Evaluation du métabolisme énergétique et du flux sanguin par RMN pendant et après un exercice

Entretien avec Alfredo Lopez Kolkovsky, chercheur au Laboratoire d’imagerie et de spectroscopie par RMN du Centre d’Exploration et d’Évaluation Neuromusculaire de l’Institut de Myologie, co-dirigé par H. Reyngoudt et B. Marty. Il est premier auteur d’un article* publié dans la revue Magnetic Resonance in Medicine qui porte sur l’évaluation du métabolisme énergétique et du flux sanguin par RMN pendant et après un exercice du mollet. 

 

Quelle est le contexte global du projet ?

La résonance magnétique nucléaire (RMN) permet d’évaluer le muscle squelettique pathologique ou vieillissant de façon non invasive et quantitative. Cette technique est particulièrement adaptée pour tester l’efficacité d’approches thérapeutiques innovantes, que ce soient des interventions pharmacologiques, géniques ou plus simplement une réadaptation physique ou la prise des compléments alimentaires.

Au-delà de certains indicateurs quantitatifs relatifs à l’anatomie du muscle ou à la structure des tissus musculaires, la RMN permet aussi d’évaluer plusieurs aspects de la réponse physiologique à un test fonctionnel : la consommation d’énergie, l’efficacité mitochondriale à produire de nouveau l’énergie consommée, mais aussi la réponse vasculaire et le flux sanguin dans les muscles sollicités. Ces évaluations uniques permettent d’étudier très précisément certains mécanismes physiologiques et biochimiques jouant un rôle direct sur la performance physique et apportent des informations clé et complémentaires aux évaluation fonctionnelles classiques. 

Notre laboratoire de RMN de l’Institut de Myologie fait partie des pionniers dans le développement des évaluations fonctionnelles dites multiparamétriques, permettant de mesurer ces variables simultanément toutes les deux secondes. Auparavant, l’instrumentation nécessaire pour ces mesures multiparamétriques n’était disponible que dans des machines RMN dédiées recherche, empêchant leur utilisation en clinique sur des IRM ‘classiques’. Nos développements ont permis de surmonter cette limitation sur des IRM de dernière génération. Des ergomètres compatibles avec le haut champ magnétique ont aussi été développés, nous permettant de faire un exercice du mollet adapté à chaque sujet à l’intérieur de l’IRM pendant l’acquisition des mesures multiparamétriques.

Cette approche fonctionnelle multiparamétrique, appliquée pour l’instant dans le mollet, est particulièrement adaptée pour l’étude des maladies métaboliques et inflammatoires, ainsi que pour comprendre l’étiologie de la perte excessive de force observée dans la sarcopénie et la possible baisse de la ‘qualité’ du muscle vieillissant.

 

Quels sont les objectifs ?

Cette étude avait pour objectifs de valider un protocole avec des mesures fonctionnelles multiparamétriques pour son application en routine clinique, et d’évaluer sa reproductibilité pour pourvoir l’inclure dans des essais cliniques. La description détaillée de la méthode avait aussi pour but de la rendre accessible à la communauté scientifique et de se positionner comme site de référence. 

 

Quelles méthodes et protocoles ont été utilisés ?

Premièrement, des modules individuels ont été développés pour mesurer soit l’aspect énergétique, les changements vasculaires, le flux sanguin dans le tissu ou bien la désaturation d’oxygène intracellulaire. Ces méthodes ont été validées individuellement et combinées ensuite pour rendre possible une mesure multiparamétrique. 

En parallèle, deux ergomètres compatibles avec l’IRM ont été développés pour effectuer des flexions ou des extensions plantaires, le premier dédié aux adultes sans attentes musculaires importantes et le deuxième dédié aux enfants et sujets physiquement faibles.

Une sonde ou ‘capteur’ prototype a été développé conjointement avec un fabricant externe spécialisé pour obtenir une haute précision des mesures dans le mollet.

La précision et la reproductibilité de ce dispositif expérimental ont ensuite été testées sur des volontaires en bonne santé, dans un paradigme de flexion plantaire, avant son utilisation sur des patients (myopathies métaboliques).

 

 

Ergomètre compatible IRM
pour l’exercice du mollet

 

Quels résultats ont été obtenus ?

Les valeurs biochimiques ainsi que la reproductibilité de 
nos mesures multiparamétriques sont tout à fait en adéquation avec les valeurs trouvées par d’autres équipes par des méthodes classiques où une seule variable est mesurée durant le paradigme. 

La simultanéité de nos mesures a pu enrichir la valeur des examens puisque de multiples jeux de donnés sont acquis en parallèle sur un même sujet, ce qui constitue une avantage primordial pour étudier des phénomènes complexes, comme la production oxydative d’énergie, où de multiples mécanismes sont impliqués et interagissent entre eux.

Sur cette étude, par exemple, il a été observé qu’une acidification importante du muscle était associée à une réponse vasculaire plus forte et à un échange de sang dans le tissu plus élevé.

Echange du sang capillaire (en haut)
et réponse vasculaire (en bas)

 

Quelles conclusions peut-on en tirer et quelles perspectives cela permet-il d’ouvrir ?

Cette étude a permis de démontrer que notre méthodologie multiparamétrique n’introduit pas des biais sur les résultats ni sur leur reproductibilité par rapport à une approche classique par RMN où l’on ne mesure qu’un nombre restreint de valeurs par examen. En plus de réduire la durée totale de l’examen, cette approche permet de mieux interpréter la réponse physiologique du muscle lors d’un effort physique.

Ce travail représente une étape-clé, intervenant après plusieurs années de développements techniques menés avec l’objectif de démocratiser ces mesures multiparamétriques chez l’homme dans une IRM 3T clinique standard. Ces outils seront inclus dans plusieurs protocoles cliniques ayant pour objectif l’étude du vieillissement musculaire et de la sarcopénie chez l’adulte pour lesquels la recherche de volontaires de tous âges est engagée. Une variante de la méthode multiparamétrique actuelle est en cours de développement pour pouvoir l’appliquer dans la cuisse et plus particulièrement dans le quadriceps, qui est une cible précoce dans le vieillissement. 

 

* Lopez Kolkovsky AL, Marty B, Giacomini E, Meyerspeer M, Carlier PG. Repeatability of multinuclear interleaved acquisitions with nuclear Overhauser enhancement effect in dynamic experiments in the calf muscle at 3T. Magn Reson Med. 2021 Jul;86(1):115-130. doi: 10.1002/mrm.28684. Epub 2021 Feb 9. PMID: 33565187.