Détermination de l'espace extracellulaire d'un tissu par la mesure de l'impédance électrique : étude théorique et expérimentale
(1978)
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- Notre travail avait pour objet principal de développer une nouvelle méthode de détermination de l’espace intercellulaire d’un tissu vivant (le volume de liquide d’un tissu séparé des cellules par la membrane cellulaire). En effet, si la détermination de l’espace extracellulaire est généralement réalisée au moyen de méthodes de dilution de marqueurs auxquels la cellule est imperméable, ces méthodes, se basant sur la comparaison de la concentration du marqueur dans le milieu extérieur et dans le tissu total, ne peuvent être utilisées lorsque le liquide extracellulaire ne peut être isolé, en particulier lors de la conservation d’organes en anoxie avant transplantation. Les progrès réalisés récemment dans les techniques de conservation et de transplantation ont rendu indispensable de disposer d’une nouvelle méthode de mesure de l’espace extracellulaire. <BR> Décrite depuis le début de ce siècle par de nombreux auteurs le mesure de l’impédance électrique d’un tissu vivant s’est avérée applicable à la détermination de l’espace extracellulaire. En effet, un tissu peut être considéré comme un ensemble de particules (les cellules) entourées d’une membrane (membrane cellulaire) en suspension dans un milieu conducteur (le milieu cellulaire). En tenant compte du caractère capacitif de la membrane cellulaire, la valeur de l’impédance à basse fréquence d’un tissu est fonction du volume cellulaire relatif occupé par les cellules dans le tissu et de la résistivité du milieu extérieur. A haute fréquence, par contre, l’impédance spécifique de la membrane est négligeable et l’impédance du tissu dépend, en plus du volume cellulaire relatif et de la résistivité extracellulaire, de la résistivité intracellulaire. Le rapport des impédances mesurées à haute et basse fréquence dépend alors que du volume cellulaire relatif et du rapport des résistivités intra et extracellulaires. Cette méthode, vérifiée préalablement est précisément sur le tissu simple qu’est le sang -, a ensuite été appliquée à un tissu plus complexe : le foie. <BR> La mesure de l’impédance nécessitant des électrodes qui assurent la continuité entre le milieu à mesurer et la chaîne de mesure proprement dite, il était nécessaire de s’assurer que leur présence ne modifiait pas le milieu à étudier. Nous avons donc été amenés à vérifier préalablement que les électrodes utilisées dans ce travail ne produisaient de lésions ni électriques, ni mécaniques au tissu étudié. <BR> En ce qui concerne le sang, nous montrons que le modèle de FRICKE décrivant l’impédance spécifique d’une suspension de sphéroïdes, est parfaitement applicable tant à basse qu’à haute fréquence. A basse fréquence, il existe un effet une corrélation très étroite entre l’hématocrite (volume cellulaire relatif dans le cas du sang) obtenu par centrifugation et par les mesures d’impédance. Le rapport des impédances à haute et basse fréquences permet de déterminer également l’hématocrite lorsque le rapport des résistivités intra et extracellulaires est connu. <BR> En ce qui concerne le foie, nous relevons d’emblée une grande dispersion des valeurs d’impédances mesurées en différents endroits de l’organe. Lorsque la fréquence de mesure est de 5 KHz par exemple cette dispersion est attribuable en grande partie à la présence du système vasculaire hépatique qui présente une résistivité plus faible que le parenchyme lui-même. Par contre le rapport des impédances mesurées à haute et basse fréquences réduit significativement la dispersion introduite par une mesure à fréquence unique et est, de ce fait, une valeur utilisable pratiquement. Ainsi que nous l’avons établi pour le sang lorsque le rapport des résistivités intra et extracellulaires est connu, une corrélation très étroite peut être établie pour le foie entra la valeur de l’espace extracellaire (1-volume cellulaire relatif) et le rapport des impédances à haute et basse fréquences. <BR> Afin de généraliser la méthode à des conditions expérimentales où le rapport des résistivités intra et extracellulaires n’est pas connu, nous avons été amené à étudier les facteurs déterminant la valeur de la résistivité du milieu cellulaire. En effet ; s’il est acquis que celui-ci peut être considéré comme purement résistifs, sa valeur est cependant deux à trois fois plus grande que la valeur déduite à partir des concentrations ioniques intracellulaires. <BR> Après avoir montré que c’est la présence des protéines intracellulaires qui augmente la résistivité entre la concentration en protéine et la résistivité. A partir de mesures d’impédance de suspensions électrolytiques d’hémoglobine et d’albumine nous montrons qu’il est possible de considérer les protéines comme des isolants en suspension dans un milieu conducteur. L’utilisation du modèle de FRICKE permet alors d’estimer l’eau d’hydratation de l’albumine et de l’hémoglobine à .45 et .44 gr.eau/gr/protéine concordant avec celle rapportée généralement dans la littérature.<BR> Disposant d’organes en anorexie, nous avons tenté de mettre en évidence l’existence d’une relation entre l’impédance spécifique de la membrane cellulaire et son état physiologique. D’une part, si l’on admet que l’impédance spécifique de la membrane cellulaire est de la forme k(jw)-α, il semble que la relation entre l’impédance spécifique de la membrane cellulaire et son état physiologique est très vague même en anoxie profonde. D’autre part, si l’on admet que l’impédance spécifique de la membrane cellulaire est purement capacitive, il est nécessaire d’admettre une distribution des caractéristiques au sein du tissu. Cette distribution qui ne trouve son origine ni dans celle d’une distribution de taille cellulaire, ni dans celle d’une distribution de la résistivité intracellulaire est probablement l conséquence d’une distribution de l’orientation de cellules de résistivité anisotropes dans le champ électrique. Quel que soit el modèle choisi pour décrire l’impédance spécifique de la membrane cellulaire, il est alors difficile d’établir une relation évidente entre la perméabilité et l’impédance spécifique de la membrane cellulaire. <BR> Disposant de l’ensemble des résultats recueillis précédemment, nous proposons alors une méthode de détermination de l’espace extracellulaire d’un tissu à partir de la mesure de l’impédance à haute et basse fréquences tenant compte d’une variation éventuelle de la résistivité intracellulaire. Puisque la résistivité intracellulaire dépend de la concentration en protéines dans la cellule, la mesure de l’impédance adjointe à celle de la concentration en protéines intracellulaires (obtenue indirectement par la mesure du contenu en eau totale du tissu) permet de déterminer l’espace extracellulaire. <BR> La méthode proposée a, dans un premier temps, été vérifiée durant des perfusions de foie où les modifications d’espace étaient consécutives à une modification des pressions de perfusion. Dans ces circonstances, la corrélation entre la méthode de dilution de l’insuline et l’impédance est très étroite (r=.95). D’autre part, lorsque le foie est reperfusé après 24 heures d’anoxie, une excellente corrélation (r=.98) est également obtenue entre les valeurs des espaces à l’impédance et au chlorure, alors que les cellules présentent un déséquilibre électrolytico-volumique souvent important. <BR> Finalement, nous montrons que, lorsque la perméabilité de la membrane cellulaire est augmentée, la méthode à l’impédance permet encore, contrairement à celle de la dilution d’un marqueur, de déterminer l’espace extracellulaire. Dans ces conditions, en effet, la membrane cellulaire peut devenir perméable au marqueur qui pénètre dans le milieu cellulaire, violant ainsi l’hypothèse de la méthode de dilution. <BR> En conclusion, la méthode de détermination de l’espace extracellulaire d’un tissu, que nous avons établie tout au long de ce travail, s’avère d’une fiabilité équivalente à celle des méthodes conventionnelles lorsque celles-ci sont d’application, tout en offrant deux avantages supplémentaires important : <BR> - la méthode à l’impédance ne nécessite pas d’isoler le milieu extracellulaire, ceci la rend particulièrement bien adaptée à l’étude d’organes en conservation. <BR> - son insensibilité à l’état de la membrane cellulaire la rend d’une utilisation indispensable lorsque l’on ne peut à priori préjuger de la perméabilité membranaire. L’expérimentation dispose ainsi d’un nouvel outil d’investigation du comportement hydrovolumique d’un tissu vivant
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Wojcik, S. (1978). Détermination de l’espace extracellulaire d’un tissu par la mesure de l’impédance électrique : étude théorique et expérimentale. https://hdl.handle.net/2078.5/112018