HYPOxie et HYPOthermie au cours de la plongée chez les éléphants de mer: exploration des paradoxes physiologiques – HYPO2

Le cerveau est particulièrement vulnérable à l'hypoxie en raison de ses besoins élevés en oxygène et en énergie pour maintenir correctement ses fonctions. Chez l’Homme, diverses pathologies cérébrales (AVC, traumatisme crânien, apnée du sommeil…) entrainent des épisodes d'hypoxie et des dommages irréversibles, à ce jour sans traitement. Les études cliniques humaines traditionnelles et en parallèle les études expérimentales animales sont limitées pour proposer de nouvelles approches thérapeutiques. Le consortium HYPO2 pense que de nouvelles stratégies sont nécessaires et propose d'utiliser une approche physiologique comparative unique pour comprendre comment certains mammifères sont capables de faire face à des événements hypoxiques extrêmes et répétés. Parmi la famille des phoques, l'éléphant de mer du Sud (EMS) (Mirounga leonina) est le plongeur de l’extrême, effectuant des plongées jusqu'à 2000 m tout en restant immergé pendant des durées stupéfiantes de 120 min. Les EMS possèdent la capacité exceptionnelle de maintenir l'intégrité de leurs fonctions cognitives malgré des conditions hypoxiques extrêmes rencontrées lors de leurs plongées longues et profondes. Cette situation paradoxale s’explique probablement par un mécanisme de redistribution sanguine et d’hypothermie. Étonnamment, les phoques ont un contrôle conscient sur ces mécanismes physiologiques lorsqu'ils plongent. L’EMS fournit donc un modèle animal unique pour étudier les mécanismes physiologiques de tolérance à l'hypoxie et ses effets cumulatifs potentiels. Pour mieux comprendre l'adaptation des mécanismes physiologiques, HYPO2 abordera les questions suivantes : 1) comment la physiologie circulatoire gère le défi de la privation d'oxygène dans les environnements extrêmes ; et 2) comment le cerveau peut maintenir une activité neuronale pendant l'apnée malgré des concentrations d'oxygène sanguin extrêmement faibles, et être protégé des épisodes d’hypoxiques répétés. Ces questions seront abordées pour 3 âges de développement différents (jeunes sevrés n = 21, juvéniles - phoques inexpérimentés - n = 27 et phoques adultes n = 18) pour apprécier le rôle de l'expérience dans cette tolérance à l’hypoxie.
Nous étudierons les EMS dans l'archipel de Kerguelen, en liberté et en conditions expérimentales (chambre de respirométrie expérimentale, translocation). Dans le module de travail (WP) 1, nous étudierons comment les EMS de différents groupes d'âge réduisent leur taux métabolique pour éviter de dépasser leur limite théorique de nage (dépendant des stocks d’O2 embarqués), respectivement en fonction de l'âge et des durées de plongée (apnée). Dans le WP2, nous allons cartographier l'activation et l’oxygénation cérébrale des phoques pendant les plongées en fonction du stade de développement et de la durée et de la profondeur des plongées. Dans le WP3, les effets de l'hypoxie / hypothermie sur les capacités métaboliques des phoques seront étudiés aux niveaux cellulaire et moléculaire pour le muscle et le cerveau en fonction de l'âge et de la durée de la plongée. La multidisciplinarité de l’équipe permettra de collecter une grande variété de mesures via l'enregistrement de l'activité cérébrale (EEG, NIRS), le métabolisme (enregistrement cardiaque avec ECG), l’activité musculaire, en relation avec des paramètres de plongée précis permettant de calculer un effort de plongée. L'expertise complémentaire des partenaires assurera donc la réussite de ce projet.
Ce projet vise ainsi à étudier l'un des phoques possédant les capacités de plongée les plus extrêmes et est le premier tremplin vers un futur programme multidisciplinaire. S'appuyant sur ce projet, nous étudierons comment l'Homme pratiquant la plongée libre met en place des mécanismes de tolérance à l’hypoxie extrême avec l'entraînement. Nous transposerons ensuite ces connaissances acquises jusqu’aux patients souffrant de troubles de l'apnée du sommeil avec de nouvelles approches thérapeutiques potentielles.