Prix de thèse en Santé Publique et Environnement Académie Nationale de Pharmacie

ULR 7369 – Equipe 1

 Prix de thèse en Santé Publique et Environnement
 Académie Nationale de Pharmacie

 Séance académique
 Mercredi 16 mars 2022

 Impact du diabète de type 1 sur la vasoréactivité et la
 variabilité de la fréquence cardiaque au repos et en réponse à
 l’exercice aigu

 Thèse sous la direction du Pr. Elsa HEYMAN
 soutenue le Mercredi 8 juillet 2020

 Elodie LESPAGNOL
 Docteur en physiologie de l’exercice

Aucun conflit d’intérêt

Introduction générale – le diabète

 Prévalence a Traitement
doublé en 20 ans insulinique

 DIABÈTE DE TYPE 1
 MALADIE AUTO-IMMUNE
 DIABETE

 Hyperglycémie

 Autosurveillance glycémique

 3

Introduction générale

 Déséquilibres
 glycémiques

Complications microvasculaires et macrovasculaires au long
 terme

 Apparition précoce de troubles subcliniques

 TROUBLES DE
 DYSFONCTION
 L’ACTIVITE AUTONOME
 ENDOTHELIALE
 CARDIAQUE
 Alberti et al., 1998 Chen et al., 2007
 4

Introduction générale – La dysfonction endothéliale
 ENDOTHELIUM

 ROLE DANS L’HOMEOSTASIE VASCULAIRE

 Molécules vasodilatatrices

  NO•
  Prostaglandine (PGl2)
  EDHF
 Endothélium
 Molécules vasoconstrictrices
 Muscle lisse
 vasculaire
  Angiotensine II
  Endothéline-1

Déséquilibre homéostasie  DYSFONCTION ENDOTHELIALE
 5

Introduction générale – La dysfonction endothéliale

Littérature dans le DT1 très hétérogène quant à l’affirmation d’une dysfonction endothéliale

 CONTRIBUTION 1
 Méta-analyse - Dysfonction endothéliale précoce
 dans le diabète de type 1 ?

 6

Contribution 1 – Dysfonction vasculaire précoce Lespagnol et al. Frontiers in endocrinology
 DT1 indemnes de complications vs. Témoins
 Dysfonction des muscles lisses
 Dysfonction endothéliale
 vasculaires
 58 études 21 études

 -0.61 ; 95% CI = -0.79, -0.44 ; P < 0.001 -0.32 ; 95% CI = -0.57, -0.07 ; P < 0.001

 30 % des études ne la détectent pas…

 Avec l’HbA1c
 Toute la population β = -1.20; P < 0.05

 Chez les enfants β = -0.43; P < 0.01

 Mécanismes sous-jacents à l’altération de la vasoréactivité à l’exercice aérobie
 ?
 7

Introduction générale – La dysfonction endothéliale
 Voie de synthèse du NO dépendante de la eNOS

 L-Citrulline

L-arginine NO. GTP
 eNOS
 GMPc
 CaM BH4
 GC
 Ca2+

 ADMA
 2 NADPH SDMA
 2 NADP+ Recapture du Ca2+
 au niveau du RE

 2 O2 2 H2O
 O2O2
 O2
 RELAXATION Muscle lisse
Endothélium vasculaire

 8

Introduction générale – La dysfonction endothéliale
 Impact du DT1 sur la biodisponibilité du NO

 HYPERGLYCEMIE
 CHRONIQUE
Forces de (HbA1c)
cisaillement
Bolduc al., 2013
 STRESS
 SDMA ADMA OXYDANT
 Lajer et al., 2008 O2•_

 ONOO•_
 eNOS
 L-arginine NO.

 L-Citrulline RELAXATION

 Muscle lisse
 Endothélium vasculaire

 9

Introduction générale

 Déséquilibres
 glycémiques

Complications microvasculaires et macrovasculaires au long
 terme

 Apparition précoce de troubles subcliniques

 TROUBLES DE
 DYSFONCTION
 L’ACTIVITE AUTONOME
 ENDOTHELIALE
 CARDIAQUE
 Alberti et al., 1998 Chen et al., 2007
 10

Introduction générale – La variabilité de la fréquence cardiaque
VFC DT1

 Variabilité globale

 Tonus
 parasympathique Risques cardiaques
 RR

 ENTRAINEMENT Effets bénéfiques sur l’activité du SNA
 chez sujets sains (↗ VFC et tonus vagal)
 Melanson et al., 2001
 Carter et al., 2003

 Effets délétères dans
 le DT1 ?
 A chaque session d’exercice: risques
 d’hypoglycémie & d’hyperglycémie
 11

Objectifs des 2 études expérimentales

 EFFETS de L’EXERCICE
 VO2max Ultra-endurance

 FONCTION VASCULAIRE VFC

 MECANISMES ? MECANISMES ?
 Métabolisme NO• Hyperglycémies et
 hypoglycémies engendrées par
 Lien avec hyperglycémie et l’exercice
 stress oxydant

 Contribution 2 Contribution 3
Troubles du métabolisme du NO à mHealth Grand Tour - Exercice
 l’exercice aigu ? inhabituel et VFC
 12

Contribution 2
Circulating biomarkers of nitric oxide bioactivity and impaired muscle vasoreactivity to
 exercise in adults with uncomplicated type 1 diabetes

 Publié dans Diabetologia, 2021

 13

Contribution 2 – Troubles du métabolisme du NO
 Méthodes Résultats
 Dosages

 Voie enzymatique de production du NO (eNOS)

 L-arginine, ADMA, SDMA, L-citrulline

 A L’EXERCICE
 Voie non canonique de production du NO
 HHb Si ↘PO2
 Nitrites, nitrates, RSNO (S-nitrosothiols)

 nitrite NO.
 Stress oxydant

 Marqueurs du stress oxydant :
 • MDA, 8-F2-IsoP, POF, CML RSNO

 Antioxydants :
 • SOD, GPx et GR érythrocytaires, Vit C, Vit E, Vit A, thiols libres totaux,
 acide urique

 14

Contribution 2 – Troubles du métabolisme du NO
 Méthodes Résultats
 Caractéristiques des sujets

 DT1 (n=22) Témoins (n=21)
 VO2max (mL.min-1.kg-1) 35.6 ± 7.7 (25.0-52.0)** 39.6 ± 6.8 (31.0-49.0)
 HbA1c (%) 8.0 ± 1.4 (5.5-10.8)*** 5.2 ± 0.3 (4.7-5.7)

 SPECTROSCOPIE dans le PROCHE
 INFRAROUGE NIRS
 Altération de la vasoréactivité ?
 15 témoins
 ††† †††
 DT1 ††† ††† Effets principaux de l’ANOVA
 †††
 10 Exercice P

Contribution 2 – Troubles du métabolisme du NO
 Méthodes Résultats
 Altération au niveau de la voie non canonique de production de NO ?

 HHb

 Voie non canonique de production du NO
 nitrite NO.
 NS entre les
 groupes RSNO

 Effets principaux des
 DT1 Témoins
 modèles mixtes
 Nitrite (µM) (Sérum) Au repos 0.19 ± 0.12 0.18 ± 0.10 Exercice: NS
 Au pic de l’exercice 0.16 ± 0.11 0.14 ± 0.06 Groupe: NS
 Récupération 0.18 ± 0.11 0.17 ± 0.11 Interaction: NS
 Nitrate (µM) (Sérum) Au repos 39.7 ± 11.7 34.1 ± 11.8 Exercice P < 0.01
 Au pic de l’exercice 32.3 ± 10.5 31.6 ± 14.0 Groupe: NS
 Récupération 33.8 ± 10.5 34.7 ± 15.1 Interaction: NS
 RXNO (nM) (Sérum) Au repos 12.1 ± 4.4 12.7 ± 6.5
 Exercice: NS
 Au pic de l’exercice 12.6 ± 4.9 12.2 ± 5.0 Groupe: NS
 Récupération 11.7 ± 3.7 10.8 ± 3.1 Interaction: NS

 16

Contribution 2 – Troubles du métabolisme du NO
 Méthodes Résultats

 Altération de la voie dépendante de la eNOS de la synthèse de NO ?
 Effets principaux des modèles mixtes
 100
 L-arginine Exercice P

Contribution 2 – Troubles du métabolisme du NO
 Méthodes Résultats
 Défense antioxydante Effets principaux des modèles mixtes
 Exercice P

Conclusion et objectifs des 2 études expérimentales

 EFFETS de L’EXERCICE
 VO2max Ultra-endurance

 FONCTION VASCULAIRE
 VFC

Altération de la vasoréactivité chez
DT1 à l’exercice
 MECANISMES ?
 MECANISMES ?
 Hyperglycémies et
 ↘ [L-arginine] hypoglycémies engendrées par
 l’exercice
 ↘ [acide urique]
 Pas de stress oxydant

 Contribution 2 Contribution 3
Troubles du métabolisme du NO à mHealth Grand Tour - Exercice
 l’exercice aigu ? inhabituel et VFC
 19

Conclusion et objectifs des 2 études expérimentales

 EFFETS de L’EXERCICE
 VO2max Ultra-endurance

 FONCTION VASCULAIRE
 VFC

Altération de la vasoréactivité chez
DT1 à l’exercice
 MECANISMES ?
 MECANISMES ?
 Hyperglycémies et
 ↘ [L-arginine] hypoglycémies engendrées par
 l’exercice
 ↘ [acide urique]
 Pas de stress oxydant

 Contribution 2 Contribution 3
Troubles du métabolisme du NO à mHealth Grand Tour - Exercice
 l’exercice aigu ? inhabituel et VFC
 20

Contribution 3 – mHealth Grand Tour
 In amateur athletes with type 1 diabetes, a 9-day period of cycling at moderate-to-
vigorous intensity unexpectedly increased the time spent in hyperglycemia, which was
 associated with impairment in heart rate variability.

 Publié dans Diabetes Care, 2020

 21

Contribution 3 – Grand Tour – Exercice inhabituel et VFC
 Méthodes Résultats
 Variable dépendante
 Variations glycémiques
 Hyperglycémies VFC
 Minuit - 4h

 Minuit – 4h Tonus parasympathique
 (HF, RMSSD, pNN50)
 Hyperglycémies (>250 mg.dL-1)
 Balance sympatho-vagale
 (LF/HF) P < 0.05

 Petit dej – 2h post-dîner
 Tonus parasympathique
 Hyperglycémies (>300 mg.dL-1)
 (HF, RMSSD) P < 0.05

• Au repos, en accord avec Nguyen et al. (2013)
• Mécanismes? méconnus
 Voie polyols activée ↘ Na,K-ATPase ↘ vitesse de conduction neuronale
 (Tomlinson et al., 2008)
 22

Contribution 3 – Grand Tour – Exercice inhabituel et VFC
 Méthodes Résultats
 Effet du tour sur la glycémie Glucides ingérés
 500

 Daily CHO taken (g)
 400

 120 300
 Time spent in several
 target glucose values

 100 200
 80 100
 Autres hypothèses expliquant l’hyperglycémie :
 (%)

 60
 0
 40
 20 • action des catécholamines et du glucagon
 0
 • Persistance de l’utilisation des AGL
 Day 1 Day 2 Day 3 Day 5 Day 6 Day 7 Day 8 Day 9 Day 10
 ↔ glucides des 3 repas
 120
 • [lactate] élevée ↘ glucides des encas
 Time spent in several
 target glucose values

 100
 80
 • Inflammation (insulino-résistance)
 (%)

 60
 40 30 Insuline

 Daily insulin administered
 20 25
 0
 20
 Night 1 Night 2 Night 3 Night 5 Night 6 Night 7 Night 8 Night 9
 15
 (U)
 10
 5
 ↘ temps passé en hypoglycémie (P

META-ANALYSE
 -0.61 ; 95% CI = -0.79, -0.44 ; P < 0.001
 Lespagnol et al.,
 Diabetologia, 2021
58 études Dysfonction endothéliale
 L-arginine

 ++ lorsque l’HbA1c est élevée
 eNOS
 STRESS
 OXYDANT NO.
 +
 Lespagnol et al.,
 Frontiers in endocrinology, 2020 O2•_ DT1 vs. Témoins

 Lors d’un exercice
 maximal
 HYPERGLYCEMIE

 Lors des nuits qui ont suivi >250 mg.dL-1
 un exercice prolongé
 modéré à intense
 Tonus parasympathique Troubles du
 système
 (HF, RMSSD, pNN50) nerveux
 autonome
 Lespagnol et al., Diabetes Care, 2020

Merci de votre attention

ULR 7369 – Equipe 1

 Prix de thèse en Santé Publique et Environnement
 Académie Nationale de Pharmacie

 Séance académique
 Mercredi 16 mars 2022

 Impact du diabète de type 1 sur la vasoréactivité et la
 variabilité de la fréquence cardiaque au repos et en réponse à
 l’exercice aigu

 Thèse sous la direction du Pr. Elsa HEYMAN
 soutenue le Mercredi 8 juillet 2020

 Elodie LESPAGNOL
 Docteur en physiologie de l’exercice

Diapositives supplémentaires

 27

Conclusions des 2 études expérimentales

 EFFETS de L’EXERCICE
 VO2max Ultra-endurance

 FONCTION VASCULAIRE VFC

Altération de la vasoréactivité chez ↘ tonus
DT1 à l’exercice parasympathique

 MECANISMES ? MECANISMES ?

 ↘ [L-arginine] ↗ Hyperglycémies engendrées par
 l’exercice
 ↘ [acide urique]
 Pas de stress oxydant

 Contribution 2 Contribution 3
Troubles du métabolisme du NO à mHealth Grand Tour - Exercice
 l’exercice aigu ? inhabituel et VFC
 28

Introduction générale – l’hypoglycémie à l’exercice Mécanismes
 < 70 mg.dL-1
 ↗ Glucose DT1
 Glycogénolyse
 Néoglucogenèse
 hyperinsulinémie
 Foie ↘ insuline
 Pancréas
 Glucose
 Capillaires
 ↘ sécrétion
 d’insuline
 ↗ Sensibilité
 récepteur Muscle
 à l’insuline squelettique
 Glucose
 Translocation
 Contraction
 musculaire

 GLUT4
 Riddell et al. The Lancet 2017
Heyman et al. Diabète & Obésité 2018 29

Introduction générale – l’hyperglycémie à l’exercice Mécanismes
Lors d’un exercice très intense ou stressant (compétition) < 180 mg.dL-1

 ↗↗↗ sécrétion des catécholamines ↗↗ glycogénolyse hépatique

 ++ si hyperglycémie initiale
 Insulinémie périphérique faible
 Bally et coll. Diabetologia 2016

Lors de la récupération précoce d’un exercice en période post-absorptive :
hyperglycémie transitoire

 Sujet sain
 (Levée inhibition SNS)

 30

Contribution 1 – Dysfonction vasculaire précoce
 Méthodes Résultats
 Prisma Statement (Liberati et al. 2009)
 Recherches dans les bases
 Fin recherche: Octobre 2019
 de données
 n = 9232
 Critères d’inclusion
 DT1 indemnes de complications
 Sélection articles vs. Témoins
 expérimentaux uniquement
 n = 1826 Stimuli: occlusion-reperfusion,
 exercice, chaleur locale,
 substances pharmacologiques

 Sélection après lecture
 Critères d’exclusion
 des abstracts
 n = 92 Études portant sur la vasoréactivité
 cérébrale, cardiaque ou rétinienne

 Études utilisant une
 Articles inclus dans la supplémentation ou longitudinales
 méta-analyse
 n = 58

 31

Contribution 2 – Troubles du métabolisme du NO

 SPECTROSCOPIE dans le
 PROCHE INFRAROUGE NIRS

 Volume sanguin O2max
 musculaire
 ΔHbtot Epuisement
 2min
 2min 20W
 2min 20W
 2min 20W
 20W Epreuve d’effort Au pic de Après 15 min de
 Au repos en l’effort récupération
 A jeun
 post-prandial triangulaire

 Jour 1 Jour 2 32

Introduction générale – La variabilité de la fréquence cardiaque
 Effets de l’hypo- et l’hyperglycémie sur la VFC au repos

Lien VFC & clamp hypoglycémique

Auteurs Caractéristiques Mesure de la VFC Résultats
Koivikko et al., 2005 N = 16 DT1 En continu par un ↘ tonus
 système de parasympathique
 HbA1c : 7.0 ± 0.9 % détection des (HF)
 complexes QRS

 Lien VFC & hyperglycémies spontanées de la nuit
Auteurs Caractéristiques Mesure de la VFC Résultats
Nguyen et al., 2013 N = 6 DT1 ECG ↘ variabilité totale
 (SDNN)
 ↘ tonus
 parasympathique
 (RMSSD, pNN50, HF)

 33

Contribution 3 – Grand Tour – Exercice inhabituel et VFC
 Méthodes Résultats
 n=20 DT1 sans complication
 (16 hommes / 4 femmes)
 VFC
 VO2max (mL.min-1.kg-1) : 53.1 ± 7.9 (38.6-67.4)
 BRUXELLES
 RR
 Entre minuit et 4h

 Variabilité
 Intensité modérée (43%) à glycémique
 intense (42%)

 Données alimentaires
  Quantité glucides estimée à chaque repas
  Quantification exacte des encas

 Insulinothérapie GENEVE

 N = 8 sous pompe
 34

Contribution 3 – Grand Tour – Exercice inhabituel et VFC
 Méthodes Résultats
 Avantages et limites d’un capteur de glucose en continu (CGMS)
400

140

70

 Avantages
 • Évite auto-piquage récurrent
 • Flèches de tendance prédicatrices d’épisodes hypo- ou hyperglycémiques futurs

 Limites

 • Décalage de 10 min environ entre glycémie capillaire et valeur sur le lecteur du CGMS
 • Sous-estimation du risque hypoglycémique (et notamment à l’exercice)

 35

Contribution 3 – Grand Tour – Exercice inhabituel et VFC
 Méthodes Résultats
 Analyses statistiques

 Répétition des jours du
 tour Variable dépendante
 le temps
 VFC
 MODELES
 Caractéristiques de MIXTES Minuit - 4h
 l’exercice LINEAIRES
 km • Variabilité globale (SDNN)
 durée • Tonus parasympathique
 intensité REGRESSIONS
 LOGISTIQUES (HF, RMSSD, pNN50)
 • Balance sympatho-vagale
 Variations glycémiques
 Hypoglycémies (LF/HF)
 Hyperglycémies
 Variabilité glycémique

 36

Perspectives aux travaux de
 doctorat

Perspectives – chez DT1

 ENTRAINEMENT (4 mois) FLAVANOLS du cacao

 Lien avec la VFC et
 variabilité glycémique Influence sur la fonction vasculaire

Etude transversale: N=24 Etude prise aigue: clôturée
Etude longitudinale: N=4 N = 24 (12 DT1 appariés à 12 témoins)
 3 visites en ordre randomisé

 Etude prise chronique (2 mois):
 Lien avec la fonction N=7
 vasculaire

 N = 1 (dont 8 en attente)

 LILLE
 BRUXELLES 38

Perspectives – Examen de la fonction vasculaire

 macrocirculation microcirculation
 Iontophorèse (Ach / SNP)
 Laser Speckle

FMD –
Réponse au
flux

 Spectroscopie dans
 le Proche Infrarouge

Les techniques de l’évaluation de la fonction vasculaire

 40

Contribution 2 – Troubles du métabolisme du NO
 Méthodes Résultats
 Principe général de NIRS
 Dissociation de l’HbO2

 HbO2
 veineux
 HbO2

 O2 HHb
 HHb
 HbO2 O2HHb

 E R

 µM
 HHb

 Hbtot

 Intensité

 HbO2
 41

ETUDE 3 – Grand Tour – Exercice inhabituel et VFC
 Contexte Méthodes Résultats

 42

ETUDE 3 – Grand Tour – Exercice inhabituel et VFC
 Contexte Méthodes Résultats

 6h post-exercice

 2h post-exercice

 Pendant la journée
 24h de course

 43

Perspectives – Etude 3 – Protocole expérimental

 Fin du test 15’
 0 +60’ + 120min Récup.
 de VO2max

 Petit
Flicker Absorption… Flicker
 déjeuner
 + Bolus
 insuline
 (DT1)

 3 visites en ordre randomisé
 NIRS (capillaires musculaire et
 Supplément (530 mg flavanols, 100 mg épicatéchine, 17 mg cortex préfrontal)
 caféine, 119 mg de théobromine) VO2, VCO2
 Placébo 1 (0 mg flavanols, 17 mg caféine, 119 mg théobromine)
 Placébo 2 (0 mg flavanols, 0 mg caféine, 0 mg théobromine)

 Fonction vasculaire
 1- Réponses à des molécules pharmacologiques
 Microcirculation Iontophorèse d’Ach et SNP (capillaires cutanés de l’avant bras) Laser Speckle Contrast
 2- Hyperémie post-occlusive
 Macrocirculation FMD (artère brachiale) Echo-doppler
 Microcirculation Capillaires cutanés du dos de la main Laser Speckle Contrast

 44