Nerf vague cervical porcin microdisséqué

l’électrode d’enregistrement (50µm de diamètre). Image Olivier Rossel, Charles-Henri Malbert Les potentiels d’action évoqués par stimulation sont enregistrés au niveau cervical en utilisant la méthode de la «fibre unique». Le nerf est coupé puis microdisséqué afin d’iso- ler quelques axones, voire un seul. Les axones isolés sont placés sur une électrode d’en- registrement (tungstène, 50µm, WPI USA, Fig.4.3). Les électrodes sont connectées à un amplificateur différentiel sur-mesure à haute impédance associé à un filtre passe-bande spécialement conçu (300-6000Hz). Les données brutes ont été stockées sur un disque dur suite à une conversion analogique numérique à 20 kHz effectuée à l’aide d’un logiciel per- sonnalisé écrit sous Labview 2011 (National Instruments, USA). Un ballon en silicone de 2 litres est inséré dans l’estomac. Chaque fois que des axones sont isolés, la présence de fibres afférentes gastriques est préalablement vérifiée en exerçant une distension rapide du ballon et en visualisant en temps réel l’ENG. La procédure de distension est contrôlée par ordinateur afin de maintenir une pression de 20 mmHg dans le ballon.

Protocole de stimulation

La stimulation est effectuée avec un stimulateur AXIS (MXM, Sophia-Antipolis, France). Ce stimulateur est une version simplifiée du Stim’ND ([ANDREUet collab.,2009]) et contient seulement 4 canaux. Les amplitudes de stimulation peuvent atteindre 30mA (20V max, pas de 10µA). Avant de démarrer le protocole de stimulation, les impédances des contacts sont préalablement vérifiées afin de déterminer l’amplitude de stimulation maximale qui n’excède pas la tension de conformité du stimulateur.

Un script de stimulation est lancé pour chaque groupe de neurones isolés. Seulement un nerf (antérieur ou postérieur) est stimulé la fois. Le script de stimulation génère automa- tiquement une succession de formes d’onde, avec une quantité de charges croissante. La charge la plus basse délivrée est de 1.5nC. L’amplitude en courant augmente de manière exponentielle (taux d’augmentation de 10%). Pour chaque amplitude, 6 pulses (formes d’onde) sont générés avec une fréquence de 2 Hz. Chaque pulse est suivi d’une décharge active rectangulaire de 2800µs et de quantité de charges identique à celle du pulse de sti- mulation, puis d’une décharge passive. 1s de pause est appliquée entre chaque série de 6 pulses.

Dans une étude préliminaire, toutes les formes d’onde ont été testées, à l’exception des pulses rectangulaires hachés, éliminés à la suite des résultats expérimentaux sur lombrics et des études de modélisation. Les résultats sur la forme d’onde rampe hachée ne sont pas mentionnés car elle n’a jamais pu engendrer l’activation des fibres gastriques (atteinte de la quantité charge maximale délivrée par le stimulateur). Concernant la présente étude expérimentale, 4 formes d’onde ont été testées avec les caractéristiques suivantes :

— Pulse non haché rectangulaire, PWt ot = 350µs (Fig.4.1, A).

— Pulse non haché rampe, PWt ot = 350µs, composé de 14 Ton de durée 25µs, sans

To f f (Fig.4.1, B).

— Pulse non haché quart de sinus, PWt ot = 350µs, composé de 14 Tonde durée 25µs,

sans To f f (Fig.4.1, C).

— Pulse haché quart de sinus, PWt ot = 1000µs, PWsum= 350µs composé de 14 Tonde

durée 25µs alterné avec 13 To f f de durée 50µs (Fig.4.1, F) .

— Pulse haché quart de sinus, PWt ot = 325µs, PWsum = 125µs composé de 5 Ton de

durée 25µs alterné avec 4 To f f de durée 50µs (Fig.4.1, F).

4.3.4 Analyses des données expérimentales

Les enregistrementsENGobtenus sont importés dans Matlab, et lesPAévoqués détec- tés et comptés. Pour chaque fibre, le seuil d’activation est déterminé. Ce seuil d’activation est défini comme l’amplitude minimale pour lesquels lesPAsont évoqués au moins 3 fois sur les 6 stimulations (critère de stabilité des seuils). La charge délivrée par le stimulateur au seuil d’activation est calculée avec la formule4.1.

Statistiques

Tous les tests statistiques sont effectués avec le logiciel R (R Core Team, Austria). La normalité des données est vérifiée avec le test de Shapiro-Wilk. Pour les tests multiples, une correction de Bonferroni est appliquée, les p-values présentées incluent cette correc- tion. Un seuil de significativité à 5% est choisi.

Données issues des lombrics Nous analysons la quantité de charges nécessaire à l’acti- vation pour MGF et LGF, pour chaque forme d’onde et chaque durée de stimulation. Nous comparons ensuite chaque forme d’onde entre elles, à la même durée de stimulation. Le nombre de sujets étudiés lors de la première étude n’est pas assez conséquent pour réali- ser une analyse statistique. Concernant les données de la seconde étude, nous comparons la différence de quantité de charges nécessaire à l’activation pour des formes d’onde deux à deux avec un t-test (distribution normale) ou un test de Wilcoxon apparié (distribution non paramétrique).

Données porcines Les résultats obtenus avec les différentes formes d’onde sont compa- rés deux à deux avec un t-test pour données appariées (distribution normale) ou Wilcoxon apparié (distribution non paramétrique).

4.3.5 Modélisation

Modélisation du nerf et de l’électrode, et réponse de l’axone

Dans cette étude, le modèle de nerf générique est composé d’un fascicule de diamètre 2.7mm entourant l’endonèvre, surmonté d’un perinèvre d’épaisseur égale à 3% du dia- mètre du fascicule et d’un épinèvre de diamètre 2.9mm. une couche de liquide physiolo- gique est modélisée entre l’électrode Cuff et l’épinèvre. L’électrode Cuff est modélisée se- lon les mêmes caractéristiques que celle décrite dans la partie expérimentale sur modèle porcin (section4.3.3). Une fois le champ de potentiels calculé, les résultats sont importés sous Matlab. Afin de correspondre à la taille des fibres types B et Aδ, nous modélisons une fibre de diamètre 2µm composée de 71NDR, située à 1mm de la cathode.

Le premier modèle d’axone utilisé comprend une myéline parfaitement isolante, et la dy- namique membranaireCRRSSest appliquée sur lesNDR(Chapitre2.3.1et AnnexeA.3.2). le deuxième modèle d’axone utilisé est à structure double câble typeMRG(Chapitre2.3.1

[MCINTYREet collab.,2002], [MCINTYREet collab.,2004]).

L’activation d’un axone est définie comme la création et la propagation d’un potentiel d’action le long du nœud de Ranvier, au moins sur un côté de la cathode. Les seuils d’ac- tivation sont calculés par dichotomie, à 1µA près.

Études des formes d’onde

Les formes d’onde modélisées sont celles décrites tableau 4.4. En premier lieu, les différences en terme de quantité de charges entre les formes d’onde non rectangulaires (hachées ou non) et rectangulaires sont comparées en utilisant le modèle à dynamique

CRRSS. Les analyses sont les suivantes :

— Formes d’onde non hachées de durée PW = 350µs vs forme d’onde rectangulaire non haché de durée PW = 350µs

— Formes d’onde hachées de durée PWsum= 350µs vs forme d’onde rectangulaire non

haché de durée PW = 350µs

— Formes d’onde hachées de durée PWt ot = 1000µs vs forme d’onde rectangulaire non

haché de durée PW = 1000µs

— Formes d’onde hachées de durée PWt ot= 325µs vs forme d’onde rectangulaire non

haché de durée PW = 350µs

En second lieu, nous confrontons qualitativement les résultats expérimentaux obte- nus sur modèles porcins avec les résultats obtenus par modélisation, avec deux types de

dynamiquesCRRSSetMRG. Les quantités de charges normalisées par rapport à la forme rectangulaire non haché de durée 350µs seront présentées.

4.4 Résultats

4.4.1 Résultats sur données lombrics

Pour les formes rampe hachée et rectangulaire haché, la quantité de charges au seuil d’activation en fonction de la durée de stimulation est présentée Fig.4.4. Le gain moyen de la forme rampe hachée par rapport à la forme rectangulaire haché est présenté Tab.4.2. Il n’a pas été possible d’activer les LGF à PWsum= 60µs.

0 100 200 300 400 500 200 250 300 350 400 PWsum µs Charge nC LGF ver 1 0 100 200 300 400 500 100 200 300 400 PWsum µs Charge nC MGF ver 1 rectangulaire haché rampe hachée 0 100 200 300 400 500 150 200 250 300 350 PWsum µs Charge nC LGF ver 2 0 100 200 300 400 500 50 100 150 200 PWsum µs Charge nC MGF ver 2 0 100 200 300 400 500 200 250 300 350 PWsum µs Charge nC LGF ver 3 0 100 200 300 400 500 50 100 150 200 PWsum µs Charge nC MGF ver 3

FIGURE4.4 – Quantité de charges nécessaire à l’activation pour les pulses rampe hachée et rectan-