Désadaptations cardiovasculaires à la microgravité : techniques avancées pour améliorer la mesure et l'évaluation du risque cardiovaculaire induit par les vols spatiaux pour les équipages de longue durée - Mobilité : Vieillissement, Pathologie, Santé Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2019

Cardiovascular maladaptations to microgravity : advanced techniques to improve the measurement and assessment of spaceflight-induced cardiovascular risk to long-duration crew

Désadaptations cardiovasculaires à la microgravité : techniques avancées pour améliorer la mesure et l'évaluation du risque cardiovaculaire induit par les vols spatiaux pour les équipages de longue durée

Résumé

Objective: to evaluate functional myocardial contractility after 21 days of head-down bed rest (HDTBR) in sedentary control (CON) or with a resistive vibration exercise (RVE) countermeasure (CM) applied, by using 4D echocardiographic (4D Echo) imaging and speckle tracking strain quantification.Methods: Twelve volunteers were enrolled in a crossover HDTBR design, and 4D Echo was performed in supine position (REST) at BDC-2 and at R+2, and in -6° HDTBR (on day 18), and also during the first and the last minute of the 80° head-up step of Standard Measures tilt test, performed at both BDC-2 and R+2. Radial (Rad-Str), longitudinal (Lg-Str) and twist (Tw-Str) strain were measured by 4D speckle tracking, as well as left ventricle diastolic volume (LVDV) and mass (LVmass).Results: On day 18: in the CON group, LVDV and LVmass were reduced (p<0.05), the Rad-Str decreased (p<0.05) and Tw-Str showed a tendency to increase (p< 0.11), with no changes in Lg-Str. In RVE group, LVDV and LV mass, as well as all the strain parameters remained unchanged.On R+2: in the CON group, LVDV and LVmass were not recovered in all subjects compared to pre-HDTBR (p<0.08), Rad-Str was still decreased (p<0.05), while Tw-Str tended to increase (p<0.09). These parameters remained unchanged in the RVE group.Tilt 80°: Rad-Str and Lg-Str values at 80° tilt were similar post HDT in both groups.Conclusion: 4D Echo and speckle tracking analysis showed that in the CON group, Rad-Str decreased concomitant with LVmass and LVDV with HDTBR, but this observation did not support the hypothesis that this HDTBR induced remodelling or a muscle atrophy. RVE acted to preserve both LVmass, LVDV and contractility during HDTBR, thus proving its effectiveness to this aim. Nevertheless, the significant HDTBR-induced changes observed in the CON group had only a limited effect on the cardiac contractile response as observed during post HDTBR tilt test. The level of contractility at 80° Tilt position was not affected neither by HDTBR nor by RVE CM.Purpose: The objective was to quantify the venous redistribution during a 4-day dry immersion (DI) and evaluate the effect of thigh cuffs.Methods: The study included 9 control (Co) and 9 subjects wearing thigh cuffs during daytime hours (CU). Ultrasound images were collected Pre DI, on the fourth day in the morning (D4 AM) and on the fourth day in the afternoon (D4 PM), to assess the following outcome variables: left ventricle dimension, stroke volume, and ejection fraction (LVD, SV, EF), jugular vein volume (JV), portal vein dimension (PV), middle cerebral vein velocity (MCVv). An additional measure of JV dimension was performed on the first day after having worn the cuffs for two hours (D1 2H).Results: The JV volume increased significantly from Pre to D1 2H in both groups, but increased more in the Co compare to the CU subjects (Co: 0,27+/0.15cm3 to 0.94+/-0;22 cm3;P<0.01 CU: 0,32+/-0.13 cm3 to 0.64+/-0.32 cm3 P<0.042).At D4 AM no difference was found between the two treatment groups for any of the parameters listed above.Stroke volume and EF decreased from Pre (SV:111+/-23cm3 to 93+/-24 cm3 p<0.05; EF:0.66+/-0.07 to 0.62+/-0.07 p<0.05). JV volume was slightly, but significantly increased (Co: 0.47+/-0.22cm3 CU:0.35+/-014cm3 P<0.05), while MCVv and PV remained unchanged from Pre DI. From D4 AM to PM these parameters did not show any significant change.Conclusion: The results confirm that DI induces, during the first 2-3 h, a significant cephalic fluid shift as observed in spaceflight. During this early phase the thigh cuffs reduced the amplitude of the fluid shift towards the head, but after 4 days in DI there was only a slight memory (residual) effect of DI on the jugular volume and no residual effect of thigh cuffs.
L'objectif était de quantifier les modifications de la contractilité cardiaque au cours d’un bedrest de 21 jours (HDBR) par la methode speckle tracking 4D et de déterminer si la contre-mesure « exercice » était capable de préserver cette contractilité cardiaque. Les méthodes traditionnelles 2D ne mesurent qu'une variation de la taille du ventricule de la systole à la diastole et ne suivent pas la cinetique des mouvements de contractilité à l’interieur de la paroi. De plus l’echographie 2D ne permet d’acceder qu’a la contractilite longitudinale globale par la mesure de la distance Apex-Valve mitrale. Le suivi des mouvements des speckles (points singuliers a l’interieur du myocarde) en 4D montre que la contractilité radiale diminuée signifcativement pendant le HDTBR chez les sujets témoins alors qu’elle est conservée dans le groupe exercice. Par contre la contractilité longitudinale n’est pas affectée dans aucun des 2 groupes. Bien sûr, l'IRM pourrait fournir des données similaires, mais il n’est pas possible à ce jour d’imaginer avoir une IRM a bord de l’ISS dans un futur proche. A la suite de ces resultats nous avons mis au point un algorithme de traitement des video cardiaque qui permet d’acceder a la contractilite radiale et longitudinale en vol (prog Vasc-Aging en cours) .L’objectif de l’experimentation était de montrer que quatre jours en immersion seche suffisaient pour realiser un transfert liquidien important vers les régions céphaliques comparable à celui observé en vol spatial. Notre protocole consistait donc a mesurer les volume veineux au niveau cervical cerebral et porte au debut de la periode en immersion (a 2h) puis a 4 jours d’immersion. Compte tenu des problemes engendrés par ce transfert liquidien en vol nous avions proposé de tester la capacité des brassarts de cuisse a reduire l’amplitude du transfert veineux. Les résultats montrent que l’immersion provoque un transfert de sang veineux au niveau cervical maximal à 2H et que les Brassarts de cuisse reduisent signifcativement ce transfert dans cette phase precoce. Par contre a 4 jours d’immersion l’amplitude du transfert sanguin est considerablement diminuée (bien que toujours presente) et les brassarts de cuisse n’ont pas d’effet visible à ce moment-là. En fait le volume plasmatique decroit significativement à la fin du premier jour (env 20%) des lors la masse de sang deplacées vers la tete par l’immersion est insuffisante pour generer une stase importante au niveau cervical comme à 2h d’immersion. Pour cette meme raison la vitesse dans les veines cerebrales n’est pas augmentée à 4 jours d’immersion contrairement à ce qu’on avait observé à 2h d’immersion lors d’une precedente etude. Donc le modele immersion seche est un modele pour etudier les transferts liquidiens en microgravité mais seulement en debut de phase d’immersion. Sur cette période de temps, les Brassarts de cuisse ont bien un effet protecteur pour les organes de la zone cephalique.
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  • HAL Id : tel-02613475 , version 1

Citer

Danielle Kathleen Wannamaker. Désadaptations cardiovasculaires à la microgravité : techniques avancées pour améliorer la mesure et l'évaluation du risque cardiovaculaire induit par les vols spatiaux pour les équipages de longue durée. Médecine humaine et pathologie. Normandie Université, 2019. Français. ⟨NNT : 2019NORMC433⟩. ⟨tel-02613475⟩
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