Assessment of descending nervous system projections: a window to better understand knee osteoarthritis pain?

Abstract

Introduction: L’arthrose du genou est une pathologie douloureuse caractérisée par des changements ostéoarticulaires. Un nombre grandissant d’études suggèrent que ces changements n’expliquent que partiellement la douleur ressentie par les individus souffrant d’arthrose, et que certains mécanismes inhibiteurs descendants, situés au niveau du système nerveux central, pourraient jouer un rôle clé dans la douleur arthrosique. La présente étude visait donc à évaluer la relation entre les manifestations cliniques liées à l’arthrose du genou (douleur, raideur et incapacité) et les projections descendantes (corticospinales et bulbospinales) issues du système nerveux, en plus d’évaluer la faisabilité d’un devis longitudinal visant à explorer la relation entre ces projections descendantes et l’évolution clinique des patients suivant une arthroplastie du genou. Un troisième objectif était de déterminer la présence d’association entre des mesures de tractographie (imagerie de diffusion) et les symptômes cliniques des patients. Méthode: Vingt-huit patients souffrant d’arthrose du genou, et en attente d’arthroplastie, ont été recrutés. Les projections corticospinales ont été mesurées à l’aide de la stimulation magnétique transcrânienne (TMS), alors que les projections bulbospinales (CPM) ont été évaluées en utilisant une procédure de contre-irritation faisant intervenir des stimulations thermiques. Différents questionnaires ont été utilisés afin de documenter les manifestations cliniques liées à l’arthrose du genou et évaluer certains facteurs psychologiques des participants. Ces mêmes mesures ont été prises de nouveau à 6 mois ainsi qu’à 12 mois post-arthroplastie. Résultats: Tous les participants souffraient de douleur modérée à sévère (score moyen: (4 ± 3)/10). Aucune relation n’a été observée entre les mesures cliniques et les mesures neurophysiologiques (seuil moteur, pente des courbes de recrutement, CPM) traduisant l’intégrité et l’efficacité des projections descendantes (tous les p > 0,06). Néanmoins, l’intensité de la douleur était associée à une excitabilité corticospinale plus élevée à 110% du seuil moteur. La raideur, quant à elle, était corrélée avec l’anisotropie fractionnelle (FA) et la densité de fibre apparente (AFD) de la voie corticospinale de la région d’intérêt (genou). Les participants ont tous complété leur visite de suivi à l’exception de deux individus; dont les raisons de leur abandon n’étaient pas en lien avec les procédures de l’étude. Conclusion: À première vue, les résultats suggèrent que les projections corticospinales et bulbospinales ne seraient pas associées aux manifestations cliniques des individus souffrant d’arthrose du genou. Plusieurs projets de recherche, avec des puissances statistiques adéquates, sont nécessaires afin de tirer des conclusions finales quant à l’impact des projections descendantes dans les manifestations cliniques liées à l’arthrose du genou et l’évolution clinique des patients suite à l’arthroplastie.Abstract: Introduction: Knee osteoarthritis (OA) is a painful condition characterized by osteoarticular changes. A growing number of studies suggest that these changes only partially explain the pain experienced by individuals with OA, and that some of the descending projections of the nervous system, may play an important role in OA pain. The purpose of the current study was to evaluate the relationship between clinical manifestations related to knee OA (pain, stiffness and disability) and the strength of corticospinal and bulbospinal projections, in addition to assessing the feasibility of a longitudinal design exploring the relationship between these descending projections and the clinical evolution of patients following knee arthroplasty. A third objective was to evaluate the association between tractography measures (diffusion imagery) and the clinical symptoms of knee OA patients. Methods: Twenty-eight patients with knee OA awaiting for arthroplasty were recruited. Corticospinal projections were measured using transcranial magnetic stimulation (TMS), while bulbospinal projections (CPM) were evaluated using a counter-irritation paradigm involving thermal stimulations (thermode and cold-water bath). Different questionnaires were used to document the clinical manifestations of knee OA and to evaluate key psychological factors of the participants. These same measures were taken again at 6 and 12 months post-arthroplasty. Results: All participants suffered from moderate to severe pain (mean score: (4 ± 3)/10). No association was observed between measures of pain, stiffness and disability and neurophysiological measures (motor threshold, slope of recruitment curves, CPM) reflecting the strength of the descending projections (all p > 0.06), although, pain intensity was associated with higher corticospinal excitability at 110% of the motor threshold. Diffusion imagery revealed that stiffness was correlated with fractional anisotropy (FA) and apparent fiber density (AFD) of the corticospinal pathway of the region of interest (knee). All participants completed their follow-up visits except for two individuals; their reasons for dropping out were not related to the study procedures. Conclusion: At first sight, the results suggest that the corticospinal and bulbospinal projections are not associated with the clinical manifestations of individuals with knee OA. More research, with adequately powered studies, is essential to draw final conclusions about the impact of descending projections in the clinical manifestations related to knee OA and the clinical evolution of patients following arthroplasty