aspects physiologiques de la stimulation medullaire a
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ASPECTS PHYSIOLOGIQUES DE LA STIMULATION MEDULLAIRE A VISEE ANTALGIQUE PHYSIOLOGY OF SPINAL CORD STIMULATION IN PAIN F. Lisovoski Centre du Rachis - CMC Ambroise Paré - 25, Bd Victor Hugo, 92200 Neuilly-sur-Seine a stimulation cordonale postérieure (SCP) est devenue un formidable outil thérapeutique destiné aux douleurs rebelles au cours des deux à trois dernières décades (1, 2). La méthode provient de la connaissance de la théorie du “gate control” mise en exergue pour la compréhension et le traitement des douleurs segmentaires (3). L’idée initiale consistait à appliquer une stimulation électrique sur les colonnes dorsales de la moelle épinière, site largement accessible comprenant des fibres afférentes de gros calibre. Des électrodes de stimulation furent donc appliquées en situation épidurale postérieure. La théorie du “gate control” voulait que la stimulation de ce système de fibres inhibe la transmission de l’information nociceptive au niveau segmentaire, tous types de douleurs confondus. Toutefois, certains traits de la théorie restaient controversés et les connaissances fragmentaires tant en ce qui concerne la physiologie que les mécanismes neurochimiques sous-tendant les effets de la SCP ont finalement modifié le développement et l’objectif de la technique, la réservant à des formes de douleurs parfaitement ciblées. Quelques auteurs ont rapporté l’intérêt de la technique dans le traitement de certaines composantes de la douleur purement nociceptive telle que la lombalgie résiduelle après chirurgie du rachis (7). Ce syndrome douloureux complexe faisant intervenir de multiples paramètres est même devenu l’indication princeps de la méthode dans certains pays, notamment aux USA mais la plupart des articles concernant le suivi des patients appareillés dans cette indication n’ont pas pu rapporté un bénéfice incontestable (811). Force est de constater qu’il n’existe à ce jour aucun élément permettant d’affirmer le bénéfice direct de la SCP dans les douleurs nociceptives. En revanche, des effets indirects peuvent contribuer à l’amélioration de certaines douleurs tels, par exemple, que la modification du tonus sympathique qui peut intervenir dans la genèse d’un phénomène douloureux multifactoriel (12). Tel semble le cas de certaines douleurs ischémiques, à savoir des douleurs associées à une ischémie tissulaire due à une artériopathie périphérique. Depuis l’article princeps de Cook et coll. (13), il est reconnu que la SCP réduit effectivement la douleur d’origine vasculopathique liée à l’athérosclérose ou à la micro ou macro-angiopathie diabétique (14-15). Les douleurs liées à un vasospasme périphé- L L’utilisation de cette technique est désormais surtout dévolue aux douleurs neuropathiques (1, 4-6). RACHIS - Vol. 16, n°3, Septembre 2004 165 DOSSIER Article original F. Lisovoski sales. Les neurones des couches plus profondes (IV et V) sont inhibés, ce fait résultant de l’activation d’un réseau d’interneurones situé à l’intérieur ou dans l’environnement direct de la substance gélatineuse. Dans certaines expériences, la ME thoracique a été sectionnée rostralement par rapport au site de SCP. Les conclusions qui ont pu en être tirées étaient que l’effet inhibiteur de la SCP était véhiculé via des mécanismes de localisation exclusivement médullaire (25). Le rôle d’un mécanisme post-synaptique prenant naissance dans les couches III-IV de la corne dorsale de la ME et aboutissant aux noyaux des colonnes dorsales a également largement été discuté, postulant que ces neurones pouvaient être activés de manière antidromique et participer à la modulation de la transmission de l’information nociceptive dans les colonnes dorsales (26). Plusieurs auteurs ont affirmé que la SCP créait un bloc de conduction dans le faisceau spino-thalamique (11, 27, 28). Ce bloc de conduction se révèle en fait peu probable pour plusieurs raisons : - la SCP, compte tenu de ses paramètres, n’active pas les fibres de petit calibre dont le seuil de stimulation s’avère élevé. Pour les mêmes raisons, il paraît difficile d’admettre que l’effet inhibiteur puisse être en relation avec une activation directe des fibres responsables du contrôle inhibiteur descendant dans le funiculus dorso-latéral. - la simple observation clinique indique que la transmission nociceptive dans la ME n’est manifestement pas bloquée puisque la douleur aiguë ou la stimulation douloureuse expérimentale sont préservées (29-31). - un effet post-stimulation (de durée variable) est observé ce qui ne pourrait être le cas si un simple effet bloquant était en jeu. rique observé dans les conditions pathologiques du syndrome de Raynaud, de la maladie de Buerger ou encore la sclérodermie, peuvent ainsi répondre à la SCP (14-17). Depuis une dizaine d’années, des auteurs se sont intéressés aux douleurs de l’angor rebelle (18-21). Cette indication se développe considérablement et, parmi les essais réalisés, la proportion d’amélioration significative des douleurs angineuses apparaît particulièrement élevée (80%). Parallèlement à l’amélioration de la situation douloureuse, il a pu être montré que la SCP exerçait un effet bénéfique sur la perfusion myocardique (19-22). Il peut paraître paradoxal que la SCP puisse apporter un bénéfice dans des situations pathologiques aussi différentes que les douleurs d’origine ischémique et les douleurs neuropathiques mais ce fait semble indiquer que les mécanismes impliqués dans la réduction de la douleur dans ces deux conditions soient différents (12, 22). Par esprit didactique, nous ne discuterons ici que des mécanismes impliqués dans les douleurs neuropathiques. Généralités sur la neurophysiologie de la stimulation cordonale postérieure Nombre d’études expérimentales explorant les mécanismes de la SCP ont été menées durant les années 70. Toutefois, les modèles expérimentaux utilisés alors ne répondaient pas toujours aux conditions auxquelles est appliquée la SCP en thérapeutique humaine (23). Ces études, même si elles étaient imparfaitement calquées aux conditions pathologiques humaines, ont permis de soulever des questions pertinentes lorsque la technique a été plus tardivement appliquée à des modèles animaux plus proches de la situation humaine. Des enregistrements unicellulaires ont été réalisés dans les couches superficielles de la corne dorsale de la moelle épinière (ME) afin de déterminer comment des stimulations sensitives périphériques associées à une SCP chez des chats avec une section des colonnes dorsales à l’étage thoracique pouvaient influencer l’activité cellulaire (24). Les neurones de la couche I à III sont plus volontiers activés par un influx direct excitateur provenant des collatérales des colonnes dorRACHIS - Vol. 16, n°3, Septembre 2004 La mise en jeu de mécanismes supra-spinaux activés par des connections spino-bulbaires, spino-corticales et spino-thalamiques ainsi que de leurs voies respectives de contrôle descendant a été suggérée (32). Pour des raisons qui paraissent évidentes, les centres supraspinaux sont effectivement intéressés puisque l’activation orthodromique des colonnes dorsales est relayé par les noyaux des colonnes dorsales et projettent sur le tronc cérébral, le thalamus et finalement le cortex. Il apparaît donc plus que vraisemblable que les effets de la SCP dépendent des mécanismes du “gate control” activés par un réseau de connections entre le système lemniscal et les centres de contrôle protubérantiel et bulbaire, le mésencéphale, le thalamus, et l’hypothalamus d’où les contrôles inhibiteurs descen166 Aspects physiologiques de la stimulation médullaire à visée antalgique (49-50), les modifications fonctionnelles observées dans la corne dorsale de la ME s’illustrant par une augmentation de la sensibilité des neurones et un nombre élevé de décharges spontanées. Ces modifications fonctionnelles semblent affecter également des neurones non exclusivement dédiés à la transmission de l’information nociceptive (neurones WDR : wide-dynamic range neurons)(51). En effet, la lésion nerveuse périphérique provoque une accentuation significative des décharges spontanées des WDR dans le corne dorsale de la ME des animaux allodyniques par rapport aux animaux non allodyniques (52). La SCP induit, dans ce cas, une diminution significative à la fois de la réponse exagérée et de la réponse à long terme chez les rats allodyniques (52). Ces résultats suggèrent que la SCP peut exercer une action inhibitrice sur l’hyperexcitabilité des neurones WDR dans la corne dorsale de la ME diminuant ainsi l’allodynie. En pratique clinique, la suppression de l’activité des neurones WDR se traduirait non seulement par la réduction de l’allodynie mais également par une diminution de la douleur spontanée. dants prennent leur origine. Plusieurs publications ont montré que l’effet inhibiteur de la SCP sur la transmission de l’information nociceptive dans la corne dorsale de la ME ne pouvait pas être attribuée à une activation antidromique des colonnes dorsales puisqu’il persistait après des expériences de transsection réalisées de manière caudale par rapport au site de la SCP (33-37). Leurs conclusions ont insisté sur le fait que cet effet inhibiteur impliquait l’activation d’une boucle supra-spinale faisant intervenir les noyaux des colonnes dorsales, le raphe médian et le funiculus dorso-latéral. Le noyau pré-tectal intervient également de manière très probable dans l’effet de la SCP car la stimulation des colonnes dorsales entraîne une inhibition à long terme des neurones de la corne dorsale de la ME (40), inhibition éliminée par la transsection des colonnes dorsales de manière rostrale au site de stimulation ou par la section du funiculus dorso-latéral. L’activation d’un circuit supra-spinal apparaît désormais acquis à travers nombre de publications utilisant des techniques différentes telles que la microdialyse, le PET-scan et l’expression de c-fos et des protéines de stress chez le rat soumis à la SCP (39-41). Le rôle crucial des colonnes dorsales est renforcé par la nécessité de la perception de paresthésies intéressant la zone douloureuse pour obtenir une amélioration de la douleur. Chez les patients se présentant avec des signes de désafférentation complète telle qu’une avulsion du plexus brachial, il s’avère fréquemment impossible d’obtenir des paresthésies de distribution adéquate ce qui témoigne d’une dégénérescence complète des fibres des colonnes dorsales. Dans ces cas, il n’existe pas de substratum anatomique à la SCP qui se révèle invariablement inefficace. L’explication fonctionnelle de ces paresthésies a été débattu et, en dehors de l’effet thérapeutique, cette sensation vibratoire ou de “démangeaison” pourrait être en rapport avec l’activation d’autres systèmes. Neurophysiologie de la stimulation cordonale postérieure appliquée aux douleurs neuropathiques Les modèles utilisés pour les expériences de douleurs neuropathiques consistent en des lésions. Dans le cas de la ligature partielle du nerf sciatique (42), l’hypersensibilité à un stimulus normalement non douloureux observée mime l’allodynie constatée chez les patients avec une douleur neuropathique et a donc été utilisée en tant que paramètre de quantification de la symptomatologie neuropathique. D’autres modèles lésionnels ont été créés (43, 44), donnant des résultats assez comparables avec une proportion variable d’animaux développant une symptomatologie allodynique. Il a été démontré que sur ce type de modèles animaux, l’effet clinique de la SCP sur l’allodynie pouvait être enregistré (43-45). Il apparaît clairement que le phénomène allodynique est en relation avec un abaissement de seuil des fibres A_ (46-48) en état d’hyperexcitabilité RACHIS - Vol. 16, n°3, Septembre 2004 A la lumière de résultats expérimentaux et de nombreuses observations en clinique humaine, il est probable que l’effet inhibiteur de la SCP constaté dans les douleurs neuropathiques notamment dans le cadre de lésions du système nerveux périphérique soit en rapport avec un contrôle inhibiteur exercé sur les neurones WDR de la corne dorsale de la ME dont la sensibilité a été altérée par la lésion nerveuse périphérique. Une inhibition post-synaptique de ces neurones par des d’interneurones activés à partir des collatérales des colonnes dorsales peut également être mise en jeu. 167 F. Lisovoski Neurochimie de la stimulation cordonale postérieure appliquée aux douleurs neuropathiques mission, de multiples paramètres peuvent intervenir et créer une situation d’adaptation à un phénomène lésionnel tel qu’un traumatisme nerveux périphérique. Plusieurs auteurs se sont intéressés au rôle des acides aminés dans l’effet de la SCP. Certains ont proposé que la SCP entraînait une libération de GABA (acide _-amino-butyrique) dans la corne dorsale et que l’inhibition des neurones de la voie spino-thalamique pouvait être annulée par la bicuculline (antagoniste des récepteurs GABA-A) (59). Des travaux ultérieurs ont confirmé, par microdyalise, l’augmentation significative de la concentration de GABA dans la corne dorsale, de même que celle d’un autre neurotransmetteur à effet inhibiteur, la glycine (60, 61). La ligature périphérique du nerf sciatique chez le rat induit une réduction de la libération spontanée de GABA dans la corne dorsale dans le cas d’une allodynie par rapport à l’animal sain, ce qui traduit un dysfonctionnement du système GABAergique médullaire en rapport direct avec la lésion nerveuse périphérique (62). Dans la mesure où le GABA est un neurotransmetteur majeur impliqué dans un rôle inhibiteur pré et post-synaptique des afférences primaires à la fois pour les fibres de gros calibre et les fibres de petit calibre non myélinisées mises en jeu dans la nociception, il est très probable que l’augmentation de concentration induite par la SCP soit le témoin d’un rôle important dans son effet (62, 63). Des études ultérieures ont confirmé ce rôle en démontrant que l’effet de la SCP était inhibé par l’administration intra-thécale d’un antagoniste des récepteurs GABA-B (64). Des périodes itératives de 30 minutes de SCP peuvent entraîner des améliorations de la douleur se prolongeant plusieurs heures après l’arrêt de la stimulation. Cette observation indique l’existence d’un effet à long terme de l’activation neuronale. Cet effet à long terme implique des modifications dans le système local de neurotransmission dans la corne dorsale de la ME ou le système de régulation supra-spinal. Quels sont les systèmes de neurotransmission susceptibles d'être intéressés ? Les opioïdes Quelques études se sont intéressées au rôle que pouvait jouer le système opioïde endogène dans l’effet de la SCP. En règle générale, aucune augmentation significative des endorphines n’a été constatée dans les dosages dans le LCR lors d’une SCP (53) si ce n’est dans une seule étude (54). Quoi qu’il en soit, l’effet de la SCP n’est en aucun cas réversible par la naloxone (55). Il est de plus bien connu que les premiers syndromes algiques ayant bénéficié de l’effet de la SCP étaient morphino-résistants. Toutefois, un rapport suggère que la stimulation électrique trans-cutanée dont il a été dit que son mode d’action se calquait sur celui de la SCP, pourrait agir via la dynorphine et les récepteurs kappa, moins sensibles à l’action de la naloxone (56). Les acides aminés excitateurs (AAEs), glutamate et aspartate, sont certainement parmi les premiers à jouer un rôle dans la transmission nociceptive. In vitro, il a été démontré que la stimulation de la transmission GABAergique dans la corne dorsale de la ME entraînait une réduction de la libération basale d’AAEs (65). En outre, des études en microdyalise dans les modèles de mononeuropathie lésionnelle avec et sans allodynie, ont montré que la libération de GABA et l’activation des récepteurs GABA-B induites par la SCP appliquée selon des paramètres utilisés cliniquement, était en mesure d’inhiber la libération de glutamate et d’aspartate dans la corne dorsale et de supprimer la transmission de l’information nociceptive. Ainsi, le développement d’une allodynie après une lésion nerveuse périphérique semble en rapport avec un dysfonctionnement du système GABAergique à l’étage Les amino-acides et les neuropeptides Le rôle de la substance P (SP) en tant que neuromodulateur de la transmission nociceptive est maintenant bien établi (23). Outre son rôle de modulateur de l’excitabilité des neurones de la corne dorsale de la ME, la SP est également présente dans le contrôle inhibiteur descendant modulant la transmission de l’information nociceptive à l’étage médullaire. A la lumière d’expériences menées chez le chat, la SCP augmente très probablement la libération médullaire de SP (57) et les concentrations de SP détectées dans le LCR ont tendance à augmenter (58). Ces résultats doivent être considérés avec prudence car en terme de neurotransRACHIS - Vol. 16, n°3, Septembre 2004 168 Aspects physiologiques de la stimulation médullaire à visée antalgique médullaire et la SCP peut agir en restorant la concentration de GABA dans la corne dorsale, exerçant son effet via les récepteurs GABA-B. sale de la ME acquièrent un état d’hyperexcitabilité. Il existe d’autre part une augmentation des concentrations des AAEs en partie liée à un dysfonctionnement du système GABAergique médullaire. L’un des aspects de l’effet de la SCP résulte de l’augmentation de la libération de GABA inhibant ainsi l’effet des AAEs probablement par l’activation des récepteurs GABA-B. Un effet similaire est observé au sein d’autres systèmes expliquant l’effet de la SCP sur la libération de glycine, d’adénosine, de SP et de 5-HT. Enfin, si l’effet segmentaire de la SCP revêt une importance de premier ordre pour l’analgésie, la libération de SP et de 5-HT provenant probablement des systèmes descendants indique que l’activation d’un contrôle supra-spinal tient également sa place dans l’effet de la SCP. ■ L’adénosine semble également impliquée dans l’effet de la SCP (66). Une action synergique semble se produire lors de l’activation simultanée des récepteurs GABA-B et les récepteurs A-1 de l’adénosine. Si ces récepteurs sont bloqués simultanément, l’effet de la SCP est totalement inhibé. De plus, des agonistes de ces deux types de récepteurs peuvent être employés simultanément pour potentialiser l’effet de la SCP dans le cas de “non-répondeurs”, les transformant en “répondeurs”. 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