Soulagement de la dyspnée par stimulation olfactive - TEL - Thèses en ligne
Thèse Année : 2024

Dyspnea alleviation through olfactory stimulation

Soulagement de la dyspnée par stimulation olfactive

Résumé

Our brain orchestrates breathing through a balance of afferent information and efferent volitional or autonomous respiratory signals. An anomaly in this balance triggers aversive sensations regrouped under the term of “dyspnea”. Dyspnea represents not only a physical pain, but also a psychological distress with a day-to-day life fear of dying with high decreases for quality of life. Therapeutical opportunities to correct respiratory abnormalities implicated in dyspnea exist, however they are not always available and sometimes not sufficient. In these cases, the dyspnea is called “persistent” and need new therapeutical approaches to be alleviated. In this context, an olfactory stimulation (OS) could represent a good candidate to address persistent dyspnea. Firstly, OS could alleviate dyspnea through a positive emotional impact, there is a close link between the olfactory system and brain regions implicated in emotions regulation comparing to other sensory modalities. Then, through its effect respiratory parameters. Pleasant odors induce a slow and deep breathing that synchronizes brain rhythms, inducing an altered state of consciousness and relaxation. And finally, the fact that an OS stimulates the parasympathetic branch of the autonomic nervous system (ANS), promoting self-awareness and well-being with relaxation. Thus, we propose that an OS can alleviate persistent dyspnea through the interplay of these different aspects.To do so we started by identifying with intracranial electroencephalographic recordings (iEEG) brain networks implicated in volitional olfactory sampling maneuvers such as sniffs and apnea, notably to explore the link between emotion processing brain region and olfactory exploration. Then we used subject specific pleasant and unpleasant odors as OS during experimental dyspnea induction with mechanical and metabolic load while recording EEG, ECG and psychometric tests to test if odors can alleviate dyspnea sensation. Regarding brain networks underlying volitional olfactory sampling, our results enabled us to identify modulation in the amygdala, hippocampus, posterior insula and temporal cortex. Specifically, we measured a significant power increase of theta (4-8Hz) and alpha (8-12Hz) over time during apnea, as well as power increase before sniff and apnea in these regions. These results suggest that both excitatory and inhibitory respiratory maneuvers recruit limbic areas, such as the hippocampus and the amygdala, which are commonly involved in emotional process, and also cortical areas, such as temporal cortices. Regarding odor impact on healthy subjects during experimental dyspnea, pleasant or unpleasant odors did not affect respiratory parameters, and did not potentiate or remove ANS effect for mechanical or metabolic load. During experimental dyspnea, pleasant or unpleasant odors induced higher EEG responses comparing with no odor, with unpleasant odor recruiting a larger network during inspiration comparing to pleasant odor. We also identified that pleasant odor decrease significantly dyspnea in a subpopulation of subjects that we called “responder” in opposition to “non-responder”. Comparing the various physiological recordings measured this study, we can indicate that this dyspnea positive effect is primarily related to changes in brain rhythms given the fact that no alterations in the ANS or respiration were measured.
Notre cerveau orchestre la respiration par un équilibre d'informations sensorielles afférentes et les commandes respiratoires efférentes, volontaires ou autonomes. Une anomalie dans cet équilibre déclenche des sensations d'inconforts respiratoire regroupés sous le terme de « dyspnée ». La dyspnée représente non seulement une douleur physique, mais aussi une détresse psychologique avec une crainte quotidienne de mourir, entraînant de fortes réductions de la qualité de vie. Des opportunités thérapeutiques existent pour corriger les anomalies respiratoires impliquées dans la dyspnée, cependant, elles ne sont pas toujours disponibles et parfois insuffisantes. Dans ces cas, la dyspnée est appelée « persistante » et nécessite de nouvelles approches thérapeutiques pour être soulagée. Dans ce contexte, une stimulation olfactive (SO) pourrait représenter un bon candidat pour traiter la dyspnée persistante. Premièrement, par un impact émotionnel positif car il existe un lien étroit entre le système olfactif et les régions cérébrales impliquées dans la régulation des émotions par rapport à d'autres modalités sensorielles. Ensuite, par son effet sur les paramètres respiratoires. Les odeurs agréables induisent une respiration lente et profonde qui synchronise les rythmes cérébraux, induisant un état de conscience altéré et de relaxation. Et enfin par la stimulation de la branche parasympathique du système nerveux autonome (SNA), favorisant la conscience de soi, le bien-être et la relaxation. Pour explorer cette question, nous avons commencé par identifier, avec des enregistrements électroencéphalographiques intracrâniens (iEEG), les réseaux cérébraux impliqués dans les manœuvres volontaires d'exploration olfactive telles que les sniffs et les apnées, notamment pour explorer son lien avec les régions cérébrales de traitement émotionnel. Ensuite, nous avons utilisé des odeurs agréables et désagréables spécifiques à chaque sujet comme SO pendant l'induction expérimentale de la dyspnée avec une charge mécanique et métabolique tout en enregistrant l'EEG, l'ECG et des tests psychométriques pour tester si les odeurs peuvent soulager la sensation de dyspnée et par quels processus physiologique ce soulagement passe. Concernant les réseaux cérébraux sous-jacents à l'exploration olfactive volontaire, nos résultats nous ont permis d'identifier une modulation de l'activité neuronale dans l'amygdale, l'hippocampe, l'insula postérieure et le cortex temporal. En particulier, nous montrons une augmentation significative de la puissance du theta (4-8Hz) et de l'alpha (8-12Hz) au cours de l'apnée, ainsi qu'une augmentation de la puissance avant le sniff et l'apnée dans ces régions. Ces résultats suggèrent que les manœuvres volontaires respiratoires recrutent des zones limbiques, telles que l'hippocampe et l'amygdale, couramment impliquées dans le processus émotionnel, ainsi que des zones corticales, telles que les cortex temporaux. En ce qui concerne l'impact des odeurs sur les sujets sains pendant la dyspnée expérimentale, nous avons pu mesurer que les odeurs agréables ou désagréables n'ont pas affecté les paramètres respiratoires et n'ont modulé l'effet de la charge mécanique ou métabolique sur le SNA. Lors de l'induction d'une dyspnée expérimentale, les odeurs agréables ou désagréables ont induit des réponses EEG plus élevées par rapport à l'absence d'odeur, avec une odeur désagréable recrutant un réseau plus important pendant l'inspiration par rapport à une odeur agréable. Nous avons également observé que les odeurs agréables induisaient une diminution significative de la dyspnée dans une sous-population de sujets que nous avons qualifiés de « répondeurs », par opposition à une sous-population de « non-répondeurs ». Ces résultats suggèrent qu'une odeur plaisante pourrait soulager la dyspnée en fonction de l'affinité qu'un sujet pourrait avoir pour cette dernière.
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Origine Version validée par le jury (STAR)

Dates et versions

tel-04684359 , version 1 (02-09-2024)

Identifiants

  • HAL Id : tel-04684359 , version 1

Citer

Jules Granget. Soulagement de la dyspnée par stimulation olfactive. Neurosciences [q-bio.NC]. Sorbonne Université, 2024. Français. ⟨NNT : 2024SORUS114⟩. ⟨tel-04684359⟩
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