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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 ?….