la physiologie de la circulation cérébrale

MÉMOIRES

19Bull. Acad. Vét. France — 2004 - Tome 157 - N°3 www.academie-veterinaire-france.fr

La physiologie de la circulation cérébrale

Physiology of cerebral circulation

Par Geneviève FLORENCE (communication présentée le 27 mai 2004)

(1) Vétérinaire en chef – Maître de recherches du service de santé des armées, docteur en sciences, habilité à diriger des recherchesIMASSA, Département de physiologie intégrée, BP 73, 91223 Brétigny sur Orge cedex, Tél : 01 69 23 75 47, FAX : 01 69 23 70 02, email : [email protected]

Le cerveau est incapable de faire des réserves en oxygène et glucose. Il dépend donc pour ces nutri-ments de l’apport sanguin c’est-à-dire de la circulation cérébrale. Cet article décrit les principales carac-téristiques structurales de cette circulation, puis il fait le point sur les mécanismes des différents typesde régulation de la perfusion sanguine cérébrale. Ces mécanismes assurent la circulation malgré desvariations systémiques (hypercapnie, hypoxie, variation de pression de perfusion et de l’hématocrite)mais aussi lorsque la demande métabolique neuronale est augmentée. Ce dernier type de régulationou couplage neurovasculaire est à la base de techniques utilisées en neuroimagerie fonctionnelle, quisont brièvement explicitées. Enfin, des exemples de pathologies dans lesquelles la régulation de la cir-culation cérébrale est perturbée sont donnés.

Mots-clés : circulation cérébrale, anatomie, physiologie, revue.

RÉSUMÉ

The brain is unable to store oxygen and glucose. Therefore, its source in nutrients depends whollyon the blood supply, i.e. the cerebral circulation. This article first describes the main structural fea-tures of this circulation, before reviewing the mechanisms underlying its different types of regula-tion. These mechanisms maintain blood flow despite systemic changes (hypercapnia, hypoxia, orchanges in perfusion pressure and in haematocrit), and when the neuron metabolic demandincreases. This latter type of regulation, also called neurovascular coupling, provides the basis forfunctional neuroimaging techniques which are briefly described. Lastly, examples of diseases asso-ciated with a disorder of the regulation of cerebral circulation are given.

Key words : cerebral circulation, anatomy, physiology, review.

SUMMARY

• INTRODUCTION

Le cerveau humain a une masse égale à environ 2 % dela masse corporelle totale mais il consomme respective-ment 20 % et 25 % de la consommation totale en oxygèneet en glucose. D’autre part cet organe n’a pas la capacité destocker de l’oxygène et les réserves en glycogène sontfaibles. Il est donc dépendant des apports sanguins et abesoin d’une perfusion en rapport avec ses besoins. Ainsi,le débit sanguin cérébral global (DSC) est égal à environ15 % du débit cardiaque (soit en valeur absolue et au reposenviron 50 ml/100 g et minute).

Une diminution du DSC a des conséquences fonction-nelles voire lésionnelles (figure 1). Ainsi lorsque la perfu-sion devient inférieure au seuil fonctionnel, l’amplitude del’activité électrique cérébrale corticale spontanée diminueet/ou cette activité se ralentit. Lorsque le DSC décroît davan-tage, l’activité électrique spontanée disparaît. Enfin, lorsquela perfusion atteint le seuil lésionnel, des lésions d’infarcis-sement s’installent. Le seuil lésionnel dépend du temps pen-dant lequel la diminution de débit est appliquée. Le tissucérébral dont la perfusion se situe entre le seuil fonctionnel

et le seuil lésionnel correspond à la « pénombre isché-mique ». Il peut soit récupérer si la circulation est rétabliesoit évoluer vers la nécrose si l’ischémie persiste ou si lademande métabolique excède les apports en nutriments.

Ces considérations démontrent l’importance quantita-tive et qualitative du DSC. L’adéquation entre la perfusionsanguine et le métabolisme cérébral est donc essentiellesurtout lorsque l’homéostasie est perturbée ou lorsqu’ilexiste une demande métabolique (activation neuronale).Avant d’aborder les phénomènes de régulation, les caracté-ristiques anatomiques et histologiques de la circulationcérébrale seront abordées car elles contribuent aux parti-cularités fonctionnelles de cette circulation locale.

• PARTICULARITÉS ANATOMIQUES ET HISTOLOGIQUESDE LA CIRCULATION CÉRÉBRALE

Organisation anatomique

Origines du système artériel cérébral (GILLIAN 1974 ;GILLIAN 1976 ; KAPOOR, KAK et SINGH, 2003)

Chez l’homme, les primates, le rat et le lapin, le sangartériel atteint le cerveau par les artères carotides interneset les artères vertébrales. Sur la face ventrale du cerveau,les artères forment un réseau complexe d’anastomoses ditcercle ou polygone de Willis.

Chez les Artiodactyles, les carotides internes ne sontpas fonctionnelles. Le cercle de Willis est surtout alimentépar des branches issues des artères carotides externes. Cesbranches forment un plexus artériel dit rete mirabile caro-tidien dont le sang efférent rejoint le cercle de Willis. Seloncertains auteurs, ce plexus permettrait le refroidissementdu sang artériel destiné au cerveau par un systèmed’échanges thermiques à contre-courant avec le sang vei-neux drainant les fosses nasales.

Les artères carotides internes sont petites mais fonc-tionnelles chez le chien alors qu’elles sont oblitérées chezle chat. Chez les deux espèces, le sang cérébral provientsurtout de branches des artères carotides externes. Le chatpossède un rete mirabile externe qui se jette dans un retemirabile intra-crânien. La présence d’un rete mirabile chezle chien est variable et il reste peu important lorsqu’ilexiste. En revanche, les artères vertébrales sont particuliè-rement développées chez cette espèce. Enfin, le chien et lechat présentent des anastomoses importantes et complexesentre les vaisseaux extra-crâniens.

Les vaisseaux artériels extra-cérébraux

Le cercle de Willis donne naissance à des artères céré-brales. Leur nombre dépend de l’espèce. Chez l’homme,elles sont au nombre de trois paires (artères cérébralesantérieures, moyennes et postérieures). Chez le macaquerhésus, le chien, le lapin et le rat, les artères cérébralesantérieures fusionnent en un seul vaisseau médian. Cheztoutes les espèces, les artères cérébrales véhiculent le sangde la base du cerveau vers la surface du cortex cérébral.

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Figure 1 : Seuils de perfusion en fonction du temps d’applica-tion du débit sanguin cérébral ou DSC (modifié d’après HEISSet GRAF, 1997). Le fonctionnement du cerveau est modifié lorsque le DSC dimi-nue et atteint la valeur d’environ 22 ml/100 g.min qui correspondau seuil fonctionnel. Pour ce seuil, l’amplitude du tracé d’élec-troencéphalographie (EEG) est atténuée et/ou le tracé est ralenti.L’EEG devient plat pour des valeurs de DSC comprises entre 6 et22 ml/100 g.min. Quand le DSC baisse davantage et atteint leseuil lésionnel, le tissu cérébral se nécrose. Le seuil lésionneldépend du temps : il est d’environ de 10 ml/100 g.min pour untemps d’application de 1-2 h et d’environ 18 ml/100 g.min pourune ischémie permanente. Lorsque le DSC est compris entre leseuil fonctionnel et le seuil lésionnel, le tissu correspond à la« pénombre ischémique ». Cet état caractérise un tissu « silen-cieux » d’un point de vue électrophysiologique mais restantviable au début de l’ischémie. Si le DSC est rétabli rapidement,la pénombre ischémique évolue vers du tissu sain. En revanchesi la demande métabolique du tissu est supérieure aux apportsénergétiques, la nécrose s’installe.

Oligémie

Pénombre

Infarcissement

Ces artères se ramifient en artères pie-mériennes quicheminent parallèlement à la surface du cortex, dans l’es-pace sous-arachnoïdien (espace entre pie-mère et arach-noïde). Ces artères présentent de nombreuses anastomoses.

Les artères pie-mériennes émettent perpendiculaire-ment à leur axe des artérioles pénétrantes qui se ramifienten artérioles. Sur leur trajet initial, ces vaisseaux délimitentavec la pie-mère invaginée l’espace Virchow-Robin, rem-pli de liquide céphalo-rachidien (LCR), qui isole les vais-seaux du tissu nerveux avoisinant (figure 2). Cet espacediminue progressivement.

Les artères cérébrales pie-mériennes et les artériolesentourées par l’espace de Virchow-Robin constituent lesvaisseaux extra-cérébraux.

Les microvaisseaux intra-cérébraux ou intra-paren-chymateux

Cette catégorie de vaisseaux comprend les micro-arté-rioles, les capillaires et les veinules. La densité des capil-laires est d’autant plus élevée que le métabolisme de lastructure cérébrale considérée est important. Il existe denombreuses anastomoses entre les capillaires.

Le système veineux

L’organisation du système veineux cérébral n’est pasparallèle à celle du système artériel. Schématiquement, ilexiste un réseau veineux superficiel cortical et un réseauprofond. Le sang veineux est drainé dans des canaux appe-lés sinus qui sont enchâssés dans la dure-mère.

L’organisation décrite ci-dessus montre que la présencede nombreuses anastomoses entre les différents segmentsvasculaires protège le SNC d’une ischémie liée à l’occlu-sion d’une partie de l’arbre vasculaire.

Structure des vaisseaux cérébraux

Les trois couches des vaisseaux cérébraux(DAHL, 1976)

Les artères et artérioles sont constituées de troiscouches qui sont respectivement de la périphérie vers lalumière : l’adventice, la média et l’intima.

L’adventice

Elle est composée de tissu de connexion lâche danslequel se terminent des fibres nerveuses amyéliniques.Une lame élastique externe peut être mise en évidenceentre l’adventice et la média des artères cérébrales et desartères pie-mériennes.

La média

Elle est constituée de cellules musculaires lisses(CMLs), responsables de la vasomotricité. Elles sont pré-sentes dans les artères cérébrales, les artères pie-mérienneset les artérioles et leur nombre diminue lorsque le diamètredes vaisseaux décroît. Par ailleurs des sphincters ont étémis en évidence au niveau d’artères pie-mériennes, d’ar-tères intra-parenchymateuses et en amont des capillaires.Ces sphincters pourraient redistribuer le sang vers cer-taines régions. La relaxation (vasodilatation) et la contrac-tion (vasoconstriction) de la CML nécessitent respective-ment une diminution et une augmentation de la concentra-tion intra-cellulaire en calcium ((Ca2+)i).

L’intima

Elle est formée d’une monocouche de cellules endothé-liales qui sont jointives par l’intermédiaire de jonctions ser-rées. Ces jonctions séparent le cerveau du sang par une bar-rière dite barrière hémato-encéphalique (BHE) qui assure lastabilité du milieu entourant le parenchyme cérébral. LaBHE a une perméabilité sélective pour les molécules lipo-philes à faible poids moléculaire et pour celles qui possèdentun transporteur spécifique. Toutefois, les capillaires de cer-taines régions situées près des ventricules sont fenêtrés. Lessubstances sanguines peuvent alors atteindre le liquideextracellulaire et les neurones. À l’inverse, les neurohor-mones peuvent être déversées dans le torrent circulatoire.

La couche des cellules endothéliales des capillaires estentourée par des péricytes (figure 3). Des protéines contrac-tiles ont été mises en évidence dans les cellules endothé-liales et les péricytes. Ces protéines pourraient intervenirdans le transport de vésicules de pinocytose ou jouer un rôledans la vasomotricité. De plus, les péricytes pourraient setransformer en CMLs dans certaines conditions.

Les astrocytes

La presque totalité de la surface des capillaires entre encontact avec des prolongements d’astrocytes. Ces prolon-gements sont appelés pieds astrocytaires (figure 3). Lesastrocytes sont couplés entre eux par l’intermédiaire de« gap junctions ».

L’existence des pieds astrocytaires et le fait que les astro-cytes sont des sources potentielles de facteurs vasomoteursont fait penser que les astrocytes jouent un rôle dans lecontrôle de la microcirculation cérébrale. Ce n’est que trèsrécemment que la démonstration en a été faite (ZONTA etal., 2003). Les astrocytes ont aussi un rôle structural. En leurabsence, les jonctions serrées de la BHE ne se forment pas etl’expression de certains transporteurs de la barrière est modi-fiée. Par ailleurs, les astrocytes libèrent des facteurs

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Figure 2 : Représentation schématique du système vasculaire céré-bral et de ses innervations (modifié d’après COHEN et al., 1996).

Arachnoïde

Pie-mèreSurface

corticale

Neurones intracérébraux

Nerf périvasculaire intrinsèque

Nerf périvasculaire extrinsèqueArtère pie-mérienne

Artère pénétranteEspace de Virchow-Robin

VAISSEAU EXTRA-CÉRÉBRAL

VAISSEAU INTRA-CÉRÉBRAL

Ganglion nerveux

trophiques pour les neurones. Enfin, ces cellules ont aussiune fonction métabolique puisqu’elles recapturent certainsneurotransmetteurs et métabolites libérés par les neurones etque par ailleurs elles libèrent des substrats pour les neurones.

Innervation des vaisseaux cérébraux (figure 2)

Les vaisseaux cérébraux sont innervés par des neu-rones dont les corps cellulaires sont situés soit en dehorsdu système nerveux central (innervation extrinsèque) soitdans le tissu cérébral (innervation intrinsèque). Il a long-temps été admis que l’innervation des vaisseaux extra-crâ-niens était du type extrinsèque alors que celle des vais-seaux intra-parenchymateux était de type intrinsèque.Cette vision a été modifiée depuis qu’il a été montré quedes petites artères pie-mériennes reçoivent des afférencesprovenant du noyau du raphé dorsal (BONVENTO et al.,.1991) ou des neurones corticaux (ZHANG et al., 1991).

L’innervation des vaisseaux cérébraux est un phéno-mène complexe. En effet, la densité d’une innervation don-née dépend de l’espèce et du segment vasculaire considéréau sein d’une même espèce. D’autre part, les effets céré-brovasculaires d’un neurotransmetteur sont liés à la naturedes récepteurs présents dans la paroi vasculaire. Ainsi, unmême neurotransmetteur peut avoir des effets opposés. Deplus, plusieurs neurotransmetteurs peuvent être libérés parune même terminaison nerveuse (colibération). Enfin, desneurotransmetteurs agissent indirectement par le biais

d’autres molécules (monoxyde d’azote ou NO par exemple)ou alors en modulant la libération d’autres neurotransmet-teurs. Malgré cette complexité, les connaissances sur lesdeux types d’innervation ont progressé.

L’innervation extrinsèque

Cinq systèmes périphériques participent à cette inner-vation. Les principales caractéristiques de ces systèmessont résumées dans le tableau 1.

Le système sensoriel est la seule innervation sensitivedes vaisseaux cérébraux. L’augmentation de DSC induitepar la stimulation du ganglion trijumeau est due à un méca-nisme réflexe. La voie afférente de ce réflexe emprunte lenerf trijumeau alors que la voie efférente passe par le sys-tème parasympathique vasodilatateur. Toutefois, après sec-tion de la voie efférente, une vasodilatation persiste du faitd’une activation antidromique du système sensoriel.

Le système dilatateur non adrénergique et non choli-nergique a été longtemps dénommé ainsi car la nature bio-chimique du neuromédiateur n’était pas connue. Le sys-tème est appelé aujourd’hui système nitroxidergiquepuisque le neuromédiateur semble être le NO.

L’innervation intrinsèque

Un grand nombre d’expériences a montré que l’activa-tion de certaines régions cérébrales induit des modifica-tions de la perfusion sanguine. Les principales données surl’innervation intrinsèque sont données dans le tableau 2.

Malgré la complexité des caractéristiques anato-miques et histologiques de la circulation cérébrale, il estadmis que les artères cérébrales et les artères pie-mériennes sont des vaisseaux résistifs qui contrôlent leDSC global alors que les microvaisseaux intra-cérébrauxsont impliqués dans les ajustements locaux du DSC. Deplus, on sait aujourd’hui que les capillaires participentégalement à la régulation de la perfusion.

• RÉGULATION DE LA CIRCULATION CÉRÉBRALE

Régulation en réponse à des variations systémiques

Variation de la composition sanguine

Capnie (revue dans TRAYSTMAN,1997)

La pression artérielle partielle en dioxyde de carbone(PaCO2) ou capnie agit sur la circulation cérébrale defaçon similaire chez les mammifères, quel que soit leurâge. Ainsi, une hypercapnie produit une dilatation desartères cérébrales et une augmentation du DSC alors quel’inverse se produit en cas d’hypocapnie (figure 4).

Les mécanismes responsables du phénomène ne sontque partiellement compris. L’hypothèse la plus ancienneest que l’hyperémie hypercapnique est due à la mise en jeud’une innervation des vaisseaux cérébraux. Cette théorie adonné lieu à des résultats contradictoires non convaincants.La seconde hypothèse est beaucoup plus consensuelle : le

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Figure 3 : Coupe transversale d’un capillaire cérébral mon-trant les quatre types de cellules (cellule endothéliale capil-laire, péricyte, astrocyte et neurone) intervenant dans lamicrocirculation cérébrale.Les cellules endothéliales forment la barrière hémato-encéphalique(BHE). La BHE assure l’homéostasie du milieu entourant le paren-chyme cérébral. Les péricytes sont des cellules gliales pourvues deprotéines contractiles. Les péricytes auraient un rôle dans la vaso-motricité. Les astrocytes sont les cellules cérébrales non neuronalesles plus nombreuses. Ils émettent des prolongements appelés« pieds astrocytaires » qui entourent les capillaires. Les astrocytesparticipent à la formation de la BHE. Ils ont également une fonc-tion trophique et métabolique pour les neurones. Enfin, ils inter-viennent dans l’augmentation de débit sanguin cérébral associée àl’activation des neurones. Les capillaires entrent aussi en contactétroit avec des terminaisons de neurones intra-cérébraux qui parti-cipent ainsi à l’innervation intrinsèque de la circulation cérébrale.

Endothélium

Jonction serrée

Lame basale

Péricyte

Pied astrocytaire

Terminaison nerveuse

CO2 diffuserait dans le milieu extra-cellulaire et provoque-rait l’acidification du milieu extra-cellulaire qui est néces-saire à la relaxation des vaisseaux. D’autre part, une majo-rité d’études a montré que l’hypercapnie induit une libéra-tion de NO d’origine neuronale. Ce neurotransmetteur neserait toutefois pas indispensable au phénomène et agiraitplutôt comme un modulateur. Le NO contrôlerait notam-

ment l’ouverture dans les CMLs d’une conductance potas-sique dépendant de la concentration intracellulaire en ATP(gKATP). La sortie des ions potassium induit une hyperpo-larisation des cellules. Les canaux calciques dépendant dupotentiel membranaire (VSCCs) se ferment alors. La(Ca2+)i diminue et les CMLs se relâchent. La libération decertains métabolites vasodilatateurs, comme l’adénosine etcertaines prostaglandines, participe également à la réponsehypercapnique. L’adénosine est un nucléotide cataboliteproduit dans les cellules mais elle est aussi libérée par cer-taines terminaisons nerveuses (neuromodulateur). Elleprovoque une vasodilatation via l’activation de récepteursA2A à l’adénosine. Les prostaglandines et la prostacycline(PGI2) sont des molécules issues du métabolisme del’acide arachidonique sous l’action des cyclooxygénases.La prostaglandine PGE2 et la PGI2 sont des moléculesvasodilatatrices dont l’implication dans l’hyperémie hyper-capnique dépend de l’espèce et de l’âge.

Hypoxie (revue dans PEARCE, 1995)

Lorsque la pression partielle artérielle en oxygène (PaO2)diminue et atteint la valeur seuil de 50-60 mmHg, les vais-seaux cérébraux se dilatent et le DSC augmente (figure 5).L’hyperémie hypoxique permet de maintenir le débit d’oxy-gène au tissu cérébral (DO2) malgré la diminution de la

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SYSTÈMES ORIGINES NEUROTRANSMETTEURS EFFETS D’INNERVATION DES NEURONES CÉRÉBROVASCULAIRES

Lieu de la Lieu de la vasoconstriction vasodilatation

Noradrénaline Artères cérébrales Artères pie-mériennesGanglion cervical supérieur (LINCOLN, 1995) (récepteurs α1- ou et artérioles pénétrantes

Sympathique Ganglion stellaire α2-adrénergiques) (récepteurs β1-adrénergiques)Ganglion cervical inférieur Neuropeptide Y (NPY) Artères cérébrales Artères cérébrales

(récepteurs Y1 (récepteurs endothéliaux au sur CMLs) NPY et production de NO)

Artères cérébrales et pie-mériennes

Acétylcholine (Ach) (récepteur muscarinique M5Parasympathique Ganglion otique endothélial à l’origine de la(DAUPHIN et Ganglion sphénopalatin synthèse de NO endothélialMACKENZIE, 1995) Miniganglion de la qui diffuse dans la CML)

carotide interne Polypeptide Intestinal Artères cérébrales et Vasoactif (VIP) pie-mériennes

Peptide Histidine Isoleucine (PHI) (récepteurs au VIP)Sérotoninergique Ganglion cervical supérieur Artères cérébrales(COHEN et al., 1996) Ganglion plexiforme Sérotonine (récepteurs 5HT1

Microglie carotidienne ou 5HT2)Peptide lié au gène de la Artères cérébrales et pie-mé-

calcitonine (CGRP) riennes (récepteurs CGRP1)Sensoriel Artères cérébrales, artères(MAY et Ganglion trigéminal pie-mériennes et veines GOADSBY, 1999) Substance P (SP) (récepteurs NK1 et NK2)

et neurokinine A (NKA) Effet dépendant . de l’endothélium

Dilatateur non Ganglion otique Artères cérébrales adrénergique et Ganglion sphénopalatin NO (Ach, VIP, et pie-mériennesnon cholinergique Miniganglion de la cholecystokinine (CCK) (diffusion du NO(LEE et al., 2001) carotide interne comme modulateurs) d’origine neuronale

dans la CML)Artères cérébrales et Artères cérébrales

? ? AVP (ITAKURA et al., 1988) pie-mériennes (récepteurs V2)(récepteurs V1 sur la CML)

Tableau 1 : Principales caractéristiques de l’innervation extrinsèque des vaisseaux cérébraux.

Figure 4 : Effet de la capnie (PaCO2) sur la perfusion cérébrale(d’après REIVICH, 1964). La relation entre le débit sanguin cérébral (DSC) et la pressionartérielle partielle en dioxyde de carbone ou capnie est unecourbe d’allure sigmoïde. En cas d’augmentation de la capnie ouhypercapnie, le DSC augmente (vasodilatation). Inversement unediminution de la capnie ou hypocapnie provoque une baisse de laperfusion sanguine (vasoconstriction).

PaCO2 (mm Hg)

DS

C(m

l/10

0g.

min

)

concentration artérielle en oxygène (CaO2 ). En effet, DO2 =DSC x CaO2.

L’implication d’une innervation intrinsèque a étédémontrée récemment (GOLANOV, CHRISTENSEN etREIS, 2001) : une région sous-thamique (SVA :« Subtalamic Cerebrovascular Area ») est stimulée parl’exposition à une hypoxie et son activation provoque unevasodilatation cérébrale. Cette région est excitée par desneurones, situés dans la partie rostrale et ventro-latérale dubulbe rachidien, sensibles au variations de PO2 et à l’ori-gine de la réponse sympathique à l’hypoxie. La SVA se

projetterait sur le télencéphale. La moitié environ de l’hy-perémie hypoxique serait due à la mise en jeu de la SVA.Un des autres mécanismes serait l’accumulation de méta-bolites vasodilatateurs produits par le tissu nerveux dontles protons. Mais cet argument a été infirmé par des étudesréalisées in vivo et in vitro. En revanche, l’implication del’adénosine est admise depuis longtemps. Il sembleraitaujourd’hui que l’endothélium sécrète de l’adénosine encas d’hypoxie modérée et que le parenchyme cérébral nelibère cette molécule qu’en cas d’hypoxie sévère. L’effetvasorelaxant de l’adénosine est dû à l’activation de récep-teurs de type A2A. Les prostaglandines vasodilatatricespourraient également intervenir car l’endothélium d’ar-tères cérébrales soumises à une hypoxie libère de la pros-tacycline qui provoque l’hyperpolarisation des CMLs enactivant la gKATP. Par ailleurs, l’implication du NO,controversée au début des années 1990, est aujourd’huiadmise pour les hypoxies sévères. Le NO serait d’origineneuronale. Enfin, les opioides dilatateurs contribuent aussià la dilatation des artérioles des animaux nouveaux nés.

Baisse de l’hématocrite (revue dans HARRISON, 1989)

Lorsque l’hématocrite diminue (anémie, hémodilution),la perfusion cérébrale augmente et vice versa (figure 6).

Le premier mécanisme à l’origine de l’augmentationdu DSC quand l’hématocrite diminue est mécanique. Eneffet, dans ce cas le sang est moins visqueux. Or, d’aprèsla loi de Poiseuille, une diminution de la viscosité pro-voque une baisse de la résistance à l’écoulement et enconséquence une augmentation passive du débit. Un autremécanisme, de nature physiologique, intervient également.Il est proche de celui mis en jeu au cours de l’hypoxie caril est dû à une diminution de la CaO2 qui est corrélée avecune diminution de l’hématocrite.

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NEUROTRANSMETTEURS NEURONES À L’ORIGINE EFFETS CÉRÉBROVASCULAIRESDE L’INNERVATION Vasoconstriction Vasodilatation

Noradrénaline (LINCOLN, 1995) Locus coeruleus Des artères intra-cérébralesHypothalamus (récepteurs β-adrénergiques) ?

Télencéphale basal Des artères intra-cérébralesNeurones bipolaires du cortex (récepteur muscarinique de type

Acétylcholine et NO M5 puis libération de NO)Noyau fastigial du cervelet Des artères intra-cérébrales

se projetant sur le télencéphale basal (récepteur muscarinique et NO)Des artérioles Des artères pie-mériennes,

Sérotonine Noyaux dorsaux du raphé intra-cérébrales des artérioles pénétrantes et(COHEN et al., 1996) (récepteurs 5HT1) des artérioles intra-cérébrales

(récepteurs 5HT2 ou 5HT7)NO (ESTRADA et DEFELIPE, 1998) Des artères intra-cérébrales (viaAcide γ-amino-butyrique (GABA) Interneurones du cortex GMPc pour NO et récepteurs(VAUCHER et al., 2000) GABAA pour le GABA)

NPY Inter-neurones corticaux et neurones Des artérioles intra-cérébrales Des artères intra-cérébralesde la substance blanche sous-corticale (récepteurs Y1 sur les CMLs) (via la production de NO)

CortexVIP, VIP et

Peptides acétylcholine Interneurones du cortex Des artères pie-mériennes et(DAUPHIN et des artérioles intra-cérébralesMACKENZIE, 1995) PHIOpioides ? Des artères intra-cérébrales Des artères intra-cérébrales

Tableau 2 : Principales caractéristiques de l’innervation intrinsèque des vaisseaux cérébraux.

Figure 5 : Effet de la pression artérielle partielle en oxygène(PaO2) sur la perfusion cérébrale (d’après REIVICH, 1964;PURVES, 1972). La relation entre le débit sanguin cérébral (DSC) et la pressionartérielle partielle en oxygène est une courbe ayant l’allured’une hyperbole. Lorsque la PaO2 diminue (hypoxie) et devientinférieure à 50-60 mmHg, le DSC augmente (vasodilatation).

100

20

0

30 50 100

Augmentation de DSC(% DSC en normoxie)

PaO2 (mmHg)

PaO2 physiologique

Variation de la pression de perfusion cérébrale :l’autorégulation (revues dans EDVINSSON, MACKENSIE et McCULLOCH, 1993 ; BRIAN,FARACI et HEISTAD, 1996)

Définition

L’autorégulation est la propriété qui permet au DSC derester constant quand la pression de perfusion cérébrale(PPC) varie dans certaines limites. Ces limites sont diteslimites inférieure (50-60 mmHg) et supérieure (130-150 mmHg) de l’autorégulation (figure 7). En dehors deslimites de l’autorégulation, le DSC varie de façon linéaireavec la PPC. La PPC est définie comme la différence entrela pression artérielle carotidienne et la pression jugulaire.Dans les conditions physiologiques, la pression du LCR quis’applique sur la paroi externe des vaisseaux extra-céré-braux est légèrement inférieure à la pression veineuse desorte qu’elle est négligée. Cela n’est plus vrai en cas d’hy-pertension intra-crânienne puisque la PPC est alors égale àla différence entre la PAM et la pression intra-crânienne.

Le maintien du débit au cours de l’autorégulation estdû à une augmentation du diamètre des artérioles céré-brales quand la PPC baisse et à une réduction du diamètrede ces vaisseaux quand la PPC augmente. On parle respec-tivement de vasodilatation et de vasoconstriction cérébraleou d’une baisse et d’une augmentation de la résistancecérébrovasculaire (RCV).

L’autorégulation est interprétée comme un mécanismehoméostatique qui protège le cerveau d’une hypoxie et d’unehypercapnie tissulaires quand la pression baisse et d’une rup-ture de la BHE quand la pression de perfusion s’élève.

Mécanismes

Malgré de très nombreuses études, les mécanismes res-ponsables de l’autorégulation du DSC ne sont toujours pasbien compris. Schématiquement, quatre théories sont évo-quées : la théorie myogène, la théorie métabolique, la théo-rie neurogène et la théorie endothéliale. Ces hypothèses nesont pas exclusives l’une de l’autre.

La théorie myogène fait l’hypothèse que la CML vas-culaire réagit aux variations d’un stimulus mécaniquedépendant de la PPC.

Elle s’appuie essentiellement sur des expériences réali-sées in vitro avec des segments isolés de vaisseaux. Elle estsurtout adaptée pour expliquer la vasoconstriction en casd’augmentation de PPC. Les CMLs sont sensibles auxvariations de pression transmurale (PTM) qui est égale à ladifférence entre la pression intra-vasculaire et la pressionextra-vasculaire. Ainsi, la diminution de la PTM provoqueune relaxation des CMLs d’où une dilatation du vaisseau etinversement en cas d’augmentation de la PTM. En terme depotentiel membranaire des CMLs, ce phénomène corres-pond à une dépolarisation quand la PTM augmente et à unehyperpolarisation dans le cas contraire. La molécule res-ponsable de la transduction du signal pourrait être l’acide20 hydroxyeicosatétranoïque (20 HETE) en cas d’augmen-tation de la PTM. Il s’agit d’un dérivé du métabolisme del’acide arachidonique sous l’action de certains cytochromesP450. Des travaux récents ont montré que les CMLs sontaussi capables de détecter des variations de force decisaillement lorsque la PTM est maintenue constante. Laforce de cisaillement s’exerce tangentiellement à l’endothé-lium. Elle est due au frottement occasionné par l’écoule-ment sanguin. Elle est proportionnelle au débit et à la vis-

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Figure 6 : Effet de l’hématocrite sur la perfusion cérébrale(modifié d’après HARRISON, 1989)

Figure 7 : Effets de la variation de pression perfusion céré-brale sur le diamètre des artères cérébrales (courbe A), ledébit sanguin cérébral (DSC) (courbe B) et la résistancecérébrovasculaire (courbe C).Courbe B : lorsque la pression de perfusion varie dans un intervalleborné par deux limites, dites limite inférieure (environ 50 mmHg) etlimite supérieure (environ 150 mmHg) de l’autorégulation, le DSCreste constant. Ce phénomène est appelé autorégulation du DSC.En dehors de l’intervalle, le DSC varie de façon proportionnelleavec la pression de perfusion. Courbe A : l’observation des artèrespie-mériennes quand la pression de perfusion varie montre quel’autorégulation est due à une augmentation du diamètre des vais-seaux (vasodilatation) et à une diminution du diamètre (vasocons-triction) quand la pression de perfusion respectivement diminue etaugmente. Courbe C : Cette courbe décrit le même phénomène quela courbe A mais il est ici exprimé en terme de résistance à l’écou-lement sanguin. En effet, les artères pie-mériennes sont des vais-seaux résistifs : la variation de leur diamètre module la résistanceà l’écoulement sanguin. Lorsque les artères pie-mériennes se dila-tent, la résistance cérébrovasculaire diminue et inversement.

DSC

(ml/1

00g.

min

)

Hématocrite (%)

Diamètre des artères pie-mérienne

DSC

Résistance cérébrovasculaire

Pression de perfusioncérébrale

Limite inférieure del’autorégulation

Limite supérieure del’autorégulation

cosité du sang. Une augmentation de la force de cisaille-ment sans changement de PTM provoque ainsi une vaso-constriction. Cette contraction du vaisseau ne nécessite pasla participation de l’endothélium. Les variations de force decisaillement seraient transmises à la couche de CMLs pardes intégrines qui sont des protéines transmembranaires encontact avec le cytosquelette des CMLs.

La théorie métabolique permet surtout d’expliquer lemaintien du DSC quand la PPC baisse. En effet, elle sti-pule que l’autorégulation est due dans ce cas à l’accumu-lation tissulaire d’un métabolite ayant des propriétés vaso-dilatatrices. Un grand nombre de métabolites ont été pro-posés comme le CO2, les protons, K+, Ca2+, l’adénosine oules prostaglandines. La baisse de la PO2 tissulaire peut éga-lement être à l’origine de l’autorégulation du DSC dans lecas d’une hypotension.

L’implication du CO2 est peu admise puisque la PCO2

tissulaire et la PCO2 du LCR ne varient pas pendant la miseen jeu de l’autorégulation. De plus, l’autorégulation persisteen cas d’alcalose respiratoire. Cependant la capnie influenceles limites de l’autorégulation du DSC : la limite inférieureaugmente avec la capnie alors que l’inverse se produit pourla limite supérieure. Le pH intracellulaire et la concentrationextracellulaire en K+ ne varient pas lorsque la PAM est abais-sée. En revanche, l’autorégulation nécessite l’ouverture dela gKATP quand la PPC diminue. En ce qui concerne le cal-cium, des travaux ont montré que l’autorégulation est abolieaprès administration d’inhibiteurs des canaux calciques quidiminuent la (Ca2+)i. Ces résultats sont cohérents avec uneimplication du calcium dans la vasoconstriction mise en jeupar une augmentation de la PPC. En revanche, une (Ca2+)i

abaissée ne devrait pas perturber la vasorelaxation induitepar une diminution de la PPC. Des études récentes suggèrentégalement une implication de l’adénosine dans les méca-nismes puisque l’application locale d’un antagoniste spéci-fique des récepteurs A2A à l’adénosine supprime la dilata-tion des artères pie-mériennes. Les prostaglandines dilata-trices semblent intervenir dans l’autorégulation du DSC dunouveau né alors que leur rôle n’est pas démontré chezl’adulte. Par ailleurs, l’autorégulation semble dépendre d’unmécanisme sensible à la PO2 péri-vasculaire puisque unehyperoxie locale inhibe la dilatation des artères pie-mériennes lorsque la PPC diminue.

Selon l’hypothèse neurogène, l’autorégulation seraitdue à la mise en jeu de l’innervation de la circulation céré-brale. La rapidité de la mise en place de l’autorégulationest un argument en faveur de cette théorie.

En ce qui concerne l’innervation extrinsèque, il estacquis que l’inhibition du système sympathique déplace lalimite inférieure de l’autorégulation vers les basses pres-sions alors que la stimulation du système induit un dépla-cement de cette limite vers les hautes pressions. Le sys-tème sympathique vasoconstricteur extrinsèque prévientdonc la rupture de la BHE en cas d’augmentation de la

PPC. Le baroréflexe a également un rôle protecteur dans cecas puisque l’interruption du réflexe déplace la limitesupérieure de l’autorégulation vers les hautes pressions.Quand la PPC atteint la limite supérieure de l’autorégula-tion, l’activation du baroréflexe libèrerait du NO vasodila-tateur et mettrait ainsi fin à l’autorégulaton. Par ailleurs,l’innervation sensorielle, via la libération de CGRP, seraitimpliquée au cours des hypotensions. L’effet vasodilatateurdu CGRP nécessiterait l’ouverture de la gKATP.

Le rôle potentiel de l’innervation intrinsèque a aussi étéexploré. Ainsi, la destruction bilatérale du noyau du fais-ceau solitaire inhiberait l’autorégulation.

Enfin, selon la théorie endothéliale, le changement dePPC serait détecté par l’endothélium qui synthétiserait dessubstances capables d’influencer la CML sous-jacente.Cette hypothèse repose sur des expériences qui ont montréque la destruction de l’endothélium supprime l’autorégula-tion du DSC.

Le stimulus mécanique responsable de l’activation del’endothélium serait une variation de la force de cisaille-ment. Les substances vasodilatatrices sécrétées par l’endo-thélium sont le NO, la prostacycline, l’EndotheliumDerived Hyperpolarizing Factor (EDHF) et l’adrénomédul-line. L’endothélium synthétise aussi des molécules aux pro-priétés vasoconstrictrices comme le thromboxane A2, et laprostaglandine PGF2α. Enfin, les endothélines et l’angio-tensine II, également libérées par l’endothélium, ont à lafois des effets constricteurs et relaxants via des récepteursdifférents. Le NO endothélial interviendrait dans la dilata-tion des vaisseaux en cas d’hypotension sévère.

Régulation locale : le couplage neurovasculaire ouhyperémie fonctionnelle (revues dans : VILLRIN-GER et DIRNAGL, 1995)

L’idée que la perfusion cérébrale varie localement avecl’activité des neurones est ancienne (ROY et SHERRING-TON, 1890). La démonstration du couplage neurovascu-laire fut cependant faite quatre-vingts ans plus tard avecl’avènement des techniques de mesure de DSC local. Lecouplage neurovasculaire fait qu’une augmentation deDSC apparaît dans les secondes qui suivent une activationneuronale. Cette hyperémie existe dans un volume de tissuplus grand que celui dans lequel a lieu l’activation car elleest due à une vasodilatation des artérioles résistives situéesen amont des neurones stimulés.

Description hémodynamique du phénomène (figure 8)

Lorsqu’une zone cérébrale corticale est activée, ilexiste une diminution de la PO2 qui précède l’augmenta-tion de perfusion cérébrale. Cette hypoxie tissulaire transi-toire (initial dip en anglais) est due à une augmentation dela consommation locale en oxygène. L’hypoxie disparaîtlorsque le débit d’oxygène délivré au tissu augmente dufait d’un accroissement du DSC (environ 2 s après le débutde la stimulation). Comme ensuite l’apport d’oxygène

MÉMOIRES


(débit) est plus important que la consommation d’oxygène(métabolisme oxydatif), une hyperoxie tissulaire relativepeut être mise en évidence.

Le couplage neurovasculaire se traduit aussi par desvariations locales de concentrations en hémoglobine oxy-génée (HbO2) et en hémoglobine désoxygénée (Hb).Cependant les résultas diffèrent selon les protocoles et larésolution spatiale des méthodes utilisées. Certaines ontmis en évidence une augmentation de (Hb) dès les pre-miers instants de la stimulation (MALONEK et GRIN-VALD, 1996) alors que d’autres auteurs constatent aucontraire une baisse de (Hb) pendant l’activation (VILL-RINGER et DIRNAGL, 1995). En revanche, il existe unconsensus quant à l’existence d’une augmentation de(HbO2) pendant le phénomène.

Mécanismes (revues dans ANDERSON et NEDER-GAARD, 2003)

L’accumulation de métabolites et la mise en jeu de l’in-nervation intrinsèque ont longtemps constitué les deux hypo-thèses avancées pour expliquer le couplage neurovasculaire.Depuis peu l’implication des astrocytes a été démontrée.

Hypothèse métabolique

D’après cette hypothèse, les neurones activés libèrentdes catabolites vasodilatateurs qui diffusent vers les vais-seaux cérébraux et provoquent leur relaxation. Les catabo-lites candidats sont les protons, le potassium et l’adéno-sine. Une diminution de la PO2 tissulaire peut aussi êtreinvoquée. Quoi qu’il en soit, deux arguments vont à l’en-contre de cette hypothèse. Le premier est le délai néces-saire à la libération de métabolites ; il paraît en effet peucompatible avec la rapidité avec laquelle le couplage estmis en place. D’autre part, dès lors que l’hyperémie est

installée pendant la stimulation, la concentration des cata-bolites diminue (phénomène de washing out) et la PO2

augmente ; le stimulus à l’origine du phénomène devraitdisparaître. Toutefois, dans le cadre de cette hypothèse,l’intervention du potassium paraît plausible si les astro-cytes se comportent comme les cellules gliales de la rétine.En effet, il a été montré que ces cellules « siphonent » lepotassium libéré du fait de la dépolarisation des cellulesneuronales activées. Or, l’augmentation de la concentra-tion en potassium dans les pieds astrocytaires pourrait pro-voquer une relaxation des microvaisseaux.

Innervation intrinsèque

D’après cette hypothèse, les microvaisseaux corticauxseraient innervés par des neurones intrinsèques contenantdes neuromédiateurs ayant un effet vasodilatateur (acétyl-choline, VIP, NO, sérotonine et GABA). Ces moléculesseraient libérées quand les neurones sont activés en mêmetemps que d’autres neurones voisins n’entrant pas directe-ment en contact avec les vaisseaux. Cette théorie supposel’existence d’une innervation axonale très dense à proxi-mité des vaisseaux intra-cérébraux. Or ceci n’a jamais étédémontré. Dans le cadre de cette théorie, le NO est un neu-rotransmetteur particulièrement pertinent car il est très dif-fusible (effet vasodilatateur dans un rayon de 100 µm) et aune demi-vie courte (ESTRADA et DEFELIPE, 1998).Souvent, dans ces neurones, le NO est colibéré avecd’autres neurotransmetteurs (GABA, NPY) et il n’auraitalors qu’un rôle de modulateur dans le couplage neurovas-culaire (LINDAUER et al., 1999).

Rôle des astrocytes dans le couplage neurovasculairedu cortex cérébral (ZONTA et al., 2003)

La majorité des synapses corticales ont comme neuro-médiateur un acide aminé excitateur qui est le glutamate.Or, il a été montré récemment que les astrocytes possèdentau niveau de leur membrane cellulaire une variété derécepteurs au glutamate (mGluRs) qui est impliquée dansle couplage neurovasculaire. L’activation de ces récepteursinduit une augmentation de la (Ca2+)i dans les astrocytes etcela jusque dans les pieds astrocytaires qui sont en contactavec les microvaisseaux. L’augmentation de la (Ca2+)i estensuite à l’origine de la synthèse d’une molécule vasodila-tatrice issue de l’action des cyclooxygénases et/ou du cyto-chrome P450 sur l’acide arachidonique.

Application : les techniques de neuroimagerie fonctionnelle

Ces quinze dernières années, des progrès considérablesont été réalisés en sciences cognitives avec l’avènement destechniques de neuroimagerie fonctionnelle. Certaines de cesméthodes explorent le fonctionnement cérébral de façonindirecte en étudiant les phénomènes vasculaires associés à lastimulation neuronale c’est à dire le couplage neurovascu-laire. Ces approches sont non invasives et donc particulière-ment adaptées pour les études chez l’homme. Elles utilisentsoit un traceur exogène (tomographie par émission de posi-tons (TEP)) ou au contraire un traceur interne qui est l’hé-

MÉMOIRES


Figure 8 : Evènements hémodynamiques mis en évidence dansle cortex cérébral de rat au cours d’une stimulation somato-sensorielle d’un membre antérieur pendant 4 secondes.(ANCES et al., 2001). L’activation neuronale induit d’abord une diminution de la pressionpartielle en oxygène dans le cortex cérébral (∆PO2 négatif) du faitd’une augmentation de la consommation locale en oxygène.Lorsque deux secondes environ après le début de la stimulation, ledébit sanguin cérébral augmente (∆DSC positif), ∆PO2 devientpositif (hyperoxie tissulaire relative) car la quantité d’oxygèneapportée du fait de l’augmentation de perfusion est supérieure à laconsommation en oxygène.

∆PO2 (mmHg)

30

0

40

20

moglobine (spectroscopie dans le proche infra-rouge et ima-gerie fonctionnelle par résonance magnétique (IRMf)).Comme les veinules contiennent environ 75 % du sang céré-bral, les deux dernières méthodes s’intéressent surtout auxconséquences du couplage neurovasculaire sur l’hémoglo-bine du compartiment veineux.

TEP

La méthode appliquée à la neuroimagerie détermine enfait l’augmentation relative de DSC local associée à une acti-vation neuronale. Elle consiste à injecter au sujet un traceurradioactif qui émet des positons lorsqu’il se désintègre. Letraceur a une demi-vie très courte (quelques minutes). Pourles mesures de DSC, il s’agit le plus souvent d’eau marquée(H2

15O) qui diffuse librement dans le parenchyme cérébral.Après l’injection et quand un équilibre de saturation estatteint, la concentration intracérébrale du traceur est fonctiondu DSC. La concentration du traceur est déterminée par laquantité d’énergie émise lors de la désintégration du traceur.L’énergie provient de la rencontre d’un positon avec un élec-tron du tissu cérébral et elle est libérée sous forme de photonsgamma. La détection des photons ainsi que de leur lieud’émission est réalisée avec des détecteurs disposés circulai-rement autour de la tête du sujet. Au final, une représentationspatiale de la densité de radioactivité présente dans l’encé-phale (tomographie) est obtenue. En comparant la tomogra-phie effectuée chez le sujet au repos avec celle effectuée chezle sujet stimulé, il devient possible d’isoler les variations dedébit dues à l’activation neuronale. Enfin, la superpositiond’images TEP avec une image anatomique du cerveau permetde situer les variations de débit dans les structures cérébrales.

La résolution spatiale de cette méthode est bonne (3-4 mm). En revanche, sa résolution temporelle, c’est à dire ledélai minimal à observer entre deux activations successivesde la même région cérébrale, est faible (environ 10 min).

Spectroscopie dans le proche infrarouge (revue dansOBRIG et VILLRINGER, 2003)

Les photons dans le proche infrarouge (longueurd’onde : 700 à 1000 nm) pénètrent plus profondément dansles tissus biologiques que les photons du spectre visible.D’autre part, le tissu cérébral contient HbO2 et Hb qui sontdes chromophores c’est à dire des molécules capables d’ab-sorber des photons avec des longueurs d’onde particulièressituées dans le proche infrarouge. L’absorption se traduit parune diminution de l’intensité du faisceau réfléchi. En 1977,il a été montré que la spectroscopie du tissu cérébral corticalest possible à travers l’os crânien intact avec un faisceaudans le proche infra-rouge (JÖBSIS, 1977). Le principe dela mesure est dérivé de la loi de Beer-Lambert. Ainsi, lavariation de concentration de chaque chromophore est pro-portionnelle à l’absorption du rayonnement dédié au chro-mophore. Cette technique permet donc de déterminer desvariations relatives d’(HbO2) et d’(Hb). Avec cette méthode,l’activation cérébrale se caractérise par une augmentationd’(HbO2) associée à une diminution d’(Hb).

La spectroscopie dans le proche-infrarouge a la plusgrande résolution temporelle (environ 0,5 s) mais sa réso-lution spatiale est médiocre (quelques centimètres).

IRMf (HEEGER et RESS, 2002)

Il s’agit de la plus récente des trois méthodes. La tech-nique la plus usitée est celle qui utilise le contraste BOLD(Blood Oxygen Level Dependent) c’est à dire les propriétésmagnétiques différentes de HbO2 et Hb. L’oxyhémoglobineperturbe peu un champ magnétique qui est appliqué au tissu(diamagnétisme) contrairement à l’hémoglobine réduite quicrée une inhomogénéité au sein du champ magnétique(paramagnétisme). Lorsqu’il a plus d’inhomogénéité,l’énergie restituée par le tissu est moindre. Cela se traduitpar une image moins intense. Comme pour la TEP, leszones activées par la stimulation sont repérées en compa-rant des images effectuées en l’absence de stimulation aveccelles obtenues pendant la stimulation. Au cours d’une acti-vation neuronale, l’intensité de l’image décroît pendant lestous premiers instants (augmentation d’(Hb)) mais ce phé-nomène n’est pas toujours décelé. En revanche, lorsque laperfusion augmente, il existe une hyperoxygénation dusang capillaire et veineux qui homogénéise le champmagnétique et qui rend l’image plus intense.

La résolution spatiale (1 mm) et la résolution tempo-relle (environ 2 s) sont meilleures que celles de la TEP.

• EXEMPLES DE PATHOLOGIES DUES À DES ALTÉRATIONSDE LA RÉGULATION DE LA CIRCULATION CÉRÉBRALE

Il n’est pas dans notre propos d’aborder ici toutes lespathologies liées à un dysfonctionnement de la circulationcérébrale. Deux ont cependant retenu notre attention carelles ont une grande incidence dans la population et parcequ’elles altèrent les deux grandes voies de régulation.

Hypertension artérielle et autorégulation(PAULSON, STRANDGARRD et EDVINSSON, 1990)

Chez les patients hypertendus chroniques, les limitesinférieure et supérieure de la courbe de l’autorégulation duDSC sont déplacées vers les hautes pressions. Ce phénomèneest attribué à des modifications structurelles de la paroi desvaisseaux cérébraux. La paroi s’hypertrophie au détriment dela lumière vasculaire qui diminue. Au final, les vaisseauxdeviennent plus rigides et moins aptes à se dilater. Cesmalades peuvent donc moins bien maintenir leur perfusioncérébrale quand la pression artérielle diminue et deviennentplus sensibles à l’ischémie cérébrale. Un traitement précocecontre l’hypertension rend le phénomène réversible.

Maladie d’Alzheimer et couplage neurovasculaire

La démence sénile de type Alzheimer se caractérise pardes troubles cognitifs tels qu’une perte de mémoire, unedésorientation et une altération de l’attention. L’intensitéde ces troubles est d’autant plus importante chez le malade

MÉMOIRES


que le débit sanguin est réduit dans le cortex pariéto-tem-poral (KEILP et PROHOVNIK, 1995). D’autre part, unedégénérescence des neurones cholinergiques du noyau deMeynert (WHITEHOUSE et al., 1982) et des fibres choli-nergiques corticales (GUEULA et MESULAM, 1996) aété mise en évidence chez ces patients. Une diminution desprojections des neurones cholinergiques sur les microvais-seaux intra-parenchymateux a aussi été démontrée (TONGet HAMEL, 1999). Or, l’activation de ces fibres nerveusesprovoque une dilatation des vaisseaux intra-corticaux vial’activation de récepteurs muscariniques (ELHUSSEINYet HAMEL, 2000). L’altération du contrôle cholinergiqueneurogène chez les malades pourrait compromettre le cou-plage neurovasculaire nécessaire à la réalisation de tâchescognitives mais aussi à l’éveil et à l’attention.

• CONCLUSIONS

Les mécanismes de régulation décrits ci-dessus permet-tent de maintenir les apports cérébraux en oxygène et glucosequand le milieu intérieur est perturbé (hypercapnie, hypoxie,variation de pression artérielle) mais aussi quand la demandemétabolique est accrue. Ces mécanismes ne sont toutefoisque partiellement connus. Cette connaissance imparfaite estdue au fait que les cellules musculaires lisses cérébrovascu-laires, effecteurs de la régulation, sont influencées à la foispar les cellules endothéliales, des neurones dont le corps cel-lulaire est situé en dehors du SNC mais aussi dans le SNC etenfin par les astrocytes.

MÉMOIRES


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la physiologie de la circulation cérébrale

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