Diabetes-associated cognitive decline, is there a role for exercice? : a study on the effects of physical activity and exercise on neurotrophic markers and cognitive function in type 1 diabetes

par Cajsa Tonoli

Thèse de doctorat en Physiologie

Sous la direction de Elsa Heyman et de Romain Meeusen.

Soutenue le 16-12-2014

à Lille 2 en cotutelle avec Vrije universiteit Brussel (1970-....) , dans le cadre de École doctorale Biologie-Santé (Lille) , en partenariat avec Activité Physique, Muscle, Santé (EA 4488) (laboratoire) .

Le jury était composé de Elsa Heyman, Romain Meeusen.

  • Titre traduit

    Altération des fonctions cognitives & Diabète de Type 1 : quel rôle préventif et curatif de l'exercice physique?


  • Résumé

    Il s’agit de mieux comprendre la nature et l’origine des dysfonctions cognitives chez le DT1 ainsi que l’effet possible de l’exercice aigu et chronique sur les fonctions cognitives en prenant en compte les mécanismes sous-jacents à ces effets, notamment liés aux facteurs neurotrophiques (BDNF, IGF-1) et aux variations glycémiques.Les patients diabétiques de Type 1 (DT1) peuvent présenter un déclin léger, progressif, des fonctions cognitives en comparaison de sujets sains (Brands et coll. 2005 ; Gaudieri et coll. 2008 ; Blasetti et coll. 2011), nommé par certains auteurs Déclin Cognitif Associé au Diabète (DACD) (Mijnhout et coll. 2006). Les fonctions cognitives les plus touchées semblent être l’efficience psychomotrice, l’intelligence, l’attention, la vitesse de traitement des informations, la flexibilité cognitive et la perception visuelle (Brands et coll. 2005). Les mécanismes patho-physiologiques conduisant au DACD ne sont pas clairement élucidés (Figure 3). Les épisodes hypoglycémiques, l’hyperglycémie chronique, le déficit en Peptide C/Insuline, les complications diabétiques, sont souvent cités comme délétères pour le cerveau (Tonoli, Heyman et coll. 2013b).L’effet bénéfique est bien démontré chez le sujet sain, de l’exercice aigu et chronique sur les facteurs neurotrophiques (e.g. BDNF et IGF1) (Knaepen et coll. 2010) et sur les fonctions cognitives (Cassilhas et coll. 2012 ; Lambourne et coll. 2010) notamment exécutives (Colcombe et coll. 2003 ; Tomporowski et coll. 2003) et de mémoire spatiale (Ericksson et coll. 2011). Il est important de prendre en considération l’intensité et la modalité d’exercice puisqu’il a été montré chez le sujet sain, qu’un exercice modéré pouvait améliorer les performances cognitives alors qu’un exercice intermittent de haute intensité les détériorait (Brisswalter et coll. 2002). Il est aussi nécessaire de tenir compte du niveau d’entraînement des sujets puisque lorsque ceux-ci sont entraînés en endurance, l’exercice à haute intensité peut s’avérer au contraire bénéfique sur les fonctions cognitives (Brisswalter et coll. 1997). L’effet bénéfique de l’exercice de haute intensité sur les fonctions cognitives pourrait alors passer par une sécrétion plus importante de catécholamines, lesquelles augmenteraient le niveau d’éveil des sujets (Chmura et coll. 1998). Comme la libération du BDNF dans la circulation sanguine en réponse au stimulus « exercice » semble être dose-dépendant (Knaepen et coll. 2010), notre hypothèse est que des intensités plus élevées d’exercice pourraient susciter des augmentations plus marquées de facteurs neurotrophiques. Notre hypothèse est donc que l’activité physique régulière pourrait réduire ou limiter l’apparition d’un déclin des fonctions cognitives chez les patients DT1 par des mécanismes impliquant une modulation des taux circulants de BDNF et d’IGF-1 (Etude 2 – Exercice chronique & fonctions cognitives du DT1). Néanmoins, l’exercice physique peut être source de variations importantes de la glycémie chez le patient DT1. Ces variations sont importantes à prendre en considération puisqu’elles pourraient également influencer les fonctions cognitives. La meilleure compréhension des effets possibles de l’activité physique sur la fonction cognitive des patients DT1 en lien avec la glycémie (Etude 3 – Exercice aigu & Fonctions cognitives du DT1) pourrait aider à définir des programmes d’activité physique adaptés pour limiter le déclin des fonctions cognitives.


  • Résumé

    When compared to healthy controls, patients with Type 1 Diabetes (T1D), show a modest, but significant decline in their cognitive function (Brands et al., 2005). This cognitive decline is manifested through a deceleration of mental speed and a diminished mental flexibility. Hence, patients with T1D are less able to flexibly apply acquired knowledge in a new situation (Wessels et al., 2008). Even if the decline in cognitive function is modest, it could significantly influence daily activities of T1D patients, negatively affecting patients’ Quality of Life (QOL). Moreover, EEG studies have shown an increased incidence of abnormalities of brain functions in patients with T1D (Beauquis et al., 2009, Brands et al., 2004). According to the literature, mechanisms for cognitive decline are ascribed to episodes of severe hypoglycaemia, chronic hyperglycemia and C-peptide/insulin deficiency. Because the brain cannot synthesize or store glucose, it requires continuous supply of glucose. Therefore, it is not inconceivable that the disruption of glucose supply by hypoglycaemia and/or chronic hyperglycaemia (expressed as high glycated haemoglobin levels (HbA1c)) will cause disturbances of the cognitive function. Our meta-analysis (Tonoli et al., 2012) successfully demonstrated a reduction in HbA1c induced by aerobic training. Aerobic exercise is well known to enhance insulin action 24h following both acute exercise. Therefore, it is recommended that exercise is performed frequently in order to maintain a constant increase in insulin sensitivity and thus improve HbA1c. While acute aerobic exercise elicits acute marked falls in glycaemia which can often result in episodes of hypoglycaemia, this same meta-analysis revealed that there was a smaller fall of blood glucose levels when acute bouts of High Intensity Exercise (HIE) are added to aerobic training sessions compared to an acute bout of aerobic exercise without HIE. In this way, chronic hyperglycaemia could be prevented by performing regular aerobic exercise while hypoglycaemia could be prevented by adding bouts of HIE to an aerobic exercise session.Furthermore, it is well-known that physical exercise and training has beneficial effects on the cognitive function in humans and that it supports brain plasticity (Berchtold et al., 2005, Knaepen et al., 2010, Colcombe and Kramer, 2003). Physical activity and, in particular, acute exercise and training seem to be key interventions to trigger the processes through which neurotrophins mediate energy metabolism and in turn neural plasticity (Dishman, et al., 2006; Hennigan, et al., 2007; Neeper, et al., 1996; Van Praag, 2008; Vaynman, et al., 2004). The neurotrophin that is most susceptible to physical activity is brain-derived neurotrophic factor (BDNF) (Vaynman et al., 2006). BDNF is an essential neurotrophin and plays a critical role in activity-dependent processes, including synapse development and plasticity and is so involved in memory formation, including learning and behaviour, synaptic plasticity and efficacy and neuronal connectivity, plus it promotes the development of immature neurons and enhances the survival of adult neurons(Knaepen et al., 2010). I Therefore, there exists an upcoming attention in the research area of the effects of physical exercise and training on the functioning of the brain. Besides the special focus on BDNF, an increasing attention to proteins with neurotrophic properties like Insulin-like Growth Factor-1 (IGF-1) exists. If neurotrophins are influenced by physical activity and are positively correlated with cognitive function, we hypothesize that these levels will increase in T1D patients during exercise and so influence the cognitive function of these persons. Until now, no literature can be found on the topic of T1D, exercise and cognitive decline. This PhD project consists of one cross sectional epidemiological study, 2 acute exercise study in which we will analyse the effects of exercise and trainin.


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  • Cote : 50.379-2014-59
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