la fonction contractile regionale du myocarde post

Université Paris XII Val de Marne
Ecole Doctorale Sciences de la Vie et de la Santé
Doctorat de Pharmacologie Expérimentale et Clinique
Laurence LUCATS
LA FONCTION CONTRACTILE REGIONALE DU
MYOCARDE POST-ISCHEMIQUE :
ADAPTATIONS PHYSIOPATHOLOGIQUES ET
PHARMACOLOGIQUES
Soutenue le 15 décembre 2006
Membres du Jury :
Monsieur le Professeur Alain Berdeaux
Président
Madame le Professeur Valérie Chetboul
Rapporteur
Monsieur le Professeur Jean-Jacques Mercadier
Rapporteur
Madame le Professeur Geneviève Derumeaux
Examinateur
Monsieur le Professeur Guy Heyndrickx
Examinateur
Monsieur le Docteur Bijan Ghaleh-Marzban
Directeur
A ma Famille,
A mes Amis,
Alice & Olivier, Claire, Soline & Olivier, Etienne, Caroline & Bruno, Cécile &
Bernard, Aude, Marie-Agnès & Olivier, Elizabeth, Guillaume
Pour nos bons moments et vos encouragements,
Grâce aux quels, je ne suis pas El Desdichado.
A Monsieur le Professeur Alain Berdeaux,
Qui m’a ouvert les portes de son laboratoire,
Qui m’a fait profiter chaque jour de sa grande culture scientifique
Et qui me fait l’honneur de présider le jury de cette thèse.
A Madame le Professeur Valérie Chetboul,
Dont je suis fière d’avoir été l’élève pendant mes études vétérinaires,
Qui m’a fait profiter de ses talents d’échocardiographiste pour mon travail de
thèse,
Et qui m’honore aujourd’hui en étant le rapporteur de ce travail.
A Monsieur le Professeur Jean-Jacques Mercadier,
Qui nous a fait profiter de sa maîtrise et de son savoir pour l’analyse et l’interprétation
coordonnées des résultats de physiologie intégrée et de biologie moléculaire,
Et qui me fait le grand honneur d’être rapporteur de ce travail.
A Madame le Professeur Geneviève Derumeaux,
Qui me fait le grand honneur d’être examinateur de ce travail.
A Monsieur le Professeur Guy Heyndrickx,
Qui me fait le grand honneur d’être examinateur de ce travail.
A Monsieur le Docteur Bijan Ghaleh,
Qui m’a appris chacune des étapes de la recherche avec précaution et rigueur,
De l’élaboration de l’étude à la réponse au reviewing, merci.
A Monsieur Alain Bizé,
Qui m’a offert une aide constante et infaillible, toutes ses petites manies,
minuties et précautions ont fait de lui un soutien indispensable.
2
A Monsieur le Docteur Renaud Tissier,
Qui m’a accompagnée pendant ces quatre années au laboratoire,
Qui, en plus de son contribution scientifique, a apporté à notre équipe ses
qualités humaines exceptionnelles. Son bagout et sa bonne humeur nous ont soutenus
de l’analyse scientifique aux petites réjouissances du quotidien,
Qu’il soit assuré de ma plus grande admiration et de ma sympathie dévouée.
A Madame le Docteur Virginie Chalvignac et Messieurs les Docteurs Nicolas Couvreur,
Dominique Tessier et Xavier Waintraub,
Avec qui j’ai eu le plaisir de travailler.
A Messieurs les Docteurs Patrice Colin et Xavier Monnet,
Qui ont apporté à ces travaux leur expérience et leur esprit critique.
A Madame le Docteur Patricia Rouet-Benizeb et Monsieur Laurent Vinet,
Pour l’experte collaboration qu’ils m’ont offerte.
A Monsieur le Docteur Thibaud Damy,
Qui m’a fait part de son grand savoir en matière de NOS,
Sa sympathie, son écoute et ses conseils m’ont portée dans les moments
difficiles de ce travail.
A Messieurs les Docteurs Didier Morin, Jinbo Su et Roland Zini,
Pour le précieux savoir-faire qu’ils ont apporté à ce travail.
A Monsieur le Professeur Luc Hittinger,
Dont l’acuité scientifique nous a aidés dans l’analyse ces travaux,
Et dont les corrections ont amélioré nos manuscrits.
3
A Madame le Professeur Brigitte Enriquez,
Qui m’a initiée à la pharmacologie,
Pour sa gentillesse, son ouverture et son attention aux autres.
A Monsieur le Professeur Jean-Louis Pouchelon,
Pour l’intérêt qu’il a porté à mon travail.
A l’ensemble de l’Unité de Cardiologie d’Alfort ; Vassiliki Gouni, Audrey Niccole,
Carolina Carlos et François Serres,
Pour leur aide attentionnée lors des examens échocardiographiques de ce
travail.
A Jean-Paul Vilaine et à l’ensemble de l’équipe des « Biological studies » du
Laboratoire Servier : Florence Mahlberg-Gaudin, Pascale Gluais, Muriel Bouly et Romain Bos,
Qui nous ont fait part de leur expérience de l’ivabradine.
A Monsieur Georges Zadigue,
Pour le soin qu’il a apporté aux animaux,
Pour son aide généreuse, son altruisme et sa sérénité.
A Monsieur le Professeur Jean-François Giudicelli,
Qui m’a accueilli au sein du Laboratoire de Pharmacologie de Bicêtre,
Qui a accompagné le commencement de ce travail,
Et qui m’a laissé entrevoir l’étendue de son impressionnante culture.
A Madame le Docteur Christine Richer,
Pour les aimables discussions et l’attention qu’elle a portée à mon travail.
4
A Madame Joëlle Doukhan,
Pour avoir toujours proposé son aide,
A Madame Sandrine Bonizec,
Pour sa gentillesse et son efficacité sans faille.
Au Docteurs Sandrine Pons, Violaine Griol, Erij Messadi, Valérie Domergue et Marine
Guimot,
Qui ont assisté au début de ces travaux au sein de la cordiale équipe INSERM
E00-01.
Aux Docteurs Sandrine Pons, Alexandra d’Anglemont de Tassigny, Catherine Plin,
Fatou O’Bame, Angelina Bertrand, Rana Assaly, Rym Derbassi, Fanny Lidouren, Corinne
Deschênes, Lila Bendamèche, Hubert Dabiré, Rachid Souktani, Lucien Sambin, Emmanuel
Cosson, Nicolas Mansencal, Philippe Le Corvoisier et Karim Aouam
Qui ont fait de l’Unité 660 un lieu de réflexion et de convivialité.
SOMMAIRE
SOMMAIRE .............................................................................................. 1
GLOSSAIRE.............................................................................................. 9
INTRODUCTION................................................................................... 13
PARTIE BIBLIOGRAPHIQUE
CHAPITRE I
PHYSIOLOGIE DE LA CONTRACTION CARDIAQUE .................................... 17
I.
La contraction à l’échelle du ventricule ...................................................... 17
A.
Le cycle cardiaque.................................................................................... 17
B.
La systole : la contraction du ventricule................................................... 17
1.
La contraction isovolumique ................................................................. 19
2.
La phase d’éjection................................................................................ 19
C.
II.
La diastole : la relaxation et le remplissage du ventricule ....................... 21
1.
Ralentissement de l’éjection et début de la relaxation. ......................... 21
2.
La relaxation isovolumique ................................................................... 21
3.
Le remplissage ventriculaire.................................................................. 21
a)
Le remplissage précoce ..................................................................... 21
b)
Diastase ............................................................................................. 22
c)
La contraction atriale......................................................................... 22
Le couplage excitation-contraction............................................................ 222
A.
Pivot du couplage excitation-contraction : les mouvements calciques. ... 23
B.
Initiation du couplage excitation-contraction........................................... 25
1.
L’ouverture des canaux calciques membranaires de type L.................. 25
2.
Interaction subcellulaire des canaux calciques membranaires de types L et
des récepteurs de la ryanodine.................................................................................. 27
C.
Le récepteur de la ryanodine : élément central du « calcium-inducedcalcium-release »..................................................................................... 27
1.
Composition et architecture................................................................... 27
a)
Le récepteur de la ryanodine ............................................................. 29
b)
Les protéines interagissant avec le récepteur de la ryanodine .......... 30
2
2.
Fonctionnement du relarguage calcique ................................................ 33
3.
La fin du relargage calcique .................................................................. 34
Mécanismes complémentaires initiateurs de la libération du Ca2+ du
D.
réticulum sarcoplasmique........................................................................ 35
E.
La contraction des myofilaments ............................................................. 37
1.
2.
Structure de l’appareil contractile ......................................................... 37
a)
Structure du filament épais................................................................ 37
b)
Structure du filament fin ................................................................... 39
c)
Structure de la titine .......................................................................... 40
Origine moléculaire de la contraction ................................................... 41
La relaxation : pompage du Ca2+ cytosolique .......................................... 43
F.
III. Cinétique et hétérogénéité de la contraction du ventricule gauche............. 45
A.
La distribution de l’influx électrique et l’initiation de la contraction ...... 45
B.
La contraction myocardique : à chacun son profil ................................... 47
C.
La fin de la contraction et la relaxation.................................................... 49
1.
Chronologie de la fin de la contraction ................................................. 49
2.
La contraction postsystolique ................................................................ 49
3.
La repolarisation .................................................................................... 52
D.
Origine de l’hétérogénéité de la contraction du ventricule gauche .......... 53
1.
Un environnement différent .................................................................. 53
2.
Un support moléculaire différent........................................................... 54
CHAPITRE II
LA SIDERATION MYOCARDIQUE,
ALTERATION POST-ISCHEMIQUE DE LA CONTRACTION CARDIAQUE. ..... 55
I.
II.
Approche expérimentale de la sidération myocardique............................... 55
A.
Description initiale de la sidération myocardique.................................... 55
B.
Diversité des modèles de sidération myocardique ................................... 57
1.
La sidération myocardique après un épisode ischémique unique ......... 57
2.
La sidération myocardique après de multiples épisodes ischémiques... 58
3.
La sidération myocardique de la zone viable dans le post-infarctus ..... 58
4.
La sidération myocardique par ischémie totale ..................................... 58
5.
La sidération myocardique consécutive à un exercice ischémique ....... 59
Mécanismes physiopathologiques ................................................................ 59
3
A.
Importance des radicaux libres issus de l’oxygène .................................. 59
B.
L’hypothèse calcique................................................................................ 60
1.
La surcharge calcique ............................................................................ 61
2.
Les protéases activées par le calcium (Calpaïnes) ................................ 62
3.
La désensibilisation des myofibrilles au calcium .................................. 64
4.
Les altérations de l’homéostasie calcique ............................................. 65
C.
Approche génomique de la sidération myocardique ................................ 66
D.
Hibernation versus sidération................................................................... 67
III. La sidération en clinique humaine ............................................................... 70
CHAPITRE III
PRESERVER ET PROTEGER LA FONCTION CONTRACTILE POST-ISCHEMIQUE
................................................................................................................... 75
I.
Stratégies pharmacologiques vis-à-vis de la sidération myocardique......... 75
A.
Les agents inotropes positifs adrénergiques............................................. 76
B.
Les β-bloquants ........................................................................................ 76
C.
Les antagonistes des canaux calciques de type L et T ............................. 77
D.
Les inhibiteurs sélectifs du canal If .......................................................... 78
E.
Les agonistes des canaux potassiques ATP dépendants........................... 79
F.
Les inhibiteurs des pompes Na+/H+ et Na+/Ca2+ ...................................... 80
G.
Les sensibilisateurs du Ca2+ ..................................................................... 81
H.
Les inhibiteurs du système rénine-angiotensine....................................... 81
I.
L’adénosine .............................................................................................. 82
J.
Les inhibiteurs de l’HMG CoA réductase................................................ 82
II.
Le préconditionnement tardif : une voie de protection endogène................ 83
A.
Définition ................................................................................................. 83
B.
Pluralité du préconditionnement tardif..................................................... 87
C.
Les mécanismes du préconditionnement tardif ........................................ 88
1.
Les initiateurs du préconditionnement tardif......................................... 88
a)
L'adénosine........................................................................................ 88
b)
Le monoxyde d'azote ........................................................................ 88
c)
Les radicaux libres oxygénés ............................................................ 89
d)
La bradykinine .................................................................................. 89
e)
Les agonistes adrénergiques .............................................................. 90
4
f)
2.
Les voies de signalisation...................................................................... 90
a)
Les Protéines Kinases C .................................................................... 92
b)
Les Protéines Tyrosine Kinases ........................................................ 92
c)
Les Mitogen Activated Protéines Kinases......................................... 92
d)
Les facteurs de transcription ............................................................. 93
e)
La voie des PI3K/Akt......................................................................... 93
3.
D.
Les récepteurs aux opiacés ................................................................ 90
Les Médiateurs ...................................................................................... 94
a)
Les NO synthases et la cyclooxygénase-2 ........................................ 94
b)
L'aldose réductase ............................................................................. 94
c)
Les enzymes anti-oxydantes.............................................................. 95
d)
Les protéines chaperonnes ................................................................ 95
e)
Les canaux potassiques ATP-dépendants (KATP) .............................. 96
f)
Le pore de transition mitochondrial................................................... 96
Le préconditionnement en clinique .......................................................... 96
1.
2.
Les situations de préconditionnement ................................................... 96
a)
Le phénomène de « warm-up » ......................................................... 97
b)
L’angor pré-infarctus ........................................................................ 97
L'exploitation clinique du préconditionnement ..................................... 98
III. Le postconditionnement................................................................................ 98
PARTIE EXPERIMENTALE
CHAPITRE IV
OBJECTIFS DU TRAVAIL .......................................................................... 103
CHAPITRE V
MATERIELS ET METHODES .................................................................... 105
I.
Le modèle de chien éveillé chroniquement implanté.................................. 105
A.
Cadre réglementaire ............................................................................... 105
B.
Animaux ................................................................................................. 105
C.
Instrumentation des animaux et paramètres mesurés ............................. 105
1.
Phase chirurgicale................................................................................ 106
2.
Mesures hémodynamiques .................................................................. 108
a)
Mesure des pressions aortique et ventriculaire................................ 108
b)
Mesure des débits sanguins régionaux myocardiques .................... 108
5
3.
D.
II.
c)
Mesure de la contractilité régionale ................................................ 108
d)
Mesure du débit sanguin coronaire ................................................. 111
e)
Recueil des données ........................................................................ 111
Analyses biochimiques ........................................................................ 111
a)
Mesure des lactates myocardiques .................................................. 111
b)
Mesure de la concentration sanguine de nitrites-nitrates ................ 111
Analyse statistique.................................................................................. 112
Le modèle de sidération myocardique par l’occlusion et reperfusion d’une
artère coronaire chez le chien éveillé chroniquement implanté .............. 112
A.
Réalisation de l’occlusion coronaire ...................................................... 112
B.
Effet de l’occlusion coronaire sur la fonction contractile régionale postischémique............................................................................................. 113
C.
Justification du choix du modèle............................................................ 114
III. Le modèle de préconditionnement tardif vis-à-vis de la sidération
myocardique par l’occlusion/reperfusion d’une artère coronaire chez le
chien éveillé chroniquement implanté...................................................... 115
IV. L’administration intracoronaire de ryanodine : exploration in vivo ciblée du
récepteur de la ryanodine ........................................................................ 115
A.
Administration intracoronaire de ryanodine .......................................... 115
B.
Effet de l’administration intracoronaire sur la contractilité régionale
myocardique.......................................................................................... 116
C.
Justification du choix d’une administration intracoronaire.................... 116
CHAPITRE VI
EPAISSISSEMENT POSTSYSTOLIQUE ET INTERACTION ENTRE LES PAROIS DU
VENTRICULE GAUCHE AU COURS DE LA SIDERATION MYOCARDIQUE ... 119
I.
Introduction................................................................................................ 120
II.
Matériels et méthodes................................................................................. 120
A.
Modèle expérimental.............................................................................. 120
B.
Protocole expérimental........................................................................... 121
III. Principaux résultats ................................................................................... 121
IV. Commentaires............................................................................................. 123
CHAPITRE VII
6
EFFETS COMPARES DE L’ATENOLOL ET DE L’IVABRADINE SUR
L’EPAISSISSEMENT POSTSYSTOLIQUE DU CŒUR SAIN, AU REPOS ET A
L’EXERCICE ............................................................................................. 125
I.
Introduction................................................................................................ 126
II.
Matériels et méthodes................................................................................. 126
A.
Modèle expérimental.............................................................................. 126
B.
Protocole expérimental........................................................................... 126
III. Principaux résultats ................................................................................... 127
IV. Commentaires............................................................................................. 127
CHAPITRE VIII
EFFETS COMPARES DE L’ATENOLOL ET DE L’IVABRADINE SUR
L’EPAISSISSEMENT POSTSYSTOLIQUE AU COURS DE LA SIDERATION
MYOCARDIQUE ........................................................................................ 129
I.
Introduction................................................................................................ 130
II.
Matériels et Méthodes ................................................................................ 130
A.
Modèle expérimental.............................................................................. 130
B.
Protocole expérimental........................................................................... 130
III. Principaux résultats ................................................................................... 131
IV. Commentaires............................................................................................. 131
CHAPITRE IX
MISE EN EVIDENCE D’UN PRECONDITIONNEMENT TARDIF VIS-A-VIS DE LA
SIDERATION MYOCARDIQUE INDUIT PAR UN ENTRAINEMENT ELECTROSYSTOLIQUE RAPIDE ............................................................................... 133
I.
Introduction................................................................................................ 134
II.
Matériels et méthodes................................................................................. 135
A.
Modèle expérimental.............................................................................. 135
B.
Protocole expérimental........................................................................... 135
III. Résultats ..................................................................................................... 136
IV. Commentaires............................................................................................. 136
CHAPITRE X
7
EFFET DU PRECONDITIONNEMENT TARDIF VIS-A-VIS DE LA SIDERATION
SUR L’EPAISSISSEMENT POSTSYSTOLIQUE ............................................. 139
I.
Introduction................................................................................................ 140
II.
Matériels et méthodes................................................................................. 140
A.
Modèle expérimental.............................................................................. 140
B.
Protocole expérimental........................................................................... 141
III. Principaux résultats ................................................................................... 141
IV. Commentaires............................................................................................. 142
CHAPITRE XI
MECANISME DE L’ADAPTATION CONTRACTILE AU COURS DU
PRECONDITIONNEMENT TARDIF VIS-A-VIS DE LA SIDERATION
MYOCARDIQUE ........................................................................................ 143
I.
Introduction................................................................................................ 144
II.
Matériels et méthodes................................................................................. 144
A.
Modèle expérimental.............................................................................. 144
B.
Protocole expérimental........................................................................... 145
III. Principaux résultats ................................................................................... 146
IV. Commentaires............................................................................................. 147
DISCUSSION GENERALE................................................................. 157
CONCLUSION ET PERSPECTIVES ................................................ 157
BIBLIOGRAPHIE................................................................................ 159
9
GLOSSAIRE
ADP : Adénosine diphosphate
AMPc : Adénosine monophosphate cyclique
ATP : Adénosine triphosphate
Bmax : nombre maximal de site de fixation du ligand
CaM : Calmoduline
CaMKII : Calmoduline Kinase II
COX-2 : Cyclo-oxygénase 2
dP/dt : dérivée première de la pression ventriculaire gauche en fonction du temps.
dW/dt : Vitesse d’épaississement systolique
EDWT : épaisseur myocardique transmurale à la fin de la diastole
ESWT : épaisseur myocardique transmurale à la fin de la systole
FKBP 12.6 : FK-506 Binding Protein 12.6
HMG coA : 3-hydroxy-méthylglutaryl coenzyme A
HRC : Histidine rich calcium-binding protein
HSP : Heat shock protein
i.c. : Voie intra-coronaire
i.v. : Voie intra-veineuse
IEC : Inhibiteur de l’enzyme de conversion
IRM : Imagerie par resonance magnétique
10
JAK : Janus Kinase
KATP : Canaux potassiques ATP dépendant
KD : Affinité du récepteur pour le ligand
LAD : Artère coronaire inter-ventriculaire gauche
LCX : Artère coronaire circonflexe gauche
LVP : pression ventriculaire gauche
mAKAP : Protéine d’ancrage de PKA
MAPKs : Mitogen activated protein kinases
MHC : Chaine lourde de myosine
MLA : Monophosphoryl lipide A
MLC : Chaine légère de myosine
Mn SOD : Superoxide dismutase
MVG : Gradient de vélocité myocardique
MVO2 : Consommation régionale myocardique en oxygène
MyBP : Myosin binding protein
NCX : Echangeur sodium-calcium
NF-κB : Nuclear Factor-kappa B
NHE : Echangeur sodium-proton
NO : Monoxyde d’azote
NOS : Monoxyde d’azote synthase
Occ : Occlusion
11
PGE2 : Prostaglandine E2
PGI2 : Prostaglandine I2
PKA : Protéine Kinase A
PKC : Protéine Kinase C
PP1 : Protéine phosphatase 1
PP2 : Protéine phosphatase 2
PTK : Phosphotyrosine kinase
ROCs : Receiving organazing characteristics
RS : Réticulum sarcoplasmique
RyR : Récepteur de la ryanodine
SAP : Systolic arterial pressure
SC : Sténose coronaire
SERCA 2 : pompe calcique du reticulum sarcoplasmique ATP-dépendante
STAT : Signal transcription and activators of transcription
Tn : Troponine
TNF-α : Tumor necrosis facteur α
VLC : ventricular myosin light chain
Wth : Epaississement systolique calculé en millimètre ou en % par rapport à
l’épaisseur télédiastolique
INTRODUCTION
L’incidence croissante des maladies coronariennes fait de l’ischémie du myocarde un
problème majeur de santé publique. L’ischémie du myocarde est à l’origine de dysfonctions
endothéliales et contractiles, d’arythmies et à terme de la mort cellulaire lors de l’infarctus.
De nos jours, la thrombolyse, l'angioplastie à la phase aiguë de l'infarctus et la chirurgie
coronaire ont permis de faire considérablement régresser les infarctus transmuraux, mais la
préservation du tissu ischémique d'une mort inéluctable a fait place à la « sidération
myocardique », élément fonctionnel péjoratif des suites de l'accident ischémique. La
sidération myocardique est un état de dysfonction contractile réversible du myocarde
survenant au décours d'un épisode ischémique transitoire malgré la reperfusion complète du
myocarde et en l'absence de toute nécrose myocardique (Braunwald et al., 1982; Heyndrickx
et al., 1975). Elle s'observe également dans l'angor instable, l'angioplastie coronaire
percutanée, la chirurgie cardiaque et dans les suites de la transplantation cardiaque.
Par définition, le myocarde sidéré ne présente pas de lésions d’infarctus, et pourtant sa
contractilité est très altérée malgré une reperfusion complète. Un raccourci trop fréquent tend
à penser que ce myocarde est purement hypokinétique du fait des lésions consécutives à
l’épisode ischémique sur l’appareil contractile cellulaire, cette vision excluant entre autre la
contraction postsystolique observée sur le myocarde sidéré (Derumeaux et al., 2000). La
contraction postsystolique est la part de la contraction survenant après la fermeture de la valve
aortique (Takayama et al., 1988). Cette contraction paradoxale s’observe physiologiquement
dans certains territoires myocardiques et lors de la sidération myocardique (Voigt et al.,
2003b). Elle marque la dyskinésie du myocarde sidéré et l’asynchronie des différents
segments du ventricule gauche (Ehring et al., 1990).
Nos travaux se sont intéressés aux altérations du profil contractile du myocarde sidéré
puis ont recherché les moyens de les prévenir ou de les corriger. Ainsi, notre premier objectif
a été de décrire les altérations de la contractilité régionale lors de la sidération myocardique et
le retentissement sur la cinétique de contraction du ventricule gauche en observant notamment
l’évolution de l’interaction entre les parois ventriculaires. Ce premier travail nous a amenée à
rechercher si des agents pharmacologiques pouvaient modifier ou moduler les altérations du
14
profil contractile du myocarde sidéré. Nous nous sommes alors tournée vers l’étude de deux
substances anti-angineuses réductrices de la fréquence cardiaque : un inhibiteur du courant If ,
l’ivabradine et un β-bloquant, l’aténolol.
Après cette approche pharmacologique, nous nous sommes intéressée à une
cardioprotection physiologique, le préconditionnement tardif, en comparant le profil
contractile du myocarde sidéré soumis ou non à un préconditionnement tardif. Enfin, nous
avons recherché les adaptations moléculaires sous-jacentes du couplage excitationcontraction.
Pour répondre à l’ensemble de ces objectifs, nous disposions d’un modèle de chien
éveillé chroniquement implanté sur lequel la contractilité régionale peut être précisément
étudiée au moyen de la sonomicrométrie. Ce modèle est particulièrement original car il
permet de réaliser des occlusions coronaires de courte durée sur des animaux éveillés.
15
PARTIE
BIBLIOGRAPHIQUE
17
Chapitre I
Physiologie de la contraction cardiaque
I. La contraction à l’échelle du ventricule
A. Le cycle cardiaque
Le cycle cardiaque fut décrit pour la première fois par Wiggers en 1915. Cinq ans plus
tard (1920), Lewis établit un diagramme complet montrant les phases du cycle cardiaque à
partir de la mesure des pressions atriale, aortique, ventriculaire et jugulaire, de
l’électrocardiogramme et des bruits du cœur, dont une partie est représentée sur la Figure 1.
Ces observations princeps posent les bases du cycle cardiaque : (a) la contraction du
ventricule gauche, (b) la relaxation du ventricule gauche et (c) le remplissage ventriculaire,
dont les étapes sont schématisées sur la Figure 2. Ces observations se sont ensuite étoffées par
la description des évènements qui rythment le cycle du ventricule droit, en de nombreux
points similaires à ceux du ventricule gauche mais qui ne constituent pas notre propos.
B. La systole : la contraction du ventricule
Cette phase du cycle cardiaque tient son nom même de sa description puisque systole
signifie contraction en grec. Cette contraction du ventricule est à l’origine de l’élévation de la
pression ventriculaire qui aboutit à l’éjection du sang dans l’aorte. Sur l’électrocardiogramme,
l’arrivée de la vague de dépolarisation qui ouvre les canaux calciques de type L dans le
ventricule correspond au pic de l’onde R.
Pressions aortique
(AO), ventriculaire
gauche (VG) et
atriale (AO)
mmHg
18
AO
100
VG
0
OG
dP/dt
mmHg/s
4000
0
-4000
12
mm
Epaisseur
myocardique du
mur antérieur
9
Epaisseur
myocardique du
mur postérieur
mm
13
9
Electrocardiogramme
a b
c d
Figure 1 : Représentation des pressions ventriculaire gauche, atriale et aortique, de la dérivée
première en fonction du temps de la pression ventriculaire gauche, des épaisseurs transmurales
myocardique antérieure et postérieure et de l’électrocardiogramme sur un battement cardiaque
d’un chien sain au repos.
a, fermeture de la valve mitrale; b, ouverture de la valve aortique; c, fermeture de valve aortique;
d, ouverture de la valve mitrale.
19
Dès que le myocarde se contracte, la pression ventriculaire croît et dépasse très
rapidement la pression auriculaire gauche (5 à 10 mmHg), la différence de pression entre les
deux cavités cardiaques provoque la fermeture de la valve mitrale, suivi par la composante
M1 du premier bruit du cœur (B1). La relation exacte entre M1 et la fermeture de la valve
mitrale est toujours sujette à débat. La fermeture de la valve mitrale est censée coïncider
parfaitement avec l’inversion des gradients de pression, pourtant pour certains auteurs, elle est
retardée par l’inertie des flux sanguins.
1. La contraction isovolumique
La contraction isovolumique débute avec la fermeture de la valve mitrale et s’achève
avec l’ouverture de la valve aortique. Le volume est alors constant. Ainsi toutes les forces
contractiles centripètes appliquées par le myocarde aboutissent à une élévation rapide de la
pression ventriculaire gauche. Son pic est toujours atteint au cours de cette phase (dP/dtmax).
Sur la Figure 1, cette phase correspond à l’élévation de la pression ventriculaire survenant
entre les marqueurs a et b. Entre ces deux marqueurs, la contraction est dite isovolumique car
le volume ventriculaire reste inchangé.
2. La phase d’éjection
Dès que la pression ventriculaire gauche dépasse la pression aortique, l’inversion du
gradient de pression ouvre la valve aortique. Celle-ci marque la fin de la contraction
isovolumique et le début de l’éjection. La contraction du myocarde est alors maintenant
auxotonique, la contraction des cardiomyocytes change leur longueur et la force développée.
Le myocarde s’épaissit et se raccourcit. Ces mouvements réduisent le volume de la cavité
ventriculaire gauche et éjectent le sang vers l’aorte et la circulation périphérique. Le gradient
de pression de part et d’autre de la valve et l’élasticité de l’aorte et des artères périphériques
déterminent la vitesse d’éjection du sang. Sur la Figure 1, cette phase correspond aux
modifications survenant entre les marqueurs b et c.
1-Diastole
2-Systole
3-Systole
4-Diastole
Télédiastole
Contraction isovolumique
Ejection
Relaxation isovolumique
5-Diastole Remplissage
6-Diastole Remplissage
7-Diastole Remplissage
8-Diastole
Remplissage précoce rapide
Diastasis
Systole atriale
Télédiastole
Figure 2 : Représentation schématique de l’oreillette et du ventricule gauche au cours d’un battement cardiaque.
20
21
C. La diastole : la relaxation et le remplissage du ventricule
1. Ralentissement de l’éjection et début de la relaxation.
Après avoir atteint une valeur maximale lors de l’éjection rapide, la pression
ventriculaire décroît. Au fur et à mesure le calcium cytosolique est repompé par le réticulum
sarcoplasmique et les myofibrilles entrent en relaxation. La vitesse d’épaississement du
myocarde diminue. Par conséquent, la vitesse d’éjection diminue mais l’éjection est
maintenue en partie grâce à la distensibilité de l’aorte ; c’est l’effet Windkessel (Belz, 1995).
Dès que la pression ventriculaire décroît au-dessous de la pression aortique, l’inversion du
gradient de pression ferme la valve aortique, générant la première composante A2 du
deuxième bruit du cœur (B2).
2. La relaxation isovolumique
Après la fermeture de la valve aortique, et pendant le court instant qui précède
l’ouverture de la valve mitrale, le ventricule se relaxe sans changer de volume, c’est la
relaxation isovolumique. Dès que la pression ventriculaire descend au-dessous de la pression
auriculaire gauche, la valve mitrale s’ouvre et le remplissage ventriculaire débute. Les
modifications hémodynamiques propres à cette phase sont illustrées sur la Figure 1 entre les
marqueurs c et d, ainsi que sur la Figure 2.
3. Le remplissage ventriculaire
Le remplissage ventriculaire comprend trois étapes successives qui permettent de
ramener le ventricule à son état télédiastolique initial.
a) Le remplissage précoce
Cette phase de remplissage, survenant juste après l’ouverture de la valve mitrale
(marqueur d sur la Figure 1), assure la plus grande partie du remplissage, elle est dite : phase
rapide ou précoce du remplissage. Elle est particulièrement efficace grâce à la relaxation
active du ventricule qui provoque une « succion ventriculaire » : la pression ventriculaire
gauche redescend brusquement en dessous de la pression auriculaire gauche et le sang pénètre
22
brusquement dans le ventricule. La combinaison de la relaxation active du myocarde et la
pression de l’afflux sanguin distendent les parois du ventricule : le myocarde s’amincit,
s’élargit et s’allonge comme l’illustrent les Figures 1 et 2. Le remplissage ventriculaire rapide
peut alors être à l’origine d’un troisième bruit du cœur B3, plus particulièrement audible à
l’exercice ou lors de tachycardie sinusale.
b) Diastasis
A l’issue de la phase rapide du remplissage, les pressions ventriculaires et auriculaires
sont quasiment égales. Le ventricule ne se remplit quasiment plus et la valve mitrale se ferme
partiellement. Le volume de la cavité ventriculaire change peu. Cette phase de remplissage
lent voire nul est dénommée diastasis. Elle est raccourcie voire absente lorsque la fréquence
cardiaque augmente.
c) La contraction atriale
A l’issue du diastasis, alors que le remplissage ventriculaire est quasiment terminé,
survient la contraction atriale. Elle provoque une augmentation de la pression atriale,
restaurant un gradient de pression entre l’atrium et le ventricule : la valve mitrale s’ouvre et le
remplissage reprend. A ce moment, la vitesse du flux sanguin à travers la valve mitrale
augmente et la contraction atriale se traduit par un sursaut des pressions ventriculaire et atriale
tel que l’illustre la Figure 1.
Lors de la télédiastole, la pression ventriculaire gauche atteint en moyenne, dans un
cœur sain, 8 mmHg et un nouveau cycle est prêt à commencer.
II. Le couplage excitation-contraction
Le couplage excitation-contraction est le processus physiologique qui convertit
l’excitation électrique du cardiomyocyte en contraction, énergie mécanique qui permet
l’éjection du sang du ventricule vers l’aorte. Le second messager, le cation Ca2+, est l’élément
central de l’activité électrique du cœur et est l’activateur des myofilaments, supports de la
contraction.
23
A. Pivot du couplage excitation-contraction : les mouvements calciques.
L’ion calcium Ca2+ est l’élément central du couplage excitation-contraction et ses flux
entre les différents compartiments cellulaires rythment la contraction et la relaxation du
cardiomyocyte comme l’illustre la Figure 3. Ces mouvements ioniques sont aujourd’hui bien
décrits lors de la systole et de la diastole. Ils débutent avec l’entrée de Ca2+ extracellulaire via
les canaux calciques membranaires de type L. Cette première vague de Ca2+ intracellulaire
provoque une libération massive de Ca2+ par le réticulum sarcoplasmique via les récepteurs de
la ryanodine (RyR) : il s’agit du « calcium-induced-calcium-release » (Fabiato et Fabiato,
1979). Cette seconde vague de Ca2+ intracellulaire déclenche la contraction des myofilaments,
responsable du raccourcissement du cardiomyocyte, se traduisant par la systole à l’échelle du
ventricule gauche.
La phase de contraction s’achève par le repompage du calcium cytosolique et les
myofilaments se relâchent : cela correspond à l’échelle du ventricule à la diastole.
L’extraction du Ca2+ du cytosol est assurée par plusieurs voies dont la part relative varie selon
l’espèce animale considérée (Bers, 2002). Cette phase de récupération diastolique assure la
reconstitution de la réserve calcique alors disponible pour un nouveau cycle.
24
Dépolarisation
membranaire
Canal calcique
type L
Ca2+
Ca2+
RS
3 Na+
T-tubule
Récepteur
de la Ryanodine
Ca2+ATPase
Ca2+-ATPase
Ca2+
Myofilaments
Figure 3 : Représentation schématique du couplage excitation-contraction : la
dépolarisation membranaire provoque l’entrée de calcium via les canaux calciques de
type L. Cette première vague calcique déclenche le "calcium-induced-calciumrelease" au niveau des T-tubules du réticulum sarcoplasmique (RS). Ce second afflux
de calcium cytosolique déclenche la contraction des myofilaments. La relaxation est
permise par la recapture du calcium cytosolique par la calcium ATPase membranaire
et du RS, ainsi que par l’échangeur Na+-Ca2+.
25
B. Initiation du couplage excitation-contraction
1. L’ouverture des canaux calciques membranaires de type L
La concentration calcique extracellulaire (10-3M) est très supérieure à la concentration
intracellulaire (10-7M au cours de la diastole) ; cette différence est possible car la membrane
plasmique est virtuellement imperméable au Ca2+. L’activation des canaux calciques
membranaires du cardiomyocyte ventriculaire est consécutive à l’importante onde de
dépolarisation propagée par la conduction cardiaque. En effet comme l’illustre la Figure 3, le
potentiel d’action induit des changements électriques de la membrane plasmique qui ouvrent
les canaux dépendants du potentiel (« voltage-gated channels ») dont fait partie le canal
calcique de type L du cardiomyocyte ventriculaire. A cause de sa lente vitesse d’activation, le
courant calcique ne participe que faiblement à la phase rapide de dépolarisation du potentiel
d’action du myocarde (phase 0) ; en revanche il est le principal acteur du plateau du potentiel
d’action (phase 2). En effet, le canal calcique membranaire de type L est dit « lent » : il
s’ouvre à partir du seuil critique de -35mV et le courant calcique a une amplitude maximale
pour un potentiel de membrane compris -10mV et +10mV dans le ventricule pour une durée
inférieure à quelques millisecondes. Il laisse alors pénétrer les ions calciques d’origine
extracellulaire dans la cellule avec une conductance de 25pS (Triggle, 2006). Dans le
cardiomyocyte, l’entrée de Ca2+ via les canaux calciques de type L est limitée par
l’inactivation Ca2+-dépendante de ce canal. Lors du couplage excitation-contraction, le Ca2+
libéré par le réticulum sarcoplasmique active la calmoduline liée à la partie C-terminal des
canaux calciques de type L. La calmoduline ainsi activée, inhibe l’entré de Ca2+
extracellulaire via les canaux calciques de type L (Zuhlke et al., 1999).
26
Phase 1
Phase 2
Phase 0
Phase 3
Phase 4
100 ms
INa
ICa,L
INCX
It0,f
It0,s
IKs
IKr
IK,slow
ISS
IKL
IKATP
Figure 4 : Potentiel d’action ventriculaire de l’Homme et
représentation des courants électriques associés.
27
2. Interaction subcellulaire des canaux calciques membranaires de types L et
des récepteurs de la ryanodine
Si l’ion Ca2+ est le principal acteur du couplage excitation-contraction, son action est
facilitée par l’architecture cellulaire. En effet, les canaux calciques de type L se concentrent
en « plaques fonctionnelles » au niveau des tubules T. Ces derniers sont des invaginations de
la membrane plasmique qui viennent « mettre en contact » ces canaux avec les récepteurs de
la ryanodine, également regroupés en « plaques fonctionnelles » de cinquante à trois cents
unités qui leur font face sur les citernes terminales du réticulum sarcoplasmique, comme le
l’illustre la Figure 3 (Brette et al., 2003). Cette disposition crée des « espaces sousmembranaires » entre les tubules T et le réticulum sarcoplasmique dans lequel se concentrent
les ions Ca2+ venant de l’espace extracellulaire via les canaux calciques membranaires de type
L. Les ions calciques ne diffusent donc pas dans toute la cellule mais une élévation de 10-7M à
10-6M de leur concentration au niveau de l’espace sous-membranaire suffit pour déclencher le
« calcium-induced-calcium-release » par les récepteurs de la ryanodine.
Dans le ventricule de mammifère, les tubules T représentent 30 à 50% de la surface de
la membrane plasmique alors que dans l’oreillette ils en représentent moins de 15% (Brette et
al., 2003). De plus la proximité de ces deux plaques tournantes des mouvements calciques
dans le cardiomyocyte leur permet d’assurer une communication physique via des protéines
ponts telles que la sorcine participant à la rapidité et l’efficacité de l’activation des récepteurs
de la ryanodine par les canaux calciques membranaires de type L (Meyers et al., 1998). En
effet, il semble qu’un canal calcique de type L active à lui seul six à vingt récepteurs de la
ryanodine (Bers et al., 1999).
C. Le récepteur de la ryanodine : élément central du « calcium-inducedcalcium-release »
1. Composition et architecture
L’idée initiale d’un canal calcique du réticulum sarcoplasmique, protéine simple, a fait
place à la conception d’un complexe macromoléculaire responsable de la libération du
28
calcium (Bers, 2004). En effet comme l’illustre la Figure 5, ces canaux calciques du réticulum
sarcoplasmique sont le point d’ancrage d’un grand nombre de protéines comme le FKBP 12.6,
la protéine kinase A (PKA) et ses sous-unités régulatrices (RII), la protéine d’ancrage
mAKAP, ainsi que les protéines phosphatases 1 et 2A (PP1 et PP2A, respectivement). Ces
protéines participent à la fois à la régulation de l’entrée du Ca2+ dans le réticulum
sarcoplasmique et à celle de sa libération.
spinophiline
PP1
PR130
PP2A
FKBP
mAKAP
PKA
CaM
P P
Sites de
phosphorylation
CaMKII et PKA
Monomère
de RyR 2
GIG
M1
M2 M3
M4
Triadine
Cytosol
Jonctine
Ryanodine
CO2
Membrane
du SR
Lumière
Ca Ca
Ca
Ca
CSQ
Ca Ca
HRC
Ca Ca
Ca Ca Ca
CSQ
Ca Ca
Figure 5 : Représentation schématique du complexe macromoléculaire entourant le récepteur de
la ryanodine cardiaque (RyR 2) d’après Bers (2003). PP1, phosphatase 1 ; PP2A, phosphatase 2A
; FKBP, FK 506-binding protein ; PKA, protéine kinase A ; mAKAP, protéine d’ancrage de PKA
; CaM, calmoduline ; CaMKII, Calmoduline kinase II ; GIG, région putative du pore ; M1-M4, 4
domaines transmembranaires; CSQ, calsequestrine; HRC, protéine de liaison du calcium riche en
histidine.
29
a) Le récepteur de la ryanodine
Le canal calcique du réticulum sarcoplasmique, à proprement parler, est plus connu
sous le nom de récepteur de la ryanodine (RyR) ainsi dénommé en raison de son affinité pour
la ryanodine, un alcaloïde isolé de Ryana speciosa vahl. On dénombre 3 types de récepteurs
de la ryanodine : RyR 1, présent essentiellement dans le muscle squelettique, RyR 2, présent
dans le cœur et RyR 3, mis en évidence dans le cerveau, le muscle squelettique, certains
muscles lisses et les cellules non musculaires (Meissner, 2002).
RyR 2 est un homotétramère dont chaque sous-unité pèse 565kDa. Chacune d’elle est
formée d’une large partie cytoplasmique N-terminale et de 4 segments transmembranaires en
partie C-terminale qui formeraient le pore de passage du Ca2+. L’assemblage des domaines
cytoplasmiques des 4 sous-unités compose une extension cytoplasmique ou « pied » sur
lequel viennent se fixer les ions Ca2+ d’origine extracellulaire. Il semble que ceux-ci induisent
un changement de la conformation de cette partie du récepteur qui serait le signal moléculaire
de l’ouverture du canal calcique du réticulum sarcoplasmique (Bers, 2004).
Le réticulum sarcoplasmique étant la réserve calcique de la cellule (concentration
calcique de 10-3M), l’ouverture des récepteurs de la ryanodine provoque donc une libération
massive d’ions calcium qui fait passer leur concentration cytosolique de 10-7M à 10-6M. Ce
second afflux de calcium dans le cytosol n’est cette fois plus limité au seul espace sousmembranaire des tubules T mais diffuse à l’ensemble de la cellule et provoque alors la
contraction des myofilaments (Fill et al., 2002).
Le RyR 2 est riche en cystéine et présente donc une grande quantité de résidus thiols
(84 résidus) susceptibles d’être nitosylés (Xu et al., 1998). Cette nitrosylation est d’ailleurs
une voie de régulation de la libération de Ca2+ : in vitro la S-Nitrosylation de 12 de ces sites
produit une activation de RyR 2 réversible par dénitrosylation. La S-Nitrosylation de 20 à 24
sites est sans effet mais l’oxydation de sites supplémentaires produit une activation
irréversible de RyR 2 (Xu et al., 1998). Bien que difficilement évaluable in vivo, la SNitrosylation pourrait participer à la régulation du RyR 2 puisque son association avec la
nNOS est un élément indispensable à son bon fonctionnement (Barouch et al., 2002; Bendall
et al., 2004; Damy et al., 2004).
30
b) Les protéines interagissant avec le récepteur de la ryanodine
(1) La calmoduline (CaM)
La CaM est une petite protéine cytosolique de 148 acides aminés ayant une très forte
affinité pour l’ion Ca2+. La stœchiométrie de l’association CaM-RyR 2 n’est pas
complètement connue car elle semble Ca2+-dépendante (Balshaw et al., 2001). Cette question
est d’autant plus complexe que la liaison de la CaM au RyR 2 varierait sensiblement au cours
du cycle cardiaque, et que des variations de la concentration moyenne de Ca2+ et la
compétition entre la CaM et d’autres ligands module cette interaction (Fruen et al., 2000).
D’un point de vue fonctionnel, la liaison de la CaM au RyR 2 réduit sa probabilité
d’ouverture et module l’activation par le Ca2+ de RyR 2 (Bers, 2004). Comme nous allons
l’exposer ci-dessous, la CaM régule également RyR 2 en interagissant avec CaMKII.
(2) Les protéines FKBP (FK 506-binding proteins)
Les FKBP sont liées et co-précipitent avec les RyR aussi bien du myocarde (RyR 2)
que du muscle squelettique (RyR 1). Dans le muscle squelettique, RyR 1 est entouré quasi
exclusivement de FKBP 12 tandis que dans le myocarde, RyR 2 est associé à FKBP 12 et
FKBP 12.6. Le part relative de ces deux protéines varie selon les espèces : le chien présente
20 fois plus de FKBP 12.6 que de FKBP 12, tandis que ce rapport est de 2,19±0,2 chez le
lapin et 1,65±0,2 chez l’Homme (Jeyakumar et al., 2001). Quelle que soit l’espèce ou la
FKBP considérée (12 ou 12.6), leur activité peptidyl-prolyl isomérase n’est pas leur moyen
d’action sur les RyR. Un modèle maintenant admis propose que les FKBP stabilisent
physiquement les RyR en les liant, de manière à les coordonner. Les RyR passeraient de façon
synchrone de l’état fermé à l’état ouvert (Marx et al., 1998; 2001). La dissociation des FKBP
12.6 de RyR 2 lors d’hyperphosphorylation de RyR 2 par la PKA serait en partie responsable
des fuites calciques du réticulum sarcoplasmique par les récepteurs de la ryanodine lors de
l’insuffisance cardiaque (Marx et al., 2000; Wehrens et al., 2005) ou de tachycardie
ventriculaire polymorphe familiale (Lehnart et al., 2004; Wehrens et al., 2004).
31
(3) PKA, CaMKII, PP1 et PP2A
La PKA est liée au RyR 2 via sa protéine d’ancrage, la A kinase anchoring
protein (AKAP). La phosphorylation de RyR 2 par la PKA dans les conditions physiologiques
accélère la libération de calcium sans modifier la quantité totale de calcium libérée. En
parallèle, la PKA activée phosphoryle de multiples protéines dont les canaux calciques de
type L et le phospholamban. La phosphorylation des canaux calciques de type L provoque une
augmentation de l’intensité du courant calcique de type L ; celle du phospholamban améliore
la recapture des Ca2+ par la SERCA 2, ce qui augmente la charge calcique du réticulum
sarcoplasmique. Ceci aboutit à une augmentation de la quantité de calcium libéré par RyR 2
lors du couplage excitation-contraction bien que la phosphorylation de RyR 2 par PKA n’ait
en soi qu’un effet limité dans le temps et en intensité (Bers, 2004).
La CaMKII phosphoryle également RyR 2. A ce jour, six sites de phosphorylation par
CaMKII sont connus. L’effet de CaMKII sur le RyR 2 reste flou et varie énormément selon la
préparation expérimentale étudiée. Néanmoins il ressort que la phosphorylation de RyR 2 par
CaMKII active significativement la libération de calcium par le réticulum sarcoplasmique lors
de la systole. Les effets de cette phosphorylation semblent bien plus conséquents que ceux
induit par la PKA (Bers, 2004).
Aux kinases répondent les phosphatases. Deux sont connus pour hydrolyser les
liaisons phosphates sur RyR 2 : PP1 et PP2A. PP1 s’associe au RyR 2 via la spinophiline et
PP2A via la PR 130 (Marx et al., 2000).
32
Situation physiologique
RyR
RyR
FKBP 12.6
FKBP 12.6
Diastole
Systole
Libération
coordonnée
de Ca2+
Systole
Libération
désordonnée
de Ca2+
Situation pathologique
RyR
RyR
FKBP 12.6
FKBP 12.6
Diastole
Figure 6 : Représentation schématique d’un « Cluster » (« amas ») de récepteur de la
ryanodine assemblés par le FKBP 12.6. Cette organisation garantirait une ouverture
coordonnée des RyR lors de la systole. Lors de situation pathologique telle que
l’insuffisance cardiaque, le défaut de FKBP 12.6 serait responsable de fuite
diastoliques de Ca2+ et une libération systolique moins synchrone (Marx, 2001).
33
(4) La calséquestrine, la junctine, la triadine et la protéine de
liaison du calcium riche en histine.
La calséquestrine est la protéine majoritaire assurant le stockage du Ca2+ dans la
lumière du réticulum sarcoplasmique. Elle est localisée à la face luminale du RyR et comme
elle présente une charge négative (64 charges négatives par protéine), elle peut lier les ions
Ca2+ (environ 20 ions Ca2+ par protéine de calséquestrine). La triadine et la jonctine sont
également des protéines intraréticulaires attenantes au RyR 2. Elles joignent physiquement la
calséquestrine au RyR 2 pour former le complexe permettant le passage du Ca2+. L’interaction
de ces protéines avec la calséquestrine est sensible au calcium. En effet, lorsque que la
concentration calcique du réticulum sarcoplasmique diminue pendant le « calcium-inducedcalcium-release », la liaison de la calséquestrine à la triadine/jonctine est renforcée (Zhang et
al., 1997). Cette sensibilité de la calséquestrine à la libération de Ca2+ permet la libération du
Ca2+ de la calséquestrine et participe à la régulation de l’ouverture/fermeture des RyR à
chaque systole. En effet, sur la base d’une étude électrophysiologique du RyR 2 isolé dans
une bicouche lipidique, Györke et al. (2004) suggèrent que l’ouverture de RyR 2 (avec la
jonctine et la triadine) est inhibée par la calséquestrine pour de basses concentrations de
calcium dans le réticulum sarcoplasmique. Cette inhibition est levée pour de fortes
concentrations de calcium. De cette façon, la calséquestrine participerait à la sensibilisation de
RyR 2 à la concentration calcique intraluminale (Gyorke et al., 2004).
Le réticulum sarcoplasmique contient aussi une protéine de liaison du calcium riche en
histine (histine rich calcium-binding protein, HRC). HRC est également une protéine de
charge négative participant au stockage du calcium dans le réticulum sarcoplasmique (Lee et
al., 2001). Enfin, d’autres protéines comme la sarcoluménine, la calréticuline et la protéine
Homer 1c ont été mises en évidence pour interagir avec RyR 2, mais leurs rôles demeurent
mal connus (Westhoff et al., 2003).
2. Fonctionnement du relarguage calcique
Les récents progrès en matière de microscopie à fluorescence ont permis de
« visualiser » les flux calciques et ont notamment mis en évidence les étincelles de libérations
calciques par les RyR, appelées « calcium sparks ». Ces données apportent un nouvel
34
éclairage sur la genèse du « calcium-induced-calcium-release ». Les « calcium sparks » sont
des libérations spontanées et localisées de Ca2+ par quelques RyR 2 (Cheng et al., 1993). Ces
« étincelles calciques » sont confinées dans le temps (environ 400 ms) et dans l’espace
atteignant un pic de concentration calcique d’environ 300 nM (Lopez-Lopez et al., 1994;
Shacklock et al., 1995). Cette observation est à la base d’une théorie dite de « contrôle local »
qui serait le mécanisme de base du « calcium-induced-calcium-release ». Ses auteurs
supposent que les RyR produisent chacun des libérations élémentaires de Ca2+ qui sont
recrutés et rassemblés par le flux de Ca2+ d’un unique canal calcique membranaire de type L.
Cette thèse remplace la précédente théorie qui proposait que la concentration moyenne du
Ca2+ dans la cellule déclenchait le « calcium-induced-calcium-release » (Cannell et al., 1994;
Wier et al., 1997).
La libération massive de Ca2+ par le réticulum sarcoplasmique serait donc le fruit de la
coordination des « étincelles calciques » (« calcium sparks ») par les canaux calciques
membranaires de type L, phénomène dénommé « coupled gating » (« ouverture couplée »).
Plus récemment, certains auteurs ont placé l’immunophiline FKBP 12.6 (autrement appelée
Calstabin 2) au centre de ce phénomène (Marx et al., 1998). A chaque sous-unité de RyR est
associée une protéine de FKBP 12.6 ; cette dernière relirait ainsi entre eux les différents RyR.
Ces liaisons seraient les traits d’union élémentaire du maillage des RyR permettant le
« coupled gating » comme l’illustre la Figure 6 (Marx et al., 2001). Ainsi, la progression de
l’insuffisance cardiaque est associée à une perte progressive du « couple gating » et à des
fuites calciques inappropriées en diastole, ce qui semble correspondre sur le plan moléculaire
à une diminution de l’association des RyR 2 avec des FKBP 12.6 (Marx et al., 2000; Ono et
al., 2000; Yano et al., 2000).
3. La fin du relargage calcique
Le « calcium-induced-calcium-release » est un mécanisme pourvu d’un rétro-contrôle
positif. Pourtant son arrêt est nécessaire pour permettre la relaxation et le remplissage du
cœur. Trois mécanismes ont été proposés : l’attrition stochastique, la déplétion du réticulum
sarcoplasmique et l’inactivation du RyR 2.
L’attrition stochastique suggère que si les canaux calciques de type L et tous les RyR
d’une jonction se ferment simultanément, la concentration locale de Ca2+ chuterait alors et
interromprait l’auto-entraînement de la libération calcique. Cette possibilité est envisageable
35
si un canal calcique de type L était couplé avec un voire deux RyR, mais cette hypothétique
synchronie devient improbable avec le prorata d’association (1 pour 10) (Lukyanenko et al.,
2001; Lukyanenko et al., 1998). L’ouverture coordonnée (« coupled gating ») des RyR
pourrait palier cette limite mais cela reste à démontrer.
La déplétion du réticulum sarcoplasmique en Ca2+ ne peut également pas totalement
expliquer la fin de la libération calcique puisque de très longues libérations sont possibles.
Ainsi la diffusion de Ca2+ d’autres régions du réticulum sarcoplasmique peut limiter la
déplétion locale de Ca2+. Toutefois la concentration globale en Ca2+ du réticulum
sarcoplasmique diminue lors d’une libération calcique dans le cadre d’un cycle cardiaque : la
concentration intraluminale de Ca2+ participant à la régulation de la libération de Ca2+, sa
diminution peut contribuer à l’arrêt de libération de Ca2+ (Bers et al., 1998; Gyorke et al.,
2002; Satoh et al., 1997).
Enfin, deux types d’inactivation des RyR ont été décrits. D’une part le RyR présente
une période réfractaire après son ouverture, et d’autre part l’adaptation, propriété par laquelle
après une activation le RyR retourne à un état d’ouverture moins probable, mais pendant
lequel il ne peut être activé que par une concentration plus élevée de Ca2+. La part relative de
ces deux phénomènes demeure inconnue dans la mesure où les études portent sur l’un ou
l’autre mais ne comparent pas les deux mécanismes. Le retour à la disponibilité de RyR se fait
en deux temps : l’un rapide (100-300ms) et l’autre lent (quelques secondes) (Sham et al.,
1998). L’inactivation pourrait être importante pour minorer les libérations inappropriées de
Ca2+ entre les systoles (Schiefer et al., 1995). En résumé, il semble que l’inactivation des RyR
et la déplétion partielle de Ca2+ dans le réticulum sarcoplasmique participent conjointement à
l’arrêt de la libération de Ca2+.
D. Mécanismes complémentaires initiateurs de la libération du Ca2+ du
réticulum sarcoplasmique.
L’entrée de Ca2+ via l’échangeur sodium-calcium (NCX) qui participerait au
« calcium-induced-calcium-release » a aussi été évoquée. En effet les courants sodiques qui
accompagnent le potentiel d’action peuvent engendrer une élévation de la concentration sousmembranaire de sodium. Cet excédent intracellulaire de Na+ pourrait activer le NCX, qui
ferait alors entrer des ions Ca2+ pour exporter des ions Na+. Ce mécanisme est peu probable
36
dans la mesure où les NCX ne sont pas à proximité des RyR et les ions Ca2+ susceptibles
d’entrer dans la cellule par le NCX sont alors peu enclins à déclencher le « calcium-inducedcalcium-release » (Levesque et al., 1994; Lipp et al., 1994). Ce courant calcique via NCX ne
semble donc avoir qu’un rôle mineur dans le « calcium-induced-calcium-release » dans la
mesure où cette entrée de Ca2+ est moins efficace et plus lente à provoquer la libération de
Ca2+ par le réticulum sarcoplasmique.
En l’absence de Na+, le Ca2+ peut pénétrer dans le cardiomyocyte par un courant
calcique sensible à la tétrodotoxine qui a été attribué à une sous-population de canaux
sodiques. Bien que ce courant puisse initier le « calcium-induced-calcium-release » dans
certaines conditions expérimentales, son existence semble improbable aux concentrations
sodiques physiologiques (Aggarwal et al., 1997; Lemaire et al., 1995).
Enfin, en dépit des innombrables démonstrations de la nécessité de l’entrée de Ca2+
extracellulaire lors du couplage excitation-contraction, certaines études ont proposé une
libération de Ca2+ dépendante du potentiel par le réticulum sarcoplasmique qui n’aurait pas
besoin de l’influx de Ca2+ extracellulaire via les canaux calciques membranaires de type L
(Ferrier et al., 2001; Piacentino et al., 2000). De plus, l’inositol-(1, 4, 5)-triphosphate peut
initier la libération de Ca2+ du réticulum sarcoplasmique de muscle lisse et du réticulum
endoplasmique dans de nombreux types cellulaires par le biais des récepteurs de l’inositol-(1,
4, 5)-triphosphate. Ces récepteurs sont présents dans les cardiomyocytes et d’importantes
concentrations d’inositol-(1, 4, 5)-triphosphate engendrent une libération de Ca2+, mais le taux
et la vitesse de libération du Ca2+ sont très inférieures à celle du « calcium-induced-calciumrelease » et le potentiel d’action n’inclut pas la formation d’inositol-(1, 4, 5)-triphosphate.
Cette voie ne semble donc pas plausible (Lipp et al., 2000; Perez et al., 1997).
En résumé, la libération de Ca2+ est initiée principalement par le « calcium-inducedcalcium-release » et le courant calcique via les canaux calciques de type L en est la principale
source. Les autres mécanismes précédemment évoqués seraient susceptibles de le moduler
légèrement ou d’intervenir comme système de réserve, leur rôle pourrait devenir relativement
important lors de situation pathologique.
37
E. La contraction des myofilaments
1. Structure de l’appareil contractile
Les cardiomyocytes comportent une vaste structure de contraction : le sarcomère. Au
microscope optique, les myofibrilles apparaissent composées d’une alternance de bandes
sombres (bandes A pour anisotropiques) et claires (bandes I pour isotropique), comme
l’illustre la Figure 7. La bande I est traversée en son milieu par une ligne sombre ou strie Z
(pour Zwischenscheibe) et la bande A est traversée par une zone claire ou bande H (pour
Hensen), marquée en son centre par une ligne sombre M (M pour Mittlemembran) (Granzier
et al., 2004). Le sarcomère est l’unité de contraction du cardiomyocyte définie par la zone
comprise entre deux stries Z. Le raccourcissement du sarcomère au cours de la contraction se
fait par rapprochement des stries Z. L’alternance des zones sombres et claires résulte de
l’interpénétration de deux types de filaments : les filaments épais composés principalement de
myosine (1,5 µm de long) et les filaments fins composés principalement d’actine (1 µm de
long). Enfin un troisième filament, la titine relie l’α-actinine par sa partie N-terminale à la
myosine par sa partie C-terminale (Opie, 1998).
a) Structure du filament épais
La myosine est une protéine hexamérique fibreuse composée de six sous-unités : deux
sous-unités lourdes (MHC pour Myosin Heavy Chain) et quatre sous-unités légères (MLC
pour Myosin Light Chain). L’enchevêtrement de ces sous-unités donne à la myosine une
forme de crosse. La queue compose le centre des filaments épais tandis que la tête est le site
d’interaction avec l’actine et de fixation de l’ATP. Les MLC sont situées autour de ces sites
d’intérêt et régulent ainsi la formation des ponts avec l’actine (Rayment et al., 1993b). Au
sein des filaments épais, la myosine est associée à d’autres protéines régulatrices
dénommées : Myosin Binding Protein (MyBP). A ce jour, il en a été décrit trois : C, H et X.
La protéine MyBP-X n’a pour l’instant été mise en évidence que dans certains muscles
squelettiques et MyBP-H dans les cardiomyocytes des fibres de Purkinje. Dans les
cardiomyocytes ventriculaires, seule la MyBP-C a un rôle reconnu. Elle interviendrait dans
myofibrillogénèse et participe à la régulation de la contraction (de Tombe, 2006).
38
Demibande I
Bande A
Strie Z
Bande H
Ligne M
Filament épais :
Filament fin :
Titine
Myosine
Actine
Partie non
extensible de la
titine
Troponines C, I et T
Domaine
extensible fait
de 3 segments :
Protéines C, H et X
associées à la
myosine (MyBP-C,
MyBP-H et MyBP-X)
PEVK
Ig tandem
N2A et/ou N2B
Figure 7 : Représentation schématique du sarcomère cardiaque et de ses
différentes composantes.
39
b) Structure du filament fin
Le filament fin s’étend sur toute la longueur de la bande A à l’exception de la bande H
comme l’illustre la Figure 7. Il est composé de chaînes hélicoïdales d’actine filamenteuse
(actine-F issue de la polymérisation de monomères d’actine globulaire, actine-G) qui
s’entrecroisent. Chaque molécule d’actine est stabilisée par un ion Ca2+ et par une molécule
d’ATP hydrolysée pour donner la forme polymérisée (de Tombe, 2006; Opie, 1998).
Dans la gouttière de l’actine-F se trouve une protéine filamenteuse, la tropomyosine
(Tm) (1 molécule de Tm pour 7 monomères d’actine). Par encombrement stérique, la Tm
bloque l’interaction des têtes de myosine avec l’actine, participant ainsi à la rigidité du
filament fin et à la régulation de la contraction, comme l’illustre la Figure 5 (de Tombe, 2006;
Opie, 1998).
Tous les 40nm, la Tm s’associe à la troponine pour former le complexe troponinetropomyosine. La troponine est constitué de trois sous-unités :
•
la troponine I (Tn I) qui fixe l’actine qui empêche, en l’absence de Ca2+,
l’interaction actine-myosine,
•
la troponine C (Tn C) qui fixe le calcium,
•
la troponine T (Tn T) qui se lie à la tropomyosine.
La Tn C possède trois sites de fixation pour le Ca2+. Deux de ces sites ont une très
forte affinité pour le calcium et une faible affinité pour le magnésium, tandis que le troisième
est un site de faible affinité pour le calcium mais de haute affinité pour le magnésium. Ce
dernier serait un élément clé de la contraction en permettant la levée de l’inhibition par la Tn I
de l’effet activateur de l’actine sur l’activité ATPasique de la myosine en présence de calcium
(Granzier et al., 2004).
Il existe une dernière protéine au sein du filament fin : la tropomoduline qui se fixe au
niveau de l’actine et de la tropomyosine. Elle est localisée à l’extrémité des filaments fins
pour empêcher leur allongement excessif lors de la croissance (de Tombe, 2006).
40
Troponine C
Troponine I
Tropomyosine
Actine
Troponine T
Filament fin
Filament épais
Tête de
myosine
Queue de
myosine
Titine
Figure 8 : Représentation schématique des ponts d’actine-myosine
c) Structure de la titine
Les filaments épais et fins sont connectés par la titine. La titine, encore appelée
connectine, est la plus grosse protéine connue (environ 3MDa, elle tient son nom de son
gigantisme en référence aux Titans), commune à tous les muscles striés. Son extrémité Nterminale la relie à l’α-actinine au niveau de la strie Z. Son extrémité C-terminale participe à
la structure des filaments épais en tant que support de la queue de la myosine et de la MyBPC. A contrario, elle est relativement libre dans la bande I dans laquelle se concentreraient ses
propriétés élastiques grâce aux trois principaux segments qui la composent (Granzier et al.,
2004) :
1. un premier segment riche en résidus proline (P), glutamate (E), valine (V) et
lysine (K), appelée segment PEVK,
2. un deuxième segment formé de domaines de type « immunoglobine », dite Ig
tandem, liés en série, qui encadrent le segment PEVK,
41
3. un troisième segment composé de séquences uniques N2A et/ou N2B.
Ces différents segments permettent à la titine d’agir comme un élastique moléculaire
responsable de la rigidité myocardique. A une longueur de 2,3 µm, 80-90% de la rigidité
myocardique est assurée par les cardiomyocytes, le reste étant dû au collagène (Granzier et
al., 2004).
Les différents segments de la titine sont responsables de la force dite « passive » ou
diastolique. En l’absence de force extrinsèque, le sarcomère du cardiomyocyte au repos
présente une longueur lâche (« slack length ») de 1,9 µm. L’étirement du sarcomère génère
une force de résistance dite « force passive », due principalement à la partie extensible de la
titine qui va de la strie Z au début de la bande A. Cette région de la titine est hautement
flexible et en l’absence de contrainte, elle est tant repliée que sa longueur est quasiment nulle.
L’étirement des sarcomères déplie cette région et diminue leur entropie structurelle suscitant
ainsi la force passive qui tend à rapprocher les stries Z (environ 0 à 5 pN par molécule de
titine). Cette force passive est corrélée au niveau d’étirement car un étirement croissant
engage d’abord le dépliement des segments Ig tandem puis PEVK et enfin N2A et/ou N2B
(Davison et al., 2000; Granzier et al., 2004).
A l’opposé, la titine peut participer à la force dite « de restitution ». En effet, la partie
extensible de la titine est séparée de la strie Z par le segment inextensible de titine proche de
la strie Z, titin’s near Z-disc region. Lorsque le sarcomère est plus court que sa longueur
lâche, la partie flexible de la titine et le début du filament fin pénètrent entre les parties
inextensibles de la titine. En conséquence, les parties flexibles de la titine sont étirées mais
dans un sens inverse à celui de l’étirement du sarcomère, elles sont alors à l’origine de la
force dite de restitution qui tend à éloigner les stries Z pour retrouver la longueur lâche du
sarcomère. Ces propriétés sont à mettre en parallèle avec l’élasticité du myocarde qui
accompagne sa contraction et sa relaxation pendant le cycle cardiaque (Davison et al., 2000;
Granzier et al., 2004).
2. Origine moléculaire de la contraction
Bien que de nombreux groupes travaillent sur la contraction, il n’existe pas encore de
modèle reconnu par tous permettant d’expliciter la conversion de l’énergie chimique fournie
par l’hydrolyse de l’ATP en travail mécanique. La théorie des filaments glissants,
42
généralement admise, peut se résumer de la façon suivante : la formation de ponts d’actinemyosine par interaction de l’actine avec les têtes globulaires de la myosine, provoque le
glissement des filaments d’actine entre les filaments de myosine et donc le raccourcissement
du sarcomère.
Les unités génératrices de force sont les ponts d’actine-myosine qui oscillent entre
deux états (pont fort ou pont faible) en fonction de la fixation de l’ATP et de son hydrolyse
(avec la libération de phosphore inorganique, Pi). Les ponts faibles (ne produisant pas de
force) sont caractérisés par une oscillation rapide entre les états attaché et détaché. Les ponts
forts (responsables de la force produite) sont caractérisés par une oscillation lente entre les
états attaché et détaché (l’état attaché prédomine). Le passage d’un pont faible à un pont fort
se fait lors de la libération de Pi. Lorsqu’une nouvelle molécule d’ATP se lie à la myosine, la
myosine se dissocie de l’actine et un nouveau cycle peut démarrer.
Le couplage excitation-contraction engendre une libération massive de Ca2+ dans le
cytosol qui est à l’origine de la contraction et qui promeut la création de ponts forts. Lorsque
la concentration est inférieure à 10-7 M (en diastole), le complexe troponine-tropomyosine
masque le site d’interaction de la tête de myosine avec l’actine et aucune formation de pont
n’est possible. Lorsque la concentration en calcium libre dans le cytosol augmente, le calcium
se fixe sur la troponine C. Cette fixation change la conformation du complexe troponinetropomyosine, si bien que le site de fixation de l’actine sur la myosine est démasqué. Ce
nouvel agencement du complexe troponine-tropomyosine permet la fixation d’un pont fort
entre la tête de la myosine et l’actine.
La force développée dépend d’un second mécanisme dont l’ATP est le moteur.
Comme l’illustre la Figure 9, ce phénomène comprend cinq étapes (Davison et al., 2000;
Moss et al., 2004; Rayment et al., 1993a) :
•
en se fixant sur la tête de la myosine, l’ATP provoque un changement de
conformation de la myosine qui rompt l’état de rigor ;
•
ce changement de conformation transforme le pont fort en un pont faible et la
myosine se dissocie de l’actine ;
•
la partie flexible de la myosine s’étend et positionne la tête de myosine en face
d’une nouvelle protéine d’actine à laquelle elle se lie par un pont faible ;
43
•
l’ATP est hydrolysé en adénosine diphosphate (ADP) par l’activité ATPase de
la myosine et un phosphate inorganique est extrudé ;
•
cette hydrolyse provoque un changement de la conformation de la myosine et
une libération d’énergie qui replie la tête sur le corps de la myosine. Ce
nouveau changement de conformation déplace la molécule d’actine de 5 à 10
nm. Tout de suite après, l’ADP est libéré et le site de fixation des nucléotides
est libre pour une nouvelle fixation et un nouveau cycle.
Cette étape qui convertit une énergie chimique (hydrolyse de l’ATP) en mouvement,
est l’aboutissement du couplage excitation-contraction. Pour que cette opération puisse se
répéter au cours des 100 000 battements cardiaques qui composent la journée d’un homme,
chacun de ces couplages excitation-contraction est suivi d’une phase de restauration de l’état
initial : la relaxation (Davison et al., 2000; Moss et al., 2004; Rayment et al., 1993a).
F. La relaxation : pompage du Ca2+ cytosolique
A l’issue de la contraction le Ca2+ doit être retiré du cytosol pour permettre la
relaxation. Plusieurs systèmes participent à cette étape, leur importance relative variant selon
les espèces. Dans les cardiomyocytes du ventricule de lapin, la pompe calcique du réticulum
sarcoplasmique ATP-dépendante (SERCA 2a) pompe 70% du Ca2+ cytosolique vers le
réticulum sarcoplasmique et l’échangeur sodium-calcium (NCX) exporte 28% du Ca2+
cytosolique vers le milieu extracellulaire, laissant seulement environ 1% du Ca2+ cytosolique
à la charge de la pompe calcique du sarcolemme ATP-dépendante et de l’uniport Ca2+
mitochondrial (Bassani et al., 1994). Ces deux derniers systèmes sont référencés comme
« systèmes lents ». Bien que faible, l’importance fonctionnelle de l’entrée de Ca2+ dans la
mitochondrie doit être soulignée : elle peut par accumulation induire de faibles changements
de la concentration calcique mitochondriale susceptibles de stimuler les déshydrogénases qui
augmentent la production de NADPH et d’ATP afin de satisfaire la demande énergétique
croissante (Brandes et al., 1997; Brandes et al., 2002).
Actine
Actine
Actine
ATP
ATP
ATP
Myosine
Myosine
Myosine
Etape 1 : L’ATP se fixe sur
la tête de myosine.
Etape 2 : La myosine se
dissocie de l’actine.
Déplacement 5-10 nm
Actine
Actine
ADP
ADP
Pi
Myosine
Myosine
Etape 4 : L’ATP
hydrolysée en ADP.
Etape 3 : La myosine se
déforme et se se place en
regard
d’une
nouvelle
molécule d’actine.
est
Figure 9 : Représentation schématique des
cinq étapes du modèle des mécanismes de
la contraction selon Rayment et al. (1993).
ATP, adénosine triphosphate ; ADP,
adénosine diphosphate.
Etape 5 : Un pont fort s’établit. La
myosine se fléchit et l’actine est
déplacée. L’ADP est libérée, un
ATP peut se fixer pour un nouveau
cycle.
44
45
La part du Ca2+ extrait du cytosol par SERCA est plus importante dans le ventricule de
rat que dans celui du lapin (due à une concentration plus importante de protéine) et celle
extraite par NCX est moindre, environ de 7%, la SERCA 2a extrait 92 % et les systèmes lents
extraient 1%. L’extraction du Ca2+ dans le ventricule de souris est proche de celle du rat
tandis que la balance des flux calciques dans le ventricule du furet, du chien, du chat, du
cobaye est similaire à celle de l’Homme (Hove-Madsen et al., 1993a; Hove-Madsen et al.,
1993b). En conséquence, le rat et la souris sont de piètres modèles des courants calciques
cardiaques de l’Homme (Bers, 2002).
Pour rester en équilibre, la quantité de Ca2+ extraite du cytosol pendant la relaxation
doit être la même que celle qui entre à chaque battement sans quoi le cardiomyocyte gagnerait
ou perdrait du Ca2+ et ne serait alors pas stable. En effet, la mesure complémentaire des influx
de Ca2+ et de sa libération du réticulum sarcoplasmique chez le rat et le lapin confirme cette
logique d’équilibre.
III. Cinétique et hétérogénéité de la contraction du ventricule
gauche
L’exploration de la contractilité régionale a remis en cause le modèle d’une
contraction ventriculaire gauche unitaire et homogène. Au-delà de l’opposition entre le
septum et la paroi libre, les murs antérieur et postérieur de la paroi libre obéissent à des
cinétiques de contraction différentes.
A. La distribution de l’influx électrique et l’initiation de la contraction
Dans le myocarde des vertébrés, l’activité électrique est générée dans le nœud sinoauriculaire, puis atteint le nœud auriculo-ventriculaire et enfin le système de conduction
ventriculaire. Ce dernier comprend le faisceau de His, avec ses branches droite et gauche et se
termine par les fibres de Purkinje. Ces dernières, qui s’insinuent dans les parois du ventricule
transmettent la dépolarisation aux myocytes qui se contractent. Comme l’illustre la Figure 10,
le faisceau de His chemine dans le septum interventriculaire après un court faisceau commun
46
et se divise en deux branches : la branche droite qui continue dans la bandelette anisoforme du
ventricule droit et la branche gauche (Benninghoff, 1944). Rapidement après cette division, la
branche gauche se sépare en branche antérieure gauche et postérieure gauche qui assurent la
distribution de l’influx au ventricule gauche (Opie, 1998).
Cette propagation de l’influx dans le tissu cardiaque est très rapide. Elle atteint 2 à 3
m/s dans le système de His-Purkinje du cœur humain, mais cette vitesse est toutefois
insuffisante pour provoquer une dépolarisation strictement synchrone de l’ensemble du
ventricule et il est maintenant clairement reconnu que la dépolarisation débute à l’apex et
chemine vers la base du cœur et ceci du sous-endocarde vers le sous-épicarde (Sengupta et al.,
2006). Cette cinétique d’activation électrique génère des différences de charge à l’origine des
enregistrements de l’électrocardiogramme (Opie, 1998). La mesure de l’activité électrique du
ventricule gauche de chiens anesthésiés à thorax ouvert montre qu’il existe un délai de
8,8±3,3 ms entre l’activation électrique de l’apex et celle de la base (Prinzen et al., 1992).
Veine cave supérieure
Nœud sino-auriculaire
Atrium droit
Sinus coronaire
Valve tricuspide
Ventricule droit
Septum
interventriculaire
Ventricule gauche
Nœud atrioventriculaire
Branche commune
Branche gauche
Branche droite
Branche gauche
antérieure
Branche gauche
postérieure
Figure 10 : Système de conduction du cœur, illustrant l’anotomie du cœur (légende à
gauche) et des voies de conduction (légende à droite), (modifié d’après Benninghoff,
1944).
47
Cette
différence
d’activation
électrique
s’accompagne
logiquement
d’une
hétérogénéité de l’initiation de la contraction. L’apex commence en effet à se contracter avant
la base (Prinzen et al., 1992; Sengupta et al., 2006; Zwanenburg et al., 2004). Chez le chien
anesthésié à thorax ouvert, la base commence à se contracter 20,5±7,3 ms après l’apex
(p<0.05) (Prinzen et al., 1992). L’analyse plus fine de la contraction par sonomicrometrie
chez des porcs à thorax ouvert montre que ces délais de contraction semblent dépendre
également du mouvement considéré (Sengupta et al., 2006). Dans cette étude, le
raccourcissement longitudinal de l’apex est significativement plus précoce que celui de la
base. Par contre, le délai de raccourcissement circonférentiel de l’apex tendait à être inférieur
de celui de la base mais sans être statistiquement différent.
Ces résultats ne sont pas un biais relatif à la préparation expérimentale dans la mesure
où cette différence est retrouvée avec des méthodes non invasives. Zwanenburg et al.
(Zwanenburg et al., 2004) ont observé des résultats similaires avec l’imagerie cardiaque par
résonance magnétique chez des volontaires sains. L’évaluation du raccourcissement
circonférentiel du myocarde montrait un délai de 9±8 ms entre la contraction apicale et basale.
Une telle technique permet d’explorer la contractilité de l’ensemble des segments du
ventricule gauche et les auteurs mettaient en évidence « une onde de contraction ». La
contraction débutait dans les segments antérieurs et se poursuivait sur les segments adjacents
pour toucher en dernier les segments du septum postérieur comme l’illustre la Figure 11. Les
segments du septum postérieur commençaient à se contracter en moyenne 15±13 ms après
ceux de la paroi antérieure.
B. La contraction myocardique : à chacun son profil
Une fois la contraction amorcée, l’hétérogénéité de la contraction se maintient : entre
le myocarde sous-endocardique et le myocarde sous-épicardique et entre les différentes parois
du ventricule gauche. Il existe un gradient transmural décrit de longue date. Le myocarde
sous-endocardique développe en effet un épaississement plus rapide et plus important que le
myocarde sous-épicardique (Villarreal et al., 1991).
La différence de contraction entre les myocardes sous-endocardique et sousépicardique est un phénomène si familier à l’imagerie par Doppler tissulaire qu’elle est à la
48
base d’un indice essentiel de cette technique : le gradient de vitesse myocardique (myocardial
velocity gradient, MVG) (Uematsu et al., 1995).
A. Cinétique du début de la contraction
Paroi
antérieure
Septum
interventriculaire
Derniers
segments à se
contracter
Premiers
segments à se
contracter
Paroi
postérieure
B. Cinétique de fin de la contraction
Paroi
antérieure
Premiers
segments à
arrêter de se
contracter
Septum
interventriculaire
Derniers
segments à
arrêter de se
contracter
Paroi
postérieure
Figure 11 : Représentation schématique de la cinétique du début (A) et de
l’arrêt (B) de la contraction du ventricule gauche mesuré par Zwanenburg et al.,
(2004) en imagerie cardiaque par résonnance magnétique.
49
Signalons par exemple que la vitesse systolique maximum de déplacement d’un
segment sous-endocardique d’un chien anesthésié est en moyenne de 52±5 mm/s alors qu’au
même instant le myocarde sous-épicardique a une vitesse de 18±2 mm/s (Derumeaux et al.,
2000).
Uematsu et al. (1995), montrent que chez des volontaires sains le mur postérieur du
ventricule gauche a un gradient de vélocité myocardique plus important que le mur antérieur
(3,28±0,67 s-1 vs 1,69±0,53 s-1, respectivement) (Uematsu et al., 1995). Cette observation est
concordante avec les mesures du raccourcissement circonférentiel par IRM faites chez des
volontaires sains (Zwanenburg et al., 2005). L’IRM qui permet d’explorer tout le ventricule
gauche montre que les segments du mur libre postérieur ont un raccourcissement supérieur à
ceux du mur antérieur.
C. La fin de la contraction et la relaxation
1. Chronologie de la fin de la contraction
La fin de la contraction est tout aussi hétérogène que son initiation. La chronologie de
la fin de la contraction est proche de celle de son initiation mais il serait réducteur de la croire
strictement superposable. Certes l’IRM montre que la paroi antérieure, qui commence à se
contracter avant la paroi postérieure, finit également sa contraction avant la paroi postérieure
mais les points de départ et de fin de l’arrêt de la contraction sont différents comme l’illustre
la Figure 11 (Zwanenburg et al., 2004).
Parallèlement, il persiste un gradient apico-basal. L’arrêt du raccourcissement
longitudinal et le début de l’élongation longitudinale (relaxation) commencent à l’apex dans
le sous-endocarde et s’achèvent à la base (Sengupta et al., 2006). Les derniers segments à se
contracter achèvent leur contraction en moyenne 60±26 ms après le septum antérieur
(Zwanenburg et al., 2004).
2. La contraction postsystolique
La contraction postsystolique est donc la part de la contraction myocardique survenant
après la fermeture de la valve aortique comme l’illustre la Figure 12. Elle a fait l’objet de
50
nombreuses études expérimentales et cliniques. Elle est présente dans environ un tiers des
segments myocardiques des sujets sains, principalement dans le mur postérieur, alors que la
majorité des segments du ventricule gauche ne présente pas de contraction postsystolique
(Voigt et al., 2003b). Ce mouvement paradoxal de la paroi myocardique est strictement
inefficace et il ne peut pas participer à l’éjection du sang dans l’aorte puisque la valve
aortique est fermée (Sutherland, 2004; Takayama et al., 1988). Le mécanisme de cette
contraction demeure discuté. Il pourrait s’agir d’une contraction active retardée ou d’un retour
élastique de l’étirement du myocarde (Skulstad et al., 2002). Dans une étude menée sur des
chiens anesthésiés à thorax ouvert, les auteurs ont évalué la contractilité régionale par
sonomicrométrie et Doppler tissulaire lors de sidération, d’ischémie et d’infarctus
myocardique (Skulstad et al., 2002). Ils ont démontré que ce mouvement nécessitait un travail
du myocarde hypokinétique mais affirmaient également que le mouvement postsystolique
survient de façon passive dans les segments dyskynétiques, i.e. dont le mouvement n’est pas
en phase avec la cinétique de contraction du ventricule gauche. Au contraire, lors de
dyskinésie, les segments étaient étirés par les segments adjacents qui se contractent pendant la
systole, cet étirement conduisant à une restitution élastique passive : l’épaississement
postsystolique.
0
ms
200
13
Épaississement
postsystolique
mm
Épaississement
systolique
Amincissement
protosystolique
8
Fin de
diastole
Minimum
Fin de
systole
Maximum
Épaisseur myocardique
transmurale
Figure 12 : Représentation de l’évolution de l’épaisseur transmurale sur
un battement cardiaque.
51
La contraction postsystolique est un marqueur d’asynchronie du territoire
myocardique considéré. La contraction d’une partie du myocarde après la fermeture de la
valve aortique est un frein à la relaxation car plus la contraction persiste après la fermeture de
la valve aortique, plus la relaxation est lente (Sengupta et al., 2006). Dans l’ischémie
myocardique où la contraction postsystolique est augmentée, elle en devient même une
entrave au remplissage (Urheim et al., 2003).
L’augmentation de la contraction postsystolique lors de l’ischémie du myocarde est
décrite de longue date (Rose et al., 1993; Takayama et al., 1988). Expérimentalement, la
contraction postsystolique au cours de l’ischémie est positivement corrélée à la récupération
post-infarctus précoce et tardive (Takayama et al., 1988) ainsi qu’en post-hibernation (Rose et
al., 1993). Dans ces deux situations, les auteurs y voyaient un signe de viabilité myocardique.
Malgré ces premiers résultats expérimentaux, l’exploitation clinique de ce paramètre a été
bien plus tardive (Hosokawa et al., 2000). Elle a été rendue possible par l’apogée des
nouvelles techniques d’exploration clinique mesurant la contractilité régionale, telles que
l’imagerie par Doppler tissulaire ou l’imagerie cardiaque par résonance magnétique.
Cliniquement, l’incidence de la contraction postsystolique de patients en phase aiguë
d’un infarctus du myocarde est significativement et positivement corrélée à la récupération de
la zone infarcie un jour, un mois, trois mois et une année après l’angioplastie percutanée
(Hosokawa et al., 2000). Cette étude confirme les résultats obtenus expérimentalement.
Cependant, la contraction postsystolique n’en est pas pour autant un paramètre d’usage
routinier, son interprétation restant sujette à caution (Sutherland, 2004). Certes, plusieurs
études constatent que le myocarde en ischémie aiguë présente une importante contraction
postsystolique (Jamal et al., 1999; Jamal et al., 2001a; Jamal et al., 2001b; Kukulski et al.,
2003; Voigt et al., 2003a; Voigt et al., 2003b), mais les limites de cet index viennent de son
manque de spécificité. En effet, nous avons déjà dit qu’un tiers des segments du myocarde
d’un sujet sain présentait une contraction postsystolique (Voigt et al., 2003b). La contraction
postsystolique est présente dans 40% des segments non ischémiques d’un patient en phase
aiguë d’un infarctus du myocarde, 79% des segments d’une cicatrice d’un infarctus (en
moyenne survenu 32 mois avant l’étude) et dans 50 % des segments entourant cette cicatrice
(Voigt et al., 2003b). Pour palier cette lacune, Voigt et al., (2003a) proposent de combiner ce
paramètre avec un autre marqueur de l’ischémie : la chute de la fonction systolique. Cette
démarche est fructueuse puisque le rapport de la déformation (« strain ») postsystolique sur la
52
déformation systolique identifie les segments ischémiques avec une sensibilité et une
spécificité de 82 %.
Plus récemment, une contraction postsystolique a été mise en évidence chez des
patients insuffisants cardiaques (d’origine ischémique ou non) (Sogaard et al., 2002a; Yu et
al., 2004a). La contraction postsystolique marquant l’asynchronie du ventricule gauche, il
semble logique qu’elle soit augmentée avec la dysynchronie qui accompagne l’insuffisance
cardiaque. Au-delà d’un marqueur de dysynchronie, les auteurs y voient une réserve
contractile mobilisable par resynchronisation électrique du ventricule et proposent ainsi la
mesure de l’étendue de la contraction postsystolique comme un facteur prédictif positif de la
réponse à la thérapie de resynchronisation (Sogaard et al., 2002a; Sogaard et al., 2002b; Yu et
al., 2004a). Dans la suite de leur raisonnement, la contraction postsystolique, marqueur de
dysynchronie, peut servir au suivi des patients puisque sa réduction est corrélée à une
amélioration de la fraction d’éjection du ventricule gauche (Sogaard et al., 2002b). Ces
résultats sont issus d’une seule et même équipe ; ils ne sont pas partagés par le reste de la
communauté médicale qui demeure septique voire critique vis-à-vis de la valeur pronostique
de la contraction postsystolique, lui reprochant à nouveau son manque de spécificité (Lardo et
al., 2005; Yu et al., 2004b).
3. La repolarisation
De manière similaire à l’influx de dépolarisation, il existe une onde de progression de
la repolarisation. Contrairement à la dépolarisation, elle n’emprunte pas de voie de conduction
spécifique et se propage de proche en proche. La progression de la repolarisation est donc
plus lente. Elle débute à la base du myocarde puis descend le ventricule et l’apex est la
dernière partie du cœur à se repolariser (Sengupta et al., 2006). Il semble qu’il n’y ait pas de
différence significative entre les myocardes sous-endocardique et sous-épicardique sur le porc
anesthésié (Sengupta et al., 2006). A contrario sur une préparation de myocarde de chien, il
semble que le myocarde sous-endocardique se repolarise plus lentement que le myocarde
sous-épicardique (Laurita et al., 2005).
53
D. Origine de l’hétérogénéité de la contraction du ventricule gauche
1. Un environnement différent
Le ventricule gauche est une structure hétérogène, le diamètre de sa cavité décroît de
la base à l’apex, l’épaisseur de ses parois est variable, le septum subit les pressions des
ventricules droit et gauche tandis que la paroi libre est entourée du péricarde.
L’ensemble de ces facteurs entre dans le calcul de la contrainte pariétale (ou « wall
stress ») d’après la loi de Laplace, élément déterminant de la contraction du myocarde
(Moriarty, 1980). La contrainte est la force appliquée sur une surface. Plus la contrainte est
importante, plus le myocarde doit déployer d’énergie pour se contracter contre cette
contrainte. Selon la loi de Laplace, la contrainte appliquée sur la paroi myocardique se
calcule ;
Pression × rayon
Contrainte =
2 × épaisseur transmurale myocardique
Le rayon et l’épaisseur transmurale du myocarde étant en tout point différent, il en
résulte que la contrainte pariétale est hétérogène dans le ventricule gauche (Role et al., 1978).
A partir d’un modèle de calcul du stress basé sur le rayon et la courbure du myocarde, Beyar
et al., (1993) montrent que la contrainte à la base est significativement plus importante qu’à
l’apex en télésystole. Cette étude n’explorait cependant pas les différences éventuelles entre
les parois antérieure et postérieure du ventricule gauche.
Or les parois de ce ventricule sont pourtant soumises à des charges différentes. La
diastole s’achève avec la contraction atriale qui propulse le sang dans le ventricule. Cette
contraction atriale n’est pas uniforme et semble distendre le myocarde en un territoire précis :
le mur postérieur du ventricule gauche (Zwanenburg et al., 2005). Cette pression localisée sur
le mur postérieur provoque un amincissement et un allongement de ses segments. Les auteurs
montrent que le pourcentage d’étirement est positivement corrélé au raccourcissement
maximal, à la vitesse maximale de raccourcissement et au raccourcissement postsystolique
(Zwanenburg et al., 2005). Ainsi pour cette équipe, la différence de fonction entre les murs
54
postérieur et antérieur que nous avons déjà mentionné, serait du à un mécanisme de FrankStarling du mur postérieur après l’étirement du à la contraction atriale.
2. Un support moléculaire différent
L’étude de la contraction à l’échelon moléculaire montre que la différence de fonction
des myocardes sous-endocardique et sous-épicardique correspond à un couplage excitationcontraction différent.
Sortis du contexte ventriculaire, les cardiomyocytes ont une fonction qui reste
différente selon leur territoire de provenance (Cazorla et al., 2005). Les cardiomyocytes issus
du myocarde sous-endocardique de rat ont une plus grande sensibilité à l’étirement Ca2+dépendant que ceux issus du myocarde sous-endocardique. Pourtant sur le plan moléculaire,
les cardiomyocytes ont un appareil contractile similaire (expression des mêmes isoformes de
la titine, taux de troponine I et niveaux de phosphorylation) à l’exception de l’isoforme 2 de la
chaine légère de la myosine ventriculaire (ventricular myosin light chain 2 isoform ; VLC2b).
L’étirement provoque la phosphorylation de VLC2b uniquement dans les cardiomyocytes
sous-endocardiques. Cette phosphorylation de VLC2b spécifique du sous-endocarde pourrait
expliquer la différence de réponse à l’étirement dans la mesure où cette différence de réponse
à l’étirement entre les myocardes sous-endocardique et sous-épicardique n’existe plus au
décours d’un infarctus chez le rat et qu’ils ne présentent plus de phosphorylation spécifique de
VLC2b (Cazorla et al., 2005).
Des différences dans le niveau d’expression des protéines de l’homéostasie calcique
accompagnent cette adaptation de l’appareil contractile sous-endocardique. Le récepteur de la
ryanodine (RyR 2) est plus abondant dans le myocarde sous-endocardique que sousépicardique chez le chien (Hittinger et al., 1999). Parallèlement, le myocarde sousendocardique présente moins de pompes calciques du réticulum sarcoplasmique (SERCA 2a)
(Laurita et al., 2003), ce qui est à l’origine d’un allongement de la transitoire calcique
participant au retard de repolarisation du sous-endocarde (Laurita et al., 2005; Pruvot et al.,
2004). L’hétérogénéité transmurale moléculaire est aujourd’hui reconnue. Par contre il
n’existe à notre connaissance aucun travail étudiant le support moléculaire de la différence de
contraction entre le mur antérieur et postérieur du ventricule gauche.
55
Chapitre II
La sidération myocardique,
Altération post-ischémique de la contraction
cardiaque.
I. Approche expérimentale de la sidération myocardique
A. Description initiale de la sidération myocardique
En 1975, Heyndrickx et al. ont soumis des chiens éveillés chroniquement implantés à
une occlusion coronaire de 5 min et 15 min. Comme l’illustre la Figure 13, les occlusions
coronaires provoquaient une ischémie sévère du myocarde attestée par l’élévation du segment
ST sur l’électrocardiogramme. Ces ischémies entraînaient une chute du raccourcissement
circonférentiel systolique et la contractilité de la zone privée d’oxygène était réduite à néant.
La reperfusion de ces ischémies était accompagnée d’une amélioration de la contractilité mais
une hypokinésie sévère persistait en l’absence de modifications électrocardiographiques et
malgré un retour à la normale du débit sanguin coronaire. Toutefois la contractilité régionale
revenait progressivement à son niveau initial en 6h ou 24h après les occlusions coronaires de
5 min et 15 min, respectivement. L’examen anatomo-pathologique démontrait que cette
dysfonction contractile survenait en l’absence de lésion d’infarctus.
56
CONTROLE
ECG
OCCLUSION
RECUPERATION
20 mV
20 mV
20 mV
0
0
0
250
PVG
(mmHg)
0
6000
dP/dt
(mmHg/s)
0
13,8
Longueur
du
segment
(mm)
9,5
1s
1s
1s
Figure 13 : Représentation des enregistrements d’électrocardiogramme (ECG), de
pression ventriculaire gauche (PVG), de sa dérivé première en fonction du temps
(dP/dt), et de longeur d’un segment circonférentiel d’un chien éveillé chroniquement
implanté à l’état de base (contrôle), au cours d’une occlusion coronaire de 5 min
(occlusion) et 5 min après la reperfusion de celle-ci (récupération), d’après
Heyndrickx et al., (1975).
Ce phénomène a fait l’objet d’intenses recherches et en 1982, Braunwald et Kloner
l’ont appelé « sidération myocardique » ou « myocardial stunning ». Par définition, il s’agit de
l’état de dysfonction contractile réversible qui suit un épisode ischémique transitoire alors que
celui-ci n’a entraîné aucune nécrose et que les débits sanguins régionaux myocardiques sont
revenus à la normale. Cette inadéquation entre une perfusion myocardique normale et une
fonction contractile post-ischémique altérée, sans lésion anatomo-pathologique, est
caractéristique de la sidération myocardique. Il s’agit d’une altération de la relation débitfonction. Toutefois, le myocarde sidéré conserve une réserve contractile lors d’une
stimulation catécholaminergique endogène ou exogène.
L’intensité et la vitesse de récupération de la dysfonction contractile dépendent
évidemment de la sévérité et de la durée de l’épisode ischémique à l’origine de la sidération,
mais les résultats varient également selon le modèle expérimental étudié (Shen et al., 1996).
En effet, la multiplicité des espèces utilisées, de la souris au babouin, et des préparations, des
57
myofibrilles isolées à l’animal conscient, ont parfois donné des résultats discordants, rendant
difficile l’explication de la sidération myocardique par un mécanisme physiopathologique
unique et universel. Cependant des hypothèses ont pu être formulées.
B. Diversité des modèles de sidération myocardique
1. La sidération myocardique après un épisode ischémique unique
Chez le gros animal (chien, porc et babouin), une occlusion coronaire d’une durée
inférieure à 20 min ne provoque pas de mort cellulaire au sein du myocarde mais génère à la
reperfusion une dysfonction contractile réversible (Shen et al., 1996). L’observation de cette
hypokinésie post-ischémique est la description originelle de la sidération myocardique par
Heyndrickx et al. en 1975. La fonction contractile régionale a d’abord été étudiée par
sonomicrométrie, comme l’illustre l’exemple de la Figure 14. Aujourd’hui, le développement
de nouvelles techniques d’imagerie cardiaque telles que l’échocardiographie par Doppler
tissulaire et l’imagerie par résonance magnétique offre également cette possibilité aussi bien
Épaississement systolique (mm)
chez l’Homme que chez les petits rongeurs.
4
3
Déficit contractile
réversible
2
1
0
Absence de mort cellulaire
Débits sanguins régionaux
myocardiques normaux
Base Occ 5' 10' 15' 20' 30' 45' 1h 2h 3h 4h 5h 6h 24h
Figure 14 : Mesure de l’épaississement systolique en mm de 8
chiens éveillés chroniquement implantés à l’état de base, au
cours d’une occlusion de l’artère coronaire circonflexe gauche
de 10 min (Occ) suivie des 24 premières heures de reperfusion.
58
2. La sidération myocardique après de multiples épisodes ischémiques
La répétition de brèves occlusions coronaires de 2 à 5 min provoque une dépression
durable de la contractilité bien qu’il n’y ait pas de lésion myocardique irréversible. Comparée
à une ischémie unique, la répétition d’ischémies courtes présente deux avantages : d’une part
la dysfonction contractile se met en place graduellement et d’autre part ce protocole est
particulièrement adapté aux espèces dépourvues de circulation collatérale native (Cohen et al.,
1990; Sun et al., 1995). Cependant, la répétition d’épisodes ischémiques peut engendrer un
préconditionnement précoce et introduire un biais même si le préconditionnement précoce ne
protège pas de la sidération myocardique (Ovize et al., 1992).
3. La sidération myocardique de la zone viable dans le post-infarctus
Chez le chien, la reperfusion d’une ischémie d’une durée supérieure à 20 min mais
inférieure à 3h provoque en général un infarctus préférentiellement sous-endocardique. Le
myocarde sous-épicardique adjacent ne présente pas de lésion d’infarctus mais une
dysfonction contractile qui peut perdurer quelques jours voire quelques semaines (Rasmussen
et al., 1977; Reimer et al., 1977). Bien qu’ayant une relevance clinique évidente, cette
sidération a été peu étudiée à cause de problèmes méthodologiques. En effet, la proximité
d’un infarctus en voie de remodelage rend difficile l’interprétation des mesures faites sur un
myocarde sidéré. La dysfonction contractile observée confond alors les effets de l’infarctus et
de la sidération myocardique, tant par leur addition que par leur interaction réciproque.
4. La sidération myocardique par ischémie totale
Deux préparations composent ce modèle de la sidération : le cœur isolé et perfusé en
préparation Langendorff (Gao et al., 1995) et le cardiomyocyte isolé (Louch et al., 2005).
Dans un cas comme dans l’autre, il est souvent reproché à ces préparations de sortir la
sidération de son contexte neuro-hormonal, mais cet isolement de l’organisme entier constitue
également l’opportunité d’étudier finement les mécanismes de la sidération exempte de
facteurs environnementaux confondants. L’exactitude de ces modèles de sidération est
toutefois discutable en regard du non-retour à leur état contractile de base et de la conséquente
mort cellulaire qui les compose (Dietrich et al., 1992; Louch et al., 2005).
59
In vivo, l’ischémie globale chez l’animal est souvent suivie d’une dysfonction
contractile durable mais réversible (Bashour et al., 1983). Bien que peu étudiée, cette
hypokinésie peut être assimilée à la sidération myocardique dans certaines conditions.
5. La sidération myocardique consécutive à un exercice ischémique
Si l’accroissement de la demande myocardique en oxygène lors de l’exercice n’est pas
accompagnée d’une augmentation équivalente de son apport (dans le cas d’une sténose
coronaire ou d’une hypoxie par exemple), le myocarde est en situation d’ischémie et présente
une dysfonction contractile (De Curzon et al., 2001; Dorge et al., 1999). Cette dysfonction
contractile persiste à la cessation de l’exercice quand bien même l’oxygénation appropriée du
myocarde est restaurée. De façon similaire, le réseau coronaire de chien présentant une
hypertrophie ventriculaire gauche ne satisfait pas les besoins du myocarde sous-endocardique
à l’exercice ce qui participe au développement une dysfonction contractile transitoire
(Hittinger et al., 1990).
II. Mécanismes physiopathologiques
A. Importance des radicaux libres issus de l’oxygène
L’hypothèse radicalaire a été émise dès le début de l’étude de la sidération dans les
années 1980. Cette mise en cause reposait sur la réduction de la dysfonction contractile postischémique consécutive à l’administration de piégeurs des radicaux libres tels que la
superoxide dismutase et la catalase. Cette mise en évidence indirecte de l’implication des
radicaux libres a été complétée quelques années plus tard par la mesure de la production de
radicaux libres à la reperfusion par electron spin résonance (Bolli et al., 1988).
Les radicaux libres sont inhérents à tous les tissus, car ils sont générés au cours de
nombreuses réactions biochimiques intracellulaires et éliminés par différents systèmes. Au
cours de la reperfusion d’une ischémie à l’origine de la sidération, la production accrue de
radicaux libres et la défaillance progressive des systèmes cellulaires chargés de leur
élimination contribuent à un « excédent » radicalaire. Ces espèces radicalaires sont alors
capables d’altérer les constituants cellulaires et d’induire les lésions. Les radicaux libres
oxygénés n’ont pas de cibles spécifiques connues mais sont susceptibles « d’attaquer » tous
les composants cellulaires. Leur puissant pouvoir oxydant leur permet de réagir avec
60
pratiquement tous les substrats organiques comme les acides aminés, les sucres, les lipides,
les acides organiques et les acides nucléiques. Leur réactivité avec les lipides et les protéines
est à l’origine de la peroxydation des acides gras contenus dans les membranes, de la
dénaturation des protéines et de l’inactivation des enzymes. Ces effets provoqueraient la perte
d’intégrité des membranes de diverses organelles (Lefer et al., 2000).
Dans le cadre de la sidération, le réticulum sarcoplasmique semble être une victime
importante des radicaux libres (Gao et al., 1996; Holmberg et al., 1991; Holmberg et al.,
1992; Temsah et al., 1999). En effet, in vitro, les radicaux libres altèrent la libération et la
recapture du calcium par le réticulum sarcoplasmique. De plus il semble également que les
radicaux libres participent à la perte de sensibilité au calcium des myofibrilles du myocarde
sidéré.
L’origine exacte de ces radicaux libres lors de la sidération myocardique demeure
incertaine. Les expériences menées chez le chien et le rat ont démontré que les xanthines
oxydases étaient une des sources des radicaux libres de la sidération alors qu’une origine
granulocytaire pouvait être exclue (Lefer et al., 2000). Toutefois, une participation de ces
enzymes à la physiopathologie de la sidération chez l’homme est difficilement envisageable
dans la mesure où leur importance dans le myocarde humain reste discutée (Heyndrickx,
2003). Sans qu’il ait été clairement démontré que ces voies de production de radicaux libres
participent à la sidération myocardique, il est envisageable que les voies de production
traditionnellement mises en évidence dans l’ischémie participent à la sidération : en premier
lieu, la dysfonction des chaînes respiratoires mitochondriales, puis l’activation des cascades
arachidoniques et enfin l’auto-oxydation des catécholamines (Opie, 1998).
B. L’hypothèse calcique
La participation des radicaux libres à la physiopathologie de la sidération a été
principalement établie à partir de modèles utilisant des gros animaux : le porc, le chien ou le
babouin. Parallèlement, les expériences menées sur le petit animal ont porté leur attention sur
les altérations de l’homéostasie calcique qui accompagnent la sidération. Toutefois les
résultats obtenus à partir de ces espèces n’ont pas été retrouvés par la suite sur les gros
animaux, des mécanismes différents entre rongeurs et grands mammifères pouvant être
expliqués par des homéostasies calciques différentes (Bers, 2002). En effet, les travaux menés
sur les petits animaux montrent une désensibilisation de l’appareil contractile au calcium lors
61
de la sidération tandis que les travaux sur le porc démontrent une atténuation des courants
calciques intracellulaires (Kim et al., 2003a). Ces observations illustrent les deux versants de
l’hypothèse calcique et insistent sur l’importance de la diversité des modèles utilisés et les
durées d’ischémie et/ou de reperfusion étudiées.
1. La surcharge calcique
L’hypothèse calcique a pour point de départ la surcharge calcique observée au tout
début de la reperfusion (Marban et al., 1990), comme l’illustre la Figure 15. Cette altération
de l’homéostasie calcique est la conséquence d’altérations ioniques cellulaires associées à
l’ischémie. Il est admis que l’ischémie entraîne une acidose due en partie au
dysfonctionnement des chaînes respiratoires mitochondriales. La reperfusion « lave » le
milieu extracellulaire et le pH interstitiel remonte brutalement (Ferrari, 1995). Ce déséquilibre
entre la concentration intra- et extra-cellulaire des ions H+ provoque l’activation de
l’échangeur sodium-proton Na+/H+ (isoforme NHE-1 pour les cardiomyocytes) qui est une
voie majeure de sortie des protons H+ lors de l’acidification. L’activation de l’échangeur
Na+/H+ est associé à un flux entrant d’ions Na+, soutenue par l’ouverture du symport Na+HCO3-, autre mécanisme cellulaire alcalinisant (Karmazyn, 1999). Cette entrée de sodium
dans le cardiomyocyte s’ajoute à celle permise par le courant sodique à inactivation lente
(INaL) pendant l’ischémie. Ce courant peut être activé par la lysophosphatidylcholine, dont la
concentration dans la membrane ou au voisinage de la membrane augmente au cours de
l’ischémie consécutivement à l’augmentation d’acyl-carnitine d’une part, et à la diminution
du pH d’autre part (Ducceschi et al., 1996).
Ces courants sodiques conduisent à une accumulation intra-cellulaire de Na+ qui
inverse le fonctionnement de l’échangeur Na+-Ca2+. L’inversion de l’échangeur fait entrer un
ion Ca2+ pour extruder trois ions Na+. La surcharge calcique qui est en résulte semble être le
point de départ des lésions de reperfusion (Ferrari, 1995). En effet, un grand nombre de
manœuvres et d’outils pharmacologiques qui tendent à contrer l’accumulation cellulaire de
calcium réduisent le déficit contractile associé à la reperfusion.
En premier lieu, la reperfusion avec des solutions pauvres en calcium se sont relevées
bénéfiques sur un grand nombre de modèles (Marban et al., 1990). D’un point de vue
pharmacologique, les inhibiteurs calciques et plus récemment les inhibiteurs de l’échangeur
Na+/Ca2+ améliorent la fonction systolique post-ischémique. Le mécanisme par lequel la
62
surcharge calcique altère la contraction myocardique semble pluri-factoriel. Sur un modèle de
cœur de cobaye isolé en Langendorff, Matsumura et al. (1996) démontrent que la dysfonction
contractile de la sidération est corrélée à la dégradation de la desmine, de l’α-actinine et de la
spectrine, et que l’amélioration de la fonction par la reperfusion d’une solution dépourvue de
calcium s’accompagnait d’une réduction de la dégradation de ces protéines. De tels résultats
se retrouvaient avec l’administration d’inhibiteur de protéase : la leupeptin et d’un inhibiteur
de la protéase I activée par le calcium, la Calpaïne I.
2. Les protéases activées par le calcium (Calpaïnes)
Les calpaïnes sont présentes dans de très nombreux tissus dont le myocarde. Ces
protéases Ca2+-dépendantes sont activées par une élévation de la concentration calcique et
dégradent alors d’autres protéines. Leur mise en cause dans la sidération débute en 1993 avec
l’amélioration par un inhibiteur de protéase, la leupeptine, de la pression développée par un
cœur de cobaye isolé en Langendorff après une ischémie globale de 15 min (Matsumura et al.,
1993). Puis cette démonstration pharmacologique est répétée sur le cœur de rat chez lequel la
mesure de la quantité substrat de la calpaïne I était retrouvée supérieure dans le cœur de rat
sidéré par rapport au cœur control (Yoshida et al., 1995). L’année suivante, Gao et al. (1997)
démontrent sur le même modèle que la troponine I est dégradée au cours de la sidération et
que cette dégradation peut être reproduite in vitro par la calpaïne I. In vivo, cette dégradation
de la troponine I est inhibée par les inhibiteurs de calpaïne I et par une reperfusion de solution
dépourvue de calcium. Cette première suggestion de la dégradation de la troponine I par la
calpaïne trouve un appui pharmacologique : le MDL-28170, inhibiteur spécifique de calpaïne,
réduit la désensibilisation des myofibrilles au calcium (Urthaler et al., 1997).
63
1- Ischémie :
diminution du pH
intra- et extracellulaire
2- Ischémie : entrée
de Na+ par le courant
sodique à inactivation
lente
H+ 9- Reperfusion
: Dégradation
protéique cibles
par les
Calpaïnes
8- Reperfusion :
accumulation
intra-cellulaire
de Ca+2 active
les protéases
calciumdépendantes :
Calpaïnes
7- Reperfusion :
accumulation
intra-cellulaire
de Ca+2
H+ Na+
Dégradation
protéique
H+ élevé
3- Reperfusion :
augmention du pH
extra-cellulaire
H+ 4- Reperfusion :
activation de
l’échangeur Na+/H+
et du symport
Na+-HCO3-
Calpaïnes
activées
Na+
H+
HCO3Na+
Ca+2 Ca+2
2 Na+
Na+ 5- Reperfusion :
accumulation
intra-cellulaire de
Na+
6- Reperfusion :
inversion de
l’échangeur Na+/Ca+2
Figure 15 : Représentation schématique et simplifiée des principales altérations ioniques au cours de
l’ischémie et de la reperfusion.
64
Enfin l’avènement du transfert de gène en apporte une nouvelle démonstration en
2003 : la surexpression de la calpastatine humaine, inhibiteur endogène de calpaïne dans le
cœur de rat améliore sa fonction contractile après une ischémie globale en préparation de
Langendorff et réduit la dégradation de la troponine I (Maekawa et al., 2003). Chez l’homme,
de nombreuses protéines des myofibrilles sont des cibles potentielles des calpaïnes mais la
participation de cette dégradation à la sidération reste à démontrer (Barta et al., 2005) d’autant
plus que la dégradation de la troponine I par les calpaïnes dans les modèles de gros animaux
est contestée (Sherman et al., 2000; Thomas et al., 1999). En effet, une part des résultats
exposés ci-dessus sont imputables à la préparation utilisée : en ischémie globale sur cœur
isolé en préparation Langendorff, la pression ventriculaire gauche télédiastolique est très
élevée (>30 mmHg) et peut conduire à une entrée de calcium dans les cardiomyocytes et
activer les calpaïnes en l’absence de toute ischémie. Pour soutenir cette hypothèse, Feng et al.
(2001) ont soumis des cœurs isolés de rat en Langendorff à une pression ventriculaire
télédiastolique de 25 mmHg pendant 40 min en l’absence de toute ischémie. Cette expérience
a aboutit à une dégradation de la troponine I dépendante des calpaïnes et similaire à celle mise
en cause dans la sidération modélisée par l’ischémie globale du cœur isolé en Langendorff.
Ces résultats remettent en cause l’intervention des calpaïnes dans la sidération, bien que de
nombreux auteurs la considèrent malgré tout comme acquise.
3. La désensibilisation des myofibrilles au calcium
La mise en évidence de la participation des calpaïnes à la sidération myocardique
explique en partie les altérations de l’appareil contractile constatées avant la mise en évidence
de leur participation. En effet, dès 1995, la dysfonction contractile du myocarde sidéré a été
assimilée à une dégradation de l’appareil contractile puisque Gao et al. (1995) ont mis en
évidence une réduction de la réponse au calcium des myofilaments sidérés, alors que les
mouvements calciques demeuraient parfaitement normaux. Cette équipe a montré qu’une telle
désensibilisation au calcium pouvait être reproduite in vitro en exposant les trabécules
cardiaques aux radicaux libres (Gao et al., 1996). L’étude par Western blot des protéines
d’actine, de tropomyosine, de troponines C et T et des chaînes légères de la myosine ne
montre pas de différence entre les cœurs de rats sains et ceux sidérés suite à une ischémie en
utilisant une préparation Langendorff (Gao et al., 1997) tandis que le Western blot de la
troponine I révèle une bande supplémentaire plus légère chez les cœurs sidérés. Lorsqu’elle
65
est prélevée à partir d’un myocarde de porc sidéré et intégrée à une préparation de fibres
musculaires squelettiques de lapin, cette troponine I dégradée décroît la sensibilité au calcium
de cette préparation par rapport à celle issue de l’intégration de troponine I de cœur de porc
sain dans des fibres musculaires de lapin (McDonald et al., 1998). En 2000, Murphy et al.,
développent une souris transgénique surexprimant le produit de la dégradation de la troponine
I dont le phénotype de contractilité cardiaque est en tout point similaire à la sidération
myocardique. Les animaux présentent une dilatation ventriculaire, une réduction de la
sensibilité des myofibrilles au calcium et une diminution de la contraction cardiaque mais qui
répond à une stimulation catécholaminergique. Malgré son attrait, la désensibilisation des
myofilaments au calcium due à la dégradation de la troponine I reste cependant discutée pour
expliquer les différents aspects de la sidération myocardique, car elle n’est pas retrouvée dans
les modèles de gros animaux (Kim et al., 2003a). Dans un modèle porcin d’occlusion de 10
min de l’artère coronaire interventriculaire antérieure à thorax ouvert suivi de 60 min de
reperfusion, le Western blot de la troponine I est inchangé entre le myocarde témoin et le
myocarde sidéré (Thomas et al., 1999) et ne montre aucun produit de dégradation de cette
protéine par la sidération. De même, chez le chien, la quantité de troponine I ne change pas
avec la sidération mais le myocarde sidéré présente moins de troponine I phosphorylée que le
myocarde témoin (Luss et al., 2000). Dans cette espèce, l’étude de la sidération entourant
l’infarctus tend à montrer une dégradation de la troponine T mais aucune corrélation avec la
fonction contractile n’a pu être établie (Colantonio et al., 2004). Chez le porc et le chien,
l’enchaînement de l’activation des calpaïnes et de la dégradation de la troponine I est même
écarté par certains auteurs qui prônent une altération des mouvements calciques pour
expliquer la sidération myocardique des grands animaux (Kim et al., 2003a).
4. Les altérations de l’homéostasie calcique
Kim et al. (2003a) démontrent sur un modèle de sidération myocardique par sténose
coronaire chez le porc que les cardiomyocytes hypokinétiques présentent une réduction du
courant calcique membranaire de type L et des transitoires calciques intra-cellulaires par
rapport aux cardiomyocytes sains adjacents du même animal. Cette modification fonctionnelle
des mouvements calciques n’était pas associée à un changement de la quantité de troponine I,
de SERCA 2a et de phospholamban mesurées par Western blot. En revanche, une diminution
de la phosphorylation du phospholamban accompagnait la sidération, prenant probablement
part à l’altération de la relaxation observée lors de la sidération dans les grandes espèces. A
66
l’opposé, les mêmes mesures faites sur des cardiomyocytes sidérés de rat ayant subi une
occlusion coronaire de 10 min montrent que les courants calciques sont inchangés lors de la
sidération alors que les cardiomyocytes présentent un déficit contractile (Kim et al., 2003a).
Cette observation conforte l’hypothèse d’une perte de sensibilité des myofibrilles au calcium
comme mécanisme de la sidération chez les rongeurs tandis que celle des grands mammifères
résulterait d’une diminution des courants calciques comme l’évoquent d’autres travaux. Lors
d’une sidération induite par une occlusion coronaire de 10 min chez le porc à thorax ouvert, la
probabilité d’ouverture et la densité des récepteurs de la ryanodine (RyR) est réduite ainsi que
la recapture du calcium par SERCA 2a (Valdivia et al., 1997). Cette perte de fonctionnalité du
réticulum sarcoplasmique n’est pas le fait d’une dégradation de ses protéines (SERCA 2a,
phospholamban et calséquestrine) car leur quantité reste inchangée au cours de la sidération.
Cependant, bien que cette possibilité n’ait pas été démontrée dans le cadre de la sidération,
rappelons que le réticulum sarcoplasmique peut être la cible des radicaux libres pouvant
perturber les libérations de calcium (Jabr et al., 1995). L’ensemble de ces mécanismes est
rassemblé dans la Figure 15.
C. Approche génomique de la sidération myocardique
L’avènement des techniques de biologie moléculaire a permis d’envisager la
sidération sous un nouvel angle. L’absence de mort cellulaire lors de la sidération
myocardique peut correspondre soit à l’absence de signaux apoptiques soit au développement
d’un programme de survie ou de résistance à la mort cellulaire du myocarde. La première
hypothèse est peu probable dans la mesure où même de brèves ischémies activent les cascades
de signalisation pro-apototique (Yin et al., 1997). La seconde hypothèse a été testée au moyen
de l’hybridation soustractive de myocarde sidéré sur du myocarde sain de porc éveillé soumis
à une sténose de l’artère coronaire interventriculaire antérieure de 90 min suivie de
reperfusion. Les tissus ont été prélevés à la reperfusion, après 1h et 12h de reperfusion (Depre
et al., 2001). L’hybridation soustractive montre qu’un tiers des gènes surexprimés participent
au mécanisme de survie (anti-apoptotiques, cytoprotecteurs, croissance cellulaire). L’analyse
par qPCR de quelques-uns de ces gènes (PAI-1, PAI-2, EGR-1, H11-Kinase, IAP et HSP 70)
montre que leur expression est maximale 1h après la reperfusion puis revient à l’état de base à
12h. Ces résultats ouvrent une nouvelle conception de la sidération et autorisent à penser
qu’une activation de ce programme de survie peut être une thérapie de l’ischémie du
myocarde, d’autant plus qu’un programme de survie comparable a été mis en évidence dans
67
les tissus viables en hibernation autour d’infarctus du myocarde de patients coronariens et de
myocardes de porcs en hibernation. (Depre et al., 2004).
Ischémie réversible et reperfusion
Surcharge
sodique
?
Stress
Oxydatif
Altérations des
protéines de
l’homéostasie calcique
Surcharge
calcique
Activation des
Calpaïnes
?
Réduction des courants
calciques
Protéolyse de la
troponine I
Désensibilisation des
myofibrilles au calcium
Déficit contractile
Figure 16 : Représentation schématique des mécanismes proposés de la sidération myocardique.
D. Hibernation versus sidération
L’hibernation myocardique est caractérisé par un état d’hypokinésie du myocarde
resté viable qui résulte d’une adaptation fonctionnelle du myocarde à une réduction prolongée
du débit sanguin coronaire et présentant des modifications histologiques caractéristiques
(accumulation de glycogène) (Rahimtoola, 1989). Le terme d’"hibernation" a été choisi en
68
référence à la notion de réduction métabolique et il sous-entend donc que le myocarde est
capable de réduire ("down-réguler") son métabolisme en réponse à une sténose coronaire, ce
qui se traduit par un état d’hypocontractilité (Kloner et al., 2001). L’hibernation est donc
souvent considérée comme un mécanisme permettant au myocarde d’échapper à l’apparition
de foyers d’infarctus (Heusch et al., 1996) suite à une réduction chronique de la perfusion
myocardique : la contraction du myocarde s’adapte à un débit coronaire réduit grâce à la
relation débit-fonction ("perfusion-contraction matching") (Ross, 1991). La restauration d’un
débit sanguin myocardique normal permet un retour à la normale de la contraction du
myocarde reperfusé. Le myocarde hibernant est également caractérisé par des modifications
lésionnelles potentiellement réversibles comme des pertes progressives du matériel contractile
sans diminution du volume cellulaire (Borgers et al., 1993; Shen et al., 1996), la présence de
nombreuses et petites mitochondries, ainsi qu’un remodelage de la matrice extracellulaire
(Ausma et al., 1995).
A contrario, la sidération myocardique est une dépression contractile en l’absence de
lésions d’infarctus alors que la perfusion sanguine myocardique est normale. La relation
débit-fonction est donc perdue. Cette opposition a récemment été remise en cause par certains
modèles d’hibernation chez le porc soumis à une sténose de l’artère coronaire
interventriculaire.
L’adapatation métabolique est, d’après la définition de l’hibernation un moyen
d’échapper à l’infarctus lorsque le débit cornaire est réduit par une sténose. Or, la réduction de
41±4 % du débit coronaire pendant 24h chez le porc provoquait une dysfonction contractile
sévère et qui durait après la levée de la sténose coronaire. L’analyse histologique du myocarde
révèlait des ilôts diffus d’infarctus dans le myocarde sous-endocardique (Kudej et al., 1998).
Ces résultats remettaient en cause le concept d’adaptation métabolique du myocarde. Dans
une autre étude, une sténose chronique ne modifiant pas le débit coronaire de base mais
empêchait son augmentation lors de sollicitations (Shen et al., 1995). Vingt jours après
l’implantation de l’améroïde, l’épaississement transmural était réduit de 56±6 % par rapport à
sa valeur initiale. L’analyse des enregistrements pendant ces 20 jours montrait que les
animaux avait présenté de multiples épisodes de sidération myocardique dès que leur activité
cardiaque était accrue (élévation de la fréquence cardiaque et du maximum de la dérivée
première en fonction du temps de la pression ventriculaire gauche) (Shen et al., 1995). Cette
observation suggère que l’animal subissait des ischémies pour chaque accroissement de la
demande en oxygène du myocarde, introduisant la notion de « sidération chronique ». Sur un
69
modèle similaire, Fallavolita et Canty démontrent que cette adaptation de la fonction du
myocarde s’accompagnait au bout de 2 mois d’une augmentation du dépôt de 18-F-2deoxyglucose, adaptation métabolique caractéristique de l’hibernation myocardique
(Fallavollita et al., 1999).
A la suite de cette observation, Kim et al. (2003b) ont soumis des porcs à 6 sténoses
coronaires à 12 heures d’intervalles en réduisant le débit dans l’artère de 30%. La première
sténose réduisait la contractilité myocardique et la reperfusion de cette ischémie et était
associée à une sidération myocardique. Cette dernière était assez prolongée et la contractilité
du myocarde sidéré n’est pas revenue à sa valeur de base lorsque la sténose coronaire suivante
survient. Progressivement, la réduction d’épaississement myocardique due aux sténoses
coronaires diminuait et la récupération était de moins en moins complète, comme l’illustre la
Figure 15. Si bien qu’à la sixième sténose coronaire, la contractilité déjà sous le coup d’une
sidération, n’était quasiment pas réduite par la nouvelle ischémie, démontrant un découplage
de la fonction au débit. Cette perte de la relation débit-fonction était alors pérenne puisque la
reperfusion de cette sténose ne s’accompagnait pas d’une récupération contractile. Ainsi la
répétition d’épisodes de sidération myocardique conduit à une dysfonction contractile
chronique et à un remaniement tissulaire et cellulaire identiques à ceux l’hibernation
(accumulation de glycogène, réduction de l’extraction par le myocarde des lactates). Cette
observation suggère que la sidération et l’hibernation coexistent, voire que la sidération
chronique est un point de départ de l’hibernation.
Évolution de la
contractilité régionale
70
Sidérations
myocardiques
Dysfonction contractile
permanente
1ère SC
2ème SC
3ème SC
4ème SC
5ème SC
6ème SC
Temps
Figure 16 : Représentation schématique de l’évolution de la contractilité de
porcs soumis à 6 sténoses coronaires de 90 min (SC) à 12h d’intervalle. (Kim et
al., 2003)
III. La sidération en clinique humaine
Comme nous l'avons exposé, la sidération myocardique est un phénomène découvert
et essentiellement étudié en recherche expérimentale. Cependant, il est maintenant clairement
démontré que la sidération atteint le myocarde humain dans des situations cliniques variées et
qu’elle a des conséquences néfastes pour les patients qui en souffrent (Bolli, 1992). Depuis
plusieurs années, des méthodes ont été mises au point dans le but de mettre en évidence le
myocarde sidéré chez l'Homme et quelques recherches cliniques ont tenté d'en évaluer le
traitement.
Il faut cependant insister sur la difficulté de diagnostiquer la sidération myocardique
chez l'Homme et donc de mener des études cliniques sur ce phénomène. En effet, comme
nous l'avons vu, la définition de la sidération suppose d'une part l'absence d'ischémie
résiduelle après l'épisode initial, avec un retour à la normale de la perfusion coronaire, et
d'autre part la réversibilité complète du phénomène. Ces deux vérifications indispensables
sont difficiles à réaliser en pratique chez l'Homme : en présence d'une dysfonction
ventriculaire durable chez un patient ayant eu au préalable une ischémie myocardique, il faut
71
prouver d'une part qu'il ne persiste pas d'ischémie résiduelle silencieuse, et d'autre part vérifier
par une évaluation répétée de la fonction ventriculaire que celle-ci revient à la normale dans
les heures ou jours suivants. Pour des raisons pratiques bien compréhensibles, ces pré-requis
ne sont que rarement vérifiés et le risque de qualifier de sidération une dysfonction contractile
due à une ischémie persistante ou à une nécrose irréversible est important. De plus, les
méthodes disponibles pour évaluer la fonction ventriculaire chez l'Homme ne sont pas
toujours appropriées à une étude segmentaire fine et précise.
La difficulté de s'assurer de la reperfusion normale d'un territoire ischémique en
clinique n'a été levée qu'en 1999 par Gerber et al. qui grâce à la tomographie par émission de
positrons ont objectivé une dysfonction contractile associée à des débits sanguins régionaux
normaux. Cette étude est la première à avoir démontré l'existence d'une sidération clinique
conforme à sa description expérimentale. Toutefois, même si le retour à la normale des débits
sanguins régionaux ne peut être démontré avec la même rigueur scientifique que chez
l’animal, de nombreuses dysfonctions contractiles rencontrées en clinique humaine sont
considérées aujourd’hui comme des stigmates de la sidération myocardique et certaines
situations cliniques peuvent être associées à un modèle expérimental, comme le montre le
Tableau I.
Tableau I : Modèles de sidération myocardique et situations cliniques proches
Brèves occlusions coronaires
Angioplastie coronaire percutanée
Vasospasme coronaire
Angor instable
Ischémie longue suivie de reperfusion
Infarctus du myocarde reperfusé
Sténose coronaire (Ischémie due à une demande métabolique importante en présence d'un faible
apport sanguin coronaire)
Ischémie induite par un stress (exercice, echocardiographie sous dobutamine)
Ischémie myocardique globale
Arrêt cardioplégique
Transplantation cardiaque
Hypertrophie ventriculaire gauche
Sténose aortique
Cardiomyopathie hypertrophique
Répétition de cycles d'ischémie-reperfusion
Sidération chronique
Hibernation myocardique
72
En effet, le pendant clinique évident du modèle expérimental de brèves
occlusions/reperfusions coronaires est l’ischémie myocardique associée à l’angioplastie
coronaire. Si la fonction contractile régionale est « normale » au début de la procédure, tout
déficit contractile à l’issue de la répétition d’occlusions coronaires secondaires à l’insufflation
du ballonnet peut être assigné à de la dysfonction contractile postichémique, donc à de la
sidération myocardique. Le niveau de dysfonction contractile dépend alors de l’étendue du
myocarde ayant subi l’ischémie. De nombreuses études ont montré que l’ischémie produite
par les courtes insufflations du ballonnet était trop faible pour provoquer une dysfonction
contractile avec retentissement clinique. Dans ce contexte, la sidération myocardique apparaît
être un élément mineur. En effet comme le montre le Tableau II, dans cette situation, la
sidération myocardique est fugace alors que dans d’autres pathologies elle est un élément
durable et délétère. Comme le montre le Tableau II, la sidération myocardique est retrouvée
dans plusieurs entités cliniques avec des durées de dysfonction contractile très variables.
Tableau II: Situations cliniques de sidération myocardique
Situation clinique
Durée de la sidération
Références
Angioplastie
quelques secondes suite à la brève ischémie
Visser et al., 1986
Angor instable
plusieurs heures à plusieurs jours
Jeroudi et al., 1994
Arrêt cardiaque
quelques heures à plusieurs mois
Deantonio et al, 1990
Chirurgie cardiaque
selon la durée de l'ischémie opératoire
Mangano et al., 1985
Leung et al., 1993
Reperfusion précoce d'un
infarctus du myocarde
quelques semaines à plusieurs mois
Ito et al., 1993
Hypertrophie ventriculaire
gauche
quelques heures
Fine et al., 1989
Récemment, Wittstein et al. 2005, ont démontré qu’un choc émotionnel était
susceptible d’engendrer une dysfonction contractile sévère (fraction d’éjection 20 %, échelle
interquartile 15 % à 30 %) revenant en 3 semaines (fraction d’éjection 60 %, échelle
interquartile 55 % à 65 %). L’angiographie des patients à leur admission ne montrait pas
d’altération de la perfusion myocardique. Deux patients présentaient une élévation du
segment ST, alors que l’électrocardiogramme des 17 autres patients de l’étude n’affichait
aucun signe d’ischémie. Les biopsies de myocarde sous-endocardique de 5 de ces patients ne
73
montraient pas de signes de nécrose ou de mort cellulaire massive. En revanche, l’ensemble
des patients présentait un taux de catécholamines circulantes supérieur à la normale. Pour les
auteurs, il est possible que cette décharge adrénergique soit à l’origine d’une vasoconstriction
de la microcirculation coronaire ou soit directement responsable de l’altération de la
contraction des cardiomyocytes. La part des deux mécanismes est difficilement discernable,
toutefois, la description de cette situation clinique est compatible avec la sidération
myocardique (Wittstein et al., 2005).
En conclusion, il ressort de ce chapitre, que la sidération myocardique est une entité
clinique incontestable mais dont les mécanismes et par conséquent la prise en charge
demeurent complexes.
75
Chapitre III
Préserver et protéger la fonction contractile
post-ischémique
L’incidence croissante des maladies coronariennes en occident fait de l’ischémie du
myocarde un problème de santé publique majeur. Au-delà de la réduction de la taille de
l’infarctus, soutenir et préserver la fonction contractile font partie de la prise en charge de
l’ischémie du myocarde. En complément de l’approche pharmacologique traditionnelle, les
manœuvres physiologiques telles que le préconditionnement tardif et le postsconditionnement
sont de nouvelles opportunités.
I. Stratégies pharmacologiques vis-à-vis de la sidération
myocardique
La physiopathologie complexe de la sidération myocardique laisse entrevoir de
nombreuses possibilités dans l’approche pharmacologique de sa prévention et/ou de son
traitement. La stratégie employée dépend avant tout de la chronologie de l’intervention
pharmacologique. En effet, une fois la sidération myocardique en place dans la fenêtre postischémique, seule l’administration d’agents aux propriétés inotropes positives ou d’agents
réducteurs de la fréquence cardiaque semble efficace. A l’inverse, des substances antiischémiques peuvent prévenir la sidération myocardique si elles sont administrées avant
l’ischémie. Quoiqu’il en soit, la prévention et le traitement de la dysfonction contractile sont
conditionnés par la compréhension des mécanismes conduisant à la sidération et à ce titre, de
nombreuses classes pharmacologiques ont été étudiées.
76
A. Les agents inotropes positifs adrénergiques
Historiquement, l’une des premières solutions envisagées pour lutter contre la
sidération myocardique a été d’administrer des agents inotropes positifs dans le but
d’améliorer la récupération contractile du myocarde post-ischémique.
L’administration d’un agoniste β-adrénergique comme l’isoprénaline, 1 à 3 h après un
épisode de 10-15 min d’occlusion coronaire permet d’obtenir une récupération presque totale
de la contractilité du myocarde en recrutant sa réserve contractile (Bolli et al., 1985). Cette
action inotrope positive s’accompagne d’une augmentation de la MVO2 du myocarde sans
altération de l’extraction des lactates, confirmant le fait que le myocarde sidéré n’est pas un
myocarde ischémique. De même, une perfusion prolongée d’adrénaline restaure la
contractilité du myocarde sidéré (Becker et al., 1986). L’utilisation de dobutamine comme
agent inotrope positif a permis de mettre en évidence que la réversibilité de la dysfonction
contractile par les agonistes β-adrénergiques était certainement liée au rétablissement de
l’efficacité du transfert énergétique vers la contraction sans augmentation du métabolisme
cellulaire. Cette amélioration n’est toutefois que transitoire et ne modifie pas les causes de la
dysfonction contractile puisque l’action bénéfique cesse rapidement après la fin de
l’administration de l’agoniste β-adrénergique. Cependant, ces agents peuvent accroître
l’excitabilité ventriculaire du myocarde reperfusé et, en augmentant la MVO2, être délétères
vis-à-vis des zones de myocarde ischémique qui coexistent fréquemment avec les zones de
myocarde sidéré en pathologie humaine.
B. Les β-bloquants
Les β-bloquants possèdent des propriétés inotropes et chronotropes négatives qui
concourent à diminuer la consommation d’énergie et d’O2 pendant l’ischémie (Kloner et al.,
1985; Nagatsu et al., 2000). Dans le cadre de l’exercice musculaire effectué en présence d’une
sténose partielle, les β-bloquants améliorent la distribution transmurale des débits sanguins
régionaux myocardiques (Matsuzaki et al., 1984) et ce probablement par une diminution de la
tachycardie d’exercice. En atténuant le stress ischémique qui précède la phase de sidération
myocardique, les β-bloquants en atténuent la durée et l’intensité. Cependant, l’action
bénéfique de cette classe pharmacologique ne s’exerce que de manière préventive :
administrés pendant la phase de reperfusion ou à la phase de récupération, les β-bloquants
77
n’améliorent pas la dysfonction contractile (Soei et al., 1994). Au contraire, du fait de ses
propriétés inotropes négatives, l’aténolol aggrave la sidération si ce β-bloquant est administré
quand celle-ci est déjà installée (Monnet et al., 2004).
C. Les antagonistes des canaux calciques de type L et T
Les nombreuses propriétés pharmacologiques des antagonistes des canaux calciques
de type L permettent d’expliquer leur efficacité dans la protection vis-à-vis de la sidération
myocardique. En atténuant le stress ischémique donnant naissance à la sidération, ils en
diminuent l’intensité. Cet effet anti-ischémique est dû pour une large part à leurs propriétés
vasodilatatrices. Outre leurs effets anti-ischémiques préventifs, les antagonistes calciques
permettent de lutter contre l’entrée massive de Ca2+ dans les cardiomyocytes et présentent
également des propriétés anti-radicalaires (Koller et al., 1989; Weglicki et al., 1990).
L’interprétation des résultats obtenus sur les modèles in vivo est compliquée par la
prise en compte des effets hémodynamiques propres des antagonistes calciques. La baisse de
la pression artérielle engendrée par ces substances diminue les conditions de charge du
myocarde et donc la MVO2. Cependant, lorsque l’on contrôle la pression artérielle au moyen
d’un ballon intra-aortique, l’administration de nisoldipine améliore la contractilité régionale
post-ischémique, démontrant une action cardioprotectrice directe des antagonistes calciques
sur les myocytes ischémiés (Ehring et al., 1992). Cette action cardioprotectrice pourrait être
aussi expliquée par l’action bradycardisante modérée de la substance.
L’hypothèse d’une action vasodilatatrice coronaire a également été avancée pour
expliquer les effets bénéfiques des antagonistes calciques. La plupart des études réalisées
n’ont pas mis en évidence d’augmentation des débits sanguins collatéraux (Ehring et al.,
1992; Matsuzaki et al., 1984), mais il a été proposé que l’amélioration de la fonction
contractile puisse résulter du « phénomène de Gregg » c’est-à-dire qu’elle soit consécutive à
l’augmentation des débits sanguins lors de la reperfusion (Przyklenk et al., 1987). Cependant,
l’utilisation des antagonistes calciques à des doses qui ne modifient pas le débit sanguin
coronaire montre que ces substances sont encore cardioprotectrices (Lamping et al., 1985;
Taylor et al., 1990).
Comme celle des β-bloquants, la capacité des antagonistes calciques des canaux L à
réduire la sidération myocardique dépend de la période à laquelle leur administration a lieu.
78
Administrés juste avant la reperfusion, les antagonistes calciques réduisent la dysfonction
contractile par leurs propriétés anti-radicalaires et s’opposent à la surcharge calcique. Lorsque
l’administration couvre la période ischémique, les modifications hémodynamiques se
surajoutent à leurs propriétés anti-ischémiques. En revanche, lorsque la sidération est déjà
installée, les antagonistes calciques sont inefficaces, voire même délétères à cause de leurs
actions inotrope négative et hypotensive (Ehring et al., 1992).
Enfin, le mibéfradil, antagoniste mixte des canaux calciques L et T atténue l’intensité
de la sidération myocardique provoquée par une ischémie d’exercice chez le chien éveillé
seulement s’il est administré avant l’exercice musculaire, c’est-à-dire s’il exerce un effet antiischémique préventif (Parent de Curzon et al., 2000).
D. Les inhibiteurs sélectifs du canal If
Les inhibiteurs sélectifs du canal If localisé au niveau du nœud sino-auriculaire sont
des molécules originales qui inhibent de manière spécifique le canal If des cellules
« pacemaker » du nœud sino-auriculaire. L’ivabradine (Procoralan) est la première substance
de cette classe pharmacologique mise au point qui a obtenu l’autorisation de mise sur le
marché en 2005. En effet, la zatébradine, qui la précédait, a montré des effets proarythmogènes, car elle augmentait significativement la durée du potentiel d’action des cellules
du nœud sino-auriculaire et entraînait aussi un allongement de la repolarisation et donc le
risque de torsades de pointe (Thollon et al., 1994). Cet effet délétère est à rapporter au fait que
la zatébradine inhibait non seulement le courant If mais également le courant Ik (Bois et al.,
1996). L’ivabradine, inhibiteur parfaitement sélectif du courant If, est dénué de ces
inconvénients (Bois et al., 1996; Thollon et al., 1994).
Le mode d’action de ces substances a été bien précisé, en particulier pour l’ivabradine
qui bloque le canal If de façon très sélective, entraînant ainsi une diminution de la pente de
dépolarisation diastolique lente, et donc une bradycardie dose-dépendante (Thollon et al.,
1994). L’ouverture du canal If est modulée par l’AMPc; or, tout ce qui contribue à augmenter
l’AMPc (augmentation du tonus sympathique) va accroître l’ouverture de ce canal If et, à
l’inverse, tout ce qui concourt à diminuer l’AMPc (augmentation du tonus parasympathique)
va tendre à le fermer. Dans ce contexte, le système nerveux autonome joue un rôle dans la
réactivité du courant If. Toutefois la diminution de la fréquence cardiaque par l’ivabradine est
indépendante du système parasympathique comme l’ont confirmé des études de liaison
79
(Vilaine et al., 2003). Ce mode d’action pharmacologique confère aux inhibiteurs de ce canal
un pouvoir bradycardisant sélectif sans modifier de façon intrinsèque la pression artérielle,
l’inotropisme ou la vasomotricité coronaire (Gardiner et al., 1995; Simon et al., 1995).
L’ivabradine n’exerce pas d’effet propre sur la relaxation ventriculaire gauche, contrairement
aux β-bloquants qui exercent des effets lusitropes négatifs (Colin et al., 2002). Enfin, Monnet
et al. (2001) ont montré que l’effet anti-ischémique de l’ivabradine était responsable d’une
diminution significative de l’intensité et de la sévérité de la sidération myocardique. De plus,
administrée à la reperfusion, l’ivabradine atténue la sidération myocardique. Cet effet
bénéfique est uniquement dû à la réduction de la fréquence cardiaque engendrée par cette
substance. A contrario, pour une même réduction de la fréquence cardiaque, l’aténolol
aggrave la sidération à cause de ses effets inotropes et lusitropes négatifs (Monnet et al.,
2004).
E. Les agonistes des canaux potassiques ATP dépendants
L’ouverture des canaux potassiques ATP-dépendants est fonction de la teneur
intracellulaire en ATP. Toute diminution d’ATP active ces canaux présents au niveau de
nombreux tissus dont les cellules musculaires lisses vasculaires et les cardiomyocytes. Il en
résulte une hyperpolarisation cellulaire qui diminue l’influx calcique via les canaux calciques
dépendants du potentiel. Les agonistes potassiques réduisent donc la surcharge calcique du
myocarde ischémique. Au niveau des artères coronaires, l’administration d’agonistes des
canaux potassiques ATP-dépendants induit une vasodilatation et accroît les débits sanguins
régionaux (Ghaleh et al., 1995). Du fait de ces effets sur l’ischémie initiale et sur la surcharge
calcique, on conçoit que ces substances puissent présenter une action bénéfique sur la
sidération myocardique. Les premiers résultats positifs obtenus avec les agonistes des canaux
potassiques ATP-dépendants ont été décrits avec le nicorandil dans les modèles d’occlusionreperfusion (Gross et al., 1986). L’utilisation d’agonistes sélectifs des canaux potassiques
ATP-dépendants (cromakalim, bimakalim) a confirmé leur action bénéfique sur la sidération
myocardique (Auchampach et al., 1992a; Auchampach et al., 1992b) alors que le
glibenclamide antagonise ces effets. De même, l’ouverture des canaux potassiques ATPdépendants est aussi à l’origine de l’amélioration de la fonction contractile du myocarde
sidéré sous isoflurane (Kersten et al., 1996).
80
Le mécanisme intime de cette protection n’est pas totalement connu. En diminuant la
surcharge calcique lors de l’ischémie, les agonistes potassiques protègent la cellule de la
sidération. L’amélioration des conditions de charges du ventricule gauche peut aussi avoir un
effet favorable. Quoiqu’il en soit, ces substances ne sont efficaces que si leur administration
survient préventivement avant l’épisode ischémique et perdent tout effet bénéfique lorsque la
sidération est déjà en place (Auchampach et al., 1992b).
F. Les inhibiteurs des pompes Na+/H+ et Na+/Ca2+
Comme nous l’avons vu, l’activation de la pompe Na+/H+ participe à la surcharge
calcique qui constitue l’un des principaux phénomènes à l’origine de la sidération
myocardique. La cascade d’échanges ioniques initiée par l’acidose a conduit à envisager le
blocage de la pompe Na+/H+ comme un moyen pharmacologique de limiter les conséquences
de l’ischémie myocardique.
Dans un modèle d’occlusion-reperfusion coronaire, les inhibiteurs de la pompe Na+/H+
réduisent la dysfonction contractile initiale et permettent une récupération plus rapide de la
contractilité régionale (Sack et al., 1994). A contrario, dans un modèle où l’ischémie est
induite par un exercice musculaire en présence d’une sténose coronaire, ces inhibiteurs sont
inefficaces et ne parviennent pas à prévenir la sidération myocardique (Parent de Curzon et
al., 1998). Il est probable qu’en maintenant un certain niveau de débit sanguin myocardique
au cours de l’ischémie secondairement à la sténose, le renouvellement des couples tampons
soit favorisé et que l’acidose soit réduite.
Tout récemment, la pharmacologie s’est également tournée vers l’inhibition de
l’échangeur Na+/Ca2+ pour limiter la surcharge calcique. Encore débutante, la pharmacologie
de cet échangeur a pourtant montré que deux agents inhibant cet échangeur le KB-R7943 et le
SEA 0400 (Takahashi et al., 2004; Yoshitomi et al., 2005) offrent une amélioration
significative du raccourcissement segmentaire de chiens anesthésiés soumis à une occlusion
coronaire de 15 min de l’artère coronaire interventriculaire antérieure suivie de reperfusion.
Pour être efficace vis-à-vis de la sidération myocardique, ces deux substances doivent être
administrées au plus tard 1 min (SEA 0400) ou 15 min avant l’occlusion (KB-R7943). Bien
que touchant un échangeur ubiquitaire, ces deux substances présentent l’avantage de
n’entraîner aucun effet hémodynamique systémique ou coronaire (Takahashi et al., 2004;
Yoshitomi et al., 2005).
81
G. Les sensibilisateurs du Ca2+
Comme nous l’avons vu, un des mécanismes cellulaire responsable de la sidération
myocardique est la diminution de la sensibilité des myofibrilles de l’appareil contractile au
Ca2+ et plusieurs auteurs ont étudié les effets des agents pharmacologiques « resensibilisants »
ce système. Bien des années avant l’émergence de l’utilisation de ce type de substances chez
l’homme, Soei et al. (1994) ont ainsi démontré, sur un modèle de sidération myocardique
induite par deux séquences d’occlusion coronaire de 10 min chez le porc, que le EMD 60263
administré dès la fin de l’occlusion entraînait une amélioration significative de la contractilité
régionale de la zone sidérée. La MVO2 de cette zone n’était pas modifiée simultanément,
c’est-à-dire que l’efficience mécanique du myocarde sidéré était améliorée par le
sensibilisateur au Ca2+. Quelques années plus tard, des auteurs de la même équipe ont montré
qu’un autre sensibilisateur au Ca2+, le EMD 57033 restaurait la fonction contractile du
myocarde sidéré dans les mêmes conditions et améliorait également la fonction diastolique
étudiée par l’élastance pariétale et la constante de relaxation τ (de Zeeuw et al., 2000a; de
Zeeuw et al., 2000b). Cet effet n’était pas modifié si on assurait simultanément un blocage
des récepteurs adrénergiques, ce qui excluait un effet inhibiteur des phosphodiéstérases
également attribué à ce type de substances.
Aujourd’hui le chef de file de cette classe pharmaceutique, le levosimendan, fait partie
de la prise en charge de la sidération myocardique participant à l’insuffisance cardiaque aiguë
(De Luca et al., 2006).
H. Les inhibiteurs du système rénine-angiotensine
L’activité de l’enzyme de conversion de l’angiotensine est accrue lors d’une occlusion
coronaire, induisant une augmentation de la production d’angiotensine II et de la dégradation
de la bradykinine. L’angiotensine II est un puissant vasoconstricteur et possède des propriétés
inotropes positives. La bradykinine stimule, quant à elle, la production de la prostacycline et
du NO. Ainsi, le blocage de l’enzyme de conversion de l’angiotensine I pourrait réduire la
sidération en atténuant préventivement le stress ischémique préalable. De plus, les inhibiteurs
de l’enzyme de conversion de l’angiotensine (IEC) pourraient exercer sur le ventricule gauche
sidéré des effets hémodynamiques et neuro-hormonaux bénéfiques identiques à ceux qui leur
sont connus vis à vis des cardiopathies dilatées.
82
Peu d’études ont cependant été consacrées à la description de l’effet des IEC sur la
sidération myocardique. Le captopril améliore la contractilité et la pression développée par le
cœur dans un modèle où la sidération est provoquée sur le cœur de rat isolé perfusé soumis à
15 min d’ischémie (De Graeff et al., 1986). Dans un modèle d’occlusion-reperfusion in vivo,
l’administration d’enalapril au moment de la reperfusion réduit de plus de 30% l’intensité de
la sidération myocardique (Przyklenk et al., 1987). Ehring et al. (1994) retrouvent des
résultats similaires et les attribuent aux effets des IEC sur la cascade signalétique de la
bradykinine. Enfin, une étude a démontré la capacité d’un inhibiteur des récepteurs AT1 de
l’angiotensine II à protéger le myocarde contre la sidération myocardique (Dorge et al.,
1999).
I. L’adénosine
L’adénosine, métabolite ultime de la dégradation de l’ATP, joue un rôle important lors
de l’ischémie myocardique au cours de laquelle elle est libérée dans le milieu interstitiel.
L’adénosine possède des propriétés pharmacologiques qui peuvent potentiellement concourir
à lutter contre l’ischémie et la dysfonction contractile qui en résulte (Forman et al., 1991).
L’administration d’adénosine exogène induit une vasodilatation, une stimulation de la
glycolyse et de la lipolyse ainsi qu’une stimulation de la synthèse d’ATP.
L’augmentation des concentrations d’adénosine endogènes par l’administration
intracoronaire d’un inhibiteur de l’adénosine-désaminase exerce une action protectrice vis-àvis de la sidération myocardique consécutive à une occlusion coronaire chez le chien
anesthésié (Zughaib et al., 1993). L’administration d’un agoniste des récepteurs A3 de
l’adénosine atténue aussi la sidération myocardique dans un modèle de cœur isolé de cobaye
(Gardner et al., 2004). Cependant, lorsque l’adénosine est administrée au moment de la
reperfusion, aucune protection n’est observée.
J. Les inhibiteurs de l’HMG CoA réductase
Les statines sont des inhibiteurs compétitifs de la 3-hydroxy-méthylglutaryl coenzyme
A (HMG CoA) réductase et réduisent la formation d’acide mévalonique qui est un précurseur
du cholesterol et de l’ubiquinone. L’ubiquinone est un élément important du métabolisme
énergétique puisqu’il participe au transport d’électrons au cours de la phosphorylation
oxydative (Satoh et al., 1995). Ceci explique pourquoi l’administration chronique de
83
simvastatine diminue le niveau intracardiaque de coenzyme Q10 et la genèse mitochondriale
d’ATP. L’administration de lovastatine est susceptible d’induire une dysfonction contractile et
une diminution des taux intracardiaques d’ubiquinone chez le chien et chez l’homme (Folkers
et al., 1990). Ichihara et al. (1993) ont démontré que l’administration chronique de
simvastatine aggravait la dysfonction contractile lors d’une sidération provoquée par
occlusion coronaire chez le chien. Ces données étaient confirmées par les mêmes auteurs
après l’administration d’atorvastatine, de fluvastatine et de cerivastatine, trois autres
inhibiteurs hydrophobes de l’HMG CoA réductase. En revanche, ces effets délétères n’ont pas
été observés avec la pravastatine, un inhibiteur hydrophile qui n’entre pas dans les
cardiomyocytes. L’administration chronique (3 semaines de pré-traitement) de pravastatine
n’affecte pas la sidération myocardique chez des chiens soumis à 15 min d’occlusionreperfusion coronaire. En revanche, la simvastatine (3 semaines de pré-traitement) majore
fortement la dysfonction contractile post-ischémique et les niveaux d’ATP sont
significativement réduits par rapport à ceux des animaux témoins (Ichihara et al., 1993). La
simvastatine, contrairement à la pravastatine n’est pas sélective de l’hépatocyte et affecte la
synthèse des stérols dans l’ensemble de l’organisme. Son effet délétère sur la dysfonction
contractile post-ischémique pourrait être attribué à la diminution de synthèse d’ubiquinone qui
altère l’énergie cellulaire.
II. Le préconditionnement tardif : une voie de protection endogène
A. Définition
Le préconditionnement ischémique se définit comme l'induction par un stress ischémique
sub-létal d'un état de tolérance du myocarde vis-à-vis d'un nouvel épisode ischémique.
La première description de ce phénomène remonte à 1986, quand Murry et al. décrivent
la réduction de la taille d'infarctus de chiens lorsque de brèves occlusions coronaires non
nécrosantes sont réalisées juste avant l’occlusion coronaire de longue durée à l’origine d’un
infarctus, comme l’illustre la Figure 18 A. Ces auteurs ont ainsi mis en évidence la capacité
du myocarde à développer des mécanismes de cardioprotection endogène : le
préconditionnement.
84
Occ 40’
Groupe
Témoin
Zone infarcie en pourcentage de
l'aire à risque
Groupe
Préconditionné
précoce
5’ 5’ 5’ 5’ 5’ 5’ 5’ 5’
Occ 40’
40
30
20
*
10
0
Groupe Témoin
Groupe Préconditionné
précoce
Figure 18 A : Description princeps du préconditionnement d’après Murry et
al., (1984). Occ : Occlusion coronaire * : p<0,05 vs Témoin.
Depuis 1993, les travaux menés ont permis de démontrer que le préconditionnement est
en fait un phénomène biphasique : une cardioprotection précoce qui s'installe en quelques
minutes après le stress ischémique initial et qui dure 2 à 3 heures, le préconditionnement
précoce. Une cardioprotection tardive peut se révèler 24h après le stress ischémique initial et
persister 3 à 4 jours, le préconditionnement tardif (Kuzuya et al., 1993; Marber et al., 1993).
En effet comme l’illustre la Figure 18 B, de manière similaire au préconditionnement précoce,
4 cycles d’occlusion et de reperfusion de 5 min peuvent significativement réduire la taille
d’un infarctus survenant 24h plus tard (Kuzuya et al., 1993). La même année, Marber et al.
(1993) démontrent qu’un stress hyperthermique réalisé chez des lapins réduit également la
taille de l’infarctus survenant 24h plus tard.
85
Occ 90’
Groupe
Témoin
Groupe
Préconditionné
tardif
5’ 5’ 5’ 5’ 5’ 5’ 5’ 5’
Occ 90’
24h
Zone infarcie en pourcentage de
l'aire à risque
50
40
30
*
20
10
0
Groupe Témoin
Groupe Préconditionné
tardif
Figure 18 B: Description princeps du préconditionnement ischémique tardif
d’après Kuzuya et al., (1993). Occ : Occlusion coronaire * : p<0,05 vs
Témoin.
86
S’il est maintenant clairement démontré qu’il est possible de préconditionner le
cœur contre l’infarctus et la dysfonction endothéliale (Richard et al., 1994), la sidération
myocardique ne peut pas être réduite par un préconditionnement précoce (Ovize et al., 1992).
Seul le préconditionnement tardif réduit l’intensité d’une dysfonction contractile postischémique (Sun et al., 1995). En effet, comme l’illustre la Figure 19, la dysfonction
contractile consécutive à la reperfusion d’une occlusion coronaire de 10min (J1) survenant
24h après une première occlusion de 10min est moins prolongée et moins importante que
% variation de l'épaississement systolique
celle survenant après la première occlusion coronaire de 10min (J0).
0
-20
*
*
*
* *
* *
*
* * *
-40
-60
J0
J1
-80
-100
Base Occ 5' 10' 15' 20' 30' 45' 1h
2h 3h 4h 5h 6h
Figure 19 : Variations (%) de l’épaississement systolique de la zone ischémique
mesurées à l’état de base au cours de l’occlusion de l’artère coronaire circonflexe
(Occ) et des 6 premières heures de la reperfusion à J0 et à J1. (n=7). * : p<0,05 vs J0.
87
B. Pluralité du préconditionnement tardif
L'optique d'une exploitation thérapeutique du préconditionnement l'a placé au centre de
nombreuses recherches. Ces travaux ont permis d'identifier des stimuli non ischémiques
permettant de mimer le préconditionnement. Parmi ceux-ci, on distingue d'une part des
stimuli non pharmacologiques comme le stress thermique (Currie et al., 1988), l'entraînement
électro-systolique rapide (Kaszala et al., 1996), l'exercice (Yamashita et al., 1999), divers
agents tels que les endotoxines (Brown et al., 1989), l'interleukine 1 (Brown et al., 1992), le
tumor necrosis factor-α (TNF-α) (Nelson et al., 1995) et les radicaux libres oxygénés (Sun et
al., 1996). Et d'autre part, les stimuli pharmacologiques, tels que les donneurs de monoxyde
d'azote (NO) (Takano et al., 1998), les agonistes des récepteurs A1 et A3 de l'adénosine
(Baxter et al., 1994), les dérivés des endotoxines tels que le monophosphoryl lipide A (MLA)
(Yao et al., 1993) et les agonistes du récepteur δ aux opiacés (Guo et al., 2005) ont montré
leur aptitude à induire un préconditionnement tardif.
Le préconditionnement tardif est susceptible de protéger le cœur vis-à-vis de l’infarctus,
de la sidération, des arythmies et de la dysfonction endothéliale, mais les différents stimuli
protègent inégalement contre l’un ou l’autre des aspects de l’ischémie, comme le montre le
Tableau III.
Tableau III : Stimuli préconditionnant et cardioprotection tardive.
Protège contre
Stimulus
Sidération
Arythmies
Infarctus
Dysfonction
endothéliale
Préconditionnement non-pharmacologique
Ischémie
Choc thermique
Entraînement électro-systolique rapide
Exercice
Endotoxine
Cytokines
Solutions génératrices de radicaux libres
+
?
+
?
?
?
+
+
+
?
?
?
?
+
+
+
+
+
+
?
+
?
?
?
?
?
?
Préconditionnement pharmacologique
Donneurs de NO
Agonistes des récepteurs de l'adénosine
Monophosphoryl lipid A et analoques
Agonistes des récepteurs aux opiacés
+
+
?
?
+
+
+
+
+
+
+
?
+
?
88
C. Les mécanismes du préconditionnement tardif
Comme l'illustre la Figure 20, le préconditionnement tardif résulte d'une conjugaison
d'événements cellulaires complexes, qu'il est possible de diviser en trois grands groupes : (1)
la mise en jeu au cours du premier épisode ischémique de molécules initiant le développement
de cette cardioprotection endogène, les initiateurs de préconditionnement, (2) les voies de
signalisation activées par les initiateurs du préconditionnement et (3) aboutissant à l'activation
des éléments responsables de la protection vis-à-vis du second épisode ischémique survenant
24h à 72h plus tard : les médiateurs du préconditionnement.
1. Les initiateurs du préconditionnement tardif
L'ischémie myocardique brève et la reperfusion qui lui succède provoquent de profondes
modifications du métabolisme cellulaire à l'origine de la mise en jeu d'une grande variété de
systèmes. Parmi ceux-ci, l'adénosine, les radicaux libres et le NO sont des initiateurs
essentiels du développement du préconditionnement tardif.
a) L'adénosine
L'ischémie du myocarde provoque la libération par celui-ci d'adénosine (Vrobel et al.,
1982), qui à son tour active ses récepteurs A1 et A3. Cette stimulation est nécessaire à la mise
en place de la cardioprotection tardive vis-à-vis de l'infarctus mais pas vis-à-vis de la
sidération, suggérant l'existence d'un mécanisme spécifique du préconditionnement tardif visà-vis de l'infarctus initié par l'adénosine et qui met en jeu, comme nous le verrons plus tard,
les canaux potassiques ATP-dépendant (KATP) (Auchampach et al., 1997; Baxter et al., 1994;
Guo et al., 2001; Maldonado et al., 1997).
b) Le monoxyde d'azote
Bolli et al. (1997 a et b) ont constaté que l'administration de Nω-nitro-L-arginine (L-NA),
inhibiteur non spécifique des 3 isoformes de la NOS, (nNOS, eNOS et l'isoforme inductible
de la NOS [iNOS]), avant le stimulus ischémique préconditionnant abolit la cardioprotection
vis-à-vis de la sidération. Une étude similaire a étendu cette observation au
89
préconditionnement tardif ischémique vis-à-vis de l'infarctus (Qiu et al., 1997). En effet, la
première ischémie à l'origine du préconditionnement tardif, provoque l'activation de la eNOS,
qui produit alors une grande quantité de NO qui joue ainsi un rôle initiateur central dans le
préconditionnement (Bolli, 2000; Dawn et al., 2002; Takano et al., 1998). Le NO, ainsi
formé, assure l'activation des voies de signalisation du préconditionnement tardif en mettant
en jeu la formation d'espèces radicalaires oxygénées. Il est donc possible d’initier
pharmacologiquement le préconditionnement tardif chez l’Homme en administrant du NO
exogène (Leesar et al., 2001). De manière réciproque il est impossible de préconditionner des
souris déficientes (« knock out ») pour le gène de la iNOS (Guo et al., 1999).
c) Les radicaux libres oxygénés
Les radicaux libres sont des entités reconnues de la physiopathologie de l'ischémie. Ils
résultent en grande partie de la dysfonction des chaînes respiratoires de la mitochondrie lors
de la privation d'oxygène. Ils proviennent également des voies métaboliques dérivant du NO.
Pourtant
le
rôle
essentiel
des
radicaux
libres
oxygénés
dans
l'acquisition
du
préconditionnement a été démontré. En effet, l’administration de piégeurs des radicaux libres
lors de l’initiation du préconditionnement prévient la mise en place de la cardioprotection
(Sun et al., 1996; Tang et al., 2002; Yamashita et al., 1998). Cependant le mécanisme d'action
cardioprotecteur des radicaux libres dans le cadre du préconditionnement reste inconnu à
l'heure actuelle. En effet, il reste à déterminer s'ils ne sont qu'une branche du mécanisme du
NO aboutissant à la genèse d'ions peroxynitrites (ONOO-) ou si les radicaux libres oxygénés
participent à l'activation des médiateurs via des voies distinctes de celle du NO.
d) La bradykinine
La bradykinine est un médiateur bénéfique reconnu dans l’insuffisance cardiaque
(Tonduangu et al., 2004). Comparativement, son rôle dans l’ischémie est moins étudié.
L’administration de bradykinine offre une cardioprotection tardive au rat vis-à-vis de
l’infarctus (Ebrahim et al., 2001) et cette réduction de la taille d’infarctus passe par le
récepteur B2 à la bradykinine puisque l’icatibant abolit cet effet (Kositprapa et al., 2001).
Cette cardioprotection par la bradykinine est pour certains auteurs à l’origine du
préconditionnement tardif offert par les inhibiteurs de l’enzyme de conversion (Baxter et al.,
2002).
90
e) Les agonistes adrénergiques
L’administration de phényléphrine ou de noradrénaline engendre une cardioprotection
tardive vis-à-vis de l’infarctus du myocarde (Baghelai et al., 1999b; Meng et al., 1996a). Ce
préconditionnement met en jeu les récepteurs α1-adrénergique et nécessite la synthèse de
protéines dont la HSP 70 (Baghelai et al., 1999a; Meng et al., 1996a; Meng et al., 1996b).
L’administration de noradrénaline est aussi capable de protéger tardivement contre la
sidération myocardique mais ce bénéfice est terni par l’effet pro-arythmogène de la
noradrénaline (Marktanner et al., 2003).
f) Les récepteurs aux opiacés
L’administration
d’agonistes
des
récepteurs
delta-1
aux
opiacés
offre
une
cardioprotection tardive au rat vis-à-vis de l’infarctus et l’administration d’antagoniste de ces
récepteurs abolit cette cardioprotection (Bolli, 2000; Bolli et al., 2002; Guo et al., 2005; Stein
et al., 2004). Il semble que la stimulation de ces récepteurs participe à la signalisation qui
aboutit à la surexpression de la cyclo-oxygénase 2 (COX 2) (Bolli et al., 2002).
2. Les voies de signalisation
Les initiateurs du préconditionnement tardif assurent la mise en place des médiateurs au
moyen de voies de signalisation complexes au sein desquelles les Protéines Kinases C (PKC)
et les Phospho-Tyrosine Kinase (PTK) jouent un rôle essentiel.
91
PRECONDITIONNEMENT
PHARMACOLOGIQUE
STRESS
CELLULAIRE
(donneur de NO, agonistes des
récepteurs A1 ou A3 de l ’adénosine)
(endotoxines,
cytokines,
radicaux libres oxygénés,
ischémie subléthale, stress
thermique,
entraînement
électro-systolique, exercice)
JOUR 0
INITIATEURS
• Adénosine
• NO (eNOS)
• Radicaux libres
ACTIVATION DES
KINASES
• PKC (isoforme ε)
• PTKs (Src/Lck)
• MAPKs
ACTIVATION DES
FACTEURS DE
TRANSCRIPTIONS
• NF-κB
TRANSCRIPTION DE
GENES
JOUR 1-3
MEDIATEURS
KATP
• iNOS
• COX-2 (PGE2/PGI2)
• Mn SOD
• HSPs?
REGULATION
POST-TRADUCTIONNELLE
PROTECTION
• PTKs (Src/Lck)
• MAPKs
Figure 20 : Représentation schématique des mécanismes du préconditionnement tardif. Les
stimuli pharmacologiques ou non mettent en jeu des initiateurs du préconditionnement qui
activent des kinases. Ces dernières activent les facteurs de transcription qui promeuvent la
transcription de gènes codant pour des protéines cardioprotectrices permettant de médier la
cardioprotection. (NO : monoxyde d’azote; PKC : protéine kinase C ; PTK : phospho
tyrosine kinase ; MAPKs : Mitogen Activated Protéines Kinases ; COX-2 : cyclooxygénase 2
; PGE2 : Prostaglandine E2 ; PGI2 : Prostacycline ; Mn SOD : superoxide dismutase ; HSP :
heat shock protéine, protéines chaperonnes ; KATP : Canaux potassiques ATP-dépendants).
92
a) Les Protéines Kinases C
Au cours de l'ischémie préconditionnante, la première vague de NO résultant de
l'activation de l'isoforme eNOS et l'intervention de radicaux libres provoquent la translocation
et activation sélective de PKC ε. Cette activation est sélective et n’affecte pas les autres
isoformes de PKC (Baxter et al., 1995; Ping et al., 1999a; Ping et al., 1999b; Ping et al.,
1997; Ping et al., 1999c; Qiu et al., 1998). L'activation de PKC ε par le NO et les radicaux
libres peut passer soit par oxydation directe soit par activation des phospholipases (Qiu et al.,
1998). L'activation de PKC ε est alors la première étape d'une longue et complexe voie de
signalisation.
b) Les Protéines Tyrosine Kinases
La multitude des proteines tyrosine kinase (PTK) identifiées (>1000) font de l'évaluation
de leur participation au préconditionnement tardif une tâche gigantesque à peine ébauchée.
Les travaux menés jusqu'à présent ont porté leur attention sur la famille de Src PTK (Dawn et
al., 1999; Imagawa et al., 1997). Le préconditionnement tardif active via la PKC ε deux
protéines de cette famille, les Src et Lck (Ping et al., 1999c).
Xuan et al. (2001), ont montré que l’activation des Janus Kinases (JAK) 1 et 2 étaient
indispensables à la mise en place du préconditionnement tardif. Elles participent à la
signalisation du préconditionnement tardif en phosphorylant les facteurs de transcription
comme STAT 1 et 3 (signal transducers and activators of transcription).
c) Les Mitogen Activated Protéines Kinases
Les Mitogen Activated Protéines Kinases (MAPKs) sont une autre cible de PKC. Les
MAPKs participent de deux façons au préconditionnement tardif.
D’une part elles intègrent la signalisation du préconditionnement tardif (Ping et al.,
1999a; Ping et al., 1999b; Ping et al., 1999c; Weinbrenner et al., 1997) : après avoir été
activées par PKC ε, Raf 1 phosphoryle la MAPK/extracellular signal-regulated kinase kinase
93
(MEK 1/2), cette dernière activant p44/42 MAPKs. Cette cascade d’activation aboutit à la
sérine phophorylation de STAT 1 et 3 (Xuan et al., 2005).
D'autre part, elles sont un médiateur indispensable du préconditionnement tardif (Dawn et
al., 1999). En effet l'activation et la co-localisation de la PKC ε et des MAPKs sur la
mitochondrie réduisent l’augmentation de la perméabilité des pores de transition
mitochondriale lors de l’ischémie (Baines et al., 2003; Baines et al., 2002).
d) Les facteurs de transcription
Le recrutement par les initiateurs du préconditionnement tardif des PKC ε et Src PTK
conduit à l'activation de IκKa et IκKb, sérine thréonine kinases qui phosphorylent Iκ-Bα,
sous unité inhibitrice de NF-κB. Cette phosphorylation libère NF-κB qui migre vers le noyau
(Li et al., 2000; Xuan et al., 1999) où il induit l'expression des gènes codant pour iNOS, la
cyclooxygénase COX-2 et l'aldose réductase, tous médiateurs du préconditionnement tardif.
L’activation de ces gènes est également assurée par STAT 1 et 3 lors du
préconditionnement tardif (Xuan et al., 2001). Ces facteurs de transcription sont activés par
les JAK 1 et 2 qui phosphorylent d’autres protéines sur le résidu tyrosine. En parallèle
l’activation de PKC ε aboutit à la sérine phosphorylation de STAT 1 et 3 via une signalisation
Raf1-MEK-1/2-p44/42 MAPK (Xuan et al., 2005). Ces deux phosphorylations sont
nécessaires pour que STAT 1 et 3 soient activés et se fixent au site interferon-γ activation site
(GAS) du site du gène COX-2 (Xuan et al., 2005).
e) La voie des PI3K/Akt
Parmi les initiateurs du préconditionnement tardif, nombreux sont ceux qui activent la
voie de PI3K/Akt comme l’adénosine ou la bradykinine (Alloatti et al., 2004). Bien que les
origines de l’activation de cette voie ne soient pas clairement établies, il a été démontré
qu’elle participait à la signalisation du préconditionnement tardif puisque l’administration de
wortmanine, un inhibiteur de la PI3K et donc de la phosphorylation d’Akt abolit la
cardioprotection (Ahmad et al., 2006; Wang et al., 2004a).
94
3. Les Médiateurs
Le préconditionnement tardif implique une élévation des synthèses protéiques du
myocarde puisqu’il est totalement inhibé par les agents cytostatiques (Stein et al., 2004).
Ainsi le délai d'installation (24h) et la durée (3 à 4 jours) du préconditionnement tardif
correspondraient respectivement au temps de synthèse et de dégradation de protéines pouvant
intervenir dans la cardioprotection. Certaines de ces protéines médiatrices ont été identifiées.
On peut citer l'iNOS, la COX-2, l'aldose réductase, les enzymes antioxydantes ou les
protéines chaperonnes (Heat Shock Proteins, HSP).
a) Les NO synthases et la cyclooxygénase-2
La transcription puis la traduction de l'isoforme iNOS est à l'origine d'une seconde vague
de production de NO qui intervient 24h après le stimulus préconditionnant et qui persiste 3 à 4
jours (Bolli et al., 1997a; Guo et al., 1999; Takano et al., 1998; Wang et al., 2002). Cet afflux
tardif de NO médie la protection du myocarde et participe à l'induction de la COX-2 (Voigt et
al., 2003b). Les deux enzymes forment un complexe indispensable pour la production des
prostaglandines cardioprotectrices I2 et/ou E2 (PGI2 et/ou PGE2) (Shinmura et al., 2000; Xuan
et al., 2003).
La durée de la cardioprotection offerte par le préconditionnement tardif (24 à 72h) semble
reposer en partie sur une cinétique d’évolution différentielle des isoformes de la NOS mis en
jeu : 24h après le stimulus préconditionnant, l’ARNm de la iNOS est augmenté et la
cardioprotection est inhibée par le S-méthylisothiourée, un inhibiteur spécifique de la iNOS,
ce qui démontre la médiation du préconditionnement tardif par la iNOS (Wang et al., 2004b).
A contrario, ceci ne s’observe plus 48h à 72h après le stimulus préconditionnement. A ce
moment, l’ARNm de la nNOS est augmentée et la cardioprotection est inhibée par le Npropyl-l-arginine et le S-ethyl N-[4-(trifluoromethyl)phenyl]isothiourée, deux inhibiteurs
spécifiques de la nNOS (Wang et al., 2004b). Ces résultats démontrent que la
cardioprotection est d’abord médiée par la iNOS puis par la nNOS.
b) L'aldose réductase
L'aldose réductase est le troisième médiateur du préconditionnement tardif (Shinmura et
al., 2000). Son mécanisme cardioprotecteur demeure inconnu mais il pourrait exploiter ses
95
propriétés détoxificatrices des métabolites de la peroxydation des lipides, éléments important
de la physiopathologie des lésions de l'ischémie-reperfusion (Kukreja et al., 1992; Srivastava
et al., 1998).
c) Les enzymes anti-oxydantes
En 1993, des travaux menés chez le chien ont rapporté une élévation de l'expression et de
l'activité de la superoxide dismutase (Mn SOD) 24h après un stress ischémique (Hoshida et
al., 1993). Cette induction suit une cinétique parallèle à la cardioprotection offerte par le
préconditionnement tardif (Kuzuya et al., 1993). A contrario, des études menées sur des porcs
éveillés n'ont pas détecté d'élévation de l'expression ou de l'activité des enzymes
antioxydantes (Mn SOD, Cu-Zn SOD, catalase, gluthation peroxidase) 24h après le stimulus
ischémique alors que les animaux bénéficiaient d'une cardioprotection manifeste. La
médiation du préconditionnement tardif par les enzymes antioxydantes reste donc à ce jour
controversée (Tang et al., 1997; Yamashita et al., 1999; Yamashita et al., 1998 ; Dana et al.,
2000).
d) Les protéines chaperonnes
La participation des HSP à la médiation du préconditionnement tardif est également
discutée. Si le caractère cardioprotecteur de ces protéines est clairement établi (Marber et al.,
1995; Plumier et al., 1995; Radford et al., 1996), il n'a pas été démontré que les
préconditionnements ischémique ou pharmacologiques tardifs induisaient l'expression in vivo
des HSP. Si certains auteurs (Knowlton et al., 1991; Liu et al., 2006) rapportent une élévation
de HSP-70 au sein du myocarde 24h après un stimulus préconditionnant, d’autres ne
constatent aucune modification des HSP lors d’un préconditionnement tardif induit par
l'ischémie ou par le MLA (Yoshida et al., 1996). De plus une étude menée sur le rat soumis à
un préconditionnement ischémique tardif a montré que les élévations de HSP-20 et HSP-27
n'étaient pas corrélées à l'intensité de la cardioprotection vis-à-vis de l'infarctus (Qian et al.,
1999). Cependant sur des cultures de cardiomyocytes, il semble que le préconditionnement
tardif soit associé à une redistribution de HSP-27 de la membrane plasmique vers le cytosol et
à sa phosphorylation (Cumming et al., 1996). Dans la mesure où l'HSP-27 est un substrat de
la Mitogen Activated Protein Kinase p38 (MAPK p38) qui est activée par le
préconditionnement tardif, il est envisageable que des modifications post-transductionnelles
de HSP-27 soient impliquées.
96
e) Les canaux potassiques ATP-dépendants (KATP)
Les études pharmacologiques ont démontré clairement que les KATP sont indispensables
pour la réduction de la taille d'infarctus lors d’un préconditionnement tardif induit par
l'ischémie (Bernardo et al., 1999a), par le stress thermique ou par les agonistes des récepteurs
A1 et A3 de l'adénosine (Bernardo et al., 1999b). La diversité des stimuli activant les KATP
suggère qu'ils sont un élément commun terminal du mécanisme cardioprotecteur de la mort
cellulaire. A l'opposé le préconditionnement tardif vis-à-vis de la sidération ne requiert pas
l'activation des canaux KATP (Negroni et al., 2002; Takano et al., 2000), évoquant l'existence
de deux mécanismes cardioprotecteurs distincts au sein du préconditionnement tardif. De
nombreuses questions persistent sur les KATP car à ce jour les rôles respectifs des KATP
mitochondriaux et cytoplasmiques demeurent indécis ainsi que leur mécanisme d'action.
f) Le pore de transition mitochondrial
Les lésions d’ischémie et de reperfusion induisent des changements de perméabilité du
pore de transition mitochondrial. En effet, l’activation et l’ouverture du pore de transition lors
de la reperfusion provoque entre autres la libération de cytochrome c et entraîne l’apoptose
des cardiomyocytes (Halestrap et al., 1998). Le préconditionnement tardif augmente
l’expression de Bcl 2 qui inhibe l’ouverture du pore de transition. La levée de cette inhibition
abolit la cardioprotection du préconditionnement tardif, ce qui démontre le rôle essentiel du
pore de transition dans ce phénomène (Rajesh et al., 2003).
D. Le préconditionnement en clinique
1. Les situations de préconditionnement
Si plusieurs situations cliniques se rapprochent des expériences de préconditionnement
sur l’animal, il demeure tout de même de nombreuses questions sur les possibiltés de
préconditionnement du myocarde humain, notamment en raison des facteurs confondants qui
entourent chacune de ces situations.
97
a) Le phénomène de « warm-up »
Lors d'une première épreuve d'effort, la douleur arrête les patients angineux à un effort
sous-maximal. Si ceux-ci se reposent et reprennent l'exercice 24 h, 48 h ou 72 h plus tard, ils
présentent une meilleure tolérance à l'effort et une moindre dépression du segment ST lors
d’un effort similaire. Ceci signe une adaptation du myocarde humain à l'ischémie imputable
au préconditionnement tardif (Bilinska et al., 2000).
b) L’angor pré-infarctus
En 1995, Kloner et al. notent que les patients ayant présenté des douleurs angineuses
avant l’infarctus du myocarde présentent une plus petite taille d’infarctus. En effet, les
patients avec un angor pré-infarctus ont une libération de Créatine Kinase moins importante
ce qui signe des infarctus plus petits et leur électrocardiogramme présente une onde Q réduite
(Kloner et al., 1995). Il est envisageable que les ischémies dues à l’angor engendrent un
préconditionnement précoce et/ou tardif qui protège le cœur vis-à-vis de l’ischémie
d’infarctus (Ottani et al., 1995).
Il faut cependant noter que les patients angineux bénéficient d’un meilleur encadrement
thérapeutique et médical du fait de leurs antécédents ischémiques connus. Ils reçoivent plus
rapidement les traitements de thrombolyse et d’angioplastie (Andreotti et al., 1996a;
Andreotti et al., 1996b) et la part imputable au préconditionnement tardif est donc remise en
doute. De plus les ischémies répétées dues à l’angor peuvent stimuler le développement d’une
circulation collatérale. Pour écarter ces facteurs confondants, Noda et al. (1999) ont étudié 25
patients hospitalisés pour infarctus aigu du myocarde qui ne présentaient pas de circulation
collatérale lors de l’angioplastie. Parmi ceux-ci, les 11 patients ayant souffert d’angor dans les
24h à 48h précédents leurs infarctus avaient une taille d’infarctus plus petite évaluée par la
libération de Créatine Kinase. De plus la récupération fonctionnelle évaluée par l’amélioration
de la fraction d’éjection du ventricule gauche dans le mois qui suivait la reperfusion était
significativement corrélée au délai entre le la crise angineuse et l’infarctus. Cette observation
corrobore l’existence d’un préconditionnement tardif chez l’être humain avec une cinétique de
mise en place similaire aux observations expérimentales (Kuzuya et al., 1993). En effet, un
délai de quelques heures entre la crise angineuse et l’infarctus était insuffisant pour la mise en
place d’un préconditionnement tardif et trop long pour proposer un préconditionnement
précoce. Malgré ces résultats plaisants, il reste à souligner que l’angiographie est une méthode
98
très imparfaite pour l’évaluation de la circulation collatérale et son recrutement dans de telles
circonstances ne peut être exclu.
2. L'exploitation clinique du préconditionnement
Les agents pharmacologiques initiateurs de préconditionnement confèrent une
cardioprotection du myocarde. D’une part, l'administration d'adénosine (Cleveland et al.,
1997; Strauer et al., 1996), de bradykinine (Leesar et al., 1999) ou de nicorandil, un activateur
des KATP (Patel et al., 1999; Yasuda et al., 2001), assure un préconditionnement
pharmacologique précoce des patients subissant un pontage aorto-coronaire ou une
angioplastie. D’autre part, l’administration intraveineuse de nitroglycérine 24h avant
l’angioplastie réduit la dysfonction contractile, la douleur et la dépression du segment ST qui
suivent le gonflement du ballonnet (Leesar et al., 2001), témoignant de la mise en place d’un
préconditionnement tardif.
Cependant le préconditionnement présente des limites quant à son utilisation clinique. En
effet il s'est révélé impossible de préconditionner les patients âgés, qui représentent une part
croissante des pathologies cardiaques (Wu et al., 2001). Cette lacune pourrait être la
conséquence d'une baisse d'activité des KATP chez ces patients et il est établi que ces canaux
sont essentiels pour le préconditionnement (Lee et al., 2002).
En dehors de ces situations cliniques bien particulières, l’usage du préconditionnement
tardif est limité par l’impossibilité de prévoir les accidents ischémiques. Face à cette impasse,
le concept de postconditionnement offre une nouvelle alternative.
III. Le postconditionnement
En 2003, Zhao et al. observent sur des chiens anesthésiés à thorax ouvert que
l’adjonction de 3 cycles de reperfusion (30s) et d’ischémie (30s) au décours immédiat d’une
occlusion coronaire de 60 min confère une réduction de la taille d’un infarctus comparable à
celle du préconditionnement précoce (Zhao et al., 2003). Cette observation princeps illustrée
par la Figure 21 ouvre une nouvelle voie de cardioprotection. Les mécanismes mis en jeu
impliqueraient entre autres la voie de PI3K/Akt (Tsang et al., 2004) ainsi qu’une protection
vis-à-vis de l’ouverture du pore de transistion mitochondrial (Argaud et al., 2005).
99
Le bénéfice d’une telle manœuvre s’applique également à la dysfonction endothéliale
(Zhao et al., 2003) ainsi qu’aux arythmies induites par l’ischémie (Galagudza et al., 2004;
Kloner et al., 2006). Cette nouvelle opportunité de cardioprotection est aujourd’hui la plus
prometteuse car il a rapidement été démontré qu’elle permettait de réduire la taille des
infarctus chez les patients subissant une angioplastie lors d’infarctus aigu de myocarde (Staat
et al., 2005).
En revanche, le postconditionnement n’offre aucune cardioprotection vis-à-vis de la
sidération myocardique. En effet sur un modèle de chien éveillé chroniquement implanté nous
avons démontré que l’interruption transitoire et brève de la reperfusion par le
postconditionnement au décours d’une occlusion coronaire de 10 min était sans effet sur la
sidération myocardiaque (Couvreur et al., 2006). Pour parer à une éventuelle spécificité
d’espèce et/ou de préparation (circulation collatérale native chez le chien), nous avons vérifié
que le postconditionnement était inefficace vis-à-vis de la sidération sur un second modèle
expérimental : le lapin anesthésié. Dans ces conditions, le postconditionnement réduisait la
taille d’infarctus mais était sans effet sur la sidération myocardique (Couvreur et al., 2006).
100
Groupe
Témoin
Occ 60’
Reperfusion 3h
3 cycles de
reperfusion 30’’ et
d’Occ 30’’
Groupe
Postconditionné
Zone infarcie en pourcentage de l'aire à risque
Groupe
Préconditionné
5’ 10’
Occ 60’
Reperfusion 3h
Occ 60’
Reperfusion 3h
30
20
*
*
Groupe
Postconditionné
Groupe
Préconditionné
10
0
Groupe Témoin
Figure 21 : Description princeps du postconditionnement d’après Zhao et al.,
(2003). Occ : Occlusion coronaire * : p<0,05 vs Témoin.
101
PARTIE
EXPERIMENTALE
103
Chapitre IV
Objectifs du travail
La contraction du myocarde est un processus fin et complexe et elle est altérée par
l’ischémie. A l’échelle cellulaire, l’ischémie désorganise le couplage excitation-contraction.
Lorsque l’ischémie est de courte de durée, elle n’entraîne pas la mort cellulaire mais le retour
à la normale du couplage excitation-contraction est responsable de la sidération myocardique,
qui à l’échelle du ventricule, se manifeste par une hypokinésie sévère d’une durée plus ou
moins longue mais toujours réversible.
Comme nous l’avons exposé, la contraction du myocarde au cours de la systole est
hétérogène au sein du ventricule gauche et l’éjection du sang dans l’aorte y est la conséquence
d’une cinétique de contraction très organisée. Dans ce travail, nous souhaitions tout d’abord
décrire et analyser les changements de cinétique et d’interaction de la contraction des parois
du ventricule gauche lors de la sidération myocardique. Notre premier objectif était de
répondre à la question : quelle est l’incidence d’une dysfonction contractile localisée sur
l’orchestration de la contraction du ventricule gauche ? Nous nous sommes plus
particulièrement penchée sur l’épaississement postsystolique, son évolution et sa signification
à l’état de base et au cours de la sidération myocardique.
De la partie bibliographique, il ressort également que la sidération myocardique peut
être réduite grâce à différentes stratégies cardioprotectrices. Notre deuxième objectif a donc
été
de
rechercher
si
les
effets
bénéfiques
d’agents
pharmacologiques
ou
le
préconditionnement tardif mettaient en jeu une réorganisation de la contraction du ventricule
sidéré :
⇒
dans un premier temps, nous nous sommes intéressée à deux substances
connues pour leurs propriétés anti-angineuses. Nous avons décrit les effets d’un βbloquant, l’aténolol, et d’un inhibiteur du courant If, l’ivabradine, sur l’épaississement
postsystolique du myocarde sain et du myocarde sidéré ;
104
⇒
dans un second temps, nous avons répété cette démarche pour rechercher si
des adaptations de l’épaississement postsystolique participaient également aux bienfaits
du préconditionnement tardif. Pour nous assurer que nos observations étaient
spécifiques de la cardioprotection et non pas un épiphénomène de l’ischémie, nous
avons également mis au point un modèle non ischémique de préconditionnement tardif.
Nous avons étudié celui-ci en parallèle du préconditionnement ischémique classique.
Finalement, notre troisième objectif a été de rechercher les adaptations moléculaires de
l’appareil contractile cellulaire qui sous-tendaient ces adaptations aux cours du
préconditionnement tardif. Nous avons porté notre attention sur le récepteur de la ryanodine et
les protéines qui l’entourent.
105
Chapitre V
Matériels et Méthodes
I. Le modèle de chien éveillé chroniquement implanté
A. Cadre réglementaire
Ce travail a débuté au sein du Laboratoire de Pharmacologie de la Faculté de
Médecine Paris-Sud (Université de Paris XI), équipe INSERM E 00-01 puis achevé dans
l’Unité Mixte de Recherche Cardiologique INSERM U660 de l’Ecole Nationale Vétérinaire
d’Alfort et de la Faculté de Médecine de Créteil (Université de Paris XII). Ces deux structures
étaient habilitées pour accueillir les travaux présentés dans ce mémoire
Les expériences décrites ci-dessous ont été réalisées en accord avec la législation
française selon les procédures recommandées par le Ministère de l’Agriculture et de la Pêche
(autorisation d’expérimentation A 94-168).
B. Animaux
Ces travaux ont été menés sur des chiens mâles holoxéniques pesant entre 20 à 30 kg
provenant d’un élevage déclaré dans la production de chiens à visée expérimentale.
C. Instrumentation des animaux et paramètres mesurés
Le modèle animal utilisé est singulier car les mesures sont effectuées à l’état éveillé en
l’absence d’agents anesthésiques susceptibles d’interférer avec les phénomènes étudiés. Pour
ce faire, les animaux étaient chroniquement instrumentés : dans un premier temps, les chiens
ont été instrumentés, puis, après un rétablissement post-chirurgical de trois semaines, les
106
animaux ont été étudiés au cours d’une phase « d’expérimentation » à proprement parler, en
l’absence d’agents anesthésiques ou antalgiques.
1. Phase chirurgicale
Les animaux ont subi une intervention chirurgicale dans le respect des règles strictes
d'asepsie. Après une prémédication sédative de xylazine (2 mg/kg, IM), les chiens ont été
anesthésiés avec du pentobarbital (30 mg/kg, IV), puis intubés et ventilés avec un volume
courant de 20 ml/kg et à fréquence respiratoire de 12 cycles/min (respirateur Harvard,
Holliston, MA, USA).
Après curarisation (bromure de pancorunium : 4 mg, IV), les animaux ont subi une
thoracotomie au niveau du cinquième espace intercostal. La réclinaison des lobes pulmonaires
gauches a assuré la visualisation de l'aorte thoracique descendante sur laquelle a été implanté
un cathéter rigide en Tygon (diamètre interne de 1 mm, Bioblock, Illkrich, France) comme
l'illustre la Figure 22. Le péricarde a ensuite été incisé et attaché en plusieurs points à la paroi
thoracique de façon à ce que le cœur soit suspendu sans torsion dans un berceau péricardique.
Un cathéter souple en Silastic (diamètre interne 1 mm, Sedat, Irigny, France) a été inséré dans
l’artère pulmonaire et un second cathéter rigide dans l'oreillette gauche. Un capteur de
pression miniaturisé Königsberg P5A (Königsberg Instrument Inc., Pasadena, CA, USA) a été
implanté dans la cavité du ventricule gauche et fixé à l'apex.
Deux paires de cristaux piézo-électriques servant à la mesure de la contractilité
transmurale des parois ventriculaires gauches antérieure et postérieure ont été implantées de
part et d'autre de la paroi, l'un au niveau de l'endocarde et l'autre au niveau de l'épicarde. Les
cristaux ont été placés l'un en regard de l'autre et leur bon alignement a été vérifié par la
visualisation per-opératoire du signal ultrasonique à l'aide d'un oscilloscope (Hameg
Instruments, Francfort, Allemagne). Enfin deux électrodes de stimulation ont été placées à la
surface du ventricule droit pour permettre l'entraînement électro-systolique externe du cœur.
Sur la partie proximale de l'artère coronaire circonflexe, une bague de mesure de débit
(Transonic Systems Inc., Ithaca, NY, USA) ainsi qu'un ballonnet pneumatique (manufacturé
dans le laboratoire) ont été implantés. Un second ballonnet pneumatique a été implanté autour
de la partie proximale de l’artère coronaire interventriculaire antérieure.
107
Pression aortique
Débit sanguin
coronaire
Cathéter
intracoronaire
Electrodes
(ventricule droit)
Ballonnets
penumatiques
Epaisseur (zone
postérieure)
Epaisseur (zone
antérieure)
Pression
Ventriculaire gauche
dP/dt
Pression auriculaire
gauche
Figure 22: Schéma illustrant l’instrumentation des animaux et
l’évolution des paramètres sur un cycle cardiaque.
Chez les animaux inclus dans les protocoles nécessitant la mesure de paramètres
myocardiques par différence artério-veineuse, un cathéter souple a été introduit dans le sinus
coronaire (non représenté sur la Figure 22).
Chez les animaux inclus dans l’étude nécessitant une administration intracoronaire, un
cathéter souple (diamètre interne 0,1mm, Sedat, Irigny, France) a été introduit dans l'artère
coronaire circonflexe afin de délivrer la substance étudiée localement et préférentiellement
dans la zone postérieure du ventricule gauche (Hittinger et al., 1999; Kim et al., 1997).
Après l'implantation de ce matériel, chaque plan chirurgical a été suturé et l'ensemble
des cathéters et câbles électriques ont été tunnellisés dans le plan sous-cutané jusqu'au dos de
l'animal et extériorisés dans la région interscapulaire. L'hémo-pneumothorax a été aspiré à la
fin de l'intervention chirurgicale. Les animaux ont reçu un traitement antalgique
[buprénorphine (15 µg/kg SC, deux fois par jour pendant 4 jours) relayé par une
administration de flunixine (1 mg/kg en une prise orale quotidienne pendant 6 jours)] et une
antibioprophylaxie [marbofloxacine (2 mg/kg en une prise orale quotidienne pendant 10
jours)]. Les animaux étaient alors inclus dans les différents protocoles 2 à 3 semaines après
cette chirurgie initiale.
108
2. Mesures hémodynamiques
a) Mesure des pressions aortique et ventriculaire
La pression aortique a été mesurée à l'aide d'un capteur de pression Gould Statham
P23ID (Statham Instruments, Oxnard, CA, USA) connecté à un amplificateur (Système 6,
module 204, San Diego, CA, USA). La calibration externe du capteur de pression a été
effectuée à l'aide d'un manomètre à mercure. La pression ventriculaire gauche (PVG) a été
mesurée à partir du manomètre implantable (Königsberg P5A). La calibration du manomètre
implantable a été faite in vitro à l'aide d'un manomètre à mercure et in vivo en prenant pour
références les pressions auriculaire et aortique.
b) Mesure des débits sanguins régionaux myocardiques
La mesure des débits sanguins régionaux myocardiques a été réalisée à l’aide de
microsphères fluorescentes (diamètre 15 µm). Celles-ci étaient injectées par le cathéter atrial
gauche et le sang aortique de référence était simultanément prélevé à l’aide d’une seringue
électrique (15 ml/120 s). A la fin de l’étude, des échantillons myocardiques sousendocardiques, intermédiaires et sous-épicardiques étaient recueillis et traités pour en extraire
la fluorescence (De Curzon et al., 2001). Le rapport de cette fluorescence sur celle de
l’échantillon de référence a permis de calculer le débit sanguin régional myocardique de
l’échantillon corrigé par son poids. Le débit sanguin transmural est la moyenne des débits des
trois « couches » myocardiques.
c) Mesure de la contractilité régionale
La mesure instantanée et continue des épaisseurs régionales myocardiques a été
réalisée par sonomicrométrie, technique décrite pour la première fois par Rushmer (1954).
Elle est basée sur la mesure du temps de transit du signal ultrasonique entre deux quartzs
piézo-électriques, comme l’illustre la Figure 23. Les ultrasons produits par l'excitation d'un
des cristaux piézo-électriques sont détectés à leur arrivée sur l'autre cristal. Le
sonomicromètre (Système 6, module 201, San Diego, CA, USA) mesure le temps de parcours
de l’onde entre les deux cristaux. En le multipliant par la vitesse de propagation des ultrasons
(1580 m/s dans les milieux biologiques), le sonomicromètre calcule la distance entre les
cristaux. Au cours des expériences, le signal ultrasonique a été contrôlé de façon permanente
109
à l'aide d'un oscilloscope, permettant de vérifier d'une part l'absence de modification de la
qualité du signal, donc de la mesure, et de s'assurer d'autre part de la reproductibilité et de la
répétabilité de la mesure.
Myocarde
SONOMICROMETRE
Mesure du temps de
parcours des ultrasons
×
Cristaux piézoélectriques
Émission ultrasons
Réception ultrasons
Vitesse de propagation
des ultrasons en milieu
biologique (1580 m/s)
Calcul de l’épaisseur
myocardique
Figure 23 : Réprésentation schématique de la mesure de l’épaisseur
transmurale myocardique par sonomicrométrie.
Sur un battement cardiaque, quatre paramètres obtenus à partir du signal d’épaisseur
myocardique ont permis d’évaluer la contractilité régionale telle que l’illustre la Figure 24 :
l’épaisseur télédiastolique (EDWT), l’épaisseur minimale en début de la systole, l’épaisseur
télésystolique et l’épaisseur maximale. Chacune de ces mesures a été calculée de la manière
suivante :
⇒
EDWT a été mesurée à la fin de la contraction auriculaire correspondant au
pied de l'onde positive de la dP/dt.
⇒
La différence entre l’épaisseur télédiastolique et l’épaisseur minimale en
début de systole a permis le calcul de l’amincissement protosystolique. La durée de cet
amincissement représente le délai à l’épaississement de la paroi considérée, il a été
mesuré et dénommé Tonset.
110
⇒
L'épaisseur de la paroi de fin de systole (ESWT) a été mesurée au cours des
20 ms précédant le pic négatif de la dP/dt.
⇒
La différence entre l’épaisseur télésystolique et l’épaisseur télédiastolique
représentait l’épaississement systolique. L'épaississement systolique du myocarde (Wth)
était calculé comme tel en millimètre ou comme le pourcentage d’épaississement
systolique selon la formule suivante :
Wth = (ESWT - EDWT)/EDWT x 100
⇒
L’épaississement postsystolique a été calculé comme la différence entre
l’épaisseur maximale et l’épaisseur télésystolique.
⇒
La dérivation par rapport au temps de l’épaisseur transmurale myocardique a
permis d’obtenir la vitesse d’épaississement transmurale du myocarde dW/dt et la
valeur maximale systolique dW/dtmax a été relevée.
0
ms
200
13
Épaississement
postsystolique
Amincissement
protosystolique
mm
Épaississement
systolique
Tonset
8
Fin de
diastole
Minimum
Fin de
systole
Maximum
Épaisseur myocardique
transmurale
Figure 24 : Représentation de l’évolution de l’épaisseur transmurale sur
un battement cardiaque.
111
d) Mesure du débit sanguin coronaire
Le débit sanguin coronaire a été mesuré à l'aide de la bague de débit implantée autour
de l'artère coronaire circonflexe reliée à un module de mesure Transonic T206 (Transonic
System Inc., Ithaca, NY, USA).
e) Recueil des données
L'ensemble des signaux mesurés a été simultanément enregistré en continu (fréquence
d'acquisition : 500 Hz) et numérisé à l'aide d'un logiciel d'acquisition, les différents
paramètres étudiés étant calculés et analysés sur tableur. Tout ceci a été réalisé à l'aide du
logiciel d'acquisition et d'analyse HEM v3.5 (Notocord System, Croissy sur Seine, France).
3. Analyses biochimiques
a) Mesure des lactates myocardiques
Pour cette mesure, le sang a été simultanément prélevé dans le sinus coronaire et dans
l’aorte au repos et après 20 et 30 min d’entraînement électro-systolique. Les prélèvements ont
été immédiatement déprotéinisés par l’ajout d’un volume égal d’acide perchlorhydrique.
Après centrifugation, la concentration de lactates a été déterminée dans le surnageant en
utilisant la réaction basée sur la conversion enzymatique par la deshydrogénase de l’acide
lactique en pyruvate dont la production était mesurée par spectrophotométrie (340 nm). Le
pourcentage d’extraction lactique par le myocarde a été calculé par le rapport de la différence
artério-veineuse sur la concentration aortique.
b) Mesure de la concentration sanguine de nitrites-nitrates
Le sang destiné à la mesure des nitrites-nitrates a été prélevé à l’aide de seringues
héparinées. Après centrifugation, la concentration plasmatique des nitrites-nitrates a été
déterminée par fluorimétrie après réduction et couplage par le diamino-naphtalène (Cayman
fluorometric nitrate-nitrite assay kit, Ann Arbor, MI, USA). La différence artério-veineuse
multipliée par le débit sanguin coronaire moyen a permis de calculer la production coronaire
de nitrites-nitrates (nmol/l).
112
D. Analyse statistique
Les résultats ont été exprimés comme la moyenne ± S.E.M. Les comparaisons ont été
réalisées à l'aide d'une analyse de variance à deux facteurs pour mesures répétées, suivie si
besoin d'un test t apparié de Student avec une correction de Bonferonni. Les droites de
régression ont été calculées par la méthode des moindres carrés. Les seuils de sensibilité et de
spécificité ont été calculés par analyse Receiver Operating Characteristics (ROCs).
II. Le modèle de sidération myocardique par l’occlusion et
reperfusion d’une artère coronaire chez le chien éveillé
chroniquement implanté
Ce travail a été intégralement mené sur le modèle de sidération par occlusion
coronaire qui a permis la description initiale de la sidération (Heyndrickx et al., 1975).
A. Réalisation de l’occlusion coronaire
Les chiens étaient installés en décubitus latéral droit sur la table d’expérience. Pour
parer à toute douleur pendant l’ischémie myocardique, les animaux recevaient préventivement
une injection préventive de chlorhydrate de morphine (0,2 mg/kg). Il a été vérifié au sein du
laboratoire que cette administration était sans incidence sur la sidération myocardique qui
suivait.
Après une période de stabilisation d’une demi-heure, les paramètres hémodynamiques
et de contractilité régionale étaient enregistrés puis le ballonnet pneumatique entourant soit
l’artère coronaire interventriculaire antérieure soit l’artère coronaire circonflexe gauche selon
le protocole, était insufflé réalisant l’occlusion coronaire.
La contractilité régionale du myocarde en aval de l’artère coronaire occluse, appréciée
par sonomicrométrie, chutaient rapidement. Dès la première minute d’ischémie, la région
myocardique concernée était akinétique, voire dyskinétique. L’occlusion coronaire était
maintenue 10 min puis le ballonnet était progressivement dégonflé pour un retour progressif
113
de la perfusion afin de limiter le risque d’arythmies et notamment de fibrillation ventriculaire.
Comme lors de toute ischémie, la reperfusion provoquait une hyperémie réactive.
B. Effet de l’occlusion coronaire sur la fonction contractile régionale
post-ischémique
Après une occlusion coronaire de 10min, les débits sanguins régionaux myocardiques
sont connus pour revenir à leur valeur de base après la phase d’hyperémie réactionnelle
(Heyndrickx et al., 1975). Malgré cela, l’épaississement systolique du territoire ischémique
restait très diminué en regard de la valeur d’épaississement pré-ischémique. Cette dépression
de la contractilité régionale était réversible puisque l’épaississement systolique revenait
progressivement à sa valeur de base en 10 à 24 h, démontrant la survenue d’une sidération
% variation de l'épaississement systolique
myocardique dans cette région, comme l’illustre la Figure 25.
20
0
-20
-40
-60
-80
-100
-120
Base Occ
5'
10'
15'
20'
30'
45'
1h
2h
3h
4h
5h
6h
24h
Figure 25 : Variations (%) de l’épaississement systolique de la zone ischémique mesurées
au cours de l’occlusion de l’artère coronaire circonflexe (Occ) et des 24 premières heures de
la reperfusion de 7 chiens.
114
C. Justification du choix du modèle
Notre travail visait à étudier la contraction du myocarde au cours de la sidération et du
préconditionnement tardif. Notre volonté d’analyser finement la contraction myocardique
nous obligeait à limiter les facteurs influençant la fonction ventriculaire. La mise en œuvre de
ces travaux sur l’animal éveillé nous mettait à l’abri des facteurs confondants associés aux
modèles expérimentaux d’animaux anesthésiés à thorax ouvert (Vatner et al., 1975).
L’anesthésie modifie profondément la fonction ventriculaire (Safwat et al., 1991), et les
expérimentations sur les préparations à thorax ouvert sont entre autres polluées par les
traumatismes du geste chirurgical, la difficulté de préserver l’homéothermie, la déshydratation
et une élévation des catécholamines circulantes.
Parmi les espèces disponibles, notre choix s’est porté sur le chien car les grandes
espèces de mamifères offrent également la possibilité d’une analyse fine de la contraction : 1)
leur fréquence cardiaque proche de celle de l’Homme (entre 80 et 100 battements par minute
à l’état de base pour le chien comparée à 600 battements par minute à l’état de base chez la
souris) et 2) les dimensions conséquentes de leur cœur permettent d’y distinguer différents
segments de contraction et de mettre en évidence leur interaction, élément central de la
première partie de notre travail.
La contractilité régionale est aujourd’hui abondamment étudiée en imagerie par
Doppler tissulaire. Bien qu’elle offre une mesure et un suivi non invasif des mouvements du
myocarde, nous lui avons préféré la sonomicrométrie car les cristaux de quartz piezoélectrique, une fois implantés, sont fixes et offrent un suivi invariable et reproductible d’un
segment myocardique dont la mesure est opérateur-indépendant. Cependant, il est délicat
d’implanter un grand nombre de cristaux sur le ventricule, et seuls un petit nombre de
segments sont mesurables par cette technique. Pour étendre les observations faites en
sonomicrométrie à de multiples segments, nous avons eu recours à l’imagerie par Doppler
tissulaire. Cette technique nous a permis d’explorer plusieurs segments sur un même animal
au cours d’une même expérience mais en réduisant le nombre de mesures répétées dans le
temps.
115
III. Le modèle de préconditionnement tardif vis-à-vis de la
sidération myocardique par l’occlusion/reperfusion d’une artère
coronaire chez le chien éveillé chroniquement implanté
La seconde partie de ce travail avait pour objectif d’étudier les adaptations de la
contraction myocardique au cours du préconditionnement tardif. Dans le cadre de la
sidération, cette cardioprotection tardive est délicate à mettre en œuvre, de nombreux stimuli
pharmacologiques pourtant très efficaces vis-à-vis de l’infarctus ne sont d’aucun bénéfice
dans la sidération myocardique (Bolli, 2000). Nous avons reproduit les conditions
expérimentales
de
travaux
du
laboratoire
d’accueil
démontrant
l’existence
d’un
préconditionnement tardif d’origine ischémique vis-à-vis de la sidération chez le chien (De
Curzon et al., 2001). Ainsi les chiens ont été soumis à une première occlusion coronaire de
10min, puis 24h plus tard, les animaux ont à nouveau subi une occlusion coronaire de 10min.
Cette seconde ischémie survenait dans la phase de cardioprotection tardive initiée par la
première occlusion. Ce bénéfice se manifestait par une réduction de l’intensité et de la durée
de la dysfonction contractile post-ischémique, comme l’illustre la Figure 19.
IV. L’administration intracoronaire de ryanodine : exploration
in vivo ciblée du récepteur de la ryanodine
A. Administration intracoronaire de ryanodine
Les chiens étaient installés en décubitus latéral droit sur la table d’expérience. Après
une période de stabilisation d’une demi-heure, les paramètres hémodynamiques et de
contractilité régionale étaient enregistrés, puis la perfusion intracoronaire de ryanodine
débutait. L’alcaloïde était solubilisé dans du sérum physiologique à une concentration de
1µg/ml, et était administré via le cathéter intracoronaire au moyen d’un pousse-seringue selon
un débit de 1 ml/min soit 1 µg/min.
116
B. Effet de l’administration intracoronaire sur la contractilité régionale
myocardique
Le cathéter intracoronaire se trouvant dans l’artère coronaire circonflexe gauche, la
perfusion intracoronaire de ryanodine irriguait donc le mur postérieur du ventricule gauche.
La contractilité myocardique de cette région était évaluée par l’épaississement systolique
transmural mesuré par sonomicrométrie. L’administration de ryanodine dans l’artère
coronaire circonflexe provoquait une réponse inotrope négative dose-dépendante du mur
% de variations de l’épaississement
systolique
postérieur du ventricule gauche, comme l’illustre la Figure 26.
0
-20
-40
-60
-80
Base
0.5
1
3
6
Ryanodine (µg, i.c.)
Figure 26 : Variation (%) de l’épaississement systolique lors de
l’administration intracoronaire (i.c.) de doses croissantes de ryanodine ;
i.c., intracoronaire (n=4).
C. Justification du choix d’une administration intracoronaire
Le récepteur de la ryanodine est une structure ubiquitaire comme nous l’avons
précédemment exposé. L’administration systémique de ryanodine est donc à l’origine de
modifications hémodynamiques d’origines cardiaque et extra-cardiaque, notamment centrale
via les récepteurs de la ryanodine de type 1 (Kalthof et al., 1995). Les conditions
117
hémodynamiques et la contraction myocardique étant inter-dépendants, la réponse du
récepteur de la ryanodine myocardique à son ligand ne pouvait être étudiée qu’en limitant les
effets systémiques. Nous étions donc contraints à une administration locale limitant la
diffusion de ryanodine dans l’organisme. Nous nous sommes tournés vers la perfusion via un
cathéter intra-coronaire car cette voie d’administration permettait de s’affranchir des effets
systémiques (Hittinger et al., 1999). Toutefois lors de l’administration de doses élevées
(>6µg), le déficit contractile était tel, qu’il retentissait sur l’hémodynamique générale. Ainsi,
l’inotropie négative due à la ryanodine entraînait une augmentation de la fréquence et une
diminution du dP/dtmax, deux raisons pour lesquelles nous avons choisi une dose maximale de
ryanodine de 6µg.
119
Chapitre VI
Epaississement postsystolique et interaction
entre les parois du ventricule gauche au cours
de la sidération myocardique
Cette étude a fait l’objet d’un manuscrit soumis à publication :
Regional and temporal heterogeneity of postsystolic wall thickening is associated
with left ventricular asynchrony in normal and stunned myocardium.
par Lucats L., Monnet X., Chetboul V., Bizé A., Pouchelon J.L., Hittinger L.,
Berdeaux A. et Ghaleh B.
120
I. Introduction
Comme nous l’avons exposé dans le Chapitre I, l’épaississement postsystolique est la
part de l’épaississement pariétal qui survient après la fermeture de la valve aortique (Rose et
al., 1993; Sutherland, 2004; Takayama et al., 1988). Son étude a fait l’objet de nombreux
travaux tant expérimentaux (Derumeaux et al., 2000; Jamal et al., 2001b; Rose et al., 1993;
Takayama et al., 1988) que cliniques (Hosokawa et al., 2000; Kukulski et al., 2003; Voigt et
al., 2003a; Voigt et al., 2003b). Ce mouvement paradoxal du myocarde a été proposé comme
signe de viabilité du myocarde au cours de l’ischémie et donc comme facteur prédictif de la
récupération post-infarctus du ventricule gauche d’abord expérimentalement (Rose et al.,
1993; Takayama et al., 1988) puis sur la base d’une étude clinique (Hosokawa et al., 2000).
Malgré ces résultats, l’utilisation de ce paramètre reste discutée (Sutherland, 2004),
notamment pour son manque de spécificité. En effet, il est présent dans le myocarde sain,
ischémique, reperfusé et dans les territoires controlatéraux d’un myocarde ischémique ou
post-ischémique (Voigt et al., 2003b). Cette distribution hétérogène rend son interprétation
délicate.
Dans notre travail, nous nous sommes demandée si une partie de cette confusion
n’était pas due à la localisation de l’ischémie et/ou à l’hétérogénéité de sa distribution à l’état
de base. Dans les études expérimentales publiées à ce jour, les animaux sont soumis soit à une
occlusion de l’artère coronaire interventriculaire antérieure soit à une occlusion de l’artère
coronaire circonflexe mais aucune étude ne comparait les effets de ces occlusions sur le même
modèle et dans les mêmes conditions (anesthésie, durée d’occlusion, durée de reperfusion…).
Grâce au modèle du chien éveillé chroniquement implanté disponible au laboratoire, nous
avons tenté d’apporter une réponse à cette problématique.
II. Matériels et méthodes
A. Modèle expérimental
Nous avons utilisé le modèle de sidération myocardique induite par une occlusion
coronaire de 10 min chez le chien éveillé chroniquement implanté. Deux groupes de 7
animaux ont été étudiés et suivis par un enregistrement classique de sonomicrométrie. Deux
121
groupes de 4 animaux supplémentaires ont été explorés grâce à l’imagerie par Doppler
tissulaire pour l’étude de la fonction contractile régionale des animaux. En effet,
l’appariement de sonomicrométrie ne nous permettait d’évaluer la contractilité régionale que
dans deux segments myocardiques. L’imagerie par Doppler tissulaire nous a permis d’étendre
notre champ d’investigation au myocarde basal, intermédiaire et apical des parois antérieure,
intermédiaire et postérieure du ventricule gauche.
B. Protocole expérimental
Le premier groupe d’animaux a subi une occlusion de 10 min de l’artère coronaire
interventriculaire antérieure. Cette ischémie a provoqué une sidération de la paroi antérieure
(ci-après appelée : LAD stunning). Le second groupe a subi une occlusion de 10 min de
l’artère coronaire circonflexe, cette ischémie ayant provoqué une sidération de la zone
postérieure (ci-après appelée : LCX stunning). Les animaux ont été suivis jusqu’à 6h de
reperfusion.
Les animaux étudiés par échocardiographie ont subi le même type de protocole (n=4,
pour LAD stunning, n=4 pour LCX stunning) mais l’évaluation de la contractilité régionale
n’a été réalisée qu’à la base et à 30 min de reperfusion.
III. Principaux résultats
Comme d’autres avant nous, nous avons constaté en premier lieu à l’état de base que
le mur postérieur présentait à l’état physiologique, un épaississement postsystolique alors que
le mur antérieur n’avait pas de contraction postsystolique.
Cette disparité se maintenait lors de la sidération myocardique. En effet, la sidération
postérieure était marquée par un épaississement postsystolique important et persistant pendant
la sidération, alors que la sidération antérieure était accompagnée d’un épaississement
postsystolique modéré et fugace. Parallèlement, sur les zones controlatérales (zones non
ischémiques), la sidération antérieure provoquait une réduction de l’épaississement
postsystolique de la paroi postérieure. A contrario, la sidération postérieure était sans effet sur
l’épaississement de la paroi antérieure.
122
En s’intéressant à l’initiation de l’épaississement nous avons remarqué que ce
décalage de fin de contraction entre les parois était concomitant d’un décalage entre les débuts
de l’épaississement comme l’illustre la Figure 27. En effet, à l’état de base, le mur postérieur
commence à s’épaissir 20±4 ms après le mur antérieur. Lorsque le mur postérieur sidère, ce
retard augmente ainsi que l’épaississement postsystolique. Lorsque le mur antérieur sidère, la
chronologie des épaississements s’inverse : le mur antérieur débute son épaississement
tardivement, si bien que le mur postérieur commence à s’épaissir avant le mur antérieur. Le
mur postérieur finit son épaississement avant le mur antérieur. Il donne le « pas » de la systole
et il se synchronise parfaitement avec l’ouverture et la fermeture de la valve aortique : tout
l’épaississement intervient en systole et l’épaississement postsystolique disparaît dans le mur
postérieur. Le mur antérieur sidéré est donc « en retard » sur la systole et une partie de
l’épaississement survient après la fermeture des valves.
Base
Fin de
diastole
Fin de
systole
Sidération
postérieure
Fin de
diastole
Fin de
systole
Sidération
antérieure
Fin de
diastole
Fin de
systole
Epaississement
Epaisseur
antérieure
retardé
Epaississement
Epaisseur
postérieure
retardé
Retard postérieur
La paroi postérieure
s’épaissit après la paroi
antérieure.
Amincissement
protosystolique paradoxal
Retard postérieur accru
La paroi postérieure
s’épaissit après la paroi
antérieure. Le retard est
accru comparé à la base.
Epaississement systolique
Retard antérieur
Le paroi postérieure
s’épaissit avant la paroi
antérieure.
Epaississement postsystolique
Figure 27 : Représentation schématique de l’asynchronie des parois ventriculaires à l’état de base
et lors de la sidération myocardique de la paroi postérieure ou antérieure.
123
En analysant plus finement le début de la systole, nous avons constaté que le retard à
l’épaississement était concomitant d’un amincissement paradoxal de la paroi. Dans chacune
des situations où il était observé, cet amincissement de la paroi était significativement corrélé
à l’épaississement postsystolique.
L’analyse de ces résultats par Receiving Organizing Characteristics (ROCs) montrait
que les valeurs seuil d’identification de l’ischémie et de la sidération par l’analyse du rapport
épaississement postsystolique sur épaississement systolique étaient différentes entre les parois
antérieure et postérieure (seuil d’identification de la sidération : 0.09 et 0.3, respectivement).
Enfin, l’imagerie par Doppler tissulaire démontrait que ces résultats étaient observés
sur plusieurs segments du ventricule gauche, à la fois à l’état de base et pendant la sidération
des parois antérieure et postérieure.
IV. Commentaires
Cette étude a montré que l’épaississement postsystolique résulte de l’asynchronie des
parois du ventricule gauche, physiologique à l’état de base ou pathologique dans le cadre de
l’ischémie et de la sidération.
Cette asynchronie entraîne un jeu d’interaction des murs du ventricule gauche. Au
cours de la contraction isovolumique, il est raisonnable de penser que le myocarde qui ne se
contracte pas subit des contraintes liées à l’étirement provoqué par la contraction du mur
adjacent ainsi que des changements de conditions de charges locales. Ces forces engendrent
un étirement de la paroi qui se traduit dans notre étude par l’amincissement de début de
systole consécutif à un retard contractile. Cet amincissement est corrélé à l’épaississement
postsystolique. Ce lien donne une indication sur l’origine possible de l’épaississement
postsystolique, mais il n’éclaire pas sur le mécanisme de cette contraction paradoxale. Est-ce
un simple retour d’élasticité ou une contraction active retardée et amplifiée par un phénomène
de Frank-Starling ? Nos résultats ne permettent pas de discerner un mécanisme actif ou passif,
mais il est permis de penser que les deux mécanismes participent à l’épaississement
postsystolique.
Ces résultats portent un nouvel éclairage sur l’interprétation clinique de
l’épaississement postsystolique. Nos résultats soulignent l’importance de sa localisation, de
124
son évolution et de l’interaction entre les parois du ventricule gauche pour l’interprétation de
l’épaississement postsystolique. Comme le démontre l’analyse ROCs de nos résultats, les
seuils pathologiques du rapport de l’épaississement postsystolique sur l’épaississement
systolique sont variables d’une région d’une paroi à l’autre. Un rapport de 0.2 reflète la
sidération de la paroi antérieure alors que le même rapport observé sur un segment du mur
postérieur indique une fonction normale.
125
Chapitre VII
Effets comparés de l’aténolol et de
l’ivabradine sur l’épaississement
postsystolique du cœur sain, au repos et à
l’exercice
Cette étude a fait l’objet d’une publication intitulée :
Differential effects of heart rate reduction with If inhibition and β-blockade on
postsystolic wall thickening.
British Journal of Pharmacology, 2006, Epub ahead of print
par Lucats L., Ghaleh B., Colin P., Monnet X., Bizé A. et Berdeaux A.
Ce travail correspond à une ré-analyse des données obtenues lors de l’étude :
Differential effects of heart rate reduction and β-blockade on left ventricular
relaxation during exercise.
American Journal of Physiology, 2003, 282:H672-679,
par Colin P., Ghaleh B., Hittinger L., Monnet X., Slama M., Giudicelli J.F. et
Berdeaux A.
126
I. Introduction
Pour poursuivre notre travail sur la contraction du myocarde sidéré, nous souhaitions
décrire l’influence sur le profil contractile de la prise en charge pharmacologique de la
sidération par deux anti-angineux : un β-bloquant, l’aténolol, et un inhibiteur du courant If,
l’ivabradine. Dans un premier temps, il nous fallait redéfinir les effets de ces molécules sur les
paramètres utilisés du cœur sain au repos et à l’exercice.
Nous nous sommes donc penchée sur les effets de l’aténolol et de l’ivabradine sur la
vitesse d’épaississement systolique maximum et sur l’épaississement postsystolique de la
paroi postérieure chez des chiens éveillés chroniquement instrumentés au repos et à
l’exercice. Ces deux substances ont été administrées à des doses équi-bradycardisantes (Colin
et al., 2002). Pour discerner les effets inotropes propres de ces substances des effets liés à la
fréquence cardiaque, nous avons mesuré leurs effets à fréquence spontanée et à fréquence
imposée par un entraînement électro-systolique atrial au repos et à l’exercise.
II. Matériels et méthodes
A. Modèle expérimental
Dans ce travail, nous avons réanalysé les enregistrements hémodynamiques obtenus
grâce à un modèle de chiens éveillés chroniquement instrumentés soumis à un exercice
musculaire sur tapis roulant (Colin et al., 2002; 2003).
B. Protocole expérimental
Après une période de stabilisation, les paramètres de contractilité régionale étaient
mesurés à fréquence spontanée et à une fréquence imposée de 150 batt/min à l’aide d’un pacemaker externe connecté aux électrodes auriculaires gauches. Puis les animaux recevaient par
voie intraveineuse soit une solution de NaCl 0,9 %, soit 1 mg/kg d’aténolol ou d’ivabradine.
Un effet stable était observé 15 min après l’administration de ces substances et les paramètres
de contractilité régionale étaient à nouveau mesurés à fréquence spontanée et à 150 batt/min.
Enfin les animaux étaient soumis à un exercice physique de 10 min sur un tapis roulant à
127
12 km/h (pente 13%). Pendant cet exercice, les paramètres de la contractilité régionale étaient
une dernière fois mesurés à fréquence spontanée et à 250 batt/min. Chacun des 6 animaux
utilisés a subi les trois séquences dans un ordre aléatoire (NaCl 0,9 %, aténolol et ivabradine).
III. Principaux résultats
L’aténolol a réduit la fréquence cardiaque et la dP/dtmax au repos et à l’exercice. Pour
une réduction de fréquence cardiaque similaire au repos et à l’exercice, l’ivabradine était sans
effet sur dP/dtmax. Lorsque la fréquence cardiaque était corrigée par l’entraînement électrosystolique, la dépression de dP/dtmax sous aténolol persistait.
L’étude de la contractilité régionale montrait que l’administration d’aténolol
ralentissait l’épaississement du myocarde ; dW/dtmax était inférieure de -21±7 % et de -29±7
% respectivement au repos et à l’exercice à fréquence spontanée par rapport à la séquence
NaCl 0,9%. Cette réduction de la vitesse d’épaississement n’était pas observée sous
ivabradine, ni au repos ni à l’exercice. De plus, cet effet de l’aténolol persistait avec
l’entraînement électro-systolique.
Parallèlement, l’administration d’aténolol s’accompagnait d’une augmentation de
l’épaississement postsystolique et d’une réduction de l’épaississement systolique au repos et à
l’exercice par rapport à la séquence NaCl 0,9 %. Cette redistribution de l’épaississement de la
systole vers la postsystole persistait avec l’entraînement électro-systolique. Comparativement,
l’administration d’ivabradine ne modifiait pas la contractilité régionale pariétale.
De façon concomitante, l’aténolol augmentait τ au repos et à l’exercice tandis que
l’ivabradine était sans effet sur la relaxation. Le τ était significativement corrélé au rapport
des épaississements postsystolique sur systolique lorsque l’ensemble des mesures des trois
séquences étaient regroupées.
IV. Commentaires
Cette étude confirme que pour une même réduction de la fréquence cardiaque,
l’ivabradine et l’aténolol affectent différemment la contractilité pariétale (Colin et al., 2003).
L’aténolol réduit l’épaississement systolique mais augmente l’épaississement postsystolique.
Cet effet sur la contractilité régionale est indépendant de la réduction de fréquence cardiaque
128
puisqu’il persiste lors de l’entraînement électro-systolique. Le report de l’effort contractile de
la systole vers la postsystole est donc la conséquence de l’inotropie négative de l’aténolol. A
contrario, l’ivabradine n’affecte pas la contractilité régionale pour une même réduction de
fréquence cardiaque, corroborant par-là de précédentes observations
Cette conséquence de l’inotropie négative de l’aténolol participe à sa lusitropie
négative puisque l’augmentation de l’épaississement postsystolique est corrélée à un
ralentissement de la relaxation. Il semble logique qu’un épaississement survenant lors de la
relaxation isovolumique entrave celle-ci : si une partie du myocarde continue de se contracter
alors que le ventricule se relaxe, il freine la chute de pression ventriculaire.
En conclusion, l’atenolol réduit la part de l’épaississement consacrée à l’éjection et
augmente celle survenant pendant la relaxation isovolumique, ce report est alors concomitant
d’un ralentissement de la relaxation. Pour une réduction de fréquence similaire, l’ivabradine
n’a aucun effet propre sur l’épaississement régional.
129
Chapitre VIII
Effets comparés de l’aténolol et de
l’ivabradine sur l’épaississement
postsystolique au cours de la sidération
myocardique
Cette étude a fait l’objet d’un manuscrit soumis à publication :
Conversion of postsystolic wall thickening into ejectional contractility with heart
rate reduction.
par Lucats L., Ghaleh B., Colin P., Monnet X., Bizé A. et Berdeaux A.
Ce travail correspond à une ré-analyse des données obtenues lors de l’étude :
Heart rate reduction during exercise-induced myocardial ischemia and stunning.
European Heart Journal, 2004, 25:579-586
par Monnet X., Colin P., Ghaleh B., Hittinger L., Giudicelli J.F. et Berdeaux A.
130
I. Introduction
Connaissant les effets de deux antiangineux, l’ivabradine et l’aténolol, sur la fonction
systolique au cours de la sidération myocardique (Monnet et al., 2004) et sur l’épaississement
postsystolique du cœur sain, nous nous sommes intéressée à leurs effets sur l’épaississement
postsystolique au cours de la sidération myocardique. Nous souhaitions voir si leurs effets
systoliques étaient accompagnés d’une modification de l’épaississement postsystolique au
cours de la sidération myocardique.
II. Matériels et Méthodes
A. Modèle expérimental
Nous avons analysé les enregistrements hémodynamiques obtenus grâce à un modèle
de sidération myocardique induite par un exercice musculaire ischémique mise au point dans
le laboratoire (De Curzon et al., 2001). Les chiens instrumentés étaient soumis à un exercice
musculaire sur tapis roulant (14 km/h sur une pente à 13%) pendant 10 min en présence d’une
sténose coronaire. Cette sténose coronaire était maintenue et ajustée pour que le débit
coronaire moyen reste constant et identique à la valeur de base pendant tout l’exercice, i.e.
inhibant l’augmentation physiologique du débit sanguin coronaire répondant à un
accroissement des besoins dus à l’exercice. A la fin de l’exercice musculaire, la sténose
coronaire était levée en 1 min environ. Dans ce modèle, les débits sanguins régionaux
myocardiques reviennent rapidement à leur valeur initiale (De Curzon et al., 2001). Cette
ischémie sévère mais relativement courte n’induit pas de lésions d’infarctus mais génère une
sidération myocardique d’une durée de 10 à 24h.
B. Protocole expérimental
L’aténolol (1 mg/kg par voie intraveineuse), l’ivabradine (1mg/kg, suivi d’une
administration continue de 0,5 mg/kg/h pendant 6h par voie intra-veineuse) ou de leur solvant
(NaCl 0,9 %) ont été administrés à la fin de l’exercice ischémique.
131
Tous les enregistrements effectués à l’état de base, avant l’exercice et pendant la
récupération ont été faits à fréquence spontanée puis lors de courts épisodes (1 min)
d’entraînement électro-systolique à 150 batt/min afin d’individualiser les effets dus à la
réduction de fréquence cardiaque de ceux liés aux effets inotropes intrinsèques des
substances. Les séquences expérimentales ont été réalisées dans un ordre aléatoire et espacées
d’au moins 5 jours.
III. Principaux résultats
L’aténolol et l’ivabradine provoquaient une réduction similaire de la fréquence
cardiaque comparée à l’administration de NaCl 0,9 % (ex, à 30 min de récupération,
respectivement 105±3, 104±6 vs 133±8 batt/min).
Au cours de la sidération myocardique, l’administration d’ivabradine s’accompagnait
d’une amélioration de la fonction systolique de la région sidérée (augmentations de
l’épaississement systolique et de la vitesse maximale d’épaississement) tandis que l’aténolol
aggravait la dépression systolique (diminutions de l’épaississement systolique et de la vitesse
maximale d’épaississement).
Parallèlement, l’ivabradine réduisait l’épaississement postsystolique si bien que
l’épaississement total (systolique et postsystolique) restait inchangé par rapport à la séquence
NaCl 0,9 %. Pour un même épaississement total, l’ivabradine permettait qu’une moindre part
de celui-ci soit perdue en épaississement postsystolique inefficace. A contrario, l’aténolol
diminuait significativement l’épaississement total mais ne modifiait pas la distribution de
celui-ci entre la systole et la postsystole.
Enfin, l’ensemble des effets de l’ivabradine disparaissait lors de la correction de
fréquence par l’entraînement électro-systolique alors que ceux de l’aténolol persistaient.
IV. Commentaires
Cette étude montre que la réduction de fréquence par l’ivabradine permet une
redistribution de l’épaississement pariétal de la diastole vers la systole, en convertissant un
épaississement inefficace en contractilité éjectionnelle. Cette conversion participe à
132
l’amélioration de la fonction systolique et épargne en quelque sorte la diastole d’un
épaississement paradoxal délétère.
Cet effet de l’ivabradine est strictement dû à la réduction de la fréquence cardiaque
puisqu’il est aboli par l’entraînement électro-systolique rapide. De plus, pour une même
réduction de la fréquence cardiaque, cette conversion n’est pas observée avec l’aténolol. En
effet, l’aténolol diminue l’épaississement total mais ne change pas la distribution de
l’épaississement entre la systole et la postsystole. Bien qu’ils aient un mécanisme d’action
commun, la réduction de fréquence, l’aténolol et l’ivabradine ont des effets opposés sur le
profil contractile du myocarde sidéré.
133
Chapitre IX
Mise en évidence d’un préconditionnement
tardif vis-à-vis de la sidération myocardique
induit par un entraînement électro-systolique
rapide
Cette étude a fait l’objet d’une publication intitulée :
Rapid ventricular pacing induces delayed cardioprotection against myocardial
stunning.
Journal of Molecular and Cellular Cardiology, 2005:39:849-855
par Lucats L., Chalvignac V., Bizé A., Monnet X., Zini R., Hittinger L., Berdeaux A.
et Ghaleh B.
134
I. Introduction
Après avoir étudié la prise en charge pharmacologique de la sidération myocardique et
son incidence sur l’épaississement postsystolique, nous avons souhaité caractériser les
adaptations contractiles survenant au cours du préconditionnement tardif et analyser ses
mécanismes moléculaires. Or, le préconditionnement tardif engendré par un épisode
ischémique est susceptible de mettre en place des modifications non spécifiques de la
cardioprotection tardive. Notre but était donc de pouvoir disposer de deux modes de
préconditionnement tardif, un ischémique et un non ischémique, afin de nous assurer que nos
observations étaient liées spécifiquement à la cardioprotection.
Hormis l’ischémie, le préconditionnement tardif vis-à-vis de l’infarctus du myocarde
peut être induit par des agents pharmacologiques tels qu’un agoniste du récepteur µ aux
opiacées ou des donneurs de monoxyde d’azote (Bolli, 2000). Malheureusement, en testant
ces stimuli pharmacologiques, aucun d’eux ne s’était révélé efficace vis-à-vis de la sidération
myocardique dans nos conditions expérimentales. Parmi les stimuli non pharmacologiques
connus, la tachycardie par entraînement
électro-systolique est
à l’origine d’un
préconditionnement précoce contre l’infarctus du myocarde (Hearse et al., 1999; Koning et
al., 1996; Macho et al., 2001) et un préconditionnement tardif vis-à-vis des arythmies induites
par l’ischémie (Kaszala et al., 1996; Kis et al., 1999).
Par conséquent, nous avons voulu savoir si la tachycardie par entraînement électrosystolique offrait une cardioprotection tardive vis-à-vis de la sidération. Comme la production
de radicaux libres oxygénés est à la base du préconditionnement ischémique, notre second
objectif était de mesurer leur rôle d’initiateur dans cette cardioprotection. Enfin notre dernier
objectif était d’asseoir le caractère non ischémique de l’entraînement électro-systolique rapide
en mesurant l’extraction des lactates par le myocarde et les débits sanguins régionaux
myocardiques.
135
II. Matériels et méthodes
A. Modèle expérimental
Dans ce travail, nous avons utilisé le modèle du chien éveillé chroniquement
instrumenté. En plus de ce montage, sur 5 des 12 chiens, un cathéter a été implanté dans le
sinus coronaire pour effectuer les prélèvements sanguins en cours d’expérience.
B. Protocole expérimental
Le protocole de cette étude comprenait trois séquences expérimentales de deux jours
consécutifs chacune (J0 et J1). Elles ont été faites dans un ordre aléatoire à une semaine
d’intervalle.
•
Première séquence : Contrôle. Les animaux ont été soumis à une occlusion
coronaire de 10 min suivie de reperfusion à J1 sans aucune expérimentation à
J0.
•
Deuxième séquence : PC. Les animaux ont été soumis à un entraînement
électro-systolique de 40 min à 240 batt/min, puis le lendemain, à J1, ils ont été
soumis à une occlusion coronaire de 10 min suivie de reperfusion.
•
Troisième séquence : PC+MPG. La séquence PC a été répétée, mais
l’entraînement électro-systolique était concomitant d’une administration de N(2-mercaptopropionyl)-glycine (MPG, 100 mg/kg/h) débutant 15 min avant et
s’achevant 30 min après (Sun et al., 1996).
A J0 de la séquence PC, des prélèvements de sang ont été effectués pour la mesure des
lactates et des nitrites-nitrates au temps 0 puis après 20 min et 30 min d’entraînement électrosystolique. Enfin, les débits sanguins régionaux myocardiques ont été mesurés au temps 0 et à
la 35ème min d’entraînement électro-systolique.
Afin de vérifier que le MPG en lui-même n’avait aucune conséquence sur la sidération
myocardique 24h plus tard, un dernier groupe de 4 chiens a été soumis à a) une occlusion
136
coronaire contrôle sans expérience la veille et b) à une occlusion coronaire précédée 24h
auparavant d’une administration de MPG.
III. Résultats
A J1 et en comparaison à J0, la réalisation d’un entraînement électro-systolique rapide
n’avait pas induit de modification de l’épaississement systolique du ventricule gauche à l’état
de base sur les 8 animaux de cette étude. En revanche, lors de la sidération myocardique qui
accompagnait la reperfusion, l’épaississement systolique était significativement supérieur par
rapport à celui mesuré lors de la séquence contrôle. La sidération myocardique était donc
moins sévère et plus courte. Par exemple, après 30 min de reperfusion, l’épaississement
systolique était de 1,7±0,3 mm dans la séquence contrôle alors qu’il était de 2,3±0,4 mm 24h
après un entraînement électro-systolique.
Sur les 5 chiens soumis à la séquence PC+MPG, l’administration de MPG abrogeait le
bénéfice de l’entraînement électro-systolique : les sidérations myocardiques contrôle et 24h
après un entraînement électro-systolique concomitant d’une administration de MPG étaient
superposables.
La mesure des lactates myocardiques montrait que le myocarde ne produisait pas de
lactates lors de l’entraînement électro-systolique rapide, mais que celui-ci était associé à une
augmentation de la production coronaire de nitrites-nitrates par rapport à la valeur de base.
Enfin, les débits sanguins régionaux myocardiques étaient augmentés par l’entraînement
électro-systolique mais le rapport des débits régionaux myocardiques sous-endocardique sur
sous-épicardique était conservé par rapport à la valeur de base (rapport Endo/Epi : 1,33±0,07
à la base et 1,36±0,09 après 35 min d’entrainement électro-systolique).
IV. Commentaires
Cette étude montre que l’entraînement électro-systolique rapide à 240 batt/min
pendant 40 min engendre un préconditionnement tardif contre de la sidération myocardique.
Cette cardioprotection est abolie par le MPG, ce qui signifie que les radicaux libres oxygénés
sont un initiateur indispensable de ce phénomène.
137
Il était alors tentant de conclure que l’entraînement électro-systolique est une forme de
stimulus ischémique tant la production de radicaux libres est abondante dans l’ischémie. Il
s’agit là d’un raccourci inexact, puisque l’absence de production de lactates et la conservation
du rapport endo/épi des débits sanguins régionaux myocardiques exclut toute ischémie lors de
l’entraînement électro-systolique rapide. Notons que les radicaux libres peuvent être issus de
la production accrue de monoxyde d’azote par la NO synthase endothéliale en réponse à
l’augmentation des forces de cisaillement sur l’endothélium coronaire due à l’augmentation
de débit qui accompagne l’entraînement électro-systolique.
L’ensemble de ces résultats nous a donc permis de pouvoir disposer d’un stimulus non
ischémique préconditionnant vis-à-vis de la sidération myocardique, l’entraînement électrosystolique rapide à 240 batt/min pendant 40 min.
139
Chapitre X
Effet du préconditionnement tardif vis-à-vis de
la sidération sur l’épaississement
postsystolique
Cette étude a fait l’objet d’une publication intitulée :
Reduction in postsystolic wall thickening during late preconditioning.
American Journal of Physiology, 2006 : Epub ahead of print.
par Monnet X., Lucats L., Colin P., Derumeaux G., Dubois-Randé J.L., Hittinger L.,
Ghaleh B. et Berdeaux A.
140
I. Introduction
Dans la première partie de notre travail (Chapitre VI), nous avons montré que la
sidération myocardique était à l’origine d’une asynchronie de l’épaississement myocardique.
Le myocarde sidéré présentait un
épaississement postsystolique : paradoxalement
l’épaississement se poursuivait au-delà de la fermeture de la valve aortique.
Dans la suite de notre travail, nous avons souhaité étudier les conséquences du
préconditionnement tardif sur la sidération myocardique et savoir quel était l’impact du
préconditionnement tardif sur l’épaississement postsystolique au cours de la sidération
myocardique. Le préconditionnement tardif passe-t’il par des adaptations contractiles qui
modifient ce mouvement paradoxal qui accompagne la sidération ?
Pour répondre à ces questions, nous avons comparé le profil contractile du myocarde
témoin à celui du myocarde préconditionné à l’état de base et lors d’une sidération
myocardique.
II. Matériels et méthodes
A. Modèle expérimental
Nous avons utilisé le modèle de préconditionnement tardif induit par une occlusion
coronaire de 10 min suivie de reperfusion et dont le bénéfice se manifeste par une réduction
de la dysfonction contractile engendrée par la sidération myocardique consécutive à une
nouvelle occlusion coronaire de 10 min 24 h après la première occlusion. La première partie
de cette étude a été menée sur 7 chiens.
En parallèle, 4 chiens ont été soumis à un entraînement électro-systolique rapide suivi
24h plus tard d’une occlusion de 10 min et reperfusion. Cette deuxième partie de l’étude
correspond à un modèle de préconditionnement tardif non ischémique tel qu’il a été mis en
évidence dans l’étude précédente.
141
B. Protocole expérimental
Trois semaines après l’intervention chirurgicale (J0), les paramètres hémodynamiques
et de contractilité étaient mesurés à l’état de base. Une première occlusion coronaire de
l’artère circonflexe de 10 min était réalisée. Les paramètres hémodynamiques et de
contractilité étaient mesurés durant les 6 premières heures de la reperfusion. Le lendemain
(J1), les mêmes paramètres étaient à nouveaux mesurés puis une deuxième occlusion
coronaire similaire à la première était mise en œuvre. Comme le premier jour (J0), les
paramètres hémodynamiques des six premières heures de la sidération ont été enregistrés.
Sur les 4 animaux complémentaires, les paramètres hémodynamiques et de
contractilité étaient mesurés à l’état de base. Puis les animaux ont été soumis à un
entraînement électro-systolique rapide à 240 battements par minute pendant 40 min. Le
lendemain, les mêmes paramètres étaient à nouveaux mesurés puis une occlusion coronaire de
10 min était mise en œuvre. A nouveau, les paramètres hémodynamiques des six premières
heures de la sidération ont été enregistrés.
III. Principaux résultats
A J0, l’occlusion de l’artère coronaire induisait une chute de l’épaississement
myocardique et une augmentation de l’épaississement postsystolique dans la région
postérieure du ventricule gauche. A la reperfusion, la sidération myocardique se traduisait par
un déficit contractile systolique et un épaississement postsystolique augmenté par rapport à sa
valeur de base. Alors que l’épaississement systolique revenait progressivement à la normale
durant les 6h d’enregistrement, l’épaississement postsystolique diminuait. Ces deux
paramètres avaient une évolution symétrique, dite « en miroir ».
A l’état de base à J1, l’épaississement postsystolique était inférieur à celui observé à
l’état de base à J0, i.e. 0,7±0,1 mm à J0 contre 0,2±0,1 mm à J1, alors que l’épaississement
systolique était revenu à sa valeur de J0. De manière concomitante, cette réduction de
l’épaississement postsystolique s’accompagnait d’une élévation de 18 % de la vitesse
d’épaississement systolique maximale.
De manière similaire, au cours de la sidération après préconditionnement (J1),
l’épaississement postsystolique était réduit et la vitesse d’épaississement systolique maximale
142
était augmentée par rapport à J0. Cette constatation s’ajoutait à l’augmentation de
l’épaississement systolique déjà connu et caractéristique du bénéfice engendré par le
préconditionnement tardif au cours de la sidération. En d’autres termes, à l’état
préconditionné, la contraction pariétale se produisait plus rapidement et une plus grande part
de l’épaississement était dévolue à l’éjection.
Cette adaptation du profil contractile se retrouvait également sur les 4 chiens soumis à
un préconditionnement tardif non ischémique. En effet, ces animaux présentaient une
réduction de l’épaississement postsystolique 24h après un entraînement électro-systolique
rapide.
IV. Commentaires
Cette étude est la première à décrire l’évolution de l’épaississement postsystolique au
cours de la sidération myocardique et à mettre en évidence son évolution en miroir de celle de
l’épaississement systolique.
D’une manière générale, l’adaptation contractile engendrée par le préconditionnement
tardif se traduit par une augmentation de la vitesse d’épaississement systolique maximale et
une réduction de l’épaississement postsystolique. A l’état de base, le myocarde
préconditionné présente une réduction de l’épaississement postsystolique ainsi qu’une
élévation de la vitesse d’épaississement systolique maximale sans modification de
l’épaississement systolique. Dans ce contexte, le préconditionnement tardif se traduit par une
amélioration du rapport de l’épaississement systolique sur l’épaississement total. Pour un
épaississement total similaire, le myocarde préconditionné se contracte plus vite et une plus
grande part de l’épaississement survient en systole, il y a moins d’épaississement perdu en
postsystole.
Cette adaptation du profil contractile n’est pas une conséquence non spécifique de
l’ischémie. Elle est complètement imputable à la cardioprotection dans la mesure où elle se
retrouve avec un préconditionnement tardif non ischémique (entraînement électro-systolique
rapide).
143
Chapitre XI
Mécanisme de l’adaptation contractile au
cours du préconditionnement tardif vis-à-vis
de la sidération myocardique
Cette étude a fait l’objet d’une publication :
The inotropic adaptation during late preconditioning against myocardial stunning is
associated with an increase in FKBP 12.6.
Cardiovascular Research, Epub ahead of print.
par Lucats L., Vinet L., Bizé A., Monnet X., Morin D., Su J., Rouet-Benizeb P.,
Mercadier JJ., Hittinger L., Berdeaux A. et Ghaleh B.
Et d’un manuscrit en cours de rédaction.
144
I. Introduction
Comme nous l’avons démontré dans le travail précédent, le préconditionnement tardif
vis-à-vis de la sidération myocardique induit une modification du profil contractile du
myocarde. Dans cette dernière partie de notre travail, nous souhaitions identifier les
mécanismes moléculaires sous-jacents. Si les voies de signalisation de cette cardioprotection
endogène sont aujourd’hui bien connues, ses effecteurs finaux demeurent incertains. Or si le
préconditionnement passe par une adaptation de la contraction régionale du myocarde, il
semble logique qu’il engendre des modifications du couplage excitation-contraction, support
moléculaire de cette contraction. Au sein de cet ensemble de protéines qui assurent la
conversion de l’influx électrique en force mécanique d’éjection, nous nous sommes plus
particulièrement intéressés au récepteur de la ryanodine (RyR 2) et la protéine FKBP 12.6.
Nous souhaitions appréhender le mécanisme moléculaire de l’adaptation de la
contraction au niveau du RyR 2 et FKBP 12.6. Pour ce faire, nous avons instrumenté des
chiens pour étudier la réponse contractile in vivo et après préconditionnement en réponse à
l’administration intracoronaire de ryanodine. Ex vivo, nous avons regardé si les
préconditionnements tardifs ischémique et induit par un entraînement électro-systolique
rapide, étaient associés à une modification des propriétés de liaison de la ryanodine. Puis nous
avons étudié l’état de phosphrylation de RyR 2 et les quantités de FKBP 12.6, de
calséquestrine, de SERCA 2a et de phospholamban.
II. Matériels et méthodes
A. Modèle expérimental
Nous avons utilisé les modèles de préconditionnement tardif induit par une occlusion
coronaire de 10 min suivie de reperfusion et par un entraînement électro-systolique rapide.
En parallèle, deux groupes de 4 chiens équipés de cathéter intracoronaire dans l’artère
coronaire circonflexe gauche, ont reçu par cette voie une administration de doses croissantes
de ryanodine (0.5-1-3-6 µg) à l’état contrôle et 24h après une occlusion de 10 min suivie de
reperfusion de l’artère coronaire circonflexe gauche pour le premier groupe tandis que le
145
second groupe avait reçu la même administration intracoronaire de ryanodine 24h après un
entraînement électro-systolique rapide. Ces expériences ont eu pour but d’évaluer in vivo la
réponse du RyR 2 à la ryanodine.
B. Protocole expérimental
Sur le premier groupe de 7 animaux, trois semaines après l’intervention chirurgicale
(J0), les paramètres hémodynamiques et de contractilité étaient mesurés à l’état de base. Une
première occlusion coronaire de l’artère circonflexe de 10 min était réalisée. Les paramètres
hémodynamiques et de contractilité étaient mesurés durant les 6 premières heures de la
reperfusion. Le lendemain (J1), les mêmes paramètres étaient à nouveaux mesurés puis une
deuxième occlusion coronaire similaire était mise en œuvre. Comme le premier jour (J0), les
paramètres des 6 premières heures de la sidération ont été enregistrés. Enfin, une semaine plus
tard, les animaux étaient euthanasiés 24h après une occlusion de l’artère coronaire circonflexe
et des échantillons de myocarde étaient prélevés en zone postischémique (myocarde
préconditionné ischémique) et en zone controlatérale (myocarde témoin).
Un deuxième groupe de 6 animaux était soumis à deux séquences dans un ordre
aléatoire à une semaine d’intervalle. La première séquence soumettait les animaux à une
occlusion coronaire de 10 min. Les paramètres hémodynamiques et de contractilité étaient
mesurés durant les 6 premières heures de la reperfusion (sidération contrôle). Dans la seconde
séquence, les animaux étaient soumis à une occlusion coronaire de 10 min, 24h après un
entraînement électro-systolique rapide (sidération sous le bénéfice d’un préconditionnement
tardif non ischémique). Enfin une semaine plus tard les animaux étaient euthanasiés 24h après
un entraînement électro-systolique et des échantillons de myocarde étaient prélevés
(myocarde préconditionné non ischémique).
Sur le premier groupe des 4 animaux munis d’un cathéter intracoronaire, les
paramètres hémodynamiques et de contractilité étaient mesurés à l’état de base. Puis les
animaux étaient soumis une administration intracoronaire de doses croissantes de ryanodine.
Après une période de « wash out » d’une semaine, les animaux étaient soumis à une occlusion
coronaire de 10 min. Le lendemain de cette ischémie, sous le bénéfice du préconditionnement
tardif, les animaux étaient à nouveaux soumis à l’administration intracoronaire de doses
croissantes de ryanodine.
146
De manière similaire sur le deuxième groupe de 4 animaux munis de cathéter
intracoronaire, la ryanodine était perfusée par voie intracoronaire à l’état de base et 24h après
un entraînement électro-systolique.
Le myocarde prélevé sur les différents groupes a permis de réaliser les expériences de
liaison de la ryanodine et de Western blot de RyR 2, FKBP 12 et 12.6, de calséquestrine, de
SERCA 2 et de phospholamban.
III. Principaux résultats
Comme dans le travail précédent, nous avons à nouveau constaté que le
préconditionnement tardif ischémique était associé à une élévation de la vitesse
d’épaississement systolique maximale à l’état de base avant toute ischémie. De manière
similaire, cette adaptation du profil contractile était observée avec le préconditionnement
tardif non ischémique, l’entraînement électro-systolique rapide
L’administration intracoronaire de ryanodine provoquait une réduction dosedépendante de l’épaississement systolique à l’état de base. Lorsque cette administration
intracoronaire était réalisée 24h après une occlusion coronaire de 10 min, pour induire un
préconditionnement tardif ischémique, cette réponse inotrope négative du myocarde était
retrouvée. Cependant, pour une même dose de ryanodine, le myocarde préconditionné
présentait une réduction de l’épaississement systolique moins importante. Ainsi lors de la
séquence contrôle, 1.16±0.18 µg de ryanodine intracoronaire provoquait une réduction de 40
% de l’épaississement systolique tandis qu’il fallait 2.57±0.73 µg de l’alcaloïde pour
provoquer le même effet sur le myocarde préconditionné. De manière similaire, le
préconditionnement tardif non ischémique provoquait une élévation de la dose provoquant
40% de réduction de l’épaississement post-systolique (respectivement 3,62±1,01 µg vs
1,39±0,16 µg, après un préconditionnement tardif non ischémique et à l’état de base).
Ces déplacements de la courbe dose-réponse à la ryanodine n’étaient pas associés à
une diminution du nombre de sites pour ce ligand (Bmax) ou de son affinité (KD) car les
expériences de liaison ex vivo montraient que Bmax et KD n’étaient pas modifiés après
préconditionnement. De façon similaire, le Western blot de RyR 2 et de sa forme
phosphorylée P-S2809 ne montraient pas de différence entre les myocardes contrôles et
préconditionnés. Par contre la quantification de FKBP 12.6 par cette méthode montrait que
147
cette protéine était en quantité plus importante dans le myocarde préconditionné par ischémie
que dans le myocarde témoin. Le préconditionnement tardif était associé à une augmentation
de 184±46% de la quantité de FKBP 12.6 par rapport au myocarde contrôle. Cependant, cette
élévation de FKBP 12,6 n’était pas observée après un préconditionnement tardif non
ischémique. La quantification de la calséquestrine, de la SERCA 2a et de phospholamban ne
montrait aucune différence entre les myocardes contrôles et préconditionnés.
IV. Commentaires
Ce travail démontre que l’adaptation contractile en réponse au préconditionnement
tardif est associée à une adaptation du couplage excitation-contraction et probablement de la
libération de calcium via les RyR 2, même si nous ne l’avons pas directement démontré. En
effet, la courbe dose-réponse à l’administration in vivo de ryanodine était déplacée vers la
droite avec le préconditionnement tardif. Ce déplacement n’était pas du à une modification de
la fixation de la ryanodine sur ses récepteurs puisque les expériences de liaison montraient
que ni le nombre de sites ni leur affinité n’étaient affectés par le préconditionnement tardif.
Donc le préconditionnement tardif passait donc par une adaptation fonctionnelle du RyR 2.
Or la libération de calcium par le RyR 2 est un processus très finement régulé par le
complexe macromoléculaire qui entoure le RyR 2. Au sein de ce complexe, le déficit en
FKBP 12.6 a été mis en cause dans l’insuffisance cardiaque et certaines tachycardies
ventriculaires, et le rôle de cette protéine de structure est essentiel pour la libération
coordonnée du calcium par les RyR 2. Si le déficit de FKBP 12.6 a été décrit à plusieurs
reprises, notre travail est le premier à évoquer une augmentation de FKBP 12.6. Il est
raisonnable de penser que cette augmentation participe à l’amélioration de la fonction
contractile et assure un certain degré de cardioprotection dans la mesure où la surexpression
de cette protéine par transfert viral dans des cardiomyocytes (Loughrey et al., 2004) améliore
le synchronisme de la libération de calcium et décroît l’amplitude, la durée et la fréquence des
« sparks » calciques. De tels changements pourraient participer à l’adaptation contractile et à
la cardioprotection observées au cours du préconditionnement tardif.
Cette hypothèse est d’autant plus crédible que le gène FKBP 12.6 est potentiellement
activé par les voies de signalisation du préconditionnement tardif. En effet, le
préconditionnement tardif active la Protein Kinase C (PKC) (Banerjee et al., 1999), qui active
à son tour plusieurs facteurs de transcription lors d’un stress myocardique dont Sp-1 (Galvez,
148
2006). La famille des facteurs de transcription Sp se fixe sur les GC-box (Suske, 1999), qui
sont présents dans le promoteur de FKBP 12.6 (Nakazawa, 2005).
Les résultats obtenus concernant FKBP 12.6 avec le préconditionnement tardif non
ischémique contrastent avec ceux issus du préconditionnement tardif ischémique. Une telle
opposition suggère deux mécanismes distincts, toutefois une telle hypothèse ne peut être
avancée qu’avec réserve. En effet, soulignons que le préconditionnement tardif engendré par
l’entraînement électro-systolique tardif n’offre qu’un bénéfice modéré comparé à un
préconditionnement tardif ischémique. Il est donc possible que l’intensité de la
cardioprotection ne soit pas suffisante pour provoquer une élévation décelable de la quantité
de FKBP 12.6 bien que les mécanismes des deux préconditionnements soient identiques. De
plus, il doit être précisé que le Western blot n’est pas une méthode de quantification optimale,
car elle manque de sensibilité.
Toutefois, si d’autres mécanismes d’adaptation fonctionnelle de RyR 2 doivent être
proposés, il convient de rappeler le rôle essentiel du NO (Bolli et al., 1998) dans le
préconditionnement tardif et les modifications de RyR 2 qu’il entraîne (Barouch et al., 2002;
Meissner, 2002). La production de NO est accrue 24h après une occlusion coronaire (Kim et
al., 1997), il est donc envisageable que le NO entraîne une nitrosylation des RyR 2 qui
augmente leur probabilité d’ouverture et leur conductance telles que décrites dans d’autres
situations (Barouch et al., 2002; Petroff et al., 2001). Un tel mécanisme pourrait également
participer à la cardioprotection offerte par le préconditionnement tardif ischémique. Cet autre
aspect de la régulation de RyR 2 dans la cardioprotection demeure inconnu et nécessite de
nouveaux travaux.
149
DISCUSSION
GENERALE
151
Le profil contractile du myocarde sidéré se caractérise par un épaississement retardé et
diminué par rapport à l’état de base. Celui-ci commence plus tard et se poursuit après la
fermeture des valves aortiques. Ce délai donne naissance à l’épaississement postsystolique,
contraction régionale paradoxale et hémodynamiquement inefficace. Nous avons montré que
l’amélioration de la fonction régionale par le préconditionnement tardif ou une intervention
pharmacologique comme l’ivabradine, s’accompagnait d’une réduction de cet épaississement
postsystolique. L’ivabradine améliore la fonction systolique du myocarde sidéré par
conversion de l’épaississement postsystolique en épaississement systolique sans que nos
résultats ne nous permettent de fournir une explication mécanistique de cette observation.
L’allongement du temps de diastole permet d’assurer un meilleur remplissage et il est permis
de penser que celui-ci sollicite un effet Frank-Starling mais rien ne l’affirme catégoriquement
puisque l’ivabradine ne provoque qu’un amincissement télédiastolique non significatif. A
contrario, l’ivabradine augmente la vitesse d’épaississement systolique maximale, cet index
est très sensible et son augmentation peut signer un effet Frank-Starling bien que nous
n’avons pas été en mesure de montrer des modifications de la dimension ventriculaire
télédiastolique.
Lorsqu’il est question d’épaississement postsystolique, la première question est de
savoir si ce mouvement est une contraction active ou un retour élastique purement passif.
Cette interrogation est des plus légitimes car elle sous-entend que si la contraction est active,
l’épaississement postsystolique est une réserve contractile qui peut être mise à profit pour
l’éjection. Plusieurs de nos constatations abondent dans ce sens. En effet, l’amélioration de
l’épaississement systolique du myocarde sidéré par le préconditionnement tardif ou la
réduction spécifique de fréquence cardiaque par l’ivabradine coïncide avec une réduction de
l’épaississement postsystolique. Cette simultanéité peut être interprétée comme une
conversion de l’épaississement postsystolique en contraction éjectionnelle car la réduction de
l’épaississement postsystolique est en miroir de l’amélioration de l’épaississement systolique,
à la fois en temps et en millimètre ; l’épaississement total (systolique et postsystolique) ne
diffèrant pas entre les séquences témoins et préconditionnées ou après ivabradine. Lorsque le
myocarde sidéré est protégé par un préconditionnement tardif ou par l’ivabradine,
l’épaississement total est le même mais une part plus importante de celui-ci survient en
systole. Cette conversion de l’épaississement postsystolique en contraction efficace de
l’éjection est un des arguments issus de notre travail en faveur d’un mouvement
postsystolique actif, même si une moindre restitution élastique ne peut être écartée.
152
Nous avons également observé que l’aténolol diminue l’épaississement postsystolique
du fait de son pouvoir inotrope négatif. La réduction de l’épaississement postsystolique par
l’aténolol est strictement proportionnelle à celle de l’épaississement systolique. Cette
observation est un nouvel argument en faveur d’un mouvement à composante active car seul
un mouvement actif est diminué par un agent inotrope négatif, à moins que les forces qui
étirent le myocarde pour le mouvement postsystolique passif ne soient elles-aussi réduites par
le β-bloquant. En effet, nous avons montré que l’épaississement postsystolique est corrélé à
l’amincissement protosystolique du myocarde. Cet amincissement résulte des forces exercées
par le reste du ventricule qui se contracte et fait monter la pression ventriculaire gauche : ainsi
le myocarde sidéré qui ne se contracte qu’en retard se voit étiré pendant ce délai. Nous
n’avons pas pu faire la part dans cette corrélation entre un mécanisme actif de Frank-Starling
et celle d’un retour élastique passif. La réduction de l’épaississement postsystolique par
l’aténolol ne permet pas non plus de trancher dans un sens ou dans l’autre. D’une part, une
composante active est fortement diminuée par un agent inotrope négatif et d’autre part cet
agent réduit aussi la contractilité des autres parois du ventricule gauche et la montée de
pression ventriculaire gauche à l’origine de l’étirement qui génèrerait les mouvements
postsystoliques par un retour élastique. Il est plausible que les deux phénomènes participent à
l’épaississement postsystolique. Certains auteurs voient une différence de mécanisme selon la
situation. Pour Skulstad et al. (2002) l’origine de l’épaississement postsystolique dépend du
mouvement systolique du segment considéré. En se basant sur l’étude de la relation longueur
du segment-pression ventriculaire gauche qui permet de calculer le travail du segment, les
auteurs affirment que le mouvement postsystolique d’un segment dyskinétique est passif
tandis que celui d’un segment akinétique ou hypokinétique est actif. Ces conclusions sont
fondées sur l’observation de la contractilité du myocarde ischémique et sidéré d’un modèle de
chien anesthésié à thorax ouvert, préparation connue pour modifier profondément l’inotropie
du myocarde (Vatner et al., 1975), et plus particulièrement la contraction postsystolique
(Kanaya et al., 1994). Dans nos conditions, le myocarde sidéré est à la fois dyskinétique et
hypokinétique puisque la réduction de l’épaississement systolique est d’abord remplacée par
un amincissement paradoxal, signant une double composante active et passive.
La composante active de la contraction postsystolique du myocarde sidéré explique
pour certains auteurs, sa réserve contractile. En effet Yo et al., (2002), ont montré que le
myocarde de chien sidéré avait une consommation d’oxygène comparable à celle d’un
myocarde sain pour un raccourcissement systolique très diminué mais avec un mouvement
153
postsystolique très important. De façon similaire à nos observations, lorsque ce myocarde
sidéré répond à une stimulation inotrope positive, le raccourcissement postsystolique décroît
au fur et à mesure que le raccourcissement systolique augmente (Yo et al., 2002). Ces auteurs
y voient une conversion du mouvement actif postsystolique en contraction active systolique.
Cette observation donne un argument supplémentaire pour penser qu’il peut exister des
moyens pharmacologiques ou physiologiques pour permettre la conversion du mouvement
postsystolique en contractilité éjectionnelle efficace (Yo et al., 2002). En effet,
l’épaississement postsystolique est une perte énergétique pour le myocarde sidéré, et la
survenue d’une contraction pendant la relaxation isovolumique est un frein au remplissage
(Urheim et al., 2003). Rétablir un profil contractile synchrone au sein du ventricule gauche est
donc un moyen évident de limiter les effets délétères de la sidération myocardique. De notre
travail, il ressort que la réduction de fréquence cardiaque par l’ivabradine et le
préconditionnement tardif sont des moyens de corriger ce défaut de fonction contractile
régionale.
Nos travaux sur le préconditionnement tardif nous ont permis de proposer un
mécanisme participant à l’adaptation du profil contractile du myocarde préconditionné. Pour
ne pas confondre les effets du préconditionnement tardif et ceux de la sidération, nous avons
porté notre analyse sur les adaptations de la contractilité du myocarde préconditionné mais
pas encore sidéré, i.e., 24h après un stimulus préconditionnant ischémique (occlusion
coronaire de 10 min) ou non ischémique (entraînement électro-systolique rapide pendant 40
min) mais avant tout nouvel épisode ischémique. Dans cette situation, nous avons constaté
que le myocarde préconditionné présentait une élévation de la vitesse maximale systolique
d’épaississement et une réduction de l’épaississement postsystolique. Il est important de
souligner que l’épaississement postsystolique est réduit avant même que le myocarde ne soit
soumis à un nouvel épisode ischémique montrant que le bénéfice apporté par le
préconditionnement tardif n’est pas nécessairement révélé par un nouvel épisode ischémique
mais plutôt que la cardioprotection qu’il engendre, se traduit par une adaptation du profil
contractile précèdant le nouvel épisode ischémique. Ici, il semble que le préconditionnement
tardif n’induise pas de conversion de l’épaississement postsystolique en épaississement
systolique à l’état de base puisque ce dernier reste inchangé entre J0 et J1. Ceci pourrait
éventuellement être en faveur d’un mécanisme passif de ce mouvement postsystolique.
Quoiqu’il en soit, cette adaptation pourrait être un moyen d’identifier le myocarde
154
préconditionné, mais cette possibilité reste limitée par le flou qui entoure la mesure et
l’interprétation du mouvement postsystolique (Sutherland, 2004; Voigt et al., 2003a; 2003b).
Cette adaptation contractile du myocarde préconditionné tardif peut être rapprochée de
celle qui est observée d’un point de vue métabolique. En effet, Monnet et al. (2005) ont
montré que pour un même travail cardiaque la consommation en oxygène du myocarde
préconditionné était réduite aussi bien à l’état de base que lors d’une stimulation
catécholaminergique. Affirmer que l’une est la conséquence de l’autre reste spéculatif mais il
est permis de penser que la réduction de l’épaississement postsystolique en réduisant le travail
total pourrait participer à la réduction de la consommation en oxygène observée au cours du
préconditionnement tardif.
L’adaptation phénotypique du profil contractile d’un myocarde préconditionné
suggère une modification du couplage excitation-contraction. Au sein de celui-ci, nous avons
porté notre attention sur le canal calcique du réticulum sarcoplasmique qui est bloqué par la
ryanodine (Kalthof et al., 1995). Ce canal, ou récepteur de la ryanodine, est responsable du
relarguage du calcium à l’origine de la contraction des myofibrilles qui conditionne la
performance contractile systolique. Nous avons donc comparé la réponse contractile du
myocarde à l’administration intracoronaire de doses croissantes de ryanodine avant et après
préconditionnement. Cette technique permet d’étudier le blocage du canal par l’alcaloïde, elle
est adaptée aux expériences in vivo chez le chien (Hittinger et al., 1999) mais ne permet pas
d’exclure une réponse compensatoire. Cette technique nous a permis de constater in vivo que
l’adaptation de la contractilité par le préconditionnement était concomitante d’une
modification siégeant au niveau de l’homéostasie calcique en siégeant probablement au
niveau de RyR 2 des cardiomyocytes.
Les expériences de liaison et de Western blot ont montré que le déplacement de la
courbe dose-réponse à l’administration intracoronaire de ryanodine par le préconditionnement
tardif ischémique n’était pas associé à une modification de l’affinité ou du nombre de sites de
liaison de RyR 2 à la ryanodine mais à une élévation de la quantité de la protéine FKBP 12.6.
Cette immunophilline qui lie les récepteurs de la ryanodine dans les « clusters » assure une
ouverture coordonnée des récepteurs de la ryanodine (Marx et al., 2001). Son déficit est mis
en cause dans l’insuffisance cardiaque et certains troubles du rythme (Scoote et al., 2002), et
la surexpression de cette protéine dans les modèles de ces pathologies prévient leur
développement (Lehnart et al., 2004; Wehrens et al., 2004; 2005). A notre connaissance,
155
notre étude sur le préconditionnement tardif est la première à relater une augmentation de
cette protéine dans une situation physiopathologique. In vitro, la surexpression par transfert
viral de cette protéine dans le cardiomyocyte sain de rat réduit l’amplitude des fuites calciques
(« calcium sparks »), augmente l’amplitude de la transitoire calcique et réduit le temps de sa
décroissance (Gomez et al., 2004). Sur un modèle comparable de cardiomyocytes de lapin,
Loughrey et al. (2004) observent des résultats similaires et montrent que ces modifications
électro-physiologiques s’accompagnent d’une amélioration du raccourcissement des
cardiomyocytes isolés. Ainsi, il est permis de penser que dans le cadre du préconditionnement
tardif ischémique, l’augmentation de FKBP 12.6 pourrait engendrer des améliorations
similaires du couplage excitation-contraction et expliquer les adaptations contractiles
observées. En effet, l’augmentation de la transitoire calcique pourrait être mise en parallèle de
l’augmentation de la vitesse maximale systolique d’épaississement. L’hypothèse d’une
participation des FKBP 12.6 à la cardioprotection est d’autant plus importante qu’elle ouvre
une nouvelle voie thérapeutique pour la prévention de la sidération myocardique. En effet la
stabilisation des « clusters » de récepteurs de la ryanodine par le FKBP 12.6 peut être
améliorée par un agent pharmacologique, le JTV 519 (Hasenfuss et al., 2003; Kohno et al.,
2003). Cette molécule a d’ailleurs été développée pour ses propriétés cardioprotectrices avant
que son rôle de stabilisation ne soit bien compris (Ito et al., 2000; Kawabata et al., 2000). Les
adaptations exactes du profil contractile qu’elle entraîne restent à étudier et pourraient étayer
nos observations et nos hypothèses.
Si l’augmentation de FKBP 12.6 lors du préconditionnement tardif ischémique est
susceptible de prendre part à toutes les adaptations contractiles observées, il n’en est pas pour
autant le mécanisme exclusif. En effet, le préconditionnement tardif non ischémique par
entraînement électro-systolique engendre des adaptations contractiles similaires qui ne
s’accompagnent pas d’une augmentation de FKBP 12.6. Deux hypothèses peuvent expliquer
cette différence : le manque de sensibilité de la quantification de la protéine par Western blot
ou un mécanisme différent. La première hypothèse doit être gardée à l’esprit car les
expériences de Western blot ne sont pas entièrement appropriées à une quantification fine de
FKBP 12.6, et ceci est d’autant plus vrai que nos expériences de Western blot ont été réalisées
sur des homogénats de protéines totales, nous exposant à une perte de sensibilité par rapport à
celles réalisées sur une préparation de réticulum sarcoplasmique. Enfin, la cardioprotection
offerte par le préconditionnement tardif non ischémique (entraînement électro-systolique
rapide) est moins importante que celle offerte par le préconditionnement ischémique, ceci
156
pouvant suggérer une moindre augmentation de FKBP 12.6. Il est également envisageable que
d’autres mécanismes soient à la base de la cardioprotection engendrée par l’entraînement
électro-systolique. Dans nos expériences nous avons constaté que comme dans toutes les
formes connues de préconditionnement tardif, les radicaux libres dont fait partie le monoxyde
d’azote, ont un rôle incontournable (Bolli et al., 1998). Or, rappelons que le NO peut moduler
le couplage excitation-contraction (Meissner, 2002) et tout particulièrement le récepteur de la
ryanodine. Ce canal possède de nombreux résidus thiol (12 par sous-unités) dont la
nitrosylation par le NO augmente la probabilité d’ouverture et la conductance du canal (Xu et
al., 1998). De telles modifications sont compatibles avec les adaptations contractiles que nous
avons observées puisque dans d’autres situations elles participent également à la stimulation
de la fonction contractile des cardiomyocytes (Petroff et al., 2001). Cette éventualité est
d’autant plus probable que le récepteur de la ryanodine est régulé par la NOS neuronale
(Barouch et al., 2002; Xu et al., 1999) dont il a été récemment montré qu’elle participait à la
médiation du préconditionnement tardif (Wang et al., 2004b).
157
CONCLUSION ET PERSPECTIVES
Notre travail montre qu’il est possible de modifier la fonction contractile régionale
pour prévenir la sidération myocardique ainsi que réduire son intensité et sa sévérité. Cet
objectif peut être atteint soit pharmacologiquement en réduisant sélectivement la fréquence
cardiaque soit en induisant une cardioprotection endogène, le préconditionnement tardif.
Nous avons également montré que cette adaptation phénotypique contractile
aboutissait à une modification de l’homéostasie calcique révélée in vivo par l’administration
de ryanodine et in vitro par l’augmentation de FKBP 12.6. Il faut souligner que si l’utilisation
aïgue de l’ivabradine aboutit au même type d’adaptation contractile, nous ne savons pas si
l’administration au long cours d’ivabradine ne puisse pas, à terme, induire ce type de
modifications bénéfiques au niveau de l’homéostasie calcique. D’autres voies restent
également à explorer comme celle d’une adaptation siègeant au niveau des protéines du
sarcomère. Enfin, les résultats obtenus avec la cardioprotection induite par l’entraînement
électro-systolique ouvrent de nouvelles voies de recherche. Ainsi cette manœuvre pourrait
suggérer qu’une tachycardie provoquée par un exercice physique régulier permettrait
d’installer un état de préconditionnement tardif chronique accompagné d’un état d’adaptation
contractile et peut-être de modification de l’homéostasie calcique.
159
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wall. Am J Physiol Heart Circ Physiol, 286, H1872-80.
ZWANENBURG, J.J., GOTTE, M.J., KUIJER, J.P., HOFMAN, M.B., KNAAPEN, P., HEETHAAR,
R.M., VAN ROSSUM, A.C. & MARCUS, J.T. (2005). Regional timing of myocardial
shortening is related to prestretch from atrial contraction: assessment by high temporal
resolution MRI tagging in humans. Am J Physiol Heart Circ Physiol, 288, H787-94.
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RESUME
Le myocarde post-ischémique se caractérise entre autre par un état de sidération
myocardique qui se définit comme un état de dysfonction contractile réversible du myocarde
survenant au décours d'un épisode ischémique transitoire malgré la reperfusion complète du
myocarde et en l'absence de toute nécrose sous jacente. Notre objectif était de caractériser le
profil contractile du myocarde sidéré et de déterminer les mécanismes de correction de ces
anomalies du profil contractile soit par une stratégie pharmacologique comme la réduction
spécifique de fréquence cardiaque par l’ivabradine soit par une cardioprotection
physiologique, le préconditionnement tardif. Le « préconditionnement tardif » désigne la
capacité endogène du cœur à réduire la sévérité et la durée de la sidération observées lors d’un
deuxième épisode ischémique similaire survenant 24 à 72 h après un premier épisode
ischémique. Pour répondre à ces objectifs, nous avons utilisé un modèle de chien éveillé
chroniquement implanté nous permettant une analyse fine de la contraction par
sonomicrométrie.
Le myocarde sidéré présente un retard à l’initiation et à l’arrêt de l’épaississement qui
génère une dysynchronie contractile, manifestée par la présence d’un épaississement
postsystolique. Cette part de la contraction paradoxale est inefficace puisqu’elle survient après
la fermeture de la valve aortique. Lors de l’administration d’ivabradine, elle est convertie en
épaississement systolique, la performance contractile efficace étant alors améliorée. Lors du
préconditionnement tardif, elle est réduite et la vitesse maximale systolique est augmentée,
traduisant à nouveau un centrage des efforts contractiles du myocarde vers la systole, aussi
bien par le préconditionnement tardif ischémique (occlusion coronaire) que par un stimulus
non ischémique de préconditionnement tardif que nous avons mis au point, à savoir
l’entraînement électro-systolique rapide. Sur des chiens munis de cathéters intracoronaires,
nous avons constaté que cette adaptation du profil contractile était concomitante d’un
déplacement vers la droite de la réponse à l’administration intracoronaire de ryanodine qui
permet de tester in vivo la fonctionnalité du récepteur de cet alcaloïde. Ce canal est l’élément
central du couplage exciation-contraction puisqu’il libère le calcium du réticulum
sarcoplasmique nécessaire pour la contraction des myofilaments. Les expériences de liaison
montrent que ce déplacement n’est pas dû à une modification du nombre de sites du récepteur
de la ryanodine ni de leur affinité pour le ligand. In vitro, les expériences de Western blot
confirment ces résultats et montrent que le préconditionnement tardif ischémique est associé à
une augmentation de la quantité de FKBP 12.6, une immunophiline qui stabilise et coordonne
la libération de calcium par le récepteur de la ryanodine.
Il ressort de notre travail que la correction des défauts contractiles du myocarde sidéré
à savoir la réduction de l’épaississement postsystolique est un moyen de réduire la sidération
myocardique soit pharmacologique avec la réduction sélective de fréquence cardiaque par
l’ivabradine soit par le préconditionnement tardif qui augmente la quantité de protéine FKBP
12.6.