Adaptation précoce à l’ischémie myocardique au cours du préconditionnement

ARTICLE

En 1986, Murry et al. [1] ont fait une observation qui a modifié notre conception de la physiopathologie de la nécrose myocardique. Ces auteurs ont montré que des occlusions coronaires brèves (trop courtes pour provoquer une nécrose myocytaire), réalisées avant une occlusion plus prolongée (de durée suffisante pour provoquer un infarctus myocardique), pouvaient réduire de façon importante (50 à 75 %) la taille finale de l'infarctus. Ils ont appelé ce phénomène preconditioning (traduit ici par « préconditionnement »). Le fait de rendre le myocarde brièvement ischémique induit une protection endogène qui s'exprime lors d'une ischémie prolongée consécutive. Personne n'avait, jusqu'à présent, mis en évidence une telle capacité d'adaptation du myocarde à l'agression ischémique.

Sur le plan expérimental, le préconditionnement permet une approche nouvelle de la limitation de l'étendue de l'infarctus et de la protection du myocarde ischémique en général :

- la protection (réduction de 50 à
75 % de la taille de l'infarctus) est nettement plus importante que celle obtenue avec n'importe quel traitement connu à ce jour ;

- il représente un traitement préventif, puisque l'intervention protectrice précède le développement de la nécrose.

Des études récentes suggèrent que le myocarde humain peut être préconditionné [2, 3]. Mais, si de très nombreux travaux sont aujourd'hui entrepris pour tenter de mieux connaître le mécanisme de cette cardioprotection endogène très puissante, c'est surtout dans l'espoir d'identifier de nouvelles « cibles pharmacologiques » (voies métaboliques, enzymes clés, récepteurs, canaux ioniques...) dont l'activation ou le blocage pourrait mimer le préconditionnement.

Histoire naturelle

Dans l'observation princeps de Murry et al. [1], la phase d'induction comportait quatre occlusions coronaires de 5 minutes chacune. On s'est aperçu par la suite que la répétition des épisodes brefs d'ischémie/reperfusion n'est cependant pas indispensable. En revanche, la durée des épisodes ischémiques brefs est déterminante : la tolérance n'apparaît pas si l'épisode préconditionnant est réduit à 2 minutes [4]. Le degré de réduction du débit sanguin myocardique au cours de la phase préconditionnante est également un facteur important : une ischémie peu sévère, provoquée par une sténose coronaire non occlusive autorisant un débit régional myocardique moyen de l'ordre de 30 % du débit de base, est suffisante pour préconditionner le myocarde de chien [5].

La reperfusion du myocarde entre l'occlusion brève initiale et l'occlusion prolongée est essentielle à l'induction du phénomène. Une reperfusion trop courte (moins de 1 minute) ne permet pas le préconditionnement. Inversement, une reperfusion trop longue (plus de 2 heures) fait disparaître l'effet protecteur [6]. La tolérance à l'ischémie liée au préconditionnement est donc un phénomène transitoire, ne durant que quelques heures : le préconditionnement « classique » est donc une adaptation rapide à l'ischémie. ( figure 1 )

Cependant, Kuzuya et al. ont montré que la protection induite par une ischémie/reperfusion brève pourrait être biphasique : la phase initiale correspondrait au préconditionnement conventionnel et la seconde phase, plus tardive, surviendrait après un intervalle libre d'environ 24 heures [7]. Une occlusion brève réalisée 24 heures avant une occlusion coronaire de 90 minutes préconditionne le myocarde de chien [7]. Cet effet bénéfique ne s'observe pas si le temps écoulé entre l'occlusion brève initiale et l'occlusion prolongée de 90 minutes n'est que de 3 ou 12 heures ; il faut donc un temps minimum pour que cette protection apparaisse : Yellon et al. ont nommé ce préconditionnement tardif : « la seconde fenêtre de protection ». Des études récentes suggèrent que cette protection retardée pourrait être due à la production de protéines de stress (heat shock proteins) [8].

La durée de l'occlusion coronaire prolongée doit aussi être prise en compte. En effet, chez le chien, l'effet cytoprotecteur ne peut s'exercer vis-à-vis d'une ischémie prolongée de 3 heures [1]. Le préconditionnement ischémique n'empêche donc pas la mort cellulaire, mais la retarde simplement (figure 2). Il n'est d'ailleurs pas envisageable qu'une protection myocardique de quelque nature puisse empêcher la mort d'un tissu soumis à une ischémie létale persistante.

Effets secondaires

Si le préconditionnement protège le myocarde contre l'ischémie de façon très puissante, il est logique de se demander s'il ne protège pas aussi contre les conséquences néfastes de cette ischémie. Les deux effets secondaires délétères majeurs de l'ischémie/reperfusion sont la dysfonction contractile postischémique et les arythmies ventriculaires graves, (tachycardies ventriculaires, fibrillation ventriculaire).

Sur les arythmies ventriculaires

Chez le rat, le préconditionnement diminue l'incidence des arythmies ventriculaires graves aussi bien au cours de l'ischémie prolongée que de la reperfusion [9]. Dans les autres espèces animales, plus proches de l'homme en termes d'arythmogenèse, les résultats sont contradictoires. Nous avons montré que le préconditionnement ne limite pas l'incidence de la fibrillation ventriculaire au cours de l'infarctus du myocarde chez le porc mais pourrait, au contraire, accélérer sa survenue [10]. Les effets du préconditionnement sur l'électrophysiologie et l'arythmogenèse ventriculaire restent à préciser.

Sur la fonction contractile postischémique

La fonction du ventricule gauche est un déterminant essentiel du pronostic vital postinfarctus. L'analyse des effets du préconditionnement sur la récupération fonctionnelle postischémique est complexe : le ou les épisodes brefs d'ischémie/reperfusion de la phase d'induction peuvent altérer la fonctiosystolique avant même que la protection ne s'exprime au cours de l'ischémie prolongée ; le myocarde reperfusé de la zone à risque est hétérogène et contient du myocarde sous-endocardique nécrosé inerte, qui altère la contraction normale des tissus sains avoisinants, mais aussi du myocarde viable reperfusé périnécrotique dont le degré de sidération (stunning) disparaît progressivement au cours des jours qui suivent l'infarctus du myocarde. L'analyse de la fonction régionale de la zone à risque devra tenir compte de cette hétérogénéité histologique et fonctionnelle.

Le préconditionnement améliore-t-il la dysfonction contractile régionale après infarctus du myocarde ? Cet effet est-il dû à un effet propre du préconditionnement sur la contractilité ou est-il seulement lié à la diminution de l'étendue de la zone infarcie ? Expérimentalement, l'amélioration de la fonction systolique postischémique semble dépendante de la limitation de la taille de l'infarctus, les animaux préconditionnés récupérant mieux parce qu'ils ont des infarctus plus petits [11, 12]. De plus, le préconditionnement ne semble pas avoir d'effet bénéfique propre sur la contractilité. En effet, les cœurs de chiens ayant subi une occlusion coronaire de 15 minutes, n'induisant pas de nécrose, ont une fonction contractile postischémique similaire, qu'ils aient ou non été préconditionnés [4].

Mécanisme de l'adaptation précoce

Le mécanisme du préconditionnement est actuellement inconnu. Deux hypothèses sont très travaillées qui privilégient, soit les récepteurs A₁ de l'adénosine soit les canaux ioniques K⁺_ATP comme éléments clés de cette protection.

L'hypothèse « adénosine »

L'adénosine est un métabolite cellulaire issu en majeure partie de la dégradation de l'adénosine triphosphate (ATP). Lors d'une ischémie, l'adénosine est libérée dans le milieu extracellulaire et se fixe sur des récepteurs membranaires spécifiques. Deux sous-types de récepteurs ont été décrits dans le système cardiovasculaire : les récepteurs A₁ situés principalement sur le myocarde, et les récepteurs A₂ situés principalement sur les cellules musculaires lisses vasculaires. La stimulation des récepteurs A₂ vasculaires est responsable en partie de la vasodilatation coronaire observée dans le myocarde ischémique. C'est en 1991 que le rôle de l'adénosine a été suspecté pour la première fois dans le préconditionnement ; il fut démontré que la cardioprotection induite par le préconditionnement était abolie après administration de 8-p-sulfophényl-théophylline (8-SPT), un bloqueur des récepteurs de l'adénosine (figure 3) [13]. Inversement, une perfusion intracoronaire brève d'adénosine produit, chez le lapin, un effet cytoprotecteur similaire à celui réalisé par le préconditionnement. L'utilisation d'agonistes et d'antagonistes spécifiques a permis de démontrer la responsabilité des récepteurs myocardiques A₁ dans le préconditionnement. Le rôle de l'adénosine a été confirmé en utilisant des molécules (comme le dipyridamole) qui n'ont pas d'activité directe sur les récepteurs mais qui diminuent la recapture cellulaire de l'adénosine. La plupart des travaux impliquant l'adénosine dans le préconditionnement ont été réalisés chez le lapin ou chez le chien. Inversement, différents travaux suggèrent que l'adénosine n'est pas impliquée de façon importante dans le préconditionnement chez le rat [14].

­ L'hypothèse canaux K⁺_ATP

Les canaux potassiques sont un groupe de protéines-canal membranaires sélectivement perméables aux ions K⁺. De nombreux sous-types ont été décrits dans le myocarde qui se distinguent par leurs propriétés biophysiques, leur pharmacologie, leur régulation et leur rôle. Parmi ces nombreux sous-types, les canaux potassiques ATP-dépendants se caractérisent par leur sensibilité à l'état métabolique de la cellule ; ces canaux sont activés lors d'une baisse de la concentration intracellulaire en ATP, comme cela est réalisé au cours de l'ischémie. En l'absence d'ischémie, les canaux K⁺_ATP restent physiologiquement fermés en présence d'une concentration intracellulaire normale en ATP. L'activation des canaux K⁺_ATP autorise la sortie d'ions K⁺ de la cellule, ce qui provoque un raccourcissement du potentiel d'action et, in fine, une diminution de la contractilité. Lorsque le nombre de canaux activés est important, la cellule devient inexcitable et mécaniquement incompétente. L'ATP intracellulaire épargné par la réduction pourraient alors être utilisé pour le fonctionnement de systèmes essentiels à la survie de la cellule, directement ou indirectement consommateurs d'ATP, comme les pompes et échangeurs ioniques membranaires responsables en particulier de l'extrusion du calcium et du sodium. Gross et Auchampach furent les premiers à suggérer que les canaux K⁺_ATP pourraient jouer un rôle important dans le préconditionnement [15]. Ces auteurs ont montré que l'administration de glibenclamide (un inhibiteur spécifique des canaux K⁺_ATP) supprimait le bénéfice du préconditionnement chez le chien. À l'inverse, l'administration d'activateurs des canaux K⁺ induit une réduction de taille de l'infarctus comparable à celle réalisée par le préconditionnement. Il n'est pas certain cependant que l'activation des canaux K⁺_ATP au cours du préconditionnement soit fonctionnellement identique à celle réalisée pharmacologiquement par les activateurs.

Il est intéressant de noter que des arguments expérimentaux suggèrent que l'adénosine pourrait protéger le myocyte ischémique en activant les canaux K⁺_ATP.

Autres hypothèses

Il a été montré chez le chien que l'administration, avant une occlusion coronaire prolongée, de faibles doses d'acétylcholine, n'ayant pas d'effet hémodynamique significatif, réduit la taille de l'infarctus de façon comparable au préconditionnement. La stimulation des récepteurs a₁-adrénergiques et des récepteurs k opioïdes peut aussi préconditionner le myocarde. Enfin, nous avons récemment observé que l'étirement du myocarde, en l'absence de toute ischémie, préconditionne le cœur du chien [16]. Le préconditionnement induit par l'étirement peut être bloqué (de même que le préconditionnement induit par une ischémie brève conventionnelle) par le Gd³⁺, un bloqueur des canaux ioniques activés par l'étirement. On voit donc que différents stimuli peuvent déclencher le phénomène au niveau de la membrane plasmique.

Mais comment ce signal « passe-t-il » à l'intérieur de la cellule à protéger contre l'ischémie et quelles sont ses cibles ?

Transduction et transmission du « signal protecteur »

Les données actuelles sont encore pauvres et parfois contradictoires. Cependant, certaines constatations peuvent être faites.

­ Les protéines G

Il est intéressant de noter que la stimulation des récepteurs myocardiques A₁ de l'adénosine, des récepteurs muscariniques M₂, des récepteurs a₁-adrénergiques, des canaux K⁺_ATP et des canaux activés par l'étirement peut activer des protéines G (en particulier de type G_i). Le rôle possible des protéines G dans la transduction du signal protecteur au cours du préconditionnement est suggéré par Thornton et al., qui ont montré que l'administration préalable de pertussis toxin, un bloqueur des protéines G, empêche la limitation de la taille de l'infarctus due au préconditionnement chez le lapin [17]. Néanmoins, des résultats contradictoires ont été observés chez le rat. Ainsi, le rôle des protéines G dans la transduction du signal au cours du préconditionnement reste à éclaircir.

­ La protéine kinase C

Dans les tissus mammifères, la protéine kinase C représente un lien entre le cycle des phospho-inositides activé par différents signaux extracellulaires et des réactions de phosphorylation des protéines cellulaires. De plus, cette enzyme (qui présente de nombreuses isoformes) constitue l'un des récepteurs protéiques majeurs de certains promoteurs tumoraux (esters de phorbol) qui activent l'enzyme en se substituant au diacylglycérol.

Des travaux récents suggèrent que la protéine kinase C pourrait être impliquée dans le préconditionnement. Ytrehus et al. ont montré que la staurosporine et la polymyxine B, deux antagonistes de la protéine kinase C, peuvent inhiber la limitation de la taille de l'infarctus due au préconditionnement chez le lapin [18]. Ces mêmes auteurs ont également rapporté que la stimulation de la protéine kinase C par un ester de phorbol (4b-phorbol-12myristate-13acétate : PMA) ou le diacylglycérol peut mimer le préconditionnement dans le cœur isolé de lapin. De façon similaire, Speechly-Dick et al. ont montré que l'on peut bloquer ou reproduire l'effet protecteur du préconditionnement dans le cœur isolé de rat par l'administration, respectivement de chéléréthryne (antagoniste de la protéine kinase C) ou d'un analogue du diacylglycérol [19]. Ces auteurs spéculent que, sous l'effet de l'activation d'un récepteur membranaire (récepteur A₁ de l'adénosine par exemple), qui pourrait elle-même activer une protéine G, la forme cytosolique inactive de la protéine kinase C serait activée et se fixerait à la face interne de la membrane plasmique (translocation) pour y phosphoryler et activer (ou inhiber) un effecteur final (qui pourrait être un canal K⁺_ATP). Les incertitudes de ce schéma physiopathologique sont actuellement très nombreuses. En particulier, certains auteurs n'ont observé ni augmentation de l'activité enzymatique protéine kinase C au cours du préconditionnement, ni effet inhibiteur de la limitation de la taille de l'infarctus des antagonistes de la protéine kinase C dans le myocarde préconditionné [20].

­ La voie des phospho-inositides

L'activateur naturel de la protéine kinase C dans la cellule est le diacylglycérol qui est le produit de la dégradation du phosphatidylinositol-biphosphate (PIP2) par la phospholipase C (l'autre produit de dégradation est l'inositol-triphosphate (IP3) qui active la libération de Ca⁺⁺ par le réticulum sarcoplasmique). Certaines isoformes de la phospholipase C sont activées par des protéines G. On peut donc faire l'hypothèse que l'activation de la phospholipase C joue un rôle dans le préconditionnement ; cela reste à démontrer.

En somme, la transduction et la transmission du signal préconditionnement au sein de la cellule ischémique restent à explorer !

Le préconditionnement chez l'homme

Des études récentes suggèrent que les cellules myocardiques humaines peuvent être préconditionnées. Des cellules ventriculaires humaines, préalablement soumises à une courte période d'hypoxie/réoxygénation, tolèrent mieux une hypoxie prolongée consécutive [21]. La récupération de la fonction mécanique de fragments d'oreillette droite soumis à une phase d'hypoxie prolongée est de meilleure qualité dans les préparations ayant bénéficié d'une courte période d'hypoxie/réoxygénation préalable [22]. Ces résultats suggèrent un mécanisme de tolérance à l'ischémie du myocarde humain comparable à celui observé chez l'animal entier préconditionné.

Que se passe-t-il dans des conditions cliniques d'ischémie myocardique ? Deutsch et al. ont réalisé une angioplastie coronaire transluminale chez 12 patients présentant une atteinte monotronculaire de l'interventriculaire antérieure [3]. Deux inflations de 90 secondes espacées de 5 minutes ont été pratiquées. Au cours de la seconde inflation, la douleur angineuse, l'élévation du segment ST et la production de lactates prélevés dans le sinus coronaire étaient moindres. Ces auteurs en ont conclu que la première inflation avait préconditionné le myocarde qui tolérait mieux l'ischémie réalisée par la seconde inflation. Cribier et al. [23] ont réalisé quatre à cinq inflations successives d'une durée de 2 minutes, espacées par des périodes de reperfusion de 3 à 5 minutes, chez 17 patients atteints d'une lésion monotronculaire de l'interventriculaire antérieure. Les inflations successives du ballon d'angioplastie ont induit un moindre sous-décalage du segment ST sur l'enregistrement électrocardiographique intracoronaire réalisé dans la zone à risque, mais aussi un recrutement des vaisseaux collatéraux évalué à la fois par angiographie coronaire perinflation et par la mesure de la pression d'occlusion coronaire. Chez les patients qui ne présentaient pas de recrutement de la collatéralité, une diminution du sous-décalage du segment ST a cependant été observée. Ces deux études suggèrent que le préconditionnement peut être induit chez l'homme au cours de l'angioplastie coronaire.

Le préconditionnement chez l'homme a également été étudié lors de pontages aorto-coronaires [2]. Après mise en route de la circulation extracorporelle, des biopsies myocardiques ont été réalisées et le contenu myocardique en ATP déterminé au cours d'un clampage aortique de 10 minutes. Dix cœurs ont été préalablement préconditionnés par deux clamplages d'une durée de 2 minutes, espacés de 3 minutes de déclampage, et comparés à dix cœurs témoins. Le taux d'ATP myocardique mesuré à l'issue des 10 minutes de clampage aortique était significativement plus élevé dans les cœurs préconditionnés que dans les cœurs témoins, suggérant que les cœurs préconditionnés avaient été protégés. Cette observation démontre que le cœur humain soumis à une ischémie globale de 10 minutes peut être protégé par une ischémie brève préalable. Cependant, elle ne démontre pas de protection contre une ischémie prolongée potentiellement infarctoïde, ce qui éloigne cette observation de la définition première du préconditionnement.

Un angor préexistant est retrouvé chez environ 50 % des patients qui ont présenté un infarctus du myocarde. L'angor préinfarctus protège-t-il le cœur ?

Trois études récemment publiées ont le mérite d'avoir abordé le sujet de l'existence du préconditionnement et de son efficacité chez l'homme, « en situation clinique » [24-26]. Kloner et al. ont analysé rétrospectivement les données de l'essai multi-centrique TIMI 4, dont le but était la comparaison de l'efficacité de l'APSAC (anistreplase) et du rt-PA (ou la combinaison des deux) dans le traitement de l'infarctus du myocarde [24]. Ils ont observé une diminution de la taille de l'infarctus (courbes des créatines phosphokinases et étendue des ondes Q sur l'électrocardiogramme) et de la mortalité hospitalière chez les patients qui avaient présenté un angor avant l'infarctus. Nakagawa et al. ont observé une amélioration de la fonction contractile régionale et globale, au cours du premier mois postinfarctus, chez des patients ayant présenté un infarctus de topographie antérieure et ayant souffert d'un angor préalable [25]. Ottani et al. ont noté une diminution du taux cumulé des créatines phosphokinases-MB, dans les 24 heures suivant un infarctus, chez les patients ayant présenté un angor préalable [26].

Cependant, ces études souffrent de plusieurs défauts. Il s'agit tout d'abord d'études rétrospectives. Surtout, quatre défauts méthodologiques très difficilement contournables chez l'homme limitent les conclusions :

1) La difficulté de définir l'angor « préalable ». L'ambiguïté porte à la fois sur le terme angor et sur le terme préalable. L'angor n'est que la « partie émergée de l'iceberg » qu'est l'ischémie. On sait que, au cours de la période précédant l'infarctus du myocarde, nombre d'épisodes ischémiques sont cliniquement silencieux. L'ischémie peut même être exclusivement silencieuse. Il est tout à fait possible que certains patients classés dans les groupes sans angor préalable aient présenté des épisodes d'ischémie myocardique silencieuse.

2) Le délai angor-infarctus du myocarde. Pour les mêmes raisons, il est très difficile de déterminer précisément ce délai dont on connaît l'importance dans l'induction du préconditionnement.

3) La circulation collatérale. Son évaluation reste très imprécise (score angiographique qualitatif). Il est en effet bien connu que le débit collatéral coronaire (débit persistant dans la zone ischémique pendant l'ischémie grâce à des anastomoses avec les artères collatérales) est un déterminant majeur de la taille de l'infarctus. Ce débit collatéral ne peut pas être mesuré de façon correcte chez l'homme.

4) L'évaluation de la taille de l'infarctus. Le préconditionnement se définit uniquement, jusqu'à présent, par une limitation de la taille de l'infarctus. Or, il n'existe pas à ce jour de technique fiable de mesure de la taille de l'infarctus chez l'homme.

Donc, s'il est probable que le préconditionnement existe chez l'homme, sa mise en évidence en situation clinique d'infarctus reste très difficile.

CONCLUSION

Le préconditionnement assure une cardioprotection anti-ischémique dont la puissance n'est égalée par aucune thérapeutique actuellement disponible. Bien que son mécanisme reste obscur, il semble que différents stimuli peuvent induire cette tolérance, peut-être par l'intermédiaire de l'activation du métabolisme des phospho-inositides et la protéine kinase C. Son existence chez l'homme est très probable et son utilisation thérapeutique découlera peut-être de l'identification de cibles pharmacologiques et de la mise au point de molécules mimant le préconditionnement.

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