Discussion de l’étude n°

Les résultats principaux de l’étude n°1 montre que l’ischémie cérébrale induit une fatigue musculaire précoce ainsi qu’une modification de la régulation des réflexes moteurs du

triceps brachii post-exercice. Ces résultats semblent révéler une adaptation de la boucle

sensorimotrice suite à une MCAo-r. Cependant, la régulation du réflexe-H post-exercice semble rétablie 7 jours après la lésion cérébrale bien qu’une fatigue neuromusculaire précoce soit toujours présente. Par ailleurs, nous avons approfondi la nature des déficits sensorimoteurs au niveau de la patte antérieure gauche à travers la mesure de la force de préhension de chaque patte, des adaptations posturales impliquant le support de poids et l’équilibre statique. Nous avons montré que ces déficits peuvent persister pendant les 7 premiers jours post MCAo-r.

Considérations méthodologiques

La similarité des résultats obtenus pour les groupes Témoins et SHAM semble confirmer que les tests comportementaux sont fiables sur une évaluation d’une semaine. De plus, les résultats des animaux SHAM assurent que les premières étapes de la chirurgie MCAo-r n’influencent pas les paramètres neuromusculaires enregistrés. Seule la force de préhension obtenue avec les 2 pattes antérieures dans le groupe SHAM augmente au cours de la semaine post-chirurgie ce qui pourrait être associé à une élévation du stress souvent observée après un acte chirurgical (Desborough, 2000). Les animaux ont en effet tendance à agripper plus fermement la barre de force dans ces conditions (comme ceci est le cas dans la phase de familiarisation). Néanmoins, ce résultat ne ressemble pas à celui des animaux lésés car il est opposé. Les perturbations observées sur les différents tests de comportement peuvent donc être considérées comme directement liées à l’occlusion cérébrale induite par chirurgie.

Au vu de l’étendue de l’œdème cérébral évaluée par IRM et de la zone infarcie déterminée par la coloration au crésyl violet en histologie, la chirurgie MCAo-r n’affecte directement que l’hémisphère droit, et ce, de manière reproductible. Ces deux mesures nous assurent que nos animaux présentent une lésion cérébrale similaire lors de l’évaluation des modifications neuromusculaires au niveau de la boucle sensorimotrice.

Plusieurs preuves indiquent clairement que les conditions d'enregistrement du réflexe- H sont similaires pour chaque animal : 1) l’onde H augmente progressivement avec l’intensité de stimulation à partir de son apparition jusqu’à son amplitude maximale ce qui est en accord avec une étude précédente (Cliffer et al., 1998), 2) le réflexe-H n’est pas aboli lorsque la stimulation est appliquée à l’intensité correspondante à l’onde Mmax, 3) l’intensité de stimulation requise pour obtenir Hmax est supérieure ou égale à celle requise pour obtenir Mmax comme cela a déjà été décrit (Gozariu et al., 1998), 4) l’amplitude de l’onde M est toujours plus élevée que celle de l’onde H quelque soit l’intensité de stimulation et 5) le temps de latence est similaire entre l’onde H et l’onde M au cours des différentes mesures réalisées (l’onde H apparaît toujours après l’onde M). Il est important de rajouter que la position des électrodes d’enregistrement n’est pas modifiée au cours du protocole entre les mesures PRE et POST-exercice afin d’assurer une comparaison fiable entre ces 2 mesures. De plus, le rapport Hmax/Mmax permet de s’affranchir de l’état de propagation des potentiels d’action le long de la membrane musculaire. Ainsi, l’amplitude de l’onde H ne reflèterait que les mécanismes de modulation de l’activation motoneuronale au niveau spinal (Palmieri et al., 2004).

La contraction isométrique sous-maximale réalisée jusqu’à épuisement constitue un modèle d’étude approprié pour 1) mesurer le niveau de fatigue (en se basant sur le temps limite) et 2) évaluer la régulation des mécanismes spinaux après un AVC. D’une part, il permet de stimuler rapidement la production de métabolites en se ciblant sur un seul muscle d’intérêt (ici le triceps brachii). D’autre part, il permet de détecter facilement

l’apparition de la fatigue en se basant sur la diminution de la force musculaire. Enfin, il permet de conserver la position des électrodes avant et après contraction pour l’enregistrement du réflexe-H, laissant ainsi la possibilité de pouvoir faire la comparaison PRE et POST exercice.

Le réflexe-H n’est pas modifié au repos suite à une ischémie cérébrale.

Le réflexe-H obtenu au repos (avant l’exercice isométrique) des animaux lésés est similaire à celui des animaux Témoin et SHAM. Notre étude montre donc que l’efficacité de la transmission synaptique entre les afférences de gros diamètre (groupes I et II) et les motoneurones-α ne semble pas être perturbée dans les conditions de repos. Ceci est en contradiction avec des résultats précédents obtenus chez des patients AVC qui montrent une augmentation significative du réflexe-H de repos (Hwang et al., 2004; Phadke et al., 2012).

L’exercice isométrique met en évidence une fatigue précoce et une perturbation des réflexes somatiques suite à l’’ischémie cérébrale.

La fatigue apparaît de manière précoce chez les animaux lésés au cours de l’exercice isométrique ce qui n’avait jamais été mis en évidence auparavant. De plus, la réponse du réflexe-H est fortement perturbée après un exercice isométrique un jour après la lésion puisqu’il ne varie pas, contrairement aux groupes de référence où ce réflexe est fortement diminué.

Notre étude ne nous permet pas de déterminer les mécanismes sous-jacents à la régulation des réflexes somatiques et de la fatigue musculaire mais nous pouvons suggérer que ces 2 résultats peuvent être partiellement expliqués par une perturbation de l’activité des afférences métabosensibles (groupes III et IV) qui sont bien connues pour être activées par les métabolites accumulés dans le muscle (Rotto & Kaufman, 1988; Adreani et al., 1997;

Gandevia, 2001). Plusieurs études révèlent que ces afférences jouent un rôle important dans la régulation de l’activité motrice pendant et après un effort fatigant (Pettorossi et al., 1999;

Laurin et al., 2015). De nombreux auteurs suggèrent que l’action de ces afférences permettrait

de limiter une fatigue prématurée en informant le SNC des modifications métaboliques dans le but d’optimiser la performance musculaire. Elles permettraient également d’éviter une altération excessive de la structure musculaire selon la théorie du « muscle wisdom »

(Bigland-Ritchie & Woods, 1984; Bigland-Ritchie et al., 1986; Amann et al., 2011). Par

exemple, il a été observé une baisse supérieure de la production de force après 3 min de stimulation électrique musculaire chez les rats dont les afférences métabosensibles ont été détruites via l’injection de capsaïcine par rapport aux animaux contrôles (Dousset et al.,

2004). La contribution de ces afférences à la performance physique est confirmée par une

étude menée chez l’Homme où lorsque les récepteurs des afférences métabosensibles sont bloqués par l’injection d’un antagoniste (le fentanyl), la performance sur un temps limite (80 % de la puissance maximale) est diminuée de 21 % et semble associée à une fatigue périphérique importante (Amann et al., 2011).

Il paraît important de souligner que ceux ne sont pas les seuls groupes d’afférences musculaire à être stimulées pendant un exercice isométrique. En effet, les modifications mécaniques provoquées par la contraction musculaire stimulent également les afférences des groupes I et II mais aussi les afférences mécanosensibles de petit diamètre (essentiellement les afférences des groupes III). Cependant, les études précédentes montrent une modification de la performance sans modification de l’action des afférences musculaires mécanosensibles.

Par ailleurs, l’absence de modification de réflexe-H post-exercice observée à J1 pourrait être aussi associée à une perturbation de l’activité des afférences musculaires métabosensibles. En effet, les afférences des groupes III et IV restent activées après un

exercice fatigant car les produits métaboliques du muscle ne sont pas éliminés immédiatement

(Haouzi et al., 1999). De plus, ces afférences peuvent inhiber le réflexe-H en agissant au

niveau pré-synaptique des afférences du groupe Ia (et réflexe monosynaptique) ou diminuer l’excitabilité motoneuronale sur des animaux sains (Kniffki et al., 1981; Schomburg et al.,

1999; Laurin et al., 2010). Ainsi, nous postulons que ceux sont les seuls types d’afférences

pouvant influencer la réponse du réflexe-H après l’exercice. Par exemple, chez des animaux sains, il a été suggéré que ces afférences exercent un rétrocontrôle au niveau spinal et supraspinal, induisant une inhibition des réflexes somatiques au cours et après une fatigue induite électriquement (Pettorossi et al., 1999; Kalezic et al., 2004). Ces résultats sont confirmés chez l’homme où il a fréquemment été montré qu’une fatigue isométrique provoque une baisse du réflexe-H (Duchateau et al., 2002).

D’autres mécanismes pourraient être impliqués tels qu’une modification de l’influence des voies motrices descendantes, potentiellement altérées par l’ischémie et également connues pour moduler l’activation motoneuronale. Par ailleurs, comme il a été mentionné plus haut, les afférences des groupes III et IV sont les seuls à être activées après un exercice fatigant. Il semble donc peu probable que les afférences mécanosensibles soient impliquées dans la régulation du réflexe-H post-exercice. De même, une perturbation de la régulation du réflexe- H via les afférences en provenance des muscles hétéronymes devrait être exclue dans notre étude. En effet, nous avons sectionné les nerfs des muscles synergiques et antagonistes du

triceps brachii afin d’éviter leurs influences durant l’acquisition du réflexe-H. Les

mécanismes impliquant les autres muscles ne contribuent donc pas à ajuster la boucle sensorimotrice après l’exercice.

La réponse du réflexe-H suite à l’exercice retrouve rapidement des valeurs de base en une semaine post-chirurgie, montrant que les mécanismes sous-tendant les adaptations au niveau spinal évoluent très vite. Cependant, rappelons que la fatigue précoce est toujours

présente à J7 durant l’exercice. Une des explications à ce résultat peut être liée à une atrophie musculaire et/ou à une modification de la myotypologie du triceps brachii, contrairement à J1 où ces changements myotypologiques semblent trop prématurés. D’après l’étude de Chang et al., les muscles des animaux MCAo-r (1 heure d’occlusion) subissent une perte de la masse musculaire 1 semaine après l’occlusion affectant aussi bien les fibres musculaires de type II que les fibres de type I (Chang et al., 2010). La myotypologie est connue pour influencer la réponse des afférences métabosensibles (davantage présentes sur les fibres musculaires de type II). Ainsi, l’activité des afférences métabosensibles pourrait encore être perturbée soit par une diminution de la sensibilité et/ou la quantité de leurs récepteurs mais également au niveau leur intégration dans la moelle épinière.

Les déficits fonctionnels sont maintenus durant la phase aigüe post-MCAo-r.

Le score neurologique montre bien que les comportements globaux sont similaires entre les animaux lésés. Les résultats du test de suspension par la queue montrent que l’ischémie cérébrale induit bien une asymétrie motrice dans notre étude. Les animaux lésés se redressent exclusivement du côté gauche durant 7 jours suivant la chirurgie MCAo-r, sans aucun signe de récupération. Notre étude est la première à utiliser ce test après une occlusion de l’ACM de 2 heures. Dans les travaux de Borlongan et al., l’ischémie d’une heure réalisée au niveau de l’hémisphère droit induit une orientation préférentielle à gauche qui reste stable (pour 85 % des essais de 1 jour à 2 mois post MCAo-r), ce qui est similaire avec notre étude

(Borlongan & Sanberg, 1995; Borlongan et al., 1998). Pour une ischémie de 30 min,

l’orientation des redressements reste préférentiellement à gauche mais elle peut être inférieure à 75 % des essais (Chen et al., 2008). Il semblerait donc que la durée de l’occlusion de l’ACM influence l’importance de l’asymétrie motrice évaluée à partir de ce test.

Les animaux lésés montrent de fortes difficultés à grimper et saisir les barreaux de l’échelle inclinée avec la patte antérieure gauche surtout durant les 4 premiers jours post- MCAo-r mais la récupération reste incomplète. Une étude précédente montre également une baisse de réussite (53,4 % d’erreurs) suite à une ischémie de 2 heures comparable à celle que nous avons observé (Aronowski et al., 1996). Plusieurs causes pourraient être à l’origine de ce phénomène tels qu’un déficit de propulsion, de coordination et/ou une altération de la sensibilité de la patte antérieure gauche (proprioception) (Metz & Whishaw, 2009). Cependant, la contribution respective des déficits sensoriels et moteurs est difficilement quantifiable dans ces conditions et reste à éclaircir.

La baisse de force brute produite avec les 2 pattes antérieures a déjà été observée chez des animaux lésés (Erdő et al., 2006; Ishrat et al., 2009; Deshmukh et al., 2011). Cependant, ce résultat est controversé. C’est pourquoi l’analyse de la force est approfondie dans la présente étude en distinguant la production de force de la patte gauche de celle de la patte droite. En effet, nos résultats montrent que la force produite par la patte antérieure gauche diminue tout au long de la semaine post-MCAo-r justifiant partiellement la baisse du rapport G/D mais aussi la baisse de la force produite avec les deux pattes. En parallèle, la force développée par la patte droite va également diminuée, mais tardivement, suggérant ainsi une atteinte plus modérée au niveau de la patte droite. Il est intéressant de noter que les animaux lésés ont des difficultés à agripper la barre de force à son contact avec leur patte gauche, et non avec la patte droite (aucune difficulté avec les 2 pattes réunies). Dans notre étude, la baisse de force de la patte gauche pourrait donc s’expliquer partiellement par un déficit de sensibilité. Par ailleurs, la méthode MCAo-r est connue pour ne pas entraîner des lésions directes du cortex moteur mais plutôt des structures impliquées dans la régulation de l’activité motrice comme le striatum et le thalamus (Gharbawie & Whishaw, 2006; Kleim et al., 2007).

Il est donc suggéré que la perturbation de la commande motrice volontaire semblerait davantage liée à une altération du versant sensoriel plutôt que du versant moteur.

Les animaux lésés montrent une incapacité à se maintenir en équilibre durant les 2 jours qui suivent l’occlusion de l’artère cérébrale moyenne. Ils se penchent systématiquement sur la gauche entraînant un déséquilibre important. Nos résultats nous permettent d’apprécier la récupération progressive de l’équilibre statique à partir du 4ème jour post-chirurgie qui reste néanmoins incomplète au bout d’une semaine. Ceci semble en contradiction avec plusieurs études qui considèrent que ce test n’est pas assez sensible pour détecter des différences neurologiques après une ischémie cérébrale (Aronowski et al., 1996; Zausinger et al., 2000). Une des raisons qui pourrait expliquer cette différence pourrait être associée à la modification méthodologique apportée dans notre étude. Nous avons laissé un espace de 5 cm entre les 2 poutres afin que les animaux n’utilisent pas le tronc pour s’équilibrer, ce qui biaiserait fortement les résultats. À ce jour, ce test n’est donc toujours pas standardisé mais la modification apportée pourrait être un élément à considérer dans les études futures. À notre avis, ce test devrait être davantage étudié pour optimiser l’évaluation des déficits vestibulomoteurs induits par une ischémie cérébrale.

Caractérisation des déficits posturaux suite à l’ischémie cérébrale à partir du DWB : une nouvelle méthode évaluant la répartition pondérale

Les altérations posturales causées par une ischémie cérébrale sont habituellement évaluées à partir de tests tels que l’observation de la position des pattes antérieures lorsque l’animal est suspendu par la queue et le score neurologique (de Vries et al., 2011). À notre connaissance, la répartition pondérale n’a jamais été quantifiée directement suite à une ischémie cérébrale chez le rat, bien que les troubles posturaux liés à une asymétrie de la répartition pondérale au niveau membres inférieurs soient fréquemment observés chez

l’Homme (Pérennou & Bronstein, 2005; De Nunzio et al., 2014). Il est alors essentiel de pouvoir identifier précisément ce type de déficits dans l’expérimentation animale pour mieux comprendre les déficits et leur évolution.

L’utilisation du DWB nous a permis de mettre en évidence, après observation des rats lors de l’enregistrement, une augmentation du temps passé sur 3 pattes chez les animaux MCAo. Ce résultat pourrait être associé à une moindre sollicitation de la patte antérieure gauche pour maintenir la position statique. Ce phénomène est possible si l’animal présente une hémi-négligence de la patte controlatérale, caractéristique d’une occlusion cérébrale, mais nous ne pouvons le confirmer ici (Carli et al., 1985). D’autre part, nos animaux lésés ne présentent pas une asymétrie de la répartition pondérale au niveau des pattes antérieures et postérieures. Ceci est en désaccord avec les observations faites chez l’Homme où une asymétrie est observée au niveau des membres inférieurs (Pérennou & Bronstein, 2005). Malgré le fait que l’occlusion dure 2 h, la parésie des pattes antérieures n’est peut être pas suffisamment sévère pour être détectée par le DWB. Une ischémie permanente pourrait induire des déficits posturaux plus importants. Par ailleurs, la sensibilité des capteurs pourrait être optimisées car ce dispositif est encore en développement. Ainsi, ce nouveau test semble être approprié pour mesurer précisément l’implication des pattes antérieures et postérieures dans les adaptations posturales suite à un traumatisme du SNC contrairement au SWB (Static

weight-bearing) où seulement la répartition pondérale des pattes postérieures pouvait être

évaluée. Par ailleurs, les mesures sont réalisées sur des animaux pouvant se déplacer librement et sans accumulation de fatigue, représentant plus fidèlement les conditions environnementales naturelles et limitant les biais. De plus, un tel système d’enregistrement permet d’obtenir des données objectives permettant d’avoir des résultats reproductibles.

Une réduction de l’œdème cérébral pourrait expliquer en partie la récupération fonctionnelle spontanée.

L’analyse histologique au Crésyl Violet montre que l’étendue de la zone infarcie ne varie pas entre J1 et J7 bien que celle-ci ait tendance à légèrement diminuer entre J1 et J7, confirmant les données observées dans des travaux précédents (Virley et al., 2000; Yang et

al., 2003; Lee et al., 2009). Une zone infarcie plus importante à J1 pourrait être liée à

l’œdème cérébral induit par l’ischémie. En effet, nos valeurs IRM indiquent la présence d’un œdème cérébral important 1 jour après la lésion alors que ce dernier diminue 7 jours après la lésion, ce qui est en accord avec plusieurs études précédentes (Lin et al., 1993; Virley et al.,

2000). Par ailleurs, nous suggérons que la réduction de l’œdème cérébral pourrait être en

partie à l’origine de la récupération fonctionnelle spontanée observée sur certains de nos tests plutôt qu’une diminution de la zone infarcie. En effet, une résorption de l’œdème cérébrale diminue la compression des tissus nerveux environnant, permettant à ces derniers de retrouver une activité (Hallett, 2001; Teasell et al., 2005). Cependant, un tel résultat est à prendre avec précaution puisque l’analyse IRM n’a été réalisée que sur deux animaux seulement.