Letteratura scientifica selezionata sul tema "Appareil locomoteur – Développement"

Dans cette thèse nous avons évalué les effets de la dénutrition intra-utérine sur le développement du système locomoteur chez le rat. Nous avons utilisé des rats nouveau-nés dont les mères ont reçu une alimentation contrôle (groupe de Contrôle - C, 17% de protéines) ou une alimentation hypoproteique et isocalorique (groupe Dénourri - D, 7,8% de protéines) pendant la gestation. Après la naissance les animaux ont reçu l'alimentation normoproteique. Les composantes contractile, élastique série et élastique parallèle ont été étudiées dans les soleus et l'Extensor Digitorum Longus (EDL) à 25 et 90 jours de vie en conditions isolées. L'analyse histologique des muscles a également eu lieu. Du 1er au 21éme jour de vie, la croissance somatique, la maturation des caractéristiques physiques et des réflexes ont été évalués. A 8, 14, 17, 21 et 90 jours, l'activité locomotrice et la trajectoire des animaux ont été examinées par analyse vidéo du déplacement de l'animal dans un champ circulaire. Le groupe D a montré une atrophie musculaire, une diminution de la force ainsi qu'une augmentation de la vitesse maximale de raccourcissement des muscles soleus et EDL à 25 et 90 jours de vie. La raideur de l'élément élastique en série est augmentée dans le soleus, tandis que l'EDL a subit une diminution de raideur à 25 jours de vie dans le groupe D. Il y a eu une augmentation de la raideur passive dans les deux muscles du groupe D à 25 jours. L'analyse hystologique a montré, sur le soleus de 25 et 90 jours une augmentation du pourcentage de fibres de type IIa, alors que l'EDL s'enrichit en fibres de type IIb au détriment des fibres de types IIa à 25 et 90 jours. Il y a une réduction de la croissance somatique et un retard de la maturation physique et des réflexes chez les animaux du groupe D. L'analyse de l'activité locomotrice a montré une hyperactivité chez les rats du groupe D à 14 et 17 jours alors qu'à l'âge adulte, il est noté une hypoactivité locomotrice. L'ensemble de ces résultats montre que la dénutrition foetale provoque de nombreuses altérations de la fonction musculaire et de la maturation somatique et sensorielle. La persistance de certains changements fonctionnels montre que l'ajustement intra-utérin du système muscle-squelettique pourra avoir des conséquences à long terme et compromettre la locomotion de l'animal
In this thesis, we studied the effects of intra-uterine undernutrition on the development of locomotor system of rats. It was use offspring from mothers fed either with a control diet (control group – C, 17%, protein) or with a low-protein isocaloric diet (undernourished group - D, 7. 8%, protein) during gestation. After birth, all animals received normoproteic diet. At 25 and 90 days of age, the contractile and elastics properties of soleus and extensor digitorum longus (EDL) muscles were studied under isolated conditions. The histological analyses of muscles were also performed. Somatic growth, maturation of physical features, and reflexes of offspring were daily analyzed over the 1st to 21st of age. At 8th, 14th, 17th, 21st and 90th day of age, locomotor activity and the trajectory of animals were examined by the analysis of the movement of animals in a circular field. The D group showed a muscular atrophy, reduced strength, and an increase of shortening maximal velocity of soleus and EDL muscles at 25th and 90th days of age. In the D group, the stiffness of series elastic component was enhanced in the soleus muscles, while EDL muscles showed a decrease at 25th day of age. Similarly, at 25th days of age, D group showed an increase in the passive stiffness of both muscles. The histological analysis showed an increase in the proportion of Type IIa fibers in soleus muscles at 25th and 90th days of age, while EDL showed an increase of type IIb fibers at 25th and 90th days of age. There was a reduction in the somatic growth, as well as a delay in the physical reflex maturation in the D group. The analysis of locomotor activity showed hyperactivity in rats of D group at 14th and 17th days of age. In contrast, it was seen a locomotor hypo-activity in adult age. The data show that fetal undernutrition induces several alterations in the muscle functions and in the somatic and sensorial maturation. The long-term effects of some functional alterations show that the intra-uterine adaptations of skeletal muscles system can impair the locomotion of animal

Le cerveau et la moelle épinière adultes sont câblés pour traiter l’information sensorielle et la transformer en patrons d’activité cohérents qui forment la base de la perception du monde extérieur et de la motricité. Ces connexions très précises, loin d’être complètement établies à la naissance, sont affinées par l’activité électrique. Des activités spontanées (AS) peuvent être générées en l’absence de stimulation extrinsèque au système considéré. Au niveau de la moelle épinière, les AS sont responsables des mouvements spontanés et des tremblements myocloniques observés chez tous les mammifères immatures y compris chez l’humain. Elles constituent en quelque sorte les premiers pas du réseau locomoteur, ce qui signifie d’une part, qu’elles apparaissent avant l’émergence d’une activité de type locomotrice, et d’autre part, qu’elles participent à la mise en place et au raffinement d’un réseau moteur fonctionnel. La locomotion est générée par des réseaux de neurones localisés au niveau de la moelle épinière lombaire. Ces neurones constituent le générateur de rythme locomoteur (ou CPG, pour « central pattern generator »). Contrairement aux AS, l’activité locomotrice est déclenchée par une stimulation du réseau. Le patron locomoteur de décharges rythmiques est alterné de chaque côté de la moelle spinale, et entre les racines lombaires qui innervent des muscles extenseurs et fléchisseurs
The mature brain and spinal cord are precisely wired to process sensory information into coherent patterns of activity that form the basis of our perception and motor behaviors. This precise wiring is not fully developed at birth. The pattern of connections that emerges during prenatal development only roughly approximates the final wiring. This initially coarse pattern of connections is subsequently refined by activity-dependent mechanisms that match precisely the presynaptic neurons to their appropriate target cells. In spinal cord, spontaneous activity (SA) is responsible for spontaneous limb movements and myoclonic twitching observed in all immature mammals, including human babies. SA can be seen as the first steps of the locomotor network since its participates in the development of the locomotor system.Locomotion is produced by neural networks located in the spinal cord (Central Pattern Generators (CPGs). Activation of CPGs, evokes a fictive locomotor pattern consisting of alternation between the motor bursts on the left and right sides of the spinal cord, as well as alternation between flexor and extensor bursts on the same side. Operation of neural networks depends on the balance between excitation and inhibition. At early stages of development, neuronal assemblies are hyperexcitable mainly because of GABA and glycine, the major inhibitory neurotransmitters in adults,that are depolarizing. GABA and glycine action depends on the intracellular concentration of chloride ([Cl-]i) which is finely regulated by specific cation-chloride co-transporters, called KCC2 and NKCC1

L'enfance est une période de construction de l'organisme durant laquelle des interactions avec l'environnement et une activité physique régulière sont nécessaires à la maturation des réseaux neuronaux. Ainsi, un dialogue constant entre le muscle et le cerveau assure le développement harmonieux des fonctions motrices. Cependant, une activité sensorimotrice atypique durant l'enfance (qu'elle soit due à un manque d'activité physique, à des troubles neurodéveloppementaux ou à des situations pathologiques telles qu'un alitement prolongé) perturbe le dialogue muscle - cerveau et un cycle délétère et auto-entretenu s'installe : l'activité sensorimotrice atypique génère des mouvements anormaux/atypiques qui induisent une rétroaction somatosensorielle atypique vers le système nerveux central immature. Ceci entraine une désorganisation des circuits sensorimoteurs et la commande motrice se trouve modifiée. Les propriétés musculaires sont affectées, ce qui impacte la réalisation du mouvement et renforce la production de mouvements anormaux. L'ensemble de ces éléments pourra affecter au final la vie future de l'enfant. Toutefois, les conséquences d'une activité sensorimotrice atypique sur le développement du système neuromusculaire restent parcellaires à ce jour et requièrent un intérêt particulier.L'objectif principal de cette thèse est d'avancer dans la compréhension des effets de la restriction sensorimotrice sur le dialogue muscle - cerveau. Pour répondre à cette problématique, des études ont été menées à partir d'un modèle animal de RSM qui consiste à immobiliser les pattes postérieures des ratons du jour postnatal 1 (P1) à P28. Il reproduit un phénotype moteur proche de celui décrit chez les patients atteints de trouble développemental de la coordination (modifications musculosquelettiques durables, déficits locomoteurs, hyper-réflexie spinale...).Une première étude s'est intéressée aux effets de la RSM sur la maturation du système neuromusculaire à travers l'analyse des réflexes neurodéveloppementaux, qui dépendent étroitement du développement des muscles et représentent en outre des indicateurs fiables du développement neurologique et comportemental. Outre la voie neuronale sensorimotrice, le muscle et le cerveau communiquent également par voie endocrinienne, et notamment via les myokines, des molécules sécrétées par les muscles squelettiques en réponse à l'activité physique. Parmi ces myokines, l'intérêt s'est porté sur l'irisine et sur son précurseur (FNDC5). L'irisine est considérée comme un véritable médiateur des effets bénéfiques de l'exercice au niveau du système nerveux central, où elle induit notamment l'expression de BDNF. Ainsi, dans une seconde étude, nous avons quantifié les taux de myokines (irisine) dans le muscle et le cerveau. Enfin, nous avons voulu déterminer si la RSM précoce (de P1 à P28) pouvait avoir des effets fonctionnels à long terme (P60-P90).Ces études démontrent que la RSM induit 1) une diminution du poids corporel ainsi qu'une atrophie des muscles des pattes postérieures, qui touche préférentiellement le soleus ; 2) un retard dans le développement moteur et l'apparition des principaux réflexes neurodéveloppementaux ; 3) une augmentation de FNDC5/irisine dans le soleus, le plasma et certains structures cérébrales, sans augmentation de BDNF et 4) des effets à long terme et notamment une altération des performances motrices.Ainsi, la RSM et les faibles interactions avec l'environnement au cours du développement entrainent une altération de la maturation du système neuromusculaire. L'augmentation de FNDC5/irisine dans le soleus suggère l'existence d'un mécanisme adaptatif qui se mettrait en place afin de réduire l'impact de la RSM. Enfin, les conséquences à P60-P90 de la RSM soutiennent l'idée qu'il existe des périodes critiques, de « programmation », pendant lesquelles des facteurs négatifs tels que l'inactivité physique peuvent entrainer des conséquences à court et à long termes
Childhood is a period of construction of the organism, during which interactions with the environment and regular physical activity are necessary for the maturation of neuronal networks. Thus, a constant dialogue between muscle and brain ensures the harmonious development of motor functions. However, atypical sensorimotor activity (whether due to lack of physical activity, neurodevelopmental disorders or pathological situations such as prolonged bed rest) disrupts the muscle-brain dialogue and a deleterious and self-perpetuating cycle is established: atypical sensorimotor activity generates abnormal/atypical movements which induce atypical somatosensory feedback to the immature central nervous system. This leads to disorganization of sensorimotor circuits and motor control is altered. Muscle properties are affected, which impacts movement and reinforces the production of abnormal movements. All of these elements could ultimately affect the child's future life. However, the consequences of atypical sensorimotor activity on the development of the neuromuscular system remain fragmentary to date and deserve special interest.The main objective of this thesis is to improve our understanding of the effects of sensorimotor restriction (SMR) on muscle-brain dialogue. To address this issue, studies were carried out using an animal model of SMR, which consists of immobilizing hindlimbs of the pups from postnatal day 1 (PND1) to PND28. This model reproduces a motor phenotype close to that described in patients with developmental coordination disorder (long-lasting musculoskeletal changes, locomotor deficits, spinal hyperreflexia, etc.).A first study focused on the effects of SMR on the maturation of the neuromuscular system through analysis of neurodevelopmental reflexes which are closely related on muscle development and are also reliable indicators of neurological and behavioral development. In addition to the sensorimotor neuronal pathway, muscle and brain also communicate via the endocrine pathway, especially through myokines, molecules secreted by skeletal muscles in response to physical activity. Among these myokines, interest has focused on irisin and its precursor (FNDC5). Irisin is considered to be a true mediator of the beneficial effects of exercise in the central nervous system, where it notably induces BDNF expression. Thus, in a second study, we quantified myokines (irisin) levels in muscle dans brain. Finally, we wanted to determine whether early RSM (from P1 to P28) could have long-term functional effects (P60-P90).These studies demonstrate that SMR induces 1) a decrease in body weight and atrophy of hindlimb muscles, preferentially affecting the soleus; 2) a delay in motor development and in the appearance of the main neurodevelopmental reflexes; 3) an increase in FNDC5/irisin in soleus, plasma and some brain structures, without any change for BDNF and 4) long-term effects including motor performance impairment.Thus, SMR and weak interactions with the environment during development lead to impaired maturation of neuromuscular system. The increase in FNDC5/irisin in the soleus suggests the existence of an adaptive mechanism that could reduce impact of SMR. Finally, the effects of SMR at P60-P90 support the idea that there are critical, “programming” periods, during which negative factors such as physical inactivity can lead to short- and long-term consequences

Nous avons étudié l’impact de contraintes mécaniques contrastées sur la structure des pattes de canard (Anas platyrhynchos) pour comprendre l’influence de l’environnement sur la variabilité phénotypique. Des canards ont été élevés sous quatre conditions expérimentales: 1/ marche restreinte, 2/ marche libre 3/marche augmentée 4/ marche et nage. Les vingt-huit muscles et les trois os longs de la patte de ces oiseaux ont été mesurés. Une comparaison a été faite entre les appareils locomoteurs des canards des cailles et des pies pour établir un lien entre les types de marche et la morphologie des pattes. Les résultats montrent que les muscles sont principalement affectés par une restriction de mouvement, alors que les os sont principalement touchés par une augmentation de l’exercice. Les variations de forme des os touchent principalement le genou. Cette articulation est aussi celle qui montre la plus de variabilité au cours de la locomotion des différentes espèces comparées
We investigated the impact of contrasting mechanical constrains on duck leg structure (Anas platyrhynchos) to understand the influence of the environment on phenotypic variability. Ducks were raised under four experimental conditions: 1/ restricted walking, 2/ free walking 3/ increased walking 4/ walking and swimming. The twenty-eight muscles and three long bones of the leg of these birds were measured. A comparison was made between locomotive devices of quail, ducks and magpies to establish a link between the types of walking and the morphology of the legs. The results show that the muscles are mainly affected by a restriction of movement, while the bones are mainly affected by an increase in exercise. The variations in the shape of the bones mainly affect the knee. This joint is also the one that shows the most variability during the locomotion of the different compared species

La prévalence croissante des contaminants chimiques pose d'importants problèmes en matière de santé publique, nécessitant des méthodologies efficaces pour l'évaluation des risques toxicologiques. Un travail initial a été réalisé pour optimiser une nouvelle approche méthodologique (NAM) utilisant des éleuthéroembryons de poisson-zèbre, appelée electric field pulse motor response test (EFPMRT). La méthode vise à effectuer un criblage à haut débit des molécules chimiques induisant des défauts des capacités motrices et du contrôle postural. La robustesse, la reproductibilité, la productivité et la transférabilité de l'EFPMRT ont été améliorées en développant un nouvel outil logiciel, DanioTracker, effectuant l'analyse automatisée de points finaux liés au comportement locomoteur induit par la stimulation électrique. Ensuite, à l'aide d'une batterie de tests, la neurotoxicité induite par des composés organophosphorés (OP) et leurs métabolites a été évaluée. Les perturbations comportementales ont été évaluées en utilisant l'EFPMRT et un test neurocomportemental complémentaire dépendant des fonctions sensorielles, le visual motor response test (VMRT). La contribution de l'inhibition de l'acétylcholinestérase (AChE) et de la neuropathy target esterase (NTE) aux perturbations comportementales a été testée. Le chlorpyrifos, le parathion et le tri-ortho-crésyl-phosphate ont perturbé les fonctions intégratives de contrôle de la nage de manière quantitativement distincte et ont réduit les capacités neuromusculaires des éleuthéroembryons. Leurs métabolites respectifs, le chlorpyrifos-oxon, le paraoxon et le cresyl-saligénine-phosphate, ont intégralement inhibé l'AChE, induisant ainsi un syndrome cholinergique. Une étude comparative de l'efficacité d'un antidote réactivateur de l'AChE, le pralidoxime (2-PAM), pour atténuer certains effets toxiques, a été effectuée. L'antidote a induit une récupération face aux syndromes cholinergiques associés à l'exposition aux métabolites. De façon remarquable, le 2-PAM a également partiellement restauré les hyperactivités induites par les composés parents de manière vraisemblablement indépendante des activités AChE et NTE. Toutefois, il n'a pas restauré les dysfonctionnements neuromusculaires induits par le parathion ou le tri-ortho-crésyl-phosphate. Ceci suggère l’existence d’un ou plusieurs modes d'action (MOA) OP-spécifiques inconnus, associés aux composés parents mais pas aux métabolites correspondants, dont certains sont récupérables par le 2-PAM. Dans l'ensemble, ce travail offre une NAM robuste et transférable qui contribue à une stratégie d'évaluation globale des risques chimiques. Il révèle également des MOA alternatifs potentiels pour les OP sélectionnés, suggérant la nécessité de poursuivre les recherches sur les métabolites dans le cadre réglementaire, et contribue à la compréhension et à la prévention des troubles neurocomportementaux induits par les expositions environnementales seules ou en mixtures
The growing prevalence of chemical contaminants poses major public health concerns, necessitating efficient methodologies for toxicological risk assessment. An initial work was carried out to optimize a new approach methodology (NAM) using zebrafish pre-feeding larvae, called the electric field pulse (EFP) motor response test (EFPMRT). The method aims to perform a high-throughput screening of chemicals inducing motor capabilities and postural control defects. The robustness, reproducibility, productivity, and transferability of EFPMRT were enhanced by developing a novel software tool, DanioTracker, performing the automated analysis of endpoints linked to EFP-induced locomotor behavior. Then, using a battery of tests, the neurotoxicity induced by organophosphorus (OPs) compounds and their metabolites was assessed. Behavioral disruptions were evaluated using EFPMRT and a complementary sensory-dependent neurobehavioral test, the visual motor response test (VMRT). Contributions of acetylcholinesterase (AChE) and neuropathy target esterase (NTE) inhibition to behavioral disruptions were tested. Chlorpyrifos, parathion and tri-ortho-cresyl-phosphate disturbed integrative swimming control functions in quantitatively distinct manners and decreased the neuromuscular capacities of pre-feeding larvae. Their respective metabolites chlorpyrifos-oxon, paraoxon and cresyl-saligenin-phosphate fully inhibited AChE, thus inducing a cholinergic syndrome. Comparative study of the antidotal efficacy of an AChE reactivator, pralidoxime, in mitigating some toxic effects was performed. The antidote induced a recovery of the cholinergic syndromes associated with metabolites exposure. Strikingly, pralidoxime (2-PAM) also partially restored hyperactivities induced by parent compounds apparently independently of the activities of AChE and NTE. However, it did not restore neuromuscular dysfunctions induced by parathion or tri-ortho-cresyl phosphate. This suggests the existence of one or more unknown OP-specific multiple modes of action (MOAs) associated with parent compound but not corresponding metabolites, of which some are restorable by 2-PAM. Overall, this work offers a robust, transferable NAM that contributes to a comprehensive chemical risk assessment strategy. It also uncovers potential alternative MOA for selected OPs, suggesting the need for further research on metabolites within regulatory frameworks, and contributes to understanding and preventing neurobehavioral disorders induced by environmental exposures alone or in mixtures