Première phase de travail : la modification de l’apport protéino-énergétique peut induire chez le rat des

changements relatifs de sommeil lent et de sommeil

paradoxal corrélés à l’évolution des compositions

corporelles en masse grasse et en masse maigre.

Ce travail a fait l’objet d’un article publié dans la revue Behavioral Brain Research en 2005 (voir Article 1 à la fin de la Partie).

2.3.1 Résumé de l’étude

Dans cette première phase expérimentale, nous avons soumis les rats à nos deux modèles de modifications de l’apport protéino-énergétique : la restriction-réalimentation énergétique ou la restriction-réalimentation protéique. Les modifications obtenues sur le métabolisme ont été validées par étude de la composition corporelle des animaux sur l’ensemble de chaque période de restriction ou de réalimentation. Ils correspondent sensiblement à nos attentes :

- restriction-réalimentation énergétique : la procédure de restriction a principalement modifié la masse grasse, seul compartiment dont le poids relatif a diminué significativement. La réalimentation a entraîné, elle, une augmentation spécifique de masse grasse puisque c’est le seul compartiment dont le poids relatif a augmenté significativement. Toutefois, la masse maigre a elle aussi subi, en valeur absolue, des changements assez importants (pertes puis restauration). La réalimentation énergétique a finalement été une phase marquée par une restauration globale des réserves utilisées (dont les tissus maigres), avec une priorité donnée à l’accrétion de tissus adipeux, cependant moins forte que ce que nous attendions.

- restriction-réalimentation protéique : la restriction protéique induit une perte spécifique de masse maigre (peau, carcasse) et une augmentation du poids relatif de la masse grasse. La réalimentation protéique a bien induit, conformément à nos attentes, une réplétion des tissus maigres et une diminution relative du poids de la masse grasse.

Nous pouvons donc déduire de l’analyse de la composition corporelle des animaux que nous avons bien obtenu, au cours des périodes de réalimentation, grâce à nos modèles expérimentaux, une phase métabolique tournée soit vers l’augmentation générale des synthèses avec une accrétion plus spécifique de tissus adipeux, soit vers l’accrétion spécifique de tissus maigres aux dépends de la masse grasse.

Dans le cadre de ces modèles de restriction-réalimentation, nous avons pu suivre, à l’aide d’une procédure d’étude du sommeil par l’acquisition puis le traitement du signal EEG (voir Annexe 2), l’évolution de la quantité de sommeil, ainsi que la répartition entre sommeil lent et sommeil paradoxal au cours des différentes périodes. Cette procédure, qui a en grande partie été mise en place et validée au laboratoire à l’occasion de nos propres travaux, inclut notamment une méthode originale d’analyse automatique du signal EEG, qui permet à la fois d’accélérer et d’homogénéiser la discrimination des différents stades de la vigilance tels que l’éveil, le SOL et le SP. Alors que les animaux ont été soumis à un cycle jour-nuit avec début de la phase lumineuse, celle où les rats dorment, à 6h00, le sommeil a été analysé tous les jours d’étude de 10h00 à 18h00, ce qui est supposé avoir permis de couvrir la plus grande partie du sommeil journalier.

Dans un premier temps, les résultats obtenus nous ont permis de confirmer que le sommeil dépend d’un apport énergétique suffisant. En effet, la restriction énergétique a induit une perte de sommeil importante, tant pour le sommeil lent que pour le sommeil paradoxal, alors que pendant la réalimentation énergétique, on a observé une restauration du sommeil.

D’autre part, nos résultats sur les phases de réalimentation ont permis d’éclairer de manière originale la relation qualitative qui semble exister entre le sommeil, l’apport protéino- énergétique et le métabolisme :

- Pendant la phase de réalimentation énergétique, qui a entraîné le métabolisme vers l’augmentation des synthèse et une accrétion plus spécifique de tissus adipeux, la restauration progressive de sommeil a privilégié, de manière transitoire, (au premier jour de réalimentation) le sommeil lent.

- Pendant la phase de réalimentation protéique, qui a entraîné le métabolisme vers une accrétion spécifique de tissus maigres, on a observé de manière également transitoire (au premier jour de réalimentation) une augmentation spécifique de sommeil paradoxal.

2.3.2 Conclusions de l’étude

2.3.2.1 Retour sur les prédictions de départ : des résultats cohérents avec notre hypothèse de travail

Ces résultats on confirmé nos prédictions sur l’existence d’une relation entre le sommeil et sa composition (SP/SOL) et la régulation du métabolisme énergétique induite par la modulation de l’apport protéino-énergétique. Pour la première fois, nous montrons que des changements de l’alimentation peuvent influencer le sommeil non seulement de manière quantitative, mais aussi de manière qualitative, et ce dans un sens qui reflète l’orientation du métabolisme global dans des processus qui altèrent soit les réserves adipeuses, soit les réserves de protéines. Ainsi, dans nos contextes où le métabolisme est en phase de récupération à la suite d’une malnutrition énergétique ou protéique, l’évolution précoce du rapport SP/SOL apparaît comme un marqueur prédictif inversement corrélé à l’évolution de l’adiposité, aussi bien dans un sens que dans l’autre.

Nos résultats indiquent également plus précisément, comme nous en avions fait l’hypothèse, l’existence d’un lien spécifique entre le SOL et métabolisme énergétique (général mais en particulier glucido-lipidique), et d’un lien spécifique entre le SP et métabolisme protéique. En effet l’augmentation des masses tissulaires et l’accrétion particulière de tissus adipeux lors de la réalimentation énergétique est le signe d’une modulation du métabolisme vers l’augmentation de l’anabolisme et/ou la diminution du catabolisme. De même l’accrétion spécifique de tissus maigres lors de la réalimentation protéique est le signe d’une modulation du métabolisme protéique vers l’augmentation de l’anabolisme et/ou la diminution du catabolisme. Il paraît toutefois difficile de relier directement et de manière quantitative les durées absolues de SOL et de SP, les quantités de protéines ou de calories apportées, et le taux d’activité de telle ou telle voie métabolique.

Le fait que les modifications de la composition du sommeil soient observées uniquement de manière transitoire, au passage de la restriction vers la réalimentation, nous conduit plutôt à penser, en accord avec notre postulat, que l’évolution différentielle du sommeil lent et du sommeil paradoxal pourrait constituer une sorte d’impulsion permettant de changer les orientations du métabolisme périphérique en réponse aux modifications de l’apport

alimentaire. Elles se produisent ainsi probablement au moment ou les modifications des orientations métaboliques sont les plus fortes.

2.3.2.2 Des limites qui appellent à une analyse plus détaillée des changements métaboliques obtenus en début de réalimentation

Cependant, les critères d’étude du métabolisme que nous avons utilisés ne nous donnent pas d’autres indications sur l’évolution du métabolisme que des caractéristiques globales, sur l’ensemble des périodes de réalimentation. Or les principales modifications du sommeil se situent au premier jour des réalimentations. Le fait que les données sur le sommeil et sur le métabolisme que nous obtenons ne se situent pas à la même échelle temporelle constitue donc un frein à l’interprétation de nos résultats et à l’établissement de leur cohérence avec notre hypothèse de travail. Nous avons ainsi décidé d’étudier plus précisément les modulations du métabolisme à la fin des périodes de restriction et au début des périodes de réalimentation pour mieux comprendre d’où peuvent venir les corrélations entre le métabolisme et l’évolution du sommeil que nous observons.

Que se passe t’il précisément en terme de changements métaboliques au cours des premières heures du passage de l’état de restriction énergétique ou protéique vers le stade de réalimentation énergétique et protéique, là où le sommeil est soumis à ses principales modifications ? A t’on bien, d’une part une relation entre le métabolisme qui s’oriente vers la synthèse en général dans le cadre d’une restauration des réserves énergétiques et l’augmentation spécifique du SOL, et d’autre part une relation entre le métabolisme qui s’oriente vers la synthèse protéique, et une augmentation spécifique de SP ? Peut-on mettre en évidence des variations à court-terme de l’orientation du métabolisme qui coïncident avec les changements observés des stades de vigilance ?

2.4 Deuxième phase de travail : étude des relations