Caractérisation de la substance grise cérébrale dans l’apnée obstructive du sommeil chez les personnes d’âge moyen et âgées

Abstract

L’apnée obstructive du sommeil (AOS) est l’un des troubles du sommeil les plus fréquents chez l’adulte et sa prévalence augmente avec l’âge. Elle se caractérise par des arrêts répétés de la respiration au cours du sommeil, menant à la présence de fragmentation du sommeil et à de l’hypoxémie intermittente. Lorsque non traité, ce trouble peut mener à diverses conséquences non négligeables sur la santé des individus qui en sont atteints, incluant sur la santé du cerveau. L’AOS est d’ailleurs de plus en plus reconnue comme étant un possible facteur de risque de déclin cognitif et de démence. Dans ce contexte, quelques études transversales ont caractérisé le volume de la substance grise cérébrale chez des adultes vieillissants atteints d’AOS, avec des résultats variables. En effet, certaines études ont noté de plus grands volumes de substance grise chez les personnes avec une AOS plus sévère, alors que d’autres ont retrouvé des plus petits volumes chez cette même population. Ce qui explique la variabilité entre les études demeure à ce jour mal compris, bien que certaines hypothèses aient émergé. Ainsi, cette thèse vise à évaluer l’association entre la sévérité de l’AOS et le volume de substance grise cérébrale chez des personnes d’âge moyen et âgées de manière transversale et longitudinale. La première étude de cette thèse se base sur des techniques de neuroimagerie afin d’évaluer les liens entre la sévérité de l’AOS et le volume de la substance grise cérébrale des sous-régions du lobe temporal médian, soit l’hippocampe, le cortex entorhinal et le cortex parahippocampique. Celles-ci ont été ciblées puisqu’elles peuvent être affectées tôt dans la progression de la pathologie de la maladie d’Alzheimer (MA). De plus, nous avons testé l’effet d’une correction de la portion d’eau libre sur les volumes cérébraux. Finalement, nous avions comme objectif de mieux comprendre si certaines caractéristiques démographiques ou cliniques de nos participants pouvaient avoir un impact sur les associations observées. Nous avons observé qu’une AOS plus sévère était associée à des volumes de substance grise plus grands de certaines sous-régions du lobe temporal médian (hippocampe et cortex entorhinal), mais seulement chez des groupes de participants spécifiques, soit les femmes, les participants plus âgés et ceux présentant un trouble cognitif léger de type amnésique. Le fait d’apporter une correction pour la portion d’eau libre aux volumes mesurés a rendu non significatives les associations observées. Il est donc possible que la présence accrue d’eau extracellulaire, suggérant de l’œdème cérébral, puisse expliquer la présence de plus grands volumes chez les participants présentant une AOS plus sévère. La deuxième étude visait quant à elle à évaluer les changements structurels des sous-régions du lobe temporal médian associés à la sévérité de l’AOS chez des personnes d’âge moyen et âgées sur une période d’environ 2 ans. Nous avons démontré que chez nos participants n’ayant pas utilisé un traitement pour l’AOS, la présence d’interaction entre la sévérité de l’AOS et l’âge permettait d’expliquer les changements annuels de volume de substance grise. De fait, les participants plus jeunes de notre échantillon (< 65 ans) avec une AOS plus sévère présentaient un plus grand taux de changement annuel de volume de substance grise, soulignant la présence d’hypertrophie dans ce sous-groupe. Ceci a été mis en lumière pour l’ensemble des sous-régions du lobe temporal médian. Chez les participants âgés entre 65 et 75 ans, aucune association entre la sévérité de l’AOS et les changements de volume au fil du temps n’a pu être soulignée. Les participants plus âgés (> 75 ans) avec une plus grande sévérité d’AOS présentaient quant à eux une plus grande atrophie au fil du temps dans certaines régions, soit l’hippocampe et le cortex entorhinal. Ces résultats supportent donc une hypothèse biphasique des changements au niveau de la substance grise cérébrale chez les gens présentant de l’AOS, avec une première phase caractérisée par des augmentations de volume chez les adultes plus jeunes, menant éventuellement à de l’atrophie chez les personnes plus âgées. Cette thèse permet d’avoir un portrait plus clair sur la nature des changements et des mécanismes impliqués dans l’association entre la sévérité de l’AOS et les volumes de substance grise. L’un des apports importants est l’utilisation d’une nouvelle méthodologie afin d’obtenir une portion d’eau libre, ce qui a permis de mieux comprendre l’apport potentiel de mécanismes pouvant sous-tendre les changements structuraux observés, notamment l’œdème cérébral. De plus, l’évaluation des caractéristiques individuelles des participants a permis d’expliquer partiellement les incongruences entre les études précédentes. Dans le cadre des études incluses dans cette thèse, nous avons observé des changements plus marqués chez les femmes. Nous avons également pu démontrer que l’âge des individus atteints d’AOS pouvait influencer significativement le patron de changements observés. Les résultats de cette thèse pourraient donc permettre de mieux cibler les personnes avec AOS qui pourraient le plus bénéficier d’un traitement pour maintenir leur santé cérébrale.

Obstructive sleep apnea (OSA) is one of the most common sleep disorders in adults, and its prevalence increases with age. It is characterized by repeated pauses in breathing during sleep, leading to sleep fragmentation and intermittent hypoxemia. If left untreated, this disorder can have numerous consequences, including on the brain’s health. OSA is increasingly recognized as a risk factor for cognitive decline and dementia. In this context, cross-sectional studies have characterized brain gray matter volume in aging adults with OSA, with variable results. Indeed, some studies have noted greater gray matter volumes in people with more severe OSA, while others have found smaller volumes in this same population. What explains the variability between studies remains poorly understood, although some hypotheses have emerged. Thus, this thesis aims to assess the association between OSA severity and cerebral gray matter volume in middle-aged and elderly individuals using cross-sectional and longitudinal designs. The first study in this thesis uses neuroimaging techniques to assess the links between OSA severity and cerebral gray matter volume of the medial temporal lobe subregions, i.e. the hippocampus, entorhinal cortex and parahippocampal cortex. These were chosen as they can be affected early in the progression of Alzheimer's disease (AD) pathology. We also corrected our brain volumes for free-water portion. Finally, we aimed to better understand whether certain demographic or clinical characteristics of our participants might have an impact on the associations observed. We noted that more severe OSA was associated with larger gray matter volumes in certain subregions of the medial temporal lobe (hippocampus and enthorinal cortex), but only in specific groups of participants: women, older participants and those with amnestic mild cognitive impairment. Correcting our volumes for free-water portion rendered the associations nonsignificant. It is therefore possible that the presence of extracellular water, suggestive of cerebral edema, could explain the presence of larger volumes in participants with more severe OSA. The second study aimed to assess longitudinal structural changes associated with OSA severity in middle-aged and elderly people over a period of around 2 years. We found that in participants who did not use treatment for OSA, the presence of interactions between OSA severity and age were associated with the annual changes in gray matter volume. Indeed, younger participants (< 65 years old) in our sample with more severe OSA showed a greater rate of annual change in gray matter volume, highlighting the presence of hypertrophy in this subgroup. This was underlined in all medial temporal lobe subregions. In participants aged between 65 and 75, no association between OSA severity and volume changes over time could be highlighted. Older participants (>75 years old) with greater OSA severity showed greater hippocampal and entorhinal cortex atrophy over time. These results therefore support a biphasic hypothesis of changes in cerebral gray matter in people with OSA, with an initial phase characterized by volume increases in younger adults, eventually leading to atrophy in older people. This thesis provides a clearer picture of the nature of the changes and mechanisms involved in the association between OSA severity and gray matter volumes. An important contribution is the use of a new methodology to obtain a free-water portion, which allows to better understand the potential contribution of mechanisms that may underlie the structural changes observed, notably cerebral edema. In addition, the assessment of participants' individual characteristics helped to partially explain incongruities between previous studies. Indeed, in the studies included in this thesis, we observed more marked changes in certain subgroups of participants, notably women. We were also able to demonstrate that the age of individuals with OSA could significantly influence the pattern of changes observed, either gray matter hypertrophy or atrophy. The results of this thesis could therefore make it possible to target specific subgroups of individuals suffering from OSA who may be at greater risk of displaying changes in gray matter structure, and thus promote screening and treatment when necessary.