M. Sourioux, S. Bertrand, JR. Cazalets dans PLoS Biology

Cholinergic-mediated coordination of rhythmic sympathetic and motor activities in the newborn rat spinal cord. / Sourioux M, Bertrand S, Cazalets JR.  PLoS Biol. 2018 Jul 9;16(7):e2005460. doi: 10.1371/journal.pbio.2005460. 

CNRS UMR 5287/ Team: Coordinations and Plasticities of Spinal Generators / Université de Bordeaux / Institut de Neurosciences Cognitives et Intégratives d’Aquitaine (INCIA) Bordeaux Neurocampus

Explications par Jean-René Cazalets

Comment le système nerveux moteur mobilise-t-il le système nerveux autonome pour que l’oxygénation des muscles soit adaptée à la demande physiologique? Alors que l’on pensait que l’interface entre système nerveux somatique et autonome était située dans le tronc cérébral, les chercheurs montrent que la moelle épinière est le siège d’un mécanisme de couplage entre activités somatiques et autonomes. L’activation de neurones cholinergiques intraspinaux, en produisant un rythme lent commun aux deux types de neurones, serait responsable de cette mise en cohérence.

Dans la moelle épinière sont localisés les réseaux neuronaux capables de générer l’activité locomotrice; ces réseaux coordonnent ainsi l’activité des motoneurones qui vont faire se contracter les muscles. à côté de ce système somatique, sont situés les neurones de sortie du système nerveux sympathique (appelés neurones sympathiques intermédiolatéraux ou IMLs) qui, entre autres organes cibles, connectent les fibres lisses des artères.

Grâce à un cocktail particulier de neurotransmetteurs, on peut activer les réseaux locomoteurs et enregistrer dans la moelle épinière isolée une activité de locomotion. Dans ces expériences, seuls les motoneurones innervant les muscles des pattes et du dos sont activés rythmiquement en phase avec l’activité locomotrice.

Lorsque l’on administre sur la moelle épinière isolée, un agoniste (une substance qui mime l’effet d’un neurotransmetteur) d’une sous-classe de récepteurs à l’acétylcholine (les récepteurs muscariniques), on observe l’apparition d’un rythme lent que l’on enregistre non plus exclusivement au niveau des motoneurones mais aussi dans les neurones sympathiques. Cette activité est similaire aux variations lentes de pression artérielle que l’on observe spontanément chez l’homme et l’animal. Enfin, lorsque l’activité locomotrice et l’activité lente induite par l’acétylcholine sont simultanément déclenchées on observe une fusion des deux activités couplant ainsi l’activité des systèmes nerveux somatique et autonome et contribuant à la régulation de la pression artérielle lors d’un exercice.

Figure : Au cours de l’activation de récepteurs cholinergiques muscariniques (mAchT) dans la moelle épinière thoracique, on enregistre une commande synaptique lente reçue simultanément par les neurones du système nerveux sympathique situés dans la colonne intermediolateral (IML) et par les motoneurons somatiques (MNs). Cette commande somato-sympathique pourrait être la base des variations de pression artérielle (en mm de mercure, Hg) observées chez l’homme et l’animal et appelées vagues de Mayer.

Abstract PubMed

Here, we investigated intrinsic spinal cord mechanisms underlying the physiological requirement for autonomic and somatic motor system coupling. Using an in vitro spinal cord preparation from newborn rat, we demonstrate that the specific activation of muscarinic cholinergic receptors (mAchRs) (with oxotremorine) triggers a slow burst rhythm in thoracic spinal segments, thereby revealing a rhythmogenic capability in this cord region. Whereas axial motoneurons (MNs) were rhythmically activated during both locomotor activity and oxotremorine-induced bursting, intermediolateral sympathetic preganglionic neurons (IML SPNs) exhibited rhythmicity solely in the presence of oxotremorine. This somato-sympathetic synaptic drive shared by MNs and IML SPNs could both merge with and modulate the locomotor synaptic drive produced by the lumbar motor networks. This study thus sheds new light on the coupling between somatic and sympathetic systems and suggests that an intraspinal network that may be conditionally activated under propriospinal cholinergic control constitutes at least part of the synchronizing mechanism.