La douleur est une expérience multidimensionnelle comportant des aspects sensoriels, émotionnels et cognitifs. Théoriquement, des méthodes de mesures comportementales, physiologiques, neurophysiologiques et sensorielles peuvent quantifier la douleur. Peu d’études ont étudié la validation des mesures utilisées en médecine vétérinaire. La recherche combine les travaux de Maîtrise et de Doctorat, traite en partie de la validité de méthodes. Dans cet objectif, nos travaux de recherche étudiaient la validité de méthodes comportementales, physiologiques et neurophysiologiques usuelles pour la mesure de la douleur en comparant les expressions de douleur (vache et chien) chez des animaux contrôle par comparaison à des animaux sous analgésie préventive ou sous traitement curatif suivant une douleur induite par chirurgie (modèles de douleur viscérale bovine ou orthopédique canine) ou causée par une maladie naturelle (arthrose canine). Une première étude comparait les mesures de la douleur entre les vaches du groupe placebo et celles sous analgésie postopératoire sur une durée de 21 jours suivant l’induction d’une douleur viscérale chronique. Les vaches du groupe placebo ont présenté une plus forte sensibilité à la douleur et une diminution de la noradrénaline et de la transthyrétine mesurées dans le liquide cérébro-spinal, une diminution de l’activité motrice (AM) (moindre que dans les groupes avec analgésie), de l’agitation enregistrée par vidéo-analyse et une augmentation du stress selon la mesure de l’activité électrodermique (AED). Les méthodes d’intérêt identifiées étaient les marqueurs spinaux, la mesure de la sensibilisation, de comportements par vidéo-analyse et de l’AM par bio-télémétrie. En utilisant des méthodes semblables à celles précédemment décrites, deux études expérimentales de douleur orthopédique ont été réalisées afin de comparer les réponses à la douleur entre des chiens traités avec une analgésie préventive (opioïdes et anti-inflammatoires, étude #2) ou un biphosphonate (tiludronate, étude #3) par comparaison à des chiens contrôles. Seules les échelles de douleur étaient différentes entre les études de recherche. Pour l’étude #2, les ii chiens sous analgésie ont présenté de plus faibles scores de douleur mesurés avec l’échelle de douleur nommée 4A-VET et ceci simultanément à une faible réponse de l’AED une heure après la chirurgie de trochléoplastie. La fréquence du comportement spontané de ‘la marche avec plein appui de la patte opérée’ mesurée à l’aide de la vidéo-analyse augmentait chez les chiens sous analgésie préventive 24 heures après la chirurgie. L’étude #3 démontrait surtout l’apparition de sensibilisation centrale (à la fois par l’évaluation sensorielle quantitative et les marqueurs spinaux) chez les chiens contrôle, 56 jours après l’induction d’arthrose chirurgicale. Ainsi, les chiens traités avec le tiludronate ont présenté une différence sur la substance P et la transthyrétine cérébro-spinale, une diminution de la sensibilisation périphérique, plus d’appui de la patte opérée lors de la marche selon la mesure du pic de force verticale (PFV), une augmentation de la fréquence de ‘la marche avec plein appui de la patte opérée’. La sensibilisation centrale était associée à la diminution de PFV, et une augmentation de l’AED et du comportement spontané de ‘la marche avec plein appui de la patte opérée’. Pour l’étude #4, la validité et la sensibilité des méthodes ont été évaluées dans une condition d’arthrose naturelle chez des chiens traités avec une diète enrichie en moule verte, un produit ayant des effets anti-inflammatoires et chondroprotecteurs attendus. Les chiens traités présentaient une diminution des scores de douleur via l’échelle nommée CSOM, une augmentation de PFV et une augmentation de l’AM. Dans l’ensemble, les résultats confirment que la vidéo-analyse évaluait la douleur de façon objective et pour des modèles différents de douleur et les marqueurs spinaux sont prometteurs. Le PFV était spécifique de la douleur orthopédique. La sensibilisation était présente lors de douleur pathologique. L’AED n’est pas valide pour la mesure de la douleur. La baisse d’AM suggèrerait un comportement de douleur. Les études étaient exploratoires pour les échelles de douleur en raison de leur niveau (débutant) de développement et du manque d’informations sur les qualités métrologiques de ces mesures. / Pain is a multidimensional experience involving sensitive, emotional and cognitive components. Theoretically, there are multiple methods by which pain can be assessed including sensitive, behavioural, physiological, or neurophysiological measurements. However, little work has been done to validate these measurements in veterinary medicine. The presented research program including both Master and Doctorate works was intended to address partially this paucity of research. For this purpose, our work would validate some behavioural and physiological methods of pain assessment by contrasting pain expressions (cows and dogs) in painful animals (negative control) and animals treated with preventive analgesic or curative treatment following surgery-induced (bovine visceral and canine orthopaedic models) pain or natural occurring disease (osteoarthritis in dog). A pain study was first conducted to compare measurements of placebo treated-cows with postoperative analgesic treated-cows during 21 days following surgical induction of sustained visceral pain. Placebo treated-cows were found to have increased pain sensitization and decreased concentration of cerebrospinal fluid noradrenaline and transthyretin, less motor activity (but higher than in analgesic groups), more restlessness recorded with video-analysis and increased partially stress with measurement of electrodermal activity (EDA). This first study allowed a selection of methods of interest for pain evaluation including spinal biomarkers, measurement of sensitization, behavioural recording with video-analysis and motor activity with biotelemetry. Therefore, two canine pain experiments, with use of similar methods of pain assessment presented above, were performed to compare responses to pain between preventive analgesics treated-dogs (opioids and anti-inflammatory drug, study #2) or a bisphosphonate (tiludronate in study #3) with placebo-treated dogs. Only the pain scales were different among the projects. For project #2, analgesic treated-dogs were found to have lower pain scores measured with the so-called 4A-VET postoperative pain scale while simultaneously exhibiting reduction of EDA response up to 1 hour following trochleoplasty. In addition, the occurrence rate of the spontaneous behaviour ‘Walking with full weight bearing of the operated leg’ recorded with video-analysis, was higher in analgesic treated-dogs when compared with the placebotreated dogs at 24 hours post trochleoplasty. The pain study #3 was then conducted and demonstrated central sensitization (assessed with quantitative sensory testing and spinal biomarkers) in all control dogs at 56 days post induction of the canine osteoarthritis pain model. Nevertheless, tiludronate treated-dogs were found to have different spinal biomarkers (substance P and transthyretin), decreased peripheral sensitization, more peak vertical force (PVF), which is a kinetic gait parameter, and increased occurrence rate of ‘Walking with full weight bearing of the operated leg’. Interestingly, the central sensitization was associated negatively with PVF and positively with both EDA and ‘Walking with full weight bearing of the operated leg’. Finally, a fourth pain study was conducted to examine whether some of the methods performed validity and sensitivity in clinical condition with osteoarthritic dogs. For this purpose, osteoarthritic dogs were treated with a green-lipped mussel enriched-diet, having both anti-inflammatory and chondroprotective expected activities. The treated-dogs were found to have low pain scores measured with the pain scale for owner named CSOM, increased PVF and motor activity. Indeed, CSOM scores were associated with both PVF and motor activity. Taken together, the results suggest that video-analysis would assess pain expression through objective, predictive and unique evaluation whatever the species or the model, whereas spinal biomarkers are promising. The PVF changes were related to orthopaedic pain. Sensitization appeared to be common to the pathological pain pattern. The EDA was not validated for pain assessment in animals. Decreased motor activity is pain suggestive. Psychometric evaluation of the pain scales remained only exploratory at this (early) stage of development and knowledge of the present pain scales.

Résumé : Contrairement à ce que l'on pourrait croire, les douleurs chroniques ne constituent pas uniquement des symptômes, mais bien une pathologie à part entière. La pharmacopée actuelle ne permettant pas de les soulager efficacement, il y a maintenant un besoin de les considérer dans leur spécificité lors de la recherche de nouvelles thérapies. Dans cette optique, nous avons étudié le rôle des chimiokines et de leurs récepteurs dans le contrôle de la douleur. Connu pour leur rôle dans la réponse immunitaire, nous avons en particulier investigué le rôle du couple ligand-récepteur CCL2-CCR2 dans la régulation des douleurs d’origine arthritique. Nous avons d'abord évalué l'effet analgésique de notre molécule antagoniste du récepteur CCR2, l'INCB3344, dans un modèle de douleur inflammatoire où elle renverse d'environ 50% les douleurs provoquées et les douleurs spontanées lorsqu'administrée par voie spinale. Nous avons également pu observer que bloquer l'activation de CCR2 au niveau de la moelle épinière limite non seulement la neuroinflammation spinale, mais permet également de réduire la sévérité de l'atteinte inflammatoire périphérique en limitant le transport rétrograde de la substance P. Nous avons ensuite appliqué nos observations sur un modèle de douleur arthritique plus près de la réalité clinique des patients souffrant d'arthrite rhumatoïde. Nous y avons reproduit la majorité de nos effets analgésiques suite à une administration spinale. Le traitement est cependant demeuré sans effet sur l'œdème périphérique. Parallèlement à cela, l'administration périphérique du composé, sur une base de deux bolus par jour ou en libération continue par des mini-pompes osmotiques, n'a eu que de très faibles effets analgésiques, mais s'est révélé avoir un impact marquant sur l'œdème périphérique et le gain de poids des animaux. Finalement, c'est en combinant l'INCB3344 avec de l'ibuprofène qu'il a été possible d'avoir un impact positif sur le plus grand nombre de paramètres associés à la douleur chronique. Ces résultats suggèrent donc qu'un antagoniste du récepteur CCR2 possède un potentiel analgésique intéressant, d'autant plus lorsqu'il s'agit de douleur d'origine inflammatoire puisqu'il permet d'agir à la fois sur l'hypersensibilité nociceptive et sur la source même de la douleur inflammatoire. Ce potentiel devient d'autant plus intéressant que de le combiner à un anti-inflammatoire non-stéroïdien (l'ibuprofène) améliore l'efficacité des deux composés. // Abstract : Contrary to popular beliefs, chronic pain is not only a set of symptoms, but a bona fide pathology that the drugs currently available are not sufficient to efficiently relieve. There is thus a need to modify our approach to discover new analgesic agents, taking into consideration the specific physiopathology of chronic pain. With this in mind, we investigated the role of chemokines and their receptors in the modulation of pain. Also known for their participation in the immune response, we focused on the CCL2-CCR2 ability to regulate arthritic pain. We first evaluated the analgesic properties of INCB3344, a specific antagonist of the CCR2 receptor, in a model of inflammatory pain. It reverses both provoked and spontaneous pain by 50% when administered i.t. We also observed that spinally blocking CCR2 limited the expression of proinflammatory mediators. It also reduced peripheral inflammation by preventing peripheral transport of SP. We then translated our findings in a model of arthritic pain, closer to the clinical reality of patients with rheumatoid arthritis. Spinal administration of INCB3344 had similar analgesic actions, but did not altered peripheral inflammation. On the other hand, peripheral administration of INCB3344, either by subcutaneous injection or by continuous release assured by an osmotic pump, had almost no analgesic effects, but significantly reduced peripheral inflammation and reduced the weight loss. By combining INCB3344 with a daily administration of ibuprofen, we were however able to reduce both pain hypersensitivity and the severity of the peripheral inflammation. Taken together, these results suggest that CCR2 antagonism has promising analgesic properties; especially for inflammatory or arthritic pain as it can acts both on the sensibilized nociceptive network and on the peripheral source of the inflammatory pain. This become even more interesting as its mechanism is at least not completely redundant with those of classic non-steroidal anti-inflammatory drugs, which allow the combination of both class of molecule to yield even larger effect.

Résumé : Introduction: À ce jour, notre compréhension des mécanismes neurophysiologiques responsables du développement d'une douleur chronique est encore relativement limitée. Il est proposé que certaines modifications dans l'efficacité des mécanismes endogènes d'inhibition descendante de la douleur pourraient contribuer à ce phénomène. Considérant l'importance de la neurotransmission monoaminergique dans les mécanismes descendants de modulation de la douleur, autant inhibiteur que facilitateur, nous émettons l'hypothèse que la persistance temporelle d'une douleur peut provoquer des modifications dans la fonctionnalité des deux systèmes majeurs (sérotoninergique et noradrénergique) sous-jacents à ces mécanismes de contrôle endogène, participant ainsi à la dynamique de développement et à la progression des états de douleur chronique à travers le temps. Objectif général: En utilisant une approche translationnelle, nous avons exploré l'association entre la fonctionnalité (centrale & périphérique) des systèmes de neurotransmission monoaminergique et l'efficacité des mécanismes descendants d’inhibition pendant le développement et la progression d'une douleur chronique. Résultats cliniques: D'une part, nos résultats répliquent plusieurs observations de la littérature ayant démontré une diminution de l'efficacité des mécanismes descendants d’inhibition de la douleur (à l'aide d'un paradigme de modulation conditionnée de la douleur; MCD) chez des sujets souffrant de douleur musculosquelettique chronique (sujets CP). Chez ces mêmes sujets, nous observons également une diminution des concentrations plasmatiques basales en noradrénaline (NA) et métanéphrine, lorsque comparés à des sujets sains (sujets PF). Pour tous les sujets testés (PF et CP), une association positive est mise en évidence entre l'efficacité de la MCD et les concentrations plasmatiques basales en NA et métanéphrine. Par conséquent, ces concentrations des catécholamines dans le plasma pourraient servir d'indicateurs moléculaires de l'efficacité latente de la MCD. Par ailleurs, aucune différence dans l'activité monoaminergique et aucune association avec l'efficacité de la MCD n'ont été observées au niveau du liquide céphalorachidien (LCR). Résultats précliniques: D'autre part, nous proposons un nouveau modèle de douleur à double atteinte chez le rongeur (i.e., induction initiale d'une douleur persistante [la 1ere atteinte] et activation subséquente des mécanismes descendants de modulation de la douleur à l'aide d'une douleur tonique [la 2e atteinte]). Ce paradigme expérimental nous permet ainsi d'évaluer l'efficacité des mécanismes descendants de modulation de la douleur chez les rongeurs en contexte de douleur chronique. Ainsi, nous mettons en évidence une diminution de la réponse comportementale à une douleur tonique (dans le test à la formaline), 28 jours après l'induction d'une douleur neuropathique (modèle de constriction chronique du nerf sciatique; CCI), lorsque comparés aux rats sham. Bien que cette diminution des comportements nociceptifs soit encore observable 168 jours après le début de la neuropathie, celle-ci semble tout de même s'amenuiser à travers le temps. Parallèlement, en l'absence de stimulation nociceptive tonique, une augmentation des concentrations en sérotonine et noradrénaline est observée au niveau central (i.e., dans le LCR) 12 jours après l'induction de la douleur neuropathique, avant de retourner ensuite à un niveau comparable à celui des rats sham au jour 28. Par ailleurs, la réponse comportementale observée au jour 28 est visible seulement dans un modèle de douleur neuropathique (CCI), et non lorsqu'une douleur inflammatoire est utilisée comme douleur persistante initiale. Conclusions: En contexte de douleur chronique, nos résultats chez l'humain confirment la présence de modifications dans l'efficacité des mécanismes descendants d’inhibition de la douleur, en plus de soutenir le concept émergent qui suggère que les différences dans l'efficacité de ceux-ci pourraient être associées à des différences individuelles dans certains processus périphériques (comme la relâche de catécholamines dans le sang), pouvant ultimement être impliquées dans la régulation cardiovasculaire. Par ailleurs, nos résultats chez le rongeur suggèrent que des changements dynamiques (spécifiques au type de douleur) dans l'efficacité des mécanismes descendants de modulation, ainsi que dans la fonctionnalité centrale des systèmes de neurotransmission monoaminergique, se produisent lors de la progression d'une douleur chronique. Dans son ensemble, cette thèse apporte de nouvelles informations au sujet des changements neurophysiologiques temporels au sein des mécanismes descendants de modulation de la douleur pouvant être impliqués dans le développement et la progression de la douleur chronique. / Abstract : Introduction: Hitherto, our understanding about the neurophysiological mechanisms responsible for the development of chronic pain is still relatively limited. It is suggested that modifications in the efficacy of endogenous pain inhibitory mechanisms could contribute to this phenomenon. Considering the importance of monoaminergic neurotransmission in descending pain modulation, either of inhibitory or facilitatory influence, we hypothesize that temporal persistence of pain can trigger modifications in the functionality of the two major systems (serotoninergic and noradrenergic) underlying these endogenous control mechanisms, thus participating in the development and progression of chronic pain states. General objective: Adopting a translational approach, we explored the association between the functionality (central & peripheral) of monoaminergic neurotransmission and the efficacy of descending inhibitory mechanisms during the development and progression of chronic pain. Clinical results: Our results replicate several observations emanating from the literature demonstrating a diminution in the efficacy of descending pain inhibitory mechanisms (using a conditioned pain modulation paradigm; CPM) in subjects with chronic musculoskeletal pain (CP subjects). In these CP subjects, we also highlight a reduction in basal plasma concentrations of noradrenaline and metanephrine, when compared with pain-free subjects (PF subjects). For all tested subjects (PF and CP subjects), a positive association is observed between CPM efficacy and basal plasma concentrations of noradrenaline and metanephrine. Therefore, basal plasma catecholamines concentrations could be used as molecular indicators of the latent CPM efficacy. Conversely, no difference in monoaminergic activity and no association with CPM efficacy are observed when looking at the molecular content of cerebrospinal fluid. Preclinical results: Here, we expose a new double-hit model of pain in rodents (i.e., initial induction of a persistent pain [the 1st hit] and subsequent activation of descending pain modulatory mechanisms with tonic pain [the 2nd hit]). This experimental paradigm allows us to evaluate the efficacy of decending pain modulation in rodents in the context of chronic pain. Interestingly, we detect a reduction in the behavioral response to tonic pain (in the formalin test), 28 days after the induction of neuropathic pain (chronic constriction injury model; CCI), when compared to sham rats. Even though this reduction in nociceptive behaviors is still present 168 days after neuropathy, the effect seems to wane down over time. Concomitantly, in absence of tonic nociceptive stimulation, an elevation in central concentrations (i.e., cerebrospinal fluid) in serotonin and noradrenaline is observed 12 days after the induction of neuropathic pain, before returning to sham levels on day 28. Moreover, the behavioral response described on day 28 is only observed in a neuropathic pain model (CCI), and absent when inflammatory pain is used as the initial pain. Conclusions: In the context of chronic pain, our results in humans confirm the advent of modifications in the efficacy of descending pain inhibitory mechanisms, while supporting the emerging concept suggesting that individual differences in these mechanisms may be associated with individual differences in peripheral processes (such as the release of catecholamines in plasma), that could ultimately be involved in cardiovascular control. Moreover, our results in rodents suggest that dynamic changes (specific to pain types) in the efficacy of descending pain modulation, as well as in the central functionality of monoaminergic neurotransmission, are present during the progression of chronic pain. Overall, this thesis provides novel information concerning temporal neurophysiological changes in descending pain modulatory mechanisms that may be involved in the development and progression of chronic pain states.

La douleur chronique non cancéreuse (DCNC) est un phénomène complexe et des interventions multimodales qui abordent à la fois ses dimensions biologiques et psychosociales sont considérées comme l’approche optimale pour traiter ce type de désordre. La prescription d'opioïdes pour la DCNC a augmenté d’une façon fulgurante au cours des deux dernières décennies, mais les preuves supportant l'efficacité à long terme de ce type de médicament en termes de réduction de la sévérité de la douleur et d’amélioration de la qualité de vie des patients souffrant de DCNC sont manquantes. L'objectif de cette étude était d'investiguer dans un contexte de vraie vie l'efficacité à long terme des opioïdes pour réduire l’intensité et l’impact de la douleur et améliorer la qualité de vie reliée à la santé des patients souffrant de DCNC sur une période d’une année. Méthodes: Les participants à cette étude étaient 1490 patients (âge moyen = 52,37 (écart-type = 13,9); femmes = 60,9%) enrôlés dans le Registre Québec Douleur entre octobre 2008 et Avril 2011 et qui ont complété une série de questionnaires avant d'initier un traitement dans un centre multidisciplinaire tertiaire de gestion de la douleur ainsi qu’à 6 et 12 mois plus tard. Selon leur profil d'utilisation d'opioïdes (PUO), les patients ont été classés en 1) non-utilisateurs, 2) utilisateurs non persistants, et 3) utilisateurs persistants. Les données ont été analysées à l'aide du modèle d'équation d'estimation généralisée. Résultats: Chez les utilisateurs d’opioïdes, 52% en ont cessé la prise à un moment ou à un autre pendant la période de suivi. Après ajustement pour l'âge et le sexe, le PUO a prédit d’une manière significative l’intensité de la douleur ressentie en moyenne sur des périodes de 7 jours (p <0,001) ainsi que la qualité de vie physique (pQDV) dans le temps (p <0,001). Comparés aux non-utilisateurs, les utilisateurs persistants avaient des niveaux significativement plus élevés d'intensité de douleur et une moins bonne pQDV. Une interaction significative a été trouvée entre le PUO et le temps dans la prédiction de l’intensité de douleur ressentie à son maximum (p = 0,001), les utilisateurs persistants sont ceux rapportant les scores les plus élevés à travers le temps. Une interaction significative a aussi été observée entre le PUO et le type de douleur dans la prédiction de l'impact de la douleur dans diverses sphères de la vie quotidienne (p = 0,048) et de la mQDV (p = 0,042). Indépendamment du type de douleur, les utilisateurs persistants ont rapporté des scores plus élevés d'interférence de douleur ainsi qu’une moins bonne mQDV par rapport aux non-utilisateurs. Cependant, la magnitude de ces effets était de petite taille (d de Cohen <0,5), une observation qui remet en question la puissance et la signification clinique des différences observées entre ces groupes. Conclusion: Nos résultats contribuent à maintenir les doutes sur l'efficacité d’une thérapie à long terme à base d’opioïdes et remettent ainsi en question le rôle que peut jouer ce type de médicament dans l'arsenal thérapeutique pour la gestion de la DCNC. / Chronic non-cancer pain (CNCP) is a complex phenomenon and multimodal interventions that address both its biological and psychosocial dimensions are considered as the optimal approach for treating this type of disorder. Prescription of opioids for CNCP has dramatically increased over the past two decades but little is known about the long-term effectiveness of this type of medication for reducing pain severity and improving quality of life of CNCP patients. The objective of the present study was to investigate in a real life context the long-term effectiveness of opioids for reducing pain intensity and interference, and improving health-related quality of life in patients with CNCP over a one-year period. Methods: Participants were 1,490 patients (mean age = 52.37 (SD = 13.9); female = 60.9%) enrolled in the Quebec Pain Registry between October 2008 and April 2011 who completed a series of questionnaires before initiating treatment at a tertiary multidisciplinary pain management facility as well as 6 and 12 months thereafter. Based on their opioid use profile (OUP), patients were categorized into 1) non users, 2) non-persistent users, and 3) persistent users. Data were analyzed using generalized estimating equation models. Results: Among the users of opioids, 52% stopped taking them during the follow-up period. After adjusting for age and sex, patients’ OUP significantly predicted pain intensity felt during 7-day periods (p < 0.001) and physical quality of life (pQOL) over time p < 0.001). Compared to non-users, persistent users had significantly higher levels of pain intensity and poorer pQOL. A significant interaction was found between patients’ OUP and time in the prediction of worst pain intensity (p = 0.001) but the persistent users reported the highest pain scores across time. A significant interaction was also observed between patients’ OUP and type of pain in the prediction of pain interference (p = 0.048) and mental quality of life (mQOL) (p = 0.042). Irrespective of the type of pain they suffered, persistent users reported higher pain interference scores and lower mQOL compared to non users. However, all effect sizes were small (Cohen’s d < 0.5), thus questioning the power and clinical significance of these group differences. Conclusion: These results contribute to the debate by adding evidences on the effectiveness of long term opioid therapy and question the role this type of medication should play in the therapeutic arsenal for managing CNCP.

La douleur chronique occupe une place centrale dans les préoccupations de santé publique. En France, elle touche environ 20% de la population et a un impact négatif sur la qualité de vie des patients. Les traitements actuels sont généralement inefficaces ou associés à d’importants effets indésirables. Par conséquent, de nouvelles approches thérapeutiques sont nécessaires. Parmi les cibles potentielles, les canaux calciques voltage-dépendants de type T, en particulier l’isoforme Cav3.2, constituent des candidats d’intérêt. Aussi, l’objectif de cette thèse est de caractériser leur implication fonctionnelle dans deux types de douleur chronique : viscérale et somatique. Concernant la douleur viscérale, nous avons développé un modèle murin d’hypersensibilité colique associée à une inflammation à bas bruit, deux caractéristiques séméiologiques proches de la symptomatologie rencontrée chez la plupart des patients souffrant du syndrome de l’intestin irritable (SII) ou de maladies inflammatoires chroniques intestinales (MICI) durant les périodes de rémission. En ce qui concerne la douleur somatique, nous avons utilisé deux modèles murins de douleur inflammatoire, l’un présentant une inflammation subaiguë et l’autre persistante. Dans ces différents modèles, une inhibition pharmacologique via l’administration d’un antagoniste des canaux Cav3.2, le TTA-A2, ou génétique grâce à des souris présentant un Knock out (KO) de Cav3.2 a induit un puissant effet antalgique, démontrant une implication fonctionnelle des canaux Cav3.2 dans le développement et le maintien de ces types de douleur. De plus, l’utilisation de souris présentant un KO conditionnel de Cav3.2, spécifiquement dans les fibres C des ganglions de la racine dorsale (DRG), ainsi que l’emploi de l’ABT-639, un agent pharmacologique bloqueur des canaux de type T à action périphérique, nous ont permis de préciser la localisation de cette implication. Ainsi, une action majoritairement spinale présynaptique des canaux Cav3.2 a été mise en évidence pour la douleur viscérale alors qu’une action plus complexe de ces canaux est mise en jeu pour la douleur somatique inflammatoire. En effet, pour cette dernière, le canal Cav3.2 présente une implication à la fois spinale et périphérique. De plus, nous avons montré un rôle des canaux Cav3.2 dans le processus inflammatoire, s’effectuant au travers d’une implication de ces derniers dans les cellules immunitaires. Enfin, dans une démarche de recherche translationnelle, nous avons évalué l’effet de l’éthosuximide (ETX), un bloqueur des canaux de type T, utilisé en clinique dans le traitement de l’épilepsie. Nous avons décrit un effet antalgique de ce dernier dans chacun des modèles étudiés ainsi qu’une action anti-inflammatoire, apportant ainsi une preuve de concept préclinique pour une évaluation d’efficacité clinique de l’ETX dans un contexte de douleurs viscérales ou somatiques inflammatoires. L’ensemble de ces résultats apporte de nouvelles connaissances concernant l’implication des canaux Cav3.2 dans la douleur chronique et permet de proposer ces canaux comme des cibles d’intérêt pour le développement de stratégies thérapeutiques innovantes visant à soulager les patients. / Chronic pain is a central concerns to public health. In France, it affects about 20% of the population and has a negative impact on the patients’ quality of life. Current treatments are generally ineffective or associated with strong adverse effects. Therefore, new therapeutic approaches are needed. Among the potential targets, the T-type voltage-dependent calcium channels, in particular the Cav3.2 isoform, constitute candidates of interest. Thus, the objective of this thesis is to characterize their functional implication in two types of chronic pain: visceral and somatic. We have developed a murine model of colonic hypersensitivity associated with low grade inflammation, two symptomatic features close to the symptomatology found in most patients suffering from irritable bowel syndrome (IBS) or with diseases inflammatory bowel disease (IBD) during remission periods. Concerning the somatic pain, we used two murine models of inflammatory pain, one with subacute inflammation and another with persistent inflammation. In these different models, a pharmacological inhibition with the administration of a Cav3.2 channel antagonist, TTA-A2, or a genetic approach using Cav3.2 knockout (KO) mice induced a robust analgesic effect demonstrating a functional implication of Cav3.2 channels in the development and maintenance of these types of pain. Moreover, the use of mice with a Cav3.2 conditional KO, specifically in the C-dorsal root ganglia (DRG) fibers, and the use of ABT-639, a peripherally acting pharmacological blocker of type T channels, allowed us to specify the localization of this implication. Thus, a pre-synaptic spinal action of the Cav3.2 channels has been demonstrated for visceral pain whereas a more complex action of these channels is involved for inflammatory somatic pain. Indeed, for the latter, Cav3.2 channels present a spinal and peripheral implication. In addition, we have shown the role of Cav3.2 channels in the inflammatory process, with an involvement located in the immune cells. Finally, with a translational research approach, we evaluated the effect of ethosuximide (ETX), a T-channel blocker, clinically used in the treatment of epilepsy. We have described an analgesic effect of the latter in both studied models as well as an anti-inflammatory action. These results constitute a pre-clinical proof of concept for a clinical efficacy evaluation of ETX in a context of visceral pain or somatic inflammatory diseases. Altogether these results provide new insight about the involvement of Cav3.2 channels in chronic pain and allow us to propose these channels as targets of interest for the development of new therapeutic strategies to relieve patients.

La chiropratique est une profession de la santé qui s’intéresse au diagnostic, au traitement, et à la prévention des troubles musculosquelettiques. L’intervention la plus communément utilisée en chiropratique est la manipulation vertébrale (dite « ajustement chiropratique »). D’ailleurs, les consultations en chiropratique sont principalement pour des douleurs vertébrales, particulièrement dans la région lombaire. La lombalgie est la principale cause d'incapacité à travers le monde. Elle engendre des coûts considérables pour la société et les individus atteints. Chez environ un tiers des individus, la lombalgie persiste et devient chronique, entraînant une incapacité et une diminution de la qualité de vie. Chez ces individus, aucun processus pathologique affectant les tissus vertébraux ne peut être mis en évidence. En effet, cette douleur, dite nociplastique, serait plutôt causée par des mécanismes pathologiques du système nociceptif. La lombalgie chronique, dite primaire chez ces individus, est ainsi considérée comme le diagnostic en soi, et non un symptôme secondaire à une pathologie sous-jacente. Chez certains individus, les manipulations vertébrales peuvent soulager la lombalgie chronique primaire. Cependant, leur efficacité comme intervention de première ligne et leurs mécanismes hypoalgésiques restent à démontrer. L'objectif général de cette thèse est d’examiner les mécanismes hypoalgésiques des manipulations vertébrales. Le premier objectif spécifique est d’examiner les mécanismes hypoalgésiques d’une manipulation vertébrale à l’aide d’un modèle expérimental de douleur persistante chez des individus en santé. Le deuxième objectif spécifique est d’examiner les mécanismes du soulagement de la douleur lombaire chronique primaire par une intervention chiropratique de quatre semaines, qui comprend douze séances de manipulations vertébrales. La thèse comprend deux études empiriques, soit une étude expérimentale et une étude clinique, qui sont précédées d’une revue de littérature ciblée. Le premier article est une revue narrative explorant les mécanismes neurophysiologiques de la manipulation vertébrale pour soulager la douleur vertébrale. Le deuxième article décrit les résultats d’une étude expérimentale chez des individus en santé. Dans cette étude, nous avons examiné les mécanismes d'inhibition de la douleur en réponse à une manipulation vertébrale ciblant un segment vertébral dont la peau a été sensibilisée par une application topique de capsaïcine. Le troisième article est une revue narrative examinant l'efficacité des manipulations vertébrales pour le traitement des douleurs vertébrales. Le quatrième article décrit les résultats d’un essai contrôlé randomisé avec groupe placebo chez des individus atteints de lombalgie chronique primaire. Dans cette étude, nous avons examiné si le soulagement de la lombalgie chronique primaire par une intervention chiropratique s’accompagne d’une atténuation de processus pathologiques contribuant à la douleur nociplastique. Les résultats indiquent qu’une manipulation vertébrale peut atténuer l’hyperalgésie mécanique secondaire observée avec le modèle expérimental de douleur persistante. Ceci suggère qu’une manipulation vertébrale pourrait agir sur des processus pathologiques qui mènent à la douleur chronique. Ces résultats sont cohérents avec la réduction de la douleur observée chez les patients atteints de lombalgie chronique primaire recevant des manipulations vertébrales. De plus, la réduction de la lombalgie chronique était accompagnée d’une réduction de l’hyperalgésie mécanique lombaire et de la dramatisation de la douleur. Dans l’ensemble, ces résultats suggèrent qu’une intervention chiropratique comprenant des manipulations vertébrales est efficace pour réduire la lombalgie chronique primaire, et que cet effet pourrait découler en partie d’une réduction de processus contribuant à la douleur nociplastique. Ceci renforce les recommandations cliniques sur l’utilisation de la chiropratique pour le soulagement de la lombalgie chronique primaire. D’autres études seront nécessaires pour clarifier les mécanismes neurophysiologiques et anti-inflammatoires des manipulations vertébrales. / Chiropractic is a health profession focused on the diagnosis, treatment, and prevention of musculoskeletal disorders, mainly through spinal manipulation (also known as "chiropractic adjustment"). The majority of patients consult a chiropractor seeking spine pain relief, primarily in the lower back. Low back pain is the leading cause of global disability, generating considerable costs for society and affected individuals. At least one third of people with low back pain experience persistent pain, leading to chronic disability and a decrease in quality of life. In affected individuals, no pathological process affecting the spinal tissues can be identified. Instead, this pain, called nociplastic, is presumed to be caused by pathological mechanisms within the nociceptive system. Thus, in these individuals, low back pain is considered as chronic primary pain, and not the symptom of an underlying disease. In some individuals, spinal manipulations can relieve chronic primary low back pain. However, their effectiveness as a first-line intervention and their hypoalgesic mechanisms remain to be demonstrated. The overarching aim of this thesis is to examine the hypoalgesic mechanisms of chiropractic spinal manipulations. The first specific objective is to investigate the hypoalgesic mechanisms of a spinal manipulation using an experimental model of persistent back pain in healthy individuals. The second specific objective is to investigate the mechanisms of relief of chronic primary low back pain by a four-week chiropractic intervention, including twelve sessions of spinal manipulations. The thesis includes two empirical studies: an experimental study and a clinical study, both preceded by a targeted literature review. The first study is a narrative review exploring the neurophysiological mechanisms of spinal manipulation to relieve spine pain. The second article describes the results of an experimental trial on healthy individuals, where we examined the mechanisms of pain inhibition following a spinal manipulation targeting a spinal segment sensitized by the topical application of capsaicin The third article is a narrative review examining the effectiveness of spinal manipulation for the treatment of spine pain. The fourth article describes the results of a randomized placebo-controlled trial with individuals suffering from chronic primary low back pain. In this study, we examined whether the relief of chronic primary low back pain by a chiropractic intervention is accompanied by an attenuation of pathological processes contributing to nociplastic pain. The results indicate that a single spinal manipulation can mitigate segmental mechanical hyperalgesia observed with the experimental model of persistent pain. This suggests that spinal manipulations could act on pathological processes that lead to chronic pain. These results are consistent with the pain reduction observed in patients with chronic primary low back pain receiving spinal manipulations. Furthermore, low back pain relief was accompanied by a reduction in mechanical hyperalgesia and in pain catastrophizing. Overall, these results indicate that a chiropractic intervention including spinal manipulations is efficacious in reducing chronic primary low back pain, and that this effect could in part stem from a reduction in processes contributing to nociplastic pain. This reinforces clinical recommendations on the use of chiropractic for the relief of chronic primary low back pain. Further studies will be needed to clarify the neurophysiological and anti-inflammatory mechanisms of spinal manipulations.

Les facteurs psychologiques tels que l'hypnose, l'émotion, le stress et l’attention exercent un effet modulant puissant sur la nociception et la douleur. Toutefois, l’influence de l'attention sur la nociception et la douleur, ainsi que les mécanismes neuronaux sous-jacents, ne sont pas clairs. La littérature actuelle sur la modulation attentionnelle des réponses spinales nociceptives, telles que mesurées par le réflexe RIII, et de la perception de l’intensité de la douleur est discordante et souvent contradictoire. Ce mémoire fournit un nouveau cadre pour examiner la modulation du réflexe RIII et de la douleur par l’attention. Une tâche de discrimination sensorielle a été décomposée en trois composantes attentionnelles : la vigilance, l’orientation, et le contrôle exécutif. Auparavant, la nature multidimensionnelle de l’attention fut largement ignorée dans la littérature. Nous démontrons que les composantes attentionnelles ont des effets modulatoires distincts sur la nociception et la douleur et suggérons que ceci représente une partie de la confusion présente dans la littérature. En prenant compte du stress indépendamment, nous démontrons, pour la première fois, que le stress inhibe la modulation attentionnelle du réflexe RIII ce qui indique une interaction et dissociation de la modulation des réponses nociceptives par l’attention et le stress. Ces résultats importants clarifient, en grande partie, les contradictions dans la littérature, puisque les tâches cognitives produisent souvent des augmentations du stress ce qui confond l’interprétation des résultats. De plus, la tâche de discrimination inclut des stimuli visuels et somatosensoriels et révèle que l’influence de l'attention sur la douleur est spatialement spécifique tandis que la modulation attentionnelle de la nociception est spécifique à la modalité des stimuli, au moins en ce qui concerne les modalités examinées. A partir de ces résultats, un nouveau modèle de la modulation attentionnelle des processus de la douleur, basée sur les composantes attentionnelles, a été proposé. Celui-ci est appuyé par la littérature et fournit une explication systématique et intégratrice des résultats antérieurement contradictoires. De plus, à partir de ce modèle, plusieurs mécanismes neuronaux ont été proposés pour sous-tendre la modulation attentionnelle de la nociception et de la douleur. / Psychological factors such as hypnosis, emotion, stress, and attention produce powerful modulatory effects on nociception and pain. However, the influence of attention on nociception and pain and the underlying neural mechanism responsible are unclear. The current literature on attentional modulation of spinal nociceptive responses, as measured by the RIII reflex, and pain perception (pain intensity) is inconsistent and often contradictory. The present thesis provides a new component-based framework for the examination of attentional modulation of the RIII reflex and pain. A delayed-discrimination task was decomposed into the three components of attention – namely alerting, orienting, and executive control (sensory working memory). Previously, the multidimensional nature of attention was largely ignored in the pain literature. We show that each component of attention exerts a distinct modulatory effect on nociception and pain and suggest that this accounts for some of the confusion in the literature. By considering stress separately, we demonstrate for the first time that stress blocks attentional modulation of the RIII reflex, indicating an interaction and dissociation of attention- and stress-mediated modulation of spinal nociceptive responses. This important finding clarifies much of the disagreement in the literature, since cognitive tasks often induce increases in stress that consequently confound interpretation. Additionally, both visual and somatosensory stimuli were included in the discrimination task, revealing that the influence of attention on pain intensity is spatially-specific whereas attentional modulation of nociception is modality-specific, at least for the modalities investigated. From these findings a component-based model for the attentional modulation of pain processes is proposed. This model is substantially supported by the literature and provides a meaningful and cohesive explanation of the seemingly contradictory results across studies. Moreover, this model suggests potential neural mechanisms underlying the attentional modulation of pain.

La douleur sociale est une forme de douleur non physique dérivant de la perception de l'exclusion sociale. L'importance de la compréhension de ses modulations comportementales et neuronales est fondamentale, car ses conséquences sur le long terme peuvent être très néfastes. Dans ce travail de thèse, j'ai exploré ces aspects à travers une étude comportementale à l‟aide d‟enregistrements par SCR (Skin Conductance Recording), et trois études en iEEG (électro-encéphalographie intracrânienne) chez des patients épileptiques. La première étude comportementale a exploré la direction dans laquelle l'exclusion sociale est influencée par une récompense et ses réactions sur le long terme. Ainsi, la récompense monétaire altère l'équilibre social et augmente l‟activité électrodermale. La personne ayant été exclue met alors en oeuvre des mécanismes de vengeance en défavorisant la personne qui l‟a exclue précédemment. Les études en iEEG ont été une fenêtre unique d'exploration du cerveau lors de différentes types de modulation de l'exclusion. Dans la première étude en iEEG, nous avons observé que la douleur sociale produit une activation des oscillations thêta (3-7 Hz), lors de d'exclusion, dans l'insula, l'ACC, le cortex préfrontal et le gyrus fusiforme. La deuxième étude iEEG s'est intéressée aux modulations produites par la douleur sociale dans BA 19 et BA 17 présentant des P1 d'amplitude majeure lors de l'observation des photos du joueur qui exclut. La troisième étude en iEEG a exploré la réponse neuronale de l'influence d'une variable monétaire lors de l'exclusion. Nos résultats démontrent que l'insula postérieure présente une activation thêta indépendante du fait que l'exclusion soit positive (exclusion et gain d'argent) ou encore négative (exclusion et perte d'argent), à la différence de l'insula antérieure, active seulement lors d'une exclusion négative / Pain is a form of social non-physical pain arising from the perception of social exclusion. The importance of understanding its behavioral and neuronal modulations has a critical value, since its long lasting consequences can be extremely harmful. In this thesis I firstly explored these issues through a behavioral SCR study (Skin Conductance Recording), and successively through three iEEG studies in patients with epilepsy (intracranial EEG). The SCR study explored the direction in which social exclusion is influenced by a reward and its long lasting reactions. Money affects social equilibrium and increases the SCR pics. The excluded individual implements revenge attitudes toward the person who excluded in a previuous interaction. The iEEG studies were a unique window for exploring the brain during different types of social pain modulations. In the first iEEG study, we found that social pain produced activation of theta oscillations (3-7 Hz) during exclusion in the insula, in the ACC, in the prefrontal cortex and in the fusiform face area. The second iEEG study wanted to explore deeply the primitive modulations produced by social pain in visual area. We found in BA 19 and BA 17 greater P1 peak amplitude during excluder pictures presentation. The third iEEG study investigated the neuronal modulations produced by a monetary reward during social pain. These results demonstrated that the posterior insula has a theta activation independent of whether the exclusion is positive (excluded but gaining money) or more negative (excluded but losing money), whereas the anterior insula, has a theta activation only during a negative exclusion

De nombreuses études ont montré une modification de la perception de la douleur au cours du vieillissement. Cette modification s’exprime principalement par une diminution du seuil de la douleur aiguë et une augmentation de la prévalence de douleurs chroniques. Parallèlement, le vieillissement provoque des altérations cérébrales importantes, notamment dans les réseaux frontaux. Dans ce travail de thèse, nous avons étudié les mécanismes centraux, notamment les fonctions des réseaux frontaux sur la perception et la modulation de la douleur chez la personne âgée. Les résultats des expériences 1 à 3 suggèrent une forte corrélation positive entre l’altération des fonctions exécutives et le déclin de la modulation cognitive de la douleur et de la résistance à la douleur tonique. Dans l’expérience 4, nos résultats montrent que les scores aux tests mesurant les fonctions émotionnelles (e.g. la reconnaissance des émotions) sont corrélés au ressenti de la douleur. Cela pourrait indiquer un déficit chez les personnes âgées de la composante émotionnelle qui entre en jeu dans la perception de la douleur. / Age-related changes in pain perception have been widely reported in the literature, showing a reduced acute pain perception and an increased prevalence of chronic pain. Ageing also results in considerable alterations in brain structures and functions, particularly in frontal networks. In this thesis, we explored the underlying central mechanisms, especially the role of frontal functions in the age-related alterations in pain perception. Results of experiments 1-3 demonstrated a strong positive correlation between the age-related alterations in executive function and the decline in pain tolerance and cognitive pain modulation. In experiment 4 we observed that the emotional function measured by a test of emotions recognition was correlated to the verbal expression of perceived pain, indicating that the reduced pain expression in the elderly may result from the deficient responses to emotion.

Les syndromes douloureux chroniques, inflammatoires ou neuropathiques, se caractérisent par une hypersensiblitité douloureuse, sous forme de douleurs spontanées et d’allodynie et d’hyperalgésie. L’isoforme γ de la protein kinase C (PKCγ), concentrée dans un type spécifique d’interneurones de la couche II interne (IIi) de la corne dorsale de la moelle ou du sous-noyau caudal du trijumeau (Sp5C) est impliqué dans mécanismes centraux de l’allodynie mécanique, une condition dans laquelle le toucher provoque une douleur. Nous avons utilisé des techniques comportementales et immunohistochimiques dans le système trigéminal.Le rôle de la PKCγ dans le développement de l’allodynie mécanique est bien établi après lésion nerveuse périphérique. Par contre, il l’est beaucoup moins dans l’allodynie d’origine inflammatoire. Nous avons testé l’hypothèse que l’allodynie mécanique persistante à la suite d’une inflammation périphérique provoquée par l’adjuvent complet de Freund (‘complete Freund’s adjuvant’ ou CFA) est bien due à une activation de la PKCγ. L’injection sous-cutanée de CFA au niveau de la zone d’insertion des vibrisses induit une allodynie persistante spécifiquement statique. L’immunomarquage phopho-ERK1/2 montre que l’expression de cette allodynie s’accompagne d’une activation d’interneurones des couches I-IIe et IIi-IIIe, dont des interneurones PKCγ de la couche IIi. Cette allodynie statique est supprimée par l’application intracisternale de l’antagoniste PKCγ, KIG31-1, avant l’injection de CFA, mais pas 3 jours après l’injection de CFA. Ainsi, comme pour l’allodynie mécanique neuropathique, l’activation de la PKCγ est nécessaire au développement de l’allodynie mécanique inflammatoire.Nous avons aussi examiné si l’activation de la PKCγ est suffisante pour le développement de l’allodynie mécanique. L’injection intracisternale de phorbol ester, 12,13-dibutyrate (PDBu), un activateur de la PKCγ, induit simultanément une allodynie mécanique statique et dynamique de la face. L’immunoréactivité phospho-ERK1/2 révèle que l’expression de ces deux allodynies mécaniques s’accompagne de la même activation d’interneurones des couches I-IIe et IIi-IIIe, dont des interneurones PKCγ de la couche IIi . Les effets de l’application de PDBu sont bloqués par l’application simultanée de KIG31-1.L’activation de la PKCγ seule est suffisante pour que se développe une allodynie mécanique, à la fois statique et dynamique. On sait que les interneurones PKCγ de la couche IIi sont directement activés par des afférences myélinisées mécaniques non nociceptives. Le niveau d’activation de la PKCγ contrôlerait la transmission de cette information vers les neurones de projection de la couche I, et donc la transformation du toucher en douleur. / Inflammatory and neuropathic chronic pain syndromes are characterized by pain hypersensitivy, manifest as spontaneous pain, allodynia and hyperalgesia. The γ isoform of protein kinase C (PKCγ), which is concentrated in a specific class of interneurons within inner lamina II (IIi) of the spinal (SDH) and medullary (MDH) dorsal horns, has been implicated in the central mechanisms underlying mechanical allodynia, a condition wherein touch produces pain. We used behavioral and immunohistochemical techniques in the trigeminal system.Whereas there is clear evidence for the involvement of PKCγ in neuropathic mechanical allodynia, that for the involvement of PKCγ in inflammatory mechanical allodynia is still controversial. We investigated the involvement of PKCγ into the persistent mechanical allodynia induced by complete Freund’s adjuvant (CFA) inflammation. Subcutaneous injection of CFA into the vibrissa pad of rats induced a persistent selectively static mechanical allodynia. Monitoring neuronal activity within medullary dorsal horn (MDH) with phospho-ERK1/2 immunoreactivity showed that activation of both laminae I-IIo and IIi-IIIo neurons, including lamina IIi PKCγ-expressing interneurons, was associated with the expression of static mechanical allodynia. Intracisternal injection of the selective PKCγ antagonist, KIG31-1, prevented CFA-induced static mechanical allodynia only when it was injected before, but not 3 days after, CFA injection. These results show that, as for neuropathic mechanical allodynias, PKCγ activation is necessary for inflammatory mechanical allodynia.We also examined whether PKCγ activation in naïve animals is sufficient for the establishment of mechanical allodynia. Intracisternal injection of the phorbol ester, 12,13-dibutyrate (PDBu), concomitantly induced static and dynamic facial mechanical allodynias Monitoring neuronal activity within MDH with phospho-ERK1/2 immunoreactivity revealed that the same activation of both laminae I-IIo and IIi-IIIo neurons, including lamina IIi PKCγ-expressing interneurons, was associated with the manifestation of both mechanical allodynias. PDBu-induced mechanical allodynias and associated neuronal activations were all prevented by intracisternal KIG31-1.Our findings reveal that PKCγ activation is sufficient for the development of static and dynamic mechanical allodynias. Lamina IIi PKCγ interneurons have been shown to be directly activated by low-threshold mechanical inputs carried by myelinated afferents. The level of PKCγ activation might thus gate the transmission of innocuous mechanical inputs to lamina I, nociceptive output neurons, thus turning touch into pain.