Adaptation du système cardiovasculaire aux conditions

extrêmesPr. Jean-Paul Richalet

Hôpital Avicenne

EA 2363 « Réponses cellulaires et fonctionnelles à l’hypoxie »

CHU Bobigny Université Paris 13Paris APIC Septembre 2013

EXERCICE

Environnement naturel = Espace habituel

Les modifications locales du milieu entraînent

des réactions physiologiques.

Les réactions physiologiques passent inaperçues

et sont considérées comme NATURELLES

Environnement extrême - Environnement naturel

Environnement extrême = Espace inhabituel

* létal * adaptation possible

- niveau CULTUREL / TECHNOLOGIQUE

- niveau PHYSIOLOGIQUE

- niveau GÉNÉTIQUE

PO2 capillaire

PO2 tissulaire

VO2myoc

k

.

Qmyoc.CaO2

.

Besoinsénergétiques

Fc

Post-charge

Apporten oxygène

Flux coronaire Contenu en O2Coeur et conditions extrêmes

Pilotage automobile = sport extrême ?

Exemple d’augmentation des besoins énergétiques

DEPART

144GRAND PRIX AUTOMOBILE DE MONACO31 Mai 1981Fréquence cardiaque d ’un pilote (D. P.)

50

200

100

150

0 3h2h1h

Arrive à pieddans les stands125

Parle détendu

70-102

Met son casque,Monte dans la voiture77-105

Assis dans la voiture

115

Démarrage108

Tours de chauffe98-156

Va au briefing108

Danslesstands89-104

Retour à la voiture116

Monte dans la voiture121

Moteur en marche111

Démarrage121

Immobilisation140

Assis dans la voiture73-80

16 éme place

185

13

195

12

207

11

204

98

190

76

204

5

186

Derrière G.V.

4 ème place

198

177

ARRIVEE

178

191

malaise

Assisdans

les stands

Fc b/min

Formule 1 = sollicitation cardiaque extrême ?

Fc moyenne= 197 b/min pendant 1h30

Exemple de diminution des apports en O2

Alpinisme: Mont Blanc, 4807 m Trekking Tour des Annapurnas 5416 m

Tourisme: Lhassa, 3600mSports: marathon, … 4350m

Operation EVEREST III (COMEX 97)

à 8848m:30.7 ± 3.7

20

30

40

50

60

70

80

90

100

110

120

0 1 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

Jours dans le caisson

Variations de PO2 artérielleP

aO

2 (

mm

Hg

)

0 0 5000

5500

6000

6500

7000 5000 8000

8848

5750 6500 7000

6500

Altitudesimulée

Saturation artérielle en O2 en haute altitude

Repos

Exercice maximal

Altitude (m)

0 5000 6000 7000 8000 8848

60

70

80

90

100S

aO2 (

%)

L’action immédiate de l’hypoxie d’altitude :

La stimulation des chémorécepteurs carotidiens

avec deux conséquences ...

- l’hyperventilation

- l’activation du système adrénergique

Fréquence cardiaque et saturation artérielle en O2 en hypoxie

Jour dans le caisson hypobare

0 5000 5500 6000 6500 7000 5000 8000 8848 0

60

70

80

90

100

110

120

0 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

SaFc

% o

u b

/min

altitude

5750

65 00 7000

65 00

Fc

Sa

Fréquence cardiaque à l’exercice en hypoxie aiguë et chronique

40

60

80

100

120

140

160

180

200F

réqu

ence

car

diaq

ue (

b/m

in)

0 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

b-AR

GsGiGs Gi

Adenylatecyclase

AMPc

A1 M2

norepinephrine adenosine acetylcholine

-- +

+

-+

-+

IK Ach, AdoITl IF ICa

Myocytecell

membrane

cytosol

From: Lerman and Belardinelli, Circulation, 1991; Favret and Richalet, Respir Physiol Neurobiol, 2006

Fraction d’éjection VG (%)

50

60

70

80

SL 5000 7000 8000 RNM

Condition

* p < 0.05 vs NM

*

(%)

Boussuges et al., AJRCCM, 2000

Diamètre télédiastolique VG

Condition

SL 5000 7000 8000 RNM30

40

50

60

* p < 0.05 vs NM

* * *

(mm

)

Boussuges et al., AJRCCM, 2000

Pression artérielle pulmonaire systolique*

Condition

(mm

Hg

) * 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

Pulmonary artery pressure

*

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

Sea-levelPRE

D1 D2-D3 D5-D6 Sea-levelPOST

systolic

diastolic

mm

Hg

# #

#

*

**

**

**

+

§

treatment

High altitude

PLACEBO

SILDENAFIL

Richalet et al., AJRCCM, 2005

Pour une même fréquence cardiaque,

l’intensité relative augmente avec

l’altitude

100

80

60

40

20

0

V0 2

max

(

% N

M)

760 700 600 500 400 300 200

PB (mmHg)

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Altitude (km)

50%max

60%max

100%max

75%max

• 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

Exposition prolongée à l'altitude: effets sur le système cardio-vasculaire

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.

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)

FC à l’exercice: 122 bpm

NormoxieSaO2 : 98%P : 100 W

HypoxieSaO2 : 75%

P : 60 W

DI

avF

V1

V6

DI

avF

V1

V6Homme de 32 ans

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.

Cœur pathologique et altitude

Richalet. Altitude et système cardiovasculaire. Presse Med. 2012 Richalet. Cardiopulmonary adaptation to high altitude. Advances in Biochemistry in Health and Disease 2012

Facteurs de risque de mort subite en montagne

Burtscher and Ponchia, Prog Cardiovasc Dis, 2010

Risque de mort subite:- Randonneurs: x 4,2- Skieurs: x 2,2 vs pop. générale

Mais idem autres sports: ski de fond, jogging, etc..

Altitude et réadaptation en cardiologie ?

Hypoxie intermittente

“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).

Hypoxie intermittente et maladies cardiovasculaires

del Pilar Valle et al. , J Nucl Med, 2006

• 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

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”....

Hypoxie ?

Ennemie ou amie du cœur ?….