Effets de l'oxygénation et de l'exercice sur la fluidité membranaire de l’érythrocyte du cheval

L’intégrité de la structure et de la dynamique de la membrane plasmatique est essentielle à la fonction de la cellule. Cette intégrité peut être évaluée par la mesure de la fluidité membranaire globale, reflet de l’ensemble des mouvements des éléments membranaires au sein de la bicouche phospholipidique. Or l’intégrité de la membrane est menacée, entre autre, par les modifications de la structure lipidique résultant de lipoperoxidations. Ces peroxidations lipidiques résultent des attaques radicalaires par des espèces oxygénées activées (EOA) produites lors d’agression oxydante sur les acides gras membranaires.Nous posons l’hypothèse que les conditions d’oxygénations extrêmes, qui peuvent être rencontrées lors d’une anesthésie ou lors d’un stress oxydant induit par l’exercice chez le cheval, peuvent affecter la fluidité membranaire des érythrocytes et que ces variations peuvent être modulées par la modification de la structure membranaire du globule rouge par un supplément antioxydant oral adéquat. L’objectif de ce travail est donc d’évaluer les effets de différentes conditions d’oxygénation et d’oxydation in vitro (par contact avec différents mélanges gazeux), puis in vivo sous anesthésie générale (en faisant varier la fraction inspirée en oxygène) et à l’exercice, et enfin d’évaluer les effets d’une supplémentation enrichie en acides gras de type oméga-3 sur la fluidité membranaire du globule rouge. Les faibles pressions partielles en oxygène dans le sang artériel (PaO2), obtenues in vitro par contact du sang avec un gaz anoxique et in vivo sous anesthésie par inspiration d’air ambiant (<45mmHg et <60mmHg respectivement), n’ont pas eu d’effet sur la fluidité ni sur la structure de la membrane érythrocytaire. On peut supposer que le stimulus est insuffisant ou que la protection de la membrane résulte d’une capacité antioxydante du plasma et de défenses cellulaires suffisantes. Les pressions partielles élevées en oxygène dans le sang, obtenues in vitro par contact du sang avec de l’oxygène pur (PaO2>500mmHg), ont induit un stress oxydant modéré qui n’a pas affecté la structure phospholipidique de la membrane malgré la peroxidation des acides gras de type oméga-6. La fluidité membranaire n’a pas été affectée par ces facteurs.In vivo, les pressions partielles élevées en oxygène observées dans le sang (>200mmHg) ont été insuffisantes pour induire des peroxidations significatives et des modifications de la fluidité membranaire. En revanche, les valeurs élevées de PaO2 ont augmenté la sensibilité du sang à l’hémolyse dans un premier temps, puis sa résistance 24 heures après un retour à la normoxie. Dans ces conditions aucun effet n’a été noté sur la viscosité du sang ni la perfusion musculaire.Par ailleurs, l’exercice intense semble diminuer la fluidité membranaire du globule rouge chez le cheval de sport. Cette diminution s’observe dès 15 minutes après l’arrêt de l’exercice et persiste 24 heures après. Il existe également des corrélations entre certains de ces marqueurs indirects et la fluidité membranaire. La supplémentation n’a pas eu d’effet significatif direct sur l’évolution de la fluidité membranaire observée au repos. Mais elle a pourtant influencé la structure de la membrane. En effet, la complémentation a induit une augmentation du pourcentage d’acides gras de type oméga-3 contenus dans la membrane érythrocytaire ainsi que du ratio oméga-3/oméga-6 pendant la période de repos. Cela résulte de l’incorporation sélective dans la membrane de l’acide eicosapentaénoïque (EPA) et de l’acide docosahéxaénoïque (DHA) apportés par voie orale. Mais aucune corrélation n’a été observée dans notre étude entre la composition en acides gras de la membrane et le marqueur de la fluidité membranaire. La supplémentation n’a pas eu d’effet significatif direct sur l’évolution de la fluidité membranaire observée à l’exercice, mais en a limité la diminution immédiate. Il résulte des études menées que : les conditions d’oxygénation les plus extrêmes qui peuvent être rencontrées en conditions atmosphériques ne semblent pas affecter la fluidité de la membrane. En revanche, un exercice intense, associé à une demande énergétique accrue, peut induire une diminution de la fluidité membranaire en corrélation avec les marqueurs du stress oxydant. Des modifications de la structure membranaire en acides gras polyinsaturés à longue chaîne de type oméga-3 n’affectent pas la fluidité membranaire mais modulent les effets du stress oxydant lors de l’exercice. La fluidité membranaire des érythrocytes pourrait être considérée comme un marqueur direct du stress oxydant dans certaines conditions. Mais ce marqueur semble moins sensible et global que d’autres marqueurs du stress cellulaire tels que le test d’hémolyse ou la mesure de la concentration plasmatique de peroxydes lipidiques spécifiques.The maintenance of plasmatic membrane integrity is mandatory for cell function. This integrity can be assessed by the measurement of global membrane fluidity which is proportional to the whole rotational and lateral diffusion rates of membrane components within the phospholipid bilayer. Membrane integrity could be threatened by changes in lipid structure as a result of lipid peroxidation by free radical species during oxidative stress. We hypothesize that extreme oxygenation status present during anesthesia or during exercise-induced oxidative stress in the horse can alter erythrocyte membrane fluidity (EMF), and that these changes in fluidity depend on variations in erythrocyte membrane structure under the action of an appropriate oral anti-oxidant supplementation.The aims of the study was:•to assess the effect(s) of various oxygenation and oxidative conditions firstly created in vitro (by contact between erythrocyte and different gaz mixtures), and secondly in vivo during general anesthesia (with varying inspired oxygen fractions) as well as during exercise.•To assess the effects of an omega-3 fatty acid-enriched supplementation on EMF.Low partial oxygen pressures, both obtained in vitro and in vivo under anesthesia (respectively <45 and <60 mmHg) did not have any effect on EMF or membrane structure. Erythrocyte membrane may have been protected by an increase in plasmatic anti-oxidative capacity and cellular defenses.High partial oxygen pressures (>500 mm Hg) obtained in vitro induced a moderate oxidative stress which did not alter the phospholipidic structure of the membrane despite peroxidation of omega 6 fatty acids. Partial oxygen pressures obtained in vivo (>200 mm Hg) were unable to induce significant peroxidation and alteration in membrane fluidity. However, high PaO2 values initially increased sensitivity of blood to hemolysis, followed by a tendency towards resistance to hemolysis after 24hours.Intense exercise decreases EMF in the sports horse. This was observed as soon as 15 minutes after exercise and persisted during the recovery period 24 hours later. Correlations were found between oxidative stress indirect markers and membrane fluidity.Supplementation did not affect membrane fluidity but influenced membrane structure by increasing the pourcentage of omega-3 fatty acids and the omega3/omega6 ratio at rest. These changes resulted from selective incorporation into the membrane of orally provided EPA and DHA . However, we could not evidence a correlation between membrane composition and the marker of membrane fluidity (correlation-relaxation time Tc). During exercise, supplementation had no direct effect on variations of membrane fluidity but tapered its immediate decrease.In conclusion, our studies show that the most extreme conditions encountered under atmospheric conditions do not appear to affect EMF. However intense exercise combined with increased energetic requirements induces a decrease in EMF which correlates with variations in markers of oxidative stress. Modifications of membrane composition in long-chain omega-3 polyinsaturated fatty acids do not affect EMF but modulate oxidative stress during exercise. EMF could be a direct marker of oxidative stress under certain conditions but appears less sensitive and comprehensive than other markers of celllular stress such as the “hemolysis test” or the concentration in specific lipidic peroxidation products.