AUTOREGULATION CEREBRALE

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Allo Tours..., ici Angers...
2
CIRCULATION CEREBRALE ET SON CONTROLE

• G Lefthériotis
• Laboratoire de Physiologie
• UPRES EA 2170
• Angers

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Plan du cours

• Rappels anatomiques
• Rappels physiologiques
• Métabolisme et cerveau
• Circulation cérébrale
• Innervation de la circulation cérébrale
• Les méthodes de mesure
• Contrôle de la circulation cérébrale
• L'autoregulation cérébrale
• définition
• autorégulation statique
• autorégulation dynamique
• Autorégulation cérébrale et syncope

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Organisation générale
5
Circulation artérielle cérébrale
6
Anatomie de la vascularisation corticale
7
Barrière Hémato-Encéphalique

• Barrière Physique
• Jonctions sérrées
• absente au niveau
• hypophyse, organes circulventriculaires
• Neurosécretion
• Chemosensibilité
• Barrière Enzymatique
• Ex MAO
• Substance Lipophyle
• D glu
• AA, CO2, O2

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Innervation vasculaire cérébrale

• Willis 1664
• Innervation Sympathique
• Innervation Parasympathique
• Innervation sensorielle

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Innervation Sympathique

• Innervation Sympathique
• adventice des vx de la pie-mère
• origine GGl cervical supérieur ipsilatéral
• néocortex
• inférieure aux autres artères
• Neurotransmetteurs
• Noradrénaline (VC)
• purinérgique ATP
• Neuropeptide Y (NPY)

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Effets du Sympathique

• Stimulation électrique
• BF vasodilatation
• HF vasoconstriction
• action pharmacologique
• Limité par la BHE
• ? VC
• ? VD
• NPY VC,
• prolongée
• indépendante de l'endothélium

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Innervation Parasympathique

• Innervation Parasympathique
• prédomine sur territoires ant et moyens
• origine discutée GGl sphénopalatin ?
• Adventice
• Neurotransmetteurs
• Acétylcholine (récepteurs M)
• Vaso Intestinal Peptide
• Dynorphine B

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Effets du sympathique

• Stimulation éléctrique
• vasodilatation
• Action pharmacologique
• Acétylcholine
• action directe
• VD (Muscarinique)
• action indirecte
• bloque la sécrétion Adr via les récepteurs
  nicotiniques
• VIP
• VD ?
• Dynorphine B
• ?

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Innervation Sensorielle

• Fibres C amyéliniques
• adventice des vx pie-mériens
• origine GGl trigéminé
• innervation ipsilatérale gtgt bilatérale
• Neurotransmetteurs
• Calcitonin Gene-Related peptide (CGRP)
• VD
• Ganylate cyclase
• Substance P (SP)
• VD (NK1)
• Neurokinine 1 (NK1)
• Dynorphine B, Enképhalines

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Amines neuronales du SNC

• Neurones Adrénergiques
• locus coeruleus
• Neurones sérotoninergiques
• pons et mésencéphale
• pie-mère
• VC et VD via récepteurs ?

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Amines neuronales du SNC (2)

• Neurones Dopaminergiques
• Substancia nigra (pars compacta) -gt Striatum
• VC
• Neurones cholinergiques
• Substancia innominata-gtcortex
• VD (Muscariniques et Nicotiniques)
• dépendant de NO
• Autres Amines
• NPY
• VIP
• Nitroxidergiques (NO)

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En résumé...
Sensoriel CGRP SP NK1
antidromique
ExtraParenchymateux
Pie-mère
? Nora ATP NPY
?
Para ? Ach VIP (DynB)
modulation
IntraParench
Nora, 5HT, Dopa Ach, NPY, VIP, NO
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Caractéristiques du débit cérébral

• Le cerveau ne possède pas de réserves
  énergétiques propres
• Il est situe au dessus du cur
• Dans une enceinte indéformable le crâne
• Il doit s'adapter en fonction des besoins
  métaboliques et de façon permanente

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hémodynamique cérébrale en quelques chiffres

• 750 mL/min de sang soit 50 à 60 ml/100g/min de
  tissu cérébral
• 12 à 15 du débit cardiaque
• Consommation maximale d'O2 (CMRO2 3.5
  ml/100g/min ( 50 ml/min d'O2 avec 0.2 ml d'O2 /
  ml de sang)
• Le cerveau reçoit 3 fois plus d'O2 par rapport à
  ses besoins
• Besoin d'élimination des déchets

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hémodynamique cérébrale en quelques chiffres

• Consommation de glucose
• Aérobie 85-95
• glycogènolyse 15
• Consommation de lactates
• 15
• Facteur non limitant du métabolisme cérébral (O2
  )

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facteurs influençant la perfusion cérébrale

PPC
(
)


h?g
PIC
Pv
1/3
PAM
la pression artérielle (PAM) doit vaincre la
pression hydrostatique (h?g), la Pression
intracrâniennes (PIC) et la pression veineuse
(Pv) (celle ci est négative en position debout).
C'est la Pression de Perfusion Cérébrale (PPC)
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VARIATIONS HEMODYNAMIQUES SYSTEMIQUES LORS DU
LEVER
PAS
?? ?RVS
PAM
PAD

• ?para?
• ??
• ?Qc

Préservation du Qcéré
FC
Imholz et al., Cardiovasc Res, 1990
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Le débit cérébral est influencé par le métabolisme

• 50 du débit cérébral est utilisé pour permettre
  le fonctionnement neuronal
• Le débit est constant mais redistribué en
  fonction des besoins
• Le débit sanguin est couplé avec le métabolisme
  local

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Mesure du débit cérébral

• Mesures du débit cérébral
• directes
• Indirectes
• Mesures du métabolisme cérébral
• Directes

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Mesure du débit cérébral

• Indirectes
• Basse résolution temporelle
• Principe de Fick (CBFuptake/A-V différence).
• Traceurs
• Kety-Schmitt Xe133, N2O
• différence artério-veineuse en O2
• Q céréb constant x 1(a-v)O2
• Sinctigraphie cérébrale
• traceurs HMPAO, 99Tc-ECD
• AngioMR (?)

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Mesure du débit cérébral

• Haute résolution temporelles
• Invasives
• capteurs électromagnétiques
• Débimètres ultrasoniques (Tps de vol)
• vidéocapillaroscopie dynamique (/-)
• Non Invasives
• Doppler transcrânien
• circulation proximale
• Laser-Doppler
• cortex
• Spectroscopie du proche infrarouge
• parenchyme

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ECHO-DOPPLER TRANSCRANIEN
SONDE
27
Fluxmétrie Laser Doppler
28
Vidéocapillaroscopie Dynamique
29
Spectroscopie du proche infrarouge (NIRS)
Suivi de l'absorption de Hbo // HB (650 à 1000nm)
30
Mesure du métabolisme cérébral

• couplage débit sanguin et circulation cérébrale
• Consommation O2
• Consommation du Glucose
• TEP 2-3Fluoro-Déoxy-Glu
• SPECT H2O15,...
• Etude du métabolisme d'un traceur
• Etude des récepteurs
• Autres
• Spectroscopie IRM
• Spectroscopie NIRS
• Autoradiographie (D Glu)

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IRM Fonctionnelle (BOLD)
32
Tomographie d'Emission de Positron
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Facteurs de régulation du débit cérébral

• Métaboliques
• Liés à l'activité cérébrale
• CO2 et O2
• ATP
• K, Ca
• Neurogéniques
• innervation sympathique
• innervation parasympathique
• innervation sensorielle

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Effet du CO2
Le CO2 est un puissant vasodilatateur cérébral il
agit indirectement par l'intermédiaire du pH
intracérébral. Une variation de 1 mmHg de la
pression partielle de CO2 entraîne une
augmentation de DSC de 5. Le CO2 traverse
facilement la barrière hémato-encéphalique car il
est liposoluble
BHE
LCR
SANG
anhydrase carbonique
CO2
H2O
H HCO3
CO2 H2O
H
pH
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Hypoxie-Hypocapnie

• HYPOXIE
• VASODILATATION
• MAIS l'HYPOXIE est a l'origine d' une
  HYPERVENTILATION
• d'ou une HYPOCAPNIE
• et donc une VASOCONSTRICTION

compétition
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La circulation cérébrale est autorégulée
Définition Mécanisme assurant un débit
constant entre 2 limites de pression de perfusion
cérébrale. Au dessous et au dessus de ces
limites, le débit n'est plus régulé
Débit (ml/100g/min)
Limite inf
Limite sup
60
140
mmHg
Lassen, 1959
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Autorégulation Cérébrale et métabolisme cérébral
38
Mécanismes de l'autorégulation

• Hypothèse Myogénique
• contraction du myocyte induite par l'étirement
• délai 60 sec environ
• Hypothèse Métabolique
• accumulation de métabolites (ATP, K, Ca, CO2)
• Hypothèse Neurogénique
• Intervention de l'innervation intracérébrale
  et/ou extracérébrale
• représente 5 à 10

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méthodes de détermination de l'autorégulation

• METHODES STATIQUES
• Paliers stables de pression
• Induction pharmacologique
• Vasodilatateurs
• vasoconstricteurs
• METHODES DYNAMIQUES
• Variations temporelles de la pression artérielle
• Induction pharmacologique
• Induction non-pharmacologique

40
Détermination de l'autorégulation statique
PRESSION
VC
etc......
VD
20 mmHg
Qcérébral
Qcérébral
20 mmHg
Qcérébral
TEMPS
min.
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Détermination de l'autorégulation dynamique

• Nécessite une technique de mesure adaptée
• doppler transcrânien
• Modification de la pression artérielle
• Pharmacologique
• Agents vasodilatateurs ou vasoconstricteurs
• Nitroglycérine
• Phenyléphrine
• Interférence avec le système vasculaire cérébral
• Non pharmacologique
• vasodilatation post ischémique
• "standing squatting"
• oscillations respiratoires

42
Autorégulation Dynamique
Kontos, 1978
43
ANALYSE TEMPORELLE
Variation
Vacm
RVC
?PAM
TAC 20/sec
stimulation
Temps (sec)
44
Détermination d'un index d'autorégulation par
modélisation de la réponse
Courbes théoriques
Courbe expérimentale
45
ANALYSE FRÉQUENTIELLE
6.5 sec
RVC PAM/Vacm
PAM
Vacm
cycles 12s
46
AUTOREGULATION ANORMALE
déphasage (1.5sec)
CVR ABP/CBFv
ABP
CBFv
cycles (3sec)
47
Fonctions de transfertet analyse spectrale
croisée
48
Fonctions de transfert etAnalyse spectrale
croisée
49
Débit cérébral et syncope

• Définitions
• 1 sujet sur 6
• 1 à 2 des urgences
• Perte de conscience soudaine et temporaire avec
  perte du tonus postural avec récupération
  spontanée
• Causes cardiaques
• Causes non cardiaques
• Hypotension Orthostatique
• Syncopes neurocardiogéniques
• Syncopes réflexes Syndrome du sinus carotidien

50
ALTERATIONS DE L'AUTOREGULATION
QCEREBRAL
Vasoconstriction
Bas débit
PAM
50-60 110-150
mmHg
51
Syncope et Hypotension Orthostatique
Harms et al, Stroke 2000
52
Débit cérébral et syncope neurocardiogénique

• Mécanisme de la syncope
• Arrêt de perfusion cérébrale
• diminution du ? augmentation para ?
• Réflexe de Bezold-Jarish

NTS
Bradycardie
Vasodilatation
Hypotension
? Retour veineux
53
PERFUSION CEREBRALE ET SYNCOPE NEUROCARDIOGENIQUE
SYNCOPE
54
Vasoconstriction cérébrale paradoxale ?
55
Problème de la mesures des Résistances...

• Définitions
• Loi d'Ohm RP/Q
• P mesurée en périphérique
• Vitesse et non Débit
• Le diamètre des vaisseaux varie peu...
• Angle constant
• Mesure des index de résistance
• IR (Vsys-Vdia)/Vsys (Pourcelot)
• IP (Vsys-Vdia)/Vm (Gosling)

56
Variations de FC et syncope
presyncope
57
Évaluation des résistances à partir des index de
résistance/pulsatilité
Vitesse
IP (Gosling) (Vsys-Vdia)/Vm
Vsys
Vm
bradycardie
Vdia
temps
Ne prend pas en compte Diamètre des
vaisseaux Vitesse de la fraction systolique
éjectée Remplissage ventriculaire fréquence
cardiaque
58
Problème !

• Y a t il vraiment une vasoconstriction cérébrale
  durant la syncope ?
• Vasoconstriction si HypoTA extrème
• Défaut de l'autorégulation ?
• Les index ne sont pas appropriés
• variation simultané de VES, FC et R
• Recherche d'un autre modèle....

59
Variations de résistance et syncope
Résistances Pa moyenne / V moyenne
60
Notion de pression critique de fermeture
Carey et al. Clin Sci 2001
61
Rôle de l'Hypocapnie ?
62
Syndrome du Sinus Carotidien

• Syncope (ou lipothymie) en relation avec une
  hypotension (vasodepression) associée ou non à
  une bradycardie et/ou asystolie
  (cardioinhibition) déclenchée par le massage du
  sinus carotidien

Classe R-R (I) PASystolique (II) Diagnostic A lt
50 lt30mmHg Normal B gt 50 gt 30 et lt 50
mmHg Douteux C gt 3s gt 50 mmHg HSC
63
PHYSIOPATHOLOGIE DU SSC

• INCONNUE... mais
• Fonction sino-atriale normale
• Secondaire à chirurgie du cou (SCM) ou
  idiopathique
• Cause centrale ?
• anomalie du baroreflexe ?
• anomalie proprioceptive ?

64
NORMAL
SYNDROME DU SINUS CAROTIDIEN
500ms
600ms
massage
massage
massage
massage
Smith et al, Clin Auton Res, 1992
65
SSC et anomalie proprioceptive UN NOUVEAU
CONCEPT(Tea et al, Circ 1996 - Blanc et al, Circ
1997)
SC SCM Rotation 1 1 Hypertension 1 0
(ou dénervation)
66
HYPOTHESES

• Le SSC ressemble au mécanisme de la Syncope
  neurocardiogénique comment se comporte la
  circulation cérébrale ?
• Comparaison avec un bloc AV
• Quels sont les effets du traitement (PM) ?

67
Effet d'une asystole sur la circulation cérébrale
68
L'autorégulation dans le CSS est elle
spécifiquement altérée ?

• Recherche d'un modèle d'asystolie qui ne soit pas
  un CSS
• Bloc Auriculo-Ventriculaire traité par PM
• Pause équivalente au CSS (?3 sec) par blocage du
  PM.

69
Comparaison CSS et BAV
Lefthériotis et al, AJC, 2001
70
CSS et PaceMakers

• Eviter l'asystolie ou la bradycardie
• Stimulation par un PM
• Différents modes de détection et de stimulation
• Mode OOO aucun
• Mode VVI (simple chambre) détection
  ventriculaire, stimulation ventriculaire
• Mode DDD (double chambre) détection et
  stimulation auriculaire et ventriculaire
• Mode DDD RDR (rate drop response)
• Accélération initiale puis décélération à la
  stimulation
• Aucun effet direct sur la vasomotricité
  périphérique

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SYNDROME du SINUS CAROTIDIEN EFFET DU MODE DE
STIMULATION
Symptômes pré-imp VVI DDD VVI vs
DDD Syncope 92/92 8 0 0.48 Lipothymie
sévère 56/73 31 0 0.01 Lipothymie
faible 65/100 58 31 0.05 Insuff.
Cardiaque 19 0 0.07 Arret du
mode 23 0 0.04 Absence de symptômes 38/46 27
69 0.006 Préférence du mode 4 69 0.0002 C
omparaison VVI versus DDD à 2 mois
(n26) P0.0004
72
MODE DDI
ABP
CBFv
73
CIRCULATION CEREBRALE ET MODE DDD
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Algorithme Réponse à une Chute de
Fréquence(Thera DR Medtronic)
Durée intervention
Limite Sup
Fréquence intervention
activation
Limite Inf
Battements de confirmation
DIAGNOSTIC
THERAPEUTIQUE
75
MODE DDIRDR
massage
ABP
CBFv
HEART RATE
76
massage
77
massage
78
RPm/Vm
massage
79
(No Transcript)
80
Mode VVI

• Pourquoi le mode VVI est il un échec ?

81
MODE VVI
inhibition
ABP
CBFv
82
AJUSTEMENT CEREBROVASCULAIRE ANORMAL EN MODE VVI
déphasage (1.5sec)
CVR ABP/CBFv
ABP
CBFv
cycles (3sec)
83
THE END....