Cœurs et artères

Le laboratoire de physiologie de l'effort de l'Institut National de Gérontologie (NIA) ressemble à l'antre d'un sorcier électronicien. Des terminaux d'ordinateur remplissent la pièce, l'un est juste à côté du tapis roulant, deux autres sont perchés en haut d'un meuble à tiroirs, un est sur un chariot, un autre est fixé au mur. Ici et là, on trouve d'autres appareils, éteints pour l'instant ou clignotant juste un peu. On est alors surpris par un bruit d'eau clapotante. "Il me fait penser que le corps doit être bien bruyant", dit Eileen Shields, une directrice commerciale du Comté de Carroll, Maryland, qui vient là pour un échocardiogramme. Le bruit de ressac rythmé qui se répercute dans la pièce provient d'un tube mince, argenté, posé contre sa carotide. Le bruit s'accompagne d'ondes numériques qui dansent sur un écran d'ordinateur proche, enregistrant le débit sanguin et la pression artérielle. Mme Shilds est une volontaire qui participe à une étude recherchant de nouveaux éléments de lutte contre un phénomène cardio-vasculaire bien connu : la rigidification progressive des artères avec l'âge. Ce phénomène porte différents noms - durcissement des artères, rigidité vasculaire, artériosclérose - et les scientifiques ont longtemps pensé qu'il jouait un rôle dans des maladies comme l'athérosclérose et l'hypertension artérielle. Mais ils ont maintenant la preuve que son influence peut s'étendre bien au-delà des vaisseaux sanguins. "Nous pensons que la rigidité affecte à la fois la structure et la fonction du cœur", dit Jerome Fleg, un chercheur du laboratoire de cardio-angéiologie du NIA, "et nous voulons savoir comment elles s'y adaptent. Les gens dont les artères sont les plus rigides présentent-ils les parois cardiaques les plus épaisses? Leur cœur pompe-t-il de plus petites quantités de sang à chaque battement?" En précisant les liens entre les artères et le cœur, Fleg et ses collaborateurs espèrent établir exactement la relation existant entre la rigidité et la maladie. La rigidification des artères a longtemps été considérée comme un processus normal au cours du vieillissement dans les pays industrialisés. Chez certaines personnes cependant, et pour des raisons encore mal comprises, ce phénomène banal devient un processus pathologique. La rigidité artérielle est la principale cause de l'hypertension artérielle des sujets âgés qui, à son tour, est un facteur de risque majeur d'accident vasculaire cérébral, de crise cardiaque et d'insuffisance cardiaque. Et on suspecte maintenant la rigidité de rendre les artères plus sensibles aux processus cellulaires sous-tendant l'athérosclérose, un autre précurseur des cardiopathies et des accidents vasculaires cérébraux (voir Que se passe-t-il au cours de l'athérosclérose?). Le vieillissement est encore considéré comme le principal facteur de risque de ces maladies. Mais certains des premiers résultats des études de Fleg et d'autres auteurs suggèrent que le mode de vie pourrait lui aussi jouer un rôle clé. Les régimes pauvres en sel et la pratique régulière de l'aérobic peuvent diminuer la rigidité artérielle.

Age et artères

Comment les scientifiques ont-ils été amenés à penser qu'il y avait au premier plan une relation entre la rigidité des vaisseaux sanguins et la fonction cardiaque? Il faut se rapporter à ce qu'ils avaient appris sur ces deux phénomènes au cours des dernières décennies, en partie de l'Etude Longitudinale du Vieillissement de Baltimore, dont Eileen Shields est l'une des 1200 participants. L'âge des volontaires va de 20 ans à plus de 90 ans. En comparant des volontaires jeunes et âgés, les chercheurs sont parvenus à déterminer ce qui se passe au niveau du cœur et des vaisseaux sanguins au fur et à mesure que les gens vieillissent. Il ont découvert que le cœur se modifie avec l'âge de différentes façons, à la fois subtiles et interdépendantes : ses parois s'épaississent, il se remplit d'une plus grande quantité de sang qu'il éjecte différemment et même en utilisant d'autres mécanismes que chez le sujet jeune. Les artères élastiques de gros calibre qui sont les plus proches du cœur présentent elles aussi des modifications complexes. Imaginez une animation sur ordinateur du fonctionnement des artères à l'âge de 25 ans par exemple, alors que leurs parois sont compliantes. La plus grosse artère du corps, l'aorte, part du cœur, d'abord vers le cou où naissent les carotides qui apportent le sang à la tête et au cerveau, puis vers le bas, pour apporter le sang au reste du corps. Quand la valvule aortique s'ouvre, le sang provenant du cœur fait irruption dans l'aorte qui reçoit également l'onde de pression qui se propage des parois du cœur à sa propre paroi. Cette onde de pression se propage tout au long de la paroi aortique, vague après vague, jusqu'à ce qu'elle atteigne les parois de ramifications artérielles de plus petit calibre qui apportent le sang au reste du corps. Les ondes de pression y ralentissent et certaines sont renvoyées vers la paroi aortique; ce sont les ondes de réflexion. Ajoutez maintenant, mettons, 50 ans à ce tableau. Les artères, aorte comprise, deviennent plus rigides, leurs parois s'épaississent, leur diamètre augmente. Les parois plus rigides ne s'étirent plus autant quand le sang les traverse. En fin de compte, la résistance des parois aortiques rigides augmente significativement. Elle double fréquemment au cours de la vie et contribue à l'élévation de la pression artérielle systolique qu'on observe souvent avec l'âge. Le long des parois de l'aorte rigidifiée, les ondes de pression se propagent maintenant plus rapidement et, en conséquence, l'onde de réflexion survient plus tôt qu'avant. En fait, le moment de survenue de l'onde de réflexion est un des effets de la rigidité artérielle qu'il est possible de mesurer par des techniques non invasives (voir Evaluer la rigidité). Au fur et à mesure du passage du sang dans des artères de plus petite taille, l'hydraulique se modifie. Le pouls est moins marqué, le débit est plus régulier. L'opposition à ce débit régulier porte le nom de résistances vasculaires périphériques ou RVP; les études réalisées à ce jour montrent que chez les hommes, les RVP de repos ne changent pas au cours du vieillissement normal, mais qu'elles augmentent un peu chez les femmes. Chez la plupart des gens atteints d'hypertension artérielle systolique, les RVP sont élevées. Imaginez maintenant les effets du mouvement - quand une personne s'assoit, se relève ou commence à marcher ou à courir. Sa fréquence cardiaque augmente et sa pression artérielle s'élève. Au niveau de l'aorte, un groupe de nerfs sensibles à la pression répond aux variations de pression en envoyant un message au cerveau. Celui-ci, à son tour, renvoie un message au cœur qui modifie alors sa fréquence et sa force de contraction. Le système de transmission aorte/cerveau/cœur est appelé réponse baroceptive. Les vaisseaux sanguins se dilatent également pour permettre l'afflux de sang supplémentaire. De plus, le sang est détourné transitoirement des muscles qui n'en ont pas besoin (l'estomac par exemple), ce qui permet d'en apporter davantage aux muscles qui travaillent. Le sang s'écoule du cœur vers les artères (vaisseaux sanguins rouges) et revient au cœur par les veines (vaisseaux sanguins bleus). L'âge modifie les artères. Chez le sujet âgé, la réponse baroceptive est moins nette, peut-être à la suite de la plus grande rigidité des artères; les nerfs aortiques pourraient être affectés par l'augmentation de la rigidité. De plus, au cours de l'effort maximum, les artères de gros calibre ne se dilatent pas autant que chez le sujet jeune. Voici en résumé quelques uns des principaux changements qui affectent l'hémodynamique au cours du vieillissement. L'une des raisons pour lesquelles ces modifications intriguent les scientifiques est qu'elles pourraient avoir un impact majeur sur la dynamique cardiaque. La rigidité augmente les résistances que le cœur doit surmonter pour éjecter le sang dans les artères et toute résistance au flux sanguin constitue une charge pour le cœur. L'étude à laquelle participe Eileen Shields montrera l'impact de cette charge.

Exercise et alimentation

Le plus curieux de tout est peut-être la différence que le mode de vie peut faire en ce qui concerne la rigidité artérielle. L'un des tests de routine auxquels sont soumis les participants aux études consiste à marcher sur un tapis roulant à des vitesses croissantes, jusqu'à épuisement. Cette épreuve évalue les performances physiques en mesurant la consommation d'oxygène à l'effort maximum ou VO2 max. Les personnes capables de marcher le plus longtemps sur le tapis roulant, c'est-à-dire celles qui sont le plus en forme, ont les artères les moins rigides, d'après une étude de Fleg et ses collaborateurs. Plus les volontaires de cette étude sont aptes à l'effort, moins leurs artères sont rigides. Après avoir appris que la forme physique est liée à des artères moins rigides, plus compliantes, les scientifiques ont abordé la question de la cause à effet : la pratique régulière d'une activité physique, qui améliore la condition physique, est-elle la cause de la moindre rigidité et de la plus grande compliance des artères? La réponse est un prudent "peut-être" d'après l'étude suivante. Dans celle-ci, les chercheurs ont évalué la rigidité artérielle chez un groupe d'hommes entraînés à l'endurance, âgés de 54 à 75 ans, et l'ont comparée à celle d'hommes sédentaires du même âge. Les chercheurs ont également comparé le groupe âgé à celui d'hommes sédentaires jeunes. L'aptitude à l'effort des athlètes âgés a été comparable à celle d'hommes jeunes et nettement supérieure à celle du groupe d'hommes âgés. Plus étonnant encore, la rigidité artérielle des athlètes âgés a été nettement moindre que chez leurs homologues sédentaires. "Cela prouve que l'entraînement à l'endurance peut nous apporter au moins un certain contrôle sur l'état de nos artères, une variable dont nous pensions qu'elle nous contrôlait," déclare Edward Lakatta, du NIA.

Avec le temps, les modifications de la rigidité artérielle sont beaucoup plus importantes que les variations de la pression artérielle et peuvent constituer un meilleur indice de l'état cardio-vasculaire. Les chercheurs utilisent désormais de nouvelles mesures fiables de la rigidité artérielle, mais celle-ci pourrait bien un prochain jour devenir un outil pronostique et clinique. Les nouveaux tests évaluent la rigidité en mesurant la vitesse des ondes pulsatoires - ondes de pression qui se propagent le long des parois artérielles lorsque le sang s'écoule dans les artères. Dans un test, les chercheurs contrôlent les ondes pulsatoires en deux endroits, l'un à proximité de l'aorte ascendante et l'autre sur l'artère fémorale, au niveau de la cuisse, puis ils calculent le temps nécessaire à l'onde pour aller du cou à la cuisse. Plus le sang s'écoule vite et plus l'artère est rigide. "C'est de l'hydraulique pure," dit Amit Nussbacher, un universitaire du laboratoire de cardio-angéiologie du NIA, qui réalise ces tests dans le cadre d'études de la rigidité vasculaire menées par le laboratoire. Dans les artères parfaitement compliantes, explique-t-il, les ondes de pression se déplacent plus lentement; la rigidité les accélère. Le second test porte sur les ondes de réflexion au niveau des parois de l'aorte. Des ondes de réflexion s'observent quand les ondes pulsatoires atteignent les artères de plus petit calibre qui se ramifient à partir de cette grosse artère. Les ondes de pression rebondissent ou sont réfléchies le long des parois de l'aorte, augmentant ainsi la pression due aux ondes qui arrivent. Cela signifie que si les ondes de réflexion arrivent rapidement après la contraction cardiaque (comme en témoigne un électrocardiogramme effectué simultanément), l'aorte est relativement rigide. Si elles se produisent plus tard au cours du cycle cardiaque, c'est-à-dire après la fermeture de la valvule aortique, la rigidité est moindre. Un programme informatique traduit le moment de survenue de l'onde de réflexion en un nombre appelé indice d'augmentation. Plus l'indice d'augmentation est élevé et plus les artères sont rigides.

L'état de nos artères peut également dépendre de la quantité de sel que nous consommons. Dans les pays où on consomme peu de sodium (sous forme de sel), la pression artérielle ne s'élève pas avec l'âge comme elle le fait dans les pays occidentaux. On a également découvert des différences culturelles en ce qui concerne la rigidité artérielle. Un étude a comparé des populations urbaine et rurale de Chine. Les sujets urbains consommaient beaucoup plus de sel que les ruraux. Et leurs artères étaient plus rigides. A l'heure actuelle, une étude taïwanaise poursuit cette observation en comparant deux autres groupes, un rural et un urbain. Cependant, elle ne se limite pas seulement à la rigidité artérielle, mais aussi à la structure et à la fonction cardiaque. Les premiers résultats montrent que chez les sujets dont les artères sont les plus rigides, les parois du cœur sont plus épaisses, d'après Harold Spurgeon, directeur de cette étude au laboratoire du NIA à Baltimore. Une partie des questions auxquelles sont confrontés les cardiologues portent sur les cellules et les molécules du système cardio-vasculaire. De quelle manière l'exercice peut-il maintenir la compliance artérielle? Il est possible que l'exercice déclenche une cascade d'événements au sein des cellules des parois artérielles qui s'achève par une diminution du collagène et une augmentation de l'élastine. Finalement, les chercheurs pensent que le puzzle de la rigidification artérielle se ramènera à une question de biochimie et de biophysique du système cardio-vasculaire, un vaste domaine dont de nombreuses parties restent à explorer. Sélection bibliographique Avolio AP, Chen SG, Wang RP, Zhang CL, Li MF, and O'Rourke MF. Effects of aging on changing arterial compliance and left ventricular load in a northern Chinese urban community. Circulation 68:50-58, 1983. Avolio AP, Deng FQ Li WQ Luo YF, Huang ZD, Xing LF, and O'Rourke MF. Effects of aging on arterial distensibility in populations with high and low prevalence of hypertension: Comparison between urban and rural communities in China. Circulation 71:202-210, 1985. Vaitkevicius PV, Fleg JL, Engel JH, O'Connor FC, Wright JG, Lakatta LE, Yin FCP, and Lakatta EG. Effects of age and aerobic capacity on arterial stiffness in healthy adults. Circulation 88:1456-1462, 1993. Yin FCP, Weisfeldt ML, and Milnor WR. Role of aortic input impedance in the decreased cardiovascular response to exercise with aging in dogs. Journal of Clinical Investigation 68:28-38, 1981.

Le cerveau communique avec le cœur par l'intermédiaire du système nerveux, en utilisant un langage biochimique. Des substances appelées neurotransmetteurs se déplacent du neurone à la cellule cardiaque, délivrent le message du cerveau en se liant avec des récepteurs spécifiques situés sur la membrane des cellules cardiaques et déclenchent une séquence de réactions moléculaires qui se termine par une accélération des battements cardiaques, des contractions plus puissantes, et une relaxation plus courte entre les battements. Ou, selon la nature du neurotransmetteur, le cerveau peut dire au cœur d'inverser ces différents effets. Grosso modo, c'est le système nerveux végétatif qui contrôle la motricité involontaire, comme celle du cœur. Lors du vieillissement, un point de faiblesse apparaît en un point quelconque de la voie de communication. L'endroit où cela se produit et la façon dont les messages du cerveau sont étouffés sont deux questions actuellement sans réponse dans le domaine de la cardio-angéiologie. Les scientifiques ont cependant rétréci le champ des recherches. Une classe de neurotransmetteurs, les catécholamines, est particulièrement abondante au cours de l'effort ou d'autres formes de stress. Elles pourraient être impliquées. Suspects également les récepteurs bêta-adrénergiques auxquels se lient les catécholamines. Des chercheurs comme Frank Yin, du NIA, actuellement au John Hopkins, ont essayé de déterminer si l'apport de catécholamines pourrait être le problème. Yin a perfusé des catécholamines dans le sang de volontaires âgés et jeunes pour simuler l'effet de l'effort. Comme prévu, il a constaté que la fréquence augmentait chez les hommes jeunes, alors que celle des hommes âgés augmentait moins, bien qu'ils aient reçu la même dose de catécholamines. Le problème n'était donc pas l'apport. Le problème pourrait-il alors se situer à quelque endroit de la réponse du système cardio-vasculaire vieillissant aux catécholamines? Des études ont montré que c'est probablement le cas. Il existe un médicament appelé propranolol qui bloque la réponse de l'organisme aux catécholamines en bloquant les récepteurs bêta-adrénergiques des cellules du cœur et des vaisseaux sanguins. D'après un certain nombre d'études, le propranolol et le vieillissement ont le même effet. Les cœurs et les vaisseaux sanguins âgés ont apparemment bloqué les récepteurs bêta-adrénergiques. Quelles pourraient être les causes sous-jacentes de l'atténuation de la réponse? Les chercheurs se sont tournés vers les bêta-récepteurs des cellules cardiaques : leur nombre a-t-il diminué avec l'âge? Non, d'après des études de cellules du sang circulant humain portant les mêmes récepteurs que les cœurs d'animaux. Les chercheurs ont cependant observé que quelque chose d'autre change au niveau des récepteurs: le nombre de récepteurs prêts à se lier avec les catécholamines, c'est-à-dire ceux à "forte affinité", semble diminuer avec l'âge. La raison de la diminution de la réponse pourrait résider en n'importe quel point de la cascade de phénomènes affectant les myocytes cardiaques qui se produit une fois que la catécholamine s'est liée avec le récepteur. Les scientifiques observent une foule de mécanismes cellulaires susceptibles d'expliquer la diminution de la réponse. Ils espèrent qu'une fois que les mécanismes seront compris, ils parviendront en premier lieu à trouver une façon de rectifier le lien ou de prévenir la perturbation des messages. En fin de compte, ces observations pourraient conduire à de nouvelles techniques de prévention de l'insuffisance cardiaque. Yin FCP, Spurgeon HL, Raizes GS, Greene HL, Weisfeldt ML, and Shock NW. Age-associated decrease in chronotropic response to isoproterenol. Circulation 4/Supplement 2:II-167, 1976.