Le canal de fuite de sodium dans les neurones glutamatergiques du noyau latéral du pont aide à maintenir la fréquence respiratoire sous anesthésie au sevoflurane

Introduction

La respiration est une fonction vitale essentielle au maintien des activités de la vie. Les agents anesthésiques généraux et/ou les opioïdes tendent à inhiber la fonction respiratoire. Cependant, la dépression respiratoire induite par l’anesthésique intraveineux propofol est plus sévère, et ses mécanismes moléculaires ne sont pas encore entièrement élucidés. Par conséquent, il est crucial d’étudier l’impact des anesthésiques généraux sur la fonction respiratoire. Cette étude explore le rôle régulateur des neurones glutamatergiques du noyau latéral du pont (lateral parabrachial nucleus, PBL) sur la fréquence respiratoire sous anesthésie au sevoflurane.

Origine de l’étude

Cet article a été rédigé par six scientifiques, Lin Wu, Donghang Zhang, Yujie Wu, Jin Liu, Jingyao Jiang et Cheng Zhou, appartenant tous au département d’anesthésiologie de l’Hôpital West China de l’Université de Sichuan et au Laboratoire de Médecine Translative des Anesthésiques du Centre National-Local d’Ingénierie en Recherche. L’article a été accepté par la revue « Neuroscience Bulletin » le 15 janvier 2024.

Processus de recherche

Sélection des animaux expérimentaux

Cette étude utilise des souris mâles C57BL/6J de 8 semaines, pesant 20 à 22 grammes. Tous les animaux étaient élevés dans des conditions standard, suivant strictement les lignes directrices du rapport sur les expériences animales (ARRIVE).

Injection virale

Les souris ont été réparties de manière aléatoire en groupes expérimentaux et de contrôle, et injectées avec des virus contenant des récepteurs pour activation ou inhibition chimique. Les injections de virus ciblaient spécifiquement la région PBL, et l’expression virale a été vérifiée par technique de coloration par immunofluorescence.

Manipulation chimio-génétique in vivo

Trois semaines après l’injection virale, une injection de CNO (clozapine-N-oxyde) a été réalisée pour activer ou inhiber les neurones glutamatergiques. L’activité respiratoire des souris a ensuite été enregistrée par méthode de pléthysmographie corporelle.

Pléthysmographie corporelle

L’activité respiratoire des souris a été mesurée par un système de pléthysmographie corporelle, et les fréquences respiratoires, les volumes courants et le volume de ventilation par minute ont été enregistrés. Avant le début de l’expérience, les souris se sont acclimatées à la salle de test pendant une heure.

Prélèvement de tissu et immunofluorescence

À la fin de l’expérience, des tranches de tissu de la région du pont central des souris ont été analysées par immunofluorescence pour identifier les neurones glutamatergiques et l’expression des canaux de fuite de sodium (NALCN).

Hybridation in situ et enregistrement multicanaux

L’hybridation in situ a été utilisée pour analyser les niveaux d’expression des gènes NALCN dans les neurones glutamatergiques. Une technique d’enregistrement multicanaux a été employée pour analyser la fréquence de décharge des neurones de la région PBL dans divers contextes expérimentaux.

Expérience de comportement animal et analyse des gaz du sang

Diverses expériences ont été menées pour évaluer l’impact de la délétion du gène NALCN sur l’activité respiratoire des souris, et des analyses des gaz sanguins ont été réalisées pour évaluer les concentrations d’oxygène et la pression partielle de gaz carbonique chez les souris.

Stimulation de la douleur

Un modèle de douleur aiguë par inflammation et un modèle de pince-caude ont été utilisés pour simuler une stimulation douloureuse, pour étudier la régulation de la fréquence respiratoire par NALCN sous stimulation douloureuse.

Résultats principaux de l’étude

Inhibition chimio-génétique des neurones glutamatergiques du PBL réduisant la fréquence respiratoire

L’inhibition des neurones glutamatergiques du PBL a montré une réduction significative des cellules positives pour C-Fos, indiquant une activité inhibée des neurones glutamatergiques. Avec la méthode de pléthysmographie corporelle, on a observé que l’inhibition des neurones glutamatergiques réduisait significativement la fréquence respiratoire des souris, avec une augmentation compensatoire du volume courant.

Activation chimio-génétique des neurones glutamatergiques du PBL augmentant la fréquence respiratoire

Suite à l’activation des neurones glutamatergiques, le nombre de cellules positives pour C-Fos a augmenté de manière significative, indiquant une activation réussie des neurones glutamatergiques. La pléthysmographie corporelle a montré que l’activation des neurones glutamatergiques augmentait significativement la fréquence respiratoire des souris, avec une réduction correspondante du volume courant.

Délétion de NALCN réduisant la fonction régulatrice respiratoire des neurones glutamatergiques du PBL

En utilisant la technique de délétion génique pour réduire spécifiquement l’expression de NALCN dans les neurones glutamatergiques du PBL, on a observé une réduction significative de la fréquence respiratoire des souris, avec une augmentation du volume courant, mais sans changement notable du volume de ventilation par minute. De plus, la fréquence de décharge des neurones glutamatergiques du PBL a fortement diminué, mais l’analyse des gaz sanguins n’a pas révélé d’hypoxie chez les souris.

Suppression de NALCN dans les neurones GABAergiques du PBL sans effet notable

La suppression de NALCN dans les neurones GABAergiques du PBL n’a pas montré d’effet significatif, suggérant que la fonction de régulation de NALCN pourrait être limitée aux neurones glutamatergiques.

Régulation de la fréquence respiratoire par NALCN sous anesthésie au sevoflurane, mais sans effet notable sous propofol ou morphine

Des études supplémentaires ont révélé que, sous anesthésie au sevoflurane, la délétion de NALCN entraînait une dépression respiratoire plus sévère, mais il n’y avait pas d’effet notable sur la dépression respiratoire induite par le propofol ou la morphine. Les changements dans la fréquence de décharge neuronale enregistrés soutiennent également cette conclusion.

Absence d’influence notable de NALCN sur la stimulation de la douleur sous anesthésie au sevoflurane

Sous anesthésie au sevoflurane, la stimulation de douleur simulée par un modèle de pince-caude a entraîné une augmentation rapide de la fréquence respiratoire, mais il n’y avait pas de différence significative entre les groupes de contrôle et de déletion de NALCN, suggérant que NALCN ne joue pas un rôle significatif dans la voie de transmission de la douleur et la réponse respiratoire.

Confirmation supplémentaire du rôle clé de NALCN dans la régulation respiratoire

En outre, l’expérience a confirmé que la diminution de la fréquence respiratoire due à la délétion du gène NALCN pouvait être inversée par l’activation des neurones glutamatergiques du PBL.

Conclusion et importance de l’étude

Cette étude confirme que NALCN est un canal ionique clé dans les neurones glutamatergiques du PBL pour la régulation de la fréquence respiratoire sous anesthésie au sevoflurane, mais sans influence significative sous anesthésie au propofol ou à la morphine. Cette recherche offre de nouvelles perspectives pour comprendre les mécanismes d’action du sevoflurane sur la fonction respiratoire, et identifie NALCN comme une cible potentielle pour le contrôle de l’activité respiratoire sous anesthésie au sevoflurane, créant une base pour le développement de nouveaux médicaments.

Points forts de l’étude

1. Découverte importante : Confirmation de NALCN en tant que canal ionique clé régulateur de la fréquence respiratoire dans les neurones glutamatergiques du PBL.
2. Méthodes novatrices : Utilisation de manipulations chimio-génétiques et de techniques de délation génique combinées avec pléthysmographie corporelle, hybridation in situ, enregistrement multicanaux pour analyser en profondeur le rôle de NALCN.
3. Application pratique : Les résultats peuvent aider à développer de nouveaux médicaments pour contrôler la dépression respiratoire sous anesthésie au sevoflurane.

Autres informations précieuses

Cette étude a été financée par le Fonds National des Sciences Naturelles de Chine et d’autres institutions, et toutes les données peuvent être obtenues sur demande auprès des auteurs correspondants. Les conclusions de l’étude enrichissent notre compréhension des mécanismes de régulation respiratoire et sont d’une importance pratique pour la pratique clinique de l’anesthésie.