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HOMÉOSTASIE: Sans irrégularité physiologique, point d'équilibre

Actualité publiée il y a 5 années 1 mois 1 jour
PNAS

Si notre rythme cardiaque accélère ou ralentit selon notre activité, ce modèle n'est pas totalement régulier et le temps qui sépare 2 battements, pour un rythme cardiaque à situation constante, reste légèrement variable. Cette variabilité est un facteur de bonne santé cardiaque. Plus largement, ces chercheurs du California Institute of Technology (Caltech), avec cette étude présentée dans les Actes de l’Académie des Sciences américaine, nous expliquent que sans cette variabilité dans nos différents paramètres physiologiques, notre organisme ne trouverait pas les compromis essentiels nécessaires pour maintenir cette homéostasie interne vitale.

Comprendre la relation entre la variabilité de la fréquence cardiaque (VFC) et la santé cardiaque, c'est le premier objectif de cette étude qui a appliqué la théorie du contrôle aux données de fréquence cardiaque d'athlètes. Les chercheurs savaient déjà qu'une réduction de la variabilité de la fréquence cardiaque peut être un facteur prédictif d'un certain nombre de maladies, comme l'insuffisance cardiaque et l'inflammation. De plus, chez les sportifs, une insuffisance de variabilité cardiaque est déjà documentée comme liée à la fatigue et au surentraînement. Mais la démonstration est vraie pour un grand nombre de paramètres physiologiques.


Le rôle majeur de la « VCR » dans l'homéostasie : L'étude du comportement de systèmes dynamiques et complexes, qui s'appuie sur la modélisation d'un grand nombre de variables, appelée théorie du contrôle, a été mise ici au service de la compréhension du fonctionnement du corps humain, qui, pour travailler de façon optimale, doit fonctionner dans un environnement interne globalement stable, l'homéostasie, indépendamment des contraintes externes. Lorsque le corps subit un stress ou des températures extrêmes, il sera ainsi capable de maintenir une pression sanguine et une température corporelle stables, en particulier, en adaptant son rythme cardiaque.

La métaphore de la conduite automobile : l'auteur principal, John Doyle, Professeur de Contrôle et de dynamique des systèmes, explique : « Pour se rendre à une destination malgré différentes conditions météorologiques et routières, tout conducteur va devoir modifier différents facteurs tels que l'accélération, le freinage, la direction ou la mise en marche essuie-glaces. Si ces facteurs deviennent figés alors que la voiture est toujours en mouvement, alors l'accident est inévitable. De la même manière, une perte ou une absence de variabilité de la fréquence cardiaque prédit l'accident cardiaque".

La variabilité de fréquence cardiaque, un régulateur de vitesse : En combinant les données de fréquence cardiaque, de rythme respiratoire, de consommation d'oxygène et de production de dioxyde de carbone de 5 jeunes athlètes en bonne santé avant, pendant et après des exercices de pédalage, les chercheurs sont parvenus à déterminer les compromis essentiels nécessaires à maintenir cette homéostasie interne vitale, quelle que soit le niveau d'activité et d'énergie nécessaire.

Un compromis très bien décrit par les auteurs : le cœur, les poumons et la circulation doivent, ensemble fournir suffisamment de sang oxygéné vers les muscles et autres organes sans élever la pression artérielle au point d'endommager le cerveau. Cet équilibre n'est possible qu'avec le contrôle de la dilatation des vaisseaux sanguins dans les muscles et le cerveau, et le contrôle de la respiration.

Une fois ces compromis définis, l'analyse des données montre que le cœur doit être capable d'une certaine variabilité au cours de l'exercice pour garder ce système complexe en équilibre.

La perte de cette variabilité est un précurseur de fatigue et de stress : Les chercheurs recommandent ainsi d'intégrer, dans les différents moniteurs à l'hôpital, et en particulier en soins intensifs, le principe de cette théorie du contrôle, c'est-à-dire cette liaison d'équilibre nécessaire entre différentes variables dont la VFC. Dans le sport de haut niveau également, ce mode d'analyse permettrait d'éviter la fatigue et les blessures liées au surentraînement.

Cette étude n'est pas la première à appliquer la théorie du contrôle en médecine. Cette théorie a déjà inspiré la conception d'un pancréas artificiel portable pour diabétiques de type 1, un appareil automatisé d'administration d'anesthésiques pendant l'intervention chirurgicale et inspire actuellement des recherches sur la progression du cancer prenant en compte de multiples paramètres dont la réponse du système immunitaire et l'action des chimiothérapies.

Source: PNAS 2014 doi/10.1073/pnas.1401883111 Robust efficiency and actuator saturation explain healthy heart rate control and variability (Visuel@© Kzenon - Fotolia.com)

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