thesis

Caractérisation d'un effet sensitif de la stimulation électrique gastrique

Defense date:

Jan. 1, 2012

Edit

Institution:

Rouen

Disciplines:

Authors:

Abstract EN:

Gastric electrical stimulation (GES) is used to treat dyspeptic symptoms refractory to conventional medical management. GES involves short pulses electrical stimulation delivered through 2 electrodes implanted in the stomach antrum and connected to an implantable stimulator. Although clinical efficacy of GES has been established, its mechanisms of action remains poorly understood. In a first work, we showed that GES could increase the discomfort threshold to gastric distension (GD) in 9 patients implanted for GES. This increase was associated with clinical improvement at 6 months, while gastric emptying was not. We conclude therefore that GES acts rather through a sensitive than a motor effect. To further investigate the effect of GES on visceral sensitivity, we developed an anesthetized rat model of GD. To validate our model, we established a collaborative work with the team EA4667 from the Marseille University, known for their work on brainstem nesfatinergic neurons. Using our model, we showed that GD stimulated brainstem nesfatinergic neurons within the nucleus of the solitary tract. We also observed that these neurons exhibited a GABAergic phenotype. Using retrolabelling studies, we showed that brainstem nesfatinergic neurons innervated the mucosa of the stomach. In a third study, we investigated the specific effect of GES on gastric nociceptive pathways in response to GD in anesthetized rat. We showed that GES diminished the gastric pain, measured as the variation of blood pressure, in response to GD. We further showed that GES could prevent the neuronal activation induced by GD within the dorsal horn of the spinal cord (T9-T10 metameric levels), the nucleus of the solitary tract, and the paraventricular nucleus of the hypothalamus. The effect of GES on the spinal cord was not modified by prior transection of the medulla at the metameric level T5-T6. Finally, ERK 1/2 phosphorylation studies showed that GES prevented neuronal activation induced by GD within the nuclei of T9-T10 splanchnic afferent neurons. Taken together, these results confirmed that GES could increase gastric threshold to GD, and this effect was mediated by splanchnic afferents. In a last work, we investigated the effect of ghrelin and its receptor, GHS-R1a, on visceral pain using the same rat model. Administration of iv acylated ghrelin decreased the nociceptive response to GD, and was prevented by pretreatment with iv [D-Lys3]-GHRP-6, a GHS-R1a antagonist. GES, no longer inhibited the nociceptive response to GD after iv injection of [D-Lys3]-GHRP-6. Lastly, western blotting analysis showed that GHS-R1a was expressed in DRG at a higher level than in the hypothalamus, where acylated ghrelin acts to increase food intake. In conclusion, we showed that GES increased the discomfort threshold to GD by acting directly on splanchnic afferent nerves, then on the brain centers to improve patients dyspeptic symptoms. The effect of GES is likely to be mediated through the GHS-R1a receptors located within the splanchnic afferents.

Abstract FR:

La stimulation électrique gastrique (SEG) est utilisée dans le traitement des symptômes dyspeptiques, réfractaires au traitement médical. La SEG s’effectue par l’intermédiaire de deux électrodes de stimulation implantées par voie coelioscopique dans la musculeuse de l’antre gastrique et reliées à un stimulateur implanté dans la paroi abdominale. Bien que la SEG améliore les symptômes dyspeptiques des patients implantés, en particulier les nausée et vomissements, elle n'accélère pas la vidange gastrique et son mécanisme d'action reste donc inconnu. Dans un premier travail, nous avons formulé l'hypothèse que la SEG exerçait une action sensitive sur l'estomac, en augmentant les seuils d'inconfort à la distension gastrique (DG). Nous avons donc étudié le volume maximal tolérable en réponse à la DG chez 9 patients implantés pour SEG. Nous avons observé que la SEG augmentait les seuils d'apparition du volume maximal tolérable entre la période préopératoire et à 6 mois de stimulation. Cette augmentation était corrélée à l'évolution symptomatique des patients, tandis que la variation de la vidange gastrique pendant cette même période ne l'était pas. Nous avons donc conclu que la SEG exerçait chez l'Homme un effet sensitif qui pourrait expliquer l'amélioration symptomatique observée au cours de ce traitement Afin de développer et valider un modèle de rat anesthésié permettant d'étudier les conséquences centrales de la DG, nous avons établi une collaboration avec l'équipe EA4667 de l'Université de Marseille, spécialisée dans les neurones nesfatinergiques du tronc cérébral. Cette collaboration nous a permis d'établir que la DG chez le rat anesthésié, augmentait le nombre de neurones nesfatinergiques exprimant la protéine c-fos dans le noyau du tractus solitaire (NTS). De plus, ces neurones nesfatinergiques étaient également des neurones GABAergiques, dans le tronc cérébral. Enfin, une étude de rétromarquage a permis d'établir que ces neurones nesfatinergiques innervaient bien la muqueuse gastrique. Ces résultats validaient notre modèle de DG chez le rat anesthésié au thiobutabarbital sodium pour la suite de nos travaux. Dans une troisième étude, nous avons utilisé un modèle de rat anesthésié et évalué la sensibilité gastrique à la DG par la mesure de la variation de la pression artérielle (ΔPA). L'activation neuronale a été mesurée par l'expression de la protéine c-fos et la phosphorylation de la protéine ERK 1/2 respectivement dans le système nerveux central (SNC) et dans les ganglions spinaux T9 et T10. Nous avons montré dans ce modèle que la SEG diminuait la réponse nociceptive gastrique à la DG, par un mécanisme indépendant des récepteurs aux opiacés. De plus, la SEG permettait de prévenir l'activation neuronale induite par la DG dans la corne postérieure de la moelle épinière au niveau métamérique T9, mais également dans le NTS et les neurones CRFergiques du NPV. Cet effet persistait dans la corne postérieure de la moelle épinière malgré une transection médullaire réalisée à un niveau métamérique sus-jacent (T5-T6). Enfin, la SEG permettait de prévenir l'activation neuronale induite par la DG dans les ganglions spinaux T9 et T10. L'ensemble de ces données suggèrent donc que la SEG module la sensibilité gastrique à la distension par une action directe sur les afférences splanchniques. Dans un dernier travail, nous avons émis l'hypothèse que la ghréline agissait sur la sensibilité viscérale et que ceci pourrait intervenir dans les effets de la SEG sur la sensibilité gastrique. A l'aide du même modèle de rat anesthésié, nous avons démontré que la ghréline administrée par voie intraveineuse diminuait la réponse nociceptive gastrique à la DG, et que l’injection de l’antagoniste du récepteur GHSR1a bloquait l'effet de la ghréline. D'autre part, l'administration de cet antagoniste permettait également de prévenir les effets de la SEG sur la réponse nociceptive gastrique à la DG. Enfin, nous avons démontré par analyse en western blot que le récepteur GHS-R1a était exprimé dans les ganglions spinaux T9-T10. Ces éléments indiquent donc que la ghréline peut diminuer la réponse nociceptive gastrique à la DG via la mise en jeu du récepteur GHS-R1a, et que ce mécanisme pourrait expliquer l'effet sensitif de la SEG dans ce modèle. L'ensemble de ces résultats indiquent donc que la SEG exerce un effet sensitif direct sur les afférences splanchniques gastrique en réponse à la DG. Cet effet recrute probablement la ghréline et le récepteur GHS-R1a, et se répercute au niveau central, pouvant ainsi expliquer l'amélioration symptomatique observée au cours de ce traitement.