Service de Physiologie Clinique et Explorations Fonctionnelles Pr Nathalie Kubis. Somesthésie. Système extralemniscal.

(1)

Somesthésie

Système extralemniscal

Pierre Lozeron

Service de Physiologie Clinique et Explorations Fonctionnelles

Pr Nathalie Kubis

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Conflits d’intérêts

• Conseil scientifique: étude Hélipad

– CSL-Behring

• Invitation congrès

– CSL-Behring, LFB, Sanofi, Astellas, Pfizer

(3)

Plan

• Introduction

• Système extralemniscal

• Lésions voies sensitives et clinique

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Objectifs pédagogiques

• Connaitre les voies du système extra-lemniscal

• Connaitre le système extra-lemniscal

– Réception: thermorécepteurs, nocicepteurs – Mécanisme de la transduction

• Thermo sensation

• Nociception

– Fibres nerveuses

• Classification des fibres liées aux nocicepteurs

• Champ récepteur secondaire

• Intégration au niveau du deutoneurone

• Convergence viscéro somatique

– Modulation

• Inhibition latérale

• Théorie du portillon

• Voies descendantes

– Intégration corticale

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Propositions de lecture

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Schéma commun de la sensibilité

Trois neurones

Neurone afférent

Deuxième neurone Troisième neurone Cortex controlatéral

R Récepteur

(7)

Voies de la sensibilité

lemniscal Extra lemniscal (spinothalamique)

(8)

Système

extralemniscal

• Tact protopathique (grossier)

– Pression importante – Difficile à localiser

• Douleur

• Température

(9)

Système Extra Lemniscal

• Neurone afférent primaire

– Du récepteur à la moelle spinale – Corne postérieure controlatérale

• Deuxième neurone

– Corne postérieure de la moelle – Au noyau « VPL » du Thalamus

• Troisième neurone

– « VPL » thalamus – Au cortex pariétal

Neurone afférent

Deuxième neurone

Troisième neurone

R

Cortex

Récepteur

Noyaux : Thalamus

Corne postérieure moelle

(10)

Transmission / modulation

• Transmission

– Ascendante

– Information transmise au cerveau – Point de convergence principal: VPL

• Modulation

– Descendante le plus souvent

• Sauf inhibition latérale

– Régulation de la transmission

– Point de convergence principal: PAG

(11)

RÉCEPTION

TRANSDUCTION

(12)

Récepteurs sensitifs

Terminaisons libres

Dans l’épiderme

(13)

Thermosensation

• Récepteurs cutanés sensibles à une large gamme de températures (<>thermorécepteurs organes)

• Sur la peau:

– <33°C= froid

• <15°C= douleur

– 33°C= thermoneutralité – >33°C= chaud

• >45°C= douleur

• Permettent

– Signal afférent pour la thermorégulation

– Possibilité de détecter un stimulus thermique dangereux – Signal afférent qui contribue à la reconnaissance d’objets

(14)

Récepteur au froid

intensité

adaptation

(15)

Récepteurs thermiques

Sensibles aux variations de T°

δ0,1°C

Température de chevauchement

(16)

Thermosensation

non nociceptive

Importante activité basale de décharge de PA: TONIQUE

Vriens, Nat Rev Neurosci 2014

(17)

Récepteurs thermiques

Terminaisons libres

• Champ récepteur 1mm

• Localisation – Derme – Muscles – Foie

– Hypothalamus

• Faible nombre

• Warm spots; cold spots

• Et zones insensibles à la température

• Max T°= Min tact

• Froid > chaud

• Récepteurs au froid – Fibres Aδ et C

– Actifs de 10°C à 40°C

• Récepteurs au chaud – Fibres C

– Actifs de 32°C à 47°C

• Températures extrêmes

– <10°C; >47°C

– Activation nocicepteurs

(18)

Thermosensation transduction

• Grande variété de canaux ioniques

• Famille TRP:

(transient receptor potential)

– Canaux ioniques excitateurs

Vriens, Nat rev Neurosci 2014

Chimique toxique

(19)

Canaux ligands dépendants

Vriens, Nat rev Neurosci 2014

(20)

Thermorécepteurs

Nocicepteurs thermosensibles

Activité relative des récepteurs en fonction intensité du stimulus

PA/min

(21)

Relation

décharge récepteurs et sensation?

• Pas toujours

• En particulier discordance entre la température réelle et la T° ressentie

– Basses températures SOUS estimées – Hautes températures SUR estimées

(22)

Douleur ressentie

Fibres C Récepteurs T°

(23)

Nocicepteurs

Terminaisons libres

• Large champ récepteur

• Dans tous les tissus

– Partie superficielle de la peau – Capsule articulaire

– Perioste

– Paroi des vaisseaux

-mécano récepteurs, -thermo récepteurs, -chemo récepteurs,

-et récepteurs polymodaux (3 stimuli): stimuli intenses

• Réponse à

• Lésions mécaniques

• Temperatures extremes

• Libération de subst chimiques

(24)

Nocicepteurs

• Phasiques

– Electriquement silencieux – Actifs quand stimulés

• Seuil élevé d’activation (HTMR)

• L’activation des nocicepteurs n’est pas en elle même responsable d’une sensation de douleur

– Nécessite la transmission au système nerveux central

(25)

Douleur

• Douleur aigue: signe d’alarme

• Douleur chronique (> 6 mois): maladie

• Douleur nociceptive

– d’une lésion tissulaire (mécanique par exemple)

– avec excès de stimulation des récepteurs nociceptifs

– sans atteinte du système nerveux

• Douleur neuropathique

– résultant directement d’une lésion du système somato-sensoriel périphérique ou central

(26)

Hyperalgésie périphérique

• Lésion tissulaire libération

• K+, Histamine, bradykinine, sérotonine, prostaglandines

• Activation terminaisons libres Aδ et C

(27)

Hyperalgésie périphérique

Collatérales innervant Capillaires (BK)

Mastocytes (His) Plaquettes (5 HT)

(28)

TRANSMISSION

(29)

Fibres afférentes

Système Lemniscal Système extra Lemniscal

Source: Neuroscience: Exploring the Brain Bear, Connors, Paradiso

(30)

Fibres amyéliniques peau

Microscopie optique

Source: neuropathology-web.org

Marquage fibres nerveuses intra épidermiques PGP9.5

Biopsie de Peau

(31)

Fibres amyéliniques

nerf

Fibres amyéliniques

 Petites fibres -Sensibilité

thermo algique

Source: aan.com

Microscopie électronique Biopsie de nerf Microscopie optique

(32)

Fibres nerveuses

fibres Aδ

•Information sur la douleur rapide (injection, coupure)

•Installation rapide

•Déclenche souvent un réflexe

•Se projette sur le cortex sensoriel primaire

•Consciente

fibres C

•Informations sur la douleur lente (brûlures, douleur profonde)

•Installation lente

•Réaction affective

•Idée vague de la localisation

•Consciente

Polymodal: T°, mécanique, chimique : T°, douleur

(33)

Fibres nociceptives

Classées en fonction

• de leur vitesse de conduction

– Fibres C: 0.4–1.4 m/s – Fibres A: 5–30 m/s

• de leur sensibilité et seuil de stimulation

mécanique (M), au chaud (H) et au froid(C)

(34)

Fibres nociceptives

• Fibres C

– Unités polymodales: sensibles M, H et C:

• Sont les plus fréquentes

• C-MH, C-MC, C-MHC

• C-H: 10% des nocicepteurs

– C-MiHi:

• normalement insensibles aux stimuli M et H mais deviennent sensibles M et H après sensibilisation par médiateurs

inflammation

• Fibres A

– Principalement sensibles M, H

• A-MH, A-H, A-M

– Existence en moindre nombre d’unités sensibles C

(35)

Réponse de fibres C aux températures modérées

modifié de LaMotte J Neurophysiol 1978

Fibres C codent la température

(36)

Réponse de fibres C aux températures modérées

modifié de LaMotte J Neurophysiol 1978 Intensité du stimulus codée par fréquence

Adaptation du récepteur

(37)

Réponse de fibres C aux températures intenses (CMH)

modifié de LaMotte J Neurophysiol 1978 Fibre C code pour la température douloureuse?

(mécanique et douloureuse: CMH)

(38)

intensité de stimulation

• Cf cours précédent:

– Fréquence des PA

– Nombre de récepteurs

• Mais également

– Activation de nocicepteurs

(39)

Fibres CMH codent pour la douleur

(40)

Sensibilisation à la douleur

Seuil de la douleur Lolignier Eur J Physiol 2015

(41)

Rôle des CMH dans hyperalgésie?

Expérience sur peau lésée

Etude de la cotation de la douleur versus activité fibres CMH avant et après une brulure à 53°C

Peau déjà douloureuse avant stimulus nociceptif

Peau plus sensible à la douleur après stimulus nociceptif

Réponse des CMH diminue après brulure

Adapté de

Meyer, Science 1981

(42)

Réponse de fibres A (AMH) à la présentation de plusieurs stimulations douloureuses

Adapté de Campbell, J Neurophysiol 1979

La réponse des fibres AMH augmente avec le nombre d’expositions Stimulations répétées de 3 sec à 53◦C (toutes les 28sec)

(43)

Seuil d’activation diminue et intensité de réponse des fibres AMH augmente après exposition à la douleur

Réponse de fibres A (AMH) à la présentation de plusieurs stimulations douloureuses

AMH’s

(44)

Réaction des CMH et AMH aux stimulations

douloureuses prolongées

Brulure de 30 seconde à 53°C

Activité CMH Activité AMH

(45)

Thermosensation

nociceptive

Pas d’activité basale de décharge de PA

Vriens, Nat Rev Neurosci 2014

(46)

Transduction

nociception au chaud

Activité du canal augmentée lors de la stimulation Activité du canal diminuée lors de la stimulation Dubin, JCI 2010

NSC: non selective cation

(47)

Transduction

nociception au froid

Dubin, JCI 2010 NSC: non selective cation

(48)

Transduction

nociception mécanique

Dubin, JCI 2010 Effecteurs de la transduction non NSC: non selective cation déterminés

(49)

Peau poilue

Peau glabre

Douleur aigue puis brûlure Brûlure seule

(50)

(51)

Nerf

(52)

Corps cellulaire: DRG

(53)

Racine et entrée dans la moëlle

Décussation à chaque niveau médullaire en AVANT du canal de l’épendyme

(54)

Projection fibres C

Corne dorsale de la moëlle

Lames de Rexed I et II

(55)

Projection fibres Ad

Corne dorsale de la moëlle

Lames de Rexed I et V

(56)

Projection des fibres A et C

sur la corne postérieure de la moëlle

Neurones nociceptifs dans les couches superficielles et profondes de la corne postérieure de la moëlle

(57)

Neurones nociceptifs dans les couches superficielles et profondes de la corne postérieure de la moëlle

Neurone nociceptif spécifique

Neurone nociceptif non spécifique

(58)

Neurone nociceptif non spécifique Neurone nociceptif

spécifique

C

(59)

Neurone nociceptif non spécifique Neurone nociceptif

spécifique

C Ad

(60)

(61)

Lames de Rexed

Médiales

Latérales

Corne postérieure de la moëlle

(62)

Réflexes de flexion

Nocicepteurs

Réflexes de flexion-extension croisée

(63)

Réflexe de retrait

(64)

Champ récepteur secondaire

(65)

Convergence

(66)

Excitateur et inhibiteur

(67)

Deutoneurones

Neurones spécifiques Neurones polymodaux

(68)

Deutoneurones

Neurones spécifiques Neurones polymodaux

Exemple CMH

(69)

Neurones polymodaux/spécifiques

Neurones spécifiques Neurones polymodaux

Pincement intense

(70)

Neurones polymodaux

Organisation en réseau Intégration

ADSR Waveform

Famille de canaux ioniques Piezo, Deg, Ppk, Trp

Stockand, Commun Integr Biol 2013

Pas de perte d’information

(71)

Voies spinothalamiques

• Divisées en 2 faisceaux

– F spinothalamique SPINO RETICULO THALAMIQUE (paléo)

• Médian

• Afférences des lames VII et VIII

• Se projette sur noyaux médians (intralaminaires non

spécifiques) du thalamus, SG periaqueducale et les noyaux raphés

• Grands champs récepteurs

– F spinothalamique LATERAL (néo)

• Latéral!

• Cellules proviennent des lames I IV-VI surtout

• Se projette directement sur les noyaux thalamiques VPL et VPM

• Champs récepteurs petits

(72)

Voie (néo) spino thalamique Voie (paléo) spino-réticulo

thalamique

(73)

Voie (paléo)

spino-réticulo-thalamique

émotionnelle

• Système d’alerte

– (comportements de défense) – Mise en éveil du SNC par la

réticulée

• Réponses automatique

• Projections corticales diffuses

• Fibres lentes, voie polysynaptique

(74)

Thalamus non spécifique

(75)

Faisceau

néo spinothalamique

• Voie discriminative

• Voie rapide

• Pauci synaptique

(76)

Faisceau spino thalamique

Quadran antérolatéral de la moëlle

Somatotopie: (voies Lemniscale et pyramidale) et voie néo spino thalamique

(77)

Noyaux nociceptifs du thalamus

Fibres Ad

VPL (idem tact) Localise la douleur

Fibres C

Nx intralaminaire

Connexion syst limbique Motivation/emotion

(78)

Douleur projetée

(79)

Convergence viscéro somatique

(80)

MODULATION

(81)

Inhibition segmentaire

Principe du TENS: neurostimulation transcutanée

(82)

Théorie du portillon

• Intensité de la douleur dépend

– De l’intensité du stimulus fibres C et Aδ

– Mais également de activité des fibres AαAβ

• Des interneurones modulent la transmission de l’influx nociceptif au neurone de deuxième

ordre

• Balance entre fibres Aδ/C et Aα/Aβ

(83)

Gate control theory

Théorie du portillon

Porte ouverte

Porte fermée

Sans stimulus douloureux: interneurone à activité tonique

(84)

Neurotransmetteurs

portillon

(85)

Contrôle descendant

• La 1ère synapse dans la corne postérieure de la moelle est « la » cible du contrôle descendant.

• Initialement, mise en évidence du rôle inhibiteur de:

– PAG: midbrain periaqueductal gray – RVM: rostral ventromedial medulla

• Existence également d’un effet facilitateur

(86)

Voies du contrôle descendant

Originaires de multiples sites supraspinaux Système PAG-RVM est le plus étudié

(87)

Contrôle descendant de la douleur

Millian, Prog Neurobiol 2002

(88)

Neurones du RVM

Neurones « on » Neurones « off »

Spontanément INactifs

Activés par stimulus douloureux (T° ici)

T°

Spikes Fields, J Neurosci 1983

Spontanément Actifs

Inactivés par stimulus douloureux (T°ici)

Flick tail test

(89)

Contrôle descendant originaire du PAG

Heinricher, Brain Res Rev 2008

Synapse excitatrice Synapse inhibitrice

(90)

(91)

(92)

(93)

Voies inhibitrices

• Inhibition latérale

• feed forward

• Feedback

• Voies inhibitrices descendantes

(94)

(95)

Neurotransmetteurs

Benarroch, Neurology 2008

(96)

NE

(97)

Neurotransmetteurs

contrôle descendant

(98)

Neurotransmetteurs

(99)

Caractère désagréable

Intensité

(100)

Neurotransmetteurs

(101)

Contrôle descendant

neurotransmetteurs

(102)

Canaux ioniques

implications multiples

Réception, transduction, transmission, modulation, intégration

(103)

Voies de signalisation de la douleur

(104)

Canaux ioniques

Cibles thérapeutiques

(105)

INTÉGRATION

(106)

Projections corticales

• Aire somesthésique primaire

– Circonvolution pariétale ascendante – Aires 3a, 3b, 1 et 2 de Brodmann

– Somatotopie

• Aire somesthésique secondaire – Aire 40 de Brodmann

– Multimodal et Somatotopie – Cortex pariétal postérieur

• Aires 5 et 7 de Brodmann

(107)

Cortex

Organisation en colonnes

Jones, PNAS 2000

(108)

Aire 3a

-Récepteurs cutanés et viscéraux -Proprioception et la nociception Aire3b

-Récepteurs cutanés

-perception tactile et vibratoire et la thermoception

Aire 1

-informations cutanées en provenance de aire 3b.

- textures (récepteurs cutanés à

adaptation rapide) et les orientations

Aire

somesthésique primaire (SI)

(109)

Organisation des colonnes

Somatotopie

(110)

Organisation des colonnes

Propriétés adaptatives des neurones

(111)

Cortex somatosensoriel primaire

Organisation en colonnes

(112)

Projections corticales différentes pour la douleur et les stimuli tactiles

Schnitzler, J Comp Neurophysiol 2000

Stimulation sur le dos de la main

Tactile: Stimulation 0.3ms sur nerf radial superficiel de la main Douloureux: Laser YAG (fibres C)

(113)

Projection corticale des voies nociceptives

Treede, Pain 1999

(114)

Aire somesthésique secondaire (SII)

• INTEGRATION des informations somesthésiques

– Intégration sensori-motrice

– Intégration entre les deux hémisphères – Attention

– Apprentissage et mémoire

• Projections sur le « cortex limbique »

– Amygdales: émotion sensitive – Hippocampe: mémoire sensitive

(115)

Cortex pariétal postérieur

• Aire 5 et 7 de Brodmann (Afférences des aires SI et SII)

• Impliqué dans taches associatives complexes – image mentale des objets

– Lésions

• Agnosie tactile

• Représentation consciente du schéma corporel – Lésions

• Hémisphère non dominant:

– Important dans l’attention bilatérale – Négligence controlatérale

• Hémisphère dominant

– Important dans l’attention controlatérale (surtout droite)

• Associations complexes

(116)

Douleurs membre fantôme

5% des amputés

Favorisées par la présence de douleurs avant amputation

En rapport avec réorganisation du cortex somatosensoriel

(117)

Réorganisation corticale après amputation

(118)

Principaux syndromes sensitifs médullaires

• Syndrome de Brown Sequard – Hémisection de moelle

• Syndrome syringomyélique – Atteinte centromédullaire

• Syndrome cordons postérieurs de la moëlle

• Syndrome médullaire – Lésion médullaire

(119)

Syndromes médullaires

P. Lozeron (Bicêtre)

(120)

Syringomyélie

Hypoesthésie suspendue Thermo algique

(121)

Syndrome de Brown Séquard

Lésion

CONTROLATERAL Hypoesthésie thermo

algique

HOMOLATERAL

Hypoesthésie tact Déficit moteur

Niveau sensitif

HOMOLATERAL CONTROLATERAL Thermo algique Moteur

Proprioceptif

HOMOLATERAL CONTROLATERAL

Thermo algique Moteur

Proprioceptif

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Syndrome des cordons postérieurs de la moelle

• Altération:

– vitesse, direction stimuli tactiles

– Position des membres dans l’espace

– Initier des mouvements d’exploration tactile:

discrimination

• Peu d ’effet sur les performances sur les tests simples de sensibilité

– Certaines fibres provenant des récepteurs sensitifs cutanés se projettent sur le faisceau

spinothalamique!!!!

(123)

Syndrome médullaire