Soutenance de thèse de Nicolas HUGUES

Au-delà de son rôle important dans l'amélioration des fonctions cardiovasculaires et musculaires, l'exercice d'endurance chronique est désormais reconnu pour prévenir les pathologies neurologiques en favorisant la plasticité cérébrale. En effet, l'entraînement en endurance peut altérer à la fois le cortex et l'hippocampe, deux des zones cérébrales très sensibles à l'entraînement en endurance, jouant un rôle majeur dans les fonctions motrices et cognitives. Cependant, bien que de plus en plus étudiés, les bénéfices de l'entraînement en endurance sur la santé cérébrale ainsi que sur le comportement restent controversés en raison de la diversité des protocoles utilisés. En effet, ces protocoles d'entraînement sont trop rarement individualisés, durent de quelques jours à plusieurs semaines et manquent de points de mesure intermédiaires pour mieux comprendre la cinétique de leurs effets. Parmi ces régimes d'entraînement en endurance, deux d'entre eux semblent présenter un intérêt certain. Le premier est évidemment le traditionnel entraînement continu d'intensité modérée (MICT), tandis que le second gagne encore en popularité, l'entraînement par intervalles de haute intensité (HIIT). La première étude de ce manuscrit visait donc à définir le décours temporel des effets des HIIT et des MICT sur la plasticité corticale, l'endurance et les performances sensorimotrices pendant une période d'entraînement de 8 semaines chez des rats sains. Les résultats indiquent une amélioration précoce et supérieure de l'endurance suite à des HIIT. Néanmoins, les MICT favoriseraient une augmentation précoce des marqueurs de neuroplasticité. Cependant, alors que les effets bénéfiques du MICT semblent diminuer au fil du temps, les HIIT réguleraient à la hausse marqueurs neurotrophiques, métaboliques et angiogéniques à 2 et 8 semaines. Ainsi, les effets propres aux HIIT et MICT semblent être spécifique en fonction du temps, et suggèrent un effet complémentaire qui pourrait être utile dans les directives d'exercice physique pour maintenir la santé cérébrale. En plus de leur rôle dans l'optimisation et la prévention de la santé cérébrale et des maladies cardio-vasculaires, les entraînements d'endurance restent étudiés pour leurs effets thérapeutiques après une ischémie cérébrale. Bien que les HIIT avec de longs intervalles aient déjà montré une légère supériorité par rapport aux MICT à charge de travail similaire pendant la période critique de plasticité (c'est-à-dire les premières semaines chez les rongeurs), ils restent insuffisants pour promouvoir une récupération fonctionnelle complète. C'est pourquoi les deuxième et troisième études visaient à définir l'efficacité du HIIT avec intervalles longs vs intervalles courts sur les cortex ipsi- et controlésionnels ainsi que sur la récupération fonctionnelle et cognitive après ischémie cérébrale. Si les deux régimes ont permis d'améliorer les performances d'endurance et la plasticité corticale, principalement dans le cortex controlésionnel, le HIIT long a semblé favoriser une récupération complète plus précoce de la force de préhension. Cependant, tant chez les rats sains que chez les rats AVC, les régimes d'entraînement en endurance restent insuffisants pour favoriser l'amélioration des fonctions cognitives. Comme l'entraînement d'endurance sur tapis roulant n'exige pas une forte demande cognitive, sa combinaison avec un entraînement cognitif pourrait potentiellement limiter le déclin cognitif post-AVC. Ainsi, l'efficacité de la combinaison d'un entraînement cognitif avec le MICT et le HIIT est le but de la quatrième étude de ce manuscrit, qui est toujours en cours.

Beyond its important role in improving cardiovascular and muscular functions, chronic endurance exercise is now recognized to prevent neurological pathologies by promoting cerebral plasticity. Indeed, endurance training can alter both the cortex and the hippocampus, two of the brain areas highly sensitive to endurance training, playing a major role in motor and cognitive functions. However, although increasingly studied, endurance training benefits on brain health and behavior remain controversial due to the diversity of the protocols used. Indeed, these training protocols are rarely individualized, last from few days to many weeks and lack intermediate time-points of measurement to better understand the kinetic of their effects. Among these endurance training regimens, two of them appear to be of interest. Obviously, the first is the traditional Moderate-intensity continuous training (MICT), while the second is still gaining popularity, the High-intensity interval training (HIIT). Hence, the first study of this manuscript aimed to define the time-dependent effects of work-matched HIIT and MICT on cortical plasticity, endurance, and sensorimotor performances over an 8-week training period in healthy rats. The results indicate an early and superior endurance improvement with HIIT than MICT. Nevertheless, MICT promoted an early increase in markers of neuroplasticity. However, while MICT beneficial effects appeared to decrease over the time, HIIT seemed to upregulate neurotrophic, metabolic and angiogenic markers at 2 and 8 weeks. Hence, HIIT and MICT appeared to be effective in a time-dependent manner suggesting a complementary effect that might be useful in physical exercise guidelines for maintaining brain health. Interestingly, in addition to their role in optimization and prevention of brain heath and cardio-vascular diseases, endurance training regimens remain under study for their therapeutic effects following cerebral ischemia. Although HIIT with long intervals have already shown a slight superiority to work-matched MICT during the critical period of plasticity (i.e. the first weeks in rodents), they remain insufficient to promote a complete functional recovery. Hence, the second and third studies aimed to define the effectiveness of HIIT with long vs. short interval on both ipsi- and contralesional cortices as well as on functional and cognitive recovery during the first two weeks following cerebral ischemia. While both regimens were effective in enhancing endurance performance and cortical plasticity in the contralesional cortex mainly, long-HIIT appeared to promote an early grip strength complete recovery. However, in both healthy and stroke rats, endurance training regimens remain insufficient in promoting cognitive enhancement and limiting cognitive decline. As endurance training on treadmill do not request high cognitive demand, its combination to a cognitive training could potentially end up in limiting cognitive decline early after stroke. Thus, the effectiveness of combining a cognitive training to MICT and HIIT is the purpose of the fourth study of this manuscript, which is still on going.