étude expérimentale animale
| Wang YX1,2, Liu YH1,2, Zhang ZL1,2, Qiao X1,2, Li YC1,2, Ren LJ3, Ding GH1,2, Yao W1,2, Yu Y4. Influence of acupuncture intensity on analgesic effects in AA rat models. Front Bioeng Biotechnol. 2024 Dec 11;12:1502535 [1]. |
2Shanghai Key Laboratory of Acupuncture Mechanism and Acupoint Function, Shanghai, China.
3Eye and ENT Hospital of Fudan University, Shanghai, China.
4College of Medical Instruments, Shanghai University of Medicine and Health Sciences, Shanghai, China
L'étude
Objectif
Cette étude vise à analyser comment les paramètres de la technique d’enfoncement-retrait en acupuncture – à savoir l’amplitude et la fréquence – influencent les effets analgésiques et à examiner le rôle des mastocytes dans le mécanisme.
Méthode
- Modèle animal : Des rats mâles Sprague Dawley sont utilisés avec un modèle d’arthrite aiguë de la cheville gauche induite par une injection d'adjuvant complet de Freund (CFA).
- Interventions : L’acupuncture est réalisée ipsilatéralement au point 36E avec la technique d’enfoncement-retrait. Chaque séance dure 10 minutes, avec une unique séance par animal. La technique d'enfoncement retrait est effectuée :
- soit manuellement (~2 Hz de fréquence et ~1 mm d’amplitude),
- soit à l’aide d’un bras robotisé (figure 1) permettant des variations contrôlées de fréquence (de 0,5 à 4 Hz) et d’amplitude (de 0,5 à 2 mm).
- Les groupes témoins incluent des rats :
- sans aucune stimulation,
- avec simple insertion d’aiguille au 36E sans manipulation,
- ou avec des prétraitements avant l’acupuncture par injection locale d’un antihistaminique ou de sérum salé.
- Critères d’évaluation :
- Le seuil de douleur thermique (latence de retrait de la patte soumise à une source de chaleur) est mesuré à différentes étapes, et un taux de récupération du seuil de la douleur (PTRR) est calculé pour normaliser les résultats.
- Le taux de dégranulation des mastocytes (MCdR) au niveau du 36E, après euthanasie de l'animal et prélèvement tissulaire, est analysée parallèlement.
Commentaire : Un bras robotisé à 6 degrés de liberté (DOF) est utilisé pour appliquer une stimulation précise et reproductible au niveau du 36E chez des rats. Les animaux sont placés dans un sac noir pour réduire le stress et assurer leur immobilité. L’aiguille est connectée à un capteur de force, permettant de mesurer et réguler précisément la force, la fréquence, l’amplitude et la profondeur des stimulations. Ce dispositif garantit une standardisation des paramètres et une réduction des variations expérimentales .
Commentaire : Les sous-figures B1 à B8 illustrent les déplacements de l’aiguille lors de stimulations robotisées, avec des variations de fréquence et d’amplitude selon les sous-groupes. Ces enregistrements ont été réalisés à l’aide d’un vibromètre laser Doppler, un instrument de haute précision. Les sous-figures B1 à B5 montrent des stimulations à une amplitude constante de 1,0 mm, avec des fréquences croissantes de 0,5 Hz à 4,0 Hz. Les figures B6 à B8, quant à elles, présentent des stimulations à une fréquence constante de 2,0 Hz, mais avec des amplitudes croissantes (0,5 mm à 2,0 mm) (tableau). Ces enregistrements montrent que la fréquence et l’amplitude peuvent être contrôlées avec une erreur relative inférieure à 5 %, soulignant la précision et la reproductibilité des stimulations mécaniques appliquées par le bras robotisé.
Commentaire : La sous-figure (C1) montre les déplacements de l’aiguille lors de l’acupuncture manuelle, enregistrés sur une période de 60 secondes. On observe une amplitude moyenne d’environ 1 mm et une fréquence approximative de 2 Hz, bien que ces paramètres varient légèrement au cours du temps en raison de l’imprécision inhérente à la stimulation manuelle. La sous-figure (C2) présente un agrandissement de la courbe de déplacement pour une période de 10 secondes, permettant une analyse détaillée des caractéristiques du mouvement. Les variations irrégulières des pics d’amplitude et des cycles de fréquence reflètent la variabilité des stimulations manuelles.
Résultats
- Comparaison acupuncture manuelle vs acupuncture robotisée : Les deux approches montrent une efficacité similaire à paramètre égal (2Hz, 1 mm), ce qui valide l’utilisation de la robotisation pour standardiser les manipulations.
- Paramètres de la technique d’enfoncement-retrait : Une fréquence de 1 Hz et une amplitude de 1,0 à 1,5 mm produisent les effets analgésiques les plus importants (figure 4).
- Corrélation avec la dégranulation des mastocytes : Une forte corrélation positive (r = 0,69) est observée entre le PTRR et la dégranulation des mastocytes, ce qui confirme leur rôle dans l’effet analgésique (figure 5).
- Effets des antihistaminiques : L’injection d’antihistaminiques (clémastine) bloque l’effet analgésique, bien que la dégranulation des mastocytes reste élevée, ce qui met en évidence le rôle essentiel de l’histamine dans ce mécanisme (figure 6).
Conclusion
L'efficacité de l'acupuncture dans la technique d'enfoncement-retrait semble être étroitement liée à la fréquence et à l’amplitude de la stimulation. Les mastocytes et l'histamine sont impliqués dans la réponse analgésique.
Commentaires
La problématique
L’acupuncture est une technique définie par la stimulation de points d’acupuncture à visée thérapeutique. Cette stimulation a trois composantes :
- Où ? Le choix des points.
- Comment ? Les modalités.
- Quand et combien de temps ? Les moments : durée, rythme et nombre de séance.
L'étude concerne le "comment ?", les modalités de stimulation et plus particulièrement l’acupuncture manuelle avec aiguille filiforme. La technique de l'aiguille filiforme peut être décomposée en trois temps (figure 7), chacun avec des variables :
- La puncture : les variables sont l'aiguille (diamètre, métal, structure…), l'angle et la profondeur.
- Le deqi (sensation spécifique obtenue lors de la puncture) : les variables sont sa recherche ou non, ses caractéristiques cliniques, son intensité .
- Les manipulations d'aiguille : de loin les plus courantes sont celles en rotation aller-retour et en enfoncement-retrait, avec comme variables l’amplitude et la fréquence. Ces variables permettent ensuite de définir les techniques en tonification, en dispersion ou en mode intermédiaire.
Notons qu'en acupuncture, si le 1er temps est, bien sûr, systématique, les 2ème et 3ème temps ne sont pas inclus dans toutes les pratiques ou protocoles. L'étude présentée ici vise donc à déterminer l'intérêt d'une manipulation par enfoncement-retrait, les éventuels paramètres optimaux, et le mécanisme d'action.
La technique d'enfoncement-retrait et la robotisation
Dans une étude expérimentale chez le rat, maintenir une amplitude précise de 1 mm lors de l’application manuelle de la technique d’enfoncement-retrait représente un véritable défi. Ce défi est partiellement surmonté grâce à un ingénieux dispositif équipé d’un limiteur d’amplitude (figure 8). Cependant, ce dispositif ne permet pas d’explorer précisément les variations de paramètres, ce qui rend l’innovation de la robotisation particulièrement précieuse dans ce contexte.
Paramètres optimaux de la technique d'enfoncement-retrait
L’étude identifie chez le rat des paramètres optimaux pour la technique d’enfoncement-retrait, avec une fréquence de 2 Hz et une amplitude de 1 mm. Les résultats sur ces deux paramètres dessinent une courbe en cloche, où les valeurs intermédiaires produisent les effets les plus marqués.
Des résultats similaires sont rapportés dans d’autres études expérimentales :
- L’acupuncture manuelle à 2 Hz s’est révélée la plus efficace pour améliorer la motilité gastrique chez des rats avec hypomotilité induite par atropine, tandis que des fréquences plus basses (1 Hz) ou plus élevées (3 et 4 Hz) étaient moins efficaces (Liu 2019 [3]).
- L’effet antalgique de l’acupuncture par enfoncement-retrait sur la douleur viscérale expérimentale chez le rat était supérieur à 2 et 3 Hz, comparé à 0,5 et 1,0 Hz (Hong 2015 [4]).
La transposabilité des paramètres optimaux identifiés chez l’animal à l’homme est limitée, mais l'étude met bien en évidence une action différenciée des manipulations d’aiguille. Le point d’acupuncture répond spécifiquement à des variations de fréquence et d’amplitude, justifiant ainsi l’intérêt qui leur est accordé dans la tradition médicale chinoise.
Dans l'étude les auteurs ont utilisé une durée de séance relativement courte de 10 minutes, qu'ils expliquent par les contraintes expérimentales. Mais il publient également des résultats complémentaires exploratoires montrant que prolonger la durée à 20 minutes pourrait conduire à de meilleurs résultats (figure 9). Cela est concordant avec les données actuelles sur la durée optimale de la séance d'acupuncture.
Effet antalgique et dégranulation des mastocytes
L'acupuncture induit localement une dégranulation des mastocytes (figure 10), cette action est corrélée à l'effet antalgique.
Commentaire : Les mastocytes se présentent sous deux états : non dégranulés (△), avec des contours cellulaires intacts, et dégranulés (▲), caractérisés par la libération de granules. Figure A : en l'absence de stimulation seuls 25 % des mastocytes au niveau du 36E sont dégranulés (1/4). Figure B : après stimulation au 36E, 87,5 % (14/16) sont dégranulés.
L'importance de la dégranulation des mastocytes dans l'initiation des effets de l'acupuncture est bien documentée. En 2021, une revue systématique incluant 20 études publiées entre 2007 et 2018 avait déjà montré une corrélation positive entre le taux de dégranulation des mastocytes et l'augmentation du seuil de douleur (Bae 2021 [5], figure 11). L’étude expérimentale de Wang YX et al., rapportée ici, confirme ces données et met en évidence une action impliquant plus particulièrement l’histamine, libérée suite à la dégranulation des mastocytes.
Commentaire : (A) Chaque point coloré représente une étude de la méta-analyse, sa taille reflétant son poids statistique. L’analyse met en évidence une corrélation linéaire entre la dégranulation des mastocytes et l’élévation du seuil de douleur après acupuncture (R² = 0.6024, p = 0.0001). (B) La figure classe les groupes expérimentaux selon le type d’acupuncture : acupuncture manuelle (MA), électro-acupuncture (EA), fausse acupuncture (SA) et acupuncture (MA ou EA) associée à un inhibiteur de mastocytes, le cromoglycate de sodium (cromolyn). Deux ensembles distincts émergent : [MA et EA] qui induisent une forte dégranulation mastocytaire et un effet analgésique marqué, et [SA, MA+cromolyn et EA+cromolyn] où la dégranulation est limitée et l’analgésie atténuée.
Ces résultats mettent en évidence le rôle central de la dégranulation mastocytaire dans les effets antalgiques de l’acupuncture.
Interactions mécaniques aiguille-tissus et champ de contrainte
La manipulation d’une aiguille d’acupuncture induit un champ de contrainte, générant des déformations mécaniques des tissus environnants dont l’intensité et l’étendue varient en fonction des caractéristiques de la manipulation (figure 12). Ces déformations affectent principalement le tissu conjonctif et les fibres de collagène, qui jouent un rôle clé dans le maintien des structures tissulaires et la transmission des forces mécaniques. Ces interactions ont été décrites à l’aide de modèles mathématiques visant à quantifier la distribution des contraintes et leurs effets sur les tissus (Deleuze 2017 [6], Yu 2019 [7]).
Les travaux pionniers d’Hélène Langevin, publiés au début des années 2000, utilisant principalement la technique de rotation (et non celle d'enfoncement-retrait), ont grandement contribué à la compréhension des mécanismes :
- L’élastographie ultrasonique a permis de visualiser et de quantifier les déplacements induits par la manipulation des aiguilles (Langevin 2004 [8]).
- La technique de rotation génère des tensions et des déplacements dans le tissu conjonctif, en particulier au niveau des fibres de collagène, renforçant ainsi le couplage mécanique entre l’aiguille et les structures environnantes (Langevin 2001 [9]).
- Les données expérimentales montrent une propagation des effets mécaniques jusqu’à 4 cm à partir de l'aiguille [Langevin 2006 [10]). Langevin propose une interprétation systémique, suggérant une propagation le long des plans conjonctifs et évoquant le concept de méridien (Langevin 2002 [11]).
- La réponse des fibroblastes à une stimulation mécanique, illustrée par leur transformation morphologique (étalement, formation de lamellipodes) et la réorganisation de leur cytosquelette, sert de biomarqueur de la mécano-transduction (Langevin 2006 [10]).
- L’intensité de la réponse des tissus présente une courbe en cloche, atteignant un maximum à des paramètres intermédiaires de manipulation (amplitude modérée et nombre optimal de cycles) (Langevin 2007 [12]).
Fibres de collagène et mécanotransduction
Les études de Yu 2009 [13] et de Wang 2017 [14] montrent, respectivement chez le rat et le lapin, qu'un prétraitement par la collagénase inhibe l'effet de l'acupuncture en altérant la structure des fibres de collagène. Cette inhibition affecte la dégranulation des mastocytes et l'effet antalgique. Les fibres de collagène jouent bien un rôle central dans la conversion du signal mécanique en signal biologique (figure 13).
De l’aiguille au signal nerveux : synthèse des mécanismes de transduction
Si les fibres de collagène jouent un rôle clé dans l’initiation du processus, la mécano-transduction repose sur une cascade d’événements impliquant divers acteurs biologiques (Figure 14), s’inscrivant dans un enchaînement dynamique complexe (Bae 2021 [5], Figure 15).
Commentaire :
1- Déformation du collagène et de la matrice extracellulaire (MEC). L'aiguille déforme les fibres de collagène et la matrice extracellulaire, générant des forces mécaniques qui activent les mastocytes.
2- Activation des récepteurs TRPV2 ou des intégrines. Les forces mécaniques sont perçues par les récepteurs TRPV2 ou les intégrines, déclenchant l'activation et la dégranulation des mastocytes.
3- Dégranulation des mastocytes et activation des terminaisons nerveuses par les médiateurs. Les mastocytes libèrent des médiateurs (histamine, sérotonine, adénosine) qui stimulent les terminaisons nerveuses locales et modulent les réponses inflammatoires et vasculaires.
4- Transmission nerveuse vers le système nerveux central. Les signaux sont transmis au niveau spinal et cérébral, où ils activent les circuits neuronaux impliqués dans la modulation de la douleur. Cette activation déclenche une régulation descendante qui inhibe les signaux douloureux, réduisant leur transmission et leur perception.
5- Action directe de l’électro-acupuncture sur les terminaisons nerveuses et secondaire sur les mastocytes. L’électro-acupuncture stimule directement les terminaisons nerveuses et, via la libération de substance P et de CGRP, induit une dégranulation secondaire des mastocytes.
6- Réaction vasculaire locale. Les médiateurs libérés après dégranulation induisent une vasodilatation, augmentent la perméabilité vasculaire et amplifient l’inflammation locale.
7- Recrutement et différenciation des mastocytes (cellules circulantes et progénitrices). Les molécules d’adhésion (ICAM-1) facilitent le recrutement des mastocytes circulants vers la zone stimulée, tandis que les chimiokines comme MCP-1 et le facteur de croissance SCF attirent les cellules progénitrices mastocytaires. Ces dernières se différencient localement en mastocytes matures, enrichissant le microenvironnement du point d’acupuncture. Ce processus crée une sensibilisation durable de la région, rendant les points d’acupuncture plus réactifs aux stimulations ultérieures.
Conclusion et perspectives
- La réponse biologique et l’effet antalgique varient selon la fréquence et l’amplitude de la manipulation par enfoncement-retrait, suivant une relation dose-réponse avec des valeurs optimales identifiées.
- Ce processus repose sur une cascade d’événements biologiques impliquant les fibres de collagène, les mastocytes et divers médiateurs bioactifs comme l’histamine. Cette réponse locale interagit avec le système nerveux, influençant la perception de la douleur et d’autres processus physiologiques.
- Différents types de manipulation et de stimulation pourraient engager des mécanismes biologiques distincts, mobilisant d’autres acteurs cellulaires et moléculaires. Cette perspective ouvre la voie à l’étude des réponses spécifiques à chaque technique employée.
- Ces avancées permettent d’envisager une meilleure standardisation des paramètres de stimulation et, au-delà, une optimisation du choix des points et des modalités temporelles des séances.
- Le fait que l'efficacité de l'acupuncture dépende des modalités de manipulation justifie l’intérêt porté par la tradition médicale chinoise à ces techniques. Plus largement, l’acupuncture repose sur un phénomène biologique que cette tradition a exploré à travers un vaste corpus d’observations empiriques, constituant aujourd’hui autant de pistes de recherche.
Dr Johan Nguyen
Note : l'affiliation des auteurs
L’article analysé provient du Shanghai Key Laboratory of Acupuncture Mechanism and Acupoint Function, un laboratoire de référence majeur dans l'étude des mécanismes biologiques de l’acupuncture. Créé en 2014, il est issu d’une collaboration initiale avec le Shanghai Research Institute of Acupuncture and Meridian, une institution pionnière en acupuncture expérimentale, fondée en 1958 au sein de la Shanghai University of Chinese Medicine.
Ce nouveau laboratoire est rattaché au Department of Aeronautics and Astronautics de l’Université Fudan (Shanghai), un choix surprenant à première vue, mais justifié par l’expertise du département en biomécanique, ingénierie de précision et robotique médicale. L’essor des technologies d’imagerie, de modélisation et de stimulation assistée a transformé les approches expérimentales en biomédecine.
Le Shanghai Key Laboratory of Acupuncture Mechanism and Acupoint Function reflète l’adaptation continue de la recherche en acupuncture aux avancées scientifiques et technologiques.
Références
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Mots-clés : Acupuncture expérimentale- mécanismes d'action - Douleur - Techniques thérapeutiques
