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VARIABILITE DE LA FREQUENCE CARDIAQUE

Définition

La variabilité de la fréquence cardiaque (VFC) est la mesure de l’oscillation des intervalles mesurés entre chaque battement cardiaque, plus précisément entre chaque pic de l’onde R d’un complexe QRS de l’onde d’un ECG (32). Proposée dans les années soixante-dix par Sayers, son importance clinique n’a été confirmée que vers la fin des années quatre-vingt. Il été démontré qu’elle était une prédicatrice de morbi-mortalité cardio vasculaire (15). Outre ses multiples applications, la VFC est une mesure fiable et reproductible de l’activité du système nerveux autonome (SNA) à destinée cardiaque (32,33). La figure suivante représente la variabilité de la fréquence cardiaque au cours d’un enregistrement par un holter ECG.

Bases physiologiques

L’automatisme cardiaque est déterminé par le tissu nodal, mais la FC est aussi sous l’influence du SNA. En l’absence d’empreinte extrinsèque neuronale ou hormonale, l’automatisme intrinsèque au niveau du nœud sino-auriculaire (NSA) induit une FC de 100 à 110 battements par minute (bpm). Le tonus vagal réduit cette FC jusqu’à 60-80 bpm et le sympathique peut l’augmenter jusqu’à 200 bpm (Figure 4) (35).
Figure 4 : Représentation schématique de l’influence du système nerveux autonome sur le nœud sino-auriculaire (NSA)
L’activité sympathique augmente la FC et diminue la VFC, avec un délai de réponse de plus de 5 secondes alors que le parasympathique réagit très vite, en moins d’une seconde, avec une diminution de la FC et la majoration de la VFC (36). Ces deux composantes fonctionnent simultanément, le parasympathique pouvant surpasser l’influence du sympathique (37,38). Le nerf vague influence la FC via l’acétylcholine. Les récepteurs cholinergiques muscariniques entrainent une diminution de la FC par la sortie d’ions de K+ et le maintien de la repolarisation. L’adrénaline et la noradrénaline sont les médiateurs du système sympathique et agissent sur les récepteurs beta-adrénergiques qui entraînent une accélération de la dépolarisation déterminée par les ions de Ca2+ qui rentrent dans les cellules (35). La FC n’a pas de valeur fixe, elle fluctue au cours du temps. L’analyse de la VFC représente l’oscillation de l’intervalle entre deux battements cardiaques consécutifs, c’est-à-dire entre chaque intervalle R-R (39). La VFC est également référencée sous les termes de “variabilité́ sinusale” ou encore “d’arythmie respiratoire”. La VFC représente la modification complexe de la FC résultant de la coordination du SNA et les influences respiratoires, circulatoires, endocriniennes et mécaniques.
L’analyse de la VFC est devenue un outil de diagnostic en cardiologie (40). Elle reconnaît une large utilisation en recherche dans plusieurs domaines médicaux comme l’endocrinologie, la neurologie, les maladies inflammatoires, la néonatologie, la médecine du sport et les psychopathologies. La VFC comporte deux dimensions temporales : la variabilité circadienne (ou nycthémérale) et la variabilité à « court terme », spontanée ou induite par l’effort, un changement de position ou une émotion (41,42). Selon Porges et coll., la VFC est la plus élevée à la naissance et diminue graduellement avec l’avancement en âge (43). Les travaux de recherche de Thayer et coll. montrent que la VFC diffère en fonction du sexe. Les femmes ont un contrôle parasympathique plus important de leur SNA comparées aux hommes. Ainsi, les jeunes femmes de 25 à 34 ans ont une VFC plus élevée comparée aux hommes du même âge. Ces différences s’estompent à partir de 55 ans (44). Une des explications de ce phénomène pourrait être les influences hormonales distinctes entre les deux sexes (45).

Méthodes de mesure

L’analyse de la VFC consiste en une série de mesures de variations successives de l’intervalle RR. Différents facteurs physiologiques peuvent influencer la VFC tels que le sexe, l’âge, le rythme circadien, la respiration et la position du corps. Les mesures de la VFC sont non-invasives et hautement reproductibles. La plupart des fabricants d’appareils Holter aujourd’hui recommandent des programmes d’analyse VFC qui sont incorporés dans leurs systèmes. Bien que l’analyse par ordinateur des enregistrements se soit améliorée, l’intervention humaine est nécessaire dans la plupart des mesures de la VFC afin de détecter les battements erronés, les artefacts ou les modifications dans la vitesse de la bande qui peuvent altérer les résultats. L’analyse de la VFC est exprimée et quantifiée dans le domaine temporel et fréquentiel (39). Les analyses temporelles et fréquentielles sont des méthodes différentes pour étudier les mêmes données, mais des corrélations existent entre certains paramètres temporels et fréquentiels de la VFC.

Analyse temporelle de la VFC

L’analyse du domaine temporel comprend une représentation graphique des intervalles RR en fonction du temps. Dans un enregistrement ECG continu, chaque complexe QRS est détecté et les intervalles normaux RR (intervalles NN), soit la FC instantanée, sont alors déterminés. Ceci permet le calcul des plusieurs variables : l’intervalle RR moyen, la FC moyenne, la différence entre l’intervalle RR le plus long et le plus court ou la différence de FC de jour ou de nuit. Ces indices statistiques dans le domaine temporel sont divisés en deux catégories:(1) des variables dérivées directement à partir des intervalles eux-mêmes ou (2) des variables provenant des différences entre les intervalles NN adjacents. Le tableau suivant résume les paramètres les plus fréquemment utilisés du domaine temporel et fréquentiel.
Les paramètres de la première catégorie sont SDNN, SDANN et ceux de la deuxième catégorie sont RMSSD et pNN50. L’intervalle RR moyen (Mean RR) (ms) correspond à la moyenne de la durée des intervalles RR sur un intervalle de temps défini. Le SDNN (ms) est l’écart type de la variance (de tous les intervalles RR normaux) pendant la période de mesure, couramment utilisée pour évaluer la VFC. Le SDNN représente une estimation globale de la VFC et est dépendante de la durée d’enregistrement. La SDANN est un indice de la variabilité de la moyenne sur 5 minutes. Ainsi, elle fournit des informations à long terme. Il s’agit d’un indice sensible de fréquences basses, comme l’activité physique, les changements de position, le rythme circadien. Le pNN50 est le pourcentage de différences de plus de 50 ms, entre les intervalles R-R successifs. La RMSSD (ms) est la racine carrée de la moyenne des différences au carré entre les intervalles R-R successifs. RMSSD minimise les effets potentiels de la respiration dans l’analyse du tonus vagal de la VFC. La RMSSD et le pNN50 sont les paramètres les plus communs fondés sur des différences d’intervalle. Ces mesures correspondent à des changements de la VFC à court terme et ne dépendent pas des variations jour/nuit. Elles reflètent les altérations du tonus autonome qui sont principalement médiées par nerf le vague. Par rapport au pNN50, la RMSSD semble plus stable et devrait être préférée en clinique.

Analyse spectrale de la VFC

La méthode d’analyse spectrale ou fréquentielle représente le calcul du contenu spectral d’une série chronologique des intervalles R-R consécutifs avec l’aide de l’algorithme de Transformation de Fourier Rapide (TFR) méthode d’analyse non paramétrique. Ce type d’analyse spectrale permet d’analyser aussi bien des enregistrements de longues durées (24 h) que des périodes de temps beaucoup plus courtes de deux à cinq minutes (41). Les enregistrements permettent d’identifier quatre composantes spectrales principales :
– la composante haute fréquence (High Frequency, HF) : entre 0,15 et 0,4 Hz qui représente l’activité vagale parasympathique, liée à l’arythmie sinusale respiratoire qui entraine une accélération de la FC en inspiration et un ralentissement lors de l’expiration. Bien que le parasympathique domine, le sympathique joue aussi un rôle, minime mais qui peut influencer jusqu’à 10 % cette bande de fréquence haute (37).
– la composante basse fréquence (Low Frequency, LF) : est une bande entre 0,04 et 0,15 Hz calculé en millisecondes, cette mesure reflète généralement l’activité sympathique, mais aussi en partie le nerf vague (reflet de l’activité baroréflexe). L’influence du parasympathique peut aussi être ressenti s’il existe une respiration contrôlée, avec un rythme de 0,1 Hz d’environ 6 inspirations par minute.
– la composante de très basse fréquence (Very Low Frequency, VLF), entre 0,003 Hz et 0,04 Hz traduit les mécanismes de régulation à long terme de la FC tels que la thermorégulation et les mécanismes hormonaux. La bande VLF semble refléter le rythme intrinsèque du cœur et ses oscillations sont modulés par les fibres efférentes sympathiques. Une hausse dans la puissance de cette bande est observée pendant la nuit avec un pic avant le réveil. Il existe une association entre l’amplification de cette bande de fréquence dans l’arythmie létale, les pics d’inflammation (46), la baisse de la testostérone et le syndrome du stress post-traumatique (SSPT) (47). Une intensification de l’activité sympathique efférente peut déplacer la VFL et de la faire franchir dans la bande LF s’il existe un excitant significatif. Le VLF déduite des enregistrements d’une durée courte, inférieure à cinq minutes, ne devrait pas être calculée (37). L’origine de la bande de très basse fréquence (entre 0,003 et 0,04 Hz) n’est pas bien connue, mais serait attribuée à la régulation thermique des organes internes.
– la composante d’ultra basse fréquence (Ultra Low Frequency, ULF) bande sous 0,003 Hz, qui ne peut être obtenue qu’à partir d’enregistrements de longue durée, de minimum 24 heures. Les oscillations circadiennes sont les facteurs primaires qui influencent cette bande comme la température corporelle, le métabolisme et le système rénine-angiotensine. Ces différentes composantes
précédemment évoquées peuvent être exprimés : en millisecondes carré (ms2) ou en unités normalisée (n.u) calculés avec les formules suivantes :
LF nu = 100 X LF/ (Variabilité Totale – VLF)
et HF nu = 100 X HF/ (Variabilité Totale – VLF).
La puissance totale de la variabilité (Variabilité Totale, VT) de l’intervalle RR calculé en millisecondes représente la variance totale et correspond à la somme des quatre bandes spectrales LF, HF, ULF et VLF.
Le rapport mathématique LF / HF (rapport entre Basses Fréquences et Hautes Fréquences en unités normalisées LF/HF= Lf n.u / Hf n.u.) peut être calculé. Concernant le rapport LF/HF, il existe plusieurs théories. Certains auteurs le présentent comme un indicateur de l’équilibre sympatho-vagale avec des valeurs hautes reflètent la domination du système sympathique, tandis que des valeurs basses reflètent la domination du système parasympathique (48).
D’autres auteurs sont sceptiques sur la corrélation linéaire entre les deux branches du SNA et par conséquent, le rapport LF/HF doit être interprété avec réserve. Le rapport LF/HF est directement proportionnel à la FC, avec une augmentation si la FC est élevée et une diminution si la FC est réduite (37). L’analyse spectrale sur des enregistrements de 24 h montre que la composante LF est prédominante la journée et la composante HF prédomine la nuit. Sur les enregistrements de longue durée, HF et LF représentent 5% de la Puissance totale alors que le reste de 95 % est formé par les composantes ULF et VLF dont les implications physiologiques restent encore à étudier.
Les analyses de la VFC ont démontré que la bande LF augmente en cas de stress mental, d’effort physique moyen ou d’occlusion d’une artère coronaire et la bande HF est induite par une respiration contrôlée ou une stimulation froide de la face (49). En 1996, un Groupe de travail de la Société européenne de Cardiologie (ESC) et la Société Nord-Américaine de Stimulation et d’électrophysiologie (NASPE) ont défini et établi des normes de mesure, d’interprétation physiologique et d’utilisation clinique de la VFC (50). La figure suivante illustre une représentation fréquentielle d’un signal de variabilité cardiaque avec les trois bandes de fréquence VLF, LF et HF (51).
Figure 5 : Illustration de la représentation fréquentielle de variabilité cardiaque avec les trois bandes de fréquence (51).

Implications cliniques

La VFC peut être un indicateur utile pour le diagnostic et le suivi évolutif de multiples pathologies chez l’homme, comme le démontrent de nombreuses études. Une diminution de la VFC est souvent considérée comme un indice de gravité clinique, tandis qu’à l’inverse une augmentation de la VFC peut signifier un pronostic plus favorable.
L’importance de cet indicateur, notamment dans les pathologies cardiaques et métaboliques ainsi que les facteurs de risque associés à ces pathologies (hypertension artérielle, stress, troubles du sommeil, fatigue) est mise en évidence dans de nombreuses études.

Affections cardiovasculaires

 Maladies coronariennes
Plusieurs travaux indiquent qu’une baisse de la VFC est associée au risque de pathologies cardiovasculaires et coronariennes, d’hypertension et d’insuffisance cardiaque (52). Une prédominance d’activité sympathique avec réduction du contrôle parasympathique a été trouvée chez des patients souffrant d’infarctus du myocarde en phase aiguë. Dans l’infarctus du myocarde, surtout si associé à une insuffisance cardiaque, on observe un lien entre le taux de mortalité et la baisse de la VFC, véritable prédicteur de mort subite (53).
La baisse de la VFC, dans les semaines suivant un infarctus du myocarde, avec une fonction ventriculaire gauche préservée ou modérément altérée, peut prédire le risque de troubles du rythme graves pouvant conduire à la mort subite. Dans ce contexte, l’intérêt de la VFC pour l’indication de la pause d’un défibrillateur implantable est à confirmer (35).
Une méta-analyse de trente-trois études contrôlées a conclu à l’existence d’une augmentation significative de la VFC chez les sujets traités (médications, traitement comportemental et exercice adapté) par rapport au groupe contrôle (54). Le suivi de la VFC peut être intéressant pour la conduite des programmes de prévention secondaire de risques cardiaques évolutifs. La fiabilité et l’utilité de la VFC comme indicateur du diagnostic et pronostic des affections cardiovasculaires et coronariennes sont largement argumentés.
 Hypertension artérielle (HTA)
Une baisse de la VFC peut permettre une détection précoce d’une HTA essentielle. Chez plus de trois cents patients souffrant d’une HTA essentielle (stade I à III), il a été noté une baisse significative de la VFC, associée à une chute de l’activité parasympathique, notamment chez les hypertendus souffrant d’une hypertrophie ventriculaire gauche (55). Il existe une corrélation négative significative entre l’ensemble des paramètres de la VFC et l’allongement du segment QTc, nécessitant une confirmation de l’intérêt du suivi de ces deux marqueurs pour prédire les risques d’arythmie sévère et de mort subite (56). Il existe une corrélation entre la diminution de la pression artérielle et l’augmentation de la VFC, qui s’avère être un paramètre d’intérêt pour le suivi d’une HTA, avec ou sans traitement antihypertenseur (39).

Affections métaboliques

 Surpoids et obésité (57)
On trouve plusieurs études montrant une diminution de la VFC chez les adolescents obèses. Il existe des études plus spécifiques chez l’adulte. On observe en effet dans une population de 35 individus à fort Indice de Masse Corporelle (IMC), sans diabète, des modifications de la VFC. Les valeurs de la HF (composante parasympathique) chez les individus ayant un IMC > 20 kg/m2 sont significativement plus grandes que chez les personnes normales.
 Diabète (58)
La VFC et l’activité cardiaque parasympathique sont diminuées dans le diabète (47). Plusieurs études ont démontré, dès 1973, que dans la neuropathie diabétique, cette diminution de la VFC peut précéder l’apparition de signes cliniques, avant que les troubles fonctionnels apparaissent. Les patients diabétiques avec NAC présente plus fréquemment une protéinurie que ceux qui n’ont pas NAC (4). L’âge avancé et les valeurs élevées de la PAS sont associés à une VFC anormale chez les patients avec néphropathie diabétique (60). Il en est de même pour les patients qui ont une normo-albuminurie et le niveau d’HbA1c sont aussi corrélés à la VFC anormale. Les patients ND avec NAC ont une incidence élevée de survenue de maladies cardiovasculaires fatales et non fatales et une mortalité plus élevée que les patients avec ND sans NAC. Les patients avec normo albuminurie et NAC présentent plus d’accidents que ceux à VFC normal ou borderline. La NAC n’est pas un promoteur dans la progression dans la néphropathie diabétique, parce qu’elle n’est pas associée au déclin rapide de la fonction rénale. Un bon contrôle glycémique est associé à une lente progression de la NAC (61). Chez les patients qui présentent une néphropathie diabétique, la NAC est prédicteur de mortalité toute cause confondue (62).
 Insuffisance rénale chronique (66)
Chez des patients présentant une maladie rénale chronique en attente de dialyse, on observe une VFC réduite indiquant un trouble de la fonction autonome. La normalisation du taux d’hémoglobine augmente la VFC, sans pour autant atteindre la VFC d’un sujet sain.

Contextes morbides et facteurs de risques

 Apnée du sommeil
Les oscillations de la balance sympatho-vagale sont couplées à celles de l’activité électroencéphalographique, en particulier aux ondes delta (0,5 – 4,0 Hz) qui reflètent la profondeur du sommeil. Ces résultats suggèrent l’existence d’interactions entre la régulation centrale du système nerveux autonome et les états de vigilance (52). On peut se servir de la VFC pour détecter l’importance d’une apnée du sommeil. Plus l’apnée du sommeil est importante, plus le ratio LF/HF est élevé. Dans une étude réalisée chez cent soixante-seize individus, les patients avec une apnée du sommeil modérée à sévère, présentent un intervalle RR significativement plus faible (52).
 Stress
La présence d’un stress tel que le passage d’un examen (68), une confrontation éprouvante ou une épreuve pénible, peut induire à court terme une modification de la VFC. Il est donc possible de mesurer la réaction au stress dans une population en se fondant principalement sur les données de la VFC. Plusieurs études montrent une baisse immédiate de la VFC en cas d’exposition à un stress.
Ces travaux montrent qu’un individu soumis à un travail stressant au quotidien (efforts importants, récompense faible) présente une baisse de la VFC durant le travail, tout au long de la semaine (46). Une seconde étude réalisée pendant vingt-quatre heures sur un grand groupe de travailleurs montre une diminution de la VFC directement proportionnelle au stress ressenti (69). Ces auteurs suggèrent qu’il existe un lien entre travail stressant, maladies cardiovasculaires et système nerveux autonome, confirmée par l’étude INTERHEART, conduite dans cinquante-deux pays (63). On peut donc utiliser la VFC comme indicateur d’un stress au travail, et éventuellement en tirer des conclusions quant aux risques cardiaques et métaboliques pour le patient. C’est un marqueur intéressant pour l’entreprise, car il permet de suivre les employés lors de phases stressantes dans leur travail. La VFC est considérée comme un excellent indicateur pronostique dans une grande variété de conditions cliniques, et l’entraînement sportif permet de modifier cet indicateur, en réduisant certains facteurs responsables de modifications pathologiques. Des études complémentaires sont nécessaires pour confirmer l’intérêt à long terme de ce type d’entraînement physique.
 Fatigue (44)
Deux études, réalisées dans le monde de l’entreprise, montrent clairement l’association entre le type et l’intensité de la fatigue et les modifications de la VFC. La mesure de la VFC permet de préciser le type de fatigue ressentie par un individu. Pour des plaintes modérées exprimées, le ratio LF/HF pendant le repos ne diffère pas de manière significative pour des journées plus ou moins longues. Par contre, en cas de plaintes plus importantes, on observe un lien significatif entre la modification de la VFC, et les symptômes observés. Cette association n’est donc pas liée à la quantité de travail, mais aux symptômes perçus par le patient. On pourrait supposer que l’épuisement est lié à un dysfonctionnement du système nerveux autonome.
 Dépendances (37)
Les études montrent que les fumeurs ont une activité sympathique augmentée, et une réduction de l’activité vagale. La cigarette diminue donc la VFC. L’un des mécanismes d’action passe par le système nerveux autonome. On observe chez les nouveau-nés, ayant été exposés à une forte dose de nicotine, une diminution de VFC ainsi que chez les personnes fortement exposées. De même, l’ingestion d’alcool provoque une réduction de la VFC, notamment chez les personnes dépendantes.

Table des matières

INTRODUCTION
PREMIÈRE PARTIE : REVUE DE LA LITTERATURE
I. LA NEPHROPATHIE DIABETIQUE
1. Définition
2. Epidémiologie
3. Physiopathologie
4. Diagnostic
4.1. Marqueurs biologiques
4.2. Lésions histologiques
5. Traitement
6. Evolution
II. VARIABILITE DE LA FREQUENCE CARDIAQUE
1. Définition
2. Bases physiologiques
3. Méthodes de mesure
3.1. Analyse temporelle de la VFC
3.2. Analyse spectrale de la VFC
4. Implications cliniques
4.1. Affections cardiovasculaires
4.2. Affections métaboliques
4.3. Contextes morbides et facteurs de risques
DEUXIÈME PARTIE : TRAVAIL PERSONNEL
I. MATERIEL ET METHODE
1. Type d’étude
2. Cadre de l’étude
3. Matériel
4. Méthodologie
II. RESULTATS
1. Données anthropométriques.
2. Données de la maladie
3. Données cardio-vasculaires
3.1. Données de la variabilité de la fréquence cardiaque
3.1.1. Domaine temporel
3.1.2. Domaine fréquentiel
3.2. Données vasculaires
3.2.1. Pression artérielle (PA)
3.2.2. Variabilité de la pression artérielle
3.2.3. Rigidité artérielle
4. Diagnostic de la neuropathie autonome cardiaque
4.1. Caractéristiques de la neuropathie autonome cardiaque
4.1.1. Décubitus
4.1.2. En Orthostatisme
III. DISCUSSION
1. Données anthropométriques
2. Données de la maladie
3. Données cardio-vasculaires
3.1. Données de la variabilité de la fréquence cardiaque
3.1.1. Domaine temporel
3.1.2. Domaine fréquentiel
3.2. Données vasculaires
3.2.1. La pression artérielle
3.2.2. La rigidité artérielle
4. Diagnostic de la neuropathie autonome cardiaque
5. Limites de l’étude
CONCLUSION
REFERENCES
ANNEXE

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