F. Costes¹, E. Tinet², J.C. Barthélémy¹, J.P. Ollivier², F. Revel² et S. Avrillier²

(1) Laboratoire de Physiologie, Service EFCR, Hôpital Nord 42055 Saint Etienne Cedex2, 

T: 0477828300, Fax: 0477828447, Email: costes@univ-st-etienne.fr

(2) Laboratoire d'Optique Biomédicale du Val de Grâce, Paris

T: 0140514200, Fax: 0140514215, Email: ollivier.jp@free.fr 

Au cours d'un exercice, la consommation d'oxygène (VO₂) par les muscles détermine une extraction croissante d'oxygène dans les capillaires. En conséquence, la saturation musculaire moyenne en O₂ (SmO₂) diminue en fonction de l'intensité de l'exercice. Nous avons mesuré SmO₂ au cours d'un exercice d'intensité progressive, jusqu'à épuisement, chez 3 sujets jeunes sains (26 ans) et 5 sujets âgés (73 ans).

L'oxygénation de l'hémoglobine des capillaires musculaires était mesurée par spectroscopie du proche infrarouge (DADOM 4). La réflectance (R) à travers un tissu (peau et muscle) à 3 distances (r) différentes de la source est utilisée. Des simulations de Monte Carlo montrent alors que la variation de Log (r²R) avec r est une droite dont la pente ne dépend que de µ_a (µ'_s étant considéré comme constant), tant que l'épaisseur de la peau et du tissu sous-cutané reste faible. La mesure est donc réalisée à 2 longueurs d'onde 785 et 850 nm, et à 3 distances des émetteurs (1,5, 2,5 et 3,5 cm). Ceci permet de calculer les concentrations respectives de [Hb] et [HbO₂] et de calculer SmO₂ ([HbO₂]/ [HbO₂]+[Hb]) et le volume de sang HbT ([HbO₂]+[Hb]).

Au cours de l'exercice, l'oxygénation musculaire est mesurée au niveau du muscle vaste externe par application du capteur sur la peau; les gaz expirés sont mesurés en continu pour déterminer la consommation d'oxygène de l'organisme (VO₂). L'épaisseur de la peau et du tissu sous-cutané était inférieure à 5 mm chez tous les sujets.

SmO₂ au repos est 49,7±10,4% chez les sujets âgés et 55,3±7,2% chez les sujets jeunes. SmO₂ diminue progressivement au cours de l'exercice dans les 2 groupes, avec un plateau de désaturation dans les derniers paliers d'exercice chez les sujets âgés. A la fin de l'exercice, SmO₂ atteint 29,0±15,6% ches les sujets âgés et 35,3±1,0% ches les jeunes. Le volume sanguin augmente progressivement au cours de l'exercice, de 66,4± 11,2à 75,8 ±10,9 µmol/dm³ muscle, reflétant la vasodilatation des capillaires et/ou leur recrutement progressif.

Il existe une relation significative entre SmO₂ et VO₂ dans les 2 groupes (r=0,67 et 0,83, p<0,001). Le plateau de désaturation constaté chez les sujets âgés correspond avec l'apparition du lactate sanguin.

Nous concluons que la mesure quantifiée de l'oxygénation musculaire par spectroscopie du proche infrarouge est possible lors de l'exercice musculaire. Les valeurs obtenues sont compatibles avec les données physiologiques. L'augmentation de l'épaisseur du tissu sous-cutané représente néanmoins une limite à la mesure au niveau des capillaires musculaires.

Remerciements: Cette étude a été réalisée avec le soutien de la Société Novacor et abénéficié d'une aide du MENRT (contrat n°99B0390)

F. Costes¹, E. Tinet², J.C. Barthélémy¹, J.P. Ollivier², F. Revel² et S. Avrillier²

(1) Laboratoire de Physiologie, Service EFCR, Hôpital Nord 42055 Saint Etienne Cedex2, 

T: 0477828300, Fax: 0477828447, Email: costes@univ-st-etienne.fr

(2) Laboratoire d'Optique Biomédicale du Val de Grâce, Paris

T: 0140514200, Fax: 0140514215, Email: ollivier.jp@free.fr 

Nous avons comparé les mesures quantifiées de la saturation en oxygène des capillaires musculaires (SmO₂) obtenues par spectroscopie du proche infrarouge (DADOM 4) avec la mesure invasive de saturation veineuse en oxygène (SvO₂).

L'oxygénation de l'hémoglobine des capillaires musculaires était mesurée par spectroscopie du proche infrarouge (DADOM 4). La réflectance (R) à travers un tissu (peau et muscle) à 3 distances (r) différentes de la source est utilisée. Des simulations de Monte Carlo montrent alors que la variation de Log (r²R) avec r est une droite dont la pente ne dépend que de µ_a (µ'_s étant considéré comme constant), tant que l'épaisseur de la peau et du tissu sous-cutané reste faible. La mesure est donc réalisée à 2 longueurs d'onde 785 et 850 nm, et à 3 distances des émetteurs (1,5, 2,5 et 3,5 cm ). Ceci permet de calculer les concentrations respectives de [Hb] et [HbO₂] et de calculer SmO₂ ([HbO₂]/ [HbO₂]+[Hb]) et le volume de sang HbT ([HbO₂]+[Hb]).

Le capteur du DADOM4 était placé à la face antéroexterne de l'avant-bras et un cathéter veineux rétrograde du même côté permettait d'obtenir les prélèvements sanguins. Les mesures simultanées de SmO₂ et de SvO₂ étaient réalisées toutes les minutes lors des phases suivantes:au repos, lors de contractions isométriques de la main (30% de la force maximale volontaire) pendant 3 minutes, lors de contractions isométriques avec occlusion artérielle pendant 3 minutes, et pendant 3 minutes d'hyperémie suivant le lâcher du garrot.

Au repos, SmO₂ est de 57,2±7,4% alors que SvO₂ est de 67,0±11,9%. SmO₂ diminue progressivement au cours des 3 premières minutes de contractions, pour atteindre 45,0±11,4%; SvO₂ diminue plus pendant cette phase et la différence (SmO₂ - SvO₂) est alors de7,7± 12,1%. Avec l'occlusion artérielle, SmO₂ et SvO₂ chutent encore pour atteindre 18,8±3,1% et 37,3±8,5% respectivement. Pendant l'hyperémie suivant le lâcher du garrot, SmO₂ augmente rapidement sans atteindre exactement le niveau de repos (52,8±4,9%) et reste inférieure à SvO₂ de 25,8±12,9%.

Différents facteurs peuvent expliquer la différence observée entre les 2 mesures: existence de shunt au niveau des capillaires musculaires, mesure globale de SmO₂ incluant une part artérielle, prélèvement veineux pouvant être contaminé par du sang ne venant pas de la zone musculaire explorée.

Nous concluons que les profils d'évolution de SmO₂ et de SvO₂ sont parallèles lors des phases d'exercice et d'occlusion artérielle, et correspondent aux modifications de l'oxygénation musculaire. Néanmoins, la mesure quantifiée de saturation en oxygène des capillaires musculaires ne reflète pas exactement la saturation veineuse en O₂ . 

Remerciements: Cette étude a été réalisée avec le soutien de la Société Novacor et abénéficié d'une aide du MENRT (contrat n°99B0390)

JC Jouanin¹, JF Kahn², JL Bussière³, E Tinet⁴, S Avrillier⁴, JP. Ollivier³, CY Guezennec¹.

1 IMASSA-CERMA BP 73, 91223 Brétigny-sur-Orge Tel: 01-69-88-33-13.

email: jcjouanin@imassa.fr.

2 Laboratoire de Physiologie de la motricité, Université Paris VI, 75013

Paris

3 Service de Cardiologie, HIA du Val de Grâce, 75230Paris.

4 Laboratoire de Physique des Lasers, Université Paris XIII, 93430

Villetaneuse

Nous avons étudié chez 10 athlètes endurants (âge: 26.6 + 0.5 ans; taille: 179.2 + 1.7 cm; masse corporelle: 68.7 + 2.3 kg, VO2max: 64.1 + 2.4 ml.min-1.kg-1) à l'aide de la spectroscopie proche infrarouge de l'hémoglobine (Hb), l'évolution de l'oxygénation musculaire du vastus lateralis gauche (VL) au cours dÇune épreuve d'effort intermittente sur tapis roulant (paliers de 1 km.h-1 à partir de 12 km.h-1: 3 min de course, 1 min de récupération). L'oxygénation musculaire était évaluée à l'aide d'un spectroscope prototype du laboratoire de Physique des Lasers (DADOM3: l=660 nm Hb réduite, l=940 nm Hb totale). La mesure des échanges gazeux a été réalisée avec un appareil Sensormedics 2900 (USA). Après prélèvements au doigt sur tubes capillaires, le dosage de la lactatémie a été réalisé par méthode enzymatique sur sang hémolysé (Analox GM7, UK).

Nos résultats ont montré que lÇoxygénation du VL augmentait pendant les paliers (p<0.001) pour être maximale à 65% de VO2max quand lÇéchauffement était terminé et pendant les périodes de récupération jusquÇà 80% de VO2max, puissance d'exercice correspondant au seuil anaérobie lactique (4 mmol.l-1). Puis, l'oxygénation musculaire diminuait jusqu'à la fin de l'épreuve pendant lÇeffort et la récupération (p<0.001). Entre 65% et 80% de VO2max l'oxygénation du VL obtenue pendant la minute de récupération des paliers n'était pas différente de l'oxygénation obtenue à la fin de l'épreuve après 3 min de récupération.

Entre 65% et 80% de VO2 max le niveau de dépense énergétique correspondait à la zone transitionnelle aéro-anaérobie et l'évolution de l'oxygénation musculaire locale témoignait de l'adaptation de la perfusion musculaire à l'effort et d'un renouvellement suffisant de l'oxygène. L'aspect du signal du DADOM3 traduisait d'une part, les variations du volume sanguin présent sous la sonde, liées à l'augmentation du débit sanguin local (vasodilatation de l'échauffement, recrutement des capillaires non fonctionnels au repos) et d'autre part, l'augmentation de la consommation d'oxygène par les fibres musculaires au cours de l'épreuve. Ainsi, nos résultats ont montré qu'à l'exercice, en deçà du seuil anaérobie lactique, le renouvellement de l'oxygène pour les fibres musculaires s'est fait essentiellement par des modifications du débit sanguin local alors qu'au delà une désaturation plus importante de l'oxyhémoglobine était nécessaire pour satisfaire la demande énergétique, confirmant le rôle des lactates dans la désaturation de l'hémoglobine (effet Bohr). Ce résultat est un argument en faveur de l'utilisation de la spectroscopie proche infrarouge de l'hémoglobine pour déterminer indirectement la zone transitionnelle aéro-anaérobie lors d'une épreuve d'effort calibrée en médecine du sport ou en clinique cardiologique.

A. BRADU+, R. SABLONG, C. JULIEN*, E. GRILLON*, J. DEROUARD+*

BP 87 38402 Saint Martin díHères cedex 

* :Laboratoire de RMN Bioclinique , INSERM 438, CHU Grenoble

Nous avons mis au point une méthode de mesures locales de l'absorbance d'un milieu trouble dans l'ensemble de la gamme du visible au moyen de mini sondes constituées de deux fibres optiques accolées. L'une des fibres de chaque sonde est éclairée par une une lampe à halogène stabilisée, cependant que l'autre fibre collectant la lumière réfléchie par le milieu est connectée à un spectromètre à réseau équipé d'une caméra CCD,permettant d'analyser simultanément le spectre d'absorption des régions explorées par les différentes sondes. On en déduit la concentration des chromophores qui s'y trouvent à partir díun ajustement numérique par moindre carrées du spectre de la lumière réfléchie par les tissus, en se basant sur le spectre díabsorption des chromophores, principalement hémoglobines oxygénée et déoxygénée.

La taille des sondes (200 à 400 µm de large) permet de les insérer dans des canules de microdialyse implantées dans le cerveau de rats.

Afin de calibrer notre méthode nous avons effectué des tests sur des "fantômes optiques" absorbants et diffusants constitués de micro-billes de polystyrène dispersées dans une solution aqueuse de colorant, simulant ainsi grossièrement les propriétés optiques d'un tissu biologique.

L'appareillage est actuellement utilisé pour suivre les variations locales de concentrations des hémoglobines, des cytochromes et la saturation en oxygène de rats en état d'hypoxie (respiration díun mélange appauvri en oxygène, Fig. 1) ou d'ischémie (obstruction de la circulation du sang). Dans ce dernier cas la Fig. 2 montre la diminution de la perfusion cérébrale résultant de l'ischémie, et observée par le passage d'un bolus de colorant injecté en intraveineuse. 

Fig.2 Observation, au moyen de sondes à fibres optiques implantées dans le cortex de rat, du passage d'un bolus de colorant (bleu d'Evans) montrant les différences de perfusion dans chacun des hémisphères cérébraux sain et ischémié.

induite par des accélérations +GZ.

C.C. Tran1, G. Florence1, E. Tinet2, D. Lagarde1, J.C. Bouy1, P. Van Beers1, S. Avrillier2,

J.P. Ollivier3

1 Département de Physiologie Aérospatiale, Institut de Médecine Aérospatiale du Service de Santé des Armées, B.P. 73, 91223 Brétigny-sur-Orge, France

Tél : 01 69 88 33 60 ­ Télécopie : 01 69 88 33 02 ­ E-mail : dtran@imassa.fr

2 Laboratoire de Physique des Lasers, Université Paris XIII, 93430 Villetaneuse, France

3 Service de Cardiologie, Hôpital d'Instruction des Armées du Val de Grâce, 74 Bd de Port Royal, 75230 Paris Cedex 05, France

Introduction: Les ressources et les virages exposent les pilotes de chasse à des accélérations +Gz dirigées dans le sens siège-tête qui engendrent des forces centrifuges responsables du déplacement de la masse sanguine vers la partie basse du corps, provoquant les voiles gris puis noir précédant la perte de connaissance par ischémie cérébrale. Le but de ce travail était d'étudier l'évolution de l'oxygénation cérébrale mesurée par une méthode non invasive, la spectroscopie dans le proche infrarouge (NIRS), chez le singe soumis à des accélérations +Gz induisant la perte de connaissance. Méthode : Sept macaques rhésus adultes mâles ont été bio-instrumentés permettant d'enregistrer l'électro-corticogramme (ECoG) à partir d'électrodes placées au contact de la dure-mère, et le signal NIRS d'origine cérébrale à partir de deux optodes fixées sur l'os pariéto-occipital droit et gauche. L'implantation du capteur NIRS sur l'os du crâne éliminait tout artefact de déplacement sous accélération ainsi que toute contribution de la circulation cutanée au signal NIRS enregistré. L'appareil NIRS utilisé étaitle DADOM-4 fabriqué par le Laboratoire de Physique des Lasers et a permis de calculer un index d'oxygénation cérébrale IOC. Chaque singe a été soumis à 3 types de profil Gz espacés de 15 min (en aéronautique, on exprime l'accélération g en unités G, 1 G = 9,81 m/s2) : d'abord un profil "d'échauffement" (profil I) ne provoquant pas de perte de connaissance (3 plateaux de 30 s à 2, 3 et 4 +Gz séparés par un plateau de 60 s à 1,5 Gz ; la vitesse de mise en accélération ou jolt étant de 0,5 G/s) ; ensuite deux lancements plafonnés à 12 G différant par le jolt appliqués dans un ordre aléatoire : 0,1 G/s pour le profil GOR (gradual onset rate) et 3 G/s pour le profil VHOR (very high onset rate). Chacun de ces deux lancements était interrompu dès que l'ECoG devenait isoélectrique (ISO) ou au bout de 30 s de plateau. Résultats : Aucune variation significative de IOC (IOC) n'a été mise en évidence au cours du profil I (n = 6). Sous GOR, la diminution de IOC était significative huit secondes avant le point ISO (-15,40 ± 4,80 %, p<0.05, n = 4). AupointISO,IOC=

-19,55 ± 4,50 %, p<0.01 (n = 4) et g = 9,8 ± 1 G. Sous VHOR, la diminution de IOC était significative deux secondes avant le point ISO (-13,10 ± 4,90 %, p<0.05, n = 4). Au point ISO, IOC : -13 ± 3,55 %, p<0.05 (n = 4) et g = 12,20 ± 0,10 G. Les valeurs de IOC mesurées au point ISO des profils GOR et VHOR n'étaient pas significativement différentes. Conclusions : 1/ Les valeurs de IOC obtenues au point ISO sont de l'ordre de grandeurs de celles décrites dans la littérature chez l'homme lors des présyncopes orthostatiques. 2/ Sous accélération, la baisse de l'oxygénation cérébrale survient uniquement lorsque la perte de connaissance devient imminente, et le seuil d'oxygénation cérébrale est indépendant du niveau d'accélération. 

Détermination expérimentale de débit et de compliance

G. Thiney, G. Guiffant, J. Dufaux, A. Richert, M.F. Berthault

G. Thiney : 01 44 27 28 65thiney@ccr.jussieu.frFax : 01 44 27 43 35

G. Guiffant : 01 44 27 28 64guiffant@ccr.jussieu.frFax : 01 44 27 43 35

J. Dufaux : 01 44 27 28 65dufaux@ccr.jussieu.frFax : 01 44 27 43 35

A. Richert : 01 44 27 68 55richert@ccr.jussieu.frFax : 01 44 27 43 35

L.B.H.P, Université Paris 7 - CNRS ESA 7057

M.F. Berthault : 01 44 27 54 92berthault@paris7.jussieu.frFax : 01 44 27 78 36

Laboratoire de Physiopathologie de la Nutrition, Université Paris 7 - CNRS ESA 7059

OBJECTIFS :

Notre but est d'établir une carte des débits dans un réseau mésentérique réel, puis de déduire la compliance des vaisseaux de ce réseau à partir de mesures de vélocimétrie laser Doppler. Cette méthode est appliquée sur un organe ex vivo, ce qui permet de contrôler le débit d'entrée. 

RESULTATS :

Pour mener cette étude, il est nécessaire de travailler sur un réseau suffisamment vaste (quelques cm?) et transparent. Le mésentère de rat est un réseau qui correspond à ces critères. Le mésentère est cathétérisé (artère et veine) puis extrait de l'animal (rat Wistar Kyoto mâle, de poids moyen 250g) anesthésié au pentobarbital sodique (0.8 µl/100 g par voie intrapéritonéale). On place ensuite le mésentère dans une enceinte régulée en température (37.0±0.5°C) et humidifiée. Le cathéter côté artériel est relié à un pousse-seringue à débit contrôlé contenant du sang de rat sain hépariné dilué à 1/10 dans du PBS (pH 7.4). Le cathéter côté veineux est placé dans une cuve qui recueille le sang en fin de circuit.

Les mesures de vélocimétrie laser Doppler sont effectuées à l'aide d'une sonde émission-réception reliée à un analyseur de spectre permettant de visualiser et de sauvegarder les spectres Doppler obtenus. Les mesures de diamètre des vaisseaux étudiés sont effectuées en parallèle à l'aide d'une micro-caméra de grossissement 200 reliée à un moniteur et à un magnétoscope. Le traitement du signal et des images est effectué sur PC. La taille de la tache de mesure permet l'établissement d'une vitesse moyenne <v> sur le vaisseau. On peut alors déduire de cette vitesse et de la mesure du diamètre d le débit Q dans le vaisseau par la relation 

Le dispositif permet, en appliquant des créneaux de débit en entrée, de mesurer le temps caractéristique de relaxation du vaisseau observé. En effet, l'établissement du débit dans le vaisseau est retardé par les caractéristiques visco-élastiques (résistance et compliance) de la paroi et du fluide circulant. Cette échelle de temps est donnée par t=L?RC où L est une longueur caractéristique du vaisseau, R la résistance et C la compliance de la paroi. Connaissant L, R et t, on peut donc en déduire C.

PERSPECTIVES :

Cette démarche expérimentale originale combine travail sur un organe ex vivo et nouvelle procédure de mesure de la compliance. Une prochaine étape, comportant un matériel plus précis, consistera à déterminer C à l'aide de plusieurs sondes de vélocimétrie couplées, placées sur un même vaisseau à quelques centaines de µm d'intervalle, de façon à observer directement le retard dû à la compliance.

Humeau Anne*, Saumet Jean Louis**, LíHuillier Jean Pierre***

^*Groupe ISAIP-ESAIP

18, rue du 8 mai 1945 - BP 22 - 49180 Saint Barthélémy d'Anjou Cédex 01 - France

Tél : 02 41 96 65 10 - Fax : 02 41 96 65 11 - E-mail : ahumeau@isaip.uco.fr

^**Laboratoire de Physiologie - Faculté de Médecine

Rue Haute de Reculée - 49045 Angers Cédex - France

Tél : 02 41 73 58 45 - Fax : 02 41 73 58 95 - E-mail : jeanlouis.saumet@univ-angers.fr

^***Ecole Nationale Supérieure díArts et Métiers (ENSAM)

Laboratoire Procédés-Matériaux-Instrumentation (LPMI)

2, boulevard du Ronceray - BP 3525 - 49035 Angers Cédex - France

Tél : 02 41 20 73 85 - Fax : 02 41 20 73 50 - E-mail : Jean.Pierre.Lhuillier@angers.ensam.fr

La fluxmétrie par laser Doppler est une méthode non-invasive dans laquelle les photons issus de la lumière laser interagissent avec les érythrocytes des vaisseaux de la microcirculation. Líhyperémie réactionnelle étudiée par laser Doppler permet díobserver une valeur maximale du flux quelques secondes après la suppression díune occlusion vasculaire. Cette augmentation brusque du flux correspond à la reperfusion du lit vasculaire. Elle est créée par de nombreux processus métaboliques, myogéniques et des facteurs passifs. Les mécanismes contrôlant líhyperémie réactionnelle ne sont encore pas complètement compris. Néanmoins, cette dernière est couramment utilisée pour diagnostiquer les maladies périphériques vasculaires, les effets engendrés par le tabac ou encore comme indicateur de résistance vasculaire. Plusieurs paramètres des signaux díhyperémie sont généralement étudiés : la valeur maximale atteinte par le flux après suppression de líocclusion et le temps díapparition de ce maximum. Les signaux laser Doppler sont caractérisés par la présence de nombreuses oscillations créées par líactivité myogénique.

Une étude approfondie des phénomènes entrant en jeu dans líhyperémie réactionnelle permettrait de mieux comprendre les signaux observés et ainsi díaméliorer les diagnostics. Une modélisation simplifiée est donc développée afin díexpliquer les variations de flux apparaissant après occlusion vasculaire. Líaccent est mis sur les effets intervenant plutôt que sur la structure anatomique de la microcirculation. Líaugmentation de vitesse des érythrocytes pendant la reperfusion, ainsi que la vasodilatation et la vasoconstriction sont prises en compte. Les paramètres du modèle sont calculés grâce à une méthode de traitement du signal utilisant les ondelettes. Les résultats montrent que les érythrocytes atteignent très rapidement leur vitesse díéquilibre. De plus, la valeur maximale du flux est générée par une augmentation du nombre moyen de chocs entre les érythrocytes et les photons, due à la vasodilatation. 

En parallèle une étude est menée pour déterminer de façon fiable les paramètres díhyperémie réactionnelle. En effet, le temps díapparition du flux maximum et la valeur de ce maximum ne sont souvent pas déterminés de façon objective, leurs valeurs dépendant de líamplitude des oscillations créées par líactivité myogénique. Un traitement des signaux laser Doppler est donc proposé. Ce traitement permet de déterminer de façon correcte et rapide les paramètres díhyperémie et donc de parfaire les diagnostics.