Recherche des mécanismes inducteurs des céphalées vasculaires

Étude et rôle des innervations autonomes.

Monsieur Pierre Aubineau Pathophysiologiste Vasculaire,CNRS,Bordeaux.

1.  Objectifs de l’étude

Face à l’incertitude qui subsiste quant à la physiopathologie des céphalées vasculaires, nous avions proposé que, chez les migraineux au sens large, une dystonie végétative(acquise ou héritée) favorise le développement de l’innervation sensorielle de type C et, spécifiquement dans le territoire vasculaire céphalique, favorise aussi celle de l’innervation parasympathique dont l’origine est, dans ce territoire, différente de celle du sympathique. Ces modifications dépendraient principalement de l’action d’un agent neurotrophique (nerve growth factor ou NGF )sécrété par les cellules cibles du sympathique à la suite de la dégénérescence de ce dernier. Ce facteur est lui-même un agent pro-inflammatoire dont l’action viendrait s’ajouter à celle des agents pro-inflammatoire dépendant de l’innervation sensorielle( SP,CGRP )et parasympathique (acétylcholine,VIP,NO ) ainsi qu’à celle des mastocytes qui contactent ces trois type de nerfs dans les méninges.

Nous projetions donc d’effectuer sur le rat les études suivantes :

• déterminer si la sympathectomie chirurgicale ou chimique induit bien une croissance anormale des autres innervations (sensorielle,parasympathique )

• étudier les effets de cette sympathectomie sur la morphologie et le métabolisme des mastocytes de la dure-mère ;

• étudier dans quelle mesure la sympathectomie favorise l’extravasation de protéines plasmatiques dans la dure-mère (inflammation aseptique ).

2.  résultats

• a - influence de l’ablation mono- ou bilatérale du ganglion sympathique cervical supérieur sur l’innervation sensorielle et les mastocytes de la dure-mère.
  Le marquage immunohistochimique indirect des fibres sensorielles C par un anticorps primaire dirigé contre le CGRP et un anticorps secondaire conjugué à une fluorophore montre que la sympathectomie induit rapidement et durablement une hyperplasie considérable des fibres C. En comparaison avec ce qui est constaté chez les animaux pseudo-opérés du même âge,l’intensité accrue du marquage indique de plus que chacune de ces fibres contient une plus grande quantité de neurotransmetteur.
  Chez les animaux ayant subi une sympathectomie unilatérale, ces changements concernent d’abord la dure-mère ipsilatérale à la sympathectomie.Ils sont statistiquement significatifs dès 15 jours après l’opération. La longueur des fibres visibles dans les champs d’intérêt mesurés continue d’augmenter dans cet hémisphère jusqu’à 60 jours après l’opération. A ce moment, on constate aussi une augmentation significative de la longueur totale des fibibres visibles dans l’hémisphère controlatérale.
  Dans ce délai de 60 jours, le marquage immunohistochimique de la tyrosine hydroxylase (TH )révèle cependant que l’innervation sympathique colonise à nouveau l’hémisphère dénervé à partir de la dure-mère controlatérale intacte.
  Après 60 jours, ces changements interviennent donc en présence d’une innervation sympathique intacte (hémisphère controlatéral à l’opération ) ou persistent en dépit d’un réinvestissement progressif du tissu par les fibres TH-i (hémisphère ipsilatéral ).

En référence avec la migraine ou l’algie vasculaire de la face, ce résultat nous semble d’un grand intérêt puisqu’il est possible de soupçonner un déficit sympathique plus ou moins important dans ces pathologies, mais non une sympathectomie totale.
Chez les animaux ayant subi une double ganglionectomie, l’hyperplasie des fibres sensorielles est très marquée et concerne également les deux hémisphères.
La sympathectomie uni-ou bilatérale provoque également une hyperplasie des fibres nerveuses parasympathiques mises en évidence par marquage immunohistochimique indirect anti-VIP . Cette hyperplasie s’est révélée plus difficile à estimer quantitativement que celles des fibres  C sensorielles au niveau de la dure-mère de fait de la finesse des fibres parasympathiques qui induit un mauvais rapport signal/bruit dans l’épaisseur importante du tissu méningé. Une extrapolation de ce qui peut être observé au niveau des vaisseaux
Sanguins des leptoméninges montre cependant que la densité de ces fibres augmente considérablement deux mois après l’opération.
Le développement de cette hyperplasie nerveuse s’effectue parallèlement à une augmentation significative du nombre de mastocytes visibles dans les dures mères concernées.60 jours après l’opération,le nombre de mastocytes observés dans les dures-mères sympathectomisées dépasse d’environ 50% celui observé chez les animaux appariés pseudo-opérés.Cet accroissement résulte en une augmentation significative du contenu total de la dure mère en histamine (+100% à 60 jours ) et en sérotonine (+ 80% à 60 jours )

• b - Influence de déséquilibres expérimentaux du système nerveux autonome sur le déclenchement d’une inflammation stérile de la dure-mère.

• Chez l’animal intact

Nous avons montré que la stimulation électrique du ganglion parasympathique qui est à l’origine de la plus grande part de l’innervation parasympathique intra-crânienne, le ganglion sphnénopalatin, provoque l’extravasation de protéines plasmatiques marquées ( BSA-FITC )dans la dure-mère du rat. L’extravasation moyenne est de 12 +_  pMoles BSA.mg-1  du coté du ganglion stimulé et de 2,3+ _ pMoles BSA.mg-1 dans la dure mère controlatérale. La différence entre ces deux valeurs est statistiquement significative.
Le traitement post-natal des rats par la capsaïcine ( qui détruit totalement et sélectivement les fibres sensorielles C ) réduit de seulement 40 % l’extravasation dans la dure mère stimulée ( 7,2+ _1,2 pMoles BSA.mg-1 ) alors que l’infusion i.v. d’atropine l’inhibe complètement (2,5+ _0,5 pMoles BSA.mg protéines-1). Il est de plus possible d’imiter l’effet de la stimulation parasympa-thique avec injection i.v. d’un cholinomimétique, le carbochol. De la même façon, l’extravasation bilatérale provoquée par l’injection de carbachol est bloquée par l’atropine,ce qui démontre que la perméabilisation vasculaire induite par l’excitation de l’innervation parasympathique procède bien d’un mécanisme cholinergique muscarinique qui ne fait intervenir les fibres C que pour environ la moitié de l’effet observé.

• Chez l’animal sympathectomisé

Une extravasation de BSA-FITC plus importante que celle consécutive à la stimulation du ganglion sphénopalatin semble affecter de façon chronique les animaux ayant subi une ganglionectomie sympathique plus d’un mois avant l’analyse de leur dure-mère. Chez ces animaux, c’est en effet une concentration moyenne de 6O +-12 pMoles BSA.mg protéines –1 qui est mesurée dans la dure-mère, témoignant d’une forte inflammation stérile.
Chez ces animaux, nous avons cherché à savoir dans quelle mesure une telle inflammation était susceptible ou non d’avoir des répercussions douloureuses. Plusieurs équipes étrangères avaient montré que la stimulation mécanique  (pincements répétés ) ou chimiques (capsaisine ) des sinus veineux duraux entraîne une activation des neurones localisés dans la partie caudale du noyau trigéminal bulbaire. Cette activation est objectivée par la mise en évidence immunohistochimique de protéine c-fos dans le noyau de ces neurones. Après avoir répété ces expériences princeps sur des rats intacts et après avoir vérifié que nous obtenions bien une activation identique, nous avons pu observer que les coupes de cerveau de rats sympathectomisés témoignaient elles aussi d’une synthèse significativement accrue de c-fos dans les neurones du noyau trigéminal caudal, en l’absence de toute autre intervention.
Dans la mesure où cette synthèse a été directement reliée à une activation des fibres sensorielles C méningées, il nous est donc permis de conclure que l’inflammation stérile de la dure-mère (perméabilisation vasculaire) consécutive à la dégénérescence de l’innervation sympathique correspond probablement à une sensation douloureuse transmise par les fibres C.
De plus, si l’on répète chez ces animaux sympathectomisés chroniquement la stimulation électrique du ganglion sphénopalatin dont les effets sur les animaux intacts sont décrits plus haut,on constate une très forte augmentation de l’extravasation de BSA-FITC non seulement dans la dure-mère ipsilatérale au ganglion stimulé (12+_ pMolesBSA.mg-1 chez les animaux intacts,177+_29 pMoles BSA.mg-1 chez les animaux opérés),mais aussi dans la dure-mère controlatérale ( 2,3+_ 0,5 pMolesBSA.mg-1 chez les animaux intacts,170 +_ 32 pMoles BSA.mg-1 chez les animaux stimulés).Sur le fond inflammatoire « spontané »induit par la ganglionectomie, la stimulation du système parasympathique méningé voit donc ses effets largement décuplés.

Ces résultats sont à rapprocher des données histologiques que nous avons résumées plus haut et peuvent ainsi s’expliquer de la façon suivants :
La littérature indique que les neurotransmetteurs sympathiques ( la noradrénaline au premier chef ) sont des inhibiteurs pré-synaptiques des fibres C et des fibres  parasympathiques. A l’inverse, si un neurotransmetteur parasympathique ( acétylcholine ) est inhibiteur réciproque des fibres sympathiques, l’acétylcholine et le NO sont de puissants excitateurs des fibres C. Vis à vis des mastocytes, les deux systèmes ont de plus des actions antagonistes similaires à celles qu’ils exercent sur les fibres C, ainsi que nous l’avions démontré par le passé : la noradrénaline inhibe leur exocytose, l’acétylcholine la provoque.

Le fond inflammatoire observé après la sympathectomie pourrait donc provenir de plusieurs synergiques parmi lesquels :

• la synthèse accrue de NGF qui provoque un accroissement de la densité des fibres C et parasympathiques ainsi qu’un accroissement du nombre de mastocytes ; 

• la synthèse accrue de transmetteurs pro-inflammatoires par ces éléments (neuropeptides, acétylcholine, NO, histamine, etc…).

L’excitation continue des fibres C (ainsi qu’en témoigne le c-fos du noyau trigéminal ) résulterait alors d’un défaut d’inhibition sympathique auquel s’ajouterait potentiellement l’excitation parasympathique et mastocytaire fortement augmentée, ainsi que l’action du NGF lui-même.

Sur ce fond, l’activation massive de l’innervation parasympathique que nous induisons avec la stimulation électrique du ganglion sphénopalatin déclencherait un phénomène cataclysmique (émission massive de neuropeptides par les fibres C et dégranulation profonde des mastocytes )qui expliquerait l’inflammation majeure bi-hémisphérique.

Dans la mesure où de nombreux éléments convergents militent pour une déficience sympathique,non plus seulement dans l’algie vasculaire de la face,mais aussi dans la maladie migraineuse,nos résultats pourraient conduire à la création d’un modèle animal permettant d’étudier la genèse et le traitement des céphalées de manière non-invasive.

Ils font actuellement l’objet de quatre publications, la première parue dans Expérimental Neurology, les deux suivantes à paraître dans Pain, le dernière étant soumise à la revue Neurosciences.