Ce mémoire doctoral vise à approfondir les connaissances dans le domaine de la réadaptation, de la neurostimulation et de la pratique mentale basée sur l’imagerie motrice (IM). Très peu d’études ont mesuré les effets de ces deux techniques en combinaison et il existe à notre connaissance seulement une étude ayant mesuré les effets de ces deux techniques au niveau du membre inférieur. Concrètement, l’objectif principal du mémoire doctoral est de mesurer les effets de l’IM combinée à la stimulation transcrânienne à courant continu (STCC) sur les performances motrices d’une séquence complexe de mouvements de la jambe chez des sujets sains. Une étude expérimentale d’une seule séance, avec un protocole en double aveugle, placebo contrôle, a été réalisée auprès de 36 adultes sains. Les sujets ont été divisés aléatoirement en trois groupes égaux, soit un groupe recevant une stimulation anodale active du cortex moteur de la jambe combinée à l’IM, un groupe recevant une stimulation placebo combinée à l’IM et un groupe recevant une stimulation placebo combinée à une tâche de lecture. Les sujets devaient apprendre puis réaliser une séquence complexe de huit mouvements avec la jambe dominante, afin de mesurer la précision et la vitesse des séquences complétées. Les résultats ont démontré un effet d’acquisition de la séquence, soit immédiatement et 30 minutes après l’intervention, de même que des capacités d’IM équivalentes et ce pour tous les groupes. Cependant, contrairement à nos hypothèses, les résultats n’ont démontré aucun effet additionnel de l’IM ou de la combinaison de l’IM et de la neurostimulation sur le nombre de séquences correctement exécutées ou sur le temps d’exécution. Ce mémoire doctoral contribue toutefois à l’avancement des connaissances en démontrant la pertinence de réaliser des études auprès de populations saines afin de valider les paramètres d’intervention avant l’utilisation des interventions auprès de populations cliniques. / This doctoral thesis aimed at further developing knowledge on novel techniques to improve rehabilitation notably neurostimulation and mental practice based on motor imagery (MI). Very few studies have combined these two techniques and only one study combined these two techniques to investigate its effects on the lower limb. More precisely, the objective of this doctoral thesis is to study the effects of mental practice based on motor imagery (MI) combined with transcranial direct current stimulation (tDCS) on leg motor performances in healthy subjects, using a complex foot-movements sequence. A single session experimental study was conducted, using a double blind, placebo controlled protocol with 36 healthy adults. Subjects were randomly assigned to one of three equal groups: one receiving active anodal stimulation over the leg region of the motor cortex combined with motor imagery training, one receiving sham stimulation combined with motor imagery training and one receiving sham stimulation combined with a reading task. Subjects had to learn then execute a complex 8-movement sequence with their dominant leg; the goal being to measure accuracy and speed of completed sequences. Results showed new skill acquisition, immediately after and 30 minutes after the intervention in all groups. Results also showed that all three groups had similar MI abilities. However, contrary to our hypothesis, our results showed no additional effect of MI training or of the combination of MI training and stimulation, measured by an increase number of correctly performed sequences or by an decreased in execution time, suggesting that motor performances were similar for all three groups. This doctoral thesis contributes to scientific knowledge by showing the relevance of conducting research with healthy populations in order to validate the interventions before implementing the interventions with a clinical population.

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Lorsqu'une ischémie a lieu dans un territoire tissulaire des membres inférieurs, elle peut être à l'origine de douleurs survenant à la marche, limitant ainsi la capacité de marche des patients. Cette évaluation de la capacité de marche est difficile en raison de la difficulté qu'ont les patients à évaluer leurs limitations à la marche. Différents outils de mesure ont été développés comme des questionnaires, des tests de laboratoire notamment sur tapis et des tests ambulatoires comme le GPS. Les travaux menés ont permis de montrer les limites d'un questionnaire préalablement validé ( Walking Impairment Questionnaire) et de développer un nouveau questionnaire d'évaluation de la capacité de marche plus court et tout aussi fiable. De plus, le concept de variabilité de la capacité de marche à court terme a été mis en évidence par GPS. Cette variabilité à court terme pourrait être l'une des explications à cette difficulté d'évaluation de la capacité de marche. Les durées optimales du test sur tapis à charge constante ont aussi été précisées. Enfin, différentes localisations ischémiques ont été présentées au niveau des membres inférieurs et nous avons montré que certains patients avec une limitation de la capacité de marche ont une hypoxémie d'effort à la marche. Celle-ci pourrait être la cause de leur limitation de leur capacité de marche. Ces travaux permettront de mieux évaluer la capacité de marche de l'artériopathe à la fois pour le diagnostic mais aussi pour la prise en charge thérapeutique.

L'objectif de cette thèse était d'appréhender les effets de la croissance et de l'expertise sur les propriétés biomécaniques des membres inférieurs de l'Homme. Pour ce faire, une série d'expérimentations se basant sur un modèle "masse-ressort" associé à des tâches de sauts verticaux ont été menées dans des conditions de terrain. Nous avons démontré dans un premier temps qu'un système accélérométrique transportable et autonome pourrait être utilisé, in situ, d'une manière fiable et valide afin d'estimer l'ensemble des paramètres mécaniques et indices neuromusculaires étudiés au cours de ce travail de recherche. Ensuite, au cours d'une étude croisée, nous avons identifié un âge d'or pour la maturation des paramètres neuromusculaires des membres inférieurs qui se situe autour de 15-16 ans, âge de début de différenciation fille/garçon et d'évolution des propriétés neuromusculaires du cycle étirement-renvoi vers l'âge adulte. Enfin, nous avons étudié l'effet de l'expertise sur les qualités physiques du sportif. Les résultats montrent clairement que le comportement neuromécanique des membres inférieurs évolue avec l'expertise sportive, d'une façon spécifique à l'activité.

Le vieillissement de la population mondiale s’accompagne de l’augmentation de la prévalence des maladies non transmissibles, dont certaines liées à l’athérosclérose. Les études épidémiologiques sur l’artériopathie oblitérante des membres inférieurs (AOMI) ont été majoritairement menées dans les pays occidentaux. Peu d’entre elles sont conduites dans les pays à faible et moyen revenu, comme les pays africains alors que la rapide transition socio-économique de ces pays entraîne une modification épidémiologique importante. Le programme EPIDEMCA (Épidémiologie des Démences en Afrique Centrale), enquête épidémiologique transversale multicentrique en population générale âgée de 65 ans et plus, a été mené en zones rurales et urbaines de deux pays d’Afrique Centrale: la République Centrafricaine (RCA) et la République du Congo (RDC), entre 2011 et 2012. Durant la première phase, l’enquête épidémiologique a permis de déterminer la prévalence de l’AOMI et d’analyser les facteurs de risque associés. L’AOMI a été définie par un Index de Pression Systolique (IPS) ≤ 0,9. Parmi les 1871 participants évalués sur le plan vasculaire, la prévalence de l’AOMI a été de 14,8% et atteignant 22,2% pour les sujets âgés de 80 ans et plus. Une prévalence plus importante de l’AOMI a été retrouvée dans les zones urbaines en RDC (20,7% versus 14,4% dans la zone rurale, p=0,0114). Cette différence n’a pas été retrouvée en RCA (11,5% urbain versus 12,9%, rural p=NS). Après ajustement à tous les possible facteurs confondants, des facteurs de risque associés avec l’AOMI ont été décrits : l’âge (OR: 1,03 ; p=0,0039), l’hypercholestérolémie (OR: 1,88 ; p=0,0034), le tabac (OR: 1,78 ; p=0,0026). Plus particulièrement, cette première étude en population générale ayant analysé spécifiquement le rôle de la dénutrition (Index de Masse Corporelle <18) dans l’AOMI met en évidence une association significative (OR: 2,09; p=0,0009) et ceci autant chez les hommes que chez les femmes (OR: 2,82; p= 0,0038 et respectivement OR: 1,75; p= 0,0492). Lors de la deuxième phase de l’étude, ayant permis la confirmation de l’atteinte cognitive, nous avons analysé l’association entre l’IPS et la présence des troubles cognitifs. La prévalence des troubles cognitifs s’est avérée être de 13,6%, plus importante chez les sujets avec IPS≤0,9 et IPS≥1,4 que chez les sujets avec 0,9<IPS<1,4 (20,1% et 17% versus 12%, p=0,0024). La présence des troubles cognitifs a été significativement associée avec l’âge (OR: 1,09; p<0,0001), le sexe féminin (OR: 2,36; p<0,0001), la consommation de tabac (OR: 1,78; p=0,0026) et l’IPS <0,90 (OR: 1,52; p=0,0359). Ce travail, s’inscrivant dans le cadre du programme EPIDEMCA, contribue à une meilleure connaissance de l’épidémiologie de l’AOMI sur le continent Africain. Il souligne la haute prévalence de cette pathologie, comparable aux pays occidentaux décrit les facteurs de risque spécifiques associés et met en évidence l’importance des outils de diagnostic de l’athérosclérose (IPS), fiables, peu coûteux et d’utilisation facile dans le dépistage des sujets à risque polyvasculaire. / With the aging of the global population, the prevalence of non-communicable, including cardiovascular, diseases is increasing. While epidemiological studies on peripheral artery disease (PAD) have been mainly conducted in high-income countries, a few have been carried out in low-and middle-income countries, including in Africa. EPIDEMCA (Epidemiology of Dementia in Central Africa) is a cross-sectional population-based study in rural and urban areas of two countries of Central Africa: Central African Republic (CAR) and the Republic of Congo (ROC). Overall, its aim was to investigate the health status in aging population in Central Africa, with a special focus on cognitive disorders, PAD (Ankle-Brachial Index (ABI) ≤0.90). and cardiovascular risk factors as well as their inter-relationship. The EPIDEMCA program was carried out, among people aged 65 years and over, between 2011 and 2012. Among 2002 subjects who agreed to participate, reliable demographic and vascular data were available in 1871 subjects.Overall, the prevalence of PAD was 14.8% reachting 22.2% after the age of 80. The prevalence was higher in ROC than in CAR (17.4% vs. 12.2%, p=0.0071) and in females than males (16.6% vs. 11.9%, p=0.0122). Higher rates of PAD were found in urban area in ROC (20.7% vs. 14.4% in rural area, p=0.0114), not in CAR (11.5% vs. 12.9%, p=ns). In the multivariate analysis, PAD significantly associated factors were described: age (OR: 1.03; p=0.0039), dyslipidemia (OR: 1.88; p=0.0034), smoking (OR: 1.78; p=0.0026), and more specifically undernutrition (OR: 2.09, p=0.0009). Undernutrition was still significantly associated with PAD after adjustment to all potential confounding factors in males as well as in females (OR: 2.82, p= 0.0038 respectively OR: 1.75, p= 0.0492). As epidemiological research on the implication of atherosclerosis in the development of cognitive impairment in general population is lacking in Africa, we focused on the role of ABI as an available marker of atherosclerosis, providing independent and incremental information on subjects’ susceptibility to present cognitive disorders.The prevalence of cognitive impairment among the study participants was 13.6%, higher in subjects with ABI≤0.9 and ABI≥1.4 than those with 0.9<ABI<1.4 (20.1% and 17% vs. 12%, p=0.0024). Cognitive impairment was significantly associated with age (OR: 1.09; p<0.0001), female gender (OR: 2.36; p<0.0001), smoking (OR: 1.78; p=0.0026) and low (≤0.90) ABI (OR: 1.52; p=0.0359). The EPIDEMCA program contributes to a better understanding of PAD in general African population. It highlights the the high prevalence of PAD on the African continent, describes specifically associated risk factors and underlines the importance of an available, inexpensive marker of atherosclerosis in order to detect risk populations in these countries.

La lombalgie est un problème de santé public induisant de nombreuses répercussions sur le plan économique et social. Le passage à la chronicité concerne moins de 10% des lombalgies, mais représente 85% des coûts liés à la prise en charge de cette pathologie. Dans ce contexte, il parait indispensable de pouvoir optimiser les programmes de réentrainement à l’effort du lombalgique chronique afin de les rendre le plus efficace et le plus pertinent possible. Ce travail de thèse a pour objectif d’évaluer les facteurs mécaniques des membres inférieurs au moyen des relations moment-vitesse dans des conditions isocinétiques. Dans une première étude, nous avons évalué les muscles extenseurs du genou et les muscles fléchisseurs et extenseurs du tronc chez des sujets lombalgiques et des sujets sains. Nous avons, ainsi mis en évidence une faiblesse significative au niveau de la force et de la puissance des muscles extenseurs du genou chez les sujets lombalgiques associée à la faiblesse musculaire du tronc classiquement évoquée pour cette population. Après avoir mis en place, dans une seconde étude, un protocole d’évaluation permettant d’établir des relations moment- et puissance-vitesse pour les muscles extenseurs et fléchisseurs de la hanche, nous avons évalué la force et la puissance de ces groupes musculaires chez des sujets lombalgiques. Les résultats ont, comme pour la première étude, mis en avant une faiblesse significative au niveau de la force et de la puissance de ces groupes musculaires, par rapport à des sujets sains, avec un déficit plus marqué au niveau des extenseurs, comme pour le tronc. L’ensemble des résultats obtenus dans le cadre de ce travail de thèse démontre qu’il est important de proposer un travail de force et de puissance au niveau des membres inférieurs pour les patients lombalgiques chroniques afin de mieux lutter contre le syndrome de déconditionnement qui touche l’ensemble des chaines musculaires des patients. / Low back pain is a public health problem inducing economical and social consequences. Chronicity involves less than 10% of low back pain, but represents 85% of the total costs related to this pathology. In this context, it seems essential to optimize chronic low back pain rehabilitation programs to make them more effective and relevant. The purpose of this phD was then to evaluate lower limbs mechanical factors using torque- and power-velocity relationships. In a first study, knee extensors muscles and trunk flexor and extensor muscles were evaluated in chronic low back pain and healthy subjects. A significant knee extensor strength and power weakness weas observed for chronic low back pain subjects, associated with the typical trunk weakness referred to this population. The second study focused on establishing a protocol allowing assessing hip flexor and extensor torque- and power-velocity relationships. This protocol was then applied to evaluate flexor and extensor hip muscles in chronic low back pain subjects. Results, in accordance with the first study, highlighted a significant strength and power weakness for hip muscle groups in chronic low back pain relative to healthy subjects, with a greater hip extensor deficit, as it is generally observed for the trunk.In conclusion, these different studies showed the importance of proposing torque and power lower limbs rehabilitation for chronic low back pain patients to better fight against the deconditioning syndrome that affects all muscular chains in this population.

Introduction : Il est estimé que 10 à 15% des individus âgés de plus de 60 ans sont atteints d'arthrose de degrés variés, ce qui engendre des coûts élevés pour nos systèmes de santé. En particulier, l'arthrose fémoro-tibiale interne entraîne une diminution de l'activité physique et une plus grande sédentarité de la population atteinte à cause de la douleur ressentie durant les activités de la vie de tous les jours, comme la marche. Il a été montré que les personnes souffrant d'arthrose fémoro-tibiale ont souvent recours à des stratégies motrices compensatoires pour palier à la douleur. Ces stratégies motrices agissent en latéralisant les forces de contact articulaire, diminuant les contraintes entre le condyle fémoral et le plateau tibial interne. C'est ainsi que le ré-entraînement de la marche, une intervention prospective élaborée en recherche, qui vise à altérer le patron de marche des individus dans le but de diminuer les contraintes entre le condyle et le plateau tibiale a vu le jour. Toutefois, la relation entre les forces de contact articulaire et les modifications de marche n'a, à notre connaissance, pas été quantifiée. De plus, l'impact des modifications de marche sur les articulations de la cheville et de la hanche n'ont que peu été décrit dans la littérature scientifique. C'est pourquoi l'objectif général de la thèse est de décrire l'impact individuel d'une modification de la marche dans le but d'optimiser son implémentation dans la pratique clinique. L'hypothèse générale associée est qu'une modification de marche à un impact sur la cinématique et la cinétique de chaque articulation du membre inférieur. De plus, l'impact de ces modifications est modulée par l'indice de masse corporel et l'alignement du membre inférieur de chaque individu. Méthode : La collecte des données cinématiques et cinétiques a été effectuée à l'aide d'un système de capture du mouvement Vicon (9 caméras, Vicon motion system, Oxford, UK, 100Hz) et d'un tapis roulant instrumenté avec deux plateformes de force (Bertec, Columbus, OH, USA, 1000Hz). Les individus ont altéré leur marche à l'aide d'une rétroaction visuelle projetée sur un écran placé devant eux (Chapitre 4, N = 23 participants sains ; Chapitre 6, N = 29 participants sains). Les données de 120 individus souffrant d'arthrose fémoro-tibiale, ont été collectées la semaine précédant une arthroplastie totale unilatérale du genou. L'alignement du membre inférieur préopératoire a été évalué à l'aide d'une radiographie complète du membre inférieur et à l'aide d'un système de capture du mouvement (12 caméras, VICON Peak, Oxford, UK, 100Hz) dans une position debout standardisée. Résultats : Une modification de marche, simple ou combinée, visant à diminuer le moment d'adduction au genou impact aussi la cinétique à la cheville et/ou la hanche de manière significative (Chapitre 4). Un système de capture du mouvement n'est pas fiable pour estimer l'alignement du membre inférieur chez des individus avec un indice de masse corporel supérieur à 30kg/m² (Chapitre 5). L'interaction entre l'alignement du membre inférieur et les altérations de marche contribuent significativement à la variance observée aux moments de force externes chez une partie des individus (Chapitre 6). Conclusions : Une modification de marche implique aussi des variations significatives des moments de force externes au niveau de la cheville et de la hanche, et qui sont de plus modulées par les caractéristiques anatomiques individuelles. Les résultats soutiennent donc une approche personnalisée des modifications de la marche. En effet, d'un point de vue clinique, l'imagerie fournit des mesures objectives et directes des caractéristiques anatomiques individuelles, qui peuvent être utilisées en conjonction avec une analyse de mouvement spécifique au patient, pouvant fournir ainsi des informations importantes sur la façon dont l'anatomie et la biomécanique interagissent et peuvent être mises à profit pour améliorer et optimiser l'efficacité du ré-entraînement de la marche. En ce qui concerne la recherche, il sera important d'identifier les mécanismes qui expliquent la grande variabilité inter-sujet observée lors de l'adoption d'un nouveau patron de marche. / Introduction : It is estimated that 10% to 15% of people over the age of 60 have osteoarthritis of varying degrees, which results in high costs to healthcare systems. In particular, femoro-tibial osteoarthritis leads to a decrease in physical activity and a greater sedentary lifestyle due to the pain experienced during activities of daily living, such as walking. It has been shown that people with femoro-tibial osteoarthritis often use compensatory motor strategies for pain relief. These compensatory motor strategies act by lateralizing the joint contact forces, reducing the constraints between the femoral condyle and the internal tibial plateau. Gait retraining, a prospective intervention developed in research, aims to alter the gait pattern of individuals in order to reduce the constraints between the condyle and the tibial plateau. However, the relationship between joint contact forces and gait alterations has not, to our knowledge, been quantified. In addition, the impact of gait alterations on the ankle and hip joints is not well documented. This is why the general objective of the thesis is to describe the individual impact of gait retraining in order to optimize its implementation in clinical practice. The associated general hypothesis is that a change in gait has an impact on the kinematics and kinetics of each joint of the lower limb. In addition, the impact of these alterations is modulated by the body mass index and lower limb alignment of each individual. Methods : Kinematic and kinetic data collection was carried out using a Vicon motion capture system (9 cameras, Vicon motion system, Oxford, UK, 100Hz) and an instrumented treadmill with two force platforms ( Bertec, Columbus, OH, USA, 1000Hz). Individuals altered their gait using visual feedback projected onto a screen placed in front of them (Chapter 4, N = 23 healthy participants ; Chapter 6, N = 29 healthy participants). Data from 120 individuals (Chapter 5) suffering from femoro-tibial osteoarthritis were collected the week preceding a unilateral total knee arthroplasty. Preoperative lower limb alignment was assessed using a total lower limb radiography and motion capture system (12 cameras, VICON Peak, Oxford, UK, 100Hz) in a standardized standing position. Results : A gait alteration, single or combined, aimed at reducing the knee adduction moment also significantly impacts ankle and/or hip kinetics (Chapter 4). A motion capture system is not reliable for lower limb alignment estimation in individuals with a body mass index greater than 30kg/m² (Chapter 5). The interaction between lower limb alignment and gait alterations significantly contributes to the variance observed in lower limb joints external moments in some individuals (Chapter 6). Conclusion : Impaired gait also involves significant variations in external moments at the ankle and hip, which are further modulated by individual anatomical characteristics. The results therefore support a personalized approach to gait retraining. Indeed, from a clinical point of view, imaging provides objective and direct measurements of individual anatomical features, which can be used in conjunction with patient-specific motion analysis, thus providing important information on how anatomy and biomechanics interact and can be used to improve and optimize the efficiency of gait retraining. As far as research is concerned, it will be important to identify the mechanisms that explain the great inter-subject variability observed during the adoption of a new gait pattern.

Thèse numérisée par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal.

L’objectif de cette thèse était d’appréhender les effets de la croissance et de l’expertise sur les propriétés biomécaniques des membres inférieurs de l’Homme. Pour ce faire, une série d’expérimentations se basant sur un modèle “masse-ressort” associé à des tâches de sauts verticaux ont été menées dans des conditions de terrain. Nous avons démontré dans un premier temps qu’un système accélérométrique transportable et autonome pourrait être utilisé, in situ, d’une manière fiable et valide afin d’estimer l’ensemble des paramètres mécaniques et indices neuromusculaires étudiés au cours de ce travail de recherche. Ensuite, au cours d’une étude croisée, nous avons identifié un âge d’or pour la maturation des paramètres neuromusculaires des membres inférieurs qui se situe autour de 15-16 ans, âge de début de différenciation fille/garçon et d’évolution des propriétés neuromusculaires du cycle étirement-renvoi vers l’âge adulte. Enfin, nous avons étudié l’effet de l’expertise sur les qualités physiques du sportif. Les résultats montrent clairement que le comportement neuromécanique des membres inférieurs évolue avec l’expertise sportive, d’une façon spécifique à l’activité. / The aim of this thesis was to apprehend the growth and expertise effects on the biomechanicalproperties of the human lower limb. For that aim, we basically used a “spring-mass” model whichwas associated to in-field vertical jump tasks. Firstly, we demonstrated that a transportable andautonomous accelerometric system was reliable and valid for assessing the whole mechanical andneuromuscular parameters which we studied in the current research work. Secondly, we identified agolden age for the maturation of the lower limb neuromuscular properties through a crossover study.That was the age of 15-16 years, which corresponds to a beginning of a gender differentiation and anevolution of the neuromuscular properties of the stretch-shortening cycle to the adulthood. Finally, westudied the effects of expertise on the sportsman physical abilities. The results clearly show that theneuromechanical behaviour of the lower limbs evolves with expertise by following an activity-relatedspecific way.

Thèse numérisée par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal