Chez l’Homme, les éléments prédominants dans les nerfs périphériques (exemple des nerfs radial, optique et sciatique) sont le phosphore et le souffre. On trouve en quantité modérée du calcium, du sodium et du magnésium. On trouve juste des traces de silicium, de zinc et de fer. La teneur en phosphore et en souffre reste constante à travers les âges, pour le nerf radial, mais aussi pour le nerf optique et le nerf sciatique (cf. tableau 3).
La teneur en calcium varie à peine en fonction de l’âge dans le nerf radial (cf. figure 2). Elle augmente progressivement dans le nerf optique et elle diminue petit à petit dans le nerf sciatique.
Pour le nerf radial, une corrélation modérée a été trouvée entre l’âge et la teneur en sodium et celle en zinc (cf.figure 3)[203].
TENEUR MOYENNE (mg/g) ELEMENTS
NERF OPTIQUE NERF RADIAL NERF SCIATIQUE
PHOSPHORE 7,525±1,326 5,734±1,464 5,940±3,083 SOUFFRE 3,362±0,137 2,314±0,430 2,995±0,473 CALCIUM 2,091±0,652 0,830±0,577 0,145±0,369 SODIUM 0,665±0,118 0,297±0,149 0,398±0,109 MAGNESIUM 0,422±0,047 0,218±0,119 0,538±0,188 SILICIUM 0,043±0,039 0,033±0,033 0,160±0,218 ZINC 0,038±0,026 0,061±0,055 0,163±0,164 FER 0,007±0,023 0,025±0,025 0,153±0,128
Tableau 3 - Teneur moyenne de différents éléments, chez l’Homme, dans trois nerfs. D’après[203].
Figure 2 - Modification de la teneur en calcium, chez l’Homme, en fonction de l’âge, dans le nerf optique (A), le nerf radial (B) et le nerf sciatique (C). Les cercles blancs représentent les sujets masculin et les cercles noirs représentent les sujets féminins. D’après[203].
Figure 3 - Modification de la teneur en sodium et en zinc, chez l’Homme, en fonction de l’âge, dans le nerf radial. Les cercles blancs représentent les sujets masculin et les cercles noirs représentent les sujets féminins. D’après[203].
3/ Bases ioniques de l’excitation et de la conduction
Le corps cellulaire du neurone, le pericaryon, est électriquement excitable, c’est à dire qu’il répond à une stimulation (dépolarisation), en générant un potentiel d’action[25]. Ce potentiel d’action, propagé par les membranes nerveuses et musculaires, est essentiel pour la communication dans le système nerveux, et pour l’initiation d’une activité mécanique dans les muscles cardiaques et striés[176]. La terminaison nerveuse, à l’arrivée du potentiel d’action, relâche un neurotransmetteur chimique : l’acétylcholine, dans le cas des nerfs périphériques volontaires[25].
La conduction de l’influx nerveux dans les membranes requiert le passage d’un flot d’ions sodium à travers des canaux sélectifs à l’intérieur des nerfs en réponse à la dépolarisation de la membrane nerveuse[154, 176]. L’excitabilité électrique dépend donc de l’existence de ces canaux ioniques voltage-dépendants dans la membrane cellulaire[176]. Les ions sodium sont à une concentration plus élevée à l’extérieur qu’à l’intérieur du nerf[154].
D’autres canaux voltage-dépendants moins importants sont les canaux potassiques, qui fonctionne de la même façon, mais dont les propriétés varient considérablement en fonction du type de cellules[176].
Ces canaux sont des structures discrètes qui changent rapidement d’état : ouvert ou fermé, contrôlé par le potentiel de membrane. Deux voies existent pour modifier ces canaux : le bloc et la modification du comportement de portail. Elles peuvent entraîner soit une augmentation soit une diminution de l’excitabilité électrique. Ainsi, en bloquant les canaux sodiques, on réduit l’excitabilité alors qu’en bloquant les canaux potassiques, on tend à l’augmenter. De la même façon, un agent qui affecte l’entrée dans les canaux sodiques, en augmentant la probabilité que ces canaux restent ouverts, tend à augmenter l’excitabilité, et vice versa[176]. A cause de l’inégalité des concentrations en ions Na+ et K+de chaque côté de la membrane, une augmentation de la perméabilité aux ions sodium entraîne un flux entrant d’ions Na+, alors qu’une augmentation de la perméabilité aux ion potassium entraîne un flux sortant[176]. Nous verrons dans la seconde partie comment les anesthésiques locaux peuvent intervenir sur ces phénomènes ioniques.
31/ Potentiel de repos
Ce potentiel transmembranaire est du à la différence de concentration en ions sodium à l’intérieur et à l’extérieur du nerf[154], car la membrane cellulaire n’est pas librement perméable à tous les ions intra- et extracellulaires[25]. Elle est imperméable aux larges phosphates organiques et protéines du fluide intracellulaire. Elle est partiellement imperméable aux ions sodiums, et librement perméable aux ions K+et Cl-.
Des gradients de concentrations sont donc produits, opposés en direction pour les ions sodium et potassium[25]. Le potentiel de repos est donc du à une petite quantité d’ions potassium (cation intracellulaire dominant) qui diffuse vers l’extérieur de la cellule contre son gradient de concentration, créant à l’intérieur un excès électronégatif, car les anions intracellulaire ne peuvent pas sortir aussi facilement. La quantité d’ion sodium, le cation extracellulaire
32/ Potentiel d’action
Ce sont les travaux de Hodgkin, Huxley et Katz de 1949 à 1952 qui ont montré la capacité des cellules à générer une dépolarisation de courte durée, selon la loi du tout-ou-rien, en réponse à une stimulation électrique. C’est cette dépolarisation qui est connue sous le nom de potentiel d’action[176]. Ce potentiel d’action est associé à une augmentation importante de la conductivité membranaire (cf. figure 4)[176].
321/ Dépolarisation
La dépolarisation est le terme employé pour la diminution, incluant même transitoirement l’abolition, ou l’inversion du potentiel transmembranaire[25]. La dépolarisation est générée par des modifications de la perméabilité de deux types de canaux ioniques[154, 176]. Quand la membrane est dépolarisé au-delà de – 50 mV, la perméabilité de la membrane aux ions sodium augmente rapidement et transitoirement, les ions passent à travers la membrane grâce aux canaux ioniques sélectifs[25, 154, 176]. Les ions sodium s’accumulent rapidement à l’intérieur de la cellule[25]. L’augmentation de la perméabilité aux ions K+ se développe plus lentement mais elle est prolongée[25, 176].
Aucun canal ionique n’est activé pour un potentiel de – 60 mV, on n’a pas de flux ioniques. Entre – 50 et – 30 mV, les canaux ioniques fonctionnent et ils passent ouverts de 0 à 100%[25, 176]. Quand le potentiel de membrane devient supérieur au potentiel d’équilibre du sodium (+ 40 mV), la force motrice change de sens et le flux d’ions sodium devient sortant[176]. La fermeture des canaux sodiques est spontanée[176].
Lors de l’initiation ou de la propagation de l’impulsion nerveuse, le premier événement est une petite dépolarisation de la membrane, qui peut être produite par l’approche d’un potentiel d’action le long de l’axone. Cela entraîne l’activation des canaux sodiques, permettant un flux entrant d’ions Na+, qui dépolarise davantage la membrane. Le processus s’entretient, et le potentiel de membrane arrive jusqu’au potentiel d’équilibre, qui entraîne la rapide inactivation des canaux sodiques[176].
Figure 4 - Modification du potentiel membranaire (Em), de la conductance membranaire de Na+ (gNa) et de K+(gK) (haut), et des courant relatifs de Na+ (INa), de K+ (IK) et du courant
ionique membranaire total (Ii) (bas) durant la propagation d’un potentiel d’action dans un
322/ Repolarisation
La phase de dépolarisation est rapidement suivie par un efflux d’ions potassium durant la phase de repolarisation, grâce à l’ouverture des canaux potassiques voltage-dépendants (ils s’ouvrent quand la cellule est dépolarisée)[154, 176]. La rapide inactivation des canaux sodiques entraîne un retour à la normale du potentiel de membrane[176]. Les canaux potassiques sont activés dix fois plus lentement que les canaux à Na+et ils restent ouvert plus longtemps[176]. Le flux sortant de potassium repolarise la membrane vers le potentiel d’équilibre du potassium (autour de –95 mV)[197].
C’est l’association de ces deux phénomènes qui contribue à une terminaison rapide du potentiel d’action[176]. La repolarisation replace donc la membrane dans les condition du potentiel de repos, jusqu’à une nouvelle dépolarisation[197].
Finalement, le potentiel de repos est retrouvé grâce à un transport actif de Na+et K+, grâce aux pompes membranaires sodium-potassium[25, 197].
Ce processus appelé potentiel d’action dure une à deux millisecondes et est associé avec la transmission nerveuse.
Une différence de potentiel existe entre la membrane nerveuse dépolarisée et les sections adjacentes[154].
4/ Seuil de réflexe
Le réflexe de retrait nociceptif est employé pour les études expérimentales sur la nociception chez l’Homme et les animaux. C’est un réflexe spinal polysynaptique responsable d’une réaction de retrait pour protéger l’intégrité du corps contre un stimulus dangereux. Entre 0 et 80 millisecondes, l’activité non-nociceptive est conduite rapidement par les fibres nerveuses Aβ(courte période de latence). Entre 80 et 250 millisecondes, la conduction sensorielle se fait dans des fibres Aδ, confirmant l’origine nociceptive possible.
L’amplitude des réflexes de retrait à la douleur (nociceptive withdrawal reflex : NWR) est plus élevées pour des stimulations supérieures au seuil, et les réactions comportementales sont légèrement plus fortes quand l’intensité du stimulus augmente. Les chevaux sont capables de détecter des différences de 0,1 mA dans l’intensité du stimulus. Les réactions comportementales résultent de l’activation des fibres nerveuses Aδet sont appelées « première douleur » [195].
L’intensité de stimulation moyenne nécessaire pour provoquer un réflexe de retrait nociceptif du membre antérieur est de 3 mA, alors que la valeur moyenne pour le membre pelvien est de 6,6 mA. A intensité de stimulation égale, la latence du réflexe de retrait nociceptif est significativement plus longue pour le membre pelvien (étudié sur le muscle tibial crânial) que pour le membre thoracique (étudié sur le muscle extenseur digital commun). L’amplitude du réflexes augmente avec une augmentation de l’intensité du stimulus et elle est accompagnée par des réactions comportementales plus marquées. Ces réactions comportementales sont plus importantes lors d’une stimulation des membres pelviens que lors d’une stimulation des membres thoraciques[194].