercise may increase the sensitivity of the cognitive testing. The results herein support the use of the switch task, before and after an acute bout of exercise of moderate intensity. Moreover, they reaffirm the necessity to change the standard for assessing sports concussion. Indeed, based on the current results, the use of valid and reliable cognitive tasks, sensitive to the effects of concussion beyond the symptomatic phase, in combination with an exercise protocol, should become the gold standard.