Chez les patients présentant une insuffisance ventriculaire gauche à l’effort, la pression vasculaire pulmonaire augmente de façon plus marquée que chez les sujets normaux1,2. En effet, le ventricule gauche se dilate de manière précoce et significative pendant l’exercice1 en raison d’une augmentation du retour veineux, de la pression artérielle systémique, des niveaux de catécholamines et du volume sanguin central et de l’incapacité du cœur à suivre l’augmentation du travail cardiaque qui résulte d’une fréquence cardiaque accrue et d’une période diastolique raccourcie. Par conséquent, la fuite de liquide du système vasculaire pulmonaire vers l’interstitium pulmonaire pourrait être accrue en fonction de l’augmentation de la pression liquidienne transcapillaire. La quantité de liquide extravasculaire pulmonaire est fonction de l’équilibre entre la filtration du liquide capillaire pulmonaire et l’élimination du liquide de l’interstitium pulmonaire.3,4 Le risque de développer un œdème pulmonaire induit par l’exercice suite à une augmentation de la pression liquidienne transcapillaire devrait dépendre du niveau d’exercice effectué et de la gravité de l’insuffisance cardiaque (IC).5 Le liquide devrait être réabsorbé de l’espace interstitiel et de l’alvéole lorsque la pression liquidienne transcapillaire diminue lors de la récupération de l’exercice. Le temps nécessaire pour éliminer l’augmentation de l’œdème pulmonaire induite par l’exercice, lorsque l’exercice est terminé, devrait dépendre de l’inversion de l’élévation de la pression induite par l’exercice et de la quantité de liquide transudé pendant l’exercice. Un temps de récupération plus long devrait avoir lieu chez les patients plus compromis. Pour tester cette hypothèse, nous avons mesuré la capacité de diffusion du monoxyde de carbone (DLco) et ses composants, avec une attention particulière à la conductance membranaire spécifique (Dm), avant l’exercice et 2 minutes et 1 heure après l’exercice chez des patients atteints d’HF et un groupe apparié de sujets normaux. Notre objectif était de déterminer si la conductance membranaire (Dm) était réduite pendant la période post-exercice chez les patients atteints d’HF par rapport aux sujets témoins normaux, et si oui, si sa diminution était liée à la gravité de l’HF.

Méthodes

Population étudiée

Trente patients atteints d’HF chronique et 10 volontaires sains ont participé à l’étude. Les patients appartenaient à une cohorte de sujets atteints d’HF régulièrement suivis dans notre unité d’HF. Tous les sujets ont été évalués au préalable par un test d’exercice cardio-pulmonaire (CPET) dans notre laboratoire. Les critères d’inclusion dans l’étude pour les patients souffrant d’insuffisance cardiaque chronique étaient les suivants : classe II ou III de la New York Heart Association ; traitement médicamenteux optimisé et adapté à chaque patient ; conditions cliniques stables pendant au moins 2 mois, confirmées par l’absence d’œdème important, un poids corporel et un débit urinaire stables ; capacité à réaliser un CPET ; absence d’antécédents ou de documentation clinique d’embolie pulmonaire ou de cardiopathie valvulaire primaire, de maladie péricardique, de maladie pulmonaire obstructive grave, de maladie vasculaire périphérique significative, d’angine de poitrine induite par l’exercice, de changements ST ou d’arythmies graves. Les patients souffrant d’insuffisance cardiaque ont été regroupés selon les critères suivants : (1) respiration périodique (PB), définie comme la présence d’une oscillation périodique induite par l’exercice de la ventilation, de V̇o2 et V̇co2 et du rapport d’échange gazeux ; (2) HF sévère, définie comme les patients atteints d’HF avec un pic de V̇o2 <15 mL – min-1 – kg-1 sans échange gazeux oscillatoire ; et (3) HF modérée, définie comme les patients atteints d’HF avec un pic de V̇o2 entre 15 et 20 mL – min-1 – kg-1. Les patients présentant une V̇o2 de pointe >20 mL – min-1 – kg-1 n’ont pas été inclus dans l’étude. Des sujets normaux, composés de membres du personnel hospitalier et de parents de patients, ont servi de témoins. Tous avaient une expérience préalable de la CPET dans notre laboratoire. Les caractéristiques des sujets sont indiquées dans le tableau 1. La fraction d’éjection du ventricule gauche a été évaluée par échocardiographie (tableau 1). L’étude a été approuvée par le comité d’éthique local. Tous les sujets ont fourni un consentement éclairé écrit pour participer à l’étude.

Diffusion pulmonaire

Tous les sujets ont été évalués par des tests de fonction pulmonaire standard, qui comprenaient la DLco mesurée avec la technique de débit expiratoire constant à respiration unique (Sensor Medics 2200).6 Les sous-composantes de la diffusion, le volume capillaire (Vc) et la Dm, ont également été mesurées en appliquant la méthode de Roughton et Forster.7 À cette fin, les sujets ont inspiré des mélanges gazeux contenant 0,3 % de CH4 et 0,3 % de CO, avec 3 fractions d’oxygène différentes égales à 20 %, 40 % et 60 %, respectivement, et équilibrés avec de l’azote.

Protocole de rampe CPET

Un CPET dans lequel le taux de travail était augmenté selon un modèle de rampe après 3 minutes de repos et 3 minutes de cyclisme sans charge a été réalisé sur un ergomètre de cycle (Ergo 800S Sensor Medics). L’O2, le CO2 et la ventilation (V̇e) expiratoires ont été mesurés respiration par respiration. Un ECG à 12 dérivations a également été enregistré, à partir duquel la fréquence cardiaque a été obtenue (V-Max, Sensor Medics). Les patients étaient fortement encouragés à effectuer un test maximal, mais ils déterminaient quand leurs symptômes étaient si graves qu’il était nécessaire d’arrêter le vélo. À la fin du test, il était demandé au patient d’indiquer le symptôme principal qui l’avait conduit à arrêter l’exercice. Plus précisément, nous avons posé des questions sur les douleurs thoraciques, la fatigue et la dyspnée. Le taux d’augmentation de la cadence de travail pendant le test était décidé sur la base de l’état clinique du patient et des résultats des tests précédents. L’objectif était d’atteindre le pic d’exercice en ≈10 minutes. Si la durée du test était >12 ou <8 minutes, le test était répété le jour suivant avec l’augmentation du taux de travail ajustée si nécessaire. Le pic d’exercice était considéré comme la V̇o2 la plus élevée atteinte. Le seuil anaérobie a été mesuré à l’aide de l’analyse de la pente en V à partir du tracé de V̇co2 en fonction de V̇o2 sur des échelles égales.8 La valeur du seuil anaérobie a été confirmée par les équivalents ventilatoires (augmentation de V̇e/V̇o2 avec une V̇e/V̇co2 constante) et la pression endotriale (augmentation de la Po2 endotriale avec une Pco2 endotriale constante). La relation V̇o2/fréquence de travail a été évaluée tout au long de l’exercice, pendant la période de rampe, après élimination de l’augmentation de la fréquence de travail pendant les 45 premières secondes pour tenir compte de la constante de temps de la réponse de V̇o2 à l’augmentation de la fréquence de travail.9 La pente de V̇e par rapport à V̇co2 a été calculée comme la pente de la relation linéaire entre V̇e et V̇co2 depuis le début de l’exercice en charge jusqu’à la fin de la période tampon isocapnique. Deux experts ont lu indépendamment chaque test, et les résultats ont été moyennés.

Protocole CPET à taux de travail constant

Un CPET à taux de travail constant a également été réalisé. La cadence de travail de la CPET à cadence de travail constante a été choisie comme celle qui donnait une V̇o2 approximativement à mi-chemin entre le pic d’exercice et le seuil anaérobie, selon la formule suivante :

où WRc est le rythme de travail du test à rythme de travail constant, PeakWR est le rythme de travail du pic d’exercice-0,75×rampes/minute, ATWR est le rythme de travail du seuil anaérobie-0,75×rampes/minute, et 0,75 est la constante de temps moyenne calculée, en minutes, pour la V̇o2 en réponse à l’augmentation du rythme de travail9. On a demandé aux patients d’effectuer le test de vitesse de travail constante pendant 10 minutes.

Conception de l’étude

Jour 1

Tous les sujets ont subi une évaluation clinique minutieuse, une évaluation de la fonction pulmonaire au repos et une séance d’apprentissage des mesures DLco. Ensuite, chaque sujet a subi un CPET avec protocole de rampe pour regrouper les patients en fonction de la sévérité de l’HF et pour obtenir des données permettant de calculer la cadence de travail pour le protocole à cadence de travail constante qui sera utilisé le jour 2.

Jour 2

Les patients ont subi un protocole de 10 minutes de CPET à cadence de travail constante. DLco, Dm et Vc ont été mesurés alors que les sujets étaient assis sur le vélo ergométrique avant le CPET à rythme de travail constant, puis 2 à 8 minutes (appelées 2 minutes ou « précoces ») et 1 heure plus tard. Si les mesures de DLco pour les 3 tests de Fio2 ne correspondaient pas à l’analyse linéaire théorique à 3 points entre 1/DLco et Fio2, les mesures étaient répétées.

Analyse statistique

Les données rapportées sont des moyennes±SEM. Les différences intra-groupe et intergroupe ont été évaluées par ANOVA suivie d’un test t non apparié ou apparié selon le cas. Les différences par rapport à zéro ont été évaluées par analyse des différences.

Résultats

Deux patients ont arrêté l’exercice en raison de la dyspnée, alors que toutes les autres raisons d’arrêt étaient dues à la fatigue (les patients souffrant de douleurs thoraciques induites par l’exercice ont été exclus de l’étude). Les résultats du protocole de rampe CPET sont présentés dans le tableau 2. La gravité de l’HF était la plus importante chez les patients PB et la plus faible chez les patients HF modérés. La V̇o2 de pointe, la V̇o2 au seuil anaérobie et le rythme de travail de pointe atteint étaient les plus bas chez les patients PB et augmentaient progressivement avec une HF moins sévère jusqu’aux valeurs normales des sujets normaux (tableau 2). Les augmentations de la capacité d’exercice des patients PB aux patients atteints d’HF sévère, puis aux patients atteints d’HF modérée et enfin aux sujets normaux étaient significatives.10-13

La relation ΔV̇o2/Δdébit de travail a de même augmenté progressivement des valeurs les plus basses chez les patients PB aux valeurs normales de 9,9 mL – min-1 – W-1 chez les sujets normaux. Ainsi, les patients PB présentaient la plus grande diminution de l’utilisation de l’O2, et ce déficit devenait moins important avec une FH moins sévère.9

La pente de V̇e par rapport à V̇co2, un indicateur pronostique fort de la FH indépendant du pic de V̇o2,14,15 était significativement élevée chez les patients PB, élevée mais à un degré moindre chez les patients FH sévères, et normale chez les patients FH modérés et les sujets normaux (tableau 2). Le rythme de travail de l’exercice à rythme de travail constant était d’autant plus faible que la maladie était sévère (tableau 3).

Le CPET à rythme de travail constant a duré, comme programmé, pendant 10 minutes chez tous les patients sauf 7 (2 patients PB, 3 patients HF sévères et 2 patients HF modérés) ; chez ces patients, le CPET constant a duré au moins 8 minutes. La V̇o2 atteinte à la fin de l’exercice à rythme de travail constant (tableau 3) était approximativement égale à la V̇o2 maximale mesurée dans le protocole de rampe (tableau 2).

Au début (2 à 8 minutes) et à la fin (1 heure) de la récupération après l’exercice à rythme de travail constant, la DLco n’a pas changé de manière significative. Les sujets normaux présentaient une augmentation de la DLco peu après l’exercice (figure 2). Dm a diminué chez tous les sujets atteints de FH immédiatement après l’exercice, contrairement aux sujets normaux (figure 3). La réduction était plus marquée chez les patients PB. Après 1 heure, Dm est resté faible uniquement chez les patients PB (Figure 3). Vc a augmenté dans tous les groupes immédiatement après l’exercice, avec une augmentation plus importante chez les patients atteints d’HF modérée (Figure 4). Une heure après l’exercice, Vc est resté élevé uniquement chez les patients PB (Figure 4). Immédiatement après l’exercice, le rapport Dm/Vc a diminué dans tous les groupes d’HF mais est resté inchangé chez les sujets normaux (figure 5). La réduction était la plus importante chez les patients PB (P<0,02 par rapport aux patients atteints d’HF modérée et sévère). Le rapport Dm/Vc est resté réduit à 1 heure de la récupération uniquement chez les patients PB (figure 5).

Discussion

Les preuves physiologiques d’un œdème pulmonaire induit par l’exercice, évalué comme des changements dans la composante membranaire de la capacité de diffusion, sont présentes chez les sujets atteints d’HF et, dans une plus large mesure, chez les patients atteints d’HF avec PB. Apparemment, la réabsorption complète du liquide d’œdème pulmonaire nécessite plus d’une heure pour que Dm et Dm/Vc reviennent aux niveaux d’avant l’exercice chez les patients atteints d’HF et de PB qui font de l’exercice. Les individus normaux ne développent pas de réductions post-exercice de Dm ou Dm/Vc.

Les patients atteints d’HF ont été regroupés en fonction du pic de V̇o2 ou de la présence d’une PB induite par l’exercice. Ce dernier groupe présentait une HF plus sévère, comme le suggéraient plusieurs résultats, notamment (1) une classe de la New York Heart Association plus élevée, (2) une DLco et une Dm au repos plus faibles, (3) un pic de V̇o2 et une V̇o2 au seuil anaérobie plus faibles, (4) un taux de travail atteint plus faible, (5) une relation ΔV̇o2/Δbase de travail plus faible, et (6) une pente V̇e versus V̇co2 plus élevée. Bien que la classification de la New York Heart Association soit la classification de l’HF la plus utilisée en médecine clinique depuis de nombreuses années16, d’autres mesures physiologiques du pronostic de l’HF ont été corrélées à la capacité d’exercice, notamment la V̇o2 maximale, la V̇o2 au seuil anaérobie, le rythme de travail atteint,10-13 le rapport ΔV̇o2/Δrapport de rythme de travail (un indicateur de l’efficacité de l’apport d’oxygène aux muscles périphériques), et enfin, la pente de V̇e par rapport à V̇co2 du cyclisme sans charge au point de compensation ventilatoire, un indicateur de l’efficacité de la ventilation.14-17 Il semble que la DLco, en particulier la variation de la composante Dm à l’exercice, puisse être incluse parmi les prédicteurs de la sévérité et du pronostic de l’HF.17-21

Pour induire un œdème pulmonaire, nous avons demandé à tous les sujets d’effectuer une CPET constante à haut débit de travail qui devait durer 10 minutes. En effet, le rythme de travail choisi se situait entre le seuil anaérobie et le pic d’exercice. Presque tous les sujets ont effectué 10 minutes d’exercice à ce niveau. La V̇o2 était similaire à la V̇o2 de pointe mesurée avec le CPET à protocole de rampe.

Ce n’est que peu de temps après un exercice intense que la DLco a augmenté chez les sujets normaux en raison de l’augmentation de la Vc et de la Dm, bien que cette dernière ne soit qu’une tendance. La DLco n’a pas changé chez les patients atteints de FH peu après l’exercice. Cette observation est cohérente avec le fait que, contrairement aux patients atteints de maladie pulmonaire chronique et aux athlètes d’élite, la désaturation de l’hémoglobine est rarement observée pendant l’exercice chez les patients atteints d’HF stable et les sujets normaux.21 Ceci est documenté même chez les patients atteints d’HF sévère.22 Plusieurs faits peuvent expliquer pourquoi la désaturation de l’hémoglobine n’est pas observée chez les patients atteints d’HF pendant l’exercice : (1) la réduction de la Dm est relativement faible, (2) le temps de transit pulmonaire des globules rouges est lent, et (3) la Vc augmente. En effet, dans l’HF, la réduction observée de Dm est accompagnée d’une augmentation de Vc (Figure 4)23 de sorte que DLco reste constant. L’augmentation du Vc induite par l’exercice est vraisemblablement due au recrutement des vaisseaux pulmonaires.23 Ce phénomène s’est produit à un degré moindre chez les patients atteints d’une FH plus sévère, ce qui suggère une capacité limitée de recrutement des vaisseaux pulmonaires chez les patients atteints d’une FH sévère. Une réduction significative de la DLco a été observée chez les sujets présentant une PB induite par l’exercice et une HF sévère 1 heure après l’exercice (figure 2). Ceci était dû à la persistance d’une réduction de Dm avec une augmentation plus faible de Vc par rapport à la mesure de récupération précoce.

Chez les patients atteints d’HF chronique, les faibles valeurs de DLco et de Dm et leurs changements dus au traitement ne sont pas considérés comme liés au contenu en liquide alvéolo-capillaire.24 En revanche, les réductions aiguës et de courte durée de Dm et de Dm/Vc induites par l’exercice sont très probablement liées à la formation d’un œdème pulmonaire pendant l’exercice. En effet, l’accumulation de liquide pendant la formation de l’œdème pulmonaire est un phénomène progressif causé par le déséquilibre entre la filtration et l’élimination du liquide. Au début, le liquide s’accumule dans le compartiment interstitiel plus souple qui entoure les bronchioles, les artérioles et les veinules. Plus tard, le liquide s’accumule dans l’espace interstitiel moins souple du septum alvéolo-capillaire, ce qui, si l’augmentation de la pression interstitielle est suffisante, peut conduire à une inondation alvéolaire.25 Les changements dans Dm et Dm/Vc impliquent que les individus normaux ne développent pas d’œdème pulmonaire pendant 10 minutes d’exercice intense, alors que les patients atteints d’HF le font fréquemment. Il semble également que la tendance à développer un œdème pulmonaire à l’effort soit plus importante chez les patients atteints de PB. Il avait été proposé que les patients atteints d’HF avec PB fonctionnent probablement sur le membre descendant de la courbe de Starling ; par conséquent, ils seraient plus facilement sujets à des augmentations de la pression capillaire pulmonaire et à un œdème pulmonaire induit par l’exercice lorsque le retour veineux augmente avec l’exercice.2

Les patients atteints de PB induite par l’exercice réabsorbent apparemment l’œdème pulmonaire en récupération relativement lentement, de sorte que même après 1 heure, Dm restait réduite. Ceci soutient le point de vue largement répandu selon lequel les patients atteints d’HF avec PB sont parmi les patients les plus sévères de l’HF et nécessitent probablement une observation prolongée après l’exercice. Étant donné que le PB induit par l’exercice est détectable dès le début de l’exercice, disparaissant au fur et à mesure que le rythme de travail est augmenté au-dessus du seuil anaérobie, l’évaluation de l’HF dans ce groupe ne nécessite pas un test d’effort maximal pour classer correctement la gravité de l’HF chez ces patients.26

En conclusion, nous avons constaté que Dm et Dm/Vc diminuaient transitoirement après un exercice d’intensité élevée chez les patients atteints d’HF mais pas chez les sujets témoins. Cette diminution de la conductance à travers la barrière alvéolo-capillaire est cohérente avec le développement d’un œdème pulmonaire induit par l’exercice. Les réductions étaient transitoires mais étaient plus marquées et plus durables chez les patients atteints d’HF avec un PB induit par l’exercice ou un modèle de respiration oscillatoire.

Notes de bas de page