Soutenance de thèse de GIOVANNANGELI Cyril

Résumé de la thèse

De nombreux systèmes biologiques peuvent être considérés comme oscillants, harmoniques, amortis et forcés, notamment l'iris et le système cardiovasculaire. L'une des limites des analyses de leurs signaux réside dans l'absence de distinction entre l'activité contractile intrinsèque liée aux potentiels d'action et les propriétés viscoélastiques des tissus. Le modèle de Kelvin-Voigt, issu de la théorie des systèmes oscillants, a été appliqué aux cinétiques de l'iris et du ventricule gauche afin d'évaluer ces propriétés viscoélastiques, essentielles à la dissipation d'énergie et au stockage-restitution d'énergie élastique.
L'évaluation de l'activité du système nerveux autonome chez les athlètes est un enjeu majeur de l'entraînement, car elle est liée à la performance et au surentraînement. Dans une première étude, nous avons appliqué le modèle de Kelvin-Voigt à la cinétique du réflexe photomoteur chez deux groupes homogènes de jeunes athlètes élites, distingués selon leur activité nerveuse autonome évaluée par la variabilité cardiaque. Le modèle détectait des différences d'activité contractile d'origine sympathique entre ces deux groupes. De plus, le comportement du modèle était cohérent, l'activité contractile d'origine parasympathique, principalement fonctionnelle, ne différait pas entre les deux groupes en période de récupération estivale, et les propriétés viscoélastiques ne différaient pas, ces groupes étant issus d'une population homogène. Cette approche révèle un moyen rapide d'évaluer la réserve adaptative de l'activité autonome et souligne l'importance des mécanismes d'amortissement et de restitution d'énergie élastique lors des mouvements de l'iris.
Le modèle de Kelvin-Voigt a ensuite été adapté à l'activité spontanée de l'iris (hippus) pour caractériser l'activité basale des deux branches du système nerveux autonome. Les enregistrements en positions couchée et debout ont révélé des signatures spécifiques malgré une reproductibilité modeste des impulsions. Les impulsions contractiles d'origines parasympathiques étaient plus élevées en position couchée, et l'activité contractile totale pendant l'hippus était 7,5 fois inférieure à celle du réflexe photomoteur. L'absence de corrélation forte entre les paramètres du modèle appliqué à l'iris et la variabilité cardiaque s'explique sans doute par le fait que cette dernière ne prend pas en compte les propriétés viscoélastiques du système cardiovasculaire.
Dans une troisième étude, le modèle de Kelvin-Voigt a été adapté à la cinétique du volume du ventricule gauche du cycle cardiaque complet. L'objectif était de prendre en considération les forces de rappel des mécanismes de Frank-Starling et de torsion-détorsion, les forces contractiles intrinsèques ventriculaire et auriculaire, ainsi que les résistances visqueuses. Le modèle a été appliqué en condition basale et après un ultra-triathlon chez des athlètes entraînés. Il a décrit la cinétique du ventricule gauche avec une erreur moyenne <1 %. La force de rappel liée à la torsion-détorsion était la principale source de conservation d'énergie et était significativement altérée après l'épreuve. Le modèle a également montré que le mécanisme de Frank-Starling contribue à moins de 15 % de l'énergie d'éjection, le reste étant fourni par la contraction ventriculaire.
Le temps étant limité à l'entraînement, les protocoles de suivi doivent minimiser la contrainte pour les athlètes. Le réflexe photomoteur peut être enregistré en moins de 6 secondes et les hippus apparaissent à une fréquence régulière d'environ 0,2 Hz. Ces caractéristiques ont conduit au développement d'un outil innovant sur téléphone portable, objet d'une demande de brevet. Il enregistre les cinétiques de réflexe photomoteur et d'hippus et y applique le modèle de Kelvin-Voigt. Cette invention ouvre de nouvelles perspectives pour le suivi de l'activité du système nerveux autonome et des propriétés viscoélastiques de l'iris, chez les athlètes comme dans la population générale.