THE ROLE OF SPINDLES FOR SLEEP: MANIPULATING OSCILLATORY ACTIVITY IN THE THALAMOCORTICAL NETWORK

Modern urban lifestyle encourages the prolongation of wakefulness, leaving less and less time for sleep. Although the exact functions of sleep remain one of the biggest mysteries in neuroscience, the society is well aware of the negative consequences of sleep loss on human physical and mental health and performance. Enhancing sleep's recuperative functions might allow shortening sleep duration while preserving the beneficial effects of sleep. During sleep, brain activity oscillates across a continuum of frequencies. Individual oscillations have been suggested to underlie distinct functions for sleep and cognition. Gaining control about individual oscillations might allow boosting their specific functions. Sleep spindles are 11 - 15 Hz oscillations characteristic for light non-rapid-eye-movement sleep (NREMS) and have been proposed to play a role in memory consolidation and sleep protection against environmental stimuli. The reticular thalamic nucleus (nRt) has been identified as the major pacemaker of spindles. Intrinsic oscillatory burst discharge in nRt neurons, arising from the interplay of low-threshold (T-type) Ca2+ channels (T channels) and small conductance type 2 (SK2) K+ channels (SK2 channels), underlies this pacemaking function. In the present work we investigated the impact of altered nRt bursting on spindle generation during sleep by studying mutant mice for SK2 channels and for CaV3.3 channels, a subtype of T channels. Using in vitro electrophysiology I showed that nRt bursting was abolished in CaV3.3 knock out (CaV3.3 KO) mice. In contrast, in SK2 channel over-expressing (SK2-OE) nRt cells, intrinsic repetitive bursting was prolonged. Compared to wildtype (WT) littermates, altered nRt burst discharge lead to weakened thalamic network oscillations in vitro in CaV3.3 KO mice, while oscillatory activity was prolonged in SK2-OE mice. Sleep electroencephalographic recordings in CaV3.3 KO and SK2-OE mice revealed that reduced or potentiated nRt bursting respectively weakened or prolonged sleep spindle activity at the NREMS - REMS transition. Furthermore, SK2-OE mice showed more consolidated NREMS and increased arousal thresholds, two correlates of good sleep quality. This thesis work suggests that CaV3.3 and SK2 channels may be targeted in order to modulate sleep spindle activity. Furthermore, it proposes a novel function for spindles in NREMS consolidation. Finally, it provides evidence that sleep quality may be improved by promoting spindle activity, thereby supporting the hypothesis that sleep quality can be enhanced by modulating oscillatory activity in the brain. Le style de vie moderne favorise la prolongation de l'éveil, laissant de moins en moins de temps pour le sommeil. Même si le rôle exact du sommeil reste un des plus grands mystères des neurosciences, la société est bien consciente des conséquences négatives que provoque un manque de sommeil, à la fois sur le plan de la santé physique et mentale ainsi qu'au niveau des performances cognitives. Augmenter les fonctions récupératrices du sommeil pourrait permettre de raccourcir la durée du sommeil tout en en conservant les effets bénéfiques. Durant le sommeil, on observe des oscillations à travers un continuum de fréquences. Il a été proposé que chaque oscillation pourrait être à l'origine de fonctions spécifiques pour le sommeil et la cognition. Pouvoir de contrôler les oscillations individuelles permettrait d'augmenter leurs fonctions respectives. Les fuseaux sont des oscillations de 11 à 15 Hz caractéristiques du sommeil à ondes lentes léger et il a été suggéré qu'elles jouent un rôle majeur pour la consolidation de la mémoire ainsi que dans la protection du sommeil contre les stimuli environnementaux. Le nucleus réticulaire du thalamus (nRt) a été identifié en tant que générateur de rythme des fuseaux. Les bouffées oscillatoires intrinsèques des neurones du nRt, provenant de l'interaction de canaux calciques à bas seuil de type T (canaux T) et de canaux potassiques à faible conductance de type 2 (canaux SK2), sont à l'origine de la fonction de générateur de rythme. Dans ce travail, j'ai étudié l'impact de la modulation de bouffées de nRT sur la génération des fuseaux pendant le sommeil en investiguant des souris génétiquement modifiées pour les canaux SK2 et les canaux CaV3.3, un sous-type de canaux T. En utilisant l'électrophysiologie in vitro j'ai démontré que les bouffées du nRT étaient abolies dans les souris knock-out du type CaV3.3 (CaV3.3 KO). D'autre part, dans les cellules nRT sur-exprimant les canaux SK2 (SK2-OE), les bouffées oscillatoires intrinsèques étaient prolongées. Par rapport aux souris wild type, les souris CaV3.3 KO ont montré un affaiblissement des oscillations thalamiques en réponse à un changement des bouffées de nRT, alors que l'activité oscillatoire était prolongée dans les souris SK2-OE. Des enregistrements EEG du sommeil dans des souris de type CaV3.3 KO et SK2-OE ont révélé qu'une réduction ou augmentation des bouffées nRT ont respectivement affaibli ou prolongé l'activité des fuseaux durant les transitions du sommeil à ondes lentes au sommeil paradoxal. De plus, les souris SK2-OE ont montré des signes de consolidation du sommeil à ondes lentes et un seuil augmenté pour le réveil, deux mesures qui corrèlent avec une bonne qualité du sommeil. Le travail de cette thèse propose que les canaux CaV3.3 et SK2 pourrait être ciblés pour moduler l'activité des fuseaux. De plus, je propose une fonction nouvelle pour les fuseaux dans la consolidation du sommeil à ondes lentes. Finalement je suggère que la qualité du sommeil peut être améliorée en promouvant l'activité des fuseaux, soutenant ainsi l'idée que la qualité du sommeil peut être améliorée en modulant l'activité oscillatoire dans le cerveau.

Durée et structure du sommeil et risques métaboliques et cardiovasculaires = [Sleep structure and cardiometabolic disorders]

Introduction : Plusieurs études épidémiologiques et de laboratoire basées sur des estimations subjectives de la durée et de la qualité du sommeil suggèrent que celles-ci pourraient être associées à une augmentation du risque de troubles métaboliques ou cardiovasculaires. Objectif : Dans cette étude nous avons examiné les associations entre les caractéristiques du sommeil évaluées objectivement par Polysomnographie (PSG) et le syndrome métabolique ainsi que ses composants (hypertension, diabète, obésité). Matériel et méthodes : Nous avons analysé les données de 2162 sujets de la population générale (dont le 51.2% étaient des femmes, âge moyen : 58.4±11.1 ans, fourchette d'âge: 40.5-84.4) qui ont participé à l'étude Hypnolaus. Tous les sujets ont eu une évaluation clinique et biologique et ils ont bénéficié d'une PSG complète à domicile. Résultats : Les analyses univariées ont montré que les sujets présentant un syndrome métabolique avaient une diminution du temps total de sommeil, du sommeil lent profond, du sommeil paradoxal et de l'efficacité du sommeil, ainsi qu'une augmentation de l'index de microéveils par rapport aux sujets qui n'avaient pas un syndrome métabolique. Nous avons aussi trouvé des différences significatives de la structure du sommeil en fonction de la présence ou de l'absence d'hypertension, de diabètes et de surpoids/obésité. Cependant, ces différences s'atténuent après ajustement pour des facteurs confondants (âge, genre, tabagisme, prise d'alcool, activité physique, médicaments qui affectent le sommeil, dépression, santé globale et indice de masse corporelle). Seules des différences marginales, non statistiquement significatives, persistaient dans le modèle multiajusté et après stratification en fonction de la présence de troubles respiratoires au cours du sommeil. Conclusions: Dans cet échantillon de la population générale nous avons mis en évidence des associations significatives entre la structure du sommeil et le syndrome métabolique ainsi que ses composants. Cependant, ces associations ne sont pas indépendantes des autres facteurs de risque cardiométabolique connus. Nous en concluons que les variations normales de la durée et de la structure du sommeil contribuent peu ou pas au syndrome métabolique et ses troubles associés.

Les activations autonomiques nocturnes sont associées au diabète et à l'hypertension dans la population générale

Objectif : Les variations de l'amplitude de l'onde de pouls (AOP) dérivées du signal de l'oxymètre de pouls digital reflètent les variations du tonus sympathique durant le sommeil. Le but de cette étude était de démontrer la relation entre les chutes de l'AOP nocturnes et l'hypertension artérielle (HTA) ainsi que le diabète de type 2. Méthode: 1740 sujets (50.5 % de femmes, de 56.2 ± 10.5 ans, BMI 25.4 ± 4.4 kg/m2) participant à une étude de cohorte sur le sommeil (HypnoLaus) ont bénéficié d'un enregistrement polysomnographique complet (PSG) à domicile. L'index de chutes de l'AOP (AOPi) et la durée des chutes de l'AOP (AOPd) ont été mesurés pour chaque patient. Le diabète de type 2 a été défini par une glycémie à jeun de ≥ 7 mmol/L ou la prise d'un traitement antidiabétique. Une HTA a été définie par une TA systolique ≥ 130 mmHg, ou une TA diastolique ≥ 90 mmHg, ou la prise d'un traitement antihypertenseur. Les sujets ont été considérés comme n'ayant pas de troubles du sommeil s'ils avaient < 5 apnéeshypopnées/ heure (IAH), <15 mouvements périodiques des jambes/heure (IMPJ) et un score de somnolence d'Epworth <11/24. Résultats : L'AOPi moyen dans la population sans trouble du sommeil était de 40.2 ± 15.8 chutes/h. L'AOPd moyenne était de 13.7 ± 2.6 s. L'AOPd était significativement corrélée à la TA systolique (P=0.0038) et à la TA diastolique (P<0.0001). La prévalence d'HTA augmentait significativement avec l'AOPd (OR 1.66 (1.15 - 2.4) ; P <0.01). La prévalence de diabète de type 2 augmentait également significativement avec l'AOPd (OR 2.27 (1.46 - 5.75) ; P<0.01). Ces résultats restent significatifs indépendamment du sexe, de l'âge, du tour de cou ou de la taille, de la consommation d'alcool ou de tabac. Comparé avec d'autres marqueurs de fractionnement du sommeil, l'AOPd était le marqueur le plus significativement associé à l'HTA et au diabète de type 2. L'AOPi n'était pas associé à une augmentation du diabète ou de l'HTA. Il était par contre corrélé avec l'index apnées hypopnées (p < 0.0001) et de microréveils (p<0.0001). Conclusion : La durée des variations de l'amplitude de l'onde pouls pendant le sommeil (AOPd), et non sa fréquence (AOPi), est associée avec une augmentation de prévalence de diabète de type 2 et d'hypertension.

Hypertension artérielle réfractaire au traitement due au syndrome d'apnées du sommeil et à la prise de médicaments [Obstructive sleep apnea and drugs as causes of treatment-resistant hypertension].

Treatment-resistant hypertension is still common despite the availability of several types of antihypertensive agents acting by different mechanisms. The existence of refractory hypertension should lead to rule out "white-coat hypertension", poor adherence to prescribed drugs as well as classical causes of secondary hypertension such as renal artery stenosis, primary aldosteronism, pheochromocytoma and renal disease. It is also important to consider the possible existence of obstructive sleep apnea or the regular intake of vasopressive drugs or substances.

Hypertension artérielle réfractaire au traitement due au syndrome d'apnées du sommeil et à la prise de médicaments [Obstructive sleep apnea and drugs as causes of treatment-resistant hypertension].

Treatment-resistant hypertension is still common despite the availability of several types of antihypertensive agents acting by different mechanisms. The existence of refractory hypertension should lead to rule out "white-coat hypertension", poor adherence to prescribed drugs as well as classical causes of secondary hypertension such as renal artery stenosis, primary aldosteronism, pheochromocytoma and renal disease. It is also important to consider the possible existence of obstructive sleep apnea or the regular intake of vasopressive drugs or substances.

Lien entre durée de séjour et réadmissions en chirurgie et en obstétrique: étude de deux procédures à partir des données du PMSI = Using administrative data to assess the impact of length of stay on readmissions: study of two procedures in surgery and obstetrics

Position du problème: La mise en place de la tarification à l'activité pour les hôpitaux de court séjour pourrait entraîner une diminution des durées de séjour pour raisons financières. L'impact potentiel de ce phénomène sur la qualité des soins n'est pas connu. Les réadmissions identifiées à l'aide des données administratives hospitalières sont, pour certaines situations cliniques, des indicateurs de qualité des soins valides. Méthode: Étude rétrospective du lien entre la durée de séjour et la survenue de réadmissions imprévues liées au séjour initial, pour les cholécystectomies simples et les accouchements par voie basse sans complication, à partir des données du programme de médicalisation des systèmes d'information de l'Assistance publique-Hôpitaux de Paris des années 2002 à 2005. Résultats: Pour les deux procédures, la probabilité de réadmission suit une courbe en " J ". Après ajustement sur l'âge, le sexe, les comorbidités associées, l'hôpital et l'année d'admission, la probabilité de réadmission est plus élevée pour les durées de séjour les plus courtes : pour les cholécystectomies, odds ratio : 6,03 [IC95 % : 2,67-13,59] pour les hospitalisations d'un jour versus trois jours ; pour les accouchements, odds ratio : 1,74 [IC95 % : 1,05-2,91] pour les hospitalisations de deux jours versus trois jours. Conclusion: Pour deux pathologies communes, les durées de séjour les plus courtes sont associées à des probabilités de réadmission plus élevées. L'utilisation routinière des données du programme de médicalisation des systèmes d'information peut permettre d'assurer le suivi de la relation entre la réduction de la durée de séjour et les réadmissions. The prospective payment system for the French short-stay hospitals creates a financial incentive to reduce length of stay. The potential impact of the resulting decrease in length of stay on the quality of healthcare is unknown. Readmission rates are valid outcome indicators for some clinical procedures. Methods: Retrospective study of the association between length of stay and unplanned readmissions related to the initial stay, for two procedures: cholecystectomy and vaginal delivery. Data: Administrative diagnosis-related groups database of "Assistance publique-Hopitaux de Paris", a large teaching hospital, for years 2002 to 2005. Results: The risk of readmission according to length of stay, taking age, sex, comorbidity, hospital and year of admission into account, followed a J-shaped curve for both procedures. The probability of readmission was higher for very short stays, with odds ratios and 95% confidence intervals of 6.03 [2.67-13.59] for cholecystectomies (1- versus 3-night stays), and of 1.74 [1.05-2.91] for vaginal deliveries (2- versus 3-night stays). Conclusion: For both procedures, the shortest lengths of stay are associated with a higher readmission probability. Suitable indicators derived from administrative databases would enable monitoring of the association between length of stay and readmissions.

Dépistage du syndrome des apnées du sommeil [Screening for sleep apnea syndrome]

Sleep apnea syndrome (SAS) consists of nocturnal snoring interrupted by obstructive apnea and of diurnal symptoms like hypersomnolence as a consequence of sleep fragmentation. Cardiovascular morbidity and mortality associated with this syndrome justify early detection and appropriate treatment. Polysomnography is still a frequently used method for early detection; however, several disadvantages like duration, discomfort and expense led to a search for alternatives. Since the beginning of the eighties, oximetry allows recording of nocturnal oxygen saturation of hemoglobin even at home. Nocturnal oximetry reveals O2-desaturation associated with apnea and thus permits often to diagnose or exclude SAS. Diagnosis of SAS is made when at least 20 desaturations per hour with an amplitude of at least 4% are recorded. On the other hand, normal nocturnal oximetry nearly excludes SAS. In those cases where nocturnal oximetry is not diagnostic, polysomnography remains the method of choice. Departing from published work, a model for SAS detection, based mainly on nocturnal oximetry, is proposed.