Dans la vieillesse, le cœur perd son haut degré d'organisation. Les cellules du tissu conjonctif en particulier, les fibroblastes, deviennent de plus en plus incontrôlables.
Les principaux facteurs de vieillissement du cœur
L'âge est l'un des principaux facteurs de risque des maladies cardiovasculaires. Les scientifiques du Centre allemand de recherche cardiovasculaire (DZHK) ont maintenant étudié ce qui se passe au plus profond du cœur lorsqu'il vieillit. Pour ce faire, ils ont étudié quels gènes sont actifs dans des milliers et des milliers de cellules cardiaques jeunes et anciennes (voir JCI Insight, publication en ligne le 14.11.2019). Leur résultat : avec l'âge, le cœur perd son haut degré d'organisation. En particulier, les cellules du tissu conjonctif, les fibroblastes, deviennent de plus en plus incontrôlables.
"Nous avons examiné ce qui se passe dans un cœur sain lorsqu'il vieillit dans des conditions normalisées", explique le Dr Sascha Sauer du Centre Max Delbrück de médecine moléculaire (MDC) à Berlin. Les résultats révèlent où le cœur vieillissant est particulièrement vulnérable et fournissent donc aussi une base possible pour de nouvelles approches thérapeutiques.
Les scientifiques ont utilisé une nouvelle méthode, l'analyse de la transcription d'une seule cellule. Cette méthode permet aux scientifiques d'analyser séparément pour chaque cellule les gènes qui y sont lus. Les chercheurs berlinois, en collaboration avec le groupe de recherche du professeur Stefanie Dimmeler, de l'université Goethe de Francfort, ont étudié au total environ 28 000 cellules cardiaques de souris jeunes et âgées en utilisant cette méthode. Le résultat est un atlas cellulaire complet de l'activité des gènes dans les cœurs de vieux mammifères.
Les plus grandes différences entre jeunes et vieux ont été observées dans les cellules du tissu conjonctif, les fibroblastes. Dans les fibroblastes du cœur de jeunes souris, les gènes étaient actifs de manière similaire dans chaque cellule. Chez les souris plus âgées, cela ne semblait pas aussi uniforme d'une cellule à l'autre. "En regardant quelques cellules, le schéma est encore à moitié correct", rapporte Sauer. "Mais toutes les petites déviations conduisent au fait que les anciennes cellules diffèrent de plus en plus et ne fonctionnent donc plus aussi bien ensemble. En conséquence, le système cardiaque, très complexe, est un peu confus".
Dans la couche la plus externe du cœur, l'épicarde, Sauer, Dimmeler et leurs collègues ont également trouvé un groupe de cellules de tissu conjonctif dans de vieux cœurs dans lesquels des gènes étaient actifs qui conduisent à la calcification. "Bien que l'on sache que les vaisseaux se calcifient de plus en plus avec l'âge, il est nouveau qu'un certain sous-type de fibroblastes vieillissants y contribue dans un cœur sain", a déclaré Mme Sauer.
Dans les vieux cœurs, les fibroblastes envoient également certaines protéines, les soi-disant serpines, aux cellules endothéliales. Ces cellules tapissent les vaisseaux sanguins de l'intérieur. Les serpines entraînent une moins bonne fusion des cellules endothéliales, ce qui peut avoir des conséquences négatives sur la paroi des vaisseaux sanguins. Si les chercheurs ont utilisé des anticorps contre les serpines, ils ont pu inverser les effets négatifs sur les cellules endothéliales. Les scientifiques supposent que l'interaction des fibroblastes et des cellules endothéliales est en fait beaucoup plus complexe. En effet, d'autres gènes responsables de la communication cellulaire sont également régulés différemment dans les vieux fibroblastes que dans les jeunes.
Les chercheurs n'ont trouvé des différences liées à l'âge dans les cellules du muscle cardiaque que lorsqu'ils ont cherché spécifiquement les gènes qui sont importants pour la contraction musculaire. Ces gènes se sont comportés de manière très variable dans les vieilles cellules du muscle cardiaque. En revanche, d'autres gènes, qui codent pour les voies métaboliques et sont identiques dans toutes les cellules, étaient également actifs dans les cellules musculaires cardiaques jeunes et anciennes. "Si nous imaginons grossièrement comment un organisme se développe, des cellules hautement spécialisées ont tendance à apparaître plus tard. Et il semble que ce qui vient en retard se perd à nouveau tôt, ou plutôt, ce sont précisément les spécialisations tardives qui semblent très sensibles dans la vieillesse", a déclaré Mme Sauer.
Sauer et son équipe espèrent maintenant découvrir ce qui rend l'activité des gènes dans les cellules individuelles si variable avec l'âge. Ils examinent des marqueurs sur la substance du gène (ADN), appelés méthylations, qui déterminent si un gène est lu ou non.
Les effets du vieillissement du cœur
Si le cœur vieillissant évolue grosso modo vers l’hypertrophie, il existe des nuances. Le principal facteur modulateur est le sexe. La tendance à l’hypertrophie se manifeste en effet essentiellement chez les hommes qui perdent environ un gramme de myocarde par an .Par ailleurs, le diabète, l’obésité et l’HTA interviennent comme facteurs accélérateurs du processus, tandis que le sport le ralentit.
Ces modifications de la structure pariétale entraînent une altération des propriétés mécaniques artérielles. La TA systolique augmente avec l'âge, en raison de l'épaississement et de la perte d'élasticité des parois artérielles. Il en résulte une augmentation de la post-charge et du travail cardiaque qui est compensée par l'hypertrophie ventriculaire. L'endothélium vasculaire joue un rôle primordial dans le processus de vieillissement de l'arbre artériel.
Il est constitué de cellules allongées disposées parallèlement au flux sanguin, en mono-couches, responsables de la synthèse de divers peptides, dont le NO, les prostacyclines et les endothélines, qui influencent le tonus vasomoteur, la croissance cellulaire, l'inflammation, la coagulation et la fibrinolyse. Quoique l'activité du NO soit importante dans les grosses artères, la production est maximale dans les petits vaisseaux de résistance.
A l'état normal, le système endothélial est quiescent. Il favorise les fonctions vasodilatatrices, antithrombiques, anti-inflammatoires et antiprolifératives. Avec l'âge, et surtout sous l'influence de l'inactivité ou de pathologies associées, le système endothélial s'active et altère les fonctions précitées. La biosynthèse des NO diminue, altérant ainsi la vasomotricité artérielle et la capacité de vasodilatation. La production de NO et de prostacyclines paraît liée aux contraintes mécaniques (forces de cisaillement) engendrées par le flux sanguin (shear stress). Toute augmentation du flux sanguin entraîne une accentuation de la pression pariétale avec, pour résultante, une vasodilatation induite par le flux.
Toute activité physique, même de faible intensité (3 x 30 min par semaine à 65% de la VO2 max) contribue à stimuler la synthèse de peptides vasodilatateurs et explique, en partie du moins, son rôle favorable dans la prévention des maladies cardiovasculaires.
La dégénérescence myocardique (baisse du nombre de myocytes et hausse du collagène) n'entraîne pas de répercussion fonctionnelle majeure. La capacité contractile de la fibre musculaire ne varie pas avec l'âge. Seuls les temps de contraction et de relaxation (période réfractaire) s'allongent, en raison du ralentissement du cycle du calcium. Ce ralentissement influe sur la vitesse de remplissage ventriculaire qui diminue de 50% entre 20 et 70 ans. Cependant, ce déficit de remplissage lié à la relaxation incomplète est compensé par une augmentation de la pression auriculaire, si bien que le volume de remplissage demeure plus ou moins constant avec l'âge.
Les sujets âgés compensent donc le déficit de relaxation ventriculaire par une hypertrophie auriculaire. Cette participation auriculaire au remplissage ventriculaire peut doubler chez les sujets âgés par rapport aux jeunes.
C'est en cas de pathologie associée (HTA, ATS, diabète, etc.) que les altérations dégénératives se répercutent de façon plus évidente sur la fonction myocardique.
L'exercice physique favorise le ralentissement du rythme cardiaque, améliore le retour veineux, stimule le transit du calcium et, par conséquent, contribue à améliorer le remplissage ventriculaire.
La diminution de la capacité d'effort, de la FC max, l'augmentation de la pression systolique et de l'épaisseur de la paroi ventriculaire, l'altération du métabolisme du glucose et des lipides sont les faits les plus marquants de la sénescence du système cardiovasculaire. Au repos, la fonction cardiaque des personnes âgées reste adéquate, sauf en cas de pathologie associée. C'est à l'effort et au stress que les effets du vieillissement sur le système cardio-circulatoire sont manifestes. L'activité physique régulière apporte un bénéfice évident, tant sur la fonction myocardique, que sur la pression artérielle, le métabolisme des graisses et du glucose. Elle représente un moyen thérapeutique non médicamenteux efficace de nombre d'affections cardiovasculaires, dont la promotion doit être intensifiée par les divers intervenants du domaine de la santé.
