Nerve reaction to self-sizing cuff electrode implantation and electrical stimulation : physiological and histological studies
(2006)
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- Les objectifs de la simulation électrique fonctionnelle comprennent la restauration de fonctions déficientes et l’amélioration de la qualité de vie des patients. Les progrès de la recherche biomédicale et des micro-technologies ont permis d’augmenter le nombre de pathologies pouvant tirer bénéfice de cette technique. Dans le domaine des systèmes implantés, les électrodes à manchon spiral sont couramment utilisées. En effet, non invasives pour le nerf, elles permettent un confinement et un meilleur contrôle du courant. Cependant, deux désavantages en limitent l’usage. Premièrement, l’implantation de l’électrode provoque une réaction tissulaire. La fibrose qui apparaît au niveau de l’interface matériaux – tissu augmente la distance fibres nerveuses – contacts réduisant d’autant l’efficacité des électrodes. Deuxièmement, au cours des premières semaines qui suivent l’implantation, les paramètres électrophysiologiques sont instables. La reproductibilité des stimulations et/ou des enregistrements effectués peut ainsi en être altérée. <BR> La séquence des événements biologiques déclenchés dans le décours de l’implantation d’un tel système est en fait assez mal connue. Le but de cette thèse est d’acquérir une meilleure connaissance des processus impliqués dans ces deux phénomènes. Dans cette optique, un petit stimulateur implantable a été développé afin de permettre d’évaluer les changements affectant l’interface tissu-électrode au cours d’implantations chroniques. La littérature nous apprend que différents facteurs ou cytokines sont susceptibles d’intervenir. Les deux facteurs considérés dans cette thèse, l’oxyde nitrique (NO) et le ‘vascular endothelial growth factor’ (VEGF), exercent des rôles en partie connus dans la régulation du système vasculaire et dans les mécanismes de neuroprotection. L’implantation d’une électrode à manchon spiral, passive ou active, stimule leur expression dans l’épinèvre et dans l’endonèvre. Leur présence dans l’épinèvre est vraisemblablement associée aux remaniements vasculaires (vasoperméabilité, vasodilatation et angiogénèse) qui surviennent suite à une implantation. La chirurgie et une réaction inflammatoire aiguë provoquent un œdème en partie par leur biais. Cet œdème est associé à une faible impédance de l’électrode et à une rhéobase élevée. Par la suite, le dépôt d’un tissu fibreux remplace progressivement la réaction inflammatoire. A ce moment, on constate une inversion de la corrélation entre l’impédance d’électrode et l’aspect morphologique de l’épinèvre ; la rhéobase diminue progressivement, alors que l’impédance augmente. Le perinèvre est lui peu à peu renforcé par le dépôt de fibres qui tend à renforcer la protection de l’endonèvre. L’utilisation d’un pattern de stimulation caractérisé par de fortes densités de charges n’a pas permis d’induire des dommages axonaux en plus de ceux provoqués par les contraintes mécaniques. Nous avons néanmoins observé que l’expression des facteurs dans l’endonèvre était prolongée au-delà d’un mois après l’implantation. <BR> Les données de la littérature associées aux nôtres nous permettent de proposer que dans l’endonèvre, Nos et de VEGF agiraient dans le cadre d’un mécanisme de protection axonal. A partir d’un certain niveau d’expression, l’effet protecteur ne serait plus assuré. Au contraire, une certaine toxicité liée à des concentrations locales trop élevées pourrait contribuer à la dégénérescence axonale dont la traduction électrophysiologique est l’augmentation de la chronaxie. Qui plus est, le NO peut générer des activités électriques spontanées dans les nerfs périphériques et dans la moelle épinière. Ces dernières pourraient intervenir dans l’instabilité électrophysiologique enregistrée au cours des premières semaines qui suivent l’implantation. <BR> En résumé, suite à l’implantation d’une électrode à manchon spirale, le tissu nerveux exprime des cytokines et des agents responsables de remaniements morphologiques dont les conséquences, sur un plan électrophysiologique, ont été clairement établies. La découverte des mécanismes cellulaires et moléculaires locaux survenant dans le nerf dans le décours de l’implantation de ces électrodes devrait contribuer à élaborer de nouvelles stratégies de recherche dans le but d’en améliorer l’efficacité
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Thil, M.-A. (2006). Nerve reaction to self-sizing cuff electrode implantation and electrical stimulation : physiological and histological studies. https://hdl.handle.net/2078.5/112153