Adaptation du système cardiovasculaire aux conditions extrêmes

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

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

7. Va au briefing 108 Retour à la voiture 116 GRAND PRIX AUTOMOBILE DE MONACO 31 Mai 1981 Fréquence cardiaque d ’un pilote (D. P.) DEPART 144 Immobilisation 140 Fc moyenne= 197 b/min pendant 1h30 Démarrage 121 Fc b/min 12 Moteur en marche 111 11 ARRIVEE 178 4 ème place 5 13 9 6 8 207 7 16 éme place 200 204 195 Derrière G.V. 198 185 190 191 Monte dans la voiture 121 204 Tours de chauffe 98-156 malaise 186 177 Assis dans la voiture 115 Arrive à pied dans les stands 125 150 Démarrage 108 Assis dans les stands Met son casque, Monte dans la voiture Parle détendu 70-102 77-105 100 Dans les stands 89-104 Assis dans la voiture 73-80 50 0 1h 2h 3h Formule 1 = sollicitation cardiaque extrême ?

8. Exemple de diminution des apports en O2 Trekking Tour des Annapurnas 5416 m Alpinisme: Mont Blanc, 4807 m Sports: marathon, … 4350m Tourisme: Lhassa, 3600m

9. Variations de PO2 artérielle Altitude simulée 120 0 0 6000 7000 5000 8000 5000 8848 6500 5500 6500 5750 6500 7000 110 100 90 80 PaO2 (mm Hg) 70 60 50 40 30 à 8848m: 30.7 ± 3.7 20 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 Operation EVEREST III (COMEX 97)

10. 100 Repos Exercice maximal 90 SaO2 (%) 80 70 60 0 5000 6000 7000 8000 8848 Altitude (m) Saturation artérielle en O2 en haute altitude

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. 120 altitude 0 5000 5500 6000 6500 7000 5000 8000 8848 0 7000 5750 6500 6500 110 100 Fc % ou b/min 90 80 70 Sa 60 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 Jour dans le caisson hypobare Sa Fc Fréquence cardiaque et saturation artérielle en O2 en hypoxie

13. 200 max, aigu 180 160 max, chronique 140 Fréquence cardiaque (b/min) 120 repos, aigu 100 80 repos, chronique 60 40 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Altitude (km) La stimulation du système adrénergique est permanente, mais il y a désensibilisation du système adrénergique Fréquence cardiaque à l’exercice en hypoxie aiguë et chronique Richalet, Herry, 2006

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

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

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

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

18. 50 * PLACEBO 45 * SILDENAFIL * 40 § 35 systolic # # 30 + mmHg * 25 * * * 20 * # diastolic 15 10 treatment 5 0 Sea-level D1 D2-D3 D5-D6 Sea-level PRE POST High altitude Richalet et al., AJRCCM, 2005 Pulmonary artery pressure

19. 100 80 V02 max (% NM) 60 40 50% max 60% max 75% max 100% max 20 0 760 700 600 500 400 300 200 PB (mmHg) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Altitude (km) 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 mécanismesd'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 • Risque de mort subite: • - 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. Hypoxieintermittente et maladiescardiovasculaires • 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 ?….