Effet narcotisant de l’acide carbonique

C’est à Saissy que l’on attribue en général la découverte du sommeil hibernal artificiellement provoqué par le confinement. Cet auteur [84 a] place les Marmottes en mai et en juin dans des caisses avec une ouverture très réduite et constate qu’en plongeant la caisse dans un mélange réfrigérant la Marmotte entre en « sommeil hibernal artificiel >». La même expérience n'ayant pas été couronnée de succès quand la caisse était largement ouverte, SAIssY attribue à la petitesse de l’ouverture la cause essentielle du sommeil dans son expérience. SaIssy donne une description de l’examen de la sensibilité de

ces animaux ; l'absence de réponse réflexe à la piqûre profonde du museau et des pattes à l’aide d’un scalpel, l’inefficacité du courant électrique appliqué à la langue et aux narines nous font penser qu’il s’agit dans les expériences de SaIssy de narcose à l'acide carbonique et non pas de « sommeil hibernal artificiel ». BaRkow [4] cite également le confinement parmi les causes adjuvantes sans que l’on puisse y distinguer si c’est l'accumulation du CO, ou le manque d'oxygène qu’il considère comme efficace. L'action narcotisante de l’anhydride carbonique est étudiée dans la 2° moitié du siècle dernier par RaouLr [80], FRIEDLÂNDER et HERTER [37] et DugBois [28]. Le premier constate chez le Lapin que des concentrations de 5,8 à 23,2 p. 100 de CO, dans l’air inspiré diminuent l'intensité des échanges ; les auteurs allemands constatent pour des concentrations de 6 à 10 p. 100 des phénomènes d’excitation, tandis que les concentrations supérieures à 10 p. 100 font tomber la pression artérielle et la température. Les expériences de narcose ont été reprises par ALBITZKY [2], CAPELLE [15] etc. Nous avons cité plus haut les expériences de CORDIER et MAYER [20] et celles de REIN [82]. Mais le problème qui nous intéresse plus particulièrement est celui qui a été étudié par Dugois [28] et qui concerne l'effet de l’acide carbonique sur les hibernants, les Marmottes en particulier. Parmi les considérations qui ont conduit DuBois à étudier les narcoses au CO, chez la Marmotte nous relèverons les points suivants

il pense que ces animaux peuvent accumuler du CO;, puisque les Marmottes endormies ont une teneur élevée du sang en CO, ; de plus, la mesure des échanges montre un abaissement du Q. R. pendant le sommeil, parallèle à la rétention de CO.. Enfin, au moment du réveil le Q. R. atteint des valeurs anormalement élevées qui ne s'expliquent que par des décharges d'acide carbonique. Connaissant l’effet hypothermisant et narcotisant du CO, DuBois fait des mélanges où il y a 45 à 55 p. 100 de CO, ; il fait respirer ces mélanges à des Marmottes et obtient le « sommeil ». IT n’hésite pas à identifier l’état de Lorpeur déterminé par le mélange gazeux avec le véritable sommeil hibernal pour les deux raisons suivantes : 1. le 27.10. 1895. il narcotise une de ses Marmottes. Après la narcose elle se réveille ; le surlendemain, elle dort de nouveau, spontanément. DuBoïs oublie que si l’animal s’endort le 1.11.1895, cela est sans rapport avec le CO, le sommeil hibernal n'étant nulle-

ment anormal à la date du premier novembre. 2. S'il fait respirer à une Marmotte endormie du CO, pur, la Marmotte se réveille. II déduit de ces deux expériences que le CO règle tout le sommeil : il l’induit d’une part, et le supprime de lautre, quand les concentrations deviennent trop fortes. IT n'existe plus aucun doute pour DuBois : le sommeil naturel et le sommeil hibernal sont tous deux des autonarcoses au CO:. L’anhydride carbonique agirait sur le «centre du sommeil » dont l'existence lui paraît démontrée par l’observation de GAYET [38] concernant un cas d’encéphalite diffuse avec localisation diencéphalique et somnolence très accusée.

Ce sont les considérations de DuBois concernant le Q. R. qui nous ont amenés à reprendre dès 1934 avec DONTCHEFF les expériences de narcoses au CO, chez les hibernants [27, 27 b]. Nous espérions aborder par ce détour le problème des Q. R. anormaux enregistrés pendant le sommeil hibernal du Loir. BENEDICT [5] publie également dans son mémoire de 1938 des résultats obtenus avec des narcoses au CO» et au nembutal. Nous ne discuterons pas ses résultats, ses conclusions étant, à peu de chose près, identiques aux nôtres.

L'intérêt de nos nombreuses expériences faites de 1934 à 1936 a beaucoup diminué ; nous avons pu démontrer depuis cette époque que le Q. R. normal des hibernants endormis est de 0,70 et que l’on peut faire varier ce Q. R. à volonté par de simples variations de la concentration de l'acide carbonique de l’atmosphère confinée. Nous ne développerons en détail qu’une-seule des 14 déterminations pour montrer — comme nous l’avons annoncé dans l’exposé fait sur les poïkilothermes -— les quantités considérables d'acide carbonique que peut retenir le Loir. Nous choisirons comme exemple lPexpérience du 31 mai 1935 qui a déjà fait l’objet d’une note à la Société de Biologie. Après avoir pu développer une technique de mesure de la réserve alcaline chez les mammifères de petite taille [27 a], nous avons pu montrer avec DONTCHEFF que la réserve alcaline du Loir normal réveillé est de 37,5 ou 42,1 p. 100 (détermination du 24 avril).

Une mesure d'échanges de 1 h. de durée à 19° (méthode de BENEDICT) nous donne le matin les valeurs suivantes

OR == 0,740 Poids: du Loir :/242 £.

Calories — 7,64 par kilo et heure

Après la mesure (à 12 heures) on commence la narcose au CO. On utilise un mélange constitué par 25 parties d'acide carbonique

55 parties d’azote 20 parties d'oxygène

La narcose est effectuée à la température de 10°, à la glacière électrique. Le Loir est retiré à 16 h. 20 de la cloche dans laquelle on a fait la narcose : sa température rectale est de 10°0 ; on fait une ponction cardiaque en faisant respirer au Loir sous masque le même mélange anesthésiant : la réserve alcaline déterminée sur 1 cm? dé sang total au van SLykE donne le chiffre de 96,99 p. 100 de CO».

Après avoir déterminé la réserve alcaline, on place le Loir dans la cage à métabolisme du montage de BENEDICT et on refait des mesures d'échanges respiratoires. Les chiffres obtenus dans 3 mesures consécutives au cours du réveil sont les

suivants = = & 2 © © © VAE Do Ts © CE £a do = cie + = c 28 = Se SEE ER CP Calories par kilo 5 £ 5 % 52 832 ë Fe El ne et heure calculé à Es 7 SE |288 Ce & l’aide oedu cfficient A 8 — OS 2 s a o© & © | de 4,71 © CT So EN T © “x D TD Ets œ à ‘5 + © = = © < e <= a rc SR BE dl 190 — 0h15 2250 — — 2 19° |19.270 | 0h59 77,1 &,0 0,075 3 19° 0.818 | 1h22 209.6 256,4 3,666

Il ressort de cette étude du réveil du Loir que la calorification du Loir narcotisé ne se distingue pas de la calorification du Loir endormi pendant l'hiver (0 Cal 08 par kilo et heure).

Les Q. R. obtenus au cours du réveil ont des valeurs telles qu'il est impossible de leur attribuer aucune signification métabolique : pendant son réveil, le Loir se débarrasse du CO, qui l’a endormi. La quantité totale de CO, que le Loir a dégagée pendant les 2 h. 40 qui ont suivi la narcose est de 309 cm* ; la quantité correspondante d'oxygène consommé est de 260 cmë. Le Q. R. moyen du réveil est, par conséquent, de 1,19 soit environ « un Q. R. classique de glucides pendant le réveil» (notons qu’au cours d'expériences calquées sur ce modèle, les Q. R. de 1,02, de 0,90, de 0,96, de 0,97 etc. ont été

obtenus avec la même facilité que les Q. R. de 2,0, 3,4 etc...) La détermination d'échanges faite avant la narcose nous montrait que le Q. R. normal, « métabolique » de ce Loir est de 0,74. Si nous calculons sur ce chiffre expérimental l’élimination de l’acide carbonique théorique qui correspondrait à la consommation d'oxygène pendant le réveil, nous trouvons le chiffré de 192 cm? de CO». 309 cm? —- 192 cm — 117 cm3 de CO, ont été dégagés au cours du réveil en plus de Pélimination qui correspondait à la valeur métabolique. Ces 117 em* de CO, proviennent de l’anesthésie : le Loir à retenu puis dégagé au cours de l’expérience 117 cm de CO, qui avaient déterminé la chute de. température et l’anesthésie.

fire.

Attitude caractéristique du Loir pendant le sommeil hibernal.

Le Loir de 241 g. a par conséquent d’abord emmagasiné cette quantité d’acide carbonique. À laide du chiffre de la réserve alcaline nous pouvons nous rendre compte dans quels tissus le Loir a stocké le CO,. La masse du sang de l’animal est environ de 18,5 cm° (soit 1/13° du poids du corps). La réserve alcaline, à la fin de la narcose étant de 97 p. 100, le volume sanguin du Loir a fixé environ son volume (18,5 cm3) de gaz carbonique. La réserve alcaline normale étant de 40 p. 100, il reste environ 11 cm? d’acide carbonique introduits

par l’anesthésie qui ont été retenus dans le sang. Il faut par conséquent que 117 em —- 11 cm — 106 cm aient été retenus : ailleurs que dans le sang. Comme nous l’avons dit plus haut, les expériences de GREHANT [45], celles de SCHWARTZ et ScHmip [87], montrent que tous les tissus, les muscles en particulier, prennent une part importante dans le fonctionnement de la « réserve alcaline ». Les expériences faites en 1934 et 1935 nous ont donné des renseignements précieux sur le rôle supposé de l’acide carbonique dans le déterminisme du sommeil hibernal.

Dans l’expérience que nous venons de relater, la température rectale du Loir était tombée à 10°1, soit à la valeur que nous trouvons à 10° (température extérieure) pendant le sommeil hibernal. La calorification mesurée dans cet état a été à peu près de 0,075 Calories, soit encore une valeur très voisine de celle obtenue pendant le sommeil hibernal profond. Mais l'attitude du Loir anesthésié au CO, est toute différente de celle du Loir en sommeil hibernal. En sommeil hibernal (figure 1), le Loir est enroulé et assis sur ses reins. Les muscles présentent un état de contraction tonique : la queue continue le mouvement d’enrouiement et couvre ia tête et la nuque.

Le Loir anesthésié au CO, est couché sur le flanc ; il présente également une ébauche d’enroulement, mais si l’on ouvre aux doigts la boucle qu’il forme, on ne constate presque pas de résistance des muscles au mouvement de déroulement imprimé au Loir. De plus, la fréquence respiratoire est de beaucoup supérieure à celle enregistrée pendant le sommeil hibernal, comme il ressort des chiffres suivants

Narcoses effectuées à 10° environ.

Fréquence respiratoire T . | Date de l'expérierce à la fin de la narcose és ne Re CAR (par minute) en fin de narcose

&- 41934 72 LS 6- 41934 16 Da 12/13- 4-1934 13-18 120 20- 41934 16 190 84-12-1934 13 130 412-1934 14 1408 5-12-1934 14 1205 21- 5-1935 Le 1107 29- 5-1935 Se. go

LES ÉCHANGES RESFIRATOIRES DES HIBERNANTIS. 321

Les productions de chaleur les plus basses que nous ayons observées ont été les suivantes

Calories

Date de l'expérience par kilo et heure

Poids du Loir en g.

Ce n’est par conséquent qu’une seule fois que le chiffre de la calorification est tombé à la valeur caractéristique du sommeil. La respiration de Cheyne-Stokes si caractéristique du sommeil hibernal n’a jamais été observée. Seule dans la mesure du 12/13.4.1934 où l’anesthésie a duré plus de 15 heures on a enregistré une formation de groupes respiratoires. Enfin un autre signe très net qui fait différer l’état obtenu par narcose au CO, de l’état du sommeil est l’insensibilité du Loir narcotisé ; il ne réagit pas ou peu aux excitations tactiles ou thermiques, tandis que le Loir en état de sommeil hibernal fait des mouvements de déroulements caractéristiques dès qu’on souffle sur lui. Le Loir endormi au CO, est un animal narcotisé, très hypothermique à 10°, mais rullement un animal « bulbo-spinal >» comme l’hibernant en état de sommeil hibernal normal. (MERZBACHER [73]). C’est HALL [46] surtout qui parmi les anciens auteurs s’est opposé de la façon la plus catégorique à la conception courante à son époque, défendue par MizNE-EpwaRrps [31], que le sommeil hibernal est caractérisé par une sensibilité très réduite. Pour HALL, il s’agit d’un processus tout contraire et il pousse son raisonnement jusqu’à l'extrême en affirmant : « AIl the phenoma of hybernation originate, then, in the suceptibility of augmented irritability >». HALL arrive à une conclusion diamétralement opposée à celle de SPALLANZANI qui disait 30 ans plus tôt que la cause du sommeil résidait dans une diminution de l’irritabilité [90].

L’attitude du Loir narcotisé au CO», sa respiration, le degré de son excitabilité réflexe nous font penser que l’état obtenu par la narcose au CO, et l’état de sommeil hibernal ne sont pas identiques. Un autre facteur qui nous confirme encore dans notre manière de voir est que les hibernants sortent de leur état de narcose dès qu’on leur fait respirer de l’air normal. Est-ce que dans les conditions ordinaires de vie des hibernants le CO, intervient comme facteur induisant le sommeil en au-

tomne ? Nous ne pouvons le nier ; et il semble même probable que dans les terriers des hibernants la concentration en acide carbonique de l'air soit élevée et la teneur en oxygène basse. Mais pour l'acide carbonique encore, nous remarquerons que dans les conditions de vie de nos hibernants en captivité, il n'y a jamais pu y avoir ni manque d'oxygène ni excès de CO, ; les animaux ont dormi dès que la température oscillait en automne autour de 10°. Nous pensons même qu’à 1 p. 100 ou 3 p. 100 l'enrichissement en CO, de l’atmosphère où se trouve l’hibernant endormi à un effet contraire à l’effet narcotique, car nous avons observé à trois reprises au cours des expériences de confinement, dans lesquelles nous laissions accumuler le CO: pour faire baisser le Q. R., que le Loir en expérience s’est réveillé. Nous pensons qu’une des causes des réveils « spontanés » que lon attribue depuis QuINCKE [77] à une distension vésicale ou rectale, réside précisément dans les accumulations de CO, de l'atmosphère confinée.

Nous arrivons finalement après avoir analysé l'effet de tous ces facteurs exogènes à la conclusion que le plus important de tous est incontestablement la température. Il faut que la température du milieu soit de 5° à 13° pour que l’on observe le sommeil. Mais si cette condition est indispensable, elle est à elle seule insuffisante. Il faut qu’un ensemble de conditions internes soit réalisé pour que le sommeil s’installe quand la température extérieure est de 10° environ. C’est la somme des deux conditions qui est nécessaire pour l’établissement du sommeil ; si elles sont réalisées simultanément le sommeil peut être observé en hiver et au printemps, au mois de mai et même au mois de juin (HORVATH [49 a], VALENTIN [95 b]) Contrairement à l'opinion courante qui veut que le sommeil hibernal soit indépendant de la température puisque l’on peut observer du sommeil en été, il faut comme l’ont vu VALENTIN et HORVATH, que la température soit basse en mai et juin.

Facteurs endogènes.

a) CONSTITUTION ANATOMIQUE.

Déjà au début du siècle dernier, MANGrLI [67] et Sarssy [84]

se sont rendus compte que quelle que soit l'importance de la température du milieu ou du jeûne, ces facteurs sont insuffi-

sants pour expliquer l’origine du- sommeil hibernal. Si ces conditions étaient suffisantes à elles seules pour déterminer le sommeil, il serait naturel de trouver {ous les mammifères susceptibles d’entrer en sommeil hibernal. S'il n’en est pas ainsi, les mammifères hibernants doivent posséder des caractères spécifiques qui font qu'eux seuls présentent les manifestations du sommeil. À l’époque où travaillaient ces auteurs, on pensait que ce caractère distinctif devait trouver une expression anatomique fixe. Frappés par les manifestations énergétiques et nerveuses du sommeil hibernal, les auteurs ont cherché dans les appareils circulatoire et respiratoire et dans le système nerveux les caractères anatomiques spécifiques des hibernants. MANGiLr [67] voit la cause du sommeil dans l’insuffisance de la circulation cérébrale : contrairement aux autres espèces, les hibernants seraient caractérisés par l’absence à peu près complète de carotide interne qui fait que l’irrigation cérébrale se trouve être exclusivement tributaire des vertébrales. Saissy [84] voit trois causes : 1. le peu d’étendue du poumon, 2. la capacité plus grande du cœur et des vaisseaux thoraciques et abdominaux, sauf les pulmonaires, 3. le diamètre particulièrement grand des nerfs « de l’extérieur du corps » des hibernants.

En 1837, nous lisons dans le mémoire de BERTHOLD [8] que c’est à OTTO que revient le mérite d’avoir démontré qu’il n'existe pas d'organisation spéciale ni des vaisseaux cérébraux, ni des nerfs cutanés des mammifères hibernants.

Les différences dans les mensurations du cœur de la Marmotte et du Lapin s'expliquent aujourd’hui aisément : on sait que le volume du cœur dépend en partie du travail musculaire fourni par le sujet. Si l’on compare la Marmotte sauvage avec le Lapin domestique, la différence dans la motilité des deux espèces est évidente et il est naturel que le rapport poids du cœur poids du corps ments fréquents et rapides que chez le Lapin domestique condamné à une immobilité à peu près complète durant toute sa vie. En 1846, BArkow [4] affirme à son tour qu'il existe une différence entre la structure des voies respiratoires des mammifères hibernants et des autres. BARKOW prétend que les capillaires pulmonaires des hibernants sont moins développés que chez les autres mammifères. Leur structure se rap-

soit plus grand chez la Marmotte à déplace-

procherait de la structure des vaisseaux correspondants chez les amphibiens. Par contre, BaRkow se refuse à croire que c’est à une condition spéciale du système nerveux central qu'il faut attribuer la cause du sommeil. Il pense que le système nerveux central des oiseaux n’est pas plus développé que le système nerveux central des mammifères hibernants ; or, les oiseaux constituent la seule classe dans laquelle aucun représentant n'entre en torpeur hibernale. (Nous avons déjà eu l’occasion de développer l'interprétation que nous donnons des observations récentes de HuxLEY et de ses collaborateurs sur l’état de poiïkilothermie passagère observée chez les oiseauxmouches [51]).

b) RÔLE DES GLANDES ENDOCRINES.