Cartographie de l'oxygénation cérébrale chez la souris éveillée

Mapping oxygen in the awake mouse brain

• Auteur / Autrice : Declan Lyons
• Direction : Serge Charpak
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Neurosciences
• Date : Soutenance le 06/02/2015
• Etablissement(s) : Paris 6
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Cerveau, cognition, comportement (Paris)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de neurophysiologie et nouvelles microscopies (Paris ; 2014-2018)
• Jury : Président / Présidente : Philippe Faure
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Bruno Weber, Gilles Bonvento

Mots clés

Mots clés contrôlés

Anesthésie

Oxygène

Microcirculation

Cerveau -- Physiologie

Mots clés libres

Oxygène

Métabolisme cérébral

Microcirculation

Flux sanguin

Anesthésie

Imagerie éveillée

Oxygen

Cerebral metabolism

Résumé

Notre laboratoire a récemment développé une méthode d'imagerie bi-photonique de phosphorescence en profondeur, pour mesurer la Po2 in vivo, avec une résolution micrométrique dans le cerveau de rongeurs anesthésiés (Parpaleix et al. 2013). Le laboratoire a également fait l'observation que la valeur de la Po2 à mi-distance entre deux érythrocytes d'un capillaire, rapporte indirectement la Po2 dans le tissu voisin. Mon projet de thèse a été de mettre au point une approche permettant de mesurer la Po2 cérébrale chez l'animal éveillé non-stressé. Pour ce faire, j'ai développé une approche chirurgicale permettant d'observer en microscopie bi-photonique, le bulbe olfactif et le cortex somato-sensoriel de souris éveillées. J'ai ensuite mis au point une technique d'entrainement permettant à ces souris d'être maintenues en contention en l'absence de stress. La première partie de mon travail, menée dans la couche glomérulaire, a permis de déterminer une Po2 érythrocytaire de 60.6 mm Hg et une Po2 tissulaire de 23 mm Hg, un flux érythrocytaire moyen de 30.6 cellules/s et un hématocrite moyen de 34.6 %.Dans un deuxième temps, j'ai reproduit ces mesures dans le cortex somato-sensoriel et observé des différences régionales touchant la Po2 tissulaire moyenne et les paramètres vasculaires, tels l'hématocrite et le flux érythrocytaire. Enfin, j'ai analysé combien l'anesthésie change l'état d'oxygénation cérébrale. Mes données, obtenues dans des conditions vraiment physiologiques, permettront d'améliorer les modèles de diffusion de l'oxygène, ainsi que l'analyse quantitative du métabolisme cérébral et l'interprétation de la nature des signaux mesurés en imagerie cérébrale humaine.

Two-photon phosphorescence lifetime microscopy allows depth-resolved micron-scale measurements of oxygen partial pressure (Po2) in the brain. The spatiotemporal resolution of these measurements has shown that the portion of capillary plasma in the vicinity of red blood cells (RBCs) has a higher Po2(Po2RBC) than that distant from RBCs(Po2InterRBC). Our group has shown that Po2InterRBC equilibrates with neuropil Po2 and can thus be used to non-invasively measure tissue Po2 (Parpaleix et al., 2013). The relevance of reported high-resolution Po2 values remains uncertain as measurements have only been performed during anaesthesia, which affects both neuronal activity and cerebral blood flow, and thus brain Po2.I measured Po2 at rest, in the awake, unstressed mouse in two brain regions, the olfactory bulb glomerular layer (GL) and the somatosensory cortex. The first section of my research, conducted in the GL, produced the first measurements of blood flow and Po2 parameters in the cerebral microvasculature in physiological conditions. I determined mean Po2 levels of values of 60.6 mmHg for Po2RBC, 23 mmHg for tissue Po2. In the cortex Po2 values show differences between the superficial layers. Furthermore the relationships of RBC Po2 and tissue Po2 to the blood flow parameters differed between the cortical layers, and also in comparison to the olfactory bulb GL.I compared both vascular and tissue Po2 between the awake and anaesthetised states, and observed that anaesthetics can dramatically change Po2 at the microvascular scale. This finding emphasises the importance of measuring these values in the physiologically normal brain.