Une étude inédite 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 profond dans le cerveau, ainsi que sur la manière dont le cerveau est affecté par la consommation de sel.
Lorsque les neurones sont activés, cela produit généralement une augmentation rapide du flux sanguin dans la région. Cette relation est connue sous le nom de couplage neurovasculaire, ou hyperémie fonctionnelle, et elle se produit via la dilatation des vaisseaux sanguins dans le cerveau appelés artérioles. L'imagerie fonctionnelle des ressources magnétiques (IRMf) est basée sur le concept de couplage neurovasculaire :les experts recherchent les zones de faible flux sanguin pour diagnostiquer les troubles cérébraux.
Cependant, les études précédentes sur le couplage neurovasculaire se limitaient aux 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, appelés 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 Centre de neuroinflammation et de maladies cardiométaboliques de l'université, a développé une nouvelle approche qui combine des techniques chirurgicales et état- neuroimagerie de pointe. L'équipe s'est concentrée sur l'hypothalamus, une région profonde du cerveau impliquée dans les fonctions vitales de l'organisme, notamment la boisson, l'alimentation, la régulation de la température corporelle et la reproduction. L'étude, publiée dans la revue Cell Reports , ont examiné comment le flux sanguin vers l'hypothalamus changeait en réponse à l'apport en sel.
« Nous avons choisi le sel car 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 baisser 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 de la bonne concentration de sel. Contrairement aux études précédentes qui ont 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 car nous avons constaté une vasoconstriction, ce 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 diminution du flux sanguin est normalement observée dans le cortex dans le cas de maladies comme la maladie d'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 s'est produite lentement, sur une longue période de temps.
"Lorsque nous mangeons beaucoup de sel, notre taux de sodium reste élevé pendant longtemps", a déclaré Stern. "Nous pensons que l'hypoxie est un mécanisme qui renforce la capacité des neurones à répondre à la stimulation soutenue par le sel, 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 % 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 sel-dépendante. 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 beaucoup de sel de manière chronique, vous aurez une hyperactivation des neurones de la 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 de la 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, Cell Reports .
DOI :10.1016/j.celrep.2021.109925
Les auteurs de l'étude incluent Ranjan Roy et Ferdinand Althammer, chercheurs postdoctoraux au Center for Neuroinflammation and Cardiometabolic Diseases, Jordan Hamm, professeur adjoint de neurosciences à Georgia State, et des collègues de l'Université d'Otago en Nouvelle-Zélande, de l'Université Augusta et de l'Université d'Auburn. La recherche a été soutenue par l'Institut national des troubles neurologiques et des accidents vasculaires cérébraux.
