Réponses cérébrales pendant l'exercice en hypoxie (CERVOX)

Dans le paradigme classique de la physiologie de l'exercice, la capacité cardio-respiratoire et la fatigue musculaire sont censées fixer la limite de la tolérance à l'effort. Cependant, il existe des situations expérimentales où il n'est pas possible d'expliquer la limitation de la performance à l'exercice à l'aide de ce paradigme classique, et il est donc nécessaire de rechercher une alternative. Des recherches récentes mettent en évidence des changements associés à l'exercice dans le cerveau, par ex. modifications de la perfusion cérébrale, de l'oxygénation cérébrale et de l'excitabilité des neurones. En outre, plusieurs résultats suggèrent que dans certaines conditions, le système nerveux central ne parvient pas à entraîner les motoneurones de manière adéquate, c'est-à-dire la soi-disant fatigue centrale. Cependant, le phénomène de limitation centrale à l'exercice et ses mécanismes neurophysiologiques sous-jacents restent à clarifier. Le métabolisme cérébral et les réponses neurohumorales lors d'un exercice fatigant sont donc à investiguer afin de proposer un nouveau paradigme capable d'expliquer la limitation de l'exercice. Parmi les conditions où le paradigme classique de la limitation de la performance à l'exercice ne semble pas convenir aux observations réelles, l'exercice dans un environnement hypoxique semble être particulièrement difficile. Certaines données suggèrent en effet que la réponse cérébrale à l'exercice pourrait être substantiellement modifiée en hypoxie par rapport à la normoxie.

Par conséquent, dans le présent projet, les chercheurs visent à évaluer l'effet de l'hypoxie sur l'adaptation du cerveau à l'exercice chez l'homme en bonne santé. En particulier, l'objectif est d'évaluer la réponse neurophysiologique cérébrale à un exercice fatigant, y compris la perfusion et l'oxygénation cérébrales, l'activation cérébrale, l'excitabilité corticale ainsi que la commande motrice résultante lors de l'inhalation de mélanges gazeux normoxiques ou hypoxiques. Pour atteindre ces objectifs, des approches méthodologiques complémentaires seront utilisées lors de l'exercice dans des conditions normoxiques et hypoxiques : l'imagerie par résonance magnétique fonctionnelle (IRMf) sera utilisée pour évaluer l'activation cérébrale, la méthode de résonance magnétique nucléaire par imagerie de perfusion arterial spin labeling (ASL) évaluera les la perfusion cérébrale, la spectroscopie proche infrarouge (NIRS) permettra la mesure de l'oxygénation cérébrale, la mesure du potentiel évoqué moteur en réponse à la stimulation magnétique transcrânienne (TMS) évaluera l'excitabilité corticale, la mesure du niveau d'activation centrale (évalué par TMS) et la les signaux électromyographiques (EMG) évalueront la commande motrice. Par ailleurs, pour tenir compte de l'effet de la masse musculaire mise en jeu lors de l'exercice et de la durée de l'exposition hypoxique, l'adaptation cérébrale à l'exercice en hypoxie sera évaluée pour des tâches motrices impliquant des groupes musculaires petits (adduction du pouce) ou grands (extension du genou, ergométrie). ainsi que pour une exposition hypoxique aiguë (< 1 heure) ou prolongée (plusieurs heures : 6 heures). Cette approche multi-technique sera possible grâce à ce projet collaboratif entre trois partenaires experts en investigation des fonctions cérébrales et en physiologie de l'exercice (Institut Fédératif de Recherche 'RMN Biomédical et Neurosciences' Université Joseph Fourier et CHU de Grenoble ; Laboratoire 'Physiologie de l'exercice', Université CHU St Etienne ; Laboratoire « Efficacité et Déficiences Motrices », Université Montpellier I, Montpellier).

Les chercheurs émettent l'hypothèse que l'hypoxie augmenterait la perturbation cérébrale associée à un exercice fatigant donné, c'est-à-dire qu'elle induirait une plus grande réduction du sang cérébral et de l'oxygénation cérébrale, une plus grande réduction de l'excitabilité corticale et de l'activation centrale ainsi qu'une plus grande réduction de la commande centrale, et ce particulièrement lorsque une grande masse musculaire est impliquée ainsi que lorsque l'exposition hypoxique est prolongée.

Ce projet vise à renouveler notre vision de la limitation de la performance physique humaine ainsi que notre compréhension de la tolérance à l'exercice dans des conditions hypoxémiques. Ce dernier est pertinent pour la médecine du sport et de l'altitude traitant de la tolérance à l'exercice et à l'altitude, ainsi que pour les maladies caractérisées par l'hypoxémie et l'intolérance à l'exercice telles que les maladies respiratoires comme les maladies pulmonaires obstructives chroniques par exemple.