File - L3 Bichat 2013-2014

UE8 : Système neurosensoriel
Jeudi 23 janvier 2014 de 13h30 à 15h30
Pr Kubis
Ronéotypeuse : Maud Sair
Ronéolectrice : Laure Blanchard
Cours n°21 :
CIRCULATIONS CÉRÉBRALE SANGUINE
ET DU LIQUIDE CEREBRO-SPINAL
Le cours initialement prévu (Physiologie de la fonction visuelle) est normalement reporté au 5 mars.
Le cours est assez simple, il n’est pas nécessaire d’avoir vu les cours précédents pour le comprendre.
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PARTIE I : LA CIRCULATION CÉRÉBRALE SANGUINE
I-
Anatomie
1) Systèmes carotidien et vertébrobasilaire
2) Caractéristiques de la circulation cérébrale
3) Anastomoses
II-
La barrière hémato-encéphalique
1) Rappels sur les méninges et les vaisseaux superficiels
2) L’unité neuro-vasculaire
3) Le concept de barrière
III-
Le contrôle du débit sanguin cérébral
1) Autorégulation
2) Facteurs chimiques, métaboliques et humoraux
3) Couplage débit-métabolisme
4) Adaptation à la baisse de perfusion
5) Méthodes d’exploration du débit sanguin cérébral
PARTIE II : LA CIRCULATION DU LIQUIDE CEREBRO-SPINAL (LCS)
I-
Généralités
1) L’espace sous-arachnoïdien et les ventricules
2) La composition du LCS
II-
La circulation du LCS
1) Production, circulation et résorption
2) Les troubles de la circulation
3) L’hypertension intracrânienne et sa régulation par le LCS
III-
Rôle du LCS
1) Protection du système nerveux
2) Communication
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PARTIE I : LA CIRCULATION CÉRÉBRALE SANGUINE
Le cerveau a des besoins métaboliques extrêmement importants. Alors même qu’il ne
représente que 2% du poids du corps, il utilise 14% du débit cardiaque et 20% de l’oxygène de
l’organisme.
Le cerveau est incapable de faire des réserves énergétiques. Le stock d’oxygène ne dure que
quelques secondes. En cas d’asystolie, un individu perd ainsi connaissance en 6 à 8 secondes.
Le cerveau est donc très vulnérable à l’ischémie et à l’hypoxie. Par conséquent, il y a une
nécessité impérative de maintenir un apport constant en substrats énergétiques.
Puisqu’il n’y a pas de réserves énergétiques, tous les neurones doivent se situer à proximité des
capillaires qui forment un réseau extrêmement dense.
I-
Anatomie
1) Les systèmes carotidien et vertébrobasilaire
Le cerveau est irrigué par :
- un système vasculaire antérieur, dit carotidien. Il est composé des 2 carotides internes
qui donnent ensuite les artères cérébrales antérieure et moyenne. Le système irrigue la
plus grande partie de l’encéphale (2/3 antérieur);
- un système vasculaire postérieur, dit vertébrobasilaire. Il est composé des 2 artères
vertébrales qui vont se réunir à la base du crâne pour former le tronc basilaire. Le tronc
basilaire donne, à son tour, les 2 artères cérébrales postérieures. Le système est
responsable de l’irrigation du 1/3 postérieur de l’encéphale, de la fosse postérieure
(cervelet) et de la moelle.
Avant de donner le tronc basilaire,
l’artère vertébrale donne l’artère
cérébelleuse
postéro-inférieure
(PICA). En cas d’obstruction, elle
est responsable du syndrome de
Wallenberg.
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• Système carotidien :
1. Artère cérébrale antérieure. Elle vascularise la face
interne et médiale des hémisphères. Une obstruction de
cette artère entraîne une hémiplégie des membres
inferieurs
2. Artère cérébrale moyenne ou artère sylvienne. Elle
vascularise une grande partie de la face latérale du cerveau.
Une obstruction de cette artère entraîne un déficit brachiofacial.
• Système vertébrobasilaire
3. Artère cérébrale postérieure. Elle vascularise essentiellement le lobe occipital. Une
obstruction peut entraîner, par exemple, une amputation du champ visuel.
Il est important, d’après la prof, de visualiser les territoires de vascularisation des différentes artères cérébrales.
Malheureusement cette partie n’est pas très claire.
http://www.imaios.com/fr/e-Anatomy/Tete-et-cou/Cerveau-arteres-IRM. Ce site permet une meilleure
compréhension.
2) Caractéristiques de la vascularisation cérébrale
La vascularisation du cerveau est :
- superficielle : Les artères piales, ou leptoméningées, se distribuent à la surface de
l’encéphale et baignent dans le liquide cérébro-spinal. Régulièrement, à chaque fois
qu’un gyrus est rencontré, ces artères vont donner des artères pénétrantes qui vont
entrer dans le parenchyme cérébral.
- Profonde : les artères perforantes vascularisent les structures profondes et notamment
les noyaux gris centraux.
Artère piale
Artère pénétrante
Artère perforante
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3) Anastomoses
Il existe de nombreuses anastomoses qui ont pour but de préserver le parenchyme d’une
éventuelle hypoxie (toutes ces anastomoses n’existent pas chez tous les individus et ne sont
pas nécessairement fonctionnelles) :
-
Entre la carotide interne et la carotide externe, et entre la carotide externe et l’artère
vertébrale :
-
Entre les artères de la base (au niveau du polygone de Willis) :
Au niveau de la base du crâne, les
anastomoses se font via des artères qui
émergent du tronc basilaire et de la carotide
interne. Il y a donc une communication entre
le système carotidien et le système
vertébrobasilaire. Ces artères sont appelées
artères communicantes et dessinent le
polygone de Willis.
Il existe de grandes variations de ces anastomoses entre les individus :
- Soit il y a absence des a. communicantes postérieures ce qui entraîne une indépendance
des systèmes carotidien et vertébrobasilaire. Le polygone de Willis est alors non
fonctionnel.
- Soit il y a absence des artères communicantes antérieures (elles mettent en relation les
deux hémisphères mais n’interviennent pas dans la communication entre les systèmes
antérieur et postérieur).
- Soit l’une des deux a. communicantes est plus importante (avec hypoplasie de l’autre
artère).
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-
Entre les territoires profonds et superficiels d’artères différentes :
Les branches superficielles et les branches profondes
des a. cérébrales antérieure, moyenne et postérieure
vont, à la jonction de territoires vascularisés,
s’anastomoser entre elles.
Il s’agit d’anastomoses distales superficielles.
-
Entre les territoires artériels distaux d’artères différentes :
Il s’agit d’anastomoses distales au niveau des territoires profonds
(mal représenté sur le schéma). C'est-à-dire à la jonction des a.
cérébrales antérieure et moyenne ou postérieure et moyenne.
Ce système d’anastomose est opérant lorsqu’une petite branche
s’occlue.
En revanche, lors d’une anoxie globale, il va y avoir un bas débit
dans l’ensemble de l’encéphale. Les territoires qui dépendent des
raccords entre les différentes artères vont souffrir. On va appeler
cela des infarctus jonctionnels de bas débit ou infarctus des
derniers prés.
II-
La barrière hémato-encéphalique
1) Rappels sur les méninges et les vaisseaux superficiels
L’espace méningé est délimité de dehors en
dedans par la dure-mère, l’arachnoïde et la
pie-mère qui tapisse parfaitement l’ensemble
de l’encéphale.
Les artères piales parcourent la superficie de
l’encéphale en baignant dans l’espace méningé
(espace sous arachnoïdien), rempli de LCR, et
donnent les artères pénétrantes. Les artères pénétrantes sont situées dans une cavité virtuelle
appelée espace de Virshow-Robin. Elles donnent ensuite naissance, dans le parenchyme
cérébral, aux artérioles intracérébrales et aux capillaires.
En cas de rupture de l’artère piale, on observe une hémorragie méningée.
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L’environnement des vaisseaux varie donc énormément et influence leur développement. Au
fur et à mesure de la progression de l’artère dans le parenchyme, on observe une perte des
couches musculaires et une apparition des astrocytes qui vont venir entourer les vaisseaux
grâce aux pieds astrocytaires.
De façon paradoxale, le neurone n’a aucun contact direct avec les vaisseaux. Le transfert
d’énergie se fait de façon indirecte, via l’astrocyte.
2) L’unité neuro-vasculaire
La barrière hémato-encéphalique est située au sein d’une
unité composée de plusieurs types cellulaires :
- une cellule endothéliale avec des péricytes dans le
dédoublement de la lame basale
- un astrocyte
- un neurone
Ces cellules sont entourées de microglies, cellules sentinelles
macrophagiques du cerveau.
Cette unité fondamentale est appelée unité neuro-vasculaire
ou unité glio-vasculaire. Lorsqu’une des cellules est détruite
les autres ne peuvent plus fonctionner.
3) Le concept de barrière
Le concept de barrière a été mis en évidence grâce à une série d’expériences :
- l’injection d’un colorant hydrosoluble par voie IV marque tous les organes sauf le
cerveau et le compartiment du LCS.
- l’injection d’un colorant hydrosoluble par voie intratéchale (via le LCS) marque
uniquement le cerveau et le LCS.
Il y a donc une barrière imperméable entre le sang d’un côté et le LCS et le cerveau de l’autre ;
et une barrière perméable entre le LCS et le cerveau.
Il y a une constitution particulière des cellules endothéliales de la barrière hématoencéphalique. Entre ces cellules, il y a un réseau protéique extrêmement dense, appelé
protéines de la jonction, qui rapprochent étroitement les cellules endothéliales. Il n’y a aucun
passage possible entre le compartiment sanguin et le compartiment cérébral de manière
intercellulaire.
Ces protéines sont soit situées entre deux cellules (claudine, occludine), soit à l’intérieur de la
cellule et vont faire le lien avec le cytosquelette
(ZO-1).
Seul le passage d’un compartiment à l’autre,
grâce à des transporteurs ATP-dépendants, est
donc possible (du sang vers le cerveau ou du
cerveau vers le sang) et il y a un flux
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unidirectionnel des transporteurs. La cellule est polarisée.
Ainsi, le glucose passe du sang vers le cerveau via son transporteur. A l’inverse, un système
protéique (MRPs) permet de faire sortir des molécules du cerveau vers le sang.
Certains patients surexpriment les MRPs ce qui a pour conséquence une non réponse à certains
traitements. A peine arrivé dans le cerveau, le médicament est rejeté dans le sang.
En conclusion, la cellule endothéliale :
- limite le passage des substrats grâce à des jonctions serrées, à des enzymes de
dégradation, à des pompes d’efflux (P-gp) et à peu de vésicules de pinocytose.
- facilite le passage grâce à l’expression polarisée de transporteurs spécifiques de
nutriments (glucose) et grâce à des récepteurs (insuline).
III-
Le contrôle du débit sanguin cérébral
Il existe différents facteurs qui vont faire varier le débit sanguin cérébral :
- Facteurs myogéniques : autorégulation et pression artérielle moyenne
- Facteurs chimiques, métaboliques et humoraux : consommation métabolique, PaCo2,
PaO2, agents vasoactifs
- (Facteurs neurogéniques : système nerveux sympathique et parasympathique)
- (Facteurs rhéologiques : hématocrite)
Certaines modifications du débit vont toucher tous les vaisseaux (modification systémique :
autorégulation, PAM, Po2…) alors que d’autres ne vont toucher qu’une partie des vaisseaux
(augmentation localisée de l’activité neuronale).
1) Autorégulation
L’autorégulation cérébrale est la capacité intrinsèque du cerveau à maintenir son débit
sanguin constant au cours des modifications de pression de perfusion.
Cette régulation est possible pour des variations de pression entre 70 et 150mmHg. Lorsque
l’on sort de ces limites, le débit varie. En dessous de 70mmHg, on observe une chute du débit et
une perte de connaissance ; au dessus de 150mmHg, il y a des risques d’œdèmes et
d’hémorragies.
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Comment ça marche ?
• Débit Sanguin Cérébral (DSC) = Pression Perfusion Cérébrale (PPC) / Résistances Vasculaires
Cérébrales (RVC)
• PPC = différence de pression entre l’entrée et la sortie = P entrée – P sortie = PAM – PV
~ PAM
• DSC ~ PAM / RVC
Lorsque la pression augmente, pour que le débit ne bouge pas, il faut que les résistances
augmentent.
Or RVC = 8lŋ / ∏ r 4
La longueur vasculaire (l) et la viscosité (ŋ) ne varient pas d’un instant à l’autre. Les résistances
dépendent donc essentiellement du rayon du vaisseau (r).
Pour limiter l’augmentation de pression, les vaisseaux diminuent leur diamètre et inversement.
2) Facteurs chimiques, métaboliques et humoraux
Facteurs métaboliques : l’hypoxie (diminution de la Po2) et l’hypercapnie (augmentation de la
Pco2) font varier les résistances cérébrales vasculaires dans l’ensemble du cerveau et
entraînent une dilatation des vaisseaux et une augmentation du débit sanguin cérébral.
Facteurs humoraux : une augmentation de la concentration en ADH entraîne une diminution du
débit sanguin cérébral au niveau des plexus choroïdes.
3) Couplage débit-métabolisme
L’activité neuronale modifie localement le débit sanguin cérébral grâce à des facteurs
(neurotransmetteurs et ions) libérés dans le cerveau lorsqu’un neurone est activé.
Le cerveau possède donc un mécanisme intrinsèque par lequel son apport sanguin peut être
localement modifié en fonction des variations locales de l’activité fonctionnelle.
Cette observation a permis le développement d’outils (IRM fonctionnelle par exemple) qui
permettent de montrer le fonctionnement du cerveau lors d’une tâche donnée. Ces outils
montrent, de manière indirecte, l’activation neuronale via une augmentation du DSC et une
augmentation de la consommation de glucose. Cela met en évidence les régions activées lors
d’une stimulation spécifique.
Les facteurs libérés lors de l’activation neuronale sont essentiellement des ions et surtout l’ion
potassium. Il est libéré en extracellulaire par le neurone puis est recapté par l’astrocyte qui est,
à son tour, dépolarisé et relargue le potassium près des vaisseaux. Le K+ est l’agent initiateur
de la séquence de vasodilatation.
Les autres métabolites actifs qui induisent une vasodilatation sont :
- Adénosine
- Ions H+
- Co2
- No
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4) Adaptation à la baisse de perfusion
Lors d’une sténose ou d’une occlusion artérielle, il y a, au début, une adaptation à la baisse de
pression de perfusion. Le cerveau est relativement préservé.
En effet, au-delà de la limite basse de l’autorégulation, des mécanismes de protection luttent
contre le déficit d’apport en O2 et en glucose. Ce sont des réserves hémodynamiques
(vasodilatation) et des réserves métaboliques (augmentation de l’extraction en O2).
Le territoire qui souffre immédiatement de la baisse de perfusion est appelé cœur de
l’infarctus. Autour, il y a une baisse du débit qui n’est pas suffisante pour entrainer une nécrose
cellulaire mais qui va faire que les cellules vont arrêter de fonctionner tout en survivant. C’est
ce qu’on appelle la pénombre ischémique. Les cellules sont en sidération métabolique. Sans
traitements, la pénombre ischémique va diminuer au profit du cœur de l’infarctus.
A- Autorégulation
B- Réserves de perfusion.
On est en dehors des limites de
l’autorégulation, le DSC commence
à baisser. La consommation en 02
(CMO2) reste identique grâce à des
mécanismes
de
sauvegarde :
augmentation de l’extraction en O2
(EO2). Aucune conséquence pour la
cellule.
C- Réserves métaboliques
(pénombre ischémique).
L’extraction en O2 est arrivée a son
maximal, le DSC et la CMO2
baissent.
D- Ischémie cérébrale
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5) Méthodes d’exploration du débit sanguin cérébral
• Explorations morphologiques :
- Artériographie
- Angiographie, scanner ou IRM (a. intracérébrales, extracrâniennes, de la base du crâne)
• Explorations par ultrasons :
Echotomographie et Doppler cervical (Troncs supra-aortiques et a. de la base du crâne)
• Explorations isotopiques :
- SPECT
- TEP
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PARTIE II : LA CIRCULATION DU LIQUIDE CEREBRO SPINAL (LCS)
I-
Généralités
1) L’espace sous arachnoïdien et les ventricules
Le LCS circule tout autour du système nerveux central dans
l’espace sous arachnoïdien, entre la pie-mère d’un côté et
la dure-mère et l’arachnoïde de l’autre. A certains endroits,
les espaces méningés vont s’agrandir pour donner des
citernes. Les espaces méningés communiquent avec
l’intérieur du système nerveux grâce à des cavités : les
ventricules cérébraux.
Les 2 ventricules latéraux communiquent via le trou de
Monro.
Le 3ème ventricule et le 4ème ventricule communiquent via
l’Aqueduc de Silvius.
Le 4ème ventricule communique avec les espaces méningés
via le trou de Magendie et le trou de Lushcka.
2) La composition du LCS
La composition du LCS est une constante.
• Il est incolore, « eau de roche » (1er élément à regarder lors d’une ponction lombaire)
• Ph = 7,32
• Acellulaire, < 5 éléments/cm3 :
• Le taux de glucose (glycorachie) doit être inférieur à la moitié de la glycémie (inférieur à 50-75%).
Il faut donc toujours effectuer une prise de sang en parallèle de la ponction.
• Protéinorachie entre 0.2 et 0.4 g/l.
• Cl- entre 120 et 130 mmol/L ; Na+ 149 mmol/L
Le LCS est un produit de sécrétion actif et non un ultra filtrat du plasma.
Son volume est de 150-270 ml. Il en est produit 600 ml par jour et est donc renouvelé 3 à 4 fois
par jour. Sa pression est < 15-20 cm d’eau (1cm d’eau = 0,7355 mmHg). C’est un reflet de la
pression intracrânienne.
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II-
La circulation du LCS
1) Production, circulation et résorption
Le LCS circule entre l’endroit où il est produit et l’endroit où il est réabsorbé. Il est secrété par
les plexus choroïdes qui tapissent les ventricules (latéraux essentiellement). Puis le LCS circule
de manière unidirectionnelle dans les espaces méningés. Il va ensuite remonter à la surface de
l’encéphale et va être réabsorbé par les granulations de Pacchioni ou villosités
arachnoïdiennes dans les sinus veineux. Il est donc produit au niveau d’artères situées dans les
plexus choroïdes et est réabsorbé au niveau de veines.
• Les plexus choroïdes sont formés de cellules épithéliales et de capillaires fenestrés et
constituent un tissu similaire au tissu épithélial. Ils possèdent des villosités et des microvillosités
qui permettent une production importante de LCS.
La cellule épithéliale choroïdienne est polarisée. Il n’y a pas les mêmes transporteurs de part et
d’autre de la membrane.
La cellule est capable de prélever des éléments du sang pour les extruder vers les ventricules
pour former de manière active le LCS. La composition du LCS est donc différente de la
composition du sang. La vitesse de sécrétion du LCS est très importante (35 ml/min).
Schéma à connaître
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Il y a des maladies dans lesquelles il y a une augmentation de la production de LCS par
augmentation du fonctionnement de l’anhydrase carbonique. L’acetalozamide bloque cette
enzyme.
• Les villosités arachnoïdiennes sont des cavités spéciales de la dure-mère ou passent les sinus
veineux. Les sinus veineux relient les veines de l’encéphale à la circulation systémique.
2) Les troubles de la circulation
Il est possible de mettre en évidence, grâce à un traceur (DPTA marqué
par l’99TC) injecté dans le cul de sac lombaire, la vitesse de circulation
physiologique du LCS qui atteint :
- la citerne basse en 2-3 min
- la région cervicale basse en 10-20 min
- la région thoraco-lombaire en 30-40 min
- le cul de sac lombo-sacré en 60-90 min
Les troubles de la circulation sont dus à :
- une hyperproduction de LCS
- une résistance à l’écoulement
- une mauvaise résorption du LCS. En effet, il arrive que le LCS,
produit en continu, ne puisse pas être résorbé et s’accumule. Il existe
des systèmes de secours qui permettent, tout de même, dans un
premier temps, la résorption du LCS. Puis, ces systèmes sont dépassés
et on observera une hydrocéphalie.
Les autres voies de résorption sont situées au niveau des veines
périradiculaires, du bulbe olfactif et des lymphatiques cervicaux.
Dan tous les cas, il y a accumulation du LCS, ce qui conduit à une dilatation des ventricules et
une hydrocéphalie.
On distingue les hydrocéphalies :
- non communicantes, le plus souvent dûes à un obstacle au niveau du 3ème ventricule
(sténose congénitale de l’aqueduc de Silvius). La circulation du LCS est donc bloquée.
- communicantes, l’obstacle à l’écoulement est incomplet. Il se situe le plus souvent au
niveau des méninges et des sinus et est donc responsable d’une difficulté à la résorption
(conséquence de méningite ou d’hémorragie anciennes). A l’imagerie, on a une
dilatation de tous les ventricules (latéraux, du 3ème et du 4ème) ce qui permet le
diagnostic. Elle s’observe en général chez les sujets âgés et se caractérise par une triade
de symptômes : marche à petits pas, troubles mnésiques et troubles urinaires.
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3) L’hypertension intracrânienne et sa régulation par le LCS
Schématiquement, dans la boîte crânienne, on trouve : le cerveau, le compartiment vasculaire
et le LCS. Chacun de ces compartiments est susceptible d’exercer une pression. Un obstacle
dans un de ces compartiments est responsable d’une hypertension intracrânienne. Une
augmentation de la pression intracrânienne s’accompagne toujours de maux de tête chez
l’adulte (la boite crânienne étant inextensible).
L’HIC (Pression intracrânienne > 20 cm d’eau) est due à une augmentation de volume non
compensée du parenchyme cérébral, du LCS ou du compartiment vasculaire.
En pratique, la 1ere cause d’HIC est la tumeur cérébrale.
Lorsqu’il y a augmentation de la pression dans le cerveau, il va y avoir un essai de compensation
par les deux autres compartiments. En cas de tumeur dans le parenchyme, le compartiment
vasculaire et le LCS vont diminuer leur volume pour diminuer la pression de la cavité. Cette
adaptation se fait essentiellement grâce au LCS qui peut être résorbé de manière accrue.
Au bout d’un moment, ces mécanismes d’autorégulation sont dépassés et les symptômes de
l’HIC apparaissent. A partir de là, il n’y a plus de compensation possible et on observe un
engagement cérébral : une partie du parenchyme va glisser le long d’une structure solide.
Ici, la tumeur repousse le parenchyme. Il
y a d’abord un engagement au niveau
de la faux du cerveau. Si la pression
continue d’augmenter, il y a un
engagement au niveau de la tente du
cervelet puis du trou occipital. Sous la
pression, le parenchyme peut sortir de
la boite crânienne.
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III-
Rôle du LCS
1) Protection du système nerveux
• Rôle mécanique : amortissement et protection du cerveau : le cerveau flotte dans le LCS (le
cerveau pèse 1500g sur la table mais seulement 50g dans le LCR)
• Régulation de la pression intracrânienne via une variation du drainage du LCS si la pression
intracrânienne augmente (augmentation du volume cérébral ou sanguin)
• Pouvoir tampon (H+, K+)
• Retrait des substances toxiques pour le cerveau (de la circulation vers le LCS)
• Administration de médicaments via le LCS
2) Communication
• Voie de communication entre les différentes régions du SNC via la circulation de
neuropeptides
• Echanges nutritifs avec le tissu cérébral
• Sécrétion (essentiellement des facteurs de croissance capables d’agir à distance du cerveau)
dont endotheline 1, IGF II, FGF2, HGF, NGF, Vasopressine…
• Transport de protéines et de peptides (IGF II, transthyrétine)
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