Les signatures cérébrales des coureurs d'endurance.
Jan 12 / Kinesport
La course d'endurance (RE), probablement l'un des sports les plus populaires au monde, est définie comme la course de longue distance sur une période prolongée (Hulteen et al. 2017). Physiologiquement, elle dépend largement de la production d'énergie aérobie et requiert de l'endurance ainsi que de la force mentale. Plus précisément, les performances en RE dépendent de l'interaction entre une absorption maximale d'oxygène élevée (VO2max), la durabilité de VO2max et l'économie de course (Lucia et al. 2008). Le processus de vieillissement pourrait avoir un effet sur la performance d’ER par son effet sur le VO2max, la masse musculaire active, le volume sanguin, etc. (Reaburn et Dascombe 2008 ; Tanalias et Seals 2008). En effet, il a été démontré que la performance d’ER atteint son maximum vers 30 ans, et que la performance à environ 60 ans correspond à environ 90 % du niveau maximum (Lara et al. 2014 ; Nikolaidis et al. 2019). En outre, une bonne performance en ER nécessite et repose sur de multiples processus cognitifs et de contrôle moteur (tels que la planification, la mémoire de travail, la commutation attentionnelle et la flexibilité cognitive). Les mécanismes neuronaux qui sous-tendent les bonnes performances en ER restent cependant mal compris.
Suite au développement des techniques de neuroimagerie, plusieurs tentatives ont été faites dans le domaine pour explorer les différences structurelles et fonctionnelles du cerveau entre les coureurs d'endurance et les témoins sains (HC). Par exemple, en comparant un groupe de jeunes athlètes d'endurance (2 nageurs, 6 triathlètes, 4 marathoniens et un coureur cycliste) avec des athlètes d'endurance, une étude de morphométrie basée sur les voxels (VBM) a montré un volume de matière grise (GMV) plus élevé dans le gyrus frontal supérieur gauche et le gyrus parahippocampique gauche dans le groupe d'athlètes d'endurance (Schlaffke et al. 2014). Plus récemment, une étude d'IRM fonctionnelle au repos (IRMf) a fait état d'une connectivité fonctionnelle (FC) accrue du réseau frontopariétal avec les régions cérébrales du cortex frontal chez les jeunes athlètes ER par rapport aux HC (Raichlen et al. 2016). En utilisant l'imagerie de diffusion (DTI), une étude des régions d'intérêt (ROI) centrée sur les ganglions de la base a révélé une fraction d’anisotropie (FA) plus faible et un taux de diffusion moyen légèrement plus élevé dans le segment interne du globus pallidus chez les jeunes coureurs d'endurance par rapport aux HC (Chang et al. 2015).
À la connaissance des auteurs, aucune étude multimodale combinant ou fusionnant trois modalités d'IRM du cerveau n'a été réalisée pour explorer les différences structurelles et fonctionnelles du cerveau entre les coureurs d'endurance et les HC. L'exploitation des informations croisées entre les types de données lors d'analyses multimodales peut fournir de nombreuses informations sur les différences structurelles et fonctionnelles entre les deux groupes.
MÉTHODE
Objectif :
Réaliser une étude IRM multimodale complète afin d'étudier les différences structurelles et fonctionnelles du cerveau entre 22 coureurs d'endurance et 20 HC correspondants.
Matériels et méthodes
22 Jeunes coureurs d'endurance (hommes ; 26,27 ± 6,07 ans)
20 sujets contrôle ne participant pas actuellement à un exercice volontaire et qui n'ont pas participé à un exercice régulier au cours des 2 dernières années.
Réaliser une étude IRM multimodale complète afin d'étudier les différences structurelles et fonctionnelles du cerveau entre 22 coureurs d'endurance et 20 HC correspondants.
Hypothèse :
Les deux groupes présenteraient des différences structurelles et fonctionnelles cérébrales significatives dans l'hippocampe et certaines régions motrices, y compris le gyrus précentral.
Les deux groupes présenteraient des différences structurelles et fonctionnelles cérébrales significatives dans l'hippocampe et certaines régions motrices, y compris le gyrus précentral.
Matériels et méthodes
- n = 42
22 Jeunes coureurs d'endurance (hommes ; 26,27 ± 6,07 ans)
20 sujets contrôle ne participant pas actuellement à un exercice volontaire et qui n'ont pas participé à un exercice régulier au cours des 2 dernières années.
- Tous les participants étaient droitiers
Acquisition de l'IRM
Synthèse des analyses :
- IRMf pondérée en fonction T1
- Imagerie de diffusion
- IRMf en état de repos
Synthèse des analyses :
- Morphométriques
- VBM cérébrale complète
- Épaisseur et aire de surface corticales (GM : matière grise / WM : matière blanche)
- Forme et volume sous-corticales
- En choisissant les régions du cerveau identifiées dans les analyses de morphométrie du cerveau comme étant des ROIs, une seed-based analysis (technique d’analyse permettant d’analyser la connectivité d’une région très focale à une autre région du cerveau) de la connectivité fonctionnelle a été effectuée entre les deux groupes pour examiner les corrélats fonctionnels des différences morphologiques liées aux ROIs.
- Des comparaisons par voxels de la fraction d’anisotropie ont été effectuées entre les deux groupes pour identifier les différences microstructurales de la substance blanche liées à la course en endurance.
RÉSULTATS
Analyses VBM du cerveau entier
- Les auteurs ne rapportent qu'un seul cluster significatif où les coureurs d'endurance avaient un GMV plus grand que les HC. Ce cluster impliquait principalement le gyrus précentral gauche (taille du cluster = 1016 voxels; coordonnées MNI du pic: x = -43,5, y = - 18, z = 49,5; valeur t de pointe = 5,413)
Analyses SBM
- Aucune différence d'épaisseur corticale significative n'a été trouvée entre les deux groupes. Par rapport aux HC, les coureurs d'endurance ont montré une surface corticale significativement plus grande dans le gyrus précentral gauche (taille du cluster = 2319 vertices ; coordonnées du pic Talairach: x = - 51,7, y = 6,3, z = 24,2; valeur du pic t = 4,16 , RFT corrigé, p = 0,00067).

Analyses de formes volumétriques sous-corticales et basées sur les vertex
- Les analyses volumétriques sous-corticales ont révélé un plus grand volume de matière grise dans l'hippocampe gauche (taille du cluster= 632 voxels; coordonnées du pic MNI: x = -33, y = - 31,5, z = - 10,5; valeur t de pointe = 3,13) chez les coureurs d'endurance par rapport aux HC.
- Les analyses de forme sous-corticale basées sur les vertex ont révélé une importante inflation régionale dans la partie latérale antérieure de l'hippocampe droit chez les coureurs d'endurance par rapport aux HC.

Analyses seed-based de la connectivité fonctionnelle (FC)
- Par rapport aux HC, les coureurs d'endurance ont montré une FC significativement plus élevée de la seed dans le gyrus précentral gauche avec le gyrus postcentral et précentral droits (taille du cluster = 63 voxels; coordonnées MNI de pointe: x = 42, y = - 15, z = 33; valeur de t crête = 4,70).
- Les coureurs d'endurance ont également montré une FC significativement plus élevée de la seed dans l'hippocampe gauche avec la zone motrice supplémentaire gauche (SMA) et le cortex cingulaire moyen (MCC) (taille du cluster = 145 voxels; coordonnées du pic MNI: x = - 3, y = 12, z = 27; valeur de t maximale = 3,82), ainsi qu’une FC significativement plus élevée de la seed dans l'hippocampe droit avec le lobe postérieur gauche du cervelet (taille du cluster = 164 voxels ; coordonnées MNI du pic: x = - 15, y = - 57, z = - 33; valeur du pic t = 3,7878).

Analyses de DTI
Par rapport aux HC, les auteurs ont trouvé 3 clusters où les coureurs d'endurance avaient une FA significativement plus élevée. Ces clusters impliquaient :
- Le lobe postérieur gauche du cervelet
- Le précuneus bilatéral
- Le genou du corps calleux (CC)
- Le bras antérieur gauche de la capsule interne (IC)
- La corona radiata antérieure gauche (CR)
- La capsule externe gauche (EC)

DISCUSSION
Dans cette étude, une analyse multimodale basée sur l'IRM a été menée pour étudier les différences structurelles et fonctionnelles cérébrales liées à l’ER entre les coureurs d'endurance et les HC. Les principales conclusions sont résumées comme suit :
Cette étude a trouvé un ensemble de différences structurelles et fonctionnelles cérébrales entre les coureurs d'endurance et les HC qui pourraient être les bases neurales sous-jacentes aux bonnes performances ER des coureurs d'endurance.
Plus précisément :
- Par rapport aux HC, les coureurs d'endurance ont montré un plus grand volume de matière grise et une plus grande surface corticale dans le gyrus précentral gauche.
- Les analyses volumétriques et de forme sous-corticales ont révélé un plus grand volume de matière grise dans l'hippocampe gauche et une inflation régionale dans l'hippocampe droit chez les coureurs d'endurance par rapport aux HC.
- Les régions cérébrales identifiées lors de la morphométrie cérébrale étaient associées à une connectivité fonctionnelle plus élevée chez les coureurs d'endurance que chez les HC.
- Par rapport aux HC, les coureurs d'endurance ont montré une FA significativement plus élevée dans la matière blanche de plusieurs régions du cerveau, y compris le cervelet, le précuneus et le corps calleux, entre autres.
Cette étude a trouvé un ensemble de différences structurelles et fonctionnelles cérébrales entre les coureurs d'endurance et les HC qui pourraient être les bases neurales sous-jacentes aux bonnes performances ER des coureurs d'endurance.
Plus précisément :
- Compte tenu de l'implication critique du gyrus précentral dans le contrôle moteur, ces résultats d'un GMV et d'une surface corticale plus élevés dans le gyrus précentral peuvent suggérer un meilleur contrôle moteur chez les coureurs d'endurance par rapport aux HC.
- La FC plus élevée entre la région précentrale gauche et les gyrus post-central et précentral droits peut indiquer que les coureurs d'endurance sont associés à une meilleure intégration sensori-motrice et à une meilleure coordination entre les membres.
- Le GMV plus élevé et l'inflation régionale observés dans l'hippocampe pourraient être les corrélats neuronaux sous-jacents aux bonnes performances ER des coureurs d'endurance, et ces caractéristiques peuvent être apparues en réponse à des années d'entraînement aux ER.
- Compte tenu des rôles fonctionnels de l'hippocampe, une FC supérieure de l'hippocampe avec la SMA gauche, le MCC et le cervelet peut suggérer que les coureurs d'endurance sont plus efficaces pour extraire des informations pertinentes de l'hippocampe et à les transférer aux régions cérébrales motrices lors du choix d'un mouvement optimal ou d'une intensité d'exercice.
- Les connectivités plus importantes pourraient être les corrélats neuronaux facilitant un transfert d'informations plus efficace chez les coureurs d'endurance.
Limites :
• Étant donné la nature transversale de l’étude, on ne peut pas dire si les résultats sont dus à une prédisposition innée ou résultent d'un entrainement à long terme d’ER.
• Le manque de tests cognitifs détaillés évaluant la mémoire, l'attention et les fonctions exécutives des coureurs d'endurance affaiblit l'interprétabilité des résultats liés à l'hippocampe.
• Le manque d'évaluation des facteurs de confusion tels que l'activité physique, le niveau de forme cardio-respiratoire et / ou le régime alimentaire qui peuvent influencer ces résultats doit être reconnu.
CONCLUSION
En utilisant des données d'IRM multimodales, cette étude a révélé des différences significatives dans la morphologie de la matière grise, la connectivité fonctionnelle et la microstructure de la matière blanche entre les coureurs d'endurance et des individus contrôles. Ces résultats fournissent plusieurs éléments de preuve pour les différences structurelles et fonctionnelles du cerveau entre les coureurs d'endurance et les individus contrôles.
Les données suggèrent que ces caractéristiques cérébrales peuvent être le résultat d'un entraînement régulier à la course en endurance; cependant, la question de savoir si elles représentent les corrélats neuronaux sous-jacents aux bonnes performances ER des coureurs d'endurance nécessite des recherches supplémentaires bien conçues.
BIBLIOGRAPHIE
Structural and functional brain signatures of endurance runners.
Cao L, Zhang Y, Huang R, Li L, Xia F, Zou L, et al. Structural and functional brain signatures of endurance runners. Brain Struct Funct [Internet]. 2020;(0123456789). Available from: https://doi.org/10.1007/s00429-020-02170-y
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Alice Kongsted
Alice Kongsted est professeure au Département des sciences du sport et de biomécanique clinique de l'université du Danemark du Sud et chercheuse principale à l'Institut nordique de chiropratique et de biomécanique clinique. Ses recherches portent sur la douleur rachidienne, en particulier sur la prise en charge en soins primaires des maux de dos, et sur l'épidémiologie clinique. Elle a dirigé le développement de « GLA:D Back », un programme d'éducation du patient et d’exercices destiné aux personnes souffrant de maux de dos persistants. Alice Kongsted est également rédactrice en chef adjointe des revues BMC Musculoskeletal Disorders et de Chiropractic & Manual Therapies. Elle a été étroitement impliquée dans l'élaboration par l'Autorité sanitaire danoise de directives cliniques nationales pour le traitement de la radiculopathie lombaire, de la radiculopathie cervicale et des cervicalgies non spécifiques.
Elle a fait partie du groupe de travail Lancet Low Back Pain Series qui a publié trois articles en mars 2018 pour appeler à une reconnaissance mondiale du handicap associé aux maux de dos et à la nécessité de donner la priorité à ce problème croissant à l'échelle mondiale.
Alan Sealy
Membre de la Chartered Society of Physiotherapy (MCSP), Alan est diplômé de l'université de Sheffield Hallam (1996) (Bsc, 1ère classe avec distinction), où il a également obtenu son diplôme de troisième cycle en thérapie manuelle en 1999.De par sa formation en thérapie manuelle, Alan travaille comme spécialiste clinique en réadaptation vestibulaire. Initialement au sein du NHS (National Health Service) et en tant qu'associé en pratique privée à Sheffield, Alan a en effet développé un intérêt précoce pour les vertiges et les troubles de l'équilibre.
Il a développé la clinique d'équilibre la plus active de Scandinavie, la « Balanse Klinikken » à Oslo, dont il est directeur de la rééducation. Plus récemment, il est devenu également directeur de la clinique d'équilibre d'Aberdeen (Ecosse). Il a ainsi traité et soigné plus de 7000 patients présentant des troubles de l’équilibre et/ou des vertiges. Cette expérience considérable est utilisée dans la recherche et l'enseignement à travers le Royaume-Uni, la Scandinavie et l'Europe occidentale.
Alan a présenté de nombreuses conférences nationales et internationales dans le domaine de la rééducation vestibulaire et a publié des articles dans des revues à comité de lecture. Maintenant basé à Aberdeen, son temps est partagé entre sa pratique privée, ses conférences et occasionnellement ses recherches.
Alastair Flett
Alan
Alli Gokeler
Alli a obtenu son diplôme en physiothérapie en 1990 à la Rijkshogeschool de Groningue (Pays-Bas) puis est devenu instructeur certifié médecine orthopédique et thérapie manuelle en 1999. De 1991 à 2001, il a travaillé comme kinésithérapeute aux États-Unis et en Allemagne. À son retour aux Pays-Bas, il a obtenu un diplôme en physiothérapie sportive de l'université des sciences appliquées d'Utrecht en 2003. En 2005, il a commencé son projet de doctorat au Centre médical universitaire de Groningue (Centre de rééducation). Alli a un intérêt particulier pour le contrôle moteur après des blessures du ligament croisé antérieur (LCA).
Il travaille actuellement sur un projet post-doctorat en relation le développement de programmes de prévention conçus pour réduire l'incidence du taux de blessures du LCA secondaires et la survenue associée d'arthrose.
Depuis 2001, Alli est kinésithérapeute et directeur du Medisch Centrum Zuid à Groningue, aux Pays-Bas. Il a enseigné les sciences appliquées à l’Université Hanze (École de physiothérapie), toujours à Groningue, de 2002 à 2004.
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Andrew est physiothérapeute consultant et spécialiste des membres supérieurs. Il travaille à la fois dans le NHS (National Health Service) et en pratique privée. Andrew est également un universitaire engagé et étudie dans le cadre de son doctorat à l'université de Keele (Royaume-Uni).
Anju Jaggi
Anju est un physiothérapeute consultant avec un intérêt clinique pour le dysfonctionnement de l'épaule. Elle est également directrice adjointe de la recherche et de l'innovation thérapeutiques au Royal National Orthopaedic Hospital (RNOHT). Elle travaille au RNOHT depuis plus de 20 ans, dont 18 ans en réadaptation clinique dans la gestion de la dysfonction complexe de l'épaule avec un intérêt particulier pour l'instabilité atraumatique de l'épaule. Elle a publié des travaux dans le domaine du contrôle moteur de l'épaule, co-supervisé des projets d'étudiants de troisième cycle et est impliquée dans des études de recherche financées en collaboration avec des partenaires commerciaux et universitaires, dont l'essai NIHR GRASP avec l'université d'Oxford. Elle dirige actuellement un essai clinique randomisé sur le rôle de la chirurgie dans l'instabilité atraumatique de l'épaule avec l'équipe chirurgicale du RNOHT en collaboration avec le Pr Ginn de l'université de Sydney. Elle chargée d'enseignement clinique à l'University College London (UCL). Elle a été présidente de la European Society of Shoulder & Elbow Rehabilitation (EUSSER) de 2012 à 2015 et est actuellement membre du conseil de la British Shoulder & Elbow Society (BESS). Elle siège actuellement au comité du National Institute of Clinical Excellence (NICE) pour les lignes directrices en matière d'arthroplastie de la hanche, du genou et de l'épaule.
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Ashley est un physiothérapeute spécialisé en musculosquelettique basé au Royaume-Uni. Ashley a 10 ans d'expérience dans le sport professionnel et la santé au travail. Son expérience antérieure dans le rugby gallois et son travail actuel en santé au travail avec l’IPRS Health l'ont conduit à son poste actuel de responsable clinique des services de physiothérapie de l’IPRS Health.
Ashley a également décidé d'entreprendre un doctorat à l'université métropolitaine de Manchester, visant à modifier le paradigme de la gestion des douleurs lombaires sur le lieu de travail.
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Bahram Jam est le fondateur et directeur du Advanced Physical Therapy Education Institute (APTEI) et a été instructeur en chef pour plus d'un millier de cours cliniques postdoctoraux en orthopédie au Canada et à l'étranger. Il continue de pratiquer comme physiothérapeute et possède une vaste expérience clinique dans les soins directs aux patients.
Henrik Riel
Henrik Riel (PT, PhD) est un physiothérapeute depuis 2011, travaillant à la fois en clinique et en cabinet. Il est titulaire d’un doctorat de l’Unité de recherche en médecine générale de l’Université d’Aalborg (Danemark), qui porte sur la mise en œuvre et le développement de nouvelles technologies au sein du système de santé.
Professeur adjoint au programme de physiothérapie du Collège universitaire du nord du Danemark, ses recherches portent principalement sur l’exercice en tant que traitement des troubles musculosquelettiques, en particulier pour les douleurs fémoro-patellaires et au talon.
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Bart Dingenen (kinésithérapeute, PhD à l'Université de Hasselt en Belgique) est actuellement chercheur postdoctoral universitaire et professeur à l'université de Hasselt (Belgique) tout en exerçant comme kinésithérapeute du sport dans une clinique privée (Motion to Balance, Genk).
Il s'intéresse principalement aux stratégies d'optimisation des stratégies de prévention et de rééducation des blessures sportives des membres inférieurs, notamment les blessures du ligament croisé antérieur, l'instabilité chronique de la cheville et les blessures liées à la course à pied.
Cliniquement, Bart est principalement consulté pour la rééducation des membres inférieurs, la prévention des blessures et l'amélioration des performances. Bart a publié de nombreux articles dans des revues internationales à comité de lecture et participe fréquemment à des conférences nationales et internationales, des colloques, des ateliers et des podcasts pour traduire la recherche en pratique.
Il a reçu le prix du groupe d'intérêt en biomécanique de l'American College of Sports Medicine en 2015. Bart est également le rédacteur en chef des rédeaux sociaux de Physical Therapy in Sport.
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Ben Cormack dirige la société éducative Cor-Kinetic qui dispense des formations continues aux professionnels de la santé et du sport. Il est thérapeute spécialisé en musculosquelettique avec une formation clinique en thérapie sportive, réadaptation, science de la douleur et exercice. Il s’est spécialisé dans une approche basée sur le mouvement et l'exercice avec une forte composante éducative et centrée sur le patient.
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Ben est physiothérapeute spécialisé en musculosquelettique et nutritionniste associé au Cranfold Physical Therapy Center à Surrey (Royaume-Uni). Après une formation en entraînement personnalisé et un BSc (Hons) en physiothérapie, Ben est devenu de plus en plus conscient de l'impact des habitudes alimentaires sur les patients et les clients. Cela l'a amené à compléter un MSc en nutrition humaine. Ben combine ainsi son expérience en entraînement, en physiothérapie et sa compréhension de la nutrition dans une approche globale de la gestion des patients.
Brad Neal
PhD MSc (Adv Phys) BSc (Hons) (Physiothérapie)
Maître de conférences invité, Hertfordshire University
Bradley est un physiothérapeute qui a travaillé dans le service public (NHS), le sport d'élite et dans le privé au cours des 13 dernières années. Il a obtenu sa MSc en physiothérapie musculosquelettique avancée à l'université d’Hertfordshire en 2011 avant de rejoindre Pure Sports Medicine en tant que physiothérapeute spécialiste de l'appareil locomoteur et responsable de la recherche. Il a commencé ses études de doctorat à l'université Queen Mary de Londres (QMUL) en étudiant l'influence de la biomécanique des membres inférieurs dans le développement, la persistance et la gestion de la douleur fémoro-patellaire en avril 2014, qu'il a récemment soutenue avec succès. Il combine sa recherche avec des rôles cliniques et d'enseignement et se considère comme un universitaire clinicien.
Alison Sim
Dr Alison Sim a obtenu son diplôme d'ostéopathe en 2001. Elle détient une maîtrise en gestion de la douleur de la faculté de médecine de l'université de Sydney et du Royal North Shore Pain Management Research Institute. Elle s'intéresse particulièrement à la douleur persistante, avec une approche décrite comme une « globale » où l'accent est mis sur tous les aspects de la vie d'une personne qui pourraient avoir un impact sur la douleur. Alison a également donné des conférences à l'université catholique australienne, à l'université Victoria, au RMIT et à l'université George Fox dans divers domaines scientifiques et cliniques. En plus de ses activités de chargée de cours, elle a travaillé au sein de l'équipe enseignante de la Deakin University Medical School (Geelong, Australie).
Chad Cook
PT, PhD, MBA, FAPTA, Chad est professeur titulaire à l'université Duke à Durham (Caroline du Nord), chercheur clinicien, physiothérapeute et défenseur de la profession avec une longue expérience en termes d'excellence et de service en matière de soins cliniques. Ses passions incluent l’affinage et l'amélioration du processus d'examen des patients et la validation des outils utilisés dans la pratique quotidienne des physiothérapeutes. À l'heure actuelle, le Dr Cook est impliqué dans plusieurs subventions et a publié plus de 250 articles évalués par des pairs. Il est lauréat de plusieurs prix pour l'enseignement et la recherche et est un conférencier international.