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Thèses et Mémoire de l'Université de Strasbourg

La Variabilité Cardiaque au Cours des Cycles de Sommeil chez l'Homme: un Test d'Evaluation de l'Activité du Système Nerveux Autonome

VIOLA, Antoine (2004) La Variabilité Cardiaque au Cours des Cycles de Sommeil chez l'Homme: un Test d'Evaluation de l'Activité du Système Nerveux Autonome. Thèses de doctorat, Université Louis Pasteur.

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Résumé

Notre travail de thèse s’intègre dans les recherches menées au sein du Laboratoire des Régulations Physiologiques et des Rythmes Biologiques chez l’Homme. Il concerne l’étude de la variabilité cardiaque, au cours du sommeil et particulièrement lors des cycles de sommeil lent - sommeil paradoxal qui se succèdent selon un rythme ultradien de 80-120 minutes. La variabilité cardiaque, définie comme la variation de l’intervalle de temps séparant deux battements cardiaques consécutifs (intervalle R-R de l’électrocardiogramme) est considérée comme le reflet de l’activité du système nerveux autonome. Nous tenterons de démontrer au cours de ce travail, qu’en raison du lien étroit existant entre certains indices caractérisant la variabilité cardiaque et l’alternance des stades de sommeil décrite par l’activité électroencéphalographique (EEG), l’analyse de la variabilité cardiaque au cours du sommeil peut constituer une méthode d’investigation de l’activité du système nerveux autonome. Le rythme ultradien du sommeil est caractérisé par l’alternance de sommeil paradoxal et de sommeil lent regroupant les stades 1 et 2 et le sommeil à ondes lentes (stades 3 et 4). La quantification de l’EEG au moyen de l’analyse spectrale permet, par une approche dynamique de l’activité cérébrale, de compléter la traditionnelle classification en stades, en caractérisant les variations continues des ondes EEG dans leurs différentes bandes de fréquence. Au cours du sommeil, diverses variables physiologiques, (respiratoires, cardiovasculaires, thermiques, hormonales) sont régulées principalement par le système nerveux autonome. Or l’activité des systèmes sympathique et parasympathique et la balance sympatho-vagale peuvent être évaluées par des indices temporels et fréquentiels caractérisant la variabilité cardiaque. Au cours d’une étude antérieure effectuée dans notre laboratoire, nous avions montré que l’activité du système nerveux autonome présente un lien avec les stades de sommeil, oscillant entre le sommeil à ondes lentes à dominance parasympathique et le sommeil paradoxal à dominance sympathique. Les oscillations de la balance sympatho-vagale sont couplées à celles de l’activité EEG, en particulier aux ondes delta (0.5-4.0 Hz) qui reflètent la profondeur du sommeil. Ces résultats suggèrent l’existence d’interactions entre la régulation centrale du système nerveux autonome et les états de vigilance, que nous tenterons d’identifier dans la partie bibliographique de cette thèse. Après une étude introductive montrant l’importance du rythme ultradien comme marqueur d’une bonne qualité de sommeil, l’analyse de la fréquence cardiaque et de la variabilité cardiaque au cours des 24 heures nous a permis d’appréhender la part respective de l’influence circadienne et de l’influence du sommeil dans l’expression des rythmes nycthéméraux, et de démontrer la puissante influence des cycles de sommeil auxquels sont liées les oscillations de la balance sympatho-vagale. Nous avons ensuite étudié les modifications de ces oscillations chez le sujet âgé et chez les patients ayant subi une transplantation cardiaque. Enfin nous avons montré qu’au cours du sommeil peuvent être révélées certaines pathologies qui ne sont pas exprimées au cours de la veille. Des groupes de sujets sains, jeunes et âgés, ainsi que des patients ayant subi une greffe cardiaque, sont étudiés dans différentes conditions expérimentales, selon des protocoles approuvés par le Comité Consultatif de Protection des Personnes dans la Recherche Biomédicale (CCPPRB) d’Alsace. Suite à une nuit d’habituation, les enregistrements polygraphiques du sommeil (électroencéphalogramme, électrooculogramme, électromyogramme, électrocardiogramme) sont effectués, et les données EEG sont traitées par analyse spectrale. La variabilité cardiaque est étudiée par deux méthodes d’analyse, spectrale et temporelle. Pour l’analyse temporelle, nous nous sommes particulièrement intéressés à la variabilité globale, reflétée par la déviation standard des intervalles R-R normalisés successifs (SDNN). L’analyse spectrale des intervalles R-R, permet grâce à une Transformée de Fourier de distinguer la bande des basses fréquences (LF = 0.04-0.15 Hz) qui est principalement le reflet de l’activité sympathique, et la bande des hautes fréquences (HF = 0.15-0.50 Hz) qui est un indicateur de l’activité parasympathique. Le rapport normalisé de ces indices spectraux (LF/(LF+HF)) est utilisé pour évaluer la balance sympatho-vagale. PRINCIPAUX RESULTATS Dans la première partie de notre travail, nous avons montré à l’aide de la ritansérine, un antagoniste sérotoninergique (5-HT2) impliqué dans la régulation du sommeil, l’importance du rythme ultradien des cycles de sommeil lent-sommeil paradoxal dont la régularité reflète une bonne qualité de sommeil. Les enregistrements polysomnographiques croisés ritansérine versus placébo chez des mauvais dormeurs montrent que l’administration de ritansérine provoque une augmentation de la durée de sommeil à ondes lentes et une restauration du nombre de cycles de sommeil. L’analyse spectrale de l’EEG permet de montrer que la ritansérine provoque une augmentation significative de la quantité d’ondes delta et du nombre d’oscillations delta de période comprise entre 80 et 120 minutes, tandis qu'une diminution des ondes sigma (12-15Hz) est observée. Ces résultats constituent une approche, chez l’homme, des mécanismes centraux impliqués dans le maintien de la qualité du sommeil et dans la restauration du rythme ultradien du sommeil par inhibition des récepteurs 5-HT2. Nous avons déterminé ensuite la part respective de l'horloge circadienne endogène, des cycles veille-sommeil et de la structure interne du sommeil dans l'expression des rythmes nycthéméraux de la fréquence cardiaque et de certains indices de la variabilité cardiaque. A cette fin, des sujets normaux ont été étudiés à deux reprises, pendant 24 heures : une première fois avec un sommeil nocturne normal de 23h00 à 7h00, une deuxième fois avec un décalage abrupt de la période de sommeil de 8h00. Cette stratégie expérimentale, basée sur le fait que l’horloge circadienne ne s’adapte au décalage du cycle veille-sommeil qu’après plusieurs jours, permet d’étudier l’influence d’un rythme endogène en l’absence de sommeil et celle du sommeil indépendamment de l’heure à laquelle il survient. Afin de limiter au maximum tout artéfact lié au stress, à la posture et à la prise alimentaire, nos sujets sont alités et sous alimentation continue par voie entérale dans des chambres insonorisées et climatisées durant les enregistrements. Nos résultats montrent que les rythmes nycthéméraux de la fréquence cardiaque et des indices de la variabilité cardiaque sont très faiblement influencés par l’horloge circadienne mais le sont fortement par le sommeil et particulièrement par les cycles de sommeil auxquels sont associées les oscillations de la balance sympatho-vagale. Ces résultats ont été intégrés dans le problème de la survenue des accidents cardiovasculaires, inégale au cours du nycthémère. Ils suggèrent le rôle prépondérant, au cours de l'éveil, des divers facteurs externes (posture, prise alimentaire, activité physique et mentale) dans la survenue de ces accidents cardiovasculaires plus nombreux durant la matinée. Au cours du sommeil, les abruptes stimulations cardiaques observées lors des phases d’activation transitoire qui accompagnent l’alternance de stades, caractérisées par de puissantes activations sympathiques, semblent être la cause d’accidents cardiovasculaires nocturnes. Dans un deuxième temps, nous avons étudié les modifications de la variabilité cardiaque et de ses relations avec les stades de sommeil chez des sujets âgés sains, sans prise médicamenteuse et sans anomalie du rythme cardiaque. Il est connu que le vieillissement provoque une dégradation de la qualité de sommeil et l’apparition de respiration périodique qui influence la variabilité cardiaque. L’analyse spectrale de la variabilité cardiaque, révèle chez les sujets âgés, la présence d'une bande de fréquence très lente, similaire à la respiration périodique recouvrant en moyenne 18% de la période allouée au sommeil. En l’absence de respiration périodique, les sujets âgés montrent un effondrement de la variabilité cardiaque. Le lien entre la variabilité cardiaque et le sommeil se dégrade, seuls les rapports normalisés des indices spectraux de la variabilité cardiaque présentent des relations avec les stades de sommeil similaires à celles des sujets plus jeunes. Il apparaît un déséquilibre de la balance sympatho-vagale en faveur du système nerveux sympathique pouvant expliquer la dégradation de la qualité de sommeil et les accidents cardio-vasculaires survenant avec l’âge. L’étude réalisée chez les patients ayant subi une transplantation cardiaque se propose d’utiliser les modifications de la fréquence cardiaque et de la variabilité cardiaque au cours du sommeil comme test d’évaluation de la réactivité cardiaque. La réinnervation cardiaque des transplantés reste un sujet très débattu. Selon la méthode d’investigation, on rapporte des résultats divergents, quoiqu’une réinnervation sympathique ait été fréquemment démontrée. Nous avons pu montrer que lors de la phase d’activation transitoire qui accompagne l’émergence du sommeil à ondes lentes vers un sommeil plus léger ou vers l’éveil, certains transplantés présentent une tachycardie comparable à celle observée chez les sujets contrôles mais plus faible et plus tardive, alors que d’autres ne présentent aucune variation de la fréquence cardiaque. La distinction entre deux types de transplantés est confirmée par la détermination des indices de la variabilité cardiaque observés lors du sommeil à ondes lentes où le nœud sinusal est sous l’influence prédominante du système parasympathique et le stade 2 précédant le sommeil paradoxal, à prédominance sympathique. Les patients transplantés qui présentent une tachycardie lors de la phase d’activation transitoire, montrent également des variations des indices reflétant l'activité du système nerveux sympathique suggérant ainsi l'existence d'une réinnervation partielle par le système nerveux sympathique. L'hypothèse d'une réinnervation devra cependant être confirmée par d'autres méthodes d'investigation souvent plus lourdes et invasives. De plus il est apparu que le sommeil peut révéler des pathologies cardiaques indétectables à l'état de veille. Nous avons décelé chez un sujet considéré comme sain suite aux examens cliniques, la présence de blocs auriculo-ventriculaires de type 2 (Mobitz 2) survenant principalement lors du sommeil paradoxal et le stade 2 le précédant. Lors des tests classiques de repos et d’effort, aucune anomalie cardiaque n’a pu être décelée. Nous avons pu montrer au cours du sommeil, que ce sujet présente un niveau de variabilité cardiaque anormalement bas, sans augmentation significative lors du sommeil paradoxal. A l’opposé, lors des phases d’activation transitoire on observe des accélérations cardiaques comparables aux sujets contrôles, de plus durant la veille, on observe une augmentation du tonus sympathique de même niveau que les sujets contrôles. Ces résultats suggèrent une perturbation de la balance sympatho-vagale qui s’exprime spécifiquement au cours du sommeil paradoxal, favorisant ainsi les pauses cardiaques. CONCLUSIONS Au cœur du couplage entre les phénomènes ultradiens, endocriniens et hypniques, le système nerveux autonome joue un rôle décisif. Nous avons, par la mesure en continu des indices temporels et spectraux de la variabilité cardiaque, appréhendé les variations de l'activité du système nerveux autonome étroitement associées aux variations de l'activité EEG. Nous avons démontré l'importance des cycles de sommeil lent – sommeil paradoxal dans l'expression des profils d'évolution nycthéméraux de la fréquence cardiaque et de la variabilité cardiaque. Nous avons montré l'effondrement de la variabilité cardiaque avec l'âge et décrit le déséquilibre de la balance sympatho-vagale en faveur du système nerveux sympathique. Les variations spontanées de la variabilité cardiaque lors de l’alternance des stades de sommeil, de même que l'augmentation de la fréquence cardiaque lors de la phase d’activation transitoire provoquant l’émergence du sommeil à ondes lentes ont ensuite été utilisées pour tester la réactivité des patients ayant subi une transplantation cardiaque. Le sommeil représente un moment privilégié d’étude, libre de toute influence externe, au cours duquel peuvent être révélées certaines pathologies cardiaques ou des anomalies du système nerveux autonome. Ainsi, l'analyse de la variabilité cardiaque au cours des cycles de sommeil peut constituer un moyen d'investigation fonctionnelle de l'activité du système nerveux autonome.

Type d'EPrint:Thèse de doctorat
Sujets:CL Classification > DDC Dewey Decimal Classification > 600 Technologie (sciences appliquées) > 610 Médecine et santé > 612 Physiologie humaine > 612.8 Neurophysiologie et physiologie sensorielle
Classification Thèses Unistra > Santé > Médecine et odontologie > 610 Médecine et santé > 612 Physiologie humaine > 612.8 Neurophysiologie et physiologie sensorielle

CL Classification > DDC Dewey Decimal Classification > 500 Sciences de la nature et mathématiques > 570 Sciences de la vie. Biologie. Biochimie > 573 Anatomie, histologie et physiologie animales > 573.8 Système nerveux. Organes des sens
Classification Thèses Unistra > Santé > Sciences de la vie, biologie, biochimie > 570 Sciences de la vie. Biologie. Biochimie > 573 Anatomie, histologie et physiologie animales > 573.8 Système nerveux. Organes des sens

UNERA Classification UNERA > ACT Domaine d'activité UNERA > ACT-5 Santé, industrie du médicament, cosmétique
UNERA Classification UNERA > DISC Discipline UNERA > DISC-16 Sciences de la vie et de la santé, psychologie
Code ID:815
Déposé le :29 Septembre 2004

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