Dans le cadre d’un programme de réhabilitation respiratoire (PRR) chez les patients atteints de BPCO, les sociétés savantes recommandent d’inclure un entrainement des muscles inspiratoires (EMI) chez les patients présentant une diminution objective de la force des muscles inspiratoires. Cette recommandation fait suite à une méta-analyse qui suggère qu’un EMI serait bénéfique lorsque la pression inspiratoire (PI) maximale est inferieure a 60 cm H2O.L’entraînement des muscles améliore la force et l’endurance des muscles inspiratoires, la capacité d’exercice et la dyspnée. Dans la dernière méta-analyse, les auteurs précisent que, dans le cadre d’un PRR, il n’est pas certain que l’EMI améliore davantage la dyspnée par rapport à un PRR seul.La question de départ est la suivante : est-ce que l’EMI au cours d’un PRR permet de diminuer davantage la dyspnée qu’un PRR seul ?Dans la première étude contrôlée randomisée, nous montrons que dans le cadre d’un PRR, l’EMI n’améliore pas davantage la dyspnée, chez des patients avec une force des muscles inspiratoires normale. Cependant, une analyse en sous-groupe tend à montrer que chez les patients plus sévèrement atteints (VEMS<50% théorique), l’EMI permettrait une amélioration plus importante de la dyspnée.La deuxième étude est le plus important essai contrôle randomise à propos de l’effet de l’EMI sur la dyspnée dans le cadre d’un PRR. Dans cette étude trois outils différents sont utilisés afin d’évaluer la dyspnée des patients, dont le questionnaire multidimensionnel MDP. Nous montrons que l’EMI ajoute a un PRR n’apporte pas une amélioration significativement plus importante de la dyspnée en comparaison a un PRR seul. Ainsi l’intérêt clinique de l’EMI dans le cadre d’un PRR semble remis en cause. / During a pulmonary rehabilitation program (PRP) in COPD patients, French and international respiratory societies recommend to include inspiratory muscles training (IMT) in patients with an objective inspiratory muscles weakness. This recommendation follows upon a meta-analysis which suggests that IMT would be beneficial when the maximal Inspiratory pressure (PImax) is lower than 60 cm H2O. IMT improves the strength and the endurance of the inspiratory muscles, the exercise capacity and the dyspnea. In the last meta-analysis, the authors specifies that, when IMT is associated to a PRP, it is not certain that IMT improves more the dyspnea compared with a PRP alone.The initial question of this work is: does IMT during a PRP allow decreasing more the dyspnea than a PRP alone?In the first randomized controlled trial, we show that during a PRP, IMT in COPD patients with normal inspiratory muscles strength does not improve more the dyspnea, compared to a PRP alone. However, an analysis in sub-groups tends to show that in severe or very severe COPD patients (VEMS < 50 % of predictive value), IMT would allow a higher improvement of the dyspnea.The second study is the most important randomized controlled trial about the effect of IMT on the dyspnea during pulmonary rehabilitation. In this study we used three different tools to estimate the dyspnea of the patients, of which the multidimensional Dyspnea Profile questionnaire (MDP). We show that IMT added to a PRP does not improve significantly more dyspnea compared to a PRP alone. So the clinical interest of IMT during a PRP seems questionnable.

Les maladies chroniques constituent l'un des défis du 21ème siècle. La Broncho-pneumopathie chronique obstructive est une maladie respiratoire caractéristique de ces maladies, en raison de son caractère hétérogène et de ses répercussions systémiques. Parmi celles-ci, la dysfonction musculaire périphérique est cruciale, mais ses liens avec l'atteinte pulmonaire restent mal expliqués. La réduction d'activité physique a été le premier lien proposé, mais le remodelage musculaire dans la BPCO est bien différent à celui observé chez des sujets déconditionnés (possiblement en raison d'une exposition à la sédentarité plus ancienne et importante), et d'autres facteurs tels le stress oxydant ont été incriminés. La comparaison directe de la dysfonction musculaire périphérique de BPCO à celle de sujets sains sédentaires est limitée par l'hétérogénéité de l'atteinte musculaire. Enfin, chez les patients BPCO, le réentrainement n'a jamais fait la preuve d'adaptations musculaires similaires à celles de sujets sains sédentaires. L'objectif de cette thèse est donc la mise en évidence du rôle exact de la réduction d'activité physique et de l'exercice dans la dysfonction musculaire périphérique hétérogène de la BPCO. Nous montrons que l'exposition à la l'inactivité au cours de la vie n'est pas plus importante dans la BPCO que chez des sujets sains sédentaires. Parallèlement, il existe des phénotypes de dysfonction musculaire dans la BPCO. Cependant, quel que soit le phénotype considéré, il persiste des anomalies ultrastructurales entre patients BPCO et sujets sains de même niveau d'activité physique. Finalement, un même programme de réentrainement à l'effort n'a pas entrainé les mêmes adaptations fonctionnelles, morphologiques et angiogéniques que chez les sujets sains sédentaires.En conclusion, ces différents travaux remettent en cause le paradigme classique de la spirale du déconditionnement dans la BPCO et ouvrent des pistes pour l'optimisation de la réhabilitation respiratoire. / Chronic diseases are one of the medical challenges of the 21st century. The chronic obstructive pulmonary disease is paradigmatic of this type of diseases, because of its heterogeneity, and its systemic repercussions. The peripheral muscle dysfunction constitutes a key-repercussion in COPD. However, the links between this muscle dysfunction and the pulmonary impairment remain poorly understood.The physical activity reduction has been the first link proposed. However, the magnitude of structural muscle remodeling in COPD differs to the one of deconditioned sedentary subjects (though, this could be the consequence of greater and older inactivity in COPD), and other factors like the oxidative stress have been incriminated. The peripheral muscle dysfunction in COPD patients has never been directly compared to the one of healthy subjects of the same physical activity level, and is limited by the heterogeneity of the muscle dysfunction in COPD patients. Last, the exercise training has never shown similar muscle response in COPD patients as compared to healthy sedentary subjects. The aim of this PhD Thesis was to understand the exact contribution the physical inactivity and the exercise training in the heterogeneous peripheral muscle, dysfunction in COPD patients.First, we observed that the lifetime physical activity was not greater in COPD patients as compared to lifetime sedentary healthy subjects. In another hand, we showed phenotypes of peripheral muscle dysfunction in COPD patients. However, and whatever the phenotype considered, there was significantly more ultra-structural damage in COPD patients vs. healthy sedentary subjects. Last, a similar exercise training program did not induce similar functional, histo-morphological and angiogenic muscle responses in COPD patients vs. healthy sedentary subjects.Altogether, our work challenges the classical paradigm of the COPD spiral of decline and open doors to research on other specific pathways of the field of muscle dysfunction in COPD in order to optimize the pulmonary rehabilitation.

Contexte : Les tests de marche de 6 minutes (TM6) et de stepper de 6 minutes (TS6) permettent d’évaluer et de suivre en routine la tolérance à l’effort des patients porteurs pneumopathies interstitielles idiopathiques fibrosantes (PII-f). En général, les programmes de réhabilitation respiratoire (RR), améliorent la tolérance à l’effort et la performance à ces tests, la qualité de vie et les symptômes chez les patients atteints de PII-f, qu’ils soient réalisés en centre ou au domicile des patients. Peu d’études rapportent un maintien des bénéfices de la RR plusieurs mois après la fin de celle-ci chez les patients PII-f.Objectif : L’objectif général de la thèse était d’évaluer comparativement les adaptations cardioventilatoires au TM6 et TS6 chez les patients PII-f à différentes étapes de leur prise en charge en RR (pré et post-RR). Nous avions également pour objectif majeur d’évaluer la faisabilité et l’efficacité d’un programme de maintenance réalisé dans des structures proposant des activités physiques adaptées (APA) proches du domicile des patients PII-f sur le maintien des bénéfices à six mois post-RR.Matériel et méthodes : L’ensemble des patients atteints de PII-f ont réalisé un programme de RR au domicile de 8 semaines. Durant la période de suivi post-RR, les patients avaient le choix de bénéficier d’un suivi en APA dans une structure extérieure au domicile (groupe APA) ou de continuer la pratique d’une activité physique régulière en autonomie (groupe contrôle). Pré et post-RR, nous avons mesuré la tolérance à l’effort (TM6 et TS6) avec mesure des paramètres cardioventilatoires, les fonctions pulmonaires, la qualité de vie, la dyspnée, l’anxiété/dépression et la motivation des patients. Ces évaluations ont été réalisées aussi après 6 et 9 mois de suivi post-RR.Résultats : Parmi les 21 patients PII-f recrutés, 19 PII-f ont réalisé le programme de RR et sont revenus pour l’évaluation après 6 mois de suivi. Le TM6 et le TS6 induisent des adaptations cardioventilatoires différentes chez les patients atteints de PID, notamment une réponse ventilatoire supérieure au TS6 susceptible de jouer un rôle important sur la moindre désaturation en O2 observée comparé au TM6. A la suite d’un programme de RR, nous avons observé une amélioration des capacités physiques chez les patients PII-f. De manière individuelle, cependant, 58% des patients ne s’amélioraient pas post-RR, et 32% ne continuaient pas de pratiquer régulièrement les exercices physiques recommandés post-RR. La mise en place d’un programme de maintenance dans différentes structures locales proposant des APA proches du domicile chez des patients PII-f est réalisable et permet d’optimiser le maintien des bénéfices post-RR, qu’ils soient répondeurs ou non-répondeurs à la RR.Conclusion : Nos travaux ont souligné l’importance du choix du test d’effort, de la typologie de la PII-f et de la sévérité de l’hypoxémie sur les adaptations cardioventilatoires à l’effort, les adaptations physiologiques et l’évolution de la tolérance à l’effort post-RR. De plus, nous avons constaté que la réalisation de programmes de maintenance en APA, en s’appuyant sur des structures locales est réalisable et favorise un maintien des bénéfices à long terme chez les patients PII-f. Ainsi, l’évaluation des freins à l’activité physique chez un tiers des patients PII-f qui reste non-observant et arrête la pratique d’exercices physiques post-RR, est ainsi d’actualité. De plus, étudier plus précisément les différents profils de patients PII-f (répondeurs/non-répondeurs) pourrait être intéressant afin de comprendre les mécanismes potentiellement responsables de l’absence d’amélioration des capacités physiques post-RR chez les patients non-répondeurs, qu’elle soit liée à la pathologie, la médication ou une éventuelle pathologie musculaire associée. / Context: The 6-minute walk test (6MWT) and 6-minute stepper test (6MST) are routinely performed to measure and monitor exercise tolerance in patients with fibrosis interstitial idiopathic pneumonia (f-IIP). In those patients, exercise capacity, quality of life and symptoms are usually improved after a pulmonary rehabilitation (PR) program which can either be performed in a rehabilitation centre or at home.Aim: First, we aimed, to compare the cardio-pulmonary adaptations during a 6MWT and a 6MST in patients with f-IIP, before and after PR. We aimed to assess patients’ adhesion to physical activity maintenance programs which are offered and located near the f-IIP patient's homes. And their efficiency in maintaining benefits observed post-PR.Methods: All the f-IIP patients included followed a 8-week PR program at home. During the post-PR follow-up period, patients voluntarily chose to perform physical activity in a structure proposed by the investigator (APA group), or by themselves at home (control group). Before and after the PR program, we quantified the patient's exercise capacity (6MWT and 6MST) and measured cardiopulmonary parameters during both tests, pulmonary function at rest, quality of life, dyspnoea at rest and after each exercise, anxiety/depression and patients’ motivation. The same evaluations were repeated at 6 and 9 months post-PR.Results: Among the 21 recruited f-IIP patients, 19 finished the PR program and had an evaluation at 6 months post-PR. The 6MST was characterized by a higher minute ventilation compared with the 6MWT, and this may have contributed to the lower O2 desaturation also observed during the 6MST. Following the PR program, there was a mean improvement of exercise tolerance in f-IIP patients. However, among the patients, 58% showed no improvement in the 6MWT distance post-PR nor in the cardiorespiratory parameters during the test, and 32% did not continue to practise a regular physical activity post-PR. Finally, the individual support from the investigators for the patients to follow a maintenance program in local structures, near the f-IIP patient's home, probably contributed to their voluntary inscription in these programs, which allowed the patients to maintain the post-PR benefits, whether they patients initially responded to the PR program or not.Conclusion: Our works emphasized the importance of selecting an appropriate test, according to the fixed objective; of the f-IIP clinicopathological entities, and of the hypoxemia severity on exercise cardiorespiratory and physiological adaptations and changes of exercise tolerance post-PR. Moreover, we observed that patients from the APA group regularly attended the chosen physical maintenance program in local structures, which contributed to the maintenance the post-PR benefits in f-IIP. The evaluation of physical activity engagement barriers, that lead to the non-participation of a third of f-IIP patients to physical activities post-PR, remains to be conducted. Further studies should also focus on the explanation for the absence of improvement of exercise tolerance and cardiorespiratory parameters in about half of f-IIP patients post-RR, either due to their pathology, medication, or possible muscle disorders.

La réhabilitation respiratoire tient une place importante dans la prise en charge des patients atteints de Broncho-pneumopathie chronique obstructive (BPCO) stables en induisant des bénéfices au niveau de la tolérance à l’effort, la fonction et la masse musculaire périphérique. La présence d’un stress oxydant élevé à l’état basal, considéré comme un des principaux facteurs impliqués dans l’atteinte musculaire périphérique, est bien admise malgré les discordances rapportées dans la littérature notamment au niveau du système antioxydant. L’absence d’amélioration des marqueurs du stress oxydant au cours d’un programme de réhabilitation respiratoire constitue une limite probable aux adaptations musculaires escomptées. Cependant, même si une supplémentation en antioxydants semble être une intervention adaptée permettant de réduire le stress oxydant et d’améliorer l’atteinte musculaire périphérique, son efficacité reste toujours à prouver chez les patients BPCO.Ainsi, nos objectifs étaient de déterminer et caractériser l’hétérogénéité des marqueurs du stress oxydant en vue d’étudier les effets d’une supplémentation en antioxydants adaptée sur des marqueurs spécifiques de l’atteinte musculaire périphérique des patients BPCO stables. A travers une analyse globale intégrant toute la complexité du stress oxydant, ce travail de thèse a montré que les principaux déficits en antioxydants chez les patients BPCO stables se situent au niveau de l’équilibre vitamine C/E, du zinc et du sélénium. De plus, nos résultats ont permis de déterminer des profils de patients caractérisés notamment par des sous-groupes de femmes ayant une majoration des taux de peroxydes lipidiques. Basé sur les principaux déficits identifiés et malgré l’importante hétérogénité des réponses, nous avons montré qu’une supplémentation en antioxydants permettait d’optimiser les bénéfices d’un programme de réhabilitation respiratoire en améliorant la FMIV, la Vo2sl et la surface de section transversale (SSt) des fibres musculaires de patients BPCO stables. Ainsi, dans l’optique d’une approche par phénotypes, l’utilisation de valeurs de références de la SSt, comme établies dans notre seconde étude, semble constituer un biomarqueur adapté mais celles-ci doivent être optimisées afin d’être applicable chez les patients BPCO. Pour conclure, outre l’intérêt pour l’utilisation d’une supplémentation en antioxydants au cours d’un programme de réhabilitation respiratoire, nos résultats contribuent à améliorer les connaissances sur le rôle du stress oxydant dans la physiopathologie de l’atteinte musculaire périphérique des patients BPCO. De plus, une meilleure compréhension et caractérisation de l’hétérogénéité, à la fois du stress oxydant et de l’atteinte musculaire périphérique, ouvrent des perspectives de recherche prometteuses dans l’optique d’une adaptation de la prise en charge des patients BPCO. / Pulmonary rehabilitation is considered as a major component in the management of chronic obstructive pulmonary disease (COPD) patients by inducing benefits on exercise capacity, peripheral function and muscle mass. Elevated oxidative stress at baseline, considered as one of the main factors involved in peripheral muscle impairment, is well accepted despite the discrepancies reported in the literature especially on antioxidant system. The absence of oxidative stress marker improvement following a pulmonary rehabilitation program is a likely limit to the expected muscle adaptations. However, although antioxidant supplementation seems to be an appropriate intervention for reducing oxidative stress and improving peripheral muscle impairment, its effectiveness remains to be proven in COPD patients.Thus, our objectives were to determine and characterize the oxidative stress marker heterogeneity in order to study the effets of a suitable antioxidant supplementation on specific peripheral muscle markers in stable COPD patients.Through a comprehensive analysis integrating the oxidative stress complexity, this work showed that the main antioxidant deficits in stable COPD patients are on the vitamin C/E balance, zinc and selenium. Moreover, our results allowed to determine patient profiles characterized in particular by a women subgroup with an increased rate of lipid peroxides. Based on the main identified deficits and despite the large response heterogeneity, we have shown that antioxidant supplementation may optimize the benefits of a pulmonary rehabilitation program by improving especially muscle fiber strength, cross-sectional area (CSA) and maximal oxygen consumption of stable COPD patients. Thus, from the perspective of a phenotype approach, the use of CSA reference values, as established in our second study, appears to be a suitable biomarker but these should be optimized in order to be relevant in COPD patients.Finally, besides the benefits of using an antioxidant supplementation during pulmonary rehabilitation program, our results contribute to improve our knowledge about the role of oxidative stress in the pathophysiology of peripheral muscle impairment in COPD patients. Furthermore, a better understanding and characterization of heterogeneity of both oxidative stress and peripheral muscle impairment opens up promising research prospects with a view of adjusting the management of COPD patients.

La faiblesse des muscles périphériques, définie par une diminution de la force maximale volontaire en dehors de tout état de fatigue neuromusculaire, est une complication fréquente de la broncho-pneumopathie chronique obstructive (BPCO). La force maximale volontaire dépend à la fois des propriétés musculaires périphériques (i.e. volume et architecture musculaire, qualités contractiles) et de la capacité du système nerveux à activer le muscle maximalement. Dans la BPCO, plusieurs travaux ont souligné l'existence paradoxale d'une perte de force maximale volontaire sans altérations musculaires périphériques et sans qu'un déficit d'activation volontaire n'ait clairement été identifié. Pourtant, les patients atteints de BPCO présentent de nombreuses altérations du système nerveux, compatibles avec une capacité d'activation volontaire altérée.L'objectif de ce travail de thèse était donc de tester l'implication du système nerveux dans la faiblesse musculaire de la BPCO et d'en déterminer les mécanismes sous-jacents. Au cours de nos travaux, nous avons mis en évidence une activité corticale diminuée dans la BPCO lors de contractions maximales et sous-maximales volontaires. Nous avons par ailleurs rapporté une perte d'excitabilité du cortex moteur et un déficit d'activation volontaire spécifique aux patients atteints de faiblesse musculaire. Ces résultats sont en accord avec une implication des altérations cérébrales dans la faiblesse musculaire périphérique de la BPCO. Nous sommes ensuite parvenus à identifier une origine potentielle des altérations cérébrales : les désaturations en O2 au cours du sommeil avec mouvements non-rapides des yeux (NREM). Cette hypothèse a été corroborée par l'observation d'un niveau d'activation volontaire réduit chez les patients désatureurs en sommeil NREM. En revanche, aucune répercussion significative n'a pu être observée sur la force maximale volontaire de ces patients, suggérant l'existence d'un mécanisme compensatoire. In fine, nos résultats constituent une avancée importante dans la compréhension du phénomène de faiblesse musculaire, classiquement attribué à la seule perte de masse musculaire. L'implication du système nerveux central dans la faiblesse musculaire ouvre notamment la voie à de nouvelles modalités de prise en charge par des approches spécifiques, dans l'optique de lutter contre la faiblesse musculaire et ses multiples répercussions négatives dans la vie du patient atteint de BPCO. / Peripheral muscle weakness, as defined by a reduced voluntary strength outside any state of neuromuscular fatigue, is a common complication of chronic obstructive pulmonary disease (COPD). Maximal voluntary strength is determined by both peripheral muscle properties (i.e. muscle volume and architecture, contractile quality) and the nervous system's ability to activate the muscle maximally. In COPD, many studies highlighted the paradoxical existence of maximal voluntary strength loss without any peripheral muscle impairment, and without a clearly identified voluntary activation deficit. However, patients with COPD exhibited several nervous system alterations compatible with a reduced maximal voluntary activation capacity. The aim of this thesis was to test the nervous system implication in COPD muscle weakness and to determine the involved mechanisms. As major results, we found a reduced cortical activity in COPD during maximal and sub-maximal voluntary contractions. Furthermore, we reported reduced motor cortex excitability and voluntary activation deficit, specifically in patients with muscle weakness. These results are in accordance with an involvement of cortical alterations in COPD muscle weakness. Then, we indentified a potential origin for cortical alterations: O2 desaturation during non-rapid eye movement (NREM) sleep. This hypothesis has been corroborated by the observation of a reduced voluntary activation in patients with NREM sleep desaturation. However, no significant repercussion could have been observed on maximal voluntary strength in these patients, suggesting a compensatory mechanism.Our results are an important step forward in understanding the COPD muscle weakness that was classically attributed to loss of muscle mass only. The involvement of the central nervous system in COPD muscle weakness also brings about new patient care opportunities via tailored approaches, in order to fight against muscle weakness and its deleterious consequences on a patient's life.