Résumé non technique d'un projet d'expérimentation animale publié sur ALURES le 19/09/2023
("EC NTS/RA identifier" : NTS-FR-750457)
Objectifs et bénéfices escomptés du projet
Décrire les objectifs du projet.
Les types d’entraînement physique reconnus comme étant les plus bénéfiques sur la santé sont le continu (à intensité modérée pendant une durée relativement longue (1h ou plus)) et l’intermittent (de courtes fractions de haute intensité avec des intervalles de récupération réguliers). Les effets bénéfiques de ces deux types d’entraînement sont très étudiés chez l’homme, particulièrement chez des patients présentant des facteurs de risque de maladies cardiovasculaires, sans que les mécanismes physiologiques ne soient bien compris. Le modèle choisi pour ce projet est le rat de souche Wistar. Même si, de par sa quadrupédie, la biomécanique de la course ne ressemble pas à celle de l’homme, tous les mécanismes physiologiques induits à l’exercice sont retrouvés chez cet animal qui comprend la tâche à réaliser. De plus, il présente l’avantage d’être représentatif de la population humaine car chaque rat répondra individuellement à l’entraînement auquel il sera soumis et c’est exactement ce que nous recherchons pour cette étude. L’entraînement de type intermittent sur des rats sains, mis en place et validé au laboratoire, a montré qu’il exacerbait davantage les capacités oxydatives par rapport à un entraînement continu tout en ne diminuant pas l’index d’adiposité. Ce résultat est tout à fait intéressant car très controversé dans la littérature, ce qui interroge sur les mécanismes physiologiques qui relient les tissus musculaire et adipeux avec de l’intermittent. Notre laboratoire va se doter d’un tapis de course calorimétrique. Cet équipement permet une mesure directe de la VO2max (indice de la capacité maximale aérobie d’un individu), complémentaire des mesures dites « de terrain » que nous réalisons habituellement avec la mesure de VMA (Vitesse maximale aérobie). Un des premiers objectifs est donc de maîtriser et de comparer ces deux outils. En effet, peu de laboratoires font directement correspondre ces deux méthodes d’exploration du métabolisme aérobie. Le second objectif concerne la mise au point d’une co-culture des cellules primaires (cellules musculaires striées squelettiques-adipocytes) issues des animaux « entraînés » afin de comprendre notre précédent résultat (pas de diminution de l’index d’adiposité) en étudiant entre autres les molécules impliquées dans l’inflammation (myokines et adipokines).
Quels sont les bénéfices susceptibles de découler de ce projet?
Tous les résultats obtenus permettront de mieux comprendre les mécanismes physiologiques impliqués dans les bénéfices de l’entraînement intensif sur l’organisme au profit de la santé humaine. A court terme, les bénéfices de ce projet portent sur la compréhension des mécanismes in vivo du métabolisme aérobie (mesuré par la détermination du quotient respiratoire obtenu directement par le test de VO2max), les activités enzymatiques plasmatiques et les marqueurs inflammatoires (prélèvements sanguins in vivo). Ces mécanismes sont aussi explorés sur les tissus prélevés après mise à mort. A moyen terme, la mise en place de co-cultures muscles-adipocytes à partir d’animaux entraînés, permettra de vérifier la durabilité des effets de l’exercice ex-vivo, et d’explorer la communication de ces populations de cellules (par le biais des adipokines et des myokines) sans repasser par un animal. A plus long terme, ces données sur cellules, en plus de proposer une alternative à l’expérimentation animale, seront une vraie plus-value sur la compréhension des mécanismes induits par l’entraînement intensif, surtout sur le tissu adipeux car les données bibliographiques sont contradictoires et principalement ciblées sur des pathologies métaboliques.
Nuisances prévues
À quelles procédures les animaux seront-ils soumis en règle générale?
Tous les animaux (n = 20) sont soumis à deux prélèvements sanguins sous anesthésie gazeuse au niveau de la veine latérale caudale aux âges de 7 et 12 semaines. Ils réalisent tous un test de capacité maximale aérobie (appelé test de VO2max) à l’âge de 8 semaines et seuls les animaux entraînés en intermittent intensif (HIIT, n=10) referont ce test (à 11 et 14 semaines) pour réajuster l’entraînement à leurs capacités individuelles. Le jour du test, ils ne feront pas leur séance d’entraînement et récupèreront 48 heures avant de reprendre l’entraînement. L’entraînement HIIT individualisé (n = 10) débute à l’âge de 9 semaines et perdure 6 semaines consécutives à raison de 5 séances/semaine d’une durée de 36 min/jour. Les animaux non entraînés (n = 10) ne courent pas mais sont manipulés quotidiennement de la même façon que les animaux entraînés.
Quels sont les effets/effets indésirables prévus sur les animaux et la durée de ces effets?
Les effets indésirables attendus sont : – le stress mais ce dernier sera largement réduit par une contention et manipulation journalières des animaux par les mêmes concepteurs sur toutes les techniques utilisées. Les prélèvements sanguins seront réalisés sous anesthésie gazeuse. – La fatigue liée au test de capacité maximale aérobie (VO2 max) d’une durée de 25 minutes maximum. Ce test est considéré comme une procédure sévère dans l’annexe de l’Arrêté du 1er février 2013 relatif à l’évaluation éthique et à l’autorisation de projet car nous atteignons l’épuisement de l’animal (point limite). Cependant, dès l’arrêt de l’exercice, l’animal est mis au repos et il récupère dans les 20 secondes suivantes. Il explore son environnement, et se toilette tout de suite après l’arrêt du test.
Justifier le sort prévu des animaux à l’issue de la procédure.
Nous devons travailler sur des prélèvements d’organes et c’est la raison pour laquelle, à l’issue de notre projet, tous les animaux sont mis à mort.
Application de la règle des "3R"
1. Remplacement
Notre travail porte sur une étude intégrative et non invasive des effets de l’entraînement physique intensif sur le métabolisme aérobie et anaérobie chez des individus sains. A l’heure actuelle, les mesures de VO2 max sont réalisées chez l’homme mais nous ne pouvons pas récupérer tous ses organes pour étudier les mécanismes physiologiques à l’issue d’une période d’entraînement. Il n’est pas non plus possible de remplacer le modèle animal actuel par des cellules ou des modèles bioinformatiques car ces méthodes alternatives n’apportent pas de réponses intégratives. Par contre, nous souhaitons réaliser une co-culture primaire d’adipocytes-cellules musculaires sur les animaux ayant suivis notre procédure expérimentale. A terme, si la méthode fonctionne, elle constituera une méthode alternative aux expérimentations sur l’animal.
2. Réduction
Nous avons réduit le nombre d’animaux par groupe au strict minimum pour que les résultats soient statistiquement exploitables et pour nous donner une marge de 10 % en cas d’échec (liés au refus de courir pour le groupe HIIT). Les tests statistiques utilisés seront des ANOVA multifactorielles (2 facteurs à étudier : âge, exercice) pour des données qui seront gaussiennes, avec des groupes à petits effectifs. Si les données ne sont pas gaussiennes, un test non paramétrique sera utilisé (test U de Mann et Whitney). De plus, après mise à mort des animaux, la mise en place de co-culture muscle-tissu adipeux permet de dupliquer les expériences sans repasser par l’animal. Cette technique nous permettra, à terme, de réduire le nombre d’animaux à utiliser dans nos futurs projets.
3. Raffinement
Tout au long du protocole, les conditions de stabulation sont réalisées dans un souci de bien-être de l’animal et ils sont suivis quotidiennement (tables de suivi de soin fournies en annexe). Toute la procédure expérimentale est réalisée par du personnel à jour de leur maintien de compétence et parfaitement formé aux techniques mises en œuvre dans cette demande. Avant de démarrer le protocole d’entraînement intensif, les animaux sont habitués sur le tapis roulant à marcher, puis à courir jusqu’à atteindre 30 min de course quotidienne environ, pendant au minimum 4 jours. Cette étape est primordiale : elle permet à l’expérimentateur et à l’animal de créer une confiance qui conditionne la réussite de la tâche à accomplir. Les vitesses sont maintenues sur des durées adaptées à l’aptitude des rats et leur compréhension de l’exercice. Le test de capacité maximale aérobie (VO2 max) est toujours réalisé seul le vendredi (pas de séance d’entraînement ce jour-là) pour que les animaux soient au repos pendant 2 jours avant de reprendre l’entraînement le lundi suivant. A l’issue de chaque séance d’entraînement, les animaux sont récompensés par un petit morceau de pomme. Les prélèvements sanguins se feront sous anesthésie gazeuse (isoflurane induction 4%, maintien 2%), et la ponction cardiaque terminale sous anesthésie générale (Kétamine 1000 à 100mg.kg-1/Xylazine à 2%, à 10 mg/kg-1).
Expliquer le choix des espèces et les stades de développement y afférents.
Le rat est un animal doué et intelligent qui peut être conditionné à l’activité physique, en particulier la souche Wistar. Les mécanismes physiologiques de l’activité physique sur ce modèle sont très proches de ce qui se déroule chez l’homme. Tous les protocoles démarrent à l’âge de 5 semaines et se terminent à l’âge de 15 semaines