Adaptation Physiologique au Stress

Adaptation Physiologique au Stress Dr Sylvain Bartolami Faculté des Sciences Université Montpellier Septembre 2015 Introduction Le stress survient chez un individu lorsqu un déséquilibre apparait entre deux de ses perceptions : Perception des contraintes environnementales Perception de ses ressources pour faire face à ces contraintes L évaluation de ces perceptions est psychologique/cognitive Les effets du stress impactent le psychisme, le physique et la vie sociale Le stress varie : Différents sujets réagissent différemment à une même situation Un sujet réagit différemment à une même situation à différent moment de sa vie

Un stress (ou stresseur) est une stimulation ponctuelle à caractère agressif ou bénéfique pour l organisme Le stress une maladie mais l exposition prolongée au stress peut être pathogène L organisme répond à cette stimulation par le déclenchement d un ensemble de réactions physiologiques +/- spécifiques LE SYNDROME GENERAL D ADAPTATION (SGA) Regroupe des réponses neuronales, endocrines, métaboliques et comportementales Peut être modulé par l expérience, l apprentissage, l entrainement et des facteurs psychologiques personnels I) Prise en charge de l agent stresseur se fait en 3 temps: 1) Réception du stresseur par les organes des sens et transfert au cerveau via leurs innervations. 2) Programmation cérébrale de la réponse au stress. 3) Déclenchement cérébral de la réponse au stress. Structures cérébrales impliquées: les organes sensoriels, le cortex et le système limbique

a) Réception: vision, audition, olfaction, sensibilité cutanée et l innervation afférente qui emmène l information sensorielle au cortex et au système limbique b) Programmation: analyse comparative réalisée par le cortex et le système limbique (SL). Cette analyse compare les caractéristiques du stress présent à une base de donnée mnésique qui stocke les stress précédemment vécus, les réponses apportées et l efficacité adaptative des réponses. Ceci permet l élaboration d une réponse la plus appropriée pour faire face à la situation stressante. c) Déclenchement: l amygdale et l hippocampe (du SL) activent le système autonome orthosympathique (OS) et le système neuroendocrinien (SNE)

Le système nerveux autonome (SNA) Division du SNA: Orthosympathique (ou sympathique) mise en alerte de l organisme, préparation à l action Parasympathique maintien ou retour à l état de repos Contrôle les grandes fonctions physiologiques: Reproduction, digestion, circulation, respiration

Noyau arqué Hypothalamus Hypophyse Adénohypophyse Surrénales Hypothalamus Hypophyse Noyau arqué ou supraoptique Adénohypophyse Neurohypophyse

d) Communications intracellulaires dans le système neuroendocrinien (SNE) Les neurones libèrent des molécules dans le sang, ces messagers agissent à distance. Les neurones du SNE ont un fonctionnement à mi-chemin entre les neurones et les endocrines. On appelle les neurones du SNE des neurones sécréteurs et leurs messagers moléculaires des neurohormones (Nh) Neurotransmetteur Hormones (neurones) ( endocrines) Un neurone sécréteur présente à la fois des caractéristiques de neurones et de cellules endocrines

Neurohormone HYPOTHALAMUS Neurones sécréteur du Noyau arqué Stress CASCADE DE STIMULATIONS Système «porte» Sang Sang Neurohormone hypophysiotrope (CRH) ADENOHYPOPHYSE Cellules endocrines Sang hormone hypophysiaire (ACTH) Sang Hormones périphériques (glucocorticoïdes)

Une irrigation sanguine particulière dans l axe HH: Le Système «porte» : artère capillaire (poreux) (circulation générale) veine veine capillaire (poreux) (circulation générale) ou lieu de : artère capillaire veine de la circulation générale INTERÊT : les Nh. Hypophysiotropes atteignent l adénohypophyse sans passer par la circulation générale (pas de dégradation par le foie et intestins et d élimination par les reins, de dilution excessive) primordial car les Nh sont sécrétées en quantités infimes. Neurones sécréteurs du noyau arqué Système Porte CRH Cellules endocrines de l adénohypophyse Hormones hypophysaires : ACTH

e) L activation du SNE est stoppé par un rétrocontrôle négatif Lorsque suffisamment d hormones périphériques (Glucocorticoïdes) sont sécrétées par les glandes endocrines freinage sur l hypothalamus et/ou l adénohypophyse Arrêt des sécrétions des Nh (CRH) et des h. hypophysaires (ACTH) Arrêt du SNE Arrêt de la stimulation des glandes endocrines (surrénales) Arrêt de la sécrétions des glucocorticïdes HYPOTHALAMUS Neurones sécréteur du Noyau arqué Système «porte» Sang Sang Neurohormone hypophysiotrope (CRH) ADENOHYPOPHYSE Cellules endocrines Sang hormone hypophysiaire (ACTH) Sang Stress Rétrocontrôle négatif Hormones périphériques Concentration critique atteinte

f) Schéma de synthèse de la prise en charge du stress Système autonome Orthosympathique (Glandes surrénales) (Glandes surrénales) Formation réticulée

II) Le Syndrome général d adaptation (SGA) Définition: c est la réponse de défense de l organisme élaborée par le cortex et le SL, transmise par le OS et le SNE aux organes de défense chargés de réaliser le SGA Le SGA se développe en 2 étapes: La réaction d alarme: mise en jeu via la formation réticulée et l hypothalamus de la médullosurrénale et de l innervation OS des organes. Si l état de stress persiste : La phase de résistance: activation de l axe hypothalamohypophysaire puis de la corticosurrénale NA: noradrénaline Ach: acétylcholine

1) La réaction d alarme. - Résulte de l activation orthosympathique des organes de défense (appareil cardio-vasculaire, les poumons, le foie et les muscles) et de l inhibition des fonctions inutiles à la défense de l organisme (digestion, reproduction ). - Libération de noradrénaline et d adrénaline par l innervation OS et la médullosurrénale. - Se traduit principalement par des manifestations cardiovasculaires, respiratoires, métaboliques (production d énergie) et cérébrales. Nitrogen ohne Radikal

Activation de la médullosurrénale et du système orthosympathique lors de la réaction d alarme Les récepteurs Nor/Adrénergiques Récepteurs Couplés à des Protéines G α1 Postsynaptiques poumons, viscères, vaisseaux α2 Autorécepteurs + Postsynaptique Vaisseaux β Postsynaptiques Cœur Vaisseaux Adipocytes L A et la NA ont des effets différents et spécifiques à chaque organe cible

A / NA et nouvelles activités biologiques pression artérielle Effets cardiovasculaires et respiratoires débit cardiaque et redistribution de l'irrigation sanguine par un jeu de vasodilatation et vasoconstriction en faveurs des organes de défense (muscles striés, cerveau...) et au détriment des viscères et de la peau. Ceci favorise l'apport en oxygène et glucose aux organes de défense. rythme respiratoire et dilatation des bronches (par relâchement des muscles lisses des bronches) pour apport en oxygène et l'élimination du CO 2. Contraction de la rate sous l'effet de l'adrénaline pour quantité de globules rouges ( apport en oxygène et lutte contre les hémorragies).

Effets métaboliques dégradation du glycogène en glucose au niveau des muscles et du foie et de l'utilisation du glucose par le cerveau et les autres organes de défense. dégradation des lipides (lipolyse) dans le tissus adipeux pour produire de l'énergie synthèse des catécholamines (adrénaline et noradrénaline) et de leur catabolisme. Autres effets relâchement des muscles lisses de la vessie (réduire la miction) et du péristaltisme intestinal dilatation de la pupille (amélioration de la vision lointaine et en obscurité) Les récepteurs Nor/Adrénergiques Récepteurs Couplés à des Protéines G α1 Postsynaptiques poumons, viscères urogénitales et digestives, vaisseaux vasoconstriction α2 Autorécepteurs + Postsynaptique Vaisseaux vasodilatation β Postsynaptiques Cœur fonction Vaisseaux vasodilatation Adipocytes lipolyse Affinité de l adrénaline > NA, en général

Effets au niveau du cerveau Activation des voies noradrénergiques issues du locus coeruléus la vigilance par leurs impacts sur le cortex et le SL NA NA NA NA NA NA Libération centrale de β endorphines pour lutter contre la douleur (réaction analgésique/antalgique) Système autonome Orthosympathi que (Glandes surrénales) (Glandes surrénales) 2) La phase de résistance. - Fait suite à la réaction d alarme si celle-ci n a pas été suffisante pour surmonter le stresseur - Activation du SNE (axe hypothalamo-hypophysaire) afin de stimuler la sécrétion des hormones glucocorticoïdes par les corticosurrénales. Adénohypophyse

CRH Sang Glucocorticoïdes Mode d action de glucocorticoïdes (Glcc) Les Glcc sont des stéroïdes : lipides hydrophobes Sont insolubles dans les milieux biologiques Circulent dans le sang à l intérieur de protéines de transport Les Glcc sont libérés au contact des cibles Les Glcc traversent la membrane plasmique Se complexent avec des récepteurs cytoplasmiques Le complexe Glcc/récepteur rentre dans le noyau Se fixe sur l ADN Modifie l expression des gènes cibles

Non traité = hors programme Milieu extracellulaire 1 2 3 Milieu intracellulaire

Impacts des glucocorticoïdes Effets métaboliques la néoglucogenèse hépatique et la lipolyse de la consommation de glucose dans la peau et les viscères Effets cardiovaculaires Régulation de la vasodilatation induite pendant la réaction d'alarme afin d'éviter l'hypotension. Autres effets inhibitions du système immunitaire et des fonctions inutiles Effets cérébraux Arrêt de l activation de la corticosurrénale (stop sécrétion A) Stimulation du SL, du LC et du noyau du Raphé afin d'adapter au mieux la réponse au stress En résumé: Après que les réserves immédiates en glucose (glycogène) aient été utilisées lors de la réaction d'alarme (effets métaboliques de l A et de la NA) Les glucocorticoïdes maintiennent la production de glucose à un niveau élevé afin de répondre au besoin à moyen terme des muscles, du cerveau et du cœur.

3) Epuisement et pathologies Exposition prolongée ou répétée à l agent stressant rend chronique l état de stress Les capacités énergétiques (physique et psychique) de l'organisme s'épuisent, Le % de glucose dans le sang chute et les cellules ne sont plus nourries correctement. un état d'épuisement est atteint qui favorise l'apparition de pathologies. Pourquoi l épuisement est-il un terrain prédisposant aux maladies? Car: - cellules sont fragilisées - dérégulation neuroendocrine liée au dysfonctionnement du rétrocontrôle négatif par les glucocorticoïdes sur l axe hypothalamohypophysaire - la sécrétion des glucocorticoïdes reste élevée - les glucocorticoïdes ont un effet immunosuppresseur - un % élevé de cholestérol sanguin (associé à la lipolyse)

Pathologies somatiques Cardiovasculaires: hypertension, athérosclérose, infarctus du myocarde, AVC (accidents cardiovasculaires). Gastro-intestinales: constipation, colite, ulcère, cancers digestifs. Autres: arthrite rhumatisante, diabète (car les glucocorticoïdes induisent une résistance à l'insuline), obésité. Pathologies psychiques indifférence, introversion, passivité, trouble du comportement (irritabilité), troubles anxieux, anorexie et dépression. Interactions des glucocorticoïdes avec l innervation 5HT (sérotonine, Raphé)

Le Système Sérotoninergique STRESS Cortex Système limbique Hippocampe amygdale Axe HH Troubles psychiques Noyaux du tronc Le complexe du raphé Interactions entre glucocorticoïdes et innervation 5HT pendant un stress chronique Cortex + 5HT Hippocampe Amygdale + Anxiogène 5HT + Hypothalamus Raphé CRH Adénohypophyse ACTH Corticosurrénales Glucocorticoïdes Barrière hémato-encéphalique

Réponses au Stress et Conséquences à Long Terme Les principales réponses Mobilisation énergétique à partir des réserves tissulaires Conséquences pathologiques Fatigue, fonte musculaire, diabète stéroïdien Augmentation de l activité cardiovasculaire et pulmonaire Inhibition de la digestion Inhibition de la croissance Hypertension Ulcères Nanisme psychosocial, décalcification osseuse Inhibition de la reproduction Inhibition de la réponse immunitaire et inflammatoire Analgésie Réponses neuronales incluant des modifications de la cognition et des seuils de d excitatbilité Suppression de la libido, de l ovulation, impuissance Affaiblissement de la résistance aux maladies Apathie Accélération de la neurodégénérescence liée à l âge 4) Effet du stress sur la mémoire Amygdale réception du stress Activée par LC (NA) Impactée par le CRH Amygdale Hippocampe Modulation de la mémoire donne la dimension émotionnelle des souvenirs encodés par l hippocampe L hippocampe est impacté par les Glcc CRH NA Glcc Corticosurrénales Le stress impacte la mémorisation et le rappel des souvenirs Hypothalamus

Cortisol Le stress peut favoriser la mémorisation par l augmentation de l impact adrénergique sur l amygdale Le stress perturbe le rappel mnésique par l impact des Glcc sur l hippocampe et le cortex III) Aspects cognitifs 1) Programmation de réponses spécifiques Majorité des études sur le SGA avec stresseurs douloureux ou à risque vital activations importantes OS et neuroendocrinienne la réponse au stress est une réponse stéréotypée (SGA) FAUX L apprentissage, la connaissance ou le conditionnement qui préparent le sujet au stress montrent que la réponse adaptative au stress peut être spécifique

Exemple biologique chez l animal de l effet de l expérience sur la réponse au stress : stresseur = variation de T 1) Sujet non entraîné, habitué à vivre à T stabilisée T SGA complet T SGA complet corticoïdes} réponses stéréotypées 2) Habituation du sujet aux variations de T afin de réduire l effet «nouveauté» du stresseur T corticoïdes thermogénèse T corticoïdes thermogénèse} réponses adaptées

Glucocorticoïde

Constat n 1 Le modèle SGA est limité par son fonctionnement basé sur un schéma stimulus/réponse (de cause à effet) il néglige les variables interindividuelles : les composantes psychiques, l évaluation subjective de la situation et la capacité à y faire face (le coping; to cope = se débrouiller avec, faire face à; Cf. plus loin) Constat n 2 La réponse au stress peut-être spécifique d une situation stressante. Constat n 3 L intensité de la réponse est liée au caractère inattendu du stresseur. La prédiction d un stress permet d anticiper la mobilisation des ressources psychiques et physiologiques pour affronter le stress et en réduire l impact Constat n 4 L intensité de la réponse est l écart entre la perception du stress et la perception de la capacité individuelle à faire face. Constat n 5 L expérience, la connaissance et l apprentissage peuvent améliorer cette capacité de défense/résistance

2) Modification de l impact du stress par des modulateurs cognitifs L expérience du sujet affine la réponse pour la rendre plus sélective donc plus efficace. Cette modulation est réalisée grâce au système limbique (SL) et au cortex - reçoivent les infos environnementales et corporelles - les utilisent pour l apprentissage - les mémorisent (mise à jour de la banque de données, nécessaire à la programmation de stratégie de réponse la plus appropriée possible) L évaluation du stress par le complexe SL/cortex est donc plus importante que la nature objective du stress. Autrement dit, l intensité stress perçu ( nature objective du stress), dépend de l importance que le sujet attribut au stress Cette importance cognitive est déterminée par des Facteurs personnels Responsabilités Vulnérabilité Croyances Ressources psychiques et physiques Motivation Sexe Age Facteurs situationnels Nature objective du stress Imminence du stress Niveau d exigence Nouveauté Prédictibilité Durée

La valeur cognitive du stress (facteurs personnels et situationnels) produit des sentiments/émotions négatives ou positives La dimension stressante d un évènement résulte aussi (1)des sentiments/émotions évoqués(ées) et (2) l évaluation des capacités à faire face = le coping Favorisé par l apprentissage, la connaissance et l expérience + Le coping : les stratégies cognitives et comportementales développées pour réduire ou anéantir les impacts nocifs d un stress sur le psychisme et le physique L acquis ou l entraînement sont essentiels pour : produire facilement une réponse spécifique et efficace décharges émotionnelles potentialisatrices du stress. Face au stress Sujet naïf, non entraîné se sent incapable de contrôler la situation émotion forte, perte de ses moyens. Pas de stratégie préétablie dans son répertoire cognitif SL déclenche un SGA stéréotypé et inapproprié décharge émotionnelle impact du stresseur Sujet expérimenté, entraîné a le sentiment de contrôler la situation (coping) peu d émotion, confiance en soi. Existence d une stratégie préétablie SGA spécifique réduction ou abolition du stress

Les émotions modulent l ampleur du stress Evènement stressant Inhibition Stress aversif perçu Coping Oui Non Evaluation cognitive Potentialisation Emotion positive (confiance ) + Emotion négative (incertitude ) Apprentissage, expérience

3) Bases neurobiologiques de la modulation cognitive Dans le SNC Stress libérations de NA et 5HT qui sont modérées chez le sujet contrôlant son stress - accompagnée par leurs synthèses chez le sujet contrôlant son stress - utilisation de NA et 5HT non compensée chez le sujet subissant son stress Le sujet entraîné maintient son cerveau à un niveau de fonctionnement optimal Dans le SNP - Stress contrôlé est associé à l activation limité du OS (réaction d alarme). - Stress subi est associé à l apparition de la réponse corticosurrénalienne (SGA complet) Le contrôle du stress et la réduction des manifestations émotives, préjudiciables à la défense anti-stress, résultent de l inhibition du raphé par le cortex préfrontal Système Limbique Cortex

Le locus coeruleus stimule le raphé qui active le système limbique, lequel induit les émotions Le cortex préfrontal active des interneurones inhibiteurs qui la stimulation noradrénergique du raphé. La de la libération de 5HT dans le SL favorise le contrôle des émotions 4) L effet débilitant du stress le stress peut être amplifié par des éléments endogènes cognitifs (Cf. précédemment): - absence de stratégie de réponse. Coping défaillant - utilisation de stratégie inadéquate. - réactions émotionnelles paroxysmiques amplification maximale du stress perçu Perturbations des performances cérébrales Réponse inadaptée Stress accru C est l effet débilitant: Les réactions émotionnelles induites par le stress réduisent les performances cognitives

Autrement dit, l émotion - empêche la mise en jeu de réponse adaptée - réduit les capacités d analyse - focalise l attention sur un seul aspect de la situation stressant - empêche l adoption de solution de rechange - induit la répétition de l action défensive inefficace INCAPACITE DE S ADAPTER AU STRESS Adaptation de l environnement (escaliers, portes) Fonctionnement individuel Effet différentiel du stress sur le fonctionnent d un sujet Stress bénéfique stimulant Stress néfaste pathogène Effet débilitant Eustress Détresse Niveau de stress