Service de Biochimie :A.S. Bargnoux, J.P. Cristol
Service de Réanimation métabolique :L. Amigues, K. Klouche
Du stress Oxydant à la défaillance multiorgane
L. Amigues, K. Klouche
L’oxygène les éléments de toxicité
uv Métaux de transitionMétabolismeénergétique
O2°-O2
NADPH Oxydase Myeloperoxydase
Concept du Stress Oxydant :Concept du Stress Oxydant :rupture d’équilibre et toxicitérupture d’équilibre et toxicité
Activation
phagocytaireMétabolisme
énergétique
O2
O °-
NADPHOxydase
O2°-
O2°-
Oxydants
Nitrés Formesréactives de
l’oxygène
Oxydants
Chlorés
H2O2
O2
O2°-
Agressioncellulaire
Phagocytose
NADPHOxidase
Overproduction of Reactive Oxygen Speciesby activated phagocytes
iNOS
L-Arginine
NO° + O2°-
Lactoferrine
ONOO-
MPOClO-
OH°
Fe2+/ Fe3+
Oxidase
InflammationCytokines
Monocytes
O2 O2°-
Cellulesendothéliales
O2O2°-
NOX
NOX
SOD SOD
H2O2
MPO
ClO- ClO-
NADPH Oxydase et MPO :une nécessaire synergie
Cellules musculaires lisses
O2O2
°- PMNs
endothéliales
NOX
NOX
SODSODH2O2
MPO
O2O2°-
MPO
ClO-ClO-
ClO
StressOxydant
Protéines Glucides Lipides Facteurs deTranscription
Stress Oxydant : cibles moléculaires
ADN
AOPP AGEsFacteurs de
Transcriptionactivés
IsoprostanesMDA
Marqueurs de toxicité cellulaire Marqueurs durôle informatif ?
Basesmodifiées
CYTOKINES
LIPID NETWORK
NFKB
+NADPH
+
Stress oxydant et inflammation :Des boucles d’amplification
FRO
NFKBAP-1PPARHIF
++NADPH
Oxydase /MPO
+
Agression cellulaire
Dysfonctionmitochondriale
CYTOKINES
LIPID NETWORK
NFKB, AP-1
+
+Agression
Stress oxydant et Inflammation :Conséquences phénotypiques
+NADPH
OxydaseModificationsmétaboliques
+
FRO
NFKB, AP-1
HIF, PPARs++
Agressioncellulaire
+Oxydase
MPOmétaboliquesphénotypes
+
Dysfonction d’organes
Stress Oxydant : Evolution du concept
Bactéricidie
Transdifférenciation
Prolifération
Hypoxie Glucose Cisaillement
Cytotoxicité / Nécrose
ProapoptotiqueFacteur de transcription
ROS
EffecteuramplificateurSensor
Du stress Oxydant à la défaillance multiorgane
I) Au niveau du concept :
- La production d’oxydants est multifactorielle. Le Système NADPHOxydase/NOX joue un rôle déterminant dans la surproduction
- Le stress Oxydant a des actions toxiques, informatives et un rôle desensor
- Le stress oxydant et l’inflammation sont liés par des bouclesd’amplification et jouent un rôle clé dans les modifications phénotypiques
II) Le stress Oxydant : une composante du sepsis ?Comment explorer le stress oxydant ?
d’amplification et jouent un rôle clé dans les modifications phénotypiques
Les marqueurs du stress oxydatif
EOA(ROS)
Difficilementmesurables
in vivo
Systèmes producteurs :Dysfonction mitochondrialeActivité NADPH Oxydase
MPO
mesurablesin vivo
Produits deperoxydation
lipidique
Produitsd’oxydationdu glucose
Produitsd’oxydation
des protéines
Produitsd’oxydationde l’ADN
TBARS, MDA, IsoP AOPP AGEs
La dysfonction mitochondriale est associée àLa dysfonction mitochondriale est associée àla sévérité du choc septique :la sévérité du choc septique :
0,2
0,3
Activité Complexe I(citrate synthase activity)
Brealey D et al., Lancet 2002, 360: 219-223
0
0,1
0,2
CTRL Survivants DCD
L’inhibition du complexe I est liée au stressL’inhibition du complexe I est liée au stressoxydantoxydant
Brealey D et al., Lancet 2002, 360: 219-223
Le NO et les iNOS : une étape clé du sepsisLe NO et les iNOS : une étape clé du sepsis
Szabo C., Br. J. Pharmacol., 1993
Activation systémique de la NADPH oxydasechez les patients septiques
45 pts en ICUseptiquesnon septiquesvolontaires
Production d’O2°- par les phagocytes
Durant R., Shock 2004;22:34
10
30
50
70
90
5
15
25
35
AO
PP,µ
mo
l/l
Résultats comparablesSoriano FG et al. CCM 2006;34:1073Abiles J et al. CC 2006;10:146
* p<0.05 vs témoins
** p<0.05 vs témoins
et non-septiques
*** *
La NADPH Oxydase en ICU : un lien avecLa NADPH Oxydase en ICU : un lien avecl’inflammation ?l’inflammation ?
600
Activité NADPH OxydasePMA/Basal (%)
80
100
AOPP (µmol/L)266,9+437,4
200
300
IL-6
L. Amigues, Protocole CIRAH
0
200
400
CTRL ICU0
20
40
60
CTRL
3+5
0
100
CTRL ICU ICU
Le sepsis stimule la MPO tissulaire
Foie
2
MP
O(U
/gd
etissu
) Reins
4
6
8
Intestin0,4
0,6* *
Chiu WC et al., Journal of Nutritional Biochemistry 2009
0
1
T0 T6h T24h
MP
O(U
/gd
etissu
)
0
2
4
T0 T6 T240
0,2
T0 T6 T24
1 000
1 500
MPO (pmol/L)
MPO plasmatique : un marqueur (accessible) desepsis ?
IC(BNP> 100)
IRCHD
Diabétes Sepsis Témoins0
500
1 000
MPO : Les limites préanalytiques :Influence de l’héparine
1200
1600
MPO (pmol/L)
X 5
0
400
800
Av Hép 15 minAp Hép
Scheffer PG et al.,Clinical Biochemistry, 2009; on line
Les antioxydants
EOA(ROS)
Enzymatiques:SOD, Catalase, GPx
…Antioxydants …Non enzymatiques
Antioxydants
Produits deperoxydation
lipidique
Produitsd’oxydationdu glucose
Produitsd’oxydation
des protéines
Produitsd’oxydationde l’ADN
Systèmes de protection
H2O2O2°-
Productiond'anion superoxyde
H2OSOD GPx
CatalaseChélateur
OH°ONOO-ClO-
Stress Oxydant
Chélateurdes métaux
Vitamines E/C
CaroténoïdesGSHMannitol...
Polyphénols
Les systèmes antioxydants : une interprétationdifficile
• Variables en fonction de l’organe :• parfois de la localisation de l’organe
• Variables en fonction de la nature des antioxydants :• Enzymatiques : possibilité d’adaptation (induction)• Non enzymatiques : dépend uniquement des apports nutritionnels• Non enzymatiques : dépend uniquement des apports nutritionnels
• Variables en fonction de la durée de l’agression :• Consommation• Induction
• Variable en fonction de l’état antérieur :• l’âge :• l’état nutritionnel
Le système enzymatique : un déficit relatif
Production de ROSDéfenses antioxydantes
Yang et al., J. Physiol., 2007
Le déficit relatif antioxydant :Influence des conditions initiales
Femmes
Hommes
600
800
Plasma Gpx (U/L)
1,10
1,12
1,14
1,16
1,18
Pro
du
cti
on
O2°-
(cp
s/le
uc
o) P<0.05
Artur et al.,Free Radicals and Aging. 1992.
Ans
400
600
******
10 30 50 70 90
1,00
1,02
1,04
1,06
1,08
1,10
60-77 77-83 83-92
Age (ans)
Pro
du
cti
on
O2
E. Ventura,Free Radic Biol Med, 2009
Du stress Oxydant à la défaillance multiorgane
II) Le stress Oxydant est une composante du sepsis :
- Les systèmes de production d’oxydant sont suractivés :
dysfonctionnement mitochondrial, NOS, NADPH Oxydase
I) Le stress oxydant :
- Rôle de sensor, informatif d’amplification du signal inflammatoire,effecteur de la toxicité.
dysfonctionnement mitochondrial, NOS, NADPH Oxydase
- Les systèmes antioxydants sont dépassés :
le déficit relatif peut-être amplifié par l’état antérieur
- Les marqueurs d’atteinte oxydative sont tous élevés
III) Le stress Oxydant est –il impliqué dans la défaillancemultiorgane ? L’exemple de la dysfonction myocardique septique
Dysfonction myocardique septique
- Dysfonction systolique du Vg
- Dysfonction diastolique du Vg- Dysfonction diastolique du Vg
- Dysfonction systolique du Vd
Dysfonction biventriculaire précoce et réversible (7j)
Mécanismes potentiels de l’altérationMécanismes potentiels de l’altérationde la fonction myocardique au cours du sepsisde la fonction myocardique au cours du sepsis
SO
Flierl MA et al. Mol Med. 2008
SO
* p< 0,05 vs CTRL
Activation de la NADPH Oxydase dans un modèleanimal (rat) de choc endotoxinique
LPS IV( 10mg/kg)mesure TBARS plasmatiques et anion superoxyde tissualire
0,30
0,401
Cœur O2°-(mv/mg VG) Aorte O2°
- (mv/mg Ao)
**
*
* **1,0
TBARS pl (nM/mL)
**
*
Klouche K, ESICM 2006
0,00
0,10
0,20
0,30
0,2
0,6
*
0,2
0,6
CTRL LPS90
LPS180
LPS360
*
CTRL LPS90
LPS180
LPS360
CTRL LPS90
LPS180
LPS360
Dysfonction myocardique septique
Modèle animal (rat) de CS par LPC
Barth E et al. CCM 2006; 34:545
Modèle animal (rat) de CS par LPCCLP, iNOS-/-, inhib iNOS
déficit génétique iNOS ou blocage pharm.amélioration FS Vg, réponse
aminespas d’effet sur la fonction
diastolique
MYOCARDIOPATHIE SEPTIQUERôle du stress oxydant?
CYTOKINES
+ +
Mol d’adhésion
Facteurs transcriptionnels
TOXICITE
NO
+ +
stress oxydant
Exploration biologique de la myocardiopathis septique :Est-elle modifiée par la connaissance de la physiopathologie ?
-Repose sur les marqueurs de lésion :
Les troponinesamélioration des sensibilités fonctionnelles ?
Nouveaux marqueurs de lésionvalidation dans la dysfonction cardiaque ?
- Repose sur les marqueurs de fonction :Les peptides natriurétiques
- Place pour des marqueurs de production de radicaux libres ?
Dysfonction myocardique septiquePeptides natriurétiques
Roch A., , Critical care, 2007. Charpentier J. et al., Crit Care Med, 2004
La myéloperoxydase : un facteur prédictif de lacardiomyopathie septique ?
Brennan et al.,
N Engl J Med Octobre 2003
DCD81+28
DCD56+23
Dominguez -Rodriguez etal.,
A. J Cardiol 2008
La myéloperoxydase : un facteur prédictif de lacardiomyopathie septique ?
?
Brennan et al.,
N Engl J Med Octobre 2003
Du stress Oxydant à la défaillance multiorgane
II) Le stress Oxydant est une composante du sepsis :
I) Le stress oxydant : du sensor à la toxicité
III) Le stress Oxydant est impliqué dans la dysfonctionmyocardique septique
IV) Perspectives : Peut-on moduler le stress oxydant au cours dusepsis ?sepsis ?
Le preconditionning corrige le déficit relatif enantioxydant
Yang et al., J. Physiol., 2007
-Chronic Hypoic preconditionning
-LPS
-Kidney injury
La modulation du stress oxydant là où on nel’attend pas
- Le pouvoir antioxydant des statine ?
- Le Ngal ?- Le Ngal ?
Un pouvoir antioxydant pour les statines ?
Modèle murin de CS (LPC)
**
*
simvastatine (SVT)
60
100
Merx MW et al. Circulation 2005; 112:117
PMA PMA+SVT ctle
p21 rac 2
actine
p67 phox
CTRL ICU SEPSIS
20
Durant R. et al., Shock 2004;22:34
NGAL : un effet antioxydant ?
Schmidt-Ott et al, JASN, 2007
Activation de voies métaboliquesdépendantes du fer :Prolifération/différentiation tubulaireHeme oxygenase 1« Cytoprotection »
CHO-NGAL : cellules transfectéesavec NGAL
Dysfonction myocardique septique
- Facteurs dépresseursmyocardiques circulants :
TNFaTNFa
IL6, IL1, C5a ….
- NO :Originaire des iNOSEffet inotrope négatif :
(via cGMP)Effet toxique direct :
(via le ONOO-)-Origine du NO
SystémiqueIn situ (réaction avec l’O2°
-)Parillo E et al. J Clin Invest 1985; 76:1539
La myéloperoxydase : un facteur prédictif de lacardiomyopathie septique ?
1 000
1 500
MPO (pmol/L)
Brennan et al.,
N Engl J Med Octobre 2003
IC(BNP> 100)
IRCHD
Diabétes SepsisTémoins0
500
Dysfonction myocardique septiqueMarqueurs cardiaques
BNPANP
CRP
cTnI
Day 1 ICU Day 2 ICU
Yucel T.. et al., Exp Clin Cardiol, 2008
Apache
Production de radicaux libres :Production de radicaux libres :IsoformesIsoformes NADPH oxydaseNADPH oxydase
(Ray et Shah 2005) Bedard, K. et al., 2007
Stress Oxydant : Evolution du concept
BactéricidieProlifération(CMLV)
Sensor
Hypoxie Glucose Cisaillement
Cytotoxicité / Nécrose(foyer inflammatoire)
Proapoptotique(CMLV)Facteur de transcription
(NFkB, AP-1, PPARs …)
Transdifférenciation(CMLV, EC, Mph)
361 pts admispour inf. dont 82 st.
5353 pts bactériémiques
11362 pts suivis sur 3 ans50% statinesmortalité liée à l’infection
Intérêt potentiel des statines dans le sepsisEtudes Cliniques Rétrospectives
Thomsen RW et al CCM 2006;34:1080
Réduction risque: 16%
Almog Y et al CCM 2007;35:372Almog Y et al Circ 2004;110:880
438 pts MV>96h, 38 st.50% statines
Marqueur de sévérité?Fernandez R et al ICM 2006;32:2743
Dysfonction myocardique septiqueévaluation biologique
lésions myocardiques élev. Troponines (structurel)
tension Vg élev. BNP (fonctionnel)SEPSIS
Recommandations
1. Élévation cTn: dysfonction myocardique et mauvais pronosticsélection de pts à risque: échocard., monitoring card
2. Élévation BNP ? Dilatation VG et baisse FE ?
Le système enzymatique : les difficultés de lacinétique !
Cu/Zn SOD : rein de rat Mn SOD : rein de rat
Leach M., B Pharmacol J., 1998
Dysfonction myocardique septiquemécanismes
Modèle animal (rat) :
ctl
Chagnon F et al. CCM 2006; 34:127
Modèle animal (rat) :Choc Sep. (LPS IP)
Troubles de la microperfusionmyocardique
Œdème et hyperperméabilté
Perfusion de la paroi du segm. ant du myocarde (C11-acétate)
sepsis
VG O2°- (mv/mg VG)
0,6
0,8
1,0
TBARS plasmatiques (nM/mL))
§
0,2
0,3 * *
§
Modulation négative de la NADPH oxydase
Modèle animal (rat) de choc endotoxinique (LPS iv) prétraité 15 min avant LPS
0,0
0,2
0,4
0,6
0
0,1
0,2
* p< 0,05 drogue vs choc septique 6h; § p< 0,05 choc septique vs contrôle
La myéloperoxydase : un facteur de mauvaispronostic en cas de choc cardiogénique
Dominguez -Rodriguez A. J Cardiol 2008
DCD81+28
DCD56+23
Production de radicaux libres :Production de radicaux libres :Un coproduit du métabolisme énergétiqueUn coproduit du métabolisme énergétique
O2°-
Antioxydants Prooxydants
2 O2 2 O2°-
PKC
Modèle d'activation de la NADPH oxydase :
Phosphorylation et géranylgéranylation
gp 91
p22
rap 1A
NADPH
NADP+
+ H +
p67
p47
p40
PP
P
P
P
PP
PKCp38
MAPK
(Lynch 2000; Viedt 2000; Ward 2000)
rap 1A
rac 2
GDP
p67
p47
p40
PPP
PP
P
rac 2
GDP
Acetyl CoA
Isoprenyls
Cholesterol
GTP
rac 2
2 O2 2 O2°-
gp 91p22
rap 1A
Statins prevent Geranylgeranylation ofStatins prevent Geranylgeranylation ofracrac--2 and NADPH Oxidase activation2 and NADPH Oxidase activation
x
x
p67
p47
p40
PP
P
P
P
PP
rac 2
GTPGDP
NADPH
NADP+ + H +
rap 1A
rac 2
Acetyl CoA
Isoprenyls
Cholesterol
P
Statins
x
x
GTP
rac 2x