La thérapie PEMF stimule la synthèse mitochondriale d'ATP sans affecter la respiration découplée

La thérapie par champ électromagnétique pulsé (PEMF) est un traitement non invasif de plus en plus utilisé pour la cicatrisation osseuse, la cicatrisation des plaies, l'arthrose et la gestion de la douleur, mais sa cible cellulaire principale reste mal comprise. Cette étude du Ludwig Boltzmann Institute for Traumatology de Vienne visait à examiner de manière systématique si le PEMF interagit avec les mitochondries — des organites essentiels au métabolisme énergétique cellulaire et impliqués dans le vieillissement, l'inflammation et la maladie — et, le cas échéant, de quelle manière. Les chercheurs ont utilisé un dispositif Hofmeir Magnetics spécifique délivrant une impulsion sinusoïdale de 1 ms à 30 kHz avec une faible énergie d'entrée, reconnaissant d'emblée que les effets pourraient ne pas se généraliser à d'autres dispositifs PEMF utilisant des fréquences ou des formes d'onde différentes.

Les expériences ont été menées sur trois systèmes biologiques : des cultures intactes de cellules musculaires humaines LHCN-M2, des homogénats de tissus musculaires et hépatiques, et des mitochondries hépatiques isolées. Dans les cellules intactes évaluées 30 et 90 minutes après l'exposition au PEMF, le potentiel de membrane mitochondrial (MMP) était significativement diminué à 90 minutes (p<0,05), tandis que les espèces réactives de l'oxygène (ROS) ne montraient aucune variation significative. Les taux intracellulaires d'oxyde nitrique (NO) étaient significativement réduits à 90 minutes (p<0,05). Le NO étant un inhibiteur connu de la cytochrome c oxydase (complexe IV), l'équipe a émis l'hypothèse que le PEMF pourrait déplacer le NO du complexe IV, restaurant ainsi la respiration et abaissant secondairement le MMP par une activité accrue de la chaîne de transport des électrons.

Pour tester cette hypothèse de déplacement du NO, les chercheurs ont exposé des homogénats de muscles et de foie au donneur de NO DEA-NONOate afin d'inhiber la respiration mitochondriale, puis ont appliqué le PEMF. Des témoins préliminaires ont confirmé que le PEMF n'avait aucun effet sur la cinétique de libération du NO par le DEA-NONOate, et ce à plusieurs températures et concentrations. Dans les homogénats de muscles et de foie, le PEMF n'a pas réussi à inverser l'inhibition de la respiration en état 3 induite par le NO (p<0,01 et p<0,0001 pour les effets inhibiteurs du NO, mais aucun effet de restauration par le PEMF). Le même résultat nul a été reproduit sur des suspensions de mitochondries isolées à des concentrations environ 3 fois supérieures à celles présentes dans le tissu intact, rendant moins plausible une explication par un manque de sensibilité de détection.

En revanche, l'exposition à la lumière bleue a significativement restauré la respiration mitochondriale inhibée par le NO dans le même modèle de mitochondries isolées, servant de contrôle positif et confirmant que le système expérimental était capable de détecter des effets de restauration. Dans les mitochondries témoins (non inhibées par le NO), le PEMF a produit une légère mais significative élévation de la respiration en état 2 (basale) et une augmentation forte et significative de la respiration en état 3 (stimulée par l'ADP, couplée à la synthèse d'ATP). De manière déterminante, le rapport de contrôle respiratoire (état 3/état 2) — un indicateur clé de l'efficacité du couplage mitochondrial — était significativement plus élevé dans les mitochondries traitées par PEMF. Cependant, la respiration découplée mesurée avec le protonophore FCCP ne montrait aucune différence notable entre les groupes traités par PEMF et les groupes témoins, indiquant que le PEMF améliore sélectivement la respiration couplée à la synthèse d'ATP plutôt que la capacité globale de la chaîne de transport des électrons.

Une ANOVA à deux facteurs portant sur toutes les conditions de substrats contenant du glutamate dans les cellules perméabilisées a confirmé un effet significatif du traitement PEMF sur la respiration (p=0,026), la composition des substrats représentant 93,12 % de la variation totale. Les auteurs proposent que le mécanisme principal du PEMF pourrait impliquer des systèmes de transport mitochondriaux tels que le canal anionique dépendant du voltage (VDAC) dans la membrane mitochondriale externe, ou une modulation directe de l'activité des complexes de la chaîne de transport des électrons, possiblement par interaction électromagnétique avec la capacitance membranaire. L'étude n'a trouvé aucune preuve d'effets délétères du PEMF sur la fonction mitochondriale à aucun des moments testés.