PHYSIOLOGIE DE LA TRANSMISSION NEUROMUSCULAIRE ET MODES D ACTION DES CURARES

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1 PHYSIOLOGIE DE LA TRANSMISSION NEUROMUSCULAIRE ET MODES D ACTION DES CURARES Dr Stéphanie Roullet UF Uro vasculaire et Transplantations Service Anesthésie Réanimation 1 CHU Bordeaux

2 INTRODUCTION Transmission neuromusculaire: ensemble des phénomènes permettant la libération d ACh au niveau de la jonction neuromusculaire et conduisant à la contraction musculaire Transmission entre terminaison nerveuse et fibre musculaire striée sous la dépendance de l ACh libérée au niveau de la jonction neuromusculaire et se fixant sur les récepteurs nicotiniques de la plaque motrice Ouverture du canal ionique du récepteur et variation brutale du potentiel membranaire Potentiel d action musculaire et contraction musculaire

3 ANATOMIE DE LA JONCTION NEUROMUSCULAIRE

4 MOTONEURONES ET UNITÉS MOTRICES Noyau des motoneurones dans la substance grise de la corne ventrale de la moelle épinière Axone continu jusqu à la jonction neuromusculaire, entouré d une gaine de myéline interrompue par les nœuds de Ranvier Jonction neuro musculaire= terminaison nerveuse + plaque motrice + fente synaptique 1 seul motoneurone plusieurs fibres musculaires 1 cellule musculaire 1seulaxone Axone + fibres musculaires = unité motrice Ensemble nerf muscle constitué de centaines d unités motrices

5 PLAQUE MOTRICE Extrémitédel axoneperdsagaine de myéline Fente synaptique 50 nm Jonction neuromusculaire de forme ovale, µm de diamètre Cellules de Schwann, membrane basale et filaments protéiques Invaginations primaires et secondaires Réc. cholinergiques nicotiniques au niveau des crêtes de ces replis. 10 à par µm 2.Environ par plaque motrice. 10 nm entre 2 récepteurs Fond des replis: canaux sodiques

6 POTENTIELS D ACTION NERVEUX

7 NOTION DE POLARISATION MEMBRANAIRE Neurones et fibres musculaires excitables: membrane a la propriété de transmettre une impulsion électrique Au repos différence de potentiel à travers la membrane (plus de Na + àl extérieurquedek + à l intérieur) rendant l intérieur de la cellule négatif ( 70 à 90 mv) Pompe trans membranaire Na + K + ATPase PA nerveux: inversion du potentiel cellulaire se propageant sur toute la longueur du nerf Variations de potentiel cellulaire qui activent vers 15 mv un canal sodique spécifique entrant

8 COUPLAGE ÉLECTROCHIMIQUE Conductance Na>conductance K jusqu au pic du PA, puis repolarisation et retour au potentiel de repos Période réfractaire puis la membrane peut de nouveau être dépolarisée

9 CANAL SODIQUE Sous unité de 260 kda et 2 sousunités 1et 2de36et33kDa 135 nm de haut et 100 nm de diamètre Sous unités et 1 sont transmembranaires, 2 est sur le versant extra cellulaire Canal ionique formé par ; les jouent un rôle dans l ouverture, la fermeture et la stabilisation du canal en position active Sous unité : 4 domaines internes de AA; 6 régions trans membranaires dont 4 hydrophobes

10 PROPAGATION DES POTENTIELS D ACTION Pour les fibres myélinisées le flux sodique n existe qu au niveau des nœuds de Ranvier Zones d interruption de la gaine de myéline de 10 µm et distant les uns des autres de 1 mm Durée du PA 1 ms; vitesse de conduction 120 m/s PA se propagent à la surface de la cellule Arrivée du PA jusqu à la terminaison nerveuse par diffusion; ouverture de canaux Ca voltage dépendants, entrée de Ca dans le nerf et poursuite de la dépolarisation Canaux K voltage dépendants permettent ensuite la repolarisation

11 SYNTHÈSE ET MODE D ACTION DE L ACÉTYLCHOLINE

12 BIOSYNTHÈSE DE L ACÉTYLCHOLINE ACh synthétisée à partir de choline et d acétyl coenzyme A sous l action d une enzyme soluble, la choline Ométhyl transférase, synthétisée dans le corps cellulaire et présente sous forme dissoute dans l axoplasme ACh stockée dans la terminaison de l axoplasme Choline provient du milieu extra cellulaire; pénètre dans l axoplasme par transporteur de haute affinité Nadépendant présent dans la membrane des terminaisons nerveuses cholinergiques Moitié de la choline provient du recaptage de la choline issue de l hydrolyse de l ACh par l acétylcholinestérase Acétate synthétisé à partir du pyruvate dans les mitochondries et se combine avec le coenzyme A

13 STOCKAGE DE L ACÉTYLCHOLINE ACh présente tout au long de l axoplasme mais concentration plus importante au niveau des terminaisons nerveuses Vésicules synaptiques de 45 nm de diamètre, synthétisées par appareil de Golgi Vésicules concentrées dans la terminaison nerveuse, à proximité de la membrane située en face des crêtes des plis de la plaque motrice molécules d ACh par vésicule Transport dans les vésicules dépend d un transporteur protéique spécifique, énergie provient d une pompe à protons intravésiculaire ATPase dépendante

14 LIBÉRATION DE L ACÉTYLCHOLINE (1) Vésicules à proximité de la membrane présynaptique Bandes orientées parallèlement aux crêtes des plis de la plaque motrice 1% des vésicules immédiatement disponibles: zone active; ACh récemment synthétisée Vésicules «de réserve» amarrées à des filaments d actine et des microtubules; libération en cas de stimulation nerveuse répétée

15 LIBÉRATION DE L ACÉTYLCHOLINE (2) Synapsine 1: protéine phosphorylée des terminaisons nerveuses. Maintient les vésicules aux filaments d actine et aux microtubules. Site de fixation des vésicules couplé à une protéine kinase de type II calcium/calmoduline dépendante. Phosphorylation de la synapsine par protéine kinase diminue l affinité de la fixation à l actine et aux vésicules, permet la libération des vésicules et de l Ach Synaptotagmines, synaptophysines et synaptobrévines: protéines membranaires impliquées dans le stockage et la libération de l ACh

16 LIBÉRATION DE L ACÉTYLCHOLINE (3) Nécessite la présence de Ca intracellulaire Entrée massive de Ca suite à l arrivée d un PA, fixation du Ca sur la synaptotagmine Changement de conformation de la protéine, fusion de la membrane des vésicules entre elles, libération de leur contenu (Ach, ATP, calcium) dans la fente synaptique Entrée de Ca et fixation sur la calmoduline activent la protéine kinase Ca/calmoduline dépendante, phosphorylation de la synapsine et mobilisation des vésicules de réserve Libération d ACh s arrête quand Ca intra cellulaire revient à la normale

17 LIBÉRATION DE L ACÉTYLCHOLINE (4) ACh libérée dans la fente synaptique de manière continue, spontanément, en l absence de stimulation Discrets changements du potentiel de repos, liés à la libération d un quantum d ACh, 1 2/sec Potentiel de plaque trop faible pour produire une contraction musculaire (seuil trop bas pour PA) Arrivée d 1 PA au niveau de la terminaison nerveuse entraîne l activation de canaux Ca voltage dépendants, l entrée massive de Ca dans la cellule, la libération de 200 quantums d ACh ( molécules) et l apparition d un potentiel de plaque suffisant pour produire un PA et déclencher une contraction musculaire

18 LIBÉRATION DE L ACÉTYLCHOLINE (5) Quantité d ACh libérée décroît quand le nerf est stimulé à haute fréquence (>2 Hz) car le nombre de vésicules disponible diminue Vésicules pas remplacées au même rythme qu elles sont libérées En situation normale contraction soutenue En cas de myasthénie grave ou d injection de curare non dépolarisant: affaiblissement ou épuisement de la contraction

19 RÉCEPTEURS POST JONCTIONNELS

20 STRUCTURE Super famille des récepteurs ligand dépendant avec canal ionique Sous unités protéiques en rosette avec pore central correspondant au canal ionique Activation par fixation de l agoniste sur site spécifique Récepteur cholinergique nicotinique 5 sous unités dont 2 identiques (sousunités ) et, et ou selonletypede récepteur 250 kda, diamètre 8,5 nm, lgueur 11 nm Position trans membranaire Chaque sous unité a4portionstransmembranaires

21 CLASSIFICATION ET MATURATION 2 classes selon la dernière sous unité Récepteurs jonctionnels ou matures: sous unité Récepteurs extra jonctionnels ou immatures: sous unité Récepteurs immatures: muscles du fœtus, avant le développement de l innervation. Puis remplacés par récepteurs matures pendant les premières semaines de vie et disparaissent presque totalement Présents en faible nombre à la surface de la fibre musculaire, à l extérieur de la plaque motrice Durée d ouverture 6 ms vs 1 ms pour récepteur mature Réapparaissent dans territoires lésés, après dénervation, immobilisation prolongée, curarisation en réanimation Sensibilité accrue à l ACh et la succinylcholine, moindre affinité pour curares non dépolarisants

22 ACTIVATION DES RÉCEPTEURS NICOTINIQUES (1) Nécessite la fixation d un agoniste endogène ou d un agent pharmacologique exogène Sous unités porteuses d un site de fixation pour agonistes (ACh, succinylcholine) et antagonistes (curares) Quand 2 molécules d ACh se fixent sur le récepteur, changement de conformation du récepteur, ouverture du canal ionique, passage des ions Na +,K + et Ca 2+ 1vésiculecontient10 4 molécules d Ach, activation de nombreux récepteurs et apparition d un potentiel de plaque miniature PA au niveau de la terminaison nerveuse, libération de vésicules et 1 1, molécules d ACh Puis hydrolyse de l ACh par l acétylcholinestérase

23 ACTIVATION DES RÉCEPTEURS NICOTINIQUES (2) Quand potentiel de plaque atteint 40 à 50 mv il déclenche l apparition d un PA (loi du «tout ou rien») qui se propage à tout le sarcolemme et déclenche la contraction musculaire (canaux calciques, activation de la troponine, interaction actine myosine) Canal sodique impliqué dans la propagation du PA. Activé par la dépolarisation membranaire secondaire au potentiel de plaque Canal voltage dépendant non activé par un agoniste Quand PA atteint son maximum canal inactivé et repasse en position fermée. Puis activation de canaux potassiques spécifiques qui permet le retour du potentiel de repos

24 ZONE PÉRIJONCTIONNELLE Riche en canaux sodiques spécifiques pour l ion Na Insensibles à l ACh mais activés par potentiel de plaque et vont à leur tour participer à la dépolarisation Rétrocontrôle positif Canaux inactivés au bout de 1 2 ms, jusqu au retour du potentiel de repos (quelques ms) Si dépolarisation se prolonge, canaux de la zone périjonctionnelle maintenus dans leur état inactivé, barrière empêchant la propagation du PA dans la fibre musculaire Phénomènes observés après injection de succinylcholine

25 RÉCEPTEURS PRÉ JONCTIONNELS

26 RÉCEPTEURS PRÉ JONCTIONNELS Unepartiedel AChlibéréesefixeraitàdesrécepteurs cholinergiques présynaptiques afin de permettre la mobilisation d ACh et sa libération Favorise la mobilisation d ACh en cas de stimulation répétée Type différent des récepteurs post jonctionnels Couplés à des canaux calciques, action par l intermédiaire de la synapsine et synaptotagmine

27 PHYSIOLOGIE DE LA CONTRACTION MUSCULAIRE SQUELETTIQUE

28 RAPPEL HISTOLOGIQUE Cellules musculaires multinuclées et orientées dans le sens de la longueur Filaments qui viennent se chevaucher Filaments épais: myosine Filaments fins: actine, liée à troponine et tropomyosine Myofilaments regroupés en structures longitudinales plus grandes: myofibrilles Réticulum sarcoplasmique: structure liée à la membrane cellulaire musculaire, réservoir pour les ions Ca

29 PHÉNOMÈNES ÉLECTROCHIMIQUES IMPLIQUÉS DANS LA CONTRACTION MUSCULAIRE Diffusion du PA au sein des fibres musculaires entraîne l ouverture de canaux Ca et l entrée de Ca dans la cellule, entée passive liée à la différence de concentration Ca se fixe à la troponine, changement de conformation, supprimant l inhibition de la liaison entre l actine et la myosine; formation de ponts et contraction musculaire Retour à la relaxation musculaire nécessite départ du Ca (captation active par réticulum, ATP); complexe troponine tropomyosine inhibe la liaison active myosine Durée PA quelques ms, durée contraction musculaire ms. Augmentation rapide et brutale du raccourcissement, relaxation plus longue. Stimulation tétanique

30 EFFETS PHARMACODYNAMIQUES DES CURARES

31 CURARES NON DÉPOLARISANTS

32 MODE D ACTION Fixation de manière compétitive avec l ACh sur les sousunités du récepteur cholinergique nicotinique Incapables d entraîner un changement dans la conformation des protéines et d ouvrir le canal sodique Fixation d un antagoniste sur l une des 2 sous unités du récepteur empêche son activation, car celle ci nécessite la liaison d ACh sur les 2 sous unités Interaction de type compétitif qui dépend de l affinité de l agonisteetdel antagonistepourlesitedefixationmais aussi de la concentration respective de chaque molécule dans la fente synaptique Notion de marge de sécurité de la jonction neuromusculaire

33 CARACTÉRISTIQUES DU BLOCAGE NEUROMUSCULAIRE NON DÉPOLARISANT Bloc non détectable cliniquement et force musculaire ne diminue pas tant que 75% des récepteurs postsynaptiques ne sont pas occupés par le curare Bloc complet au niveau périphérique: 92% d occupation Muscles ventilatoires dont diaphragme: 90% Bloc non dépolarisant pas précédé de fasciculations, apparition d une fatigue musculaire en cas de stimulation répétée (PTC) Vitesse d installation du bloc dépend de la puissance des curares. Plus puissance augmente, plus le délai d action augmente. Saturation des récepteurs dépend de la quantité de curare administrée, loi d action de masse

34 CURARE DÉPOLARISANT: LA SUCCINYLCHOLINE

35 MODE D ACTION DE LA SUCCINYLCHOLINE Entraîne une dépolarisation de la membrane postsynaptique comparable à celle liée à l action de l ACh mais de durée prolongée Installation du bloc: état d excitation avec fasciculations des fibres musculaires liées à l activation aléatoire des terminaisons nerveuses

36 CARACTÉRISTIQUES DU BLOCAGE NEUROMUSCULAIRE DÉPOLARISANT (OU DE PHASE I) Diminution de la réponse musculaire après stimulation nerveuse mais absence de fatigue musculaire après stimulation répétée Dépolarisation de la plaque motrice s accompagne de l apparition d une zone d inexcitabilité en périphérie, empêchant la propagation du PA En cas de dépolarisation prolongée le muscle s enrichit en Na mais perd des quantités importantes de K, d où l augmentation de la kaliémie (0,1 à 0,5 mmol/l) observée après administration de succinylcholine

37 BLOC DE PHASE II En cas d administration continue de succinylcholine bloc de phase II peut se développer: fatigue musculaire lors des stimulations répétées et facilitation post tétanique