Aperçu de la physiopathologie du découplage neurovasculaire chez les patients atteints de lésions cérébrales. (NVUCVR)

Le métabolisme du cerveau et le flux sanguin sont étroitement associés à l'activité neuronale. Les changements dans l'activité neuronale entraînent la modulation de la consommation de glucose par les neurones. Les niveaux de glucose et de lactate reviennent instantanément à leur base de référence à mesure que l'activité neuronale cesse, un phénomène connu sous le nom de couplage neurométabolique. Compte tenu des réserves énergiques limitées dans le système nerveux central, l'activité neuronale repose fortement sur l'approvisionnement finement régulé en glucose à partir de la circulation sanguine. Cependant, l'augmentation dynamique du flux sanguin cérébral (CBF) pendant l'activation neuronale dépasse de loin l'augmentation du métabolisme oxydatif. Cette réponse hyperémique relative garantit une augmentation du gradient d'oxygène entre les vaisseaux sanguins et les tissus, fournissant un grand alimentation en oxygène. Le lien temporel et régional étroit entre les changements de l'activité neuronale et l'augmentation du CBF est appelé couplage neurovasculaire (NVC) et implique une cascade complexe d'événements. Les neurotransmetteurs, tels que le glutamate, libérés aux synapses se lient aux récepteurs sur les neurones et les astrocytes, conduisant à la libération de divers médiateurs chimiques, comme l'oxyde nitrique et les prostaglandines, qui agissent directement sur le tonus musculaire lisse artériel. Des voies de signalisation plus complexes et incomplètement comprises, y compris les mécanismes de signalisation des astrocytes médiées par Na + et Ca2 +, sont également présumées contribuer à NVC.

La relation étroite entre l'activité neuronale et le flux sanguin régional et le métabolisme a fourni la base de méthodes d'imagerie cérébrale fonctionnelle non invasives, notamment la tomographie par émission de positrons (TEP) et l'imagerie par résonance magnétique fonctionnelle (IRMf). PET utilisant [18fluor] -fluorodésoxyglucose (FDG) est une technique basée sur l'accumulation de FDG métabolisé (c'est-à-dire FDG-6-phosphate) dans le complexe astrocyte-neuron, reflétant le niveau de consommation de glucose. Étant donné que les travaux séminaux de Sokoloff et al., L'utilisation du glucose est considérée comme un indicateur valide, précis et quantitatif du niveau d'activité neuronale locale dans le cerveau. En revanche, l'IRMf, qui s'appuie sur le signal dépendant du niveau d'oxygène du sang (BOLD), fournit des informations indirectes sur l'activité neuronale en étudiant les changements liés à la perfusion couplés à l'activité neuronale. Dans les zones d'augmentation du CBF en raison des modulations de l'activité neuronale, l'administration d'oxygène dépasse le taux d'utilisation de l'oxygène, induisant une augmentation locale du rapport oxy / désoxy-hémoglobine. Cela conduit à une augmentation détectable du signal IRM pondéré en fonction de la sensibilité magnétique.

L'une des applications cliniques les plus anciennes et encore reconnues de l'IRMf a été la cartographie fonctionnelle préopératoire du cortex sensorimoteur primaire chez les patients atteints de tumeurs cérébrales. Cette technique a un impact significative sur la planification chirurgicale, permettant souvent des approches plus agressives que celles considérées sans localisation fonctionnelle. L'IRMf a également été de plus en plus utilisée dans l'évaluation préurgicale des patients atteints de lésions vasculaires ou épileptogènes. Cependant, malgré l'utilisation croissante de l'IRMf en gras chez les patients atteints de lésions cérébrales, cette technique a des limites majeures qui doivent être prises en compte lors de l'interprétation des résultats de l'IRMf dans de telles populations. La principale limitation est l'altération des changements de signal en gras dus à la perte liée à la lésion du couplage vasculaire normal avec l'activité neuronale, un phénomène appelé découplage neurovasculaire (NVU). Cela peut entraîner des résultats faussement négatifs ou faux positifs dans un cortex éloquent critique. Si l'activité neuronale est conservée dans un cortex malade mais viable, le NVU est présumé en raison d'un dysfonctionnement astrocytaire, neurotransmetteur ou vasculaire.

Le NVU a été principalement rapporté chez les patients atteints de tumeurs gliales de haut grade et de méningiomes. Chez ces patients, le volume de signal d'IRMf basé sur les tâches augmente être réduit à côté de la tumeur par rapport aux changements homologues du signal de l'IRMf dans l'hémisphère contralerie, malgré l'absence de déficit neurologique. Conformément aux données expérimentales chez des sujets sains montrant que le signal BOLD peut diminuer à mesure que le volume sanguin cérébral (CBV) augmente, une altération de la réactivité cérébrovasculaire (CVR) chez les patients tumorales cérébrales peut s'expliquer par des changements dans la perfusion locale. Dans les tumeurs hypervascularisées telles que les gliomes et les méningiomes de haut grade, une hyperperfusion locale a été suggérée pour expliquer la diminution du signal BOLD sur l'IRMf basé sur les tâches. Cependant, des études récentes ont démontré que le NVU peut également se produire dans les gliomes de bas grade. Étant donné l'absence d'hyperperfusion dans ce type de tumeur, différents mécanismes doivent être pris en compte. Dans les gliomes de bas grade, on pense que le NVU observé est, au moins en partie, en raison de la perturbation du couplage astrocyte-vasculaire (découplage gliovasculaire). Les patients atteints de malformations artérioveineuses peuvent présenter une réserve cérébrovasculaire péri-nidale altérée due à un shunt à haut débit, ce qui rend les signaux de cartographie dépendants de la perfusion non fiables. Les patients atteints d'épilepsie peuvent également présenter une altération régionale du CVR en raison d'une augmentation spectaculaire du métabolisme du cerveau et du CBF pendant la période ictale, de la perturbation de la barrière du sang cérébral et d'une perte aiguë d'autorégulation de la pression cérébrale.

Selon des recherches antérieures, le CVR peut être étudié par le biais du «défi d'hypercapnie» lors des enregistrements de l'IRMf, y compris l'IRMf de la respiration (IRMf BH) et l'inhalation de carbogène IRMf. L'hypercapnie est un vasodilatateur puissant qui augmente le signal de base en gras en détectant une augmentation de l'oxygénation des tissus résultant de l'augmentation du CBF tandis que les exigences du métabolisme oxydatif sont considérées comme étant constantes. Cependant, l'influence de l'hypercapnie sur l'activité neuronale et les couplages neurométaboliques / neurovasculaires n'est pas bien compris et reste débattu. Dans la pratique, les zones de réduction ou absente de l'augmentation induite par l'hypercapnie du signal IRMf sur les cartes CVR par rapport à l'activation controlatérale homologue sont supposées indiquer la NVU. Des études récentes suggèrent des avantages potentiels dans l'utilisation de l'IRMf à l'état de repos (RS) comme technique préopératoire. RS-FMRI est une technique de neuroimagerie fonctionnelle qui permet la mesure de l'activité cérébrale spontanée chez les patients au repos. Les fluctuations spontanées du signal BOLD sont fortement corrélées dans des régions cérébrales distinctes et à longue distance, indiquant une connectivité fonctionnelle dans des réseaux neuroanatomiques spécifiques et hautement organisés. Des études de connectivité fonctionnelle ont également démontré un degré élevé de corrélation spatiale entre la connectivité du cerveau fonctionnel du RS-IRFR et celles étudiées lors d'un défi d'hypercapnie. Fait intéressant, des recherches récentes suggèrent que le signal RS-Bold peut être altéré chez les patients chez qui des augmentations basées sur les tâches des signaux IRMf sont réduites ou absentes en raison de la NVU. Par conséquent, les altérations de la connectivité du cerveau fonctionnelle étudiée avec RS-FMRI pourraient fournir un aperçu de la présence de NVU comme étudié avec CVR pendant l'hypercapnie. De tels résultats intéresseraient la pratique clinique car ils pourraient éviter la nécessité de cartographie CVR avec un défi d'hypercapnie.