Une étude unique en son genre menée par des chercheurs de l’État de Géorgie révèle de nouvelles informations surprenantes sur la relation entre l’activité des neurones et le flux sanguin dans les profondeurs du cerveau, ainsi que sur la façon dont le cerveau est affecté par la consommation de sel.
Lorsque les neurones sont activés, cela produit généralement une augmentation rapide du flux sanguin vers la région. Cette relation est connue sous le nom de couplage neurovasculaire, ou hyperémie fonctionnelle, et elle se produit via la dilatation de vaisseaux sanguins dans le cerveau appelés artérioles. L’imagerie des ressources magnétiques fonctionnelles (IRMf) est basée sur le concept de couplage neurovasculaire : les experts recherchent des zones de faible flux sanguin pour diagnostiquer des troubles cérébraux.
Cependant, les études précédentes sur le couplage neurovasculaire ont été limitées à des zones superficielles du cerveau (telles que le cortex cérébral) et les scientifiques ont principalement examiné comment le flux sanguin change en réponse à des stimuli sensoriels provenant de l’environnement (tels que des stimuli visuels ou auditifs). On ne sait pas si les mêmes principes s’appliquent aux régions cérébrales plus profondes adaptées aux stimuli produits par le corps lui-même, connus sous le nom de signaux intéroceptifs.
Pour étudier cette relation dans les régions cérébrales profondes, une équipe interdisciplinaire de scientifiques dirigée par le Dr Javier Stern, professeur de neurosciences à l’État de Géorgie et directeur du Center for Neuroinflammation and Cardiometabolic Diseases de l’université, a développé une nouvelle approche qui combine des techniques chirurgicales et neuroimagerie de pointe. L’équipe s’est concentrée sur l’hypothalamus, une région cérébrale profonde impliquée dans des fonctions corporelles essentielles, notamment la boisson, l’alimentation, la régulation de la température corporelle et la reproduction. L’étude, publiée dans la revue Rapports de cellule, ont examiné comment le flux sanguin vers l’hypothalamus a changé en réponse à la consommation de sel.
« Nous avons choisi le sel parce que le corps a besoin de contrôler très précisément les niveaux de sodium. Nous avons même des cellules spécifiques qui détectent la quantité de sel dans votre sang », a déclaré Stern. « Lorsque vous ingérez des aliments salés, le cerveau le détecte et active une série de mécanismes compensatoires pour faire redescendre les niveaux de sodium. »
Le corps le fait en partie en activant les neurones qui déclenchent la libération de vasopressine, une hormone antidiurétique qui joue un rôle clé dans le maintien d’une concentration adéquate de sel. Contrairement aux études précédentes qui avaient observé un lien positif entre l’activité des neurones et l’augmentation du flux sanguin, les chercheurs ont constaté une diminution du flux sanguin à mesure que les neurones s’activaient dans l’hypothalamus.
“Les résultats nous ont pris par surprise parce que nous avons vu une vasoconstriction, qui est le contraire de ce que la plupart des gens ont décrit dans le cortex en réponse à un stimulus sensoriel”, a déclaré Stern. « Une réduction du flux sanguin est normalement observée dans le cortex dans le cas de maladies telles que Alzheimer ou après un accident vasculaire cérébral ou une ischémie.
L’équipe a surnommé le phénomène « couplage neurovasculaire inverse », ou une diminution du flux sanguin qui produit une hypoxie. Ils ont également observé d’autres différences : Dans le cortex, les réponses vasculaires aux stimuli sont très localisées et la dilatation se produit rapidement. Dans l’hypothalamus, la réponse était diffuse et se faisait lentement, sur une longue période de temps.
“Lorsque nous mangeons beaucoup de sel, nos niveaux de sodium restent élevés pendant longtemps”, a déclaré Stern. “Nous pensons que l’hypoxie est un mécanisme qui renforce la capacité des neurones à répondre à la stimulation saline soutenue, leur permettant de rester actifs pendant une période prolongée.”
Les résultats soulèvent des questions intéressantes sur la façon dont l’hypertension peut affecter le cerveau. On pense qu’entre 50 et 60 pour cent de l’hypertension est dépendante du sel – déclenchée par une consommation excessive de sel. L’équipe de recherche prévoit d’étudier ce mécanisme de couplage neurovasculaire inverse dans des modèles animaux afin de déterminer s’il contribue à la pathologie de l’hypertension dépendant du sel. En outre, ils espèrent utiliser leur approche pour étudier d’autres régions et maladies du cerveau, notamment la dépression, l’obésité et les maladies neurodégénératives.
« Si vous ingérez de façon chronique beaucoup de sel, vous aurez une hyperactivation des neurones à vasopressine. Ce mécanisme peut alors induire une hypoxie excessive, ce qui pourrait entraîner des lésions tissulaires dans le cerveau », a déclaré Stern. “Si nous pouvons mieux comprendre ce processus, nous pouvons concevoir de nouvelles cibles pour arrêter cette activation dépendante de l’hypoxie et peut-être améliorer les résultats des personnes souffrant d’hypertension artérielle dépendante du sel.”
Référence : « Le couplage neurovasculaire inverse contribue à l’excitation par rétroaction positive des neurones à vasopressine lors d’un défi homéostatique systémique » par Ranjan K. Roy, Ferdinand Althammer, Alexander J. Seymour, Wenting Du, Vinicia C. Biancardi, Jordan P. Hamm, Jessica A. Filosa, Colin H. Brown et Javier E. Stern, 2 novembre 2021, Rapports de cellule.
DOI : 10.1016/j.celrep.2021.109925
Les auteurs de l’étude comprennent Ranjan Roy et Ferdinand Althammer, chercheurs postdoctoraux au Center for Neuroinflammation and Cardiometabolic Diseases, Jordan Hamm, professeur adjoint de neurosciences à l’État de Géorgie, et ses collègues de l’Université d’Otago en Nouvelle-Zélande, de l’Université d’Augusta et de l’Université d’Auburn. La recherche a été soutenue par le National Institute of Neurological Disorders and Stroke.
