Le complexe de pré-Bötzinger (PreBotC) : c'est une structure bilatérale caudale au BotC et essentielle à la mise en place du rythme respiratoire (Smith, 1991)
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Complexe de pré-Bötzinger et automatisme respiratoire Identification électrophysiologique, moléculaire et génétique d'une structure cruciale pour la respiration
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25 fév 2018 · Bötzinger complex of inhibitory neurons (Ezure et al , 2003; Tanaka et al , 2003), and the rostral 341 ventral respiratory group (Dobbins and
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UniversitéParisXIII-
SorbonneParisCité
2016 N°attribuéparlabibliothèque
THÈSE
Pourl'obtentiondugradede
Docteurdel'universitéParisXIII
FLORINEJETON
l'hypercapnie JuryFlorenceCayetanot (Examinateur)
FabriceFavret (Examinateur)
JorgeGallego (Rapporteur)
VincentJoseph (Rapporteur)
AurélienPichon (Directeur)
NadineVarin-Blank (Examinateur)
NicolasVoituron (co-directeur)
2Remerciements
montravaildethèse. du laboratoire durant mes quatre années de thèse, ainsi que le GR-EX pour avoir accordé le financementàceprojetdethèse. l'extérieur puisque vous étiez là pour un moment important de ma vie... Merci pour tous les trèsfortedosedefoliegénérale! 3 Un grand merci à tous les autres membres du laboratoire, Dominique, Patricia, Émilie, durant ces quatre années, pour différentes expériences qui m'ont permis de faire de belles Et enfin, merci à Patrick, pour m'avoir soutenue depuis le début de ma thèse jusqu'à manuscrit... 4Résumé
Lors de variations de PO2et PCO2, différents mécanismes se mettent en place afin de ventilatoires. suite àmieux comprendre les modificationsrespiratoires induitespar despathologiquesliées à 5Summary
WhenPO
tissue oxygenation, such as ventilation and metabolism adaptations. In case of hypoxia or hypercapnia(HcVR). to sustained hypoxia (VAH) in Epo deficient mice (Epo-TAgh) and in an animal adapted to high In fine, these experiments allows us to specify the factors involved in ventilatory responses to 6Sommaire
7 8 1769
Listedesabréviations
5-HT:5-Hydroxytryptamine(Sérotonine)
CCR:CommandeCentraleRespiratoire
DRG:GroupeRespiratoireDorsal
GABA:Acideγ-aminobutyrique
HIF:HypoxiaInducibleFactor
HRE:HypoxiaResponseElement
NK1-R:RécepteurNeurokinine1
NMDA:AcideN-méthyl-D-aspartique
NO:OxydeNitrique
(NTSvl)PBr:Parabrachial
PHD:Prolyl-4-hydroxylase
PRG:GroupeRespiratoirePontique
RMg:RaphéMagnus
ROb:RaphéObscurus
RPa:RaphéPallidus
RVH:RéponseVentilatoireàl'Hypoxie
VRG:GroupeRespiratoireVentral
10Listedesfiguresettableaux
Figure1p.13
Figure2p.14
Figure3p.20
Figure4p.23
Figure5p.27
Figure6p.29
Figure7p.31
Figure8p.35
Figure9p.36
Figure10p.38
Figure11p.43
Figure12p.51
Figure13p.52
Figure14p.53
Figure15p.56
Figure16p.61
Figure17p.65
Figure18p.68
Figure19p.71
Figure20p.72
Figure21p.74
Figure22p.74
Figure23p.75
Figure24p.76
Figure25p.78
Figure26p.156
Figure27p.157
Figure28p.160Figure29p.162
Figure30 p.165
Figure31p.166
Figure32p.167
Figure33p.168
Figure34p.169
Figure35p174
Figure36p.184
Figure37p.185
Figure38p.186
Figure39p.188
Tableau1p.44
Tableau2p.47
Tableau3p.66
Tableau4p.155
Tableau5p.158
Tableau6p.159
Tableau7p.162
Tableau8p.163
Tableau9p.164
Tableau10p.169
Tableau11p.181
11INTRODUCTION
I. Contrôledelaventilation
Le renouvellement de l'air dans les alvéoles pulmonaires est assuré par la contraction de générer la commande centrale respiratoire (CCR). La découverte de ce réseauneuronal a respiratoires etdes voies aériennes supérieures permet d'obtenirun cycle respiratoire qui seA. Leréseauneuronalrespiratoire
ontdémarrédèsl'antiquité,au2 18èmesiècle qu'uneétude menée par Lorry sur le lapin a permis d'observer, après ablation du
cervelet et des deux hémisphères cérébraux, une persistance des mouvementsrespiratoires, excluant donc que ces régions soient le siège de l'élaboration de la CCR(Lorry, 1760). Des 12 apneustique, inspiratoire et expiratoire). La localisation précise deces structures nerveusesdécharge était en phase avec l'inspiration ou l'expiration(Gesell,1936, 1940). Depuis, d'autres
(Figure1).Lescatégoriessontlessuivantes:
-Décharge pendant l'inspiration:neurones Early-I (fréquence maximale en début pendant latransitionde l'inspiration à l'expiration) et Pre-I (déchargependant latransition de l'expirationàlal'inspiration). delaphaseE1). find'expiration).Certains neurones ont aussi la capacité de décharger tout le long du cycle respiratoire tout en
131. Anatomieduréseaurespiratoire
2013).
a) Lesstructuresbulbaires ventrale(VRG)(A.Bianchi,1995)(Figure2).l'expiration (Post-I ou E1). Le nerf lombaire (Abd)est actif pendant la seconde phase expiratoire (E2).
Early-I
I-AugLate-I
Post-I
E-Aug Pre-I Phr e RecAbdInspiration Expiration
Post inspi/E1
E2Early-I
I-AugLate-I
Post-I
E-Aug Pre-I Phr e RecAbdInspiration Expiration
Post inspi/E1
E2 14Structuresdorsales
Torrealba & Claps, 1988; Zhang & Mifflin, 2007).Le groupe respiratoire dorsal contient duNTS;VRG,grouperespiratoireventrale A 4VMésencéphale
KF A5 VRGi VRGcMotoneurones
PhréniquesDRG
(vlNTS)VRGrPRGmPB
1 mm RTN pFRG PP lPB 4VMésencéphale
KF A5 VRGi VRGcMotoneurones
PhréniquesDRG
(vlNTS)VRGrPRGmPB
1 mm RTN pFRG PP lPB B 15 Ohtake, 2000; Pawloski-Dahm & Gordon, 1992; Saha, 2001; Weston, 2003; Whitney, 2000).L'implication de cette région dans la mise en place des réponses ventilatoires à l'hypoxie et à
majeurdanslaréponseàl'hypoxie.Structuresventrales
Le groupe respiratoire ventral est composéde plusieurs structures s'organisant le long de l'axe rostro-caudaldubulberachidien. -VRG:Le groupe respiratoire ventral est une structure bilatérale localisée dans la partie Ces deux régions (VRGc et VRGr) se projettentetreçoivent des afférences de trois structuresessentielles à mise en place de la CCR: le noyau rétrotrapézoïde/groupe respiratoire parafacial
comprisesdansleVRG: expiratoires(Alheid & Mccrimmon, 2008; Smith, 2007). Il a été démontré que les neurones GABAergiques et glycinergiques de ce complexe inhiberaient les neurones 162006), qui possèdent des propriétés chémosensibles au CO2,etdes neurones
glycinergiques(Winter,2009). deux régions: une caudale (VLMc) et une rostrale (VLMr).Malgréles nombreuses expériences2(Richerson,2001;Wakai,2015).
Des études récentes ont permis de caractériser le phénotype de ces neurones, montrant ainsi
noyau mais à des âges différents, suggérant une évolution au cours dudéveloppement(Thoby-
Brisson, 2009).Outre le fait que cette structure soit aussi sensible au CO2 (Onimaru, Ikeda, & embryonnaire parafacial (e-pF) enpériode péri-natale (Onimaru,2008; Thoby-Brisson, 2009). La 17 (ROb) et le raphé Pallidus (RPA) et d'une structure bilatérale, le raphé Magnus (RMg).De le contrôle de la ventilation en condition normocapnique ainsi qu'en hypercapnie(Dias, 2007; Holtman, 1990; Hosogai, Matsuo, 1998).Ces régionscontiennent despopulationsdeneurones glutamatergiques(Minson, 1991; Nicholas, 1992)etsérotoninergiques(Richerson, 2001).De récentesexpériencesont permis de mettre en évidence un rôlecrucialdes neurones sérotoninergiques présents dans les raphés dans la mise en place de la commande centralpermis de montrer que les neurones sérotoninergiques n'étaient pas impliqués dans la réponse
une maladie qui se caractérise par des déficits respiratoires (apnées, irrégularités du rythme
réponse à l'hypoxie et à l'hypercapnie(Voituron, 2009). Après P30, il a été observé une
augmentation des irrégularités respiratoires associées à des apnées de plus en plus graves, qui
entrainent lamort à environ P60(Viemari, 2005). Une autre pathologies est la mort subite du mais qui semble impliqué un défaut de 5-HT, comme le démontrent les examens post-mortem (Duncan,2010;Paterson,2006,2009) 18 b) Lesstructurespontiques donc leur propre fonction.De nombreuses études ont montré une implication des structures importante puisque c'est pendant cette phase qu'ont lieu les comportements moteurs quiHudson,2011).
de la colonne ventrolatérale décrite précédemment etassociée avec un groupe de neurones
inhibitrice sur legénérateurdu rythme respiratoire(Hilaire, 2004)viales récepteurs 19transition inspiration/expiration. Il a notamment été mis en évidence que les neurones du PRG
seraient un relai entre les centres respiratoires du bulbe rachidien et les structures pontiques (Bianchi, 1995). De nombreuses projections de la colonne ventrolatérale ainsi que du NTSque l'activité du muscle génioglosse obtenue par stimulation du RTN était diminuée en cas
(Bonis, 2010)mais un effet après le roll-off, principalement au niveau métabolique. En1997, 202. Rythmogénèserespiratoire
au niveau ponto-bulbaire.Néanmoins,les mécanismes quipermettent la mise en place de la hybride(Figure3). a) ModèleréseauFigure3:Hypothèsessurl'originedu
rythmerespiratoire. (D'aprèsViemari,2013)A:Modèleréseau
B:modèlepacemaker
C:Modèlehybride
AHypothèse " réseau »
BHypothèse " pacemaker »
BHypothèse " pacemaker + réseau » Générateur central de la respiration (GCResp)Rythme
Le rythme provient des propriétés synaptiques du réseau Générateur central de la respiration (GCResp)Rythme
Les NRP du CPB imposent le rythme au reste du réseau Générateur central de la respiration (GCResp) NRP et réseau contribuent tous deux à la rythmogenèse I T E I T E I T E NRP NRP CPB CPB 21Au19
préparation dépourvued'afférences périphériques et supérieurs(Suzue, 1984). Suite à cela, des
étésuggéré(Smith,1991).
relais, par exemple en cas de défaillance du Pré-BotC(Mellen, 2003).Le RTN/pFRG pourrait égalementinteragiravecdonclepré-BotC(Champagnat, 2011; Thoby-brisson, 2005).D'autres2004,2005;Zanella,2008).
22c) Modèlehybride réseau respiratoire, et savoirci ces derniers sont indispensables ou non pour permettre actuelle,le modèle hybride. Ilcombinel'activité pacemaker et le réseau neuronal dans rythmerespiratoire.
B. Chémosensibilité
Chez les mammifères, la pression partielle en oxygène dans lesangartériel(PaO2) estUnediminutiondelaquantitéd'O
diminutiondelaPaO quantitédeCO PaCO1. Chémorécepteurspériphériques
carotidiens. Quand àson rôle fonctionnel dans l'homéostasie cardiorespiratoire, il a été mis en
23(Hatcher,1978;Lahiri,1980,1981a,b). pour donner les artères carotides internes et externes(Figure 4).La localisation vis à vis desquotesdbs_dbs43.pdfusesText_43