Séminaire « Les sciences de la vie et de la Terre au XXIème siècle »

Le point de vue du neurophysiologiste : une affaire de câblage ?

Bernard Calvino, professeur de neurophysiologie à l'École supérieure de physique et de chimie industrielles de Paris

En préambule, je voudrais revenir sur la fin de l'exposé d'André Langaney. En effet, toutes les études de pharmacologie menées sur les effets des médicaments, effets randomisés en double-aveugle, confirment ses propos. En particulier, les études menées sur la morphine montrent qu'un tiers de patients ne répond pas à cette molécule. Nous commençons seulement à percevoir l'intérêt de ces aléas statistiques. Par exemple, la codéine proposée en pharmacie associée au paracétamol est un précurseur direct de la morphine ; elle est transformée en morphine par le foie grâce à une enzyme. Nous savons aujourd'hui qu'une partie de la population ne répond pas à la codéine car certains individus, pour des raisons d'origine génétique, ne disposent pas de cette enzyme qui permet la transformation de la codéine en morphine. Il s'agit d'un problème fondamental et les enseignants qui vont former les médecins de demain, doivent se documenter sur ces questions. Des études de pharmacogénétique commencent à être publiées dans les revues de vulgarisation et je vous engage à vous documenter sur cette question.

La douleur

La définition de la douleur formulée par le comité de taxonomie de l'IASP (Association internationale pour l'étude de la douleur), société qui rassemble les chercheurs et les cliniciens travaillant sur ce sujet, met en évidence plusieurs caractéristiques de la douleur.

La douleur est une expérience sensorielle. Par conséquent, l'étude de la physiologie de la douleur est une composante de la neurophysiologie sensorielle, celle des stimulations de haute intensité qui remettent en cause l'intégrité physique de l'organisme. Toutefois, la douleur chez l'homme n'est pas seulement la conséquence d'une stimulation sensorielle. En effet, il peut exister des douleurs sans lésion. Il peut également exister des lésions sans douleur. Le problème de la douleur est donc un problème complexe et il convient de distinguer la nociception, qui appartient au domaine sensoriel, de la douleur, qui appartient au domaine des émotions.

Il n'existe pas une douleur unique mais des douleurs en fonction de la nature des mécanismes mis en marche. Une classification clinique permet de distinguer trois mécanismes à l'origine de la douleur : les stimuli nociceptifs, les lésions du système nerveux périphérique ou central. Ces dernières se situent dans les structures de l'encéphale qui sont les noyaux-relais des voies sensorielles de la somesthésie et de la nociception. Il s'agit en particulier du tronc cérébral et du noyau ventro-latéro-postérieur du thalamus, c'est-à-dire le noyau de projection spécifique de la somesthésie et de la nociception. Ces deux structures de référence sont associées aux deux grands syndromes : le syndrome de Wallenberg pour les lésions du tronc cérébral et le syndrome de Dejerine et Roussy pour les lésions du thalamus. Enfin, les douleurs idiopathiques, sans cause somatique réelle, que l'on peut référencer aux douleurs psychogènes.

Dernier élément, le rôle du paramètre temps est fondamental. Il convient de distinguer la douleur aiguë postlésionnelle comme la douleur postopératoire qui se résout rapidement dans le temps, et la douleur chronique qui intervient après 3 à 6 mois.

Un problème de câblage ?

Les systèmes ascendants

La douleur étant une fonction sensorielle, on peut en déduire en première approximation qu'il s'agit en effet d'un problème de "câblage". Il est possible de décrire des fibres périphériques, des noyaux-relais dans la corne dorsale de la moelle épinière puis des faisceaux ascendants appelés les voies spinothalamiques ou spinoréticulaires qui vont projeter dans des noyaux-relais au niveau du tronc cérébral et du noyau ventro-postéro-latéral du thalamus. Le cortex est la cible de projection ultime de ces voies ascendantes qui mettent en évidence un réseau de neurones qui sont la conséquence du développement ontogénétique. En effet, ces voies se mettent en place sous le contrôle du programme génétique. À la périphérie, l'information nociceptive est générée par des nocicepteurs, puis ce message généré par les fibres sensorielles remonte jusqu'à l'encéphale, au cortex somesthésique primaire. Le rôle des différents noyaux-relais est fondamental dans la modulation de cette information.

Les systèmes descendants

Les systèmes descendants sont essentiels dans la compréhension de la douleur. Il existe des systèmes de contrôle au niveau de la corne dorsale de la moelle épinière qui est la clé de voûte de la transmission et du traitement de l'information nociceptive. Ron Melzack et Patrick Wall ont élaboré la théorie du "gate control" ou théorie du "portillon" qui met en évidence le rôle fondamental des "T cells". Ces neurones nociceptifs non spécifiques reçoivent l'information par l'intermédiaire des fibres de petit diamètre mais aussi des fibres de gros diamètre de la somesthésie. Les T cells, déclenchant le système qui génère la sensation douloureuse, sont soumis au contrôle central mais aussi à celui des interneurones inhibiteurs de la substance gélatineuse de la corne dorsale de la moelle épinière qui sont activés par les fibres de gros diamètre de la somesthésie. En référence à la pharmacologie et en particulier au rôle des opioïdes endogènes, qui constituent une des familles des neuropeptides neuromédiateurs sécrétés par les interneurones inhibiteurs, une controverse oppose ceux qui pensent que le contrôle de ces informations se fait par une inhibition présynaptique et ceux pour qui ce contrôle est le fait d'une inhibition postsynaptique. Ce débat n'est pas tranché.

Les contrôles inhibiteurs descendants issus du tronc cérébral constituent un autre système de contrôle. À partir du noyau raphé magnus constitué de neurones sérotoninergiques, des contrôles descendent vers tous les segments de la moelle, sur tous les neurones nociceptifs non spécifiques c'est-à-dire les fameux T cells du schéma du gate control de Melzack et Wall. La signification physiologique du rôle de ces systèmes de contrôle inhibiteurs descendants fait l'objet de débats. Une des hypothèses proposée part du constat que les neurones nociceptifs ascendants, qui projettent dans le thalamus ou dans la substance réticulée, émettent des collatérales qui viennent établir des synapses avec des neurones de la substance grise péri-aqueducale, lesquels activent à leur tour les neurones du raphé magnus. Si ce système était impliqué physiologiquement, cela mettrait en évidence une boucle de rétrocontrôle inhibiteur puisque l'activation des neurones nociceptifs de la corne dorsale de la moelle épinière mettrait en jeu à la fois une information allant vers le cerveau - l'information douloureuse - mais aussi un rétrocontrôle inhibiteur par le système de contrôle descendant.

L'aspect multidimensionnel de la douleur

Les facteurs psychosociaux sont une des composantes de la douleur. L'expression "no brain, no pain" de Patrick Wall illustre le fait qu'en l'absence de cerveau, il n'y a pas de douleur. Cet aspect rend compte de la difficulté à appréhender la douleur sous sa seule dimension neurophysiologique. Incontestablement, la dimension psychologique et émotive est fondamentale chez l'homme. C'est ce que Descartes exprimait quand il disait : "La douleur de la main n'est pas ressentie dans l'âme en tant qu'elle est dans la main mais en tant qu'elle est dans le cerveau".

On distingue quatre composantes de la douleur :

  • la composante sensoridiscriminative, qui fait référence à la dimension sensorielle de la douleur ;
  • la composante émotive, qui rend la douleur désagréable ou insupportable ;
  • la composante cognitive, qui prend en compte le fait que la douleur s'inscrit dans la psychologie et la personnalité d'un individu ;
  • la composante comportementale.

L'environnement familial, professionnel, social, religieux et philosophique a également une incidence importante sur le ressenti et l'expression de la douleur.

Le rôle du temps

Douleur aiguë et douleur chronique sont différenciées par les neurobiologistes. Une douleur chronique n'est pas une douleur aiguë qui se prolonge dans le temps. En effet, la douleur chronique est la conséquence d'une neuroplasticité, c'est-à-dire d'un changement d'activité de la connectivité du réseau de neurones. En raison de cette neuroplasticité moléculaire et morphologique, le prolongement dans le temps de la stimulation nociceptive entraîne une modification de la réactivité synaptique.

Dans un modèle animal de douleur chronique - le rat arthritique - les fibres nociceptives qui se terminent dans la corne dorsale de la moelle épinière présentent un bourgeonnement corrélé avec les paramètres comportementaux de douleur chez les animaux. Le réseau de fibres nociceptives établit des contacts autour de ces neurones. Ces contacts ne sont pas observés chez des animaux sains ou sur des animaux ayant récupéré de ce syndrome d'arthrite chronique.

La douleur aiguë peut être associée à une douleur symptôme, c'est-à-dire à un signal d'alarme utile, alors que la douleur chronique est une douleur syndrome persistante au cours du temps. René Leriche, professeur au Collège de France et auteur du traité majeur Neurochirurgie de la douleur, disait que "La douleur chronique ne protège pas l'homme, elle le diminue."

La douleur des membres fantômes

La douleur ne peut être appréhendée par une simple analyse d'un réseau de neurones et ne se résume pas à un problème de câblage. C'est ce qu'illustre une expérience concernant l'algohallucinose rapportée en 2000 par une équipe allemande.

Dans 85 % des cas d'amputation, le patient va développer un membre fantôme qui est douloureux dans 40 à 45 % des cas. Cette équipe allemande a mis en évidence des interactions entre zones de projection corticale en observant les cartes de représentation corticales somatomotrices grâce à la technique d'imagerie médicale d'IRM fonctionnelle. En particulier, lorsqu'on demande à un amputé sujet à une douleur du membre fantôme de bouger ses lèvres, la carte somatomotrice révèle une tâche faisant apparaître dans le cortex une représentation de la main amputée qui vient se fusionner avec le cortex moteur des lèvres. Cette expérience met en évidence une coactivation sélective des représentations corticales de la main et de la bouche chez des patients victimes de douleurs des membres fantômes. Cette coactivation pourrait être la conséquence d'une réorganisation des cartes corticales neuronales due à la douleur des membres fantômes.

L'équipe d'Angela Sirigu à Saint-Étienne a montré l'importance de la rééducation visiomotrice dans le traitement des douleurs des membres fantômes. Cette expérience consiste à apprendre à un patient amputé à associer son membre fantôme à l'image inversée de son membre sain qui est projetée sur un écran. Peu à peu, le patient va avoir l'illusion que c'est son membre fantôme qu'il voit se déplacer. Cette expérience a mis en évidence que, chez les patients ainsi rééduqués, la représentation corticale de la sensation du membre fantôme apparaît sur le cortex de projection controlatéral de ce membre absent. Lors du récent congrès de la Société française d'étude et de traitement de la douleur (Montpellier, novembre 2004), cette équipe a indiqué que, sur les 12 patients ainsi traités, 9 ont été partiellement ou totalement soulagés de leurs douleurs du membre fantôme.
Ainsi, l'imagerie médicale permet de mettre en évidence la neuroplasticité du cortex. Lorsque des "cases" des représentations corticales sont laissées vacantes par une amputation, on peut observer que la rééducation peut avoir des effets sur la redistribution de ces "cases", associée à des effets bénéfiques sensibles.

Il y a quelques années, une nouvelle voie neurophysiologique a été décrite par une équipe du laboratoire dirigé par Jean-Marie Besson. Cette voie, la voie spino-ponto-amygdalienne, met en évidence une relation entre les neurones de la nociception et l'amygdale qui est une structure du système limbique, c'est-à-dire "le cerveau de l'affectivité et des émotions". Cette observation importante permet d'établir une liaison entre les systèmes sensoriels nociceptifs et les systèmes limbiques amygdaliens, ceux de l'affectivité et de l'émotion.

En conclusion, la douleur chez l'homme relève du domaine de la psychophysiologie plus que de celui de la neurophysiologie et sa compréhension est avant tout l'affaire des cliniciens plus que celle des expérimentateurs neurophysiologistes. Toutefois, c'est en amont que la recherche fondamentale - par exemple en matière de neurochimie et d'électrophysiologie des synapses - permet aux cliniciens de progresser dans la prise en charge des patients parce qu'elle débouche, par exemple, sur la pharmacologie des molécules antalgiques.


Actes du séminaire national - Les sciences de la vie et de la Terre au XXIème siècle : enjeux et implications 15 et 16 décembre 2004

Mis à jour le 15 avril 2011
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