Etude des effets cardio-respiratoires de la stimulation vagale dans le traitement des épilepsies pharmacorésistantes chez l'homme et l'animal

par Boubker Zaaimi

Thèse de doctorat en Sciences de la vie. Neurosciences

Sous la direction de Reinhard Grebe.

Soutenue en 2007

à Amiens .

mots clés

• Appareil respiratoire -- Enfant
• Épilepsie -- Enfant
• Épilepsie -- Thèses et écrits académiques

Résumé

Nous avons étudié les effets cardio-respiratoires de la stimulation vagale chez des patients traités par la thérapie VNS. Nous avons analysé les enregistrements polysomnographiques de 10 enfants ayant été implanté avec un stimulateur et qui sont suivis dans le service de neuropédiatrie au CHU d’Amiens. Chez tous les patients la stimulation entraîne une augmentation de la fréquence respiratoire et une chute de l’amplitude de la distension thoraco-abdominale. Ces effets respiratoires sont transitoires, itératifs, et présentent une dynamique temporelle qui a été divisée en trois phases. Ces altérations de la respiration pendant les stimulations sont associées à des chutes de la saturation du sang en oxygène (SaO2) pouvant être de l’ordre de 1à 5% chez certains patients. De plus nous avons démontré des modifications de la fréquence et de la variabilité cardiaque durant la stimulation vagale chez certains patients. Ces variations cardio-respiratoires changent en fonction du stade de sommeil. Nous avons mis en place un model animal dans le but d’étudier les relations entre les différents paramètres de stimulations et les effets cardio-respiratoires. Un rat implanté avec un stimulateur est enregistré en plethysmographie 24h après son opération. L’analyse des réponses cardio-respiratoires au protocole de 81 combinaisons de stimulation a permis de définir un index reflétant la force de stimulation. Ainsi grâce aux réponses cardio-respiratoires, nous pouvons tester le bon fonctionnement du stimulateur et du système nerf-électrode et avoir un dosage individualisé de la stimulation. De plus, l’effet thérapeutique de la stimulation peut être dû aux variations cardio-respiratoires et de la SaO2 qui entraînent des chutes itératives de l’oxygène cérébral à l’origine d’un possible pré-conditionnement, et de la mise en place de processus neuroprotecteurs. Le dosage de la stimulation vagale à partir des effets cardio-respiratoires, permettra ainsi d’établir une fourchette de doses pour chaque patient, suffisamment fortes pour recruter des fibres et assurer un effet thérapeutique bénéfique sur les crises épileptiques, sans provoquer d’effet mettant en danger la vie du patient

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Résumé

We studied the cardiorespiratory effects of vagus nerve stimulation among patients treated by VNS therapy. We analyzed the polysomnographic recordings of 10 children implanted with the VNS stimulator. Among all patients, stimulation induces an increase in the respiratory frequency and a decrease in the thoraco-abdominal distension. These respiratory effects are transient, iterative, and present a time course which was divided into three phases. For some patients these respiratory alterations during stimulations are associated with decreases of about 1-5% in the blood saturation in oxygen (SaO2). Moreover we showed modifications of the heart rate and heart rate variability during stimulation. These cardiorespiratory variations change according to the sleep stage. We built an animal model to analyze the relationships between the various parameters of stimulations and the cardiorespiratory effects. Rats implanted with the stimulator were recorded in a plethysmography box 24 hours after the surgery. The analysis of the cardiorespiratory responses to a protocol of 81 different sets of stimulation made it possible to define an index of the stimulation strength. Thanks to the cardiorespiratory responses to VNS, we can test the correct functioning of the stimulator and nerve-electrode system and have an individualized dose of stimulation. Furthermore, the therapeutic effect of stimulation can be due to the cardiorespiratory variations and iterative decreases in SaO2. Those transient and iterative decreases in brain tissue oxygenation could be at the origin of possible preconditioning mechanisms that may exert some neuroprotective effects. A combination in VNS parameters guaranteeing a VNS strength between thresholds defined from cardio-respiratory responses may probably ensure a large recruitment of vagus nerve fibers and avoid C fibers recruitment ensuring an optimal therapeutic dose while avoiding life threatening effects