Signaux splanchniques et contrôle de l’ingestion

Reconstruction 3D volumiques à partir de coupes tomographiques d'une tête de porc

Mots clés : éctrophysiologie ; imagerie médicale ; gamma-scintigraphie ; micro-TEP, SPECT ; CTscan ; stéréotaxie ; neuroanatomie ; afférents primaires ; afférent vagal, système nerveux myentérique, insuline, neurones entero-pancréatiques ; électro-stimulation

Résumé
Dans le cadre de la compréhension des mécanismes de contrôle de l'ingestion chez l'homme sain, l'objectif de la recherche est l'étude des mécanismes d'origine splanchnique contrôlant à court terme l'ingestion. À ce titre, les recherches portent sur l'intégration périphérique et centrale des signaux sensoriels en provenance du tube digestif. Néanmoins, les aspects intégrés comme les facteurs coordonnant l'évacuation de l'estomac et donc la fourniture des nutriments sont également abordés car ils déterminent la nature du signal neuro-humoral pertinent pour l'ingestion. Chacun de ces thèmes est étudié par l'utilisation d'approches méthodologiques complémentaires chez le porc de 40 kg pris comme modèle de l'homme. Ainsi, l'intégration périphérique du signal est-t-elle évaluée par des méthodes d'électrophysiologie ex vivo et in vivo (empalement neuronal par micro-électrode et microdissection du tronc vagal). De même, l'intégration centrale de l'information périphérique est-t-elle étudiée simultanément par des méthodes relevant de l'imagerie médicale et de l'électrophysiologie. Au total, le but est de comprendre la participation des informations post-ingestives à l'élaboration de l'image sensorielle de l'aliment.

Probabilité d'activation de structures cérébrales chez un groupe de porc (n=8) ayant reçu une stimulation chronique des troncs vagaux durant plus de 5 semaines versus un groupe témoin (n=8) (en rouge p<0,01). Les zones activées correspondent au bulbe rachidien, à l'insula et à certaines parties de l'amygdale.

Objectifs
La compréhension des mécanismes de contrôle de l'ingestion est identifiée comme une priorité Nationale et Internationale. En effet, indépendamment de l'aspect invalidant tant physique que psychologique, les conséquences pathologiques des troubles de l'ingestion chez l'homme constituent une charge sociétale supérieure, en termes de dépenses de santé, à celles liées à des pathologies comme le cancer ou les maladies cardio-vasculaires. La compréhension des mécanismes contrôlant l'ingestion passe par celle des déterminants de la consommation (mémorisation, apprentissage, conditionnement, approche socio-économique) et par celle des voies de la perception alimentaire (consciente et non consciente). Dans ce dernier cadre, le but de la Recherche entreprise par l'équipe est d'étudier les mécanismes à l'origine de l'intégration centrale et périphérique des signaux issus de la sphère digestive en vue de la régulation de l'ingestion
Les objectifs scientifiques se déclinent en trois volets complémentaires qui sont autant de briques élémentaires pour une approche intégrée de l'élaboration et du traitement de l'information intéroceptive.

- Perception sensorielle non consciente en provenance du tube digestif
- Voies de transfert de l'information sensorielle et processus centraux de traitement
- Processus neuronaux de mémorisation des nutriments

Les changements qui affectent le tube digestif au sens large (glandes annexes associées) au cours de son fonctionnement normal engendrent plusieurs types de signaux sensitifs. Ainsi, les afférences digestives véhiculent des informations sensorielles liées (i) à l'activité mécanique du tube digestif, (ii) aux propriétés physico-chimiques des contenus digestifs et (iii) à l'interaction avec des stimuli chimiques endogènes (hormones, neuropeptides). Chacun de ces éléments est évalué au sein de l'objectif 1. De plus, il existe une modulation du signal par le système nerveux entérique en interaction avec le système immunitaire et endocrine local (objectif 1). Un phénomène identique survient au niveau du cerveau où outre une modulation de nature endocrine et immunitaire, il est nécessaire d'envisager les influences en provenance des autres structures de la vie de relation (objectif 2).
La complémentarité des approches est un élément essentiel de l'activité. Celles-ci sont aussi bien de nature réductionnistes qu'intégrées, chez l'animal entier vigile ou anesthésié et sur des explants tissulaires. L'éventail des méthodes utilisées reflète la diversité des approches mises en oeuvre ainsi, l'activité du système nerveux entérique est-elle évaluée par empalement neuronal et l'enregistrement des propriétés électrophysiologiques des neurones, une méthode également utilisée au niveau du système nerveux central. L'activation des structures sous corticales et corticales cérébrales est assurée par imagerie médicale fonctionnelle multimodalités ; Tomographie par émission de photon unique (SPECT), tomographie X (CTScan) et bientôt microTEP. Les caractéristiques des afférents vagaux sont estimées par l'enregistrement in vivo de l'activité électrique d'un neurone unique (méthode de la fibre unique). Celles des neurones entero-pancréatiques sont suivies par empalement cellulaire puis évaluation des modifications du potentiel de membrane. L'évacuation du repas par l'estomac est évaluée par gamma scintigraphie dynamique en simultané avec des méthodes plus classiques permettant d'extraire les éléments à l'origine du transit (contractions digestives, tonus pariétal, résistance sphinctérienne).
L'animal expérimental utilisé est le porc de 40 kg environ. Les modèles expérimentaux mis en oeuvre sont multiples et se caractérisent par une altération périphérique de la perception sensorielle du niveau de remplissage de l'estomac. Ils comprennent notamment la mise en place du frein iléal ou du frein duodénal, la distension à tension ou pression constante des viscères digestifs et le contrôle non pharmacologique – non nutritionnel de l'évacuation de l'estomac.

La nature des recherches qui font appel à des compétences relevant de la gastro-entérologie, de la neurophysiologie et de l'endocrinologie a conduit à une collaboration intense avec certaines unités de la faculté de Médecine de Rennes I (neurologie, nutrition, médecine nucléaire). Ceci se traduit en pratique par l'intégration d'enseignants-chercheurs médecins (D Bligny, A Biraben, P Sauleau) réalisant leur activité de recherche au sein de l'unité dans le cadre des objectifs scientifiques définis plus haut. L'utilisation de l'imagerie fonctionnelle pour la réalisation de certains objectifs (objectif 2 notamment) de recherche a conduit à identifier une plateforme inter-organismes d'imagerie « PRISM ». Celle-ci regroupe l'INRA, l'Université de Rennes I et le CEMAGREF.



Signaux splanchniques et contrôle de l’ingestion Reconstruction 3D volumiques à partir de coupes tomographiques d'une tête de porc Mots clés : éctrophysiologie ; imagerie médicale ; gamma-scintigraphie ; micro-TEP, SPECT ; CTscan ; stéréotaxie ; neuroanatomie ; afférents primaires ; afférent vagal, système nerveux myentérique, insuline, neurones entero-pancréatiques ; électro-stimulation Résumé Dans le cadre de la compréhension des mécanismes de contrôle de l'ingestion chez l'homme sain, l'objectif de la recherche est l'étude des mécanismes d'origine splanchnique contrôlant à court terme l'ingestion. À ce titre, les recherches portent sur l'intégration périphérique et centrale des signaux sensoriels en provenance du tube digestif. Néanmoins, les aspects intégrés comme les facteurs coordonnant l'évacuation de l'estomac et donc la fourniture des nutriments sont également abordés car ils déterminent la nature du signal neuro-humoral pertinent pour l'ingestion. Chacun de ces thèmes est étudié par l'utilisation d'approches méthodologiques complémentaires chez le porc de 40 kg pris comme modèle de l'homme. Ainsi, l'intégration périphérique du signal est-t-elle évaluée par des méthodes d'électrophysiologie ex vivo et in vivo (empalement neuronal par micro-électrode et microdissection du tronc vagal). De même, l'intégration centrale de l'information périphérique est-t-elle étudiée simultanément par des méthodes relevant de l'imagerie médicale et de l'électrophysiologie. Au total, le but est de comprendre la participation des informations post-ingestives à l'élaboration de l'image sensorielle de l'aliment. Probabilité d'activation de structures cérébrales chez un groupe de porc (n=8) ayant reçu une stimulation chronique des troncs vagaux durant plus de 5 semaines versus un groupe témoin (n=8) (en rouge p<0,01). Les zones activées correspondent au bulbe rachidien, à l'insula et à certaines parties de l'amygdale. Objectifs La compréhension des mécanismes de contrôle de l'ingestion est identifiée comme une priorité Nationale et Internationale. En effet, indépendamment de l'aspect invalidant tant physique que psychologique, les conséquences pathologiques des troubles de l'ingestion chez l'homme constituent une charge sociétale supérieure, en termes de dépenses de santé, à celles liées à des pathologies comme le cancer ou les maladies cardio-vasculaires. La compréhension des mécanismes contrôlant l'ingestion passe par celle des déterminants de la consommation (mémorisation, apprentissage, conditionnement, approche socio-économique) et par celle des voies de la perception alimentaire (consciente et non consciente). Dans ce dernier cadre, le but de la Recherche entreprise par l'équipe est d'étudier les mécanismes à l'origine de l'intégration centrale et périphérique des signaux issus de la sphère digestive en vue de la régulation de l'ingestion Les objectifs scientifiques se déclinent en trois volets complémentaires qui sont autant de briques élémentaires pour une approche intégrée de l'élaboration et du traitement de l'information intéroceptive. - Perception sensorielle non consciente en provenance du tube digestif - Voies de transfert de l'information sensorielle et processus centraux de traitement - Processus neuronaux de mémorisation des nutriments Les changements qui affectent le tube digestif au sens large (glandes annexes associées) au cours de son fonctionnement normal engendrent plusieurs types de signaux sensitifs. Ainsi, les afférences digestives véhiculent des informations sensorielles liées (i) à l'activité mécanique du tube digestif, (ii) aux propriétés physico-chimiques des contenus digestifs et (iii) à l'interaction avec des stimuli chimiques endogènes (hormones, neuropeptides). Chacun de ces éléments est évalué au sein de l'objectif 1. De plus, il existe une modulation du signal par le système nerveux entérique en interaction avec le système immunitaire et endocrine local (objectif 1). Un phénomène identique survient au niveau du cerveau où outre une modulation de nature endocrine et immunitaire, il est nécessaire d'envisager les influences en provenance des autres structures de la vie de relation (objectif 2). La complémentarité des approches est un élément essentiel de l'activité. Celles-ci sont aussi bien de nature réductionnistes qu'intégrées, chez l'animal entier vigile ou anesthésié et sur des explants tissulaires. L'éventail des méthodes utilisées reflète la diversité des approches mises en oeuvre ainsi, l'activité du système nerveux entérique est-elle évaluée par empalement neuronal et l'enregistrement des propriétés électrophysiologiques des neurones, une méthode également utilisée au niveau du système nerveux central. L'activation des structures sous corticales et corticales cérébrales est assurée par imagerie médicale fonctionnelle multimodalités ; Tomographie par émission de photon unique (SPECT), tomographie X (CTScan) et bientôt microTEP. Les caractéristiques des afférents vagaux sont estimées par l'enregistrement in vivo de l'activité électrique d'un neurone unique (méthode de la fibre unique). Celles des neurones entero-pancréatiques sont suivies par empalement cellulaire puis évaluation des modifications du potentiel de membrane. L'évacuation du repas par l'estomac est évaluée par gamma scintigraphie dynamique en simultané avec des méthodes plus classiques permettant d'extraire les éléments à l'origine du transit (contractions digestives, tonus pariétal, résistance sphinctérienne). L'animal expérimental utilisé est le porc de 40 kg environ. Les modèles expérimentaux mis en oeuvre sont multiples et se caractérisent par une altération périphérique de la perception sensorielle du niveau de remplissage de l'estomac. Ils comprennent notamment la mise en place du frein iléal ou du frein duodénal, la distension à tension ou pression constante des viscères digestifs et le contrôle non pharmacologique – non nutritionnel de l'évacuation de l'estomac. La nature des recherches qui font appel à des compétences relevant de la gastro-entérologie, de la neurophysiologie et de l'endocrinologie a conduit à une collaboration intense avec certaines unités de la faculté de Médecine de Rennes I (neurologie, nutrition, médecine nucléaire). Ceci se traduit en pratique par l'intégration d'enseignants-chercheurs médecins (D Bligny, A Biraben, P Sauleau) réalisant leur activité de recherche au sein de l'unité dans le cadre des objectifs scientifiques définis plus haut. L'utilisation de l'imagerie fonctionnelle pour la réalisation de certains objectifs (objectif 2 notamment) de recherche a conduit à identifier une plateforme inter-organismes d'imagerie « PRISM ». Celle-ci regroupe l'INRA, l'Université de Rennes I et le CEMAGREF.