Le liquide salé rince régulièrement dans le cerveau pour éliminer les toxines et les déchets, mais après un accident vasculaire cérébral, ce liquide inonde l'organe, noyant ses cellules.
L'enflure dans le cerveau, connue sous le nom d'œdème cérébral, survient après un AVC lorsque l'eau s'écoule dans les cellules du cerveau et l'espace qui les entoure. Pendant des années, les scientifiques ont pensé que cet excès de liquide provenait du sang, mais de nouvelles preuves suggèrent que l'eau provient entièrement d'une autre source: le liquide céphalorachidien riche en sodium qui imprègne le cerveau. Ces résultats proviennent à la fois de modèles de souris vivantes et de tissus humains.
Les résultats, publiés le 30 janvier dans la revue Science, indiquent des traitements potentiels pour maîtriser l'enflure dans le cerveau et améliorer la récupération des patients après un AVC.
Le cycle de lavage a mal tourné
Les accidents vasculaires cérébraux se produisent lorsqu'un blocage obstrue un vaisseau sanguin dans le cerveau ou qu'un vaisseau se rompt complètement. Sans un approvisionnement énergétique adéquat, les cellules du cerveau ne peuvent plus contrôler les particules qui traversent leurs membranes. En quelques minutes, les neurones gonflent comme des ballons de plage trop remplis et commencent à court-circuiter, à accumuler des dégâts et à mourir. Quelques heures plus tard, le tissu tissé serré qui tapisse les vaisseaux sanguins du cerveau, la barrière hémato-encéphalique, commence également à mal fonctionner, et tout l'organe absorbe de l'eau.
"Depuis plus de 60 ans, les gens pensaient que cette accumulation de liquide provenait du sang" qui fuit à travers la barrière hémato-encéphalique compromise, a déclaré l'auteur principal de l'étude, le Dr Humberto Mestre, clinicien et doctorant actuel au University of Rochester Medical Center ( URMC) Centre de neuromédecine translationnelle. Mais l'œdème cérébral s'installe bien avant que la barrière hémato-encéphalique ne s'effondre, amenant Mestre et ses collègues à se demander si l'eau vient réellement d'ailleurs.
"Personne n'avait regardé ces sources alternatives de fluide", a déclaré Mestre. Le liquide céphalorachidien, qui représente environ 10% du liquide trouvé dans la cavité crânienne des mammifères, s'est révélé être un candidat prometteur, a-t-il ajouté.
Dans le cerveau, le liquide céphalo-rachidien s'écoule à travers le système glymphatique, un réseau de tubes qui serpente le long des chemins creusés par les veines et les artères de l'organe, selon un rapport de 2015 dans la revue Neurochemical Research. Le fluide s'écoule juste à l'extérieur des vaisseaux sanguins, maintenu en place par un "tunnel en forme de beignet" de cellules. (Imaginez une longueur de fil, représentant une artère, reposant à l'intérieur d'un tuyau en caoutchouc, qui agit comme le tunnel extérieur rempli de liquide.) Lorsque les muscles le long des artères se contractent, le liquide céphalorachidien voisin est poussé le long de son trajet et ramasse les déchets métaboliques sur le chemin. En plus de retirer les déchets, le système glymphatique peut également aider à distribuer les graisses, les sucres et d'autres composés importants dans le cerveau.
Bien que crucial dans un cerveau sain, à la suite d'un accident vasculaire cérébral, le système glymphatique se détraque et entraîne l'apparition d'un œdème, ont découvert Mestre et ses co-auteurs. "Le liquide céphalorachidien est en fait le principal moteur de l'enflure juste après l'accident vasculaire cérébral", a déclaré Mestre.
Rester l'inondation
Le rôle du liquide céphalo-rachidien dans les accidents vasculaires cérébraux a échappé aux scientifiques pendant des décennies, en partie, car aucune technologie n'existait pour observer un accident vasculaire cérébral se déroulant en temps réel, a déclaré Mestre.
Lui et ses co-auteurs ont combiné plusieurs techniques pour observer le changement de débit de fluide chez les souris victimes d'un AVC. L'équipe a examiné le cerveau des animaux en utilisant à la fois l'IRM et un microscope à deux photons, qui utilise des produits chimiques lumineux et fluorescents pour imager les tissus vivants. "Nous pouvons essentiellement imaginer ce que fait le liquide céphalorachidien pendant que l'AVC se produit", a déclaré Mestre. En infusant le fluide avec des particules radioactives, les chercheurs pourraient également déterminer comment le débit a changé au fil du temps.
En utilisant ces méthodes, l'équipe a déterminé que l'œdème s'empare du cerveau de la souris "dès 3 minutes" après un AVC, bien avant que la barrière hémato-encéphalique ne commence à fuir, a déclaré Mestre. En court-circuitant les cellules du cerveau, elles crachent des messagers chimiques appelés neurotransmetteurs et potassium dans l'espace au-delà de leurs membranes. Les cellules voisines réagissent à l'afflux de produits chimiques et, à leur tour, se court-circuitent. Alors que ces tempêtes électriques balayent le cerveau, les muscles des vaisseaux sanguins se contractent et créent une poche d'espace entre eux et le système glymphatique environnant. Le liquide céphalo-rachidien salé est aspiré dans le vide résultant, entraînant avec lui les molécules d'eau.
"Partout où le sodium s'accumule, l'eau va le suivre", a déclaré Mestre. L'équipe a pu voir ce jeu de suivre le leader se dérouler dans certaines zones du cerveau, mais n'a pas pu suivre le débit d'eau dans tout l'organe à la fois. Cependant, en utilisant un modèle informatique pour simuler l'ensemble du réseau glymphatique, ils ont pu prédire comment la constriction des vaisseaux sanguins entraînerait l'écoulement de l'eau dans tout le cerveau d'une souris après un AVC.
Pour relier les points entre les souris et les humains, les auteurs ont examiné le tissu cérébral des patients décédés d'un AVC ischémique, un caillot sanguin bloquant un vaisseau sanguin dans le cerveau. La souris et le cerveau humain ont accumulé du liquide dans les mêmes régions, à savoir les zones à travers lesquelles le système glymphatique fonctionne et ramasse les déchets. Étant donné la forte corrélation entre les animaux et les personnes, "ces résultats pourraient fournir une base conceptuelle pour le développement de stratégies de traitement alternatives", ont noté les auteurs.
L'équipe a testé l'une de ces stratégies chez la souris en bloquant un canal d'eau sur les astrocytes, cellules du cerveau qui aident à diriger l'eau à travers le système glymphatique. Les souris qui n'avaient pas de canal étaient plus lentes à développer un œdème après un AVC, ce qui suggère qu'un traitement similaire pourrait être prometteur chez les patients humains. En plus de bloquer l'écoulement de l'eau, les futurs traitements pourraient potentiellement prévenir l'œdème en ralentissant la propagation de l'activité électrique induite par un AVC dans le cerveau, ont ajouté les auteurs. Ces orages électriques continuent de barrer le cerveau pendant des jours après un AVC, provoquant un œdème à chaque fois qu'ils surviennent.
Les ondes nocives d'activité électrique observées dans les AVC ischémiques apparaissent également de concert avec «pratiquement toutes les blessures», a déclaré Mestre. La nouvelle étude suggère que le système glymphatique peut jouer un rôle dans des conditions où il y a des saignements dans et autour du cerveau, des lésions cérébrales traumatiques et même des migraines, bien que de telles connexions restent "purement spéculatives". Un jour, le système glymphatique pourrait offrir aux médecins une toute nouvelle stratégie pour traiter les lésions cérébrales aiguës, a déclaré Mestre.
