Adaptation du système cardiovasculaire aux conditions extrêmes

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1 Adaptation du système cardiovasculaire aux conditions extrêmes
Pr. Jean-Paul Richalet Hôpital Avicenne EA 2363 « Réponses cellulaires et fonctionnelles à l’hypoxie » CHU Bobigny Université Paris 13 Paris APIC Septembre 2013

2 EXERCICE

3 Environnement naturel = Espace habituel
Environnement extrême Environnement naturel Environnement naturel = Espace habituel Les modifications locales du milieu entraînent des réactions physiologiques. Les réactions physiologiques passent inaperçues et sont considérées comme NATURELLES

4 Environnement extrême = Espace inhabituel * létal * adaptation possible
- niveau CULTUREL / TECHNOLOGIQUE - niveau PHYSIOLOGIQUE - niveau GÉNÉTIQUE

5 Fc Coeur et conditions extrêmes . . Post-charge Flux coronaire
Contenu en O2 Qmyoc.CaO2 . PO2 capillaire Apport en oxygène k PO2 tissulaire Fc . Besoins énergétiques VO2myoc Post-charge

6 Pilotage automobile = sport extrême ?
Exemple d’augmentation des besoins énergétiques Pilotage automobile = sport extrême ? 1

7 Formule 1 = sollicitation cardiaque extrême ?
DEPART 144 GRAND PRIX AUTOMOBILE DE MONACO 31 Mai 1981 Fréquence cardiaque d ’un pilote (D. P.) 50 200 100 150 3h 2h 1h Arrive à pied dans les stands 125 Parle détendu 70-102 Met son casque, Monte dans la voiture 77-105 Assis dans la voiture 115 Démarrage 108 Tours de chauffe 98-156 Va au briefing Dans les stands 89-104 Retour à la voiture 116 121 Moteur en marche 111 Immobilisation 140 Assis dans la voiture 73-80 16 éme place 185 13 195 12 207 11 204 9 8 190 7 6 5 186 Derrière G.V. 4 ème place 198 177 ARRIVEE 178 191 malaise dans les stands Fc b/min Formule 1 = sollicitation cardiaque extrême ? Fc moyenne= 197 b/min pendant 1h30

8 Exemple de diminution des apports en O2
Trekking Tour des Annapurnas m Alpinisme: Mont Blanc, 4807 m Sports: marathon, … 4350m Tourisme: Lhassa, 3600m

9 Operation EVEREST III (COMEX 97)
30.7 ± 3.7 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 21 22 23 24 25 26 27 28 29 31 32 33 34 35 Jours dans le caisson Variations de PO2 artérielle PaO2 (mm Hg) 5000 5500 6000 6500 7000 8000 8848 5750 Altitude simulée

10 Saturation artérielle en O2 en haute altitude
Repos Exercice maximal Altitude (m) 5000 6000 7000 8000 8848 60 70 80 90 100 SaO2 (%)

11 L’action immédiate de l’hypoxie d’altitude :
La stimulation des chémorécepteurs carotidiens avec deux conséquences ... - l’hyperventilation - l’activation du système adrénergique

12 Fréquence cardiaque et saturation artérielle en O2 en hypoxie
Jour dans le caisson hypobare 5000 5500 6000 6500 7000 8000 8848 60 70 80 90 100 110 120 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 Sa Fc % ou b/min altitude 5750

13 Fréquence cardiaque à l’exercice en hypoxie aiguë et chronique
40 60 80 100 120 140 160 180 200 Fréquence cardiaque (b/min) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Altitude (km) max, aigu max, chronique repos, aigu repos, chronique La stimulation du système adrénergique est permanente, mais il y a désensibilisation du système adrénergique Richalet, Herry, 2006

14 Myocyte - + cell membrane cytosol A1 M2 AMPc Gi Gs ITl IF ICa
b-AR Gs Gi Adenylate cyclase AMPc A1 M2 norepinephrine adenosine acetylcholine - + IK Ach, Ado ITl IF ICa Myocyte cell membrane cytosol From: Lerman and Belardinelli, Circulation, 1991; Favret and Richalet, Respir Physiol Neurobiol, 2006

15 Fraction d’éjection VG (%)
50 60 70 80 SL 5000 7000 8000 RNM Condition * p < 0.05 vs NM (%) Boussuges et al., AJRCCM, 2000 Fraction d’éjection VG (%)

16 Diamètre télédiastolique VG
Condition SL 5000 7000 8000 RNM 30 40 50 60 * p < 0.05 vs NM (mm) Boussuges et al., AJRCCM, 2000 Diamètre télédiastolique VG

17 Pression artérielle pulmonaire systolique*
Condition (mmHg) * p < 0.05 vs NM 20 25 30 35 40 45 50 SL 5000 7000 8000 RNM *: gradient VD-OD + 5 mmHg Boussuges et al., AJRCCM, 2000 Pression artérielle pulmonaire systolique*

18 Pulmonary artery pressure
* 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 Sea-level PRE D1 D2-D3 D5-D6 POST systolic diastolic mmHg # + treatment High altitude PLACEBO SILDENAFIL Richalet et al., AJRCCM, 2005

19 100 80 60 40 20 V02 max (% NM) 760 700 600 500 400 300 200 PB (mmHg) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Altitude (km) 50% max 60% 100% 75% Pour une même fréquence cardiaque, l’intensité relative augmente avec l’altitude

20 Exposition prolongée à l'altitude: effets sur le système cardio-vasculaire
Stimulation adrénergique permanente, mais protection progressive par désensibilisation des ß-récepteurs adrénergiques Fonction systolique préservée, même à des altitudes extrêmes Vasodilatation coronaire Augmentation de la pression artérielle pulmonaire risque de surcharge VD ou d’OPHA Pas ou peu d'augmentation de la pression artérielle systémique Vasodilatation cérébrale transitoire

21 Au total, pour le cœur normal en altitude…
La tachycardie induite par l'augmentation de l'activité adrénergique constitue l'un des mécanismes d'acclimatation à l'hypoxie d'altitude. Le coeur se protège contre un déséquilibre énergétique risquant d'induire une hypoxie myocardique.

22 Modifications de l’ECG en hypoxie ?.. Meilleur critère que l’ECG d’effort ?
Chez des coronariens, l’ischémie myocardique est reproduite lors de tests en hypoxie simulée (Levy 1941, Kassembaum 1967)

23 Normoxie SaO2 : 98% P : 100 W Hypoxie SaO2 : 75% P : 60 W
DI avF V1 V6 DI avF V1 V6 FC à l’exercice: 122 bpm Homme de 32 ans

24 Cœur pathologique et altitude
Principes de base 1. Toute pathologie aggravée par une activation du système adrénergique sera plus à risque en haute altitude 2. Toute pathologie aggravée par une hypertension artérielle pulmonaire sera plus à risque en haute altitude 3. Toute pathologie déjà associée à une hypoxémie au niveau de la mer sera aggravée en haute altitude. 4. A niveau absolu d’exercice égal, la fréquence cardiaque, donc la consommation d’oxygène du myocarde augmente en altitude. Richalet. Altitude et système cardiovasculaire. Presse Med. 2012 Richalet. Cardiopulmonary adaptation to high altitude. Advances in Biochemistry in Health and Disease 2012

25 Facteurs de risque de mort subite en montagne
- Randonneurs: x 4,2 Skieurs: x 2,2 vs pop. générale Mais idem autres sports: ski de fond, jogging, etc.. Burtscher and Ponchia, Prog Cardiovasc Dis, 2010

26 Altitude et réadaptation en cardiologie ?

27 Hypoxie intermittente

28 Hypoxie intermittente et maladies cardiovasculaires
Réadaptation des coronariens deux équipes (Pérou et Asie centrale) utilisent l'exposition à 3200m et 4000m , associée à un exercice progressif pour la réadaptation post-infarctus (Marticorena, 1990; Mirrakhimov, 1990) critères: patient motivé, pas de trouble du rythme grave, pas d'insuffisance cardiaque “Improvement of myocardial perfusion in coronary patients after intermittent hypobaric hypoxia.” 6 patients (>53 ans) avec maladie coronaire sévère mais stable. 14 sessions d’exposition à une hypoxie intermittente (4200 m) Test d’effort avec imagerie de perfusion au technetium 99m Le score moyen d’hypoperfusion a diminué de 9,5 à 4,5 (a.u.) après traitement (P=0,0036). del Pilar Valle et al. , J Nucl Med, 2006

29 Hypoxie et insuffisance cardiaque
Etude clinique au Montefiore Medical Center (Bronx, USA) Patients atteints d’insuffisance cardiaque chronique 3-4 heures/jour, 3 jours/sem, 3 semaines “Approved by FDA”....

30 Hypoxie ? Ennemie ou amie du cœur ?….