Activation volontaire du nerveux sympathique système et atténuation de l'immunité innée réponse chez l'hommeMatthijs Koxa, b, c, 1, Lucas T. van Eijka, c, Jelle Zwaaga, c, Joanne van den Wildenberga, c, Fred C. G. Sweepd, Johannes G. van der Hoevena, c et Peter Pickkersa, ca. Médecine des soins intensifs, anesthésiologie, cNijmegen Institute for Infection, Inflammation and Immunity, et médecine de laboratoire, Centre médical universitaire Radboud, Geert Grooteplein 10, 6500 HB, Nimègue, Pays-Bas. Edité par Tamas L. Horvath, École de médecine de l'Université Yale, New Haven, Connecticut, et accepté par le comité de rédaction le 14 mars 2014 (reçu pour revue le 5 décembre 2013).
La production excessive ou persistante de cytokines pro-inflammatoires joue un rôle central dans les maladies auto-immunes. L'activation aiguë du système nerveux sympathique atténue la réponse immunitaire innée. Cependant, le système nerveux autonome et le système immunitaire inné sont considérés comme des systèmes qui ne peuvent pas être influencés volontairement. Ici, nous avons évalué les effets d’un programme d’entraînement sur le système nerveux autonome et la réponse immunitaire innée. Des volontaires sains ont été randomisés dans le groupe d'intervention (n = 12) ou le groupe témoin (n = 12). Les sujets du groupe d'intervention ont été formés pendant 10 jours à la méditation (méditation du troisième œil), aux techniques de respiration (i.a., hyperventilation cyclique suivie d'une rétention de souffle) et à l'exposition au froid (i.a., immersions dans de l'eau glacée). Le groupe témoin n'a pas été formé. Par la suite, tous les sujets ont subi une endotoxémie expérimentale (administration in vitro de 2 ng / kg d'endotoxine d'Escherichia coli). Dans le groupe d'intervention, la mise en pratique des techniques apprises a entraîné une alcalose et une hypoxie respiratoires intermittentes, ce qui a entraîné une augmentation importante des taux plasmatiques d'épinéphrine. Dans le groupe d'intervention, les taux plasmatiques de cytokine anti-inflammatoire IL-10 ont augmenté plus rapidement après l'administration d'endotoxines, fortement corrélés aux taux antérieurs d'épinéphrine et étaient plus élevés. Les taux de médiateurs pro-inflammatoires TNF-α, IL-6 et IL-8 étaient plus bas dans le groupe d'intervention et en corrélation négative avec les niveaux d'IL-10. Enfin, les symptômes pseudo-grippaux étaient plus faibles dans le groupe d'intervention. En conclusion, nous démontrons que l'activation volontaire du système nerveux sympathique entraîne la libération d'épinéphrine et la suppression subséquente de la réponse immunitaire innée chez l'homme in vivo. Ces résultats pourraient avoir des implications importantes pour le traitement des affections associées à une inflammation excessive ou persistante, telles que les maladies auto-immunes.
ImportanceJusqu'à présent, le système nerveux autonome et le système immunitaire inné étaient considérés comme des systèmes qui ne pouvaient être influencés volontairement. La présente étude montre que, grâce à la mise en pratique de techniques apprises dans le cadre d’un programme d’entraînement à court terme, le système nerveux sympathique et le système immunitaire peuvent effectivement être influencés volontairement. Des volontaires sains pratiquant les techniques apprises ont présenté une augmentation importante de la libération d'épinéphrine, ce qui a entraîné une augmentation de la production de médiateurs anti-inflammatoires et une atténuation subséquente de la réponse des cytokines pro-inflammatoires induite par l'administration intraveineuse d'endotoxines bactériennes. Cette étude pourrait avoir des implications importantes pour le traitement de diverses affections associées à une inflammation excessive ou persistante, en particulier des maladies auto-immunes dans lesquelles des traitements antagonistes des cytokines proinflammatoires ont montré un grand bénéfice.
Le système immunitaire inné est essentiel à notre survie, mais une production excessive ou persistante de cytokines pro-inflammatoires peut entraîner des lésions tissulaires et des lésions organiques, comme dans les maladies auto-immunes. Les thérapies biologiques antagonistes des cytokines pro-inflammatoires ou de leurs récepteurs sont très efficaces et ont révolutionné le traitement des maladies auto-immunes, telles que la polyarthrite rhumatoïde et la maladie inflammatoire de l'intestin (1, 2). Cependant, ces médicaments sont coûteux et ont des effets secondaires graves (3, 4). Par conséquent, des thérapies innovantes visant à limiter la production de cytokines inflammatoires de manière plus physiologique sont justifiées.
L'activation aiguë du système nerveux sympathique atténue l'inflammation via l'activation des catécholamines par les récepteurs β2-adrénergiques, illustrée par le fait que l'épinéphrine (nor) atténue la lipopolysaccharide (LPS) induite par la libération de TNF-α in vitro (5, 6) et par la perfusion à court terme de l'épinéphrine limite la production de cytokines proinflammatoires in vivo au cours d'une endotoxémie expérimentale (administration iv de LPS chez des volontaires sains) (7). De plus, dans le cadre d'une réponse au stress, une augmentation des niveaux de catécholamines est souvent accompagnée d'une élévation du cortisol, une hormone immunosuppressive bien connue [via l'activation de l'axe hypothalamo-hypophyso-surrénalien] (8, 9).
Outre la modulation exogène (pharmacologique ou électrique) du système nerveux autonome (ANS), la stimulation endogène de l'activité du SNA peut également limiter la réponse inflammatoire, mais le SNA est généralement considéré comme un système qui ne peut pas être influencé volontairement. Cependant, les résultats d'une étude de cas réalisée récemment sur un individu néerlandais, qui détient plusieurs records du monde en matière de résistance au froid extrême, suggèrent le contraire (10). Il a été démontré que cet individu était capable d'activer volontairement le système nerveux sympathique grâce à une méthode mise au point par lui-même impliquant la méditation, l'exposition au froid et des techniques de respiration. Cela a entraîné une augmentation de la libération de catécholamine et de cortisol et une réponse immunitaire innée remarquablement légère au cours d'une endotoxémie expérimentale, par rapport à plus de 100 sujets ayant déjà subi une endotoxémie expérimentale. Dans la présente étude, nous avons étudié les effets de son programme d’entraînement (voir film S1 pour une impression) sur les paramètres du système nerveux sympathique et la réponse immunitaire innée chez des volontaires sains hommes au cours d’une endotoxémie expérimentale de manière contrôlée et randomisée.
Les caractéristiques initiales des sujets ayant subi une endotoxémie expérimentale dans les deux groupes étaient similaires (Tableau 1).
Paramètres cardiorespiratoires, température et symptômes. Dans le groupe témoin, les paramètres de gaz sanguin artériel pCO2, pO2, pH, bicarbonate, lactate et saturation en oxygène étaient normaux et ne changeaient pas de manière importante au cours de l'endotoxémie (Fig. 1 A – F). En revanche, chez les personnes formées, la mise en pratique des techniques de respiration acquises a entraîné une diminution immédiate et profonde de la pCO2 et du bicarbonate, ainsi qu'une augmentation du pH (pouvant atteindre 7,75 chez les sujets; Fig. 2 et Movie S2), indiquant une alcalose respiratoire aiguë , qui s'est normalisé rapidement après la cessation des techniques de respiration. La pO2 moyenne est restée pratiquement inchangée chez les sujets entraînés, alors que les taux de lactate étaient significativement élevés, mais pas aux niveaux cliniquement pertinents. Une diminution significative de la saturation en oxygène a été observée dans le groupe formé lors de la pratique des techniques de respiration (Fig. 1F). Les niveaux minimaux de saturation en oxygène dans chaque cycle d'hyper / hypoventilation (après avoir cessé de respirer pendant plusieurs minutes) ont généralement chuté à environ 50% chez les individus entraînés pendant une courte période (-10 s; Fig. 2 et Movie S2). La fréquence cardiaque et la pression artérielle moyenne (MAP) ont montré une tendance typique de l'endotoxémie dans le groupe témoin: une diminution progressive de la MAP et une augmentation compensatoire de la fréquence cardiaque après l'administration de LPS (Fig. 1 G et H). Dans le groupe entraîné, la fréquence cardiaque augmentait après le début des techniques de respiration et se normalisait plus tôt que dans le groupe témoin, alors que la MAP diminuait au cours des techniques de respiration et suivait ensuite le même schéma que dans le groupe témoin. L'administration de LPS a provoqué de la fièvre, avec une augmentation maximale de la température dans le groupe témoin de 1,9 ± 0,2 ° C (moyenne ± SEM), alors que cette augmentation était moins prononcée et normalisée plus tôt dans le groupe formé (Fig. 1I). Les symptômes auto-déclarés (nausées, maux de tête, tremblements, douleurs musculaires et au dos sur une échelle de Likert sur six points) ont atteint leur maximum 1,5 h après l'administration du LPS dans les deux groupes, mais ont été atténués chez les sujets entraînés par rapport au groupe témoin (réduction de 56%). % en niveaux de pointe; Fig. 1J).
Niveaux de catécholamine et de cortisol. Les taux plasmatiques d'épinéphrine (Fig. 3A) ont fortement augmenté une heure après l'administration du LPS et ont atteint leur maximum à T = 1,5 h dans le groupe témoin. Chez les sujets entraînés, les taux initiaux d'épinéphrine étaient significativement plus élevés par rapport au groupe témoin (moyenne ± SEM: 1,02 ± 0,22 par rapport à 0,35 ± 0,06 nmol / L, P = 0,007) (test t de Student non apparié). Après avoir commencé à pratiquer les techniques de respiration apprises, les niveaux d'épinéphrine ont encore augmenté dans ce groupe et ont atteint un pic juste avant l'administration de LPS (moyenne ± SEM: 2,08 ± 0,37 nmol / L à T = 0 h, les sujets individuels pouvant atteindre 5,3 nmol / L). et est resté élevé jusqu'à la fin des techniques de respiration. Contrairement à l'épinéphrine, les taux de norépinéphrine et de dopamine sont restés dans la plage de référence tout au long de l'expérience (Fig. 3 B et C). Les taux de norépinéphrine étaient similaires entre les groupes au cours de la période de respiration, bien que les sujets entraînés aient présenté des taux plus élevés au début et à la fin des techniques de respiration. En revanche, les niveaux de dopamine étaient légèrement inférieurs chez les individus entraînés au cours des techniques de respiration mais étaient similaires entre les groupes avant et après. Il n'y avait aucune différence dans les taux sériques de cortisol, une hormone de stress, entre les groupes avant ou pendant la période au cours de laquelle le groupe formé pratiquait ses techniques; cependant, les niveaux se normalisent plus rapidement chez les individus entraînés (Fig. 3D).
Compte de leucocytes. Le nombre total de leucocytes dans les deux groupes a montré le schéma biphasique typique induit par une endotoxémie avec une leucopénie initiale suivie d'une leucocytose (Fig. S1A). Les concentrations de leucocytes étaient nettement plus élevées chez les individus entraînés. 30 min après le début des techniques de respiration (T = 0 h), une augmentation du nombre de lymphocytes a été observée chez les individus entraînés, ce qui n'était pas présent dans le groupe témoin (Fig. S1B). Les concentrations de neutrophiles et de monocytes étaient similaires ps à ce moment précoce, mais étaient nettement plus élevés dans le groupe formé à des moments ultérieurs (Fig. S1 C et D).
Cytokines plasmatiques. Les concentrations plasmatiques des cytokines pro-inflammatoires TNF-α, IL-6 et IL-8, ainsi que de la cytokine anti-inflammatoire IL-10, ont toutes augmenté de façon marquée après l'administration de LPS dans les deux groupes (Fig. 4). Cependant, chez les individus entraînés, les taux de TNF-α, IL-6 et IL-8 étaient significativement atténués, alors que la réponse à l'IL-10 était considérablement augmentée par rapport au groupe témoin (TNF-α, IL-6 et IL-8). niveaux inférieurs de 53%, 57% et 51%; niveaux d’IL-10 de 194% plus élevés). En outre, les taux d'IL-10 dans le groupe formé ont augmenté rapidement après l'administration de LPS (à T = 1 h) et ont atteint leur maximum une heure avant le pic observé dans le groupe témoin. Conformément aux rapports précédents (11), les concentrations plasmatiques de la cytokine pro-inflammatoire IL-1β étaient à peine détectables au cours de l'endotoxémie humaine. Les concentrations étaient inférieures à la limite de détection (3,9 pg / ml) chez tous les sujets sauf quatre (deux dans chaque groupe, présentant de très faibles concentrations (4 à 6 pg / ml) à un ou trois moments dans le temps, sans cinétique apparente dans le temps). Les concentrations de la cytokine anti-inflammatoire TGF-β ne présentaient aucune cinétique après l'administration de LPS et n'étaient pas différentes entre les groupes (Fig. S2A). Nous avons également mesuré les concentrations plasmatiques de leptine, une adipokine exerçant une activité pro-inflammatoire. Au départ (T = -1 h), on a observé une tendance à la baisse des niveaux de leptine dans le groupe formé par rapport au groupe témoin (moyenne ± SEM: 3,36 ± 0,55 vs 4,99 ± 0,74 ng / mL, P = 0,09, non apparié Test de Student), qui est resté apparent à tous les moments ultérieurs (Fig. S2B). La cinétique de la leptine a montré un schéma biphasique avec une diminution initiale modeste suivie d'une augmentation progressive dans les deux groupes. Cependant, il n'y avait pas de différences entre les groupes au fil du temps.
Analyses de corrélation. Comme le montre la figure 5A, il existait une forte corrélation positive (rs = 0,82, p = 0,001) entre les niveaux d'épinéphrine dans le groupe formé à T = 0 h (30 min après le début des techniques de respiration) et l'augmentation précoce du taux d'IL-1. 10 niveaux à T = 1 h, qui n'étaient pas présents dans le groupe témoin (rs = 0,18, P = 0,571). En outre, il existait des corrélations inverses significatives entre les taux de cytokine anti-inflammatoire IL-10 à T = 1 h et les taux maximaux de médiateurs pro-inflammatoires TNF-α (atT = 1,5h), IL-6 (atT = 2h) et IL -8 (atT = 2h) dans le groupe formé (Fig. 5 B – D). Dans le groupe témoin, aucune corrélation inverse de ce type entre l'IL-10 et les cytokines proinflammatoires n'a été observée. En fait, nous avons trouvé des corrélations positives significatives entre les niveaux précédents de TNF-α et d’IL-6 et les niveaux d’IL-10 à des instants ultérieurs (TNF-αT = 1 vs. IL-10T = 2: rs = 0,59, P = 0,045 et IL-6T = 1,5 contre IL-10T = 2: rs = 0,60, P = 0,039).
DiscussionNous montrons ici qu'un programme de formation à court terme et la mise en pratique des techniques de respiration apprises au cours de ce programme entraînent la libération d'épinéphrine, l'induction d'une production précoce d'IL-10 anti-inflammatoire et, par conséquent, l'atténuation de la réponse immunitaire innée proinflammatoire au cours d'une endotoxémie humaine expérimentale. En outre, les personnes formées ont présenté moins de symptômes pseudo-grippaux associés à une endotoxémie et une normalisation plus rapide de la fièvre et des niveaux de cortisol, qui sont probablement le résultat de la réponse pro-inflammatoire atténuée.
Cette étude démontre que la réponse immunitaire innée in vivo peut être influencée volontairement de manière non pharmacologique par l'activation volontaire du système nerveux sympathique. Conformément aux données de notre groupe témoin, il a déjà été démontré que l'endotoxémie humaine entraînait une augmentation des taux d'épinéphrine (12). Cependant, chez les personnes formées, les niveaux d'épinéphrine étaient déjà profondément augmentés 30 minutes après le début de la pratique des techniques de respiration, avant l'administration du LPS. Les niveaux d'épinéphrine chez les individus formés étaient encore plus élevés que ceux rapportés dans une étude récente dans laquelle il avait été découvert que le stress aigu provoqué par un saut à l'élastique supprimait la production de cytokines par des leucocytes ex vivo stimulés par le LPS (13). 800 Comme les niveaux de norépinéphrine, de dopamine et de cortisol n'étaient pas augmentés sur 600 dans le groupe d'entraînement, il semble que les techniques entraînent principalement une stimulation de l'entrée sympathique dans la médullosurrénale, car c'est la source d'épinéphrine la plus abondante dans le corps et dans l'épinéphrine. -les cellules chromaffines productrices de la médullosurrénale sont beaucoup plus abondantes que celles produisant de la noradrénaline (14).
Les effets de potentialisation observés sur la production d'anti-inflammatoire IL-10 ainsi que l'atténuation des taux de cytokines pro-inflammatoires sont en accord avec une étude réalisée précédemment, où l'épinéphrine était in vitro. administré avant le LPS chez des volontaires sains et entraînait une production précoce et accrue d’IL-10 (7) et des études montrant que le prétraitement avec l’IL-10 entraînait une atténuation de la réponse proinflammatoire chez des volontaires sains (15, 16). Dans le groupe d’entraînement, fortes corrélations inverses entre les niveaux d’IL-10 à un stade précoce et des niveaux maximaux ultérieurs des médiateurs pro-inflammatoires ont été trouvés, alors que dans le groupe témoin, l'inverse a été constaté: corrélations positives entre les niveaux précédents de médiateurs pro-inflammatoires et les niveaux maximaux ultérieurs d'IL-10. Ces résultats indiquent que la réponse pro-inflammatoire détermine la production d'IL-10 dans le groupe témoin, alors que l'augmentation précoce de la production d'IL-10 induite par l'épinéphrine inhibe la proinflammation dans le groupe formé. Les augmentations précoces des lymphocytes et les concentrations plus élevées de neutrophiles en circulation dans le groupe de formation par rapport au groupe de contrôle peuvent également être attribuées aux taux élevés d'épinéphrine observés chez les individus entraînés, car les catécholamines induisent une leucocytose caractérisée par une lymphocytose initiale suivie d'une augmentation des autres. sous-populations (17). De plus, des modifications similaires du nombre de leucocytes avaient déjà été observées au cours d'une hyperventilation volontaire (18). Notre étude est limitée par le fait que nous n'avons pas mesuré les sous-types spécifiques de leucocytes tels que les nombres de CD3, CD4 et CD8, ainsi que les cellules B, les cellules dendritiques et les cellules tueuses naturelles (NK), dont certaines se sont avérées spécifiquement altéré par les catécholamines et / ou le stress (19, 20).
Il semble que ce soient principalement les techniques de respiration utilisées par les individus entraînés qui expliquent l'augmentation de l'épinéphrine et l'atténuation ultérieure de la réponse inflammatoire. Une des limites de notre plan d’étude est qu’elle ne permet pas d’identifier le composant particulier des exercices de respiration pratiqué qui entraîne une augmentation des taux d’épinéphrine. De plus, l’effet de la durée de la formation et de la durée de la propension à des réponses modifiées après la formation n’a pas encore été déterminé. Cependant, les effets sur l'épinéphrine sont probablement une conséquence de la phase d'hyperventilation et de l'hypoxie dues à la rétention de la respiration, car il a été démontré que les deux augmentaient les niveaux d'épinéphrine (18, 21 à 24). L’augmentation de l’épinéphrine induite par l’hyperventilation dépendait de la diminution des niveaux de bicarbonate, l’hyperventilation combinée à une perfusion de bicarbonate (entraînant hypocapnie et alcalose mais des taux de bicarbonate normaux) annulait l’augmentation de l’épinéphrine (24). Inconcordance, dans la présente étude, les taux de bicarbonate étaient significativement plus bas chez les sujets entraînés lors de la pratique des techniques de respiration par rapport aux sujets témoins. Il est peu probable que la réponse atténuée en cytokines soit le résultat direct d’une pCO2 faible et d’un pH élevé, car l’alcalose hypocapnique, par opposition à l’acidose hypercapnique (25), n’est pas associée à des effets anti-inflammatoires. Par conséquent, l'épinéphrine est le facteur intermédiaire le plus probable (7). Néanmoins, on ne peut exclure que d'autres éléments de l'entraînement, mis à part la pratique des exercices de respiration, aient finalement affecté la réponse immunitaire innée induite par le LPS. Par exemple, l'exposition au froid extrême et au réchauffement subséquent au cours des sessions de formation pourrait avoir résulté en un préconditionnement ischémique et / ou en une libération de motifs moléculaires associés au danger (DAMP), pouvant conduire à un état de tolérance vis-à-vis du LPS ultérieur.
Il reste à déterminer si les résultats de cette étude utilisant un modèle d'inflammation aiguë chez des volontaires sains peuvent être extrapolés à des patients atteints de maladies auto-immunes chroniques. Par exemple, le stress chronique peut être nocif dans ces conditions en raison de l'induction de médiateurs pro-inflammatoires (26), alors que des crises de stress à court terme, similaires aux effets de l'intervention de formation décrite dans cette étude, peuvent être bénéfiques en raison d'effets immunosuppresseurs ( 26). Il est intéressant de noter que le potentiel anti-inflammatoire in vivo chez l'homme des produits biologiques actuellement utilisés dans le traitement de la polyarthrite rhumatoïde a été établi pour la première fois dans des études de démonstration du principe de l'endotoxémie humaine (27, 28), illustrant la pertinence du modèle pour étudier de nouvelles thérapies de ce type. type de maladie.
En conclusion, la présente étude de démonstration de principe démontre que le système nerveux sympathique et le système immunitaire peuvent être volontairement influencés par la mise en œuvre de techniques relativement faciles à apprendre dans un court laps de temps. Il pourrait donc avoir des implications importantes pour le traitement de diverses affections associées à une inflammation excessive ou persistante, en particulier des maladies auto-immunes.Matériels et méthodes Sujets.
Cette étude contrôlée randomisée parallèle a été enregistrée sur ClinicalTrials.gov sous le numéro NCT01835457. Après approbation par le comité d'éthique local du centre médical de l'université Radboud de Nimègue (CMO 2012/455), 30 volontaires néerlandais, hommes en bonne santé et non-fumeurs, ont été inclus dans l'essai. Tous les sujets ont fourni un consentement éclairé écrit et les expériences étaient conformes à la Déclaration d'Helsinki, y compris les révisions actuelles, et aux directives de bonnes pratiques cliniques. Les sujets ont été examinés avant le début de l’expérience et ont subi un examen physique normal, ctrocardiographie et valeurs de laboratoire de routine. Les critères d'exclusion étaient les suivants: maladie fébrile au cours des deux semaines précédant l'expérience d'endotoxémie, prise de médicaments sur ordonnance, antécédents de collapsus vagal spontané, pratique ou expérience de tout type de méditation ou participation à un essai antérieur dans lequel le LPS avait été administré. Les sujets ont été répartis au hasard dans le groupe formé (n = 18) ou le groupe témoin (n = 12) par l'ouverture d'une enveloppe scellée préparée par une infirmière de recherche non impliquée dans l'étude. Après avoir terminé le programme de formation, 12 des 18 sujets entraînés ont été assignés au hasard pour participer aux expériences expérimentales d'endotoxémie (expliqués plus en détail dans Conception de l'étude et procédure de formation ci-dessous).
Trois sujets du groupe témoin ayant subi une endotoxémie le même jour et ayant reçu du LPS par la même ampoule ont été exclus de l'essai et remplacés. Leurs symptômes, l'élévation de la température, la réponse hémodynamique et la réponse aux cytokines étaient incompatibles avec le fait d'avoir reçu une dose adéquate de 2 ng / kg de LPS. La détermination par lots des taux de cytokines a révélé des taux exceptionnellement bas chez les trois sujets: leur pic de réponse aux cytokines (TNF-α et IL-6) était inférieur à la moitié de celui des taux les plus faibles enregistrés dans une cohorte de 112 sujets de sexe masculin en bonne santé ayant subi une endotoxémie expérimentale (10) et atteint un pic à des moments atypiques (sujet 1, TNFα = 39 pg / mL 4 h après l'administration de LPS et IL-6 = 27 pg / mL 4 h après l'administration de LPS; sujet 2, TNF-α = 32 pg / mL 3 h après l'administration de LPS et d'IL-6 = 31 pg / mL 3 h après l'administration de LPS et le sujet 3, TNF-α = 9 pg / mL 2 h après l'administration de LPS et IL-6 = 7 pg / mL 3 h après l'administration du LPS). Par conséquent, une erreur d’administration de la dose d’endotoxine a été supposée et les sujets ont été remplacés.
Conception de l'étude et procédure de formation. L'étude a été menée séquentiellement en deux blocs identiques, chacun comprenant neuf sujets du groupe formé (dont six ont finalement participé aux expériences d'endotoxémie, expliquées ci-dessous) et six sujets du groupe témoin. Cette conception a été choisie pour minimiser les biais dus aux différences d'intervalle entre la fin de la période d'entraînement et les expériences d'endotoxémie. Le but de notre étude étant d'étudier les effets de l'intervention d'entraînement sur la réponse immunitaire innée dans un modèle d'inflammation systémique normalisé, nous n'avons pas évalué les effets de l'intervention d'entraînement sur les paramètres du système immunitaire en l'absence d'endotoxémie. Un aperçu schématique de la conception de l'étude (un bloc) est présenté à la figure S3. Le groupe formé a été formé par le Néerlandais Wim Hof et trois formateurs qui avaient déjà suivi un cours d’instructeur de Wim Hof pour devenir formateur. Un médecin de l’équipe d’étude (L.T.v.E.) et le chercheur principal (M.K.) ont assisté à toutes les séances de formation (en Pologne et aux Pays-Bas), ainsi qu’aux expériences expérimentales d’endotoxémie. Les quatre premiers jours du programme de formation ont eu lieu en Pologne et ont été les plus intensifs. Le programme comportait trois éléments principaux: la méditation, l'exposition au froid et les techniques de respiration (voir Film S1 pour une impression du programme de formation).
i) La méditation, dite «méditation du troisième œil», est une forme de méditation comprenant des visualisations visant à une relaxation totale.
ii) Au cours de la formation, les sujets se sont volontairement exposés au froid de plusieurs manières: rester debout dans la neige pieds nus pendant 30 min au maximum et rester torse nu dans la neige pendant 20 min; plonger / nager quotidiennement dans de l'eau glacée (0–1 ° C) pendant plusieurs minutes (y compris les submersions complètes); et la randonnée sur une montagne enneigée (altitude: 1 590 m) la poitrine nue, ne portant que des shorts et des chaussures à des températures allant de -5 à -12 ° C (refroidissement éolien: -12 à -27 ° C).
iii) Techniques de respiration, consistant en deux exercices. Au cours du premier exercice, il a été demandé aux sujets d’hyperventiler pendant 30 respirations en moyenne. Par la suite, les sujets ont expiré et ont retenu leur souffle pendant environ 2-3 minutes («phase de rétention»). La durée de rétention de la respiration était entièrement à la discrétion du sujet lui-même. La rétention respiratoire était suivie d'une inspiration profonde, maintenue pendant 10 s. Par la suite, un nouveau cycle d'hyper / hypoventilation a commencé. Le deuxième exercice consistait en inspirations profondes et expirations dans lesquelles chaque inspiration et expiration était suivie d'une haleine de souffle pendant 10 s, durant laquelle le sujet resserrait tous les muscles de son corps. Ces deux exercices de respiration ont également été réalisés lors des expériences d'endotoxémie. Le programme d’entraînement comprenait également des exercices de musculation (par exemple, des pompes et des techniques d’équilibre du yoga).
À leur retour de Pologne, les sujets ont pratiqué les techniques qu'ils ont apprises quotidiennement à la maison (2–3 h / j; l'exposition au froid était obtenue en prenant des douches froides) jusqu'au jour de l'expérience d'endotoxémie (5 à 9 jours plus tard). En outre, une dernière formation de groupe a eu lieu et à la fin de cette journée, si x des neuf sujets formés (dans chaque bloc) ont été sélectionnés au hasard pour participer aux expériences d'endotoxémie, en utilisant la méthode de l'enveloppe scellée. Cette sélection a été effectuée pour permettre le remplacement du sujet en cas d'événement indésirable ou de maladie chez l'un des sujets entraînés sélectionnés pour les expériences d'endotoxémie. Les sujets sélectionnés ont pratiqué lors d'une dernière séance d'entraînement dirigée par Wim Hof, la veille du jour de l'expérience sur l'endotoxémie. Wim Hof était présent pour encadrer les sujets pendant les trois jours d’expérimentation sur l’endotoxémie durant les 3 heures de pratique des techniques apprises par les sujets du groupe formé. Le groupe témoin n'a subi aucune procédure d'entraînement pendant toute la période de l'étude.
Endotoxémie humaine expérimentale. Les sujets se sont abstenus de consommer de la caféine ou des substances contenant de l'alcool 24 heures avant le début de l'expérience et des aliments 10 heures avant le début de l'expérience d'endotoxémie. Les expériences ont été effectuées à l'unité de recherche du département de soins intensifs. Les procédures du jour de l'expérience sur l'endotoxémie sont illustrées à la figure S4. Le lipopolysaccharide purifié (LPS, endotoxine de référence des États-Unis Escherichia coli O: 113) obtenu auprès de la section du développement pharmaceutique des National Institutes of Health, fourni sous forme de poudre lyophilisée, a été reconstitué dans 5 ml de solution saline à 0,9% pour injection et vortex mélangés pendant au moins 20 min après la reconstitution. La solution de LPS a été administrée par voie intraveineuse. injection en bolus à une dose de 2 ng / kg de poids corporel en 1 min à T = 0 h. Une canule a été placée dans une veine antécubitale pour permettre la perfusion d'une solution à 0,9% de NaCl; les sujets ont reçu 1,5 L de NaCl à 0,9% pendant 1 heure, 1 heure avant la perfusion d’endotoxines (préhydratation) dans le cadre de notre protocole d’endotoxémie standard (29), suivi de 150 mL / h jusqu’à 6 h après la perfusion d’endotoxines et de 75 mL / h jusqu’au fin de l'expérience. L'artère radiale a été canulée à l'aide d'un cathéter artériel de calibre 20 (Angiocath; Becton Dickinson) et connectée à un ensemble de surveillance de la pression artérielle (Edwards Lifesciences) afin de permettre une surveillance continue de la pression artérielle et des prélèvements sanguins. Les données de fréquence cardiaque (électrocardiogramme à trois dérivations), de pression artérielle, de fréquence respiratoire et de saturation en oxygène (oxymétrie de pouls) ont été enregistrées à partir d'un moniteur patient MP50 de Philips toutes les 30 s à l'aide d'un système d'enregistrement de données développé à l'interne 1 h avant l'administration de LPS jusqu'à la sortie de l'unité de soins intensifs 8 h après l'administration de LPS. La température corporelle a été mesurée à l'aide d'un thermomètre tympanique à infrarouge (FirstTemp Genius 2; Sherwood Medical). Les symptômes pseudo-grippaux induits par le LPS (maux de tête, nausées, frissons, douleurs musculaires et au dos) ont été notés toutes les 30 minutes sur une échelle de Likert en six points (0 = aucun symptôme, 5 = le pire ressenti), donnant un score total de 0–25.
Trente minutes avant l’administration de LPS (T = −0,5 h), les sujets du groupe formé ont commencé la première technique de respiration (cycles hyper / hypoventilation, voir Film S2) jusqu’à T = 1 h, suivie de la deuxième technique de respiration (inhalation profonde et expiration). en combinaison avec le raffermissement des muscles) jusqu'à T = 2,5 h. Par la suite, les sujets ont cessé de pratiquer toutes les techniques. Le groupe témoin n'a pratiqué aucune technique pendant la journée d'expérimentation sur l'endotoxémie.
Paramètres de gaz sanguins. Les paramètres de gaz sanguins ont été analysés dans du sang artériel anticoagulé par l'héparine de lithium à l'aide de cartouches CG4 + et d'un analyseur de gaz sanguins i-STAT au point de service (Abbott).
Catécholamines. Le sang a été recueilli dans des tubes refroidis d'héparine de lithium et a été immédiatement placé sur de la glace et centrifugé à 2 000 xg pendant 10 min à 4 ° C, après quoi le plasma a été stocké à -80 ° C jusqu'à l'analyse. Les concentrations plasmatiques de norépinéphrine, d'épinéphrine et de dopamine ont été mesurées à l'aide de méthodes d'analyse de routine également utilisées pour les échantillons de patients (HPLCy avec détection fluorimétrique, comme décrit précédemment) (30).
Cortisol. Le sang a été recueilli dans des tubes séparant le sérum et a été laissé se coaguler à la température ambiante pendant au moins 30 minutes. Ensuite, les échantillons ont été centrifugés à 2000 xg pendant 10 min à 4 ° C, après quoi le sérum a été stocké à -80 ° C jusqu'à l'analyse. Les taux de cortisol ont été déterminés à l'aide d'une méthode d'analyse de routine également utilisée pour les échantillons de patients (immunodosage par électrochimiluminescence sur Modular Analytics E170 (Roche Diagnostics).
Compte de leucocytes et différenciation. L'analyse du nombre et de la différenciation des leucocytes a été réalisée dans du sang anticoagulé par EDTA en utilisant des méthodes d'analyse de routine également utilisées pour les échantillons de patients (analyse cytométrique en flux sur un Sysmex XE-5000.
Cytokines plasmatiques. Le sang anticoagulé à l'EDTA a été centrifugé immédiatement à 2000 xg pendant 10 min à 4 ° C, après quoi le plasma a été stocké à -80 ° C jusqu'à l'analyse. Les concentrations de TNF-α, d’IL-6, d’IL-8 et d’IL-10 ont été mesurées à l’aide d’un dosage simultané de Luminex conformément aux instructions du fabricant (Milliplex; Millipore). L’IL-1β, le TGF-β et la leptine ont été mesurés à l’aide de tests ELISA conformément aux instructions du fabricant (IL-1β et TGF-β, Quantikine et la leptine Duoset; les deux Systèmes).
Calculs et analyses statistiques. Les données sont représentées sous forme de médiane et d'intervalle / intervalle ou moyenne et de SEM en fonction de leur distribution (calculée par le test de Shapiro-Wilk). Les tests statistiques utilisés sont indiqués dans les légendes des figures / tableaux ou dans le texte. La corrélation de Spearman a été utilisée. Une valeur de p <0,05 était considérée comme statistiquement significative. Les calculs statistiques ont été effectués à l'aide de Graphpad Prism version 5.0 (logiciel GraphPad).
REMERCIEMENTS. Les auteurs remercient K. Mostard, K. Pijper, D. Bernard et E. Hof pour leur aide lors des sessions de formation; le centre sportif de l'Université Radboud de Nimègue, qui a fourni l'espace nécessaire aux journées d'entraînement aux Pays-Bas; et les infirmières de recherche de l'unité de soins intensifs du centre médical de l'université Radboud, qui ont apporté leur aide pendant les expériences d'endotoxémie. Cette étude a été financée par une subvention de Serendipity de Reumafonds (www. Reumafonds.nl).
Fig. 1. Paramètres cardiorespiratoires, température et symptômes au cours d'une endotoxémie expérimentale chez des sujets témoins et entraînés. (A) Pression partielle de dioxyde de carbone (pCO2) dans le sang artériel. (B) Pression partielle d'oxygène (pO2) dans le sang artériel. (C) pH dans le sang artériel. (D) Bicarbonate (HCO3−) dans le sang artériel. (E) lactate dans le sang artériel. (F) Saturation en oxygène mesurée par oxymétrie de pouls. (G) fréquence cardiaque (HR). (H) Pression artérielle moyenne (MAP). (I) température. (J) Score des symptômes auto-déclarés. Les données sont exprimées en moyenne ± SEM de 12 sujets par groupe. La boîte grise indique la période au cours de laquelle les sujets entraînés ont mis en pratique leurs techniques de respiration. Les valeurs de p entre les groupes ont été calculées à l'aide de mesures répétées d'analyse de variance à deux voies (ANOVA, terme d'interaction). UA, unités arbitraires; bpm, battements par minute.
Fig. 2. Modifications cardiorespiratoires et biochimiques au cours de l'hyperventilation cyclique et de la rétention de la respiration chez un sujet représentatif du groupe formé. (A) La fréquence respiratoire a augmenté alternativement jusqu'à environ 20 respirations par minute (bpm) pendant plusieurs minutes, puis est tombée à zéro lors de la rétention volontaire de l'haleine. Ces changements cycliques de la respiration ont entraîné de profonds changements dans la saturation en oxygène (B), le rythme cardiaque (C) et la pression artérielle moyenne (D). Les données représentées ont été échantillonnées sur le moniteur toutes les 10 s. À la fin de chaque phase d'hyperventilation et de phase de rétention de souffle, un échantillon de sang artériel a été prélevé pour l'analyse des gaz sanguins artériels. Les résultats en sont présentés dans le tableau ci-dessous D. Les cycles d'hyper / hypoventilation chez ce sujet particulier peuvent être visualisés en Film S2.
Fig. 3. Concentrations plasmatiques de cathécholamine et de cortisol sérique au cours d'une endotoxémie expérimentale chez des sujets témoins et entraînés. (A) épinéphrine plasmatique. (B) noradrénaline plasmatique. (C) dopamine plasmatique. (D) cortisol sérique. Les données sont exprimées en moyenne ± SEM de 12 sujets par groupe. La boîte grise indique la période au cours de laquelle les sujets entraînés ont mis en pratique leurs techniques de respiration. Les valeurs de p entre les groupes ont été calculées à l'aide de mesures répétées d'analyse de variance dans les deux sens (ANOVA, terme d'interaction).
Fig 4. Concentrations plasmatiques en cytokines au cours de l'endotoxémie chez des sujets témoins et entraînés. (A, C, E et G) Valeurs médianes des cytokines pro (TNF-α, IL-6 et IL-8) et anti-inflammatoires (IL-10) (n = 12 par groupe). (B, D, F et H) Médian ± aire interquartile de l'aire sous courbe (AUC) des cytokines pro (TNF-α, IL-6 et IL-8) et anti-inflammatoires (IL-10) (n = 12 par groupe; unité: × 104 pg / mL.h). Les valeurs de p ont été calculées à l'aide de tests de Mann-Whitney.
Fig. 5. Corrélations chez des individus formés. (A) Corrélation entre les concentrations plasmatiques maximales d'épinéphrine (à T = 0 h) et les concentrations plasmatiques de la cytokine anti-inflammatoire IL-10 à T = 1 h. (B) Corrélation entre les taux plasmatiques de la cytokine anti-inflammatoire IL-10 à T = 1 h et les taux plasmatiques maximaux de la cytokine pro-inflammatoire TNF-α (à T = 1,5 h). (C) Corrélation entre les taux plasmatiques de la cytokine anti-inflammatoire IL-10 à T = 1 h et les concentrations plasmatiques maximales de la cytokine pro-inflammatoire IL-6 (à T = 2 h). (D) Corrélation entre les taux plasmatiques de la cytokine anti-inflammatoire IL-10 à T = 1 h et les taux plasmatiques maximaux de la cytokine pro-inflammatoire IL-8 (à T = 2 h). Les valeurs de R et P ont été calculées en utilisant la corrélation de Spearman.