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

L'asymétrie locomotrice chez les personnes hémiparétiques à la suite d'un accident vasculaire cérébral (AVC) est fréquemment observée en clinique. Les causes sous-jacentes à cette asymétrie et sa persistance malgré les interventions sont source de nombreuses interrogations. Ce projet avait donc pour objectif de développer de nouvelles connaissances sur les facteurs pouvant expliquer l'asymétrie locomotrice après un AVC. Les objectifs principaux étaient de 1) quantifier les moments et les niveaux d'effort musculaire des membres inférieurs lors de différentes conditions de marche sur le tapis roulant à double courroie (DC) afin de déterminer si ceux-ci sont explicatifs de l'asymétrie locomotrice, et de 2) quantifier la capacité de perception de l'asymétrie locomotrice des personnes saines et hémiparétiques. L’hypothèse générale était que l’asymétrie locomotrice est une stratégie utilisée par les personnes hémiparétiques pour symétriser ou limiter les niveaux d’effort musculaire, tels qu’évalués par le taux d'utilisation musculaire mécanique (TUM). Les résultats ont été présentés dans quatre articles (#2 à #5). La première étude a quantifié l'effet d'un protocole sur tapis roulant à DC visant à modifier l'asymétrie spatio-temporelle sur les moments musculaires aux membres inférieurs des personnes saines et hémiparétiques. Globalement, les résultats ont démontré que placer le membre inférieur parétique sur la courroie lente augmentait le moment fléchisseur plantaire (FP) parétique en post-adaptation et que cette augmentation était corrélée avec l'augmentation de la longueur de pas controlatérale. La deuxième étude a démontré que les personnes présentant de hauts niveaux d'effort dans les FP parétiques avaient une asymétrie des efforts dans leurs FP et extenseurs de hanche (EH) alors que le groupe avec de bas niveaux d'effort dans les FP avait des efforts symétriques. De plus, les deux groupes présentaient des moments FP asymétriques, mais cette asymétrie était reliée à l'asymétrie de forces résiduelles seulement chez ceux présentant de hauts niveaux d'effort. Cela suggère que la faiblesse musculaire joue un rôle important dans la réduction du moment FP parétique chez ceux avec de hauts niveaux d'effort alors que d'autres facteurs doivent être considérés pour expliquer l'asymétrie des moments à la marche des personnes avec de bas niveaux d'effort. La troisième étude a démontré que la symétrisation du patron de marche (temporelle ou spatiale) amenait des efforts musculaires élevés dans les FP parétiques, atteignant des niveaux moyens supérieurs à 85 %. La quatrième étude a évalué la capacité de perception de l'asymétrie locomotrice des personnes saines avec un protocole sur tapis roulant à DC et a démontré qu'elles percevaient leur patron de marche comme asymétrique lorsque leur ratio d'asymétrie temporelle atteignait le seuil de 1,05, avec une variabilité intra-individu faible, suggérant une bonne capacité de ces personnes à détecter l'asymétrie. Les résultats supplémentaires de cette thèse ont démontré que les personnes hémiparétiques percevaient mieux l'asymétrie temporelle que spatiale. En somme, ces résultats suggèrent que la force musculaire et les efforts musculaires des FP parétiques sont à considérer comme des facteurs explicatifs de l'asymétrie locomotrice des personnes hémiparétiques. D'autres études sont nécessaires pour statuer sur les capacités de perception de l'asymétrie locomotrice des personnes hémiparétiques. / Locomotor asymmetry is frequently observed in individuals following a stroke despite their capacity to perform more symmetrically on demand or after some interventions. Therefore, the underlying causes of such asymmetry and its persistence despite interventions are sources of many questions. This project aims to improve knowledge about the factors that could explain locomotor asymmetry following a stroke. The main objectives were 1) to quantify net joint moments and muscular levels of effort in the lower limbs during different walking conditions on a split-belt treadmill with the aim of determining if these factors could be among those explaining locomotor asymmetry; and 2) to quantify the capacity to perceive locomotor asymmetry in healthy individuals and those post-stroke. The general hypothesis was that locomotor asymmetry is a strategy used by individuals post-stroke to perform with symmetrical levels of muscular effort or to avoid overly high levels of muscular effort, as assessed by the muscular utilization ratio (MUR). The results were presented in four articles (#2 to #5). The first study quantified the effect of split-belt treadmill walking in net joint moments of the lower limbs in healthy individuals and those post-stroke. Overall, the results showed that placing the paretic limb on the slow belt increased the plantarflexion moment in post-adaptation and that such increase was correlated with the increase in contralateral step length. The second study showed that individuals with high levels of effort in the paretic plantarflexors (PF) were asymmetrical in their efforts between sides for PF and hip extensors, whereas the group with low levels of effort in the paretic PF had symmetrical levels of effort in all muscle groups. In addition, both groups showed asymmetrical plantarflexion moments, but only in the group with high levels of effort was this asymmetry related to the asymmetry of residual forces. This suggests that muscle weakness plays an important role in reducing the paretic PF moment for individuals with high levels of effort in PF while other factors must be considered to explain the joint moment asymmetry in individuals with low levels of effort in PF. The third study showed that a more symmetrical gait pattern (temporal or spatial) following walking on the split-belt treadmill required high levels of effort (over 85%) in paretic PF. The fourth study evaluated the ability to perceive locomotor asymmetry in healthy individuals with a protocol on a split-belt treadmill. The gait pattern was perceived as asymmetrical when the temporal asymmetry ratio reached the threshold of 1.05. The low intra-individual variability suggested healthy individuals had a good ability to detect asymmetry. Supplementary results of this thesis showed that individuals post stroke perceived temporal asymmetry better than spatial asymmetry. Overall, these results suggest that muscle strength and muscular level of effort in paretic PF need to be considered as potential factors explaining locomotor asymmetry in individuals post stroke. Further studies are needed to determine the perceptual abilities of locomotor asymmetry in individuals post-stroke.

La jonction myotendineuse (JMT) est une interface spécialisée dans la transmission des forces entre le muscle et le tendon. Le collagène XXII (COLXXII) est un nouveau composant de cette jonction (Koch et al., 2004). COLXXII fait partie de la sous-famille des FACITs (Fibrils Associated Collagen with Interrupted Triple helix) qui se caractérisent par leur capacité à s’associer aux collagènes fibrillaires pour former des réseaux protéiques. La fonction de ce nouveau composant de la JMT n’est pas connue. C’est pourquoi nous avons décidé de réaliser une perte de fonction chez le poisson zèbre en utilisant la stratégie anti-sens morpholinos et d’en étudier le phénotype par différentes techniques. Chez l’embryon, le COLXXII est exprimé aux extrémités des fibres musculaires au niveau de leur ancrage sur le myosepte (structure équivalente au tendon des mammifères) pour être déposé à la JMT. Son expression est régulée par des membres de la famille des FGF, probablement FGF8. L’absence de COLXXII conduit à une perte des capacités contractiles du muscle et au détachement et à la rétractation progressive des fibres musculaires, causés par une rupture de la JMT qui s’opère entre la lame basale des fibres musculaires et la matrice tendineuse. Le morphotype induit par l’injection de morpholino COLXXII phénocopie les mutants sapje (mutant dystrophine) et candyfloss (mutation de la chaîne α2 des laminines) indiquant que COLXXII permet un lien structural entre le muscle et le tendon. Nos résultats montrent que COLXXII joue un rôle crucial dans le développement et la fonction de la JMT et représente un nouveau gène candidat pour les dystrophies musculaires. / The myotendinous junction (MTJ) is a specialized structure that transmits muscle contractile forces to tendon. Collagen XXII (COLXXII) is a novel component of MTJ (Koch et al., 2004). It belongs to the FACITs (Fibrils Associated Collagen with Interrupted Triple helix) subset of the collagen superfamily that is characterized by their capacity to mediate protein-protein interactions. The in vivo role of COLXXII has not been elucidated. Therefore, we decided to analyze its function in developing zebrafish using the morpholino-based knock-down strategy. We showed that its transcripts are exclusively expressed at the extremities of muscle fibers close to myoseptal tendons and the protein is deposited at the MTJ. The onset of COLXXII expression depends on FGF signaling, probably FGF8. Using different methods, we showed that loss of COLXXII induces morphofunctional alterations of muscle/tendon development and muscle weakness. Progressive muscle fiber detachment and retraction are observed in morphants that result from MTJ failure occuring at the muscle basement membrane/myosepta extracellular matrix side. The morphotype of the MO22-injected embryos is reminiscent to the sapje (dystrophin mutant) and candyfloss (laminin α2 chain mutation) mutant phenotypes indicating that COLXXII provides a molecular link between muscle and tendons. Our results suggest that COLXXII plays a crucial role in MTJ development and function and represents a novel candidate gene for muscular dystrophies.

Nos travaux portent sur les mécanismes nerveux qui sous-tendent la perception de notre corps en mouvement. Chacune de nos actions est caractérisée par l'intention motrice qui en est à l'origine et par le feedback multi-modalitaire que son exécution évoque. Dans ce cadre, nous avons formalisé le codage proprioceptif du mouvement et nous avons exploré deux types d'images motrices et leur interaction perceptive à travers l'étude des mouvements imaginés et des illusions kinesthésiques.Sur la base de données neurosensorielles, nous avons contribué à développer une méthode « propriomimétique » inspirée du modèle vectoriel de population permettant de prédire les patterns proprioceptifs afférents évoqués lors de mouvements complexes. Ces patterns modélisés ont ensuite été utilisés pour activer les voies de la proprioception musculaire chez des sujets immobiles grâce à la méthode des vibrations tendineuses. / This thesis deals with the neural mechanisms involved in body movement perception. We contributed to developing a "propriomimetic" method based on neurosensory data and drawn from the population vector model for predicting the afferent proprioceptive patterns evoked during complex movements.The main contribution of this work is that it extends the scope of the method to include the whole set of possible human actions by showing that it can be used to accurately predict the proprioceptive patterns and to generate the kinaesthetic experiences associated with movements involving one or more joints, performed in 2- or 3-dimensional space, regardless of which muscles are involved.Other motor images were intentionally generated by the subjects in subsequent experiments and combined with those imposed by the vibratory stimulation. The results obtained here show that the images of both kinds were completely integrated when evoked simultaneously and that they gave rise to a unique and original perceptual experience, in which their spatio-temporal characteristics were combined. From the theoretical point of view, these findings confirm that proprioceptive afferents play an important role, along with the motor intention itself, in the elaboration of kinaesthetic perception. From the clinical point of view, the possibility of evoking motor images quite "naturally" using the method presented here to activate the peripheral receptors and/or the command centers, and thus the whole sensorimotor loop in the absence of any real movements, opens some promising perspectives for rehabilitation purposes.

La kinesthésie chez l’Homme repose sur le traitement des multiples informations sensorielles générées au cours de l’action. Notre démarche expérimentale vise à évaluer l’apport respectif des sensibilités proprioceptive musculaire, tactile et visuelle à la perception des mouvements du corps. Utilisant des leurres sensoriels capables de créer des illusions kinesthésiques, nous recherchons, lors d'approches psychophysiques et en neuroimagerie, les règles et aires cérébrales impliquées dans la fusion multisensorielle. Ce travail confirme que chacune des trois modalités véhicule des informations pertinentes pour le système nerveux central (SNC), qui se combinent différemment selon la vitesse du mouvement et les modalités en présence. Tact et vision véhiculent des informations cinématiques redondantes, complémentaires de la proprioception, relatives aux mouvements du corps dans son environnement. Elles semblent plus fiables pour coder des mouvements lents (Blanchard et al., 2011, 2013). L'IRMf met en lumière un réseau de convergence hétéromodal de perception d’un mouvement de la main et confirme que les régions pariéto-cérebello-insulaires sont le siège de processus d'intégration supramodaux. En combinant trois signaux sensoriels différents, ce travail fournit la preuve originale de leur intégration à différents niveaux du SNC, des aires primaires, jusqu’aux aires supérieures du traitement de l’information. Rappelant le modèle de "Modality Appropriateness" de Welch & Warren (1986), nos résultats soutiennent l'idée d'une pondération des entrées, optimisant la kinesthésie, en fonction de leur relative pertinence à coder un évènement donné. / Human kinesthesia is based on the processing of a great amount of sensory information available during action. To assess the respective contribution of muscle proprioception, vision and touch of self-movement perception, our experimental approach relies on sensory lures likely to generate illusory sensations of movement. In psychophysics and functional neuroimaging (fMRI) experimental setting, we try to better understand how and where this "multisensory fusion" occurs. This work confirms that each modality conveys kinesthetic information relevant for the central nervous system (CNS), is combined in a non-equivalent way according to the velocity of encoded movement and sensory modalities involved. Tact and vision seem to provide redundant cinematic information about body movements relatively to environment, complementary to muscle proprioceptive signals and seem to be more reliable for coding small velocities (Blanchard et al., 2011, 2013). Our neuroimaging results highlight a heteromodal network involved during kinesthesia and confirms that a supramodal insulo-cerebello-parietal region is the substrate for trisensory integration processing. By combining three kinesthetic signals from different sensory origins, this work provides evidence of integration at different levels of the CNS. Recalling the "Modality Appropriateness" model of Welch & Warren (1986), our results also support the idea of a weighted integration of sensory inputs, which would optimize kinesthesia, based on their relative relevance to encode a given event.

La déchirure musculaire est la première cause de blessure chez les athlètes. De nombreuses études décrivent ce traumatisme musculaire sans parvenir à en identifier clairement la chronologie et ses circonstances. L’objectif de la thèse est de décrire le phénomène de déchirure musculaire avec la méthode des éléments discrets, en s’appuyant sur des essais expérimentaux pour valider les modèles numériques. Dans une première partie, une revue de littérature permet d’acquérir les propriétés mécaniques des différents éléments constituant le complexe musculo-tendineux afin de pouvoir en réaliser un modèle macroscopique. Dans une deuxième partie, la modélisation du complexe musculo-tendineux est réalisée. La validation du comportement mécanique en traction passive du modèle proposé est réalisée en comparaison des travaux de L-L. Gras sur le muscle sternocléidomastoïdien humain. L’influence des paramètres morphologiques sur le comportement mécanique global est ensuite étudiée. La rupture fait l’objet de la troisième partie. Une modélisation de l’ensemble {tendon d’Achille/triceps sural} est réalisée et soumise à un test de traction passif jusqu’à rupture. La validation des résultats est faite vis-à-vis des essais expérimentaux réalisés sur cet ensemble musculaire provenant de pièces anatomiques humaines. L’étape suivante s’attache à modéliser la contraction musculaire, implémentée au niveau des fibres musculaires. Une validation du comportement actif du complexe musculo-tendineux est réalisée. Cette dernière étape, combinée à la traction destructive permet d’étudier la faisabilité de modéliser la déchirure par la méthode des éléments discrets, mais également d’étudier les structures endommagées et les mécanismes de rupture. Cela ouvre des possibilités d’utilisation cliniques de ce modèle pour comprendre et prévenir des blessures par déchirure musculaire. / Tearing of the muscle-tendon complex is a common sport-related injury for athletes. Many studies reported description of this traumatism but mechanisms leading to such an injury are still unclear as are the site of mechanical failure and involved structures. The aim of the thesis is to describe the phenomenon of the muscle-tendon-complex’s tear using the discrete element method and validating the numerical model with experimental data. In the first part, a literature review explains the different properties of the muscle-tendon complex main components’ in order to model it at the macroscopic scale. In the second part, the muscle-tendon complex is modeled. Validation of the mechanical behavior in passive tensile test is proposed by comparison with experimental data from L.-L. Gras on human sternocleidomastodeus muscle. Then, the different influences of morphometric parameters on the mechanical behavior of the complex are investigated. The third part focuses on the rupture. A model of the complex set of {Achilles tendon/surae triceps} is built and a tensile test until rupture is applied. Model validity is assessed by comparison with in vitro experiments from human cadavers. The fourth part focuses on the muscular activation, implemented inside fibers’ behavior. Validity of its active behavior is investigated. This fifth and last presents the enrichment with destructive tensile test. This added test allows first to study the feasibility to model the tear with the discrete element method; and second to focus on damaged structures and rupture’s mechanisms. This offers possibilities for clinical applications of this model to understand and prevent injuries caused by a tear of the muscle-tendon complex

L’objectif de ce travail de thèse a été d’analyser les stratégies de réduction de la fatigue musculaire en course de trail et potentiellement d’identifier certains paramètres d’influence de cette fatigue. La course de trail est un nouveau sport en essor qui induit une combinaison spécifique de fatigue et dommages musculaires des principaux muscles locomoteurs. Afin de pouvoir conduire des études interventionnelles, une étude descriptive préliminaire a été conduite pour caractériser la fatigue spécifique et les dommages musculaires induits par ce type d’épreuve de trail. Ensuite, la reproductibilité du trail comme modèle de fatigue a été vérifiée afin de pouvoir l’utiliser dans un contexte d’intervention. Enfin, deux études visant à réduire la fatigue induite par le trail ont été conduites. D’une part l’utilisation des vêtements de compression - très à la mode en trail a été analysée comme stratégie d’optimisation de la performance. D’autre part, a aussi été étudié l’effet d’un réchauffement préalable du muscle sur les dommages musculaires : Dans cette optique, une étude contrôlée en laboratoire a été menée, examinant les effets d’un réchauffement passif sur les conséquences fonctionnelles de course en descente chez une population non-entraînée. En résumé, les travaux conduits au sein de cette thèse fournissent une description de la fatigue en trail, et valident l’utilisation du trail comme modèle reproductible de terrain pour investiguer les stratégies de réduction de la fatigue. De plus, ils relativisent l’effet positif des vêtements de compression sur la performance et montrent le lien fonctionnel entre le réchauffement musculaire et la réduction des dommages musculaires induits par un travail excentrique. / The aim of this thesis was to analyse strategies to reduce muscular fatigue in trail running and potentially draw conclusions on the underlying mechanisms. Trail running is a new and upcoming sport that induces a combination of fatigue and muscle damage in the main locomotor muscles. To obtain conclusive evidence on the effect of intervention studies a preliminary descriptive study was undertaken to characterise typical fatigue and damage. Subsequently a model was developed and validated that would allow the investigation of interventions in an applied field setting. A popular current strategy in trail running is the use of compression garments; therefore the effect of these on performance was studied as an intervention. Furthermore, prior heating is anecdotally considered beneficial and recent research has suggested a potential mechanism to link this with reduced muscle damage. Therefore a controlled laboratory study was conducted, examining the effects of passive heating on functional consequences of downhill running in an untrained population. In synopsis, the research conducted for this thesis provides descriptive evidence and a validated terrain model to further investigate fatigue reduction strategies in trail running. Additionally it adds to the current literature in disproving a positive effect of compression garments on performance and demonstrating the functional link between heating and eccentric-induced muscle damage reduction.

L'estimation des forces musculaires nécessite le développement d'un modèle biomécanique. Une des étapes essentielle de ce type d'approche est la modélisation de l'interaction au sein du complexe muscle-tendon entre trois composants, les fibres musculaires, l'aponévrose et le tendon par un modèle de type Hill. L'objectif de ce travail doctoral était d'identifier les paramètres dans le modèle de type Hill qui jouent un rôle important dans l'estimation des forces musculaires et de proposer une méthode pour les définir. L’échographie a été utilisée pour estimer la relation force-déformation in vivo du tendon et de l'aponévrose, et le comportement in vivo des fibres musculaires au cours de la contraction pour chaque sujet et comme un moyen de quantifier la précision des modèles en mesurant le comportement in vivo des fibres musculaires et les comparer aux sorties du modèle. L'utilisation d'une définition de l'Élément Élastique en série spécifique au sujet dans les modèles biomécaniques joue un rôle important pour des activités où les forces musculaires sont importantes. Lors de tâches isométriques maximales, la relation force-déformation du tendon spécifique au sujet combiné à des contraintes sur la géométrie initiale conduit à des estimations de forces musculaires plus faibles et un comportement différent des fibres. En ce qui concerne des activités comme le hopping et la course, l’utilisation d’une relation force-déformation du complexe tendon-aponévrose spécifique au sujet permet d’estimer des forces musculaires plus grandes et entraîne un découplage du comportement des fibres musculaires plus important par rapport au complexe muscle-tendon. Pour des activités de marche, la définition de l’élément en série dans le modèle de type-Hill n'influence pas les forces musculaires. L'échographie apparaît comme un outil intéressant pour personnaliser les modèles et pourrait être appliqué sur des patients ayant un trouble neuromusculosquelettique. / The estimation of forces produced by the muscle-tendon complex around a joint needs the development of a neuromusculoskeletal model. One of essential step of this approach is the modeling by a Hill-type muscle model of the interaction within the muscle-tendon complex between three components: the muscle fiber, the aponeurosis, and the tendon. The objective of this work was to identify the parameters used as input into Hill-type muscle model that play an important role in muscle force estimation and to propose a method to define them. The ultrasonography has been used to estimate in vivo tendon and aponeurosis force-strain relationships, and the in vivo behavior of muscle fiber during the contraction for each subject. In addition, a method was proposed to quantify the model accuracy by estimating the in vivo behavior of muscle fiber and compare it with model outputs. The use of subject-specific definition of Series Elastic Element into the EMG-driven model plays an important role for activity at high level of muscle forces. During maximal isometric contraction, the subject-specific tendon force-strain relationship combined with constraint on initial muscle geometry (i.e., fiber length and muscle thickness) leads to lower estimated muscle forces and to a different behavior for the muscle fiber. Concerning highly dynamic tasks such as running and \textit{hopping}, the use of subject specific force-strain relationship for the tendon-aponeurosis complex allows to estimate higher muscle forces and leads to a heavier decoupling behavior between muscle fiber and muscle-tendon complex.The estimation of forces produced by the muscle-tendon complex needs the development of a neuromusculoskeletal model. One of essential step of this approach is the modeling by a Hill-type muscle model of the interaction within the muscle-tendon complex between three components: the muscle fiber, the aponeurosis, and the tendon. The objective of this work was to identify the parameters used as input into Hill-type muscle model that play an important role in muscle force estimation and to propose a method to define them. The ultrasonography has been used to estimate in vivo tendon and aponeurosis force-strain relationships, and the in vivo behavior of muscle fiber during the contraction for each subject. In addition, a method was proposed to quantify the model accuracy by estimating the in vivo behavior of muscle fiber and compare it with model outputs. The use of subject-specific definition of Series Elastic Element into the EMG-driven model plays an important role for activity at high level of muscle forces. During maximal isometric contraction, the subject-specific tendon force-strain relationship combined with constraint on initial muscle geometry (fiber length and muscle thickness) leads to lower estimated muscle forces and to a different behavior for the muscle fiber. Concerning highly dynamic tasks such as running and hopping, the use of subject specific force-strain relationship for the tendon-aponeurosis complex allows to estimate higher muscle forces and leads to a heavier decoupling behavior between muscle fiber and muscle-tendon complex. Concerning dynamic tasks with low force level such as walking, the estimation of muscle force was not influenced by the Series Elastic Element definition. The ultrasonography appears as a useful tool to personalize neuromusculoskeletal models and could be used for patient with neuromusculoskeletal disorders showing an alteration of tendon mechanical properties allowing to quantify the effect of rehabilitation program.

Le muscle squelettique s'adapte en réponse à diverses influences en modulant sa masse et ses propriétés contractiles et métaboliques. Il est ainsi rapporté que l'hypoxie sévère a un effet délétère sur la masse et les capacités oxydatives du muscle, et pourrait ralentir la maturation du phénotype contractile au cours du développement post-natal. Cependant, les mécanismes de contrôle de cette plasticité musculaire ne sont pas clairement identifiés. Le but de ce travail était de déterminer le rôle de l'hypoxie environnementale sur le contrôle de la masse et l'adaptation du phénotype du muscle en croissance (hypertrophie de surcharge du plantaris après ablation de ses muscles agonistes et régénération du soléaire après lésions étendues induites par la notexine). L'exposition hypoxique limite transitoirement l'hypertrophie induite par la surcharge fonctionnelle, tandis qu'elle accentue la fonte musculaire en réprimant la formation et la croissance des néo-fibres au cours des étapes précoces de la régénération. Ces résultats seraient en partie expliqués par la désactivation partielle de la principale voie de protéosynthèse, la voie mTOR, par un mécanisme indépendant d'Akt. Parmi les inhibiteurs endogènes de mTOR étudiés (REDD1, BNIP-3 et l'AMPK), nous montrons que l'activation prononcée de l'AMPK en hypoxie pourrait réprimer l'activité de mTOR au cours de la régénération, alors que le mécanisme responsable de l'inhibition de mTOR n'a pas pu être identifié dans le modèle de surcharge. Le système protéolytique ubiquitine/protéasome-dépendant, évalué à partir de l'expression des atrogènes MURF1 et MAFbx, pourrait également expliquer en partie l'altération de l'hypertrophie de surcharge en hypoxie. Nos résultats soulignent par ailleurs que l'activité des cellules satellites serait réprimée au cours des premiers jours de régénération musculaire, conduisant à réduire la formation et la croissance des myotubes. Malgré cette perturbation précoce de la croissance musculaire, l'exposition prolongée en hypoxie ne limite pas l'hypertrophie de surcharge et la récupération de la masse du muscle lésé. Ceci démontre que les signaux anaboliques induits dans ces deux situations de croissance musculaire l'emportent très largement sur les signaux cataboliques de l'hypoxie. L'analyse des propriétés métaboliques et contractiles met en évidence que l'hypoxie altère les capacités oxydatives du muscle en croissance, mais les mécanismes impliqués dans cette réponse adaptative restent à identifier. Par ailleurs, l'hypoxie ne constitue pas un stimulus métabolique suffisant pour altérer la transition du phénotype contractile du muscle en surcharge et la récupération complète du phénotype contractile du muscle lésé. Elle contribue uniquement à ralentir très modérément et transitoirement l'adaptation phénotypique du muscle en surcharge, et à modifier le profil contractile du muscle durant la phase de dégénérescence musculaire. / Skeletal muscle adapts to various influences, by modulating both its mass and contractile and metabolic properties. It was reported that severe hypoxia impairs muscle mass and oxidative capacities and could reduce the fast-to-slow fiber transition during post-natal development. However, mechanisms involved in muscle plasticity during hypoxia exposure are not clearly identified. This work aimed to determine the role played by ambient hypoxia on the control of muscle mass and muscle phenotype during muscle growth (functional overload-induced hypertrophy of plantaris after removal of its synergist muscles and regeneration of soleus after extensive injury induced by notexin injection). Hypoxia exposure transiently minimizes the overload-induced hypertrophy, while it enhances the muscle-mass loss by repressing the formation and growth of nascent fibers during the early steps of regeneration. These results could be partly due to an impairment of the mTOR signaling activation, the main pathway involved in protein synthesis, independently of Akt. Among the endogenous repressors of mTOR studied (REDD1, BNIP-3 and AMPK), we show that the marked activation of AMPK in hypoxia could repress mTOR activity during regeneration, whereas the mechanism involved in mTOR inhibition remains unknown in the overload model. The ubiquitin/proteasome-dependant system, assessed from expression of the two atrogenes MURF1 and MAFbx, could also partly explain the hypoxia-induced alteration of muscle hypertrophy. Nevertheless, our findings show that activity of satellite cells could be repressed during the first days of regeneration, leading to reduce formation and growth of myotubes. Although muscle growth is early impaired, prolonged hypoxia exposure does not limit the overload-induced hypertrophy and the muscle mass recovery of injured muscle. This demonstrates that anabolic signals induced in these models of drastic muscle growth widely prevail on hypoxia-induced catabolic signals. The analysis of metabolic and contractile properties shows that hypoxia alters oxidative capacities in growing muscle, but mechanisms involved in this adaptive response remain to be elucidated. Moreover, hypoxia is not a sufficient metabolic stimulus to impair the fast-to-slow fiber transition in overloaded muscle, and the complete recovery of the contractile phenotype in injured muscle. It only contributes to transiently and modestly slow down the fast-to-slow fiber shift in overloaded muscle, and to modify the contractile profile of muscle during the degeneration phase.

Le maintien de la masse musculaire est étroitement lié à la balance entre la synthèse et la dégradation des protéines. L'exercice physique est un puissant régulateur de la balance protéique et plus particulièrement l'exercice en résistance. S'intéresser à la balance protéique après un exercice s'inscrit dans une compréhension des mécanismes cellulaires et moléculaires conduisant aux phénomènes d'hypertrophie et/ou d'atrophie musculaire. Nos travaux mettent en évidence que l'hypertrophie obtenue dans le muscle FDP après 10 semaines d'un entraînement en résistance chez le rat, est en lien avec l'activation chronique de la voie IL-6/STAT3 après chaque exercice aigu, en partie au sein du pool de cellules satellites activées. En phase proliférative, les cellules dont la voie de signalisation STAT1/STAT3 est activée, répriment l'expression des facteurs myogéniques comme MyoD et retournent ainsi à l'état quiescent, concourant à augmenter le pool de réserve. Ces mécanismes participent à la synthèse protéique par l'apport de nouveau matériel génétique au sein des fibres musculaires conduisant à une augmentation de leur surface de section ainsi qu'à leur conversion phénotypique avec l'entraînement. L'exercice en résistance favorisant la protéolyse, nos travaux ont cherché à caractériser les systèmes protéolytiques (autophagique-lysosomal, ubiquitine-protéasome) impliqués dans la balance protéique post-exercice. Les marqueurs moléculaires étudiés (activités enzymatiques du protéasome et de la cathepsine L, expression protéique et génique de LC3B, des E3 ligases…) ne permettent pas d'expliquer clairement les +30% de protéolyse obtenus une heure après des contractions excentriques sur muscle EDL isolé de rat en condition à jeun. Des perspectives d'étude des systèmes des calpaines, des caspases et/ou des métalloprotéases matricielles sont alors à envisager. / The maintain of muscle mass is closely controlled by protein synthesis and degradation balance. Physical activity and mainly resistance exercise is a powerful stimulus to positive muscle protein balance. To understand how protein balance is regulated after exercise, cellular and molecular mechanisms leading to muscular hypertrophy and/or atrophy have to be elucidated. Our works point out that FDP muscular hypertrophy after 10 weeks of resistance training in rat is partly due to the chronically activation of IL-6/STAT3 signaling pathway, occurring in the activated satellite cell pool, after each single exercise bout. Once activated and engaged in the myogenic program, cells in which STAT1/STAT3 signaling pathway is activated, could downregulate MyoD and return to a quiescent state, leading to increase satellite cell reserve's pool. These events participate to enhance protein synthesis by the incorporation of new genetic material into muscle fiber leading to increase their cross sectional area and phenotypic shift after training. As resistance exercise increases proteolysis, our works attempt to characterize the proteolysis systems (lysosomal-autophagic, ubiquitin-proteasome) involved in protein balance after exercise. The molecular markers measured ( chymotrypsin-like and cathepsin L activities, protein and gene expressions of LC3B, E3 ligases…) could not explain the +30% of proteolysis obtained one hour after resistance eccentric contractions on EDL muscle of starved rats. Further studies based on calpains, caspases and metalloproteinase activities and/or expressions should bring us valuable information.