Neurophysiologie 2 : Conduction nerveuse, Démyélinisations PDF

PARIS VI – Médecine Sorbonne Université Ronéos 2022-2023 Professeur : Dr Virginie Lambrecq Date : 17/01/24 Rédaction : Lou Santos Ramirez Relecture : Siméon Turquety EIA – Neurologie-psychiatrie Neurophysiologie 2 : Conduction nerveuse, Démyélinisations ...

PARIS VI – Médecine Sorbonne Université Ronéos 2022-2023 Professeur : Dr Virginie Lambrecq Date : 17/01/24 Rédaction : Lou Santos Ramirez Relecture : Siméon Turquety EIA – Neurologie-psychiatrie Neurophysiologie 2 : Conduction nerveuse, Démyélinisations  SOMMAIRE : I. Mécanismes de la propagation des potentiel d’action A) Propagation par courants locaux B) Propagation unidirectionnelle C) Mode de propagation selon le type de fibres II. Propagation le long d’un nerf ou d'une voie nerveuse A) Relation calibre-excitabilité-vitesse de conduction B) Codage spatial des informations C) Phénomène de dispersion temporelle III. Etude de la conduction nerveuse motrice A) Technique d'étude B) Paramètres mesurés C) Principales anomalies recherchées IV. Troubles de la propagation nerveuse A) Démyélinisations périphériques et centrales B) Dégénérescences neuronales et axonales  ENJEUX DU COURS Comprendre les mécanismes de propagation d'un PA Si l’on induit une dépolarisation minime de la membrane, cette dépolarisation : ➔ donne une « réponse locale » de la membrane ➔ non propagée » = ne se propage que sur une très courte distance ➔ s’atténue très rapidement (du fait de la résistance électrique, loi d’Ohm) Comment le système nerveux fait-il pour conduire/propager les messages et les informations ? ➔ parfois sur de longues distances : nerfs du corps, voies d’association… ➔ sans décrément, sans perte (d'informations) ➔ donc contre les lois physiques de résistance et de dépérissement qui conduisent à l’atténuation et à la disparition : échappement à la loi d’Ohm ? Applications physiopathologiques Comprendre les conséquences des troubles de la conduction et des démyélinisation I. Mécanismes de propagation du potentiel d'action Rappels Conduction /propagation nerveuse Déplacement d'un PA le long d'un axone Flux d'énergie électrique, sans perte d'intensité Potentiel d'action Stimulation assez forte pour provoquer une inversion de la polarisation de la membrane : ouverture des canaux sodiques Obtenu si le seuil est franchi période réfractaire absolue (inactivation canaux sodiques) période réfractaire relative (hyperpolarisation et mise en jeu des canaux potassiques) Se propage en tout ou rien, sans perte d'amplitude Conduction différente selon le type de fibres Fibres myélinisées Fibres non myélinisées  A. Propagation par courants locaux Le PA crée des courants locaux ( champ électrique du + vers le -) – d’installation quasi-instantanée – se ferment à travers la membrane La fibre nerveuse est normalement chargée négativement à l'intérieur et positivement à l'extérieur. Lors de l'arrivée d'un PA sur la fibre (zone hachurée en rouge sur le schéma), il se produit une inversion de la polarité (+ à l'intérieur et – à l'extérieur). Des courants locaux vont se mettre en place (on dit qu'ils se ferment) : cela correspond à un déplacement de charge. Création d’une dépolarisation de la membrane de voisinage - Stimulation locale suffisante pour franchir le seuil - Ouverture des canaux Na+ → recréation d’un PA Les ions de sodium sont donc attirés par les charges négatives de la région voisine encore au repos et, au contraire, à l’extérieur les charges positives s’en vont. Ce premier PA va donc engendrer une petite dépolarisation de voisinage. Les canaux sodium vont s’ouvrir et laisser entrer le sodium dans la cellule ce qui va qui augmenter la dépolarisation. Se propage en fonction de la naissance de ces courants, ce PA se propage a l'identique grâce à la génération de petite dépolarisations locales qui créent le potentiel générateur qui va être d'emblée au seuil et créer un nouveau PA. Cela permet une propagation sans décrément. Propagation sans décrément, sans perte d'informations - Reproduction de la succession des phénomènes à chaque endroit - Recréation d'un PA de proche en proche à l’identique (pas de perte d’amplitude) Il y a en quelque sorte un « échappement » à la loi d'Ohm, qui ne se fait non pas en vertu d'une propriété physique mais au prix d'une énergie consommée, par recréation d'un PA en ayant recours à l'ouverture des canaux sodiques, puis potassiques et à l'implication de la pompe Na+/K+. Le PA y échappe car il résulte de processus actifs, tandis que la réponse locale subit la loi physique. B. Propagation unidirectionnelle En arrière du potentiel d'action repolarisation et la période réfractaire empêche le retour de la dépolarisation (inactivation des canaux Na+ et ouverture des canaux K+) Propagation unidirectionnelle du site de naissance du PA vers l’autre extrémité le plus souvent : du corps cellulaire -> axone -> terminaison synaptique (ex.fibre motrice) fibre sensitive/sensorielle : du récepteur -> axone périphérique -> corps cellule en T (ganglion rachidien) -> axone central C. Mode de propagation selon le type de fibres Conduction continue est lente (< 4 m/s) car nécessite une recréation permanente du PA dans la région voisine par courants locaux : à partir de la région dépolarisée, le potentiel va se propager de proche en proche en recréant une réponse locale à chaque fois. pour les fibres non myélinisées (nerveuses et musculaires) Dans le système nerveux, qu’il soit central ou périphérique, la plupart des fibres chez l’homme sont myélinisées. Cette myélinisation va donc faire passer d’une conduction continue à une conduction saltatoire. Conduction saltatoire  Rapide (10 à 60 m/s) pour les fibres myélinisées, qui possèdent des manchons de myéline entre lesquels s'interposent des zones dépourvues de myéline et riches en canaux sodiques : les nœuds de Ranvier «fermeture » des courants locaux d'un nœud de Ranvier au plus proche (propagation saltatoire du PA) 3 raisons 1° Résistance de la myéline : isolant = s’oppose au passage du courant 2° Sous la myéline : très peu de canaux Na+ (< 25/μm2) → membrane inexcitable 3° Au nœud de Ranvier : grande densité de canaux Na+ (> 1000/μm2) → membrane très excitable La conduction saltatoire est plus rapide il y a moins d’ouverture de canaux par unité de longueur (le fait d’ouvrir les canaux de sodium à chaque fois fait perdre beaucoup de temps). Le froid ralentit la conduction nerveuse : -2 m/s pour 1°C perdu ; à l'inverse, le chaud l'accélère. Non mentionné cette année mais info en + issue du cours de 2023 : Les cellules de Schwann sur l’axone permettent sa myélinisation en s’enroulant fortement autour de lui créant ainsi des manchons de myéline isolant. Petit récap : Conduction différente dans les fibres non myélinisées et myélinisées : Le PA se propage comme une étincelle dans une trainée de poudre Par des courants locaux qui entraînent la dépolarisation Qui permet au PA d’avancer de proche en proche Pour les fibres non myélinisées Conduction saltatoire Fermeture des courants locaux d’un nœud de Ranvier à un autre Pour les fibres myélinisées  II. Propagation le long d'un nerf ou d'une voie nerveuse Nerf ou voie nerveuse : constitué chacun de centaines de fibres nerveuses en parallèle De calibre différent De vitesse de conduction différente D’excitabilité différente Activation des fibres nerveuses Chaque fibre stimulée engendre un potentiel d’action, en réponse à l’activation Les potentiels d’action sont conduits séparément les uns des autres par chaque fibre nerveuse La réponse du nerf (ou d’un muscle de son territoire) à sa stimulation est composée. Le début du signal est reflète l'arrivée des fibres les plus rapides, et l'amplitude reflète la quantité de fibres qui participent au signal. Variété des fibres d'un nerf : 2 classifications : Classification de Erlanger et Gasser : en lettres (Aα, Aβ, Aγ, Aδ, B, C) Classification de Lloyd : en chiffres romains (I, II III, IV) Chez l’Homme : calibres de 12 µm à < 1 µm Fibres les plus grosses (10-12 µm) : => rapides I = Aα → motricité, proprioception (vont envoyer les informations relatives à l’état du muscle articulaire, l’état du mouvement etc…) Fibres de moyen calibre : II = Aβ, Aγ → sensibilité fine (tact), motricité III = Aδ → sensibilité thermique, douleur Fibres les plus fines (< 2µm) : IV = C (non myélinisées) → douleur Relation calibre – Vitesse de conduction (VC) A. Relation calibre-excitabilité-vitesse de conduction Relation calibre-vitesse de conduction (VC) VC ↗ quand le calibre ↗ Fibres myélinisées : VC (m/s) = 6 x diamètre (μm) plus grosses fibres chez l’Homme (10-12 µm) : VC = 60 m/s ( = 200 Km/h) valeur de VC max est propre à l’espèce : 120 m/s chez le chat Fibres non myélinisées (diamètre < 2 µm) : VC < 4 m/s, voire < 1 m/s Relation calibre – excitabilité Plus gros diamètre = plus excitable = moins de courant nécessaire (inversement pour les fibres très fines) Plus une fibre a un gros calibre, plus elle est rapide Leurs stimulations ne nécessiteront pas de grosses décharges, contrairement aux petites fibres (de la douleur par exemple) qui ont besoin d’une simulation plus forte pour les exciter. Quand on fait un électromyogramme (EMG), les courants utilisés pour étudier la conduction motrice sont petits pour donner uniquement une réponse motrice et non une réponse douloureuse (qui nécessite des courants plus important). B. Codage spatial des informations Rappel : Quand il y a une stimulation d'un nerf, soit on a une stimulation suffisante qui entraîne la création du PA et donc une réponse est transmise ; soit la stimulation est insuffisante et le message n’est donc pas transmis. L’augmentation de l’intensité provoque une augmentation de l’amplitude de la réponse nerveuse Si on stimule un nerf à faible intensité il n’y a pas de réponse (stimulation sous liminaire). Quand on augmente la stimulation, il y a une petite réponse. L’élévation de plus en plus importante de la stimulation entraîne une réponse plus forte (l’amplitude augmente) jusqu’à un maximum où le signal ne peut plus augmenter (stimulation maximale). Ce n’est pas un échappement à la loi du tout ou rien. Cela montre plutôt que la stimulation à faible intensité ne recrute pas toutes les fibres du nerf. On va d’abord stimuler les fibres les plus grosses (plus excitables), et plus on va augmenter l’intensité, plus il y aura un recrutement de fibres plus fines et moins excitables (ou plus profondes). Il y aura alors un phénomène d'addition des contributions de chaque fibre (atténuées par la propagation à travers les tissus résistifs) L’amplitude est ≈ proportionnelle au nombre de fibres activées Codage « spatial » de l’intensité En plus du codage « temporel» (qui dit que si on augmente l'intensité de stimulation, il y aura davantage de PA qui arrive : cela peut modifier la fréquence d’apparition des PA, qui parviennent à vaincre un peu plus tôt la période réfractaire relative et ainsi augmenter leur nombre par unité de temps) Augmentation de l’intensité entraîne une augmentation de la fréquence + une augmentation du nombre de fibres activées (=codage spatial) L’amplitude de la réponse va refléter le nombre de fibres qui a été activé, qui lui-même reflète l’intensité de la stimulation. Si les fibres fines sont activées c’est que l’intensité de la stimulation a été assez forte pour l’activer. Deux intensités seuils Liminaire : intensité juste suffisante pour provoquer une réponse Maximale : intensité juste suffisante pour provoquer une réponse d’amplitude maximale (toutes les fibres recrutées) Note : par exemple pour une stimulation motrice, quand on dit « toutes les fibres recrutées » cela n'inclut pas les fibres sensitives et nociceptives C. Phénomène de dispersion temporelle Dispersion temporelle de la réponse Les PA conduits par les fibres lentes (peu excitables) prennent du retard sur ceux conduits par les fibres les plus rapides (plus excitables) O Désynchronisation de la réponse : perd en amplitude ce qu’elle gagne en durée (surface constante) Calcul de vitesses de conduction Fibres les plus rapides : VC1 = d / t1 Fibres les plus lentes : VC2 = d / t2 Signification fonctionnelle Le codage des informations comprend une désynchronisation des messages (PA en ordre dispersé) Reflet d’une stimulation « plus forte » III. Etude de la conduction nerveuse motrice A. Technique d'étude de la conduction motrice (stimulo-détection) Il s'agit d'un électroneuromyogramme (ou électromyogramme). C'est une technique d'étude de la conduction nerveuse qui se déroule en deux phases, mais nous nous intéresserons principalement à la première. On envoie une petite impulsion électrique (par exemple au nerf ulnaire) et on va recueillir la réponse en mettant de électrodes sur les muscles. On va chercher à enregistrer une différence de potentiel entre deux électrodes (une sur le corps musculaire, l'autre sur le tendon). On va stimuler le nerf à différents endroits de son trajet. Il faut une stimulation supra-maximale, pour pouvoir évaluer toutes les fibres nerveuses fonctionnelles. La réponse correspond à la somme des PA de chacune des fibres nerveuses innervant le muscle étudié. On obtient une réponse biphasique, représentant la somme des PA musculaires de chacune des fibres, qui peut avoir une amplitude plus ou moins importante selon le nerf enregistré. Il existe des normes de référence qui permettent d'évaluer les résultats obtenus en fonction du nerf étudié. 2 éléments importants à prendre en compte : Latence distale = latence de survenue du signal (ms) Amplitude du signal (mV) B. Paramètres mesurés Point pathologie : S'il y a une atteinte démyélinisante, la vitesse de conduction sera ralentie, et il peut y avoir un allongement de la latence distale. L'amplitude, elle, reflète plutôt le nombre de fibres. S'il y a une réduction de l'amplitude de la réponse, cela traduira soit une dégénérescence axonale, soit une myopathie (dégénérescence musculaire). S'il y a une dégénérescence axonale, il y aura un déficit moteur, ou au moins une faiblesse motrice. En revanche, dans le cas d'une démyélinisation, on ne retrouvera pas de perte de force mais plutôt un ralentissement. L'électromyogramme est donc un examen très en lien avec la clinique, qui nécessite d' examiner le patient pour faire le relier les signes cliniques et les résultats de l'EMG. Poursuivons notre EMG... Lorsque l'on fait une deuxième stimulation, l'amplitude doit être similaire dans les deux recueils (s'il n'y a pas eu de perte de fibres nerveuses entre les deux). On va donc faire un rapport d’amplitude entre ces deux stimulations : A2/A1. S'il y a en effet une réduction d'amplitude, on appelle cela un bloc de conduction. La latence distale sera un peu plus longue lors de la deuxième stimulation, c'est normal. On va néanmoins calculer la vitesse de conduction motrice (VCM) : VCM = d / dt (N: 50-60 m/s). S'il y a une réduction de la latence, il y a probablement une démyélinisation segmentaire. C. Principales anomalies recherchées On va pouvoir faire des mesures étagées et cela va permettre d'éventuellement localiser des points de compression des nerfs. Par exemple, pour le nerf ulnaire, il peut y avoir des points de compression au niveau coude, le signal sera modifié à l'EMG et on pourra ainsi localiser la compression. IV. Troubles de la propagation nerveuse A. Démyélinisations périphériques et centrales Démyélinisations Centrales : sclérose en plaques (SEP)… Périphériques : compression d’un nerf, polyradiculonévrites (PRN)… Mécanismes : mécanique (compression d’un nerf), dysimmun (anticorps anti-myéline), génétique (protéines mutées) Principales conséquences possibles Ralentissement de conduction : remplacement d’une conduction saltatoire par une conduction continue Bloc de conduction : faute d’une densité suffisante de canaux Na+ dans la membrane sous les anciennes gaines de myéline : perte de fonction Genèse spontanée de PA (site ectopique) : excès de fonction Remyélinisation éventuelle (semaines ou mois) Nouvelles gaines plus étroites : VC finale plus lente qu’initialement Exemple 1 : Atteinte du nerf ulnaire au coude Clinique : difficultés des mouvements fins de la main, faiblesse des interosseux, paresthésies des deux derniers doigts Le signal du poignet est normal, celui sous le coude également. Mais au-dessus coude il y a un ralentissement de la conduction et un bloc de conduction à plus de 80 % (rapport d'amplitude entre les 2 est beaucoup plus petit). Cela va dans le sens d'une démyélinisation. En revanche, on retrouve le même signal sus coude et aisselle, donc il n'y a pas de bloc de conduction entre les deux. Il n'y a donc qu'un seul point de modification, ce qui va donc dans le sens dune compression du nerf (assez fréquent). Exemple 2 : Polyradiculonévrite démyélinisante Clinique : idem + signes plus diffus On retrouve un signal normal au niveau du poignet et un bloc de conduction sous le coude : il s'agit d'une diminution à 91 % du rapport d'amplitude. Au niveau du sus coude, pareil, donc pas de bloc ni de ralentissement. Aucun signal au niveau du creux axillaire, on a un bloc de conduction à 100%. Le double bloc de conduction signifie que ce n'est probablement pas une atteinte de compression mais plutôt une condition médicale telle que la polyradiculonévrite (l'EMG d'un membre ne suffit pas à poser le diagnostic mais permet de l'orienter). B. Dégénérescences neuronales et axonales Dégénérescences Centrales : ischémie, pathologies dégénératives, génétiques… Périphériques : section d’un nerf , ischémie, toxiques, métaboliques Principaux effets Dégénérescence wallérienne : progressive, pas instantanée (environ 2 cm/jour), du site de lésion vers l’extrémité du neurone Dénervation : fibres musculaires sans commande (risque de dégénérescence) Régénération, repousse axonale Dégénérescence wallérienne : à partir du bout distal, progressive Repousse axonale : à partir du bout proximal, longue (1 mm/jour = 3cm/ mois) et aléatoire Remyélinisation : possible, avec augmentation de calibre de l’axone reformé  Perte axonale à l'EMG Latence et VC normales Réduction d'amplitude du signal (entre D/G) ( mais pas de bloc de conduction car il s'agit là d'une réduction en chaque points et non entre deux points) Schéma: Comparaison de stimulations droite et gauche du même nerf et on voit que l'amplitude du signal est très abaissée sur tous les enregistrement du côté droit (2,8 mV vs 12, 3 mV) Synthèse du cours – ce qu’il faut retenir I. Mécanismes de conduction nerveuse le long d’une fibre Propagation par naissance répétitive de PA, de proche en proche (F non myel), saltatoire (F myel) Mouvements de charges ic et ec entraînent des dépolarisations de voisinage → PA II. Mécanismes de conduction nerveuse le long d’un nerf Conditionnent le codage spatial des informations III. Principes d’étude de la conduction nerveuse motrice Permet de comprendre les bases de l’EMG (ou ENMG) Connaître les anomalies recherchées IV. Troubles de la propagation nerveuse Savoir différencier une affection démyélinisante d’une atteinte axonale