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LABORATOIRE D'ETUDES INTEGRATIVES NEUROVASCULAIRES ET CARDIOVASCULAIRES
Dans ce laboratoire, les efforts de plusieurs chercheurs sont intégrés dans le but conjoint d'organiser une activité coordonnée de recherche autour des fonctions neurovasculaires et cardiovasculaires chez l'humain. L'activité se caractérise par une approche intégrative allant des régulations physiologiques aux applications cliniques. Les sujets de recherche actuels portent sur les trois thèmes suivants:
A) Régulations nerveuses systémiques du système cardiovasculaire chez l’humain (Guido FERRETTI: Département de Neurosciences Fondamentales)
Notre activité porte sur l’étude des aspects systémiques des régulations nerveuses du système cardiovasculaire. Notamment, nous étudions l’équilibre des systèmes de contrôle sympathique et parasympathique au repos et à l’exercice chez l’humain et les changements d’état respectifs lors des transitions repos-effort. Ces changements d’état sont induits par l’hypotension artérielle causée, en début d’exercice, par la vasodilatation musculaire immédiate, associée à la soudaine augmentation du retour veineux générée par la pompe mécanique musculaire. Ils se manifestent par i) la suppression de l’activité vagale; ii) l’accroissement de l’activité sympathique; iii) le resetting des baroreflexes iv) l’augmentation du débit d’oxygène dans le sang veineux mêlé. Le résultat est une augmentation du débit artériel d’oxygène proportionnelle aux besoins métaboliques et le maintien d’un débit sanguin cérébral constant. Notre postulat est que ces changements dessinent une réorganisation globale de la régulation nerveuse de la circulation à l’effort comparé à l’état de repos.
Les techniques de mesure utilisées incluent entre autres: i) détermination des échanges gazeux pulmonaires respiration par respiration ; ii) enregistrement en continu de la pression artérielle et de l'ECG et détermination du débit cardiaque pulsation-par-pulsation ; iii) analyse des baroreflexes artériels a partir des séries temporelles d'ECG et pression systolique; iv) étude du bilan sympatho-vagal par analyse de la variabilité spontanée de la fréquence cardiaque; v) détermination du débit d'oxygène dans le sang veineux mêlé.
Une meilleure compréhension globale des mécanismes de régulation nerveuse des systèmes cardiorespiratoire et cardiovasculaire a d'importantes implications de nature clinique, notamment dans le domaine de l'hypertension artérielle. Dans la plupart des cas, cette pathologie a une étiologie inconnue (hypertension essentielle). Nous postulons qu'au moins une partie des cas d'hypertension essentielle résulte d'une intégration altérée des signaux en provenance du système cardiorespiratoire telle à engendrer un divers équilibre des éléments définissant l'état de fonctionnement normal du système.
B) Optique biomédicale, système neuro-vasculaire et métabolisme énergétique. (Tiziano BINZONI: Département de Radiologie et Informatique Médicale; Département de Neurosciences Fondamentales)
Grâce aux processus allostasiques, le système nerveux, vasculaire et le métabolisme énergétique peuvent interagir entre eux de manière parfaitement coordonnée et maintenir ainsi la fonctionnalité des organes. Le disfonctionnement de ces processus de régulation et d’adaptation peut avoir des conséquences catastrophiques pour l’être humain. Par exemple, la simple cascade déclenchée par un vasospasme cérébral, i.e. diminution du flux sanguin, diminution du transport d’oxygène, détérioration de l’efficacité des voies métaboliques oxydatives, etc., mène souvent à un bilan néfaste pour l’individu.
Le monitoring non invasif et la compréhension de ces mécanismes de régulation sont donc un sujet de grande importance pour la clinique et la recherche fondamentale. Dans ce cadre, l’optique biomédicale nous propose des solutions de choix. En fait, les techniques de mesure photoniques se placent exactement à l’extrême frontière, là où système nerveux, vasculaire et métabolisme énergétique se joignent. Les nouveaux développements de la «Laser Doppler Flowmetry» (LDF) et de la «Near Infrared Spectroscopy» (NIRS) nous permettent d’accéder à la perfusion sanguine et à l’oxygénation tissulaire au niveau des artérioles, capillaires et vénules. La non-invasivité et la très bonne résolution temporelle de ces techniques optiques, nous ont déjà permis de démarrer des études autrement impossible à réaliser. Nous pouvons ainsi citer par exemple, les investigations concernant le contrôle neuro-vasculaire de la perfusion sanguine et de l’oxygénation de la moelle osseuse humaine, où encore, l’étude des effets induits par des changements locaux de température sur le métabolisme énergétique du muscle squelettique.
Naturellement, la combinaison des techniques photoniques avec d’autres techniques radiologiques traditionnelles non invasives (e.g., ultrasonographie, résonance magnétique nucléaire) complète le bagage d’outils à notre disposition et nous permet d’explorer de façon encore plus approfondie, directement chez l’humain, le système intégré “neuro-vasculo-métabolique”.
Impulsion de lumière (continuum 668-930 nm) de l'ordre de la pico-seconde (10-12 s) détectée après avoir diffusé plusieurs mm à l'intérieur du tissu osseux (tibia humain, in vivo). Ces données nous permettent, par exemple, de calculer la concentration de oxy-, deoxyhémoglobine et la saturation en oxygène du tissu. Ces investigations sont réalisées entre autre grâce à un travail d'équipe international: Université de Genève, CH; Institut d'Optique PM Duffieux, Université de Besançon, FR; Department of Medical Physics & Bioengineering, University College London, UK; HAMAMATSU PHOTONICS, France/Japon.
