Cinétiques de la fréquence cardiaque et de la repolarisation ventriculaire durant l’effort et la récupération

Abstract

Lors des variations normales de la fréquence cardiaque, notamment durant l’effort et la récupération, l’intervalle QT s’adapte à la durée du cycle cardiaque (RR) selon deux processus : la dépendance QT/RR qui définit la relation entre le RR et le QT à l’état stable, et l’hystérésis QT/RR qui définit la cinétique de l’adaptation du QT entre deux états stables. Plusieurs approches ont été suggérées pour quantifier ces deux processus. Il apparaît que la dépendance QT/RR autant que l’hystérésis QT/RR sont hautement individuels et il a été avancé que certains profils de dépendance ou d’hystérésis QT/RR étaient associés à un mauvais pronostic chez des patients cardiaques. Ces descripteurs de la relation QT/RR varient également entre des sujets apparemment en santé, et bien qu’il semble plausible que ces différences s’expliquent par des variations de la modulation autonome, ce sujet a été pratiquement inexploré. Les travaux présentés dans le cadre de cette thèse visent à définir la réponse normale de l’intervalle QT lors de l’effort et de la récupération, et à caractériser l’adaptation de cette réponse chez des sujets entraînés. L’existence de nombreuses approches présentant de grandes disparités nous a conduits à réaliser une revue systématique de littérature portant sur les méthodes de quantification de l’hystérésis QT/RR et visant à spécifier les limites inhérentes aux méthodes documentées ainsi qu’à déterminer la méthode la plus appropriée pour comparer l’hystérésis entre des conditions où les registres de fréquences cardiaques observées diffèrent. Une deuxième revue systématique a identifié l’ensemble des conditions cliniques dans lesquelles l’hystérésis QT/RR a été mesurée. Il en ressort qu’une hystérésis exagérée pourrait être un prédicteur de mortalité arythmique dans certaines populations, un marqueur d’ischémie durant un test d’effort, et une manifestation du syndrome du QT long. Toutefois, ces preuves d’associations tiennent sur peu d’études et devront être confirmées par des études de plus grande ampleur utilisant des méthodes reproductibles permettant de distinguer l’hystérésis QT/RR de la dépendance QT/RR. Une étude a été conduite chez des hommes en santé afin de déterminer si la cinétique du RR et l’hystérésis QT/RR variaient chez un même sujet entre des protocoles d’effort impliquant des mécanismes de modulation autonome différents. Les résultats démontrent que la cinétique du RR et l’hystérésis QT/RR sont plus lents en récupération qu’à l’effort et que la cinétique du RR est plus lente lorsque l’exercice ou la récupération est amorcé depuis une fréquence cardiaque plus élevée. Cette étude suggère aussi que la présomption habituelle selon laquelle l’hystérésis QT/RR demeure constante chez un individu est inappropriée. Il apparaît que l’hystérésis est exagérée lors d’efforts de faible intensité initiés depuis le repos par rapport aux autres conditions étudiées. Également, l’étude indique que l’estimation de la cinétique individuelle du RR et du QT est plus fiable lorsqu’elle inclut des mesures obtenues à des intensités d’effort relativement élevées que lorsqu’elle se limite à des données de faible intensité. Une dernière étude a comparé la dépendance QT/RR, la cinétique du RR et l’hystérésis QT/RR entre des hommes entraînés en endurance et des hommes modérément actifs, évalués lors d’efforts d’une même intensité relative. Cette étude confirme les résultats antérieurs selon lesquels la cinétique du RR est accélérée chez les hommes entraînés, autant à l’effort qu’en récupération. De plus, les résultats indiquent une prolongation faible mais significative de l’intervalle QT chez les athlètes, indépendante de la fréquence cardiaque, et une augmentation de la pente QT/RR. Toutefois, aucune modification significative de l’hystérésis QT/RR n’a été identifiée chez ces sujets. Dans l’ensemble, les travaux réalisés démontrent que les cinétiques du RR et du QT varient chez un même sujet et témoignent vraisemblablement de mécanismes différents de la modulation autonome cardiaque selon les conditions d’effort et de récupération. Chez des individus entraînés en endurance, la cinétique de la fréquence cardiaque est accélérée et on observe également une faible prolongation de la repolarisation et un accroissement de sa dépendance à la fréquence cardiaque.

During physiological heart rate variations in the course of exercise and recovery, the QT interval adapts to cardiac cycle length (RR) according to two distinct processes: QT/RR dependency which describes the steady-state relationship between QT and RR intervals, and QT/RR hysteresis which describes the time course of QT accommodation between steady-state conditions. Several approaches were suggested to quantify these two processes. It appears that both QT/RR dependency and QT/RR hysteresis are highly individual and it was put forward that certain profiles of QT/RR dependency and hysteresis could be useful risk predictors in cardiac patients. However, these descriptors of the QT/RR relationship remain largely variable among healthy subjects. While it is plausible that such inter-individual discrepancies are explained by variations of cardiac autonomic modulation, very few studies have addressed this question. The work conducted in this thesis aims to define the normal response of the QT interval during exercise and recovery and to characterize adaptations of this response in endurance-trained individuals. A systematic review of the literature addressing methods of QT/RR hysteresis estimation is reported. The review highlights the inherent limits of reported approaches and a theoretical comparison of methods suggests that one procedure, namely estimation of the memory in the modelled QT/RR relationship, is superior for comparison of QT/RR hysteresis between conditions where the range of observed RR intervals varies. A second systematic review was conducted with the aim of identifying clinical conditions in which QT/RR hysteresis was examined. It emerges from this review that an increased QT/RR hysteresis could be a predictor of severe arrhythmia, a marker of exercise-induced myocardial ischemia and a feature of the long QT syndrome. However, the proofs of such associations are rather weak and would need to be confirmed by larger studies using reliable methods that can differentiate QT/RR hysteresis from QT/RR dependency. A study was conducted in healthy men in order to determine if RR kinetics and QT/RR hysteresis varied in the same subject between exercise protocols implying different mechanisms of autonomic modulation. The results demonstrate that both RR kinetics and QT/RR hysteresis are slower during recovery compared to exercise, and that RR kinetics is slower when exercise or recovery is initiated from a higher baseline heart rate. This work also suggests that the usual assumption that QT/RR hysteresis remains invariant in a same individual is incorrect. It appears that hysteresis is larger in the transition from rest to low intensity exercise compared to other investigated conditions. In addition, our results show that quantification of individual RR and QT kinetics is more reliable when it is computed from recordings including exercise data at moderate intensities compared to estimations relying solely on data recorded during low intensity exercise. The last study aimed to compare QT/RR dependency, RR kinetics and QT/RR hysteresis between endurance-trained and moderately active young men, evaluated during exercise at identical relative work outputs. The study corroborates previous findings that RR kinetics is accelerated in endurance-trained men, both during exercise and recovery. In addition, the study reveals a small but significant rate-independent QT prolongation in athletes and an increased steady-state QT/RR slope. However, no significant modification of QT/RR hysteresis was observed in these subjects. Overall, this work identifies within-subject variations of RR and QT kinetics, likely explained by varying mechanisms of autonomic cardiac modulation across investigated conditions. In endurance-trained men, heart rate kinetics is accelerated while repolarisation is protracted and its heart rate dependency is increased.