THE EFFECTS OF HYPOXIA IN HEALTHY AND DISEASED SUBJECTS
LES EFFETS DE L'HYPOXIE CHEZ LE SUJET SAIN ET PATHOLOGIQUE
Résumé
This thesis investigates the effects of hypoxia in both healthy and diseased areas. Using freediving as a base, hemodynamic adjustments triggered by voluntary breath-holding were studied in trained breath-hold divers (study 1) to be then compared with non-divers (study 2). Moreover, both hemodynamic and ventilatory responses to hypoxia were investigated in trained breath-hold divers (study 3). Plasma adenosine concentration was also measured to clarify pathophysiological mechanisms underlying transient loss of consciousness during breath-holding (study 4). Finally, the effects of intermittent hypoxia were investigated on cardiometabolic risk factors in overweight or obese adults (study 5). Overall, the results tend to show that hypoxia induce efficient cardio-ventilatory adjustments in trained breath-hold divers as well as beneficial metabolic adaptations in obese adults. Based upon piecewise regression analyses, the occurrence of a new physiological event during breath-holding has been demonstrated, i.e. the “oxygen-conserving breaking point”. This particular point and subsequent hemodynamic adjustments appears to increase the oxygen-conserving potential of the human diving reflex, therefore delaying hypoxia in oxygen-sensitive organs. Negative chronotropic properties of adenosine might however induce transient loss of consciousness during severe hypoxemia induced by prolonged breath-holding. These results, as well as the increased hypoxic ventilatory response in divers, suggest that breath-holding training might be an alternative strategy to induce altitude pre-acclimatization. Besides, moderate intermittent hypoxia might have beneficial outcomes on cardiometabolic risk factors, suggesting that this environment is the cause of, as well as a promising therapeutic approach in people suffering from metabolic disorders.
Ce travail de thèse se propose d’étudier les effets de l’hypoxie dans un contexte sain et pathologique. En prenant tout d’abord comme support l’apnée, nous explorons les ajustements hémodynamiques déclenchés par un arrêt volontaire de la respiration chez des apnéistes (étude 1) pour ensuite les comparer chez des sujets non familiarisés à cette pratique sportive (étude 2). Les réponses hémodynamiques et ventilatoires à l’hypoxie ont ensuite été analysées afin de déterminer si la pratique de l’apnée influence les paramètres cardio-ventilatoires en altitude simulée (étude 3). L’adénosine a par ailleurs été dosée pour mieux comprendre les mécanismes physiopathologiques à l’origine de la syncope en apnée (étude 4). Enfin, les effets de l’hypoxie normobarique intermittente sont étudiés sur les principaux facteurs de risques cardio-métaboliques chez des personnes obèses ou en surpoids (étude 5). L’ensemble des résultats tend à montrer que l’hypoxie entraîne des modifications efficientes tant sur le plan cardio-ventilatoire chez les apnéistes que métabolique chez les personnes obèses. En s’appuyant sur la construction et la validation de modèles de régression, nous mettons en évidence l’existence d’un événement physiologique auparavant inconnu lors de l’apnée, i.e. le « point d’économie d’oxygène ». Mis en lumière dans plusieurs conditions expérimentales, celui-ci marque le point de départ d’une remarquable rupture des cinétiques hémodynamiques dont l’objectif premier est de renforcer l’économie d’oxygène, retardant in fine l’hypoxie tissulaire des organes nobles. Les propriétés chronotropes négatives de l’adénosine seraient néanmoins susceptibles de déclencher une syncope en fin d’apnée en cas d’hypoxémie extrême chez certains individus. Ces résultats ainsi que la hausse de la réponse ventilatoire à l’hypoxie des apnéistes, suggèrent que la pratique de l’apnée pourrait être une alternative de pré-acclimatation à l’altitude naturelle. Outre ces effets, une dose hypoxique « modérée » administrée de façon intermittente parviendrait également à réduire certains facteurs de risques cardio-métaboliques, faisant de cet environnement une cause, mais aussi une thérapeutique non médicamenteuse prometteuse pour la prise en charge de personnes souffrant de troubles métaboliques.