Anesthésie : des molécules sous pression

lundi 7 septembre 2015

Sous certaines conditions de pression, les effets de l’anesthésie sont réversibles : un animal placé en état de léthargie se réveille lorsqu’on augmente la pression hydrostatique dans les cellules de son organisme. Ce phénomène, qui suscite bien des interrogations scientifiques depuis plus d’un siècle, vient de trouver des explications grâce à la simulation numérique des mécanismes moléculaires en cause dans les processus d’anesthésie. Une découverte scientifique à laquelle a participé Sylvain Picaud, chercheur CNRS en physique et directeur de l’Institut UTINAM à l’université de Franche-Comté.

«  Le défi était de comprendre comment l’anesthésique interagit avec la membrane des cellules. Nous avons pu observer que cette membrane se dilate lorsqu’elle reçoit les molécules d’anesthésique, et que c’est lorsqu’elle atteint un certain volume que l’anesthésie se déclenche. » Mais si on augmente la pression, la membrane se comprime, son volume diminue, et en dessous de la valeur seuil constatée, l’effet anesthésiant disparaît. Cette expérimentation réalisée par simulation numérique réfute certaines des hypothèses émises par le passé, mais confirme la théorie dite du « volume critique », énoncée par le physicien L.-J. Mullins en 1954. Elle lui apporte cependant un rectificatif : la variation du volume de la membrane s’effectue non pas en épaisseur, mais latéralement.

La simulation portait sur une membrane biologique modélisée recevant quatre types de molécules anesthésiantes : chloroforme, halothane, diéthyl éther et enflurane. Structure chimique, forme, taille, polarité…, les propriétés de ces molécules sont toutes différentes. « Les conclusions sont cependant identiques et cela de façon très nette pour les quatre groupes », explique Sylvain Picaud. Le volume critique : l’explication unique au phénomène d’anesthésie, commune à toutes les molécules en jeu, telle que les scientifiques souhaitaient la trouver depuis longtemps.

Ces résultats, publiés dans Physical Chemistry Chemical Physics en avril 2015, sont l’œuvre d’une collaboration, outre UTINAM, de laboratoires de recherche en Hongrie, Italie et Autriche.

Molécules de chloroforme dans une membrane biologique

Simulation par dynamique moléculaire à 37°C et 1 bar, montrant l’insertion des molécules de chloroforme (en vert) dans une membrane biologique. Illustration Institut UTINAM

Contact : Sylvain Picaud

Institut UTINAM
Université de Franche-Comté / CNRS
Tél. (0033/0) 3 81 66 64 78

source : http://endirect.univ-fcomte.fr



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