Les fonctions cardiovasculaires doivent répondre à des stimulations physiologiques importantes et différentes lors de l'exercice physique et de l'immersion. Les réponses sont aussi modifiées par l'entraînement (ou acclimatement). Nous avons étudié le réglage neurovégétatif des variables cardiovasculaires lors de l'exercice (avec ou sans entraînement) et lors de l'immersion (au confort thermique et au froid). Pour l'adaptation à l'exercice, l'activation orthosympathique cardiaque et vasculaire est fortement sollicitée et l'influence parasympathique diminuée. Beaucoup d'auteurs ont observé que la répétition des exercices (entraînement) déplaçait les réglages neurovégétatifs vers une prédominance d'activité parasympathique, mais ceci reste discuté. Dans une première étude, nous avons observé ce déplacement, après 6 semaines seulement d'un entraînement spécifique en créneau, au repos couché, en orthostatisme comme pendant l'exercice sous maximal et lors de la récupération après l'arrêt. Dans une seconde étude, nous avons vérifié que le glissement de l'activité neurovégétative cardiaque pouvait être mis en évidence aussi bien par une méthode d'analyse non linéaire (représentation graphique de Poincaré) que par l'analyse spectrale CGSA de la variabilité de l'intervalle RR. Nous avons vérifié que les deux méthodes permettent aussi de mettre en évidence les déséquilibres neurovégétatifs liés aux états de « fatigue » ou « surentraînement » qui surviennent lors du trop grand cumul de charges d'activité et/ou de temps de récupération insuffisants. Une étude a été consacrée à l'immersion de courte durée (20-30 min, tête hors de l'eau). Dans cette situation, les adaptations posturales cardiovasculaires et leurs régulations neurovégétatives sont supprimées, que les sujets soient en ambiance thermique neutre (35°C) ou fraîche (26°C). Lors de l'immersion à la neutralité thermique, les fluctuations des variables cardiovasculaires sont minimales, ainsi que les indicateurs d'activité orthosympathique. L'exposition à une contrainte froide modérée (eau à 26°C) fait apparaître une importante activité orthosympathique (vasoconstriction, augmentation des pressions artérielles et des résistances périphériques), couplée à une bradycardie avec augmentation de l'activation parasympathique cardiaque (vraisemblablement baroréflexe). L'immersion est fortement diurétique. Prolongée, elle négative donc le bilan hydrique, ce qui apparaît après la sortie de l'eau. Au cours d'une exposition de longue durée (6h), des sujets sains ont perdu la même masse au sec et en immersion. Mais, l'immersion diminue le volume plasmatique presque deux fois plus que la session sèche. Les sujets maintenaient leurs pressions artérielles et augmentaient leurs résistances périphériques quand la déshydratation avait été constituée au sec, alors qu'ils n'y parvenaient pas quand la déshydratation avait été causée par l'immersion, ce qui pourrait être dû à la forte mise en jeu de peptides natriurétiques pendant l'immersion. Lorsqu'un refroidissement notable se produit pendant l'immersion (Tre = 36°C), la perte de masse et l'hypovolémie sont analogues. Mais dans l'heure qui suit la sortie de l'eau on observe une forte vasoconstriction périphérique, qui cède progressivement avec le réchauffement. L'hypovolémie alors démasquée se révèle dans la tachycardie associée à la diminution des pressions artérielles et des résistances périphériques. Ainsi, selon les situations, les réglages sont sollicités différemment. Mise au repos par l'immersion à la neutralité thermique, l'activité orthosympathique est augmentée pendant l'exercice tandis que l'activité parasympathique décroît. Au contraire, lors de l'exposition au froid, les deux branches efférentes du système nerveux végétatif sont activées simultanément. D'autre part, les réponses physiologiques à ces situations peuvent apporter des éléments bénéfiques (entraînement, immersion à la neutralité thermique), mais peuvent aussi être délétères pour des sujets aux fonctions amoindries (déshydratation post-immersion, mauvaise gestion des charges d'entraînement, contrainte froide). La mise en jeu des fonctions cardiovasculaires et des activités neurovégétatives décrites ici chez l'homme sain permet de réfléchir aux conditions d'exposition des sujets malades, pour qui la réadaptation par l'exercice, immergé ou non, paraît de plus en plus souvent envisagée.

(Cf. corpus p. 25-26) Ce travail de thèse s'est articulé autour de deux problématiques : les réponses cardiovasculaires consécutives à l/ différents protocoles d'exercice et 2/ différents protocoles de récupération. Concernant la première, 3 protocoles de recherches ont été menés. L'un avait pour objectif de déterminer les effets aigus d'exercices de même durée proposant une quantité de travail totale équivalente distribuée de façon constante (CC) ou intermittente (IT), sur la rigidité artérielle multi-segmentaire et ses déterminants. Les deux autres se proposaient d'explorer les dysfonctions cardiaques induites par des exercices de durées plus longues (2 à 4 heures) et leurs mécanismes sous-jacents. La seconde problématique de ce travail de doctorat a conduit à la réalisation de 5 protocoles de recherche. L'immersion contrastée (alternance d'immersions d'une à deux minutes jusqu'à l'aine à ~ 12°C et à ~ 36°C), l'immersion en eau froide (~ 12°C) et la compression élastique ont été tout particulièrement étudiées. Les points suivants ont été abordés : la comparaison des effets de la compression élastique et de l'immersion contrastée sur la performance subséquente ; la connaissance des facteurs concourant aux bénéfices de ces dernières entre des efforts intenses et brefs (c.-à-d. étude du débit sanguin musculaire, de la saturation tissulaire en oxygène, de la clairance des métabolites, etc.) ; l'étude des effets de la pression hydrostatique seule (immersion à neutralité thermique ), et ceux de celle-ci associée au froid (immersion en eau froide ) ou à l'alternance de température (immersion contrastée) sur le débit sanguin musculaire; et enfin l'étude des effets sur certains paramètres de la récupération du port d'une compression élastique au cours et au décours d'un trail. Dans ce contexte, les résultats de nos études mettent en évidence qu'un exercice de type IT diminue davantage la rigidité artérielle multi-segmentaire qu'un exercice de type CC. Cette diminution plus prononcée est associée à un relargage plus important de substances vasodilatatrices (NO,ANP, lactates, etc.). Nous avons également montré qu'un exercice prolongé de durée modérée engendre des dysfonctions cardiaques transitoires. Plus particulièrement, certains indices de contractilité évalués par une technique échocardiographique de dernière génération (c.-à-d. le « Speckle Tracking Echocardiography ») nous ont permis de mettre en évidence que la baisse de la fonction systolique du ventricule gauche (VG) était associée à une atteinte contractile du myocarde dans des conditions standardisées de fréquence et de charge cardiaques. Nos résultats soulignent également le rôle clé de la torsion ventriculaire dans la diminution du remplissage du VG et par conséquent de la fonction diastolique à l'arrêt de l'effort. Les études expérimentales s'intéressant aux techniques de récupération post-exercice indiquent que l'immersion contrastée et la compression élastique par rapport à une récupération passive, lorsqu'elles sont appliquées immédiatement après un premier exercice fatiguant, améliorent la performance subséquente (exercice de pédalage de 5 min) lorsque celle-ci est répétée dans un laps de temps court (15 min). De plus, l'immersion contrastée est plus efficace que la compression élastique pour améliorer la performance subséquente. Ces techniques de récupération accélèrent la clairance du lactate, cette dernière étant accélérée davantage après l'immersion contractée. La compression élastique augmente le débit sanguin musculaire mais également la saturation tissulaire en oxygène, que ce soit avant et après l'effort. Par rapport à une récupération passive, l'immersion contrastée augmente également le débit sanguin musculaire après l'effort, et davantage que la compression élastique. (...) / (Cf. corpus p. 27-28) This thesis work focuses on the cardiovascular responses consecutive to l/ various exercice modalities and 2/ various post-exercise recovery interventions. With regard to the exercise modalities, 3 experimental protocols were led. The first one aimed to compare the acute effects of constant and interval exercises on regional arterial stiffness and these determinants. Two others studies focused on the cardiac dysfunctions induced by exercises of longer durations (2-3h) and the underlying mechanisms. The second problematic of this thesis work led to 5 studies. The following questions were approached: the comparison of the effects of contrast water therapy and compression stockings on the subsequent performance; the knowledge of the factors at the origin of the benefits of these recovery interventions between repeated brief and exhaustive bouts of physical exercise (i.e. muscle blood flow, muscle oxygenation, removal of metabolic waste, etc.) ; the changes in leg muscle blood flow, caused by hydrostatic pressure alone [thermoneutral water immersion), and in addition to cooling (cold water immersion) or alternating of temperature (contrast water therapy); and finally the effects of elastic compression worn during and after a trail running race on the participants' recovery. Our results show that interval exercise decreases more regional arterial stiffness [central and peripheral) than constant exercise. This more pronounced decrease is associated with a higher concentration of vasodilator factors (NO, ANP, lactates, etc.). We also show that a prolonged exercise (2-3h) induce transient cardiac dysfunctions. Specifically, parameters of systolic function evaluated using 2D-speckle tracking echocardiography not only at rest, but also during incremental tests to adjust heart rate demonstrate that the 3h-period of prolonged and strenuous exercise induces left ventricular systolic dysfunction. Our results also demonstrate that depressed diastolic function is associated with delayed untwisting velocity. The studies focusing on post-exercise recovery interventions indicate that compared with passive recovery, contrast water therapy and compression stockings improve the subsequent 5-min maximal performance in cycling when this one is repeated during a brief elapsed time (i.e. 15 min). Moreover, contrast water therapy is more efficient than compression stockings to improve the subsequent performance. Theses recovery interventions accelerate the removal of lactates, and contrast water therapy more than compression stockings. The elastic compression increases muscle blood flow but also tissue oxygen saturation, before and after a physical exercise. Contrast water therapy also increases muscle blood flow after an exercise compared with a passive recovery, and more than elastic compression. (...)

Ces travaux de thèse s'articulent autour de deux projets : les études structure-fonction de l'aminopeptidase A, d'une part, et celles du récepteur de l'apéline, d'autre part. I/ L'aminopeptidase A (APA, EC 3.4.11.7) est une aminopeptidase monozinc membranaire qui, dans le cerveau, produit l'angiotensine (Ang) III à partir de l'Ang II. L'Ang III est l'un des principaux peptides effecteurs du système rénine-angiotensine cérébral qui exerce un effet stimulateur tonique sur le contrôle central de la pression artérielle chez le rat hypertendu. Ainsi le blocage de l'APA par un inhibiteur spécifique et sélectif, l'EC33 ou sa prodrogue, le RB150, normalise la pression artérielle dans deux modèles expérimentaux d'hypertension artérielle (HTA). L'APA constitue une cible thérapeutique potentielle pour le traitement de l'HTA qui justifie le développement de nouveaux inhibiteurs de cette enzyme plus puissants et plus sélectifs que l'EC33 et avec un profil pharmacodynamique et pharmacocinétique amélioré par rapport au RB150. Pour cela, nous avons construit un modèle tridimensionnel (3D) de l'APA sur la base de la structure cristallographique de l'APA humaine récemment publiée. Nous avons ensuite validé ce modèle par des études structure-fonction par modélisation moléculaire et mutagénèse dirigée en démontrant l'implication, d'un résidu du sous-site S1 dans la spécificité de substrat acide de l'APA et de deux résidus formant le sous-site S2' interagissant avec le résidu P2' acide d'inhibiteurs tripeptidiques précédemment développés dans le laboratoire.II/ L'apéline est le ligand naturel du récepteur orphelin humain APJ (ApélineR), un récepteur à sept domaines transmembranaires couplé aux protéines G. L'apéline et son récepteur sont impliqués dans le maintien de l'équilibre hydrique et des fonctions cardiovasculaires. L'ApélineR constitue une cible thérapeutique potentielle dans le traitement de l'insuffisance cardiaque et des rétentions hydriques. Etant donné que la demi-vie de l'apéline dans la circulation sanguine est de l'ordre de la minute, l'objectif est de développer des analogues de l'apéline métaboliquement stables. Pour développer de tels composés, nous avons entrepris de comprendre comment l'apéline se lie à son récepteur et comment elle l'active. Dans ce but, nous avons construit un modèle 3D de l'ApélineR basé sur la structure cristallographique du récepteur aux chimiokines, CXCR4. Nous avons validé ce modèle par des études structure-fonction par modélisation moléculaire et mutagénèse dirigée. Nous avons identifié à la surface du récepteur, les résidus acides des boucles extracellulaires qui interagissent avec les résidus basiques de l'apéline. Nous avons ensuite développé des analogues de l'apéline-17 (K17F) métaboliquement stables par deux stratégies différentes. Premièrement, nous avons substitué chacun des résidus de l'apéline par son énantiomère de la série D ou par un acide aminé synthétique. Deuxièmement, nous avons ajouté une chaîne fluoroalkyle à l'extrémité N-terminale de l'apéline. Ces deux stratégies ont permis d'obtenir plusieurs composés dont les plus actifs sont le P92 et le LIT01-196 qui conservent des propriétés pharmacologiques identiques à celles de K17F et qui présentent une demi-vie plasmatique largement supérieure à celle du peptide endogène. Ces deux analogues se sont révélés particulièrement actifs in vivo avec une capacité à diminuer la pression artérielle et à réduire la sécrétion de vasopressine dans le sang conduisant à une augmentation de la diurèse aqueuse. Les modèles 3D validés de l'APA et de l'ApélineR seront utilisés pour des campagnes de criblage in silico de chimiothèques virtuelles afin de découvrir de nouveaux inhibiteurs de l'APA et des agonistes de l'ApélineR qui pourraient conduire à terme à de nouveaux candidats-médicaments. Ces composés pourraient être utiles pour le traitement de l'HTA et de l'insuffisance cardiaque. / The doctoral work was divided in two parts, one on the structure-function studies of aminopeptidase A, and the second one, on those of the apelin receptor. I/ Aminopeptidase A (APA) is a membrane bound monozinc aminopeptidase which generates, in the brain, angiotensin (Ang) III from Ang II. Ang III is one of the main effector peptides of the brain renin-angiotensin system, which exerts a tonic stimulatory action on the control of blood pressure in hypertensive rats. Thus, the blockade of brain APA by a specific and selective inhibitor, EC33 or its prodrug, RB150, normalizes blood pressure in two animal models of arterial hypertension (HTA). APA constitutes a potential therapeutic target for the treatment of HTA that justifies the development of more potent and selective APA inhibitors than EC33, with enhanced pharmacodynamic and pharmacokinetic profiles when compared to RB150. With this aim, we built a three dimensional (3D) model of APA based on the recently published crystal structure of human APA. We validated this model by structure-function studies combining molecular modeling and site-directed mutagenesis demonstrating the crucial role of one residue in the S1 subsite responsible for substrate specificity of APA for N-terminal acidic amino-acid residues and two other residues constituting the S2' subsite of APA involved in the binding of the P2' acidic residue of tripeptidic inhibitors, previously developed in the laboratory. II/ Apelin is the endogenous ligand of the human orphan receptor named APJ (ApelinR), a G protein-coupled receptor. Apelin and ApelinR are involved in the control of body fluid homeostasis and cardiovascular functions. ApelinR constitutes a potential therapeutic target for the treatment of heart failure and water retentions. Given that apelin half-life in the blood circulation is in the minute range, we aimed to develop potent metabolically stable apelin analogs.. In this context, it is necessary to understand how apelin binds to ApelinR and how it is activated. To do so, we build a 3D model of ApelinR based on the crystal structure of the chemokine receptor, CXCR4. We validated this model by structure-function studies by molecular modeling and site-directed mutagenesis. We showed that apelin interacts with the receptor through interactions between the basic residues of the peptide and the acidic residues of the ApelinR, located in the extracellular loops. ,We then developed metabolically stable apelin-17 (K17F) analogs following two different strategies. First, we substituted each residue of K17F by its D-isomer or a synthetic amino-acid. Secondly, we added a fluoroalkyl chain at the N-terminal part of K17F. These two strategies allowed to significantly improve plasma half-life of the modified peptides for several hours without modifying their pharmacological properties as compared to K17F. Two apelin metabolically stable analogs, P92 and LIT01-196, were found to have significantly higher in vivo activity than K17F with a strong capacity to decrease blood pressure and to inhibit vasopressin release in the blood stream inducing an increased aqueous diuresis. These new validated 3D models will be now used to perform in silico screening of virtual chemical libraries to discover new APA inhibitors and ApelinR agonists that could ultimately lead to new drug candidates. These compounds could be useful for the treatment of HTA and heart failure.