Refractoriness of sural nerve in humans

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Abstract:

High-frequency stimulation of peripheral nerve bundles is frequently used in clinical tests and physiologic experiments to study presynaptic and postsynaptic effects. To understand the postsynaptic effects, it is important to ensure that each pulse in the train is equally effective in stimulating the presynaptic nerve bundle; however, the optimal interpulse interval (IPI) and the stimulus intensity at which each pulse is equally effective in stimulating the same number of axons are not known. The magnitude of the compound action potential produced by each pulse in a train was tested on the sural nerve of 4 healthy human subjects. The stimulus train (2-4 pulses) was applied to the sural nerve at the lateral malleolus, and neural responses were recorded from just below the knee. With 2-pulse trains, families of curves between IPIs (1-6 ms) and normalized amplitudes of the second response were plotted for different stimulus intensities. Visual inspection of the data showed that the curves fell into 2 groups: with stimulus intensities <2.5× perception threshold (Th), the test response appeared partially at longer IPIs, whereas with stimulus intensities >=3× Th, partial recovery of the test response was earlier. The interval for complete recovery was statistically the same for low- and high-intensity stimulation. With more than 2 pulses in a stimulus train (IPI = 5 ms), the amplitude of the compound action potential (CAP) was not affected significantly. These results are important in understanding both the presynaptic and postsynaptic responses when presynaptic axon bundles are stimulated at high frequencies.

En clinique et dans les expérimentations en physiologie, on utilise fréquemment la stimulation à haute fréquence des faisceaux de fibres nerveuses périphériques pour étudier les effets pré- et postsynaptiques. Pour bien comprendre les effets postsynaptiques, il faut s’assurer que chaque stimulation dans la salve de chocs provoque le même effet sur les faisceaux de fibres nerveuses présynaptiques. On ne connaît pas l’intervalle optimal de temps entre deux chocs (IPI) ni l’intensité du choc pour obtenir la stimulation du même nombre d’axones. On évalue l’amplitude du potentiel d’action composé produite par chaque choc de la salve appliqué sur le nerf saphène de quatre sujets humains normaux. La salve de chocs (2 à 4) est appliquée sur le nerf saphène au niveau de la malléole externe et la réponse nerveuse est captée juste au-dessous du genou. Avec une salve de 2 chocs, on obtient une famille de courbes dont les IPI varient entre 1,0 et 6,0 ms ; après la normalisation de l’amplitude en fonction de la deuxième réponse, on trace un graphique mettant en relation les IPI et les diverses intensités du stimulus. L’analyse de visu des courbes révèle la présence de deux familles de courbes ; quand l’intensité du stimulus est 2,5 fois plus faible que le seuil de perception (Th), la réponse testée se manifeste partiellement à des IPI plus longs et quand l’intensité du stimulus est plus de 3 fois ou égal au seuil de perception, la réponse testée, quoique partielle, se manifeste de façon plus précoce. Statistiquement parlant, l’intervalle suscitant une récupération complète est la même à faible ou à forte intensité du stimulus. Avec plus de 2 chocs dans une salve dont l’IPI est égal à 5 ms, l’amplitude du potentiel d’action composé n’est pas modifiée de façon significative. Ces observations sont importantes si on veut bien comprendre les réponses pré- et postsynaptiques quand on stimule à haute fréquence les faisceaux de fibres nerveuses présynaptiques.

Document Type: Research Article

Publication date: September 1, 2008

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