Generalites sur le stress oxydant

Un déséquilibre entre la production d’espèces réactives et les défenses de l’organisme entraine ce qu’on appelle le stress oxydant. Ce dernier est impliqué dans diverses pathologies parmi lesquelles on peut citer le cancer, les affections de la peau, les maladies chroniques inflammatoires de l’appareil digestif, le diabète, la drépanocytose (79,81). Ainsi, nous nous sommes proposée d’étudier les effets anti oxydants et anti drépanocytaires d’un extrait d’écorces de tige de Terminalia avicennioïdes, une plante très répandue en Afrique et utilisée en Médecine traditionnelle ; ceci en vue de pouvoir mettre en place une prise en charge thérapeutique à moindre coût de la drépanocytose. Dans ce même sillage, le laboratoire de physiologie pharmaceutique a déjà effectué des travaux de recherche sur les racines de T. avicennioïdes. A l’issu de ces travaux l’extrait de racines a entrainé à toutes les concentrations testées une réduction du taux de drépanocytes par inhibition de la falicformation des hématies chez les sujets drépanocytaires SS et chez ceux portant le trait drépanocytaire AS. La drépanocytose est une hémoglobinopathie qui résulte de la mutation de la chaine béta-globine induisant le remplacement de l’acide glutamique en position 6 par la valine. Cette mutation conduit à la production d’une hémoglobine anormale (HbS). Elle constitue un véritable fléau et reste la plus fréquente des hémoglobinopathies affectant plus de 4% de la population mondiale (86). Sa prévalence sur le continent Africain atteint 5% à 7% de la population et sa fréquence est maximale au sud du Sahara (25) où elle constitue un véritable problème de santé publique. Au Sénégal, les études épidémiologiques effectuées en milieu scolaire ont retrouvé une prévalence de 10% de porteurs de l’hémoglobine S (24). Aussi bien pour l’OMS, l’UNESCO que pour l’ONU, la drépanocytose occupe le quatrième rang dans leur priorité de santé publique mondiale, derrière le cancer, le VIH SIDA et le paludisme (77).

La pathogenèse de la drépanocytose est liée à la polymérisation de désoxy-HbS. Cette formation de polymère modifie la forme normale de disque biconcave du globule rouge en une forme irrégulière, instable et rigide (64) ce qui provoque une hémolyse intravasculaire avec libération de l’hémoglobine dans le plasma (6). Cette polymérisation à répétition a un caractère cyclique et peut conduire à l’adhésion des globules rouges avec l’endothélium vasculaire, à la vaso- occlusion et à des lésions ischémiques de perfusion. Ces manifestations peuvent modifier les niveaux de production des espèces réactives dérivées de l’oxygène (ROS) et des antioxydants. La combinaison de ces actions est associée à des réponses inflammatoires dans de nombreux organes et peuvent produire des états pathologiques secondaires telles que le syndrome thoracique aigu(SCA), l’hypertension artérielle pulmonaire (HTAP), et, indirectement, un accident vasculaire cérébral.

GENERALITES SUR LE STRESS OXYDANT

Depuis quelques années le monde des sciences biologiques et médicales est envahi par un nouveau concept : celui du « stress oxydant », c’est-à-dire d’une situation où la cellule ne contrôle plus la présence excessive de radicaux toxiques. C’est une situation que la plupart des chercheurs impliquent dans plusieurs maladies humaines.

ORIGINES DU STRESS OXYDANT

La découverte d’espèces chimiques radicalaires présentes normalement dans l’organisme a bouleversé notre compréhension des mécanismes biologiques. Ces radicaux libres sont produits par différents mécanismes physiologiques car ils sont utiles à l’organisme à dose raisonnable ; mais la production peut devenir excessive ou provenir de mécanismes toxiques exogènes et l’organisme va devoir se protéger de ces excès par différents systèmes antioxydants. Dans les circonstances quotidiennes normales, les radicaux libres sont produits en petite quantité comme les médiateurs tissulaires ou les résidus de réaction énergétique ou de défense et cette production physiologique est parfaitement maîtrisée par des systèmes de défense d’ailleurs adaptatifs par rapport au niveau de radicaux présents. Dans ces conditions normales, on dit que la balance antioxydants/pro oxydants est équilibrée. Si tel n’est pas le cas, que ça soit par déficit d’antioxydants ou par suite d’une surproduction énorme de radicaux, l’excès de ces radicaux est appelé « stress oxydant ». Cette rupture d’équilibre, lourde de conséquences peut avoir de multiples origines. L’organisme peut avoir à faire face à une production beaucoup trop forte pour être maîtrisée, qui sera observée dans les intoxications aux métaux lourds, dans l’irradiation dans les ischémies/reperfusions suivant des thromboses. La rupture d’équilibre peut provenir d’une défaillance nutritionnelle ou de la carence en un ou plusieurs des antioxydants apportés par la nutrition comme les vitamines ou les oligo-éléments. Enfin la mauvaise adaptation peut résulter d’anomalies génétiques responsables d’un mauvais codage d’une protéine soit enzymatiquement antioxydante, soit synthétisant un antioxydant (comme le gamma glutamyl synthétase produisant le glutathion), soit régénérant un antioxydant, soit couplant la défense à l’énergie (comme la G6PD), soit d’un promoteur de ces mêmes gênes que la mutation rendra incapable de réagir à un excès de radicaux. Généralement, le stress oxydant sera la résultante de plusieurs de ces facteurs et se produira dans un tissu et un type cellulaire bien précis, objet de la défaillance et non pas dans tout l’organisme.

LES RADICAUX LIBRES 

Parmi toutes les espèces radicalaires susceptibles de se former dans la cellule, il convient de distinguer un ensemble restreint de composés radicalaires qui jouent un rôle important en physiologie appelés « radicaux primaires ». D’autres radicaux dits radicaux secondaires se forment par réaction de ces radicaux primaires sur les composés biochimiques de la cellule. Ces radicaux proviennent de l’oxygène par des réductions à un électron tels que l’anion superoxyde O2-. et le radical hydroxyle HO., ou de l’azote tel que le monoxyde d’azote NO. (73). D’autres espèces dérivés de l’oxygène dites espèces actives de l’oxygène, comme l’oxygène singulet 1O2, le peroxyde d’oxygène (H2O2) ou le nitroperoxyde (ONOOH), ne sont pas des radicaux libres mais sont aussi réactives et peuvent être précurseurs de radicaux. L’ensemble des radicaux et de leurs précurseurs est souvent appelé espèces réactives de l’oxygène .

Il ne faut pas penser que tous les radicaux de l’oxygène sont extrêmement réactifs. La réactivité varie selon la nature du radical. Ainsi parmi les radicaux formés chez les êtres vivants, l’anion superoxyde et le monoxyde d’azote ne sont pas très réactifs mais sont précurseurs d’autres espèces plus réactives. La faible réactivité de ces deux radicaux permet d’ailleurs leur utilisation par l’organisme comme médiateurs régulant des fonctions biologiques tels que la vasodilatation capillaire, la prolifération ou le message de neurones. En revanche, des radicaux comme le radical peroxyle (ROO. ) ou surtout le radical hydroxyle (HO. ) sont extrêmement réactifs et ce avec la plupart des molécules des tissus vivants. Ces radicaux libres de l’oxygène ou de l’azote, même réactifs, ne sont pas uniquement toxiques ; au contraire ils sont produits par divers mécanismes physiologiques afin de détruire les bactéries au sein des cellules phagocytaires (macrophages, polynucléaires) ou pour réguler des fonctions cellulaires létales telle la mort cellulaire programmée ou apoptose. Les êtres vivants trouvent leur énergie dans la respiration mitochondriale dont la dernière étape réduit par quatre électrons la molécule d’oxygène sans libérer d’espèces radicalaires. Toutefois, au contact entre l’oxygène et certaines protéines du système de la respiration, une production d’anions superoxydes se produit lors du fonctionnement de la chaine respiratoire mitochondriale, production qu’on peut comparer aux inévitables déchets des centrales industrielles d’énergie. Si usuellement cette production de radicaux superoxydes reste faible et ne concerne qu’un faible pourcentage de l’oxygène utilisé par la respiration (environ 2%), elle peut s’amplifier lorsque la respiration devient plus intense (effort physique, hyperoxie), ou lorsque interviennent des désordres inflammatoires ou nutritionnels (carence en ubiquinone) qui augmentent avec l’âge. L’inflammation est par ailleurs une source importante de radicaux oxygénés produits directement par les cellules phagocytaires activées qui sont le siège d’un phénomène appelé explosion oxydative consistant à l’activation du complexe NADPH oxygénase, enzyme capable d’utiliser l’oxygène moléculaire pour produire de grandes quantités d’anions superoxydes au niveau de la membrane cellulaire. Ce mécanisme, lorsqu’il est contrôlé est capital dans la lutte antiinfectieuse car il permet la phagocytose des bactéries et des corps étrangers. Une autre espèce radicalaire, le monoxyde d’azote, est elle aussi produite par les systèmes enzymatiques que sont les différents NO synthases (ou NOS) à titre de médiation par les neurones, les cellules endothéliales ou les macrophages. Il faut noter que la production concomitante de NO et de superoxydes s’avère très dommageable en donnant naissance auxperoxynitrites.

Des sources importantes de radicaux libres sont les mécanismes de cycles rédox que produit dans l’organisme l’oxydation de molécules comme les quinones. Ce cycle rédox a lieu soit spontanément, soit lors de l’oxydation de ces composés au niveau du cytochrome P450. Ce mécanisme est souvent incriminé pour expliquer la toxicité de l’alcool, des résidus de la fumée de cigarette, ou de nombreux médicaments ; mais il se produit aussi avec certains composés endogènes comme l’acide lévulinique et surtout les catécholamines. Les métaux toxiques (cuivre, vanadium, chrome), mais aussi le cuivre et le fer libres (existant lors de surcharges générales ou localisées) génèrent des radicaux hydroxyles très réactifs à partir de l’espèce peu réactive H2O2 par une réaction appelée réaction de Fenton. Les particules inhalées (amiante, silice) sont aussi des sources de radicaux libres, d’une part parce qu’elles exacerbent la phagocytose, d’autre part parce que leur surface est tapissée de sels de fer. Les rayonnements sont capables de générer des radicaux libres, soit en scindant la molécule d’eau lorsqu’il s’agit des rayons X, soit en activant des molécules photo sensibilisantes lorsqu’il s’agit des rayons ultraviolets qui vont, par ce mécanisme produire des anions superoxydes et de l’oxygène singulet (23).

UN PARADOXE : LES RADICAUX LIBRES INDISPENSABLES A LA VIE 

Le paradoxe des radicaux libres en biologie est qu’ils constituent des espèces extrêmement dangereuses susceptibles d’engendrer un nombre considérable de maladies, tout en étant indispensables à la vie. Ils remplissent en effet de nombreuses fonctions utiles qui, à part la phagocytose, ont été découvertes récemment.

Les radicaux libres participent au fonctionnement de certains enzymes, à la transduction de signaux cellulaires, à la défense immunitaire contre les agents pathogènes, à la destruction par apoptose des cellules tumorales, au cycle cellulaire, à la différenciation cellulaire, à la régulation de la dilatation capillaire, au fonctionnement de certains neurones et notamment ceux de la mémoire, à la fécondation de l’ovule, à la régulation des gènes, phénomène appelé contrôle rédox des gènes.

La phagocytose des bactéries et parasites par les macrophages ou les polynucléaires s’accompagne d’une production d’espèces réactives de l’oxygène si brutale et intense qu’elle est connue depuis les travaux de Balbridge sur le polynucléaire en 1933 sous le nom de « Burst oxydatif » c’est-à-dire explosion respiratoire. Au sein du phagosome, l’activation de la NADPH oxydase et l’action des superoxydes dismutase (SOD) et NOS aboutissent à un mélange très corrosif de O2., H2O2, HO. , ONOOH en plus dans le polynucléaire HOCl et 1O2. Ce mélange réactionnel, que l’Homme a imité en utilisant comme désinfectant l’eau de javel ou l’eau oxygénée, détruit par oxydation l’ensemble des composants bactériens. Les radicaux libres constituent aussi un système de transmission de signaux sans doute apparu très tôt dans l’évolution de la vie. Ce système est présent dans les êtres unicellulaires qui réagissent à l’oxygène du milieu ambiant en adaptant leurs systèmes de défense et il s’est conservé chez les êtres évolués, y compris les mammifères qui se sont dotés de systèmes cellulaires de production de radicaux libres et de systèmes de détection et de transduction du signal. Les radicaux oxygénés peuvent être donc considérés comme des messagers intra et extracellulaires. Ils permettent d’induire la réponse cellulaire à de nombreux stress, thermiques, ultraviolets, et xénobiotiques permettant l’expression de gènes de défense. Chez les bactéries, les gènes de défense du stress oxydant sont organisés en régulon : un gène exprime un premier facteur de transcription qui, après activation par un dérivé oxygéné, va activer le gène d’un deuxième facteur de transcription ubiquitaire pour un ensemble de systèmes antioxydants. Chez l’Homme, les gènes antioxydants les plus inductibles par un stress oxydant sont ceux du superoxyde dismutase à manganèse, de la catalase, de la ferritine, de l’hème oxygénase, de la glutamyl-cystéine synthase, de la iNO synthase, de la thioredoxine, de la HSP 70, des métallothionéines alors que ceux de superoxyde dismutase Cu-Zn et de la glutathion peroxydase sont peu inductibles (19). Cette inductibilité des gènes antioxydants explique le phénomène d’adaptation au stress oxydant des cellules et des animaux qui exposés régulièrement à de faibles doses deviennent résistants à de fortes doses de radicaux oxygénés. Mais les espèces actives de l’oxygène peuvent aussi activer des gènes de fonctions cellulaires autres que ceux de la lutte contre les radicaux libres, ceci par l’intermédiaire de facteurs rédox sensibles comme AP1, HIF-1ou NF-KB (28). Ainsi les gènes des cytokines TNF, IL1, IL6, de la lipoprotéine lipase, de la collagénase, de l’aldose réductase, des oncogènes c-jun et c-fos, de GADD153, de p21 (waf1/cip1), de ELAM1 et ICAM1, de la tyrosine protéine phosphatase, de la Béta actine, ou de l’ornithine décarboxylase sont activés par les espèces oxygénées, alors que ceux de la PEPCK et de l’activateur du plasminogène sont inversement inhibés par les espèces actives de l’oxygène. Les radicaux libres peuvent aussi servir de relais physiologiques entre cellules différentes dans la stimulation de certains récepteurs membranaires et régulent de nombreuses fonctions comme la vasodilatation des vaisseaux, la prolifération cellulaire. Dans des circonstances dramatiques, ils seront des signaux de mort cellulaire lorsque les capacités de récupération seront dépassées. L’effet du stress oxydant sur la transduction du signal a déjà fait l’objet de plusieurs revues montrant que ce concept est désormais accepté en nutrition, en immunologie, en diabétologie et en cancérologie (21). Les radicaux oxygénés pourraient même être  les premiers responsables de l’activation des kinases en cas de réponses à des agressions comme l’irradiation, les cytokines inflammatoires ou les carcinogènes chimiques. Ayant besoin d’une certaine quantité d’espèces réactives de l’oxygène, l’organisme ne cherche donc pas à les détruire, mais à contrôler leur niveau pour éviter le stress oxydant. Ceci explique la régulation très fine du génome antioxydant et de ses mécanismes d’adaptation. La thérapeutique anti-oxydante ne doit donc pas oublier ces activités utiles des radicaux libres sous peine d’échec, voire d’effets toxiques paradoxaux, tel l’effet procarcinogène observé dans certaines études de supplémentation par des doses très élevées de Béta carotène.

Table des matières

INTRODUCTION
PREMIERE PARTIE : RAPPELS BIBLIOGRAPHIQUES
CHAPITRE I : GENERALITES SUR LE STRESS OXYDANT
I – ORIGINES DU STRESS OXYDANT
II – LES RADICAUX LIBRES
III – UN PARADOXE : LES RADICAUX LIBRES INDISPENSABLES A LA VIE
IV – CONSEQUENCES DU STRESS OXYDANT
V – LES MALADIES LIEES AU STRESS OXYDANT
VI -LES ANTIOXYDANTS NATURELS ET DE SYNTHESE
CHAPITRE II : ROLE DU STRESS OXYDATIF DANS LA PATHOGENESE DE LA DREPANOCYTOSE
I – GENERALITES SUR LA DREPANOCYTOSE
II – PRODUCTION DES ESPECES REACTIVES DERIVEES DE L’OXYGENE AU COURS DE LA DREPANOCYTOSE
A – L’AUTO-OXYDATION DES GLOBULES ROUGES
B – LA FALCIFORMATION ET L’HEMOLYSE
C – LE SORT DU NO
D – ADHERENCE ET VASO-OCLUSION DES GLOBULES ROUGES
E – HYPOXIE ET PERFUSION
III – STRATEGIES THERAPEUTIQUES ANTI-OXYDANTES
CHAPITRE III : RAPPELS BIBLIOGRAPHIQUES SUR Terminalia avicennioïdes
I – ETUDE BOTANIQUE
A – NOMS VERNACULAIRES
B – PLACE SYSTEMATIQUE
C – REPARTITION GEOGRAPHIQUE ET HABITAT DE Terminalia avicennioïdes
D – DESCRIPTION DE LA PLANTE
II – ETUDE CHIMIQUE
III – ETHNOPHARMACOLOGIE ET PHARMACOLOGIE
A – ETHNOPHARMACOLOGIE
B – PHARMACOLOGIE
DEUXIEME PARTIE : TRAVAIL PERSONNEL
I – CADRE D’ETUDE ET OBJECTIF
A – CADRE D’ETUDE
B – OBJECTIF DE L’ETUDE
II – MATERIEL ET REACTIFS
A – MATERIEL VEGETAL
B – MATERIEL EXPERIMENTAL
C – LES PRELEVEMENTS SANGUINS
D – LES REACTIFS ITULISES
III – METHODES
A – EXTRACTION
B – MODE OPERATOIRE
C – ETUDE DE L’ACTIVITE ANTI OXYDANTE
1-PRINCIPE DU TEST AU DPPH
2 – PROTOCOLE EXPERIMENTAL DU TEST AU DPPH
3 – EXPRESSION DES RESULTATS ET ANALYSE STATISTIQUE
D – ETUDE DE L’ACTIVITE ANTI FALCIFORMANTE
IV – RESULTATS
A – ACTIVITE ANTI OXYDANTE DE L’EXTRAIT D’ECORCES DE Terminalia avicennioïdes
B – ACTIVITE ANTI FALCIFORMANTE DE L’EXTRAIT D’ECORCES DE Terminalia avicennioïdes
V – DISCUSSION
CONCLUSION
REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES
WEBOGRAPHIE

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