Cinétique de la fonction et de la mécanique ventriculaire gauche lors de la transition repos-effort : èvaluation par échocardiographie en mode 2D-strain

par Omar Izem

Thèse de doctorat en Staps

Sous la direction de Stéphane Nottin.

Le président du jury était Philippe Obert.

Le jury était composé de Stéphane Nottin, Philippe Obert, Stéphane Perrey, Laurent Arsac, Cécile Defrance.

Les rapporteurs étaient Stéphane Perrey, Laurent Arsac.


  • Résumé

    Initiée par les travaux des lauréats du prix Nobel Krogh et Hill l’étude de l’adaptation du système cardiorespiratoire lors de la transition du repos à l’exercice représente un champ majeur en physiologie de l’exercice. En début d’effort, la consommation d’oxygène (VO2) doit rapidement s’adapter afin de minimiser le déficit en dioxygène (O2), les perturbations intracellulaires et par conséquent optimiser la performance. Pendant cette phase dite « cardiodynamique » le ventricule gauche (VG) doit rapidement augmenter l’apport en O2 aux muscles actifs. Le volume d’éjection systolique (VES) et les nombreux paramètres qui le conditionnent doivent aussi rapidement s’adapter malgré une réduction très importante de la durée de diastole. Comment le VG parvient-il à relever ce défi dans les premières minutes de l’exercice et comment ces différents paramètres interagissent ? L’objectif de ce travail de thèse est de répondre à ces questions en combinant l’utilisation des dernières avancées de l’échocardiographie en mode « Speckle Tracking » (STE), permettant d’apprécier finement la fonction myocardique régionale grâce à l’évaluation de la mécanique du VG, avec une approche originale caractérisée par des enregistrements à intervalles réguliers proches au cours de répétitions d’épreuves à charges constantes (épreuves dites « rectangulaires »). Une première partie va consister à décrire finement les cinétiques cardiaques chez le sujet jeune actif, alors qu’une deuxième partie s’attachera à évaluer l’impact de l’entraînement aérobie chez des cyclistes de très bon niveau rapportant de nombreuses années de pratique. Les résultats mettent en évidence que la fonction diastolique et ses mécanismes sous-jacents jouent un rôle clé dans l’adaptation du VES à l’exercice. En permettant l’augmentation de la vitesse de remplissage, la pression de remplissage et la relaxation favorisent l’adaptation du VES dans la première minute. L’adaptation de la vitesse de détorsion jusqu’à 120s prolonge l’adaptation de la vitesse de remplissage et permet le maintien du VES au-delà de la première minute. Par ailleurs, nos résultats indiquent que l’entraînement aérobie induit une adaptation du VES plus importante grâce à une amélioration de la vitesse et du débit de remplissage du VG. Ces améliorations sont le résultat d’une adaptation plus rapide et plus importante de la relaxation à la base et d’une adaptation plus importante de la vitesse de détorsion. Ce travail de thèse basé sur l’étude de la mécanique cardiaque à l’exercice d’intensité modérée a permis de montrer le rôle clé de la diastole, et plus particulièrement de la détorsion du VG, dans l’adaptation rapide du VES ainsi que son amélioration chez le sportif aérobie. En perspective, il serait intéressant d’étudier les cinétiques cardiaques à des intensités d’exercice supérieures ou dans des populations qui présentent des intolérances à l'effort.

  • Titre traduit

    Kinetics of left ventricular function and mechanic during the transition from rest to exercise : evaluation in sedentary and endurance trained subjects


  • Résumé

    Initiated by the pioneering works of Nobel laureates Krogh and Hill, the study of cardiorespiratory system adaptation from rest to dynamic exercise represents a major field in exercise physiology. Oxygen uptake (VO2) has to abruptly increase in order to optimize exercise performance and tolerance by minimizing oxygen deficit and intracellular perturbations. During this “cardiodynamic” phase the LV has to abruptly increase oxygen delivery to mitochondria of active muscles. The stroke volume (SV) and its underlying mechanisms have to rapidly increase despite an important reduction of LV diastolic time. How do LV mechanics address this challenge at the onset of exercise and how do these different factors interact? Therefore, the aim of the present thesis is to answer to these questions by combining the use of latest advances in speckle tracking echocardiography (STE), which allow accurate assessment of regional myocardial function by the evaluation of LV mechanics, with an original approach based on the repetition of five similar constant work-load exercises, each of them being used to record different parameters. The first part give an accurate description of LV kinetics in young healthy active males whereas the second part focus on the evaluation of endurance training effect in well-trained cyclists. Our result highlight the key role of diastolic function and its underlying mechanisms in SV adaptation to exercise. In the first 60s, LV filling pressure and relaxation promote increase of LV filling velocity and hence SV adaptation. Beyond the first 60s, peak untwisting rate continue to increase until 120s allowing for a further increase of LV filling velocity involving SV maintenance. Furthermore, our results indicate that endurance training involve more important adaptation of SV by the improvement of LV filling velocity and filling rate. These improvement are the result of faster and higher adaptation of relaxation at the base and untwisting rate. This thesis based on the assessment of cardiac mechanic at moderate intensity exercise show the key role of diastole and more specifically LV untwist in the fast adaptation of SV and its improvement with endurance training. It would be interesting to study cardiac kinetics in heavy exercise and in pathological population presenting exercise intolerance.


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