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La chimie et le sport
L’IMAGERIE FONCTIONNELLE, OU COMMENT VOIR L’ACTIVITÉ D’UN ORGANE
L’imagerie fonctionnelle permet de suivre le fonctionnement d’un organe pendant la réalisation d’une action physique (le sujet bouge la main) ou mentale (le sujet pense qu’il bouge la
main), sans intervention extérieure traumatisante.
Les techniques associées, notamment celles qui traitent de la connaissance – ce qu’on appelle
les sciences cognitives – ont révolutionné aussi bien la recherche biomédicale que le diagnostic
de nombreuses pathologies, comme de cancers ou de diverses maladies neurologiques, et
le suivi de l’effet d’une thérapie. Elles complètent les techniques d’imagerie structurelle qui
donnent des informations sur l’état de l’organe (tissu, cellule, etc.), non plus en activité, c’està-dire en mode dynamique, mais en mode statique.
Plusieurs techniques d’imagerie fonctionnelle sont actuellement utilisées. Les principales
sont l’IRMf et la TEP :
L’imagerie par résonance magnétique fonctionnelle (IRMf)
L’IRMf procède des mêmes principes que la résonance magnétique nucléaire RMN, devenue
un instrument d’analyse routinier en physique, chimie et biologie (sur l’IRM structurelle, voir le
chapitre de M. Port dans l’ouvrage La chimie et la santé, au service de l’homme ). On demande
au sujet de faire alternativement un geste donné puis de cesser et de se mettre au repos.
On localise, par les techniques habituelles d’analyse, traitement et reconstitution d’images,
quelles sont les régions du cerveau qui sont activées. Cela se fait par ce que l’on appelle l’effet
BOLD (Blood Oxygen Level Dependant) : pendant l’activité et dans les zones activées, on observe
une très petite augmentation de la consommation d’oxygène des globules rouges. Pour cela,
on joue sur le paramagnétisme de l’hémoglobine qu’elles contiennent, selon qu’elle n’est pas
ou est oxygénée. Dans le premier cas, elle est visible en RMN, dans le second elle ne l’est
pas. C’est la variation, très faible, qui est mesurée, exigeant des méthodes très élaborées
d’analyse et de traitement.
La tomographie par émission de positons (TEP)
La TEP est fondamentalement différente de l’IRMf, car elle utilise des traceurs radioactifs très
particuliers, qui ont une durée de vie très courte et émettent des positons , qu’on appelle
parfois positrons car ils portent une charge positive, exactement inverse de celle portée par
l’électron. La rencontre d’un électron et d’un positon produit une émission de rayonnement
gamma, de très haute énergie, lequel va se désintégrer en deux photons qui partent dans des
directions opposées. Leur localisation par une caméra spéciale permet de déterminer très
précisément et avec une très grande sensibilité où s’est faite l’émission gamma. Il est alors
possible de constater où et avec quelle intensité le cerveau effectue une tâche (voir la Figure 16
par exemple). Par comparaison entre sujets sains et sujets malades, on peut ainsi déterminer
quelles sont les zones actives, celles qui sont lésées et qui peuvent correspondre à des diffi -
cultés d’apprentissage ou d’élocution d’un sujet, ou détecter des pathologies mentales graves.
Les traceurs chimiques sont principalement l’atome de fl uor-18, de durée de demi-vie de
110 minutes (c’est le fl uor 19 qui est stable, non radioactif) il est préparé dans un accélérateur
que l’on appelle cyclotron et on s’en sert pour préparer une molécule qui servira de marqueur
et que l’on injecte dans l’organisme du sujet. Il s’agit très généralement (à 90 ) d’un dérivé
du glucose, (le FD ou 2 (18-F) fl uoro-2-déoxy-D-glucose) qui sert de « combustible » au
cerveau, comme à tous les organes d’ailleurs. D’autres radionucléïdes à courte durée de vie,
comme l’oxygène 15 (c’est l’oxygène 18 qui est stable) ou le carbone 11 (c’est le carbone 13
qui est stable), commencent à être utilisés.
La préparation de ces éléments exige des conditions de sécurité importante il n’existe que
sept sites en France où on peut les préparer. À côté du cyclotron, il est nécessaire d’avoir un
La chimie et le sport
L’IMAGERIE FONCTIONNELLE, OU COMMENT VOIR L’ACTIVITÉ D’UN ORGANE
L’imagerie fonctionnelle permet de suivre le fonctionnement d’un organe pendant la réalisation d’une action physique (le sujet bouge la main) ou mentale (le sujet pense qu’il bouge la
main), sans intervention extérieure traumatisante.
Les techniques associées, notamment celles qui traitent de la connaissance – ce qu’on appelle
les sciences cognitives – ont révolutionné aussi bien la recherche biomédicale que le diagnostic
de nombreuses pathologies, comme de cancers ou de diverses maladies neurologiques, et
le suivi de l’effet d’une thérapie. Elles complètent les techniques d’imagerie structurelle qui
donnent des informations sur l’état de l’organe (tissu, cellule, etc.), non plus en activité, c’està-dire en mode dynamique, mais en mode statique.
Plusieurs techniques d’imagerie fonctionnelle sont actuellement utilisées. Les principales
sont l’IRMf et la TEP :
L’imagerie par résonance magnétique fonctionnelle (IRMf)
L’IRMf procède des mêmes principes que la résonance magnétique nucléaire RMN, devenue
un instrument d’analyse routinier en physique, chimie et biologie (sur l’IRM structurelle, voir le
chapitre de M. Port dans l’ouvrage La chimie et la santé, au service de l’homme ). On demande
au sujet de faire alternativement un geste donné puis de cesser et de se mettre au repos.
On localise, par les techniques habituelles d’analyse, traitement et reconstitution d’images,
quelles sont les régions du cerveau qui sont activées. Cela se fait par ce que l’on appelle l’effet
BOLD (Blood Oxygen Level Dependant) : pendant l’activité et dans les zones activées, on observe
une très petite augmentation de la consommation d’oxygène des globules rouges. Pour cela,
on joue sur le paramagnétisme de l’hémoglobine qu’elles contiennent, selon qu’elle n’est pas
ou est oxygénée. Dans le premier cas, elle est visible en RMN, dans le second elle ne l’est
pas. C’est la variation, très faible, qui est mesurée, exigeant des méthodes très élaborées
d’analyse et de traitement.
La tomographie par émission de positons (TEP)
La TEP est fondamentalement différente de l’IRMf, car elle utilise des traceurs radioactifs très
particuliers, qui ont une durée de vie très courte et émettent des positons , qu’on appelle
parfois positrons car ils portent une charge positive, exactement inverse de celle portée par
l’électron. La rencontre d’un électron et d’un positon produit une émission de rayonnement
gamma, de très haute énergie, lequel va se désintégrer en deux photons qui partent dans des
directions opposées. Leur localisation par une caméra spéciale permet de déterminer très
précisément et avec une très grande sensibilité où s’est faite l’émission gamma. Il est alors
possible de constater où et avec quelle intensité le cerveau effectue une tâche (voir la Figure 16
par exemple). Par comparaison entre sujets sains et sujets malades, on peut ainsi déterminer
quelles sont les zones actives, celles qui sont lésées et qui peuvent correspondre à des diffi -
cultés d’apprentissage ou d’élocution d’un sujet, ou détecter des pathologies mentales graves.
Les traceurs chimiques sont principalement l’atome de fl uor-18, de durée de demi-vie de
110 minutes (c’est le fl uor 19 qui est stable, non radioactif) il est préparé dans un accélérateur
que l’on appelle cyclotron et on s’en sert pour préparer une molécule qui servira de marqueur
et que l’on injecte dans l’organisme du sujet. Il s’agit très généralement (à 90 ) d’un dérivé
du glucose, (le FD ou 2 (18-F) fl uoro-2-déoxy-D-glucose) qui sert de « combustible » au
cerveau, comme à tous les organes d’ailleurs. D’autres radionucléïdes à courte durée de vie,
comme l’oxygène 15 (c’est l’oxygène 18 qui est stable) ou le carbone 11 (c’est le carbone 13
qui est stable), commencent à être utilisés.
La préparation de ces éléments exige des conditions de sécurité importante il n’existe que
sept sites en France où on peut les préparer. À côté du cyclotron, il est nécessaire d’avoir un