D9 Télémétrie Physiologique

Topique

Un enregistreur cardiaque implantable, un dispositif électrocardiographique pesant entre un et cinq grammes, permet aux chercheurs d'estimer le métabolisme d'un oiseau en vol libre dans son milieu naturel, sans les contraintes d'une soufflerie. En effet, la mesure de la puissance métabolique se fait directement par respirométrie. Contrairement à la respirométrie à flux ouvert, qui ne peut être réalisée que lorsque l'oiseau vole à l'intérieur d'une soufflerie, l'enregistreur cardiaque implantable accompagne l'oiseau pendant son vol, dans son environnement naturel.

Le principe physique de cette méthode repose sur un processus en trois étapes : la fréquence cardiaque de l'oiseau est un indicateur indirect de son débit cardiaque, c'est-à-dire la quantité de sang pompée par le cœur par unité de temps ; ce débit cardiaque détermine à son tour la vitesse à laquelle l'oxygène atteint le muscle pectoral ; et cette vitesse d'oxygénation du muscle pectoral détermine finalement la puissance métabolique que l'oiseau peut maintenir à ce moment précis du vol.

La relation entre la fréquence cardiaque et la puissance métabolique n'est pas linéaire et varie d'une espèce à l'autre ; elle ne peut donc être présumée a priori. Avant d'implanter un moniteur de fréquence cardiaque sur un oiseau sauvage, il est nécessaire d'établir cette relation spécifique à l'espèce en soufflerie, en mesurant simultanément la fréquence cardiaque et la puissance métabolique réelle par respirométrie à flux ouvert.

Une fois cette relation calibrée en soufflerie, la fréquence cardiaque mesurée sur le terrain permet d'estimer la puissance métabolique de l'oiseau avec une précision suffisante pour étudier les différentes phases de vol lors d'un vol réel et prolongé – ce que ni la respirométrie à flux ouvert ni aucune autre méthode ne permet en dehors d'une soufflerie.

Cette même fréquence cardiaque calibrée permet également aux chercheurs de détecter le début de la combustion des protéines chez un oiseau migrateur : lorsque l'oiseau recourt au catabolisme protéique en raison de réserves graisseuses insuffisantes, sa fréquence cardiaque augmente de manière disproportionnée par rapport à sa capacité métabolique théorique, car la combustion des protéines exige un effort cardiovasculaire plus important que la combustion des graisses pour fournir la même quantité d'oxygène aux muscles pectoraux.

Le même signal cardiaque révèle également un autre trouble neuromusculaire : lorsqu’une neurotoxine altère le contrôle autonome exercé par le système nerveux sur le cœur, elle modifie la variabilité de l’intervalle entre deux battements cardiaques successifs, indépendamment de l’effort fourni par l’oiseau à ce moment-là. Cette variabilité altérée entre les battements cardiaques successifs est donc un indicateur de trouble neuromusculaire qui ne dépend pas de la variation de la fréquence cardiaque moyenne, mais plutôt de la régularité ou de l’irrégularité du rythme cardiaque d’un battement à l’autre.

Enfin, ce même enregistreur cardiaque implantable relie le système cardiovasculaire de l’oiseau à la limite de la puissance musculaire disponible qu’il peut maintenir en plein vol, et à la façon dont cette limite diminue lorsque l’oiseau est confronté à un environnement extrême : la même difficulté circulatoire que la chaleur intense ou l’altitude extrême imposent au cœur pour oxygéner les muscles pectoraux se reflète directement dans la fréquence cardiaque mesurée par cet enregistreur, établissant ainsi le lien entre l’estimation de la puissance métabolique sur le terrain et le plafond physiologique que cet oiseau peut atteindre.

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