PHYSIOLOGIE DU SYSTEME NERVEUX CENTRAL ET …€¦ · Mannitol = effet osmotique / BHE Rupture BHE:...

Enseignement InterUniversitaired’Anesthésie RéanimationAnnée 2011-2012 - Cycle 2011-2013

PHYSIOLOGIE DU SYSTEME NERVEUX CENTRAL ET ANESTHESIEPierre PandinService d’Anesthésiologie-RéanimationCUB Hôpital ErasmeBruxelles

1. Vascularisation cérébraleAnatomieBarrière hémato-encéphalique

2. Métabolisme cérébral

3. Débit & volume sanguins cérébraux

Couplage métaboliqueAutorégulationVasoréactivité au CO2

4. Dynamique intracrânienne & rapport entre PPC et PIC

5. Liquide céphalorachidien

6. Physiologie médullaire

7. Neuropharmacologie & électrogénèse

CirculationVascularisation et

Débit CérébralMétabolismeCérébral

Fonctionnement« Fonctions Cérébrales »

Electrogénèse

PhysiologieCérébrale

1. Vascularisation cérébrale

Vascularisation Cérébrale

Vascularisation Cérébrale – Système artèriel

Vascularisation Cérébrale – Système veineux

Barrière Hémato-Encéphalique (BHE)

BHE = Homéostasie des milieux intracérébral et céphalorachidien

Contrôle des flux moléculaires, des substrats métaboliques, des neurotransmetteurs, des médicaments

Déterminants physiologiques du passage de la BHM:

« Morphologiques »: Cellules endothéliales, cellules épithéliales (plx choroïdes), jcts cellulaires (tight) et épendyme (gap)

« Chimiques passifs »: solubilité lipidique, taille moléculaire, charge et pH, secrétions LCR, transferts actifs, électrolytes, glucose, acides aminés, métaux, vitamines, hormones

Barrière Hémato-Encéphalique (BHE)

Mannitol = effet osmotique / BHE

Rupture BHE: HTA sévère, tumeurs, trauma, AVC, infection, hypercapnie sévère, hypoxie prolongée, épilepsie subintrante ou répétitive

Les anastomoses dans le Polygone de Willis sont physiologiquement présents chez trois patients sur quatreFaux

La plupart des malformations vasculaires observées chez l’adulte naissent avant la 12eme semaine de gestation (embryon < 40mm) Vrai

2. Métabolisme cérébral

ASCENDINGINFORMATION

MOTONEURONES

DESCENDINGCONTROLS:NoradrenalineSerotonine

NO

PROJECTION NEURON IN

SPINAL CORDGene

inductionc.fosc.jun

AMPANMDA

Glycine

NK 1

NK 2

NK 3

δ

µ

κ

GABA B

α 2

5 HT1 CCK A et BGABA A

Fast depolarisation

Slow depolarisation

Slow hyperpolarisation

Fast hyperpolarisation

Retrograd messenger

A-FIBRE:Glutamate

C-FIBRE:Neurotansmitters:

GlutamateAspartateSubstance P, Neurokinin A ,Neurokinin BCGRP (receptor ?)Somatostat in (receptor ?)

Presynaptic receptors:µ, δ, κα 2GABA A et BCCK A et B5 HT3

INTERNEURONES:CCK +, Nitric oxyde synthase +Enkephalin -, GABA -, Glycine -, Dynorphin -

Wind up

Metabotropic

Anterograd Neurotransmission

Métabolisme Cérébral:- Maintien du potentiel membranaire et des gradients ioniques- Régulation des neurotransmetteurs (synthèse – libération - recapture)- Synthèse d’adénosine triphosphate sous-tendant l’électrogénèse

Dickenson AH et al

Department of Pharmacology, University College London, Gower Street, London WC1E 6BT, UK. anthony.dickenson@ucl.ac.uk

40% = Intégrité cellulaire et tissulaire

60% = Fonction et electrogénèse

2% poids du poids corporel20% du métabolisme corporel sous la

forme d’ATP (glycolyse aérobie mitochondriale)

CMRO2 adulte = 3-3,8mL.100g-1.min-1

CMRO2 enfant = 5-5,5mL.100g-1.min-1

50mL.min-1 / 200-250mL.min-1 au total50% maintient des gradient ioniques50% fonction et électrogénèse

Ischémie-hypoxie:D’abord altération des pompes ioniques

(électrogénèse)Puis atteinte de l’intégrité neuronale

D-glucose (2-désoxyglucose) comme principal substrat métabolique

CMRglu adulte = 5-5,5mg. 100g-1.min-1

CMRglu enfant = 6,5-6,8mg. 100g-1.min-1

50 fois plus que le cœurPas de réserve cérébraleJeûne: corps cétoniques comme source

énergétique (jusque 50%)

Métabolisme Cérébral

40% = Intégrité cellulaire et tissulaire

60% = Fonction et électrogénèse

Métabolisme Cérébral

60%

40%

0%

40%

25%

16%

0%

8%Hypothermie

Dose cumulée de barbiturique

CMRO2 ou CMRglu

37°C

27°C

17°C

60%

40%E0

Emax

Métabolisme Cérébral

HYPER-métabolisme

• Focalisé et chronique principalementProcessus tumoral bénin ou malin

• Focalisé et aigu rarementEpilepsie partielle et atypique

• Généralisé et chronique rarementCas rapportés d’encéphalites

infectieusesCas rapportés de thyrotoxicoseCas rapportés d’hyperthyroïdie de

CushingCas rapportés d’encéphalopathie

associée au septis

• Généralisé et aigu principalementEpilepsie généralisée +++ (ECT+++)Hyperthermie maligneSyndrome malin neuroleptique

HYPO-métabolisme

• Focalisé et chroniquePsychose (Schizophrénie…)

Maladie de ParkinsonZones cérébrales cicatricielles

• Focalisé et aiguAccidents ischémiques cérébraux

Spasme cérébral

• Généralisé et chroniqueSyndromes dégénératifs et

démyélinisants ( Maladie d’Alzheimer…)Syndromes végétatifs chroniques

Ischémies chroniques étendues (vasculites, maladie de Moya-Moya…)

• Généralisé et aiguSpasme cérébral

Mort cérébrale

La part du métabolisme cérébral réservée à la fonction et à l’électrogénèse est équivalente à celle dédiée à l’intégrité cellulaire et tissulaireFaux

Chez l’enfant la CMRO2 est moins importante que chez l’adulte, alors que c’est l’inverse pour la CMRgluFaux

3. Débit & volume sanguins cérébraux

Débit Sanguin Cérébral

50 mL.100g-1.min-1 (40-70)750mL.min-1 [10-15% Qc]

Matière Grise75-80 mL.100g-1.min-1

Matière Blanche20-30 mL.100g-1.min-1

Thalamus85 mL.100g-1.min-1

DSC enfant 100 mL.100g-1.min-1 (75-110)DSC nourrisson 25 mL.100g-1.min-1 (20-40)

Seuil de Dysfonction Neuronale25 mL.100g-1.min-1

Seuil de Suppression de l’Electrogénèse10-15 mL.100g-1.min-1

Seuil Lésionnel Neuronal Irréversible10 mL.100g-1.min-1

Cortex temporo-sylvien80 mL.100g-1.min-1

Cortex fronto-latéro-dorsal65 mL.100g-1.min-1

1 2 3 4

20

25

35

Durée d’ischémie(heure)

Débit Sanguin Cérébral persistant (mL.100g-1.min-1)

Infarcissement cérébralDestruction neuronale irréversible

Zone pellucideSouffrance neuronale réversible

Intégrité neuronale mais dysfonction électrochimique

Zone depénombre

Zone cérébrale normaleFonctions neuronales normales

Seuil de dysfonction neuronale

18

25

12

10

Fonction neurale normale[EEG normal]

Fonction neurale déprimée[EEG ralenti, +en+ déstructuré, -en- réactif]

Fonction neurale abolie[EEG +en+ plat]

Autorégulation abolieVasoréactivité abolie

Fonction membranaire abolieFonction membranaire atteinte

Mort neurale

BSR=0

BSR>90

AutorégulationCérébrale

CouplageMétabolique

Vasoréactivité au CO2

ContrôleDSC

Contrôle DSCAutorégulation Cérébrale

PPC = PAM – PVcérébralePPC = PAM – PIC

PPC = PAM – PVC [PVC>PIC]PPCadulte = 80-100 mmHgPPCenfant = 65-85 mmHg

0

25

50

75

100

Adulte

Enfant

Nourrisson

DSC (mL.100g-1.min-1)

PAM(mmHg)

PPC(mmHg)

60 160

50 130

Vasodilatation Vasoconstriction

Ø artériolaire

1 2 3 4

20

25

35

Durée d’ischémie(heure)

Débit Sanguin Cérébral persistant (mL.100G-1.min-1)

Infarcissement cérébralDestruction neuronale irréversible

Zone pellucideSouffrance neuronale réversible

Intégrité neuronale mais dysfonction électrochimique

Zone depénombre

Zone cérébrale normaleFonctions neuronales normales

Seuil de dysfonction neuronale

18

25

12

10

Fonction neurale normale[EEG normal]

Fonction neurale déprimée[EEG ralenti, +en+ déstructuré, -en- réactif]

Fonction neurale abolie[EEG +en+ plat]

Autorégulation abolieVasoréactivité abolie

Fonction membranaire abolieFonction membranaire atteinte

Mort neurale

BSR=0

BSR>90

PPC (mmHg)

50

40

25

Contrôle DSCAutorégulation Cérébrale

Mécanismes physiologiques- Myogénique (grossier mais rapide)

- Métabolique (NO, adenosine, prostaglandines – fin mais retardé)

- Neurogénique (fin mais retardé)

Physiopathologie- HTA (déplacement à droite semble-t-il

réversible)

Intérêt thérapeutiques-Hypertension contrôlée (Rosner J et al

Trauma 1990, J Neurosurg 1995)

Anesthésie- Halogénes: altération dose-dépendante

- Intraveineux: conservation- Maintien de la PAM

0

25

50

75

100

Adulte

Enfant

Nourrisson

DSC (mL.100g-1.min-1)

PAM(mmHg)

PPC(mmHg)

60 160

50 130

Vasodilatation Vasoconstriction

Ø artériolaire

Contrôle DSCVasoréactivité au CO2

DSC (mL.100g-1.min-1)

PaCO2(mmHg)

20 40 80 10050

Adulte

Enfant

Mécanisme physiologique au maximum pendant 6-8 heures

- Dim initiale protons extracel. et LCR- Réaction secondaire HCO3- en 6h

Physiopathologie-Seuil ischémique PaCO2 30mmHg?

(PaCO2 20mmHg = EEG plat)

Intérêt thérapeutiques- Moyen rapide et simple pour diminuer

le DSC en neuroanesthésie et neuroréanimation

Vasodilatation Vasoconstriction

Ø artériolaire

Contrôle DSCVasoréactivité au CO2

DSC (mL.100g-1.min-1)

PaCO2(mmHg)

20 40 80 10050

Adulte

Enfant

Mécanisme physiologique au maximum pendant 6-8 heures

- Dim initiale protons extracel. et LCR- Réaction secondaire HCO3- en 6h

Physiopathologie-Seuil ischémique PaCO2 30mmHg?

(PaCO2 20mmHg = EEG plat)

Intérêt thérapeutiques- Moyen rapide et simple pour diminuer

le DSC en neuroanesthésie et neuroréanimation

Vasodilatation Vasoconstriction

Ø artériolaire

Contrôle DSCEn pratique…

0

25

50

75

100

Adulte

DSC (mL.100g-1.min-1)

PAM(mmHg)PPC(mmHg)

60 160

50 130

Vasodilatation Vasoconstriction

Ø artériolaire

PaCO2(mmHg)

10 85

PaO2(mmHg)

20 125

PPC (PAM)

PaCO2

PaO2

Normal

Contrôle DSCCouplage Métabolique

Mécanisme Physiologique- Δ 1°C = Δ 5-7% DSC

Physiopathologie- Hyperthermie- Convulsions

(Rupture du couplage par vasodilatation intercurrente, aug. DSC et PIC)

Intérêt thérapeutiques- Hypothermie modérée (34-35°)(Maintien ou réinstauration du couplage, dim

DSC et PIC)

Anesthésie- Barbituriques

-Autres molécules généralement(Maintien du couplage, dim métabolisme & dim

DSC et PIC)

DSC (mL.100g-1.min-1)

CMRO2(mL.100g-1.min-1)

CMRglu(mg.100g-1.min-1)

3,5

5

5

6,5

Adulte

Enfant

Vasodilatation Vasoconstriction

Ø artériolaire

En termes de débit sanguin cérébral, le seuil d’apparition du dysfonctionnement neuronal est de 25 mL.min-1.100g-1 alors que le seuil d’apparition de lésion neuronale irréversible est certainement inférieur à 10 mL.min-1.100g-1

Vrai

A propos du contrôle du débit sanguin cérébral, l’impact du couplage métabolique, de l’autorégulation et de la vasoréactivité au CO2 est comparable mais à rythmes différentsVrai

4. Dynamique intracrânienne & rapport entre PPC et PIC

Théorie de Munro-Kellie

« … toute augmentation volumiqueextrinsèque ou même simplement lechangement de volume de l’un desconstituants de l’espace intracrânien(cerveau, LCR, sang, ou encore unemasse extensive) doit être compensépar une réduction réciproque ouéquivalente d’un des autrescompartiments et de ses constituants.La dynamique biomécaniqueintracérébrale et la PIC sont altéréeslorsqu’une augmentation pathologiquede volume dépasse les possibilités desmécanismes compensatoiresdisponibles. »Cf. le concept volumétrique de lagénèse de l’HTIC

Cerveau 80%

10%10%

Cerveau 80% Cerveau 80%

PIC (mmHg)

Volume

10

Index pression/volume (Marmarou, J Neurosurg 1987) ~ Compliance IntraCraniennePVI = ΔV/log10(Pp/Po)

1mL NaCl 0,9% = ↑ 4mmHg de PICLCR

Déplacement vers espaces médullaires↑ résorption et ↓ sécrétion

Sang↓ VSC (d’abord compartiment veineux)

5. Liquide céphalorachidien

Liquide Céphalo-Rachidien (LCR)

Synthèse 21mL.h-1 (500mL.j-1) par les plexus choroïdes (90%) et par les cellules

épendymaires (10%). Mécanisme actif

Au total 150mL

Résorption par les villosités arachnoïdiennes, mais aussi les manchons péri-radiculaires et les vaisseaux lymphatiques méningés. Mécanisme

non encore clairement élucidé

LCR est isotonique par rapport au plasma malgrés des concentrations moindres en K+, en

HCO3- ou en glucose

Inhibition de la synthèse: inhibiteur anhydrasecarbonique (Diamox™), corticostéroïdes, spironolactone, furosémide, isoflurane et

vasoconstricteurs directs

6. Physiologie médullaire

SNC entité anatomique et physiologique = Encéphale + Moelle

Equivalence entre notion de DSC et DSM. Contrôle identique (autorégulation, de couplage métabolique et vasoréactivité linéaire PaCO2 entre 20 et 90mmHg)

Substance grise: DSM = 50% DSC

Subtance blanche DSM 30% DSM total

PPME analogue de PPCPPME = PAM - pression extrinsèque appliquée à la moelle

Physiologie Médullaire

7. Neuropharmacologie & électrogénèse

Agent CMR DSC VSC LCR (secrétion)

LCR (résorption)

PIC

Halothane ↓↓ ↑↑↑ ↑↑ ↓ ↓ ↑↑Enflurane ↓↓ ↑↑ ↑↑ ↑ ↓ ↑↑Isoflurane ↓↓↓ ↑ ↑↑ ± ↑ ↑Desflurane ↓↓↓ ↑ ? ↑ ↓ ↑↑Sévoflurane ↓↓↓ ↑ ? ? ? ↑↑N20 ↓ ↑ ± ± ± ↑Barbituriques ↓↓↓↓ ↓↓↓ ↓↓ ± ↑ ↓↓↓Etomidate ↓↓↓ ↓↓ ↓↓ ± ↑ ↓↓Propofol ↓↓↓ ↓↓↓↓ ↓↓ ? ? ↓↓Benzodiazépines ↓↓ ? ↓ ± ↑ ↓

Kétamine ± ↑↑ ↑↑ ± ↓ ↑↑

Opiacés ± ± ± ± ↑↑ ±Lidocaïne ↓↓ ↓↓ ↓↓ ? ? ↓↓

1,1MAC

1,1MAC

1,1MAC

1,1MAC

1MAC

Murphy FL et al Anesthesiology 1974Todd MM et al Anesthesiology 1982Todd MM et al Anesthesiology 1984Scheller MS et al Anesthesiology 1988Mielck F et al Anesth Analg 1999

Pierce EC et al J Clin Invest 1962Stephan H et al Anaesthetist 1987Jobes DR et al Anesthesiology 1977Vernhiet J et al Ann Anesth Franc1977Stephan H et al Anaesthetist 1991Paris A et al Anesth Analg 1998Takeshita H et al Anesthesiology 1972Zornow MH et al J Neurosurg 1981

A partir de Chapter 2 « The Cerebral Circulation » dans « Core Topics in NeuroAnesthesia and NeuroIntensive Care » Ed. Basil F. Matta, Cambridge Medicine Publisher, 2011

Mais l’effet, c’est aussi la façon d’y arriver…

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RI

Vare

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OA

AS

Scor

e

Agent EEG PES PEATC PEAML PEV

Petite dose

Haute dose

Amp Lat Amp Lat Amp Lat Amp Lat

HalothaneEnfluraneIsoflurane ↑↑ ↓↓↓

[1-2MAC]↓↓↓ ↑ ± ↑ ↓↓↓↓ ↑↑ ± ↑

Desflurane ↑ ↓↓ [1MAC]

↓ ↑ ± ↑ ↓↓↓ ↑↑ ± ↑↑

Sévoflurane ↑ ↓↓↓[1-2MAC]

↓ ↑ ± ↑ ↓↓↓ ↑↑ ± ↑↑

N20 ↑ ↓[>2MAC]

↓ ± ± ± ↓ ↑ ↓ ↑

Barbituriques ↑ ↓↓↓↓ ↓ ↑ ± ± ↓↓↓↓ ↑↑ ↓ ↑Etomidate ↑↑ ↓↓ ± ↑ ± ↑ ↓↓↓ ↑ ? ?Propofol ↑↑ ↓↓↓↓ ↓ ↑ ↓ ↑ ↓↓↓↓ ↑↑ ↓ ↑Benzodiazépines ↑ ↓↓↓ ↓ ± ± ± ↓↓↓ ↑ ± ±

Kétamine ↑↑ ↑ ± ± ± ± ↓↓↓ ↑ ? ?

Opiacés ± ↓ ± ± ± ± ± ± ± ±

Extracellulaire

Intracellulaire

AAI (GABA A, B)

Alpha 25HT 1,3M+ (μ, δ, κ)CCK (A, B)

AAE (NMDA, AMPA)

AchSub P, NeurokininesNK (1 à 3)

CGRPSomastatin

AGONISTES DES VOIES INHIBITRICES

BarbituriquesBZD

PropofolEtomidate

Alpha2 agonistesOpiacés

N20

ANTAGONISTES DES VOIES

ACTIVATRICES

Kétamine(Xénon)

Inhibition Conduction Axonale

HALOGENES

HalothaneEnfluraneIsofluraneDesfluraneSévoflurane

ANTAGONISTES DES VOIES

ACTIVATRICES

KétamineXénon

IsofluraneSévoflurane(Desflurane)

Dickinson R et al« Competitive Inhibition at the Glycine Site of the N-Methyl-D-Aspartate Receptor by the Anesthetics Xenon and Isoflurane »Anesthesiology 2007; 107: 756-67

Anesth Analg 2000; 91: 1282-88

En termes de diminution du métabolisme cérébral, d’une part, et du débit sanguin cérébral, d’autre part, le sévoflurane représente une réelle alternative intéressante au propofolVrai

Les agents halogénés actuels sont à considérer comme de molécules inhibitrices à la fois cholinergique et des récepteurs aux acides aminés excitateurs (NMDA, AMPA, métabotropiques)Vrai

2000 2001 2002 2003 2004 2005

Ralentissement le plus marqué:1. Gyrus orbital et rectus du

cortex prefrontal 2. Cortex préfrontal dorso-latéral3. Gyrus frontal supérieur4. Gyrus précentral5. Gyrus paracentral6. Gyrus parahippocampal et

cingulaire7. Amygdale8. Thalamus

John ER et coll Conscious Cognition 2001

QEEG Variable ResolutionElectromagnetic Tomography (VARETA)

Distribution des activités de 3-5Hz au cours d’une anesthésie au propofol

RE

T

Triade Neuronale ThalamiqueNeurones Cortico-ThalamiquesInhibition par noyau RE↓ cholinergique↑ sérotoninergiqueSeuil du potentiel de rebond

= Activation EEG

Substance Réticulée Ascendante Activatrice

Influx nociceptifs ou non

= Modulation de l’EEG

1. Inhibition SRAA

2. Bloquage TNT 3. Inhibition neurones thalamiques

4

↓ oscillations↓fréquencesδ prédominant

John ER et coll Conscious Cognition 2001

2000 2001 2002 2003 2004 2005

3

Stimulations nociceptivesStimulations non nociceptives

2

1

Substanceréticulée

ascendanteactivatrice

ThalamusProjections

thalamo-corticales

Aires corticales

Modèle Neuro-Anatomo-Fonctionnel des « Trois Niveaux »

3

Stimulations nociceptivesStimulations non nociceptives

1

Inhibitionsubstance

réticuléeascendanteactivatrice

Inhibition « système mésolimbique

-cortex préfrontal »= Blocage mémoire

Inhibitionnoyau réticulé

= Fermeturethalamique

GABAergique 2

4

Blocagethalamocortical

= Blocage« perception » 5

Blocagecoordination fronto-pariétale= Blocage cognitif et de la « sensation »

6

Inhibitioncortex préfrontal

= Réduction risque réveil

Cascade de la Conscience

Gerhard Schneider MD, Eberhard F. Kochs MD

L’effet d’une anesthésie générale observable sur l’électroencéphalogramme correspond à une dépression du cortex cérébral passant par une mécanisme d’action direct à ce niveauFaux

Une dépression corticale importante (un rapport émission suppression inférieur à 50) est une cible pharmocodynamiquerecommandable puisqu’elle correspond à une protection cellulaire neuronale optimale à ce moment là Faux

2008ISBN 978-1-4160-4653-0

2011ISBN 978-0-521-19380-1

2 livres pratiques …

2010ISBN 978-0-323-05908-4

2011 [30 novembre]

ISBN 978-0-521-19057-22011 [14 novembre]

ISBN 978-1-451-10265-9

3 traités …