Impact du diabète de type 1 sur la vasoréactivité et la variabilité de la fréquence cardiaque au repos et en réponse à l’exercice aigu

Impact of type 1 diabetes on vasoreactivity and heart rate variability at rest and in response to acute exercise

• Auteur / Autrice : Elodie Lespagnol
• Direction : Elsa Heyman
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences et techniques des activités physiques et sportives
• Date : Soutenance le 08/07/2020
• Etablissement(s) : Université de Lille (2018-2021)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Biologie-Santé (Lille ; 2000-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Unité de Recherche Pluridisciplinaire Sport, Santé, Société (Lille) - Unité de Recherche Pluridisciplinaire Sport, Santé, Société (URePSSS) - ULR 7369 - ULR 4488

Mots clés

Mots clés contrôlés

Rythme cardiaque

Exercice physique

Méta-analyse

Dissertation universitaire

Diabète de type 1

Fréquence cardiaque

Exercices physiques

Méta-analyse

Diabète insulinodépendant

Mots clés libres

Diabète de type 1

Fonction endothéliale

Exercice

Variabilité de la fréquence cardiaque

Type 1 diabetes

Endothelial function

Exercise

Heart rate variability

Résumé

Malgré une prise en charge très fine de la maladie, s’appuyant sur l’insulinothérapie fonctionnelle, les personnes vivant avec un diabète de type 1 sont fréquemment sujettes à des épisodes hyperglycémiques et hypoglycémiques, en raison de difficultés pour adapter le traitement insulinique à de nombreux facteurs de la vie quotidienne influençant la glycémie. Ces déséquilibres glycémiques peuvent altérer, de façon précoce dans l’histoire de la maladie, la fonction vasculaire, notamment endothéliale, ainsi que la fonction autonomique cardiaque. La littérature sur la dysfonction endothéliale est très vaste mais parfois contradictoire et stipule qu’elle peut même être apparente lors de situations de la vie quotidienne comme l’exercice. Les mécanismes impliqués dans la dysfonction endothéliale à l’exercice restent inexplorés mais pourraient impliquer en partie la diminution de la production enzymatique de monoxyde d’azote (NO) et/ou une inactivation accélérée de cette molécule par le milieu pro-oxydant associé à l’hyperglycémie. Par ailleurs, l’hyperglycémie chronique, mais aussi les fluctuations aigues de glycémie, peuvent être également à l’origine de troubles de l’activité autonomique cardiaque se manifestant notamment par une diminution de la variabilité de la fréquence cardiaque et d’une de ses composantes, parasympathique. Bien que l’exercice régulier soit reconnu, chez les populations non diabétiques pour améliorer le tonus parasympathique cardiaque, la problématique pour les personnes avec un diabète de type 1 réside dans la survenue d’épisodes hypoglycémiques à l’exercice qui pourraient avoir un impact négatif sur le tonus parasympathique. L’objectif de cette thèse était triple : 1) réaliser une analyse systématique de la littérature sous forme d’une méta-analyse, de la présence ou non d’une dysfonction endothéliale chez des personnes avec un diabète de type 1 comparées à des personnes sans diabète, 2) investiguer les mécanismes moléculaires sous-jacents à l’altération de la vasoréactivité musculaire à l’exercice incrémental maximal et enfin, 3) étudier l’impact d’un exercice inhabituel (i.e., prolongé et répété sur plusieurs jours) sur l’activité autonomique cardiaque chez des sportifs avec un diabète de type 1 en considérant les paramètres glycémiques. Les résultats montrent que 1) les personnes avec un diabète de type 1, pourtant encore indemnes de complications micro- et macrovasculaires à l’état clinique, présentent bien une dysfonction endothéliale précoce mais également une altération de la fonction des muscles lisses vasculaires. La dysfonction endothéliale peut être mise en évidence par différents stimuli (exercice, occlusion-reperfusion, substances pharmacologiques ou chaleur). Néanmoins, une standardisation des méthodes rendrait les résultats moins hétérogènes et aiderait au suivi des patients. 2) L’altération de la réponse microvasculaire à l’exercice pourrait provenir en partie d’une baisse de la disponibilité en L-Arginine, substrat exclusif de la synthèse enzymatique du NO ainsi qu’à une diminution d’un antioxydant plasmatique majeur, l’acide urique. En revanche, les vitamines, les thiols libres et les défenses antioxydantes enzymatiques érythrocytaires semblent normales. 3) les sportifs avec un diabète de type 1 montrent une augmentation du temps passé en hyperglycémie, et non en hypoglycémie, en réponse à la répétition quotidienne, pendant 9 jours, d’exercices prolongés d’intensité moyenne à intense. Ces épisodes hyperglycémiques ont un impact négatif sur le tonus parasympathique cardiaque nocturne des patients. Au vu des résultats, il apparait donc important de trouver des alternatives non pharmacologiques pour essayer d’améliorer ou prévenir des troubles précoces de la fonction endothéliale et de l’activité autonome cardiaque.

Despite intensive insulin treatment and advanced techniques of glucose self-monitoring, hyperglycemia and hypoglycemia are frequent complications in type 1 diabetes. Chronic hyperglycemia may contribute to early alterations in endothelial function and in cardiac autonomic activity. The literature about endothelial dysfunction is very large and sometimes contradictory but suggests that endothelial dysfunction can be evidenced during exercise. The underlying mechanisms of the altered vasoreactivity to exercise remain to be explored but may involve a decrease in the bioavailability of the main vasodilating molecule: nitric oxide (NO). In addition, chronic hyperglycemia but also acute hyper or hypoglycemic excursions may alter cardiac autonomic activity, even in patients with still uncomplicated type 1 diabetes. This manifests by a decrease in heart rate variability and in one of its components, the parasympathetic tone. Although regular exercise is recognized in non-diabetic populations to improve heart rate variability, the challenge for people with T1D may lie in the occurrence of exercise-induced hypoglycemic episodes, with a possible negative impact on parasympathetic tone. The objectives of this PhD were : 1) a systematic analysis of the literature throughout a meta-analysis, to study the presence or not of endothelial dysfunction in persons with type 1 diabetes compared to persons without diabetes, 2) investigating some molecular mechanisms underlying exercise-induced impairment in muscle vasoreactivity and finally, 3) studying the impact of a multi-day sustained cycling exercise on cardiac autonomic activity in athletes with type 1 diabetes, while considering glycemic excursions. The results show that 1) people with type 1 diabetes, albeit still free from overt micro- and macrovascular complications, have indeed an early endothelial dysfunction but also an alteration in the vascular smooth muscles function. The endothelial dysfunction was evidenced in response to various stimuli (exercise, occlusion-reperfusion, pharmacological substances or heat). Nevertheless, standardisation of methods would make the results less heterogeneous and help in the follow-up of endothelial dysfunction. 2) Alteration in muscle vasoreactivity to maximal exercise might be the consequence of a decrease in the availability of L-Arginine, the exclusive substrate of enzymatic NO synthesis. In addition, a decrease in the major circulating antioxidant, uric acid, is possibly involved, while vitamins, total free thiols and erythrocyte enzymatic antioxidant defences appear normal. 3) amateur athletes with type 1 diabetes show an increase in the time spent in hyperglycemia, but not hypoglycemia, in response to the unusual multi-day moderate-to-intense exercise, with possible deleterious impact on their nocturnal parasympathetic cardiac tone. In view of all these results, it appears therefore crucial to find non-pharmacological alternatives in an attempt to improve early endothelial and cardiac autonomic activity disorders.