Thèse diffusée initialement dans le cadre d'un projet pilote des Presses de l'Université de Montréal/Centre d'édition numérique UdeM (1997-2008) avec l'autorisation de l'auteur.

Thèse diffusée initialement dans le cadre d'un projet pilote des Presses de l'Université de Montréal/Centre d'édition numérique UdeM (1997-2008) avec l'autorisation de l'auteur.

Les tendinites sont des lésions communes chez le cheval athlète, ayant un impact financier et sportif considérable. Les cellules souches mésenchymateuses (CSMs) de moelle osseuse (MO) sont empiriquement utilisées en clinique pour améliorer la guérison des affections myoarthrosquelettiques. Cependant, il est nécessaire de standardiser les protocoles d’isolement des CSMs équines et d’analyser leurs effets sur la guérison tendineuse pour ajuster leur dose. Les objectifs de cette étude étaient de comparer 3 méthodes d’isolement des CSMs équines et d’établir un modèle de guérison tendineuse minimal invasif pour analyser l’effet des CSMs sur cette guérison. Des CSMs de MO du sternum de juments étaient isolées par 3 protocoles couramment utilisés (adhérence au pétri (Classique) et 2 méthodes par gradient de densité (Percoll et Ficoll)). La viabilité des cellules après isolement, le rendement d’isolement, le nombre de CSMs obtenues après 14 jours de culture et leurs caractéristiques fonctionnelles (renouvellement et différentiation) étaient comparés entre les 3 protocoles. Les résultats suggéraient que le Percoll était le meilleur protocole en termes de rendement et de capacité de renouvellement des cellules. La différence n’était pas significative pour leur viabilité et leur capacité de différentiation. Un modèle de guérison tendineuse, consistant en une ténectomie du tendon extenseur latéral du doigt fut ensuite développé. Cependant, la grande variabilité interindividuelle de qualité de guérison dans le groupe pilote implique une ré-évaluation du modèle. Des études futures, avec des CSMs isolées par le Percoll dans de nouveaux modèles de guérison tendineuse devraient permettre de déterminer la dose adéquate de CSMs. / In equine athletes, tendinitis lesions are common and lead to substantial financial losses. Bone marrow (BM) mesenchymal stem cells (MSCs) are employed clinically empirically to enhance healing of musculoskeletal injuries. However, there is a need to standardize equine MSC isolation protocols, to analyze the effects of MSCs on tendon healing and to optimize dosage. The objectives of the study were to compare 3 methods of equine MSC isolation and develop a minimally invasive model of tendon healing to analyze the effects of MSCs on tendon healing. BM MSCs from the sternum of mares were isolated by 3 protocols (adherence to a plastic culture dish (Classic) and two gradient density separation protocols (Percoll and Ficoll)) to compare for cell viability, MSC yield, number of MSCs attained after 14 days of culture and functional characteristics (self-renewal and multilineage differentiation) of the MSCs. The results suggested that the Percoll protocol was the best of those assessed in terms of MSC yield and self-renewal potential and that MSCs retrieved with the Ficoll protocol had the lowest self-renewal. There were no significant differences in terms of cell viability and differentiation capacity. A tendon healing model was then developed and consisted of a 0.5 cm tenectomy of the lateral digital extensor tendon. However, interanimal variation of healing quality was so high within the pilot group that the model should be re-evaluated. Further studies using MSCs isolated with Percoll in other novel models of tendon healing would allow determination of the adequate dosage of MSCs.

L’objectif général de ce travail doctoral était de étudier la résultante entre les bénéfices induits par l’activité physique chronique et les effets délétères de l’avancée en âge sur la fonction d’équilibration. Pour cela, différentes techniques de manipulations sensorielles (e.g. stimulation vestibulaire galvanique, vibration tendineuse, électromyostimulation, tapis de mousse) ont été employées dans le cadre de tâches posturales bipodales. Les principaux résultats montrent que les manipulations sensorielles affectent le contrôle postural quel que soit l’âge et le niveau de pratique physique du sujet. Par ailleurs, l’avancée en âge semble majorer les effets perturbateurs des manipulations sensorielles. Le comportement postural observé pourrait, en grande partie, résulter d’une dégradation de la proprioception. Lorsque l’information proprioceptive est manipulée (i.e. vibration tendineuse), le groupe de sujets âgés ne pratiquant aucune activité physique saturerait plus rapidement le système proprioceptif que les autre groupes de sujets. En revanche, l’activité physique chronique limiterait la dégradation de la capacité d’équilibration. Elle pourrait améliorer la capacité des sujets âgés à recalibrer l’information sensorielle erronée et renforcerait l’efficacité de la proprioception. En filigrane, une optimisation fonctionnelle du système postural permettrait de compenser partiellement les effets du vieillissement. En effet, les involutions qui s’opèrent au cours de l’avancée en âge au niveau des systèmes sensoriels et du système nerveux central s’avèrent inéluctables. Elles empêchent les sujets âgés pratiquant une activité physique régulière de maintenir une habileté à compenser une perturbation posturale similaire à celle de sujets jeunes sportifs. / The overall objective of this thesis was to analyse the benefits resulting from the chronic physical activity and the deleterious effects induced by aging on postural control. To this end, different sensory manipulation techniques (e.g. vestibular galvanic stimulation, tendon vibration, electromyostimulation, foam surface) were used in the context of bipedal postural tasks. The main results showed that sensory manipulations affect postural control whatever the age and the level of physical practice of the subject. In addition, the disruptive effects of the sensory manipulations on postural control seem to increase with aging. This postural behaviour could largely result from the involution of the proprioception. When proprioception is disrupted (i.e. tendon vibration), the non-active old subjects group would saturate the proprioceptive system more quickly than the other groups. In contrast, the chronic physical activity would limit the involution of the postural control effectiveness. It could improve the ability of the old subjects to reweight sensory information and enhance the proprioception effectiveness. Hence, a functional postural control optimization might partly compensate the aging effects. Indeed, age-related involutions of sensory systems and central nervous system occurring across life span are inevitable. They prevent the older subjects who practice regular physical activity to maintain a similar ability to cope with postural disruptions in comparison with young athletes.

Dans un contexte de performance sportive, de réhabilitation ou de santé, les étirements sont couramment utilisés dans le but de préparer le système neuromusculaire à l’exercice subséquent. Si la littérature montre majoritairement que les étirements altèrent de façon aigue la performance musculaire et/ou fonctionnelle, il existe toutefois des études dont les résultats diffèrent, suggérant l’influence d’un certain nombre de facteurs sur la variabilité des réponses du système neuromusculaire. Pour une meilleure compréhension de cette variabilité et des mécanismes impliqués, cette thèse avait pour objectif d’examiner l’influence de différents paramètres sur le système neuromusculaire : la durée d’étirement, le groupe musculaire et la modalité d’étirement. Au travers de quatre études, il a été montré que les étirements statiques pouvaient altérer la production de force maximale et les propriétés neuromusculaires indépendamment de la durée d’étirement. Cependant, il est apparu que ces modulations étaient spécifiques au muscle, et plus précisément à la raideur relative du système musculo-tendineux. Indépendamment de la durée d’étirement, les étirements statiques ne seraient pas efficaces pour préparer le système neuromusculaire à une activité musculaire subséquente, et notamment pour des muscles raides. Plus particulièrement, les étirements dynamiques ne paraissent pas plus efficaces. Même si les effets néfastes ont été diminués comparativement aux étirements statiques, ils ne favoriseraient pas davantage la production de force ni la commande nerveuse. Toutefois, il est intéressant de noter qu’une durée courte d’étirements dynamiques peut réduire la résistance passive à l’étirement, et donc augmenter potentiellement l’amplitude articulaire maximale, sans affecter les capacités de production de force. Finalement, les étirements dynamiques pourraient être envisagés comme une activité musculaire dynamique, qui compense partiellement les effets néfastes de l’étirement sur la performance musculaire. D’un point de vue pratique, ceci suggère que ce type d’étirements peut être réalisé avant une performance, mais néanmoins accompagnés d’une activité musculaire de plus haute intensité, afin d’optimiser les effets de l’échauffement musculaire sur le système neuromusculaire. En définitive, la variabilité des réponses du système neuromusculaire serait dépendante de facteurs spécifiques, tels que la modalité d’étirement et la raideur relative du système musculo-tendineux, soulignant l’importance de les prendre en considération dans la pratique. / Stretching is traditionally incorporated into pre-exercise routines in health, rehabilitation and sporting environments to condition the neuromuscular system for exercise. While a large body of evidence reported that stretching may acutely impair the subsequent muscular performance, some conflicting results highlight possible mitigating factors of neuromuscular responses variability. Because the limited data available do not present a clear consensus, the aim of this thesis was to investigate the effects of different factors on neuromuscular responses to stretch: the muscle group, the stretch duration and modality. By means of four studies, it has been shown that static stretching may alter maximal voluntary torque and neuromuscular properties, irrespective of the stretch duration. However, these modulations were dependent on the muscle group, and more specifically on the intrinsic stiffness of the muscle-tendon system. Regardless of the stretch duration, static stretching appears to be not effective, or even detrimental, to prepare the musculotendinous system for subsequent exercises, and especially for stiff muscles. It is also relevant that dynamic stretching was not better than static stretching. Even if stretch-induced impairments were mitigated compared to static stretching, dynamic stretching would not optimize muscle strength capacities and central nervous system. However, a short duration of dynamic stretching may be sufficient to reduce passive resistive torque, and therefore potentially increase maximal range of motion, without affecting muscle strength capacities. Finally, dynamic stretching could be considered as dynamic muscle activity, which would partly counteract deleterious muscle-tendon stretching effects. From a practical point of view, dynamic stretching could be a part of warm-up procedure, but should be associated to stronger contractions to optimize the improvement in muscle strength capacities. In summary, the variability of neuromuscular responses to stretch would be dependent on specific factors, such as stretching modality and relative stiffness of the musculotendinous system, emphasizing the importance of taking it into consideration in practice.

La stabilisation de la tête est une tâche capitale : elle détermine l'équilibre corporel, la prise d'informations sensorielles et la protection des centres nerveux. Elle est déterminée en grande partie par la raideur musculo-tendineuse des muscles cervicaux qui, à notre connaissance, n'a jamais été étudiée auparavant. Par ailleurs, la méthode de détentes rapides élaborée pour évaluer la raideur musculo-tendineuse de certaines articulations n'a jamais été appliquée à des segments corporels multi-articulaires. Les objectifs de ce travail sont de développer une méthode d'évaluation de la raideur musculo-tendineuse du segment tête-cou par application de détentes rapides, de modéliser le segment tête-cou en un système mono-articulaire et d'étudier les effets de la fatigue périphérique sur la raideur musculo-tendineuse du segment tête-cou. L'analyse cinématique de la tête lors de détentes rapides par accélérométrie montre que la relation entre le déplacement angulaire et le niveau de force est positive et reproductible. Les résultats obtenus ne nous ont pas permis de mettre en évidence une relation entre la raideur musculo-tendineuse et le niveau de force. L'analyse de la cinématique du segment tête-cou à l'aide d'un procédé d'optimisation nous a permis de mettre en évidence une augmentation significative de la raideur musculo-tendineuse avec le niveau de force. Les résultats montrent que les variations d'ordre géométrique générées par les spécificités structurelles de la zone cervicale étaient en partie responsables de l'augmentation de la raideur musculo-tendineuse du segment tête-cou en fonction du niveau de force. Le procédé d'optimisation nous a permis d'émettre l'hypothèse que la fatigue périphérique ne générait pas de modifications de la raideur musculo-tendineuse des muscles cervicaux. Les résultats obtenus à l'issue de ces travaux montrent que l'application de détentes rapides, associée à une modélisation du segment tête-cou en un système mono-articulaire, semble aboutir à une estimation fiable de la raideur musculo-tendineuse du segment tête-cou.

Les tendinites sont des lésions communes chez le cheval athlète, ayant un impact financier et sportif considérable. Les cellules souches mésenchymateuses (CSMs) de moelle osseuse (MO) sont empiriquement utilisées en clinique pour améliorer la guérison des affections myoarthrosquelettiques. Cependant, il est nécessaire de standardiser les protocoles d’isolement des CSMs équines et d’analyser leurs effets sur la guérison tendineuse pour ajuster leur dose. Les objectifs de cette étude étaient de comparer 3 méthodes d’isolement des CSMs équines et d’établir un modèle de guérison tendineuse minimal invasif pour analyser l’effet des CSMs sur cette guérison. Des CSMs de MO du sternum de juments étaient isolées par 3 protocoles couramment utilisés (adhérence au pétri (Classique) et 2 méthodes par gradient de densité (Percoll et Ficoll)). La viabilité des cellules après isolement, le rendement d’isolement, le nombre de CSMs obtenues après 14 jours de culture et leurs caractéristiques fonctionnelles (renouvellement et différentiation) étaient comparés entre les 3 protocoles. Les résultats suggéraient que le Percoll était le meilleur protocole en termes de rendement et de capacité de renouvellement des cellules. La différence n’était pas significative pour leur viabilité et leur capacité de différentiation. Un modèle de guérison tendineuse, consistant en une ténectomie du tendon extenseur latéral du doigt fut ensuite développé. Cependant, la grande variabilité interindividuelle de qualité de guérison dans le groupe pilote implique une ré-évaluation du modèle. Des études futures, avec des CSMs isolées par le Percoll dans de nouveaux modèles de guérison tendineuse devraient permettre de déterminer la dose adéquate de CSMs. / In equine athletes, tendinitis lesions are common and lead to substantial financial losses. Bone marrow (BM) mesenchymal stem cells (MSCs) are employed clinically empirically to enhance healing of musculoskeletal injuries. However, there is a need to standardize equine MSC isolation protocols, to analyze the effects of MSCs on tendon healing and to optimize dosage. The objectives of the study were to compare 3 methods of equine MSC isolation and develop a minimally invasive model of tendon healing to analyze the effects of MSCs on tendon healing. BM MSCs from the sternum of mares were isolated by 3 protocols (adherence to a plastic culture dish (Classic) and two gradient density separation protocols (Percoll and Ficoll)) to compare for cell viability, MSC yield, number of MSCs attained after 14 days of culture and functional characteristics (self-renewal and multilineage differentiation) of the MSCs. The results suggested that the Percoll protocol was the best of those assessed in terms of MSC yield and self-renewal potential and that MSCs retrieved with the Ficoll protocol had the lowest self-renewal. There were no significant differences in terms of cell viability and differentiation capacity. A tendon healing model was then developed and consisted of a 0.5 cm tenectomy of the lateral digital extensor tendon. However, interanimal variation of healing quality was so high within the pilot group that the model should be re-evaluated. Further studies using MSCs isolated with Percoll in other novel models of tendon healing would allow determination of the adequate dosage of MSCs.