La physiologie de la douleur chez les animaux domestiques

1. ECOLE NATIONALE VETERINAIRE T O U L O U S E La physiologie de la douleur chez les animaux domestiques P.L. Toutain Juillet 2010

3. B-Neurophysiologie de la nociception

5. 1-Sources et nature des stimuli algogènes

6. Sources de douleur • Il existe deux grands mécanismes de genèse de la douleur : la douleur par excès de nociception et la douleur neurogène qui est liée à un mauvais fonctionnement du système nerveux responsable de sa transmission et de son intégration. • Douleur de nociception • Douleur cutanée • choc, traumatismes, brûlure • Douleurs somatiques • tendons, muscles, articulation, périoste, vaisseaux • Douleurs viscérales

7. La douleur rapide par excès de nociception • Les douleurs par excès de nociception sont provoquées par la mise en jeu normale des voies neuro-physiologiques de la douleur. • Elles résultent de lésions des tissus périphériques, qui provoquent un excès d'influx douloureux transmis par le système nerveux intact

8. Stimuli nociceptifs • Physiques • Thermiques: brûlure, • Mécaniques: piqûre, distension (coliques) • Chimiques • La soupe inflammatoire

9. Substances support des stimuli algogènes • Bradykinine (sang) • Sérotonine (plaquettes) • Histamine (mastocytes); prurit • Potassium (cellules endommagées) • boiterie à chaud • Onglée • Acides (lésions tissulaires, ulcères de l’estomac) • Enzymes protéolytiques • Prostaglandines E2 • Et de façon plus générale « la soupe inflammatoire »

10. 2-Les récepteurs sensoriels

11. Les principaux récepteurs sensoriels • Les récepteurs du système somesthésique sont des structures spécialisées; ils ne participent pas à la détection de la douleur mais ils sont impliqués dans son contrôle médullaire et encéphalique • Au contraire, les nocicepteurs sont des terminaisons neuronales libres qui seront activées par les stimuli allogènes

12. Les récepteurs sensoriels • Mécanorécepteurs • Toucher, pression légère • Corpuscule de Meissner (toucher), corpuscule de Pacini (pression en profondeur), corpuscule de Merkel (pression en profondeur) • Thermorécepteurs • Chaud, froid • Corpuscules de Krause (diminution de la température & toucher) et de Ruffini (dans la peau) • Propriocepteurs • Changement de longueur et de tension des muscles et tendons • Faisceaux neuromusculaires, organes tendineux de Golgi • Nocicepteurs • Stimulus douloureux

13. Sélectivité des nocicepteurs • Les thermorécepteurs détectant les variations physiologiques de températures sont différents des nocicepteurs thermiques

14. 3-Les récepteurs des stimulus douloureux ou nocicepteurs

15. Nocicepteurs • Récepteurs répondant aux stimuli douloureux • Extrémités neuronales libres des neurones primaires • Corps cellulaires sont dans les ganglions spinaux • Pas de capteurs spécialisés terminaux (type corpuscule de Pacini ) mais signalisation par des récepteurs membranaires protéiques activateurs de canaux ioniques • Ils assurent la transduction de stimuli divers en potentiels d’action • Contrairement aux récepteurs somesthésiques, ces récepteurs maintiennent leur activité en présence du stimulus (pas d’adaptation) et leur activité peut augmenter pour un stimulus donné par sensibilisation ce qui conduit à l’hyperalgésie. • Étant des terminaisons libres, on classe ces récepteurs d’après les fibres qui leur sont associées

16. Localisation des nocicepteurs • Peau • 600 terminaisons libres au cm2 • Localisation précise de la douleur • Viscères • Récepteurs polymodaux (stimuli mécaniques & chimiques) • Irritation des muqueuses, distension, contracture, torsion, traction, météorisation, impaction, ischémie… • Os, tendons, muscles, articulations

17. Le récepteur vanilloïde • Le récepteur TRPV1, non spécifique, répond à la fois à la capsaïcine (ligand), aux températures élevées, et aux lésions tissulaires (stimulus physiques et chimiques). • Cette protéine a été nommée récepteur vanilloïde de type 1 (VR1) (ou Transient Receptor Potential vanilloïde 1 (TRPV1)) car c’est le groupe vanilloïde qui caractérise la capsaïcine • TRPV1 appartient à une famille de protéines (les TRP) qui comporte au moins 3 classes de canaux ioniques qui assurent la transmission de signaux issus de cellules en réponse à des stimulus « transitoires » comme la lumière, la température, le pH, les stimulus mécaniques et chimiques etc.

18. Le récepteur vanilloïde TRPV1 • La capsaïcine active le récepteur TRPV1 et provoque une entrée de calcium ce qui entraîne une dépolarisation (transduction électrochimique) ; • l’influx nerveux remonte vers le SNC qui interprète le message comme étant une brûlure • L’exposition permanente à la capsaïcine entraîne une désensibilisation (mort du neurone ou altération de son fonctionnement) • TRPV1 est également exprimé dans la corne dorsale, les ganglions de la chaîne latérale et le SNC • TRPV1 est exprimé dans les cellules immunitaires

19. Les autres récepteurs TRPV • TRPV1 a été le premier récepteur à être cloné • Actuellement on a identifié 4 récepteurs activés par la chaleur et 2 récepteurs activés par le froid • Le menthol stimule les récepteurs du froid comme la capsaïcine active les récepteurs de la chaleur

20. Les nocicepteurs et leurs récepteurs moléculaires(exemple de la douleur cancéreuse) • Le nocicepteur (rose) est équipé de différents types de récepteurs pour détecter et transmettre des signaux algogènes (ici produits par des cellules cancéreuses qui sont en jaune) . • Le récepteur vanilloïde de type 1 (VR1) détecte les H+ produits par les cellules cancéreuses • Les récepteurs endothéline-A (ETAR) détectent l’endothéline (ET) qui est libérée par la cellule cancéreuse • Les autres récepteurs exprimés sont le récepteur aux prostaglandines (EP), qui détecte la PGE2 qui est produit par l’inflammation (macrophages) • Le Nerve growth factor (NGF) libéré par les macrophages se lie au récepteur tyrosine kinase (TrkA) et l’ATP se lie aux récepteurs purinergiques P2X3. • l’activation de tous ces récepteurs augmente l’excitabilité du nocicepteur en induisant la phosphorylation des canaux sodiques

21. La capsaïcine • La capsaïcine (8-méthyle N-vanillyle 6-nonénamide) est le composé actif du piment rouge (capsicum) • C’est un alcaloïde irritant de l’épithélium et elle produit une sensation de brûlure dans la bouche (le piquant, goût épicé). • La capsaïcine est utilisée dans des crèmes locales pour soulager la douleur nerveuse périphérique et même certains prurits (démangeaisons) violents

22. La capsaïcine et le dopage chez le cheval • La capsaïcine est utilisée pour doper (scandale des JO de Pékin) • Par ses effets irritants, elle joue le rôle d’un vésicant pour barrer le cheval • A plus long terme, la capsaïcine détruit les extrémités neuronales impliquées dans la transmission de signaux algogènes et elle pourrait être utilisée pour réaliser des névrectomies chimiques

23. Capsaïcine et dopage chez le cheval

24. 4-Fibres nerveuses associéesaux nocicepteurs

25. Classification générale des fibres nerveuses • Myélinisées vs. Non myélinisées • Pour les fibres myélinisées, la vitesse de transmission de l’influx nerveux sera fonction du diamètre • Les fibres en relation avec les nocicepteurs sont les fibres Aδ (myélinisées) et fibres C (non myélinisées); • Ces fibres sont également impliquées dans la transmission des stimuli thermiques physiologiques

26. Sélectivité des fibres associées aux nocicepteurs • Les fibres périphériques qui répondent à des stimulus mécaniques ou thermiques non douloureux ne sont pas impliquées dans la transmission des signaux douloureux • Elles n’augmentent pas leur fréquence de décharge en cas d’augmentation de l’intensité du stimulus • Les fibres nociceptives ne commencent à décharger que pour des intensités importantes; elles sont recrutées en cas de stimulus douloureux

27. Sélectivité des récepteursThermorécepteurs vs. thermonocicepteurs • Fréquences de décharges pour différentes températures cutanées ; on remarquera que ce ne sont pas les mêmes fibres qui sont impliquées dans les stimuli physiologiques et douloureux

28. Classification des nocicepteurs sur la base des fibres associées • Fibres myélinisées du groupe Aδ • Vitesse de conduction assez rapide de 20m/s • Stimuli mécaniques aigus, dangereux • champ récepteur étroit • Stimuli thermiques douloureux • Fibres non myélinisées du groupe C • Vitesse de conduction lente de 2m/s; • Récepteurs dits polymodaux (répondent à la fois aux stimuli mécaniques, thermiques et chimiques) • Récepteurs « silencieux » sensibles aux stimulations supraphysiologiques • Champ récepteur large (il est plus important de détecter une douleur que de la localiser) • douleurs lentes, sourdes, différées • Récepteurs sujets à sensibilisation • Exemple d’une brûlure • sensation immédiate: Aδ • Sensation légèrement différée: fibre C

29. 5-Les voies ascendantes de la nociception

30. Types de voies nerveuses • Afférentes (Ascendantes) • transmission des influx de la périphérie vers l’encéphale • Neurone de premier ordre • Neurone de deuxième ordre ou deutoneurone • Neurone de troisième ordre • Efférentes (Descendantes) • transmission des influx de l’encéphale vers la périphérie

31. Les voies de la douleur : généralités • Le signal algogène est véhiculé par une fibre nerveuse de petit calibre (Aδ ou C) • Il se dirige vers la corne postérieure de la moelle épinière où il existe un premier relais intégratif

32. Neurones de premier ordre (1) Substance grise de la ME Premier relai intégratif Comme pour tous les neurones sensitifs situés dans le ganglion spinal, la branche centrale du neurone primaire pénètre dans la ME par les racines dorsales

33. Fibres C Glutamate I V Fibre Aδ Substance P F. Paléospinothalamique F.Néospinothalamique Les fibres Aδ font synapses dans la couche I (médiateur=glutamate), décussent et donnent le faisceau néospinothamamiqie Les fibre C font synapses dans la couche V (médiateur=substance P), décussent et donnent le film paléospinothalamique

34. Neurones de deuxième ordre • Les axones des neurones de deuxième ordre (les deutoneurones) croisent la ligne médiane et montent directement vers le tronc cérébral dans le cadran, antérolatéral (ou ventrolatéral) de l’hémi-moelle controlatérale • Ces fibres forment les faisceaux spinothalamiques (néospinothalamique et paléospinothalamique ou spinoréticulaire) qui forment la principale voie ascendante des stimuli thermiques et nociceptifs

35. Voies de la douleur rapide: Aδ • Douleur rapide (1 sec) • Protoneurone = Fibres Aδ; vitesse 5-30m/sec • Déclenche un réflexe d’évitement • Font synapse dans la couche I de Rexed (Lamina marginalis); • médiateur=glutamate; durée d’action en milliseconde

36. Deuxième neurone:Les faisceaux spinothalamiques • Apres avoir décussé, les deutoneurones (ou cellule T pour transmission) remontent dans la partie antérolatérale de la substance blanche. • Cette voie ascendante est formée de 2 contingents principaux: • Le faisceau néospinothalamique: • Se projette dans le thalamus ventrobasal (VB) • Impliqué dans la douleur aiguë et la perception de la température (non algogène) • Le faisceau paléospinothalamique ou spinoréticulaire: • Se projette sur la formation réticulaire (éveil), • Puis sur le noyau intralaminaire thalamique • Ce faisceau est impliqué dans les douleurs profondes, chroniques… • Ces faisceaux se projettent, in fine ,sur le cortex pariétal primaire et secondaire

37. Le faisceau paléospinothalamique • Système polysynaptique véhiculant des douleurs type colique chez le cheval • Ramifications pour le bulbe • Ripostes végétatives à la douleur (tachycardie, FR, mydriase….) • Ramifications pour la formation réticulaire • Eveil • Ramifications pour l’hypothalamus • Sécrétion de cortisol, autres hormones • Ramification pour le système limbique • Caractère anxiogène ,

38. Faisceau néospinothalamique • Système oligosynaptique véhiculant des douleurs type piqûre, coups etc. • Remonte directement vers le thalamus sans relai bulbaire, limbique etc. • Le 3eme neurone se projette sur les cortex primaire et secondaire • Douleurs bien repérées sur le plan spatiale et non anxiogènes

39. Le thalamus et ses noyaux • Dans le thalamus, les principaux noyaux cibles des fibres ascendantes thermiques et nociceptives (neurones secondaires) se situent dans le complexe ventro-postérieur (VP)

40. Neurone de troisième ordre • Commence dans le thalamus • Se termine dans les centres spécifiques du cortex • Perception de la localisation, de la qualité, de l’intensité du stimulus • Permet de sentir la douleur de l’intégrer aux expériences passées

41. Cortex pariétal et douleur • Le cortex pariétal présente une somatotopie très précise pour la peau et les articulations, imprécise pour les muscles et les vaisseaux, inexistante pour les viscères d’où les douleurs rapportées

42. L’intégration du signal douloureux au niveau de l’encéphale à partir des relais thalamiques CP • Tronc cérébral (brain stem) • réactions végétatives • Hypothalamus • système neuro-endocrinien • Hippocampe • mémorisation et anticipation • Cortex pariétal (CP) • sensation douloureuse • Cortex frontal (CF) • souffrance, angoisse • Rem: il n’y a pas de centre de la douleur CF

43. 6-Les contrôles de la nociception et de la douleur • Contrôles segmentaires (médullaires) du signal ascendant • Contrôle descendant d’origine supraspinale

44. Contrôle de la douleur • Les stimulations périphériques perçues comme douloureuses sont transmises, modulées et intégrées à différents étages du système nerveux : • Nos conceptions sont largement fondées sur l’organisation histologique de la moelle épinière

45. 6A-Contrôle médullaire de la douleur

46. Convergence sur les mêmes deutoneurones du système somesthésique et des neurones impliqués dans la nociception

47. Pacini Fibre Aα ou Aβ V Fibres A δ ou C F. Spinothalamique Couches de Rexed Les fibres Aα et Aβ pénètrent dans le cordon dorsal et délèguent des ramifications qui pénètrent dans la substance grise pour faire synapse dans la couche II et V Les fibre A δ et C pénètrent dans la corne dorsale pour former, après décussation, les faisceaux spinothalamiques

48. Convergence des fibres Aα et Aβ sur les mêmes deutoneurones que les fibres Aδ et C: douleurs référées Récepteurs somesthésiques Fibres Aα et Aβ Deutoneurone V Récepteurs cutanés Fibres Aδ et C Récepteurs douleur

49. Douleurs référées : bases physiologiques • Des stimulations nociceptives d’origines diverses (cutanées, viscérales, musculaires, osseuses) vont stimuler au niveau de la moelle un même neurone situé dans les couches I et V de la corne postérieure de la moelle. • Ce neurone transmet l’information au cortex avec confusion possible de lecture sur l’origine de la douleur

50. Douleur référée de l’infarctus du myocarde