Une étude récente publiée dans la revue Neurosciences naturelles rapporté que la clairance cérébrale est réduite pendant l’anesthésie et le sommeil.
Le sommeil représente un état d’inactivité vulnérable. Compte tenu des risques liés à cette vulnérabilité, on suppose que le sommeil peut apporter certains avantages. Il a été suggéré que le sommeil élimine les toxines et les métabolites du cerveau via le système glymphatique. Cette notion a des implications essentielles ; par exemple, une diminution de l’élimination des toxines due à un mauvais sommeil chronique peut aggraver la maladie d’Alzheimer.
La manière dont les toxines et les métabolites sont éliminés du cerveau reste floue, avec des controverses sur les mécanismes d’élimination et les voies anatomiques. Selon l’hypothèse glymphatique, le flux de liquide global, entraîné par les gradients de pression hydrostatique provenant des pulsations artérielles, élimine activement les solutés du parenchyme cérébral pendant le sommeil à mouvements oculaires non rapides. De plus, aux doses sédatives, les anesthésiques améliorent la clairance. On ne sait pas si le sommeil augmente la clairance en raison d’un flux massif élevé.
Brève communication : La clairance cérébrale est réduite pendant le sommeil et l’anesthésie. Crédit d’image : vetre/Shutterstock
L’étude et les résultats
Dans la présente étude, les chercheurs ont mesuré le mouvement et la clairance des fluides dans le cerveau des souris. Tout d’abord, le coefficient de diffusion de l’isothiocyanate de fluorescéine (FITC)-dextrane, un colorant fluorescent, a été déterminé. Le FITC-dextran a été injecté dans le putamen caudé et la fluorescence a été mesurée dans le cortex frontal.
Les premières expériences impliquaient d’attendre un état stable, de blanchir le colorant dans un petit volume de tissu et de déterminer le coefficient de diffusion à partir de la vitesse de déplacement du colorant non blanchi dans la zone blanchie. La méthodologie a été validée en mesurant la diffusion du FITC-dextrane dans des gels fantômes cérébraux d’agarose qui ont été modifiés pour se rapprocher des propriétés d’absorption optique et de diffusion de la lumière du cerveau.
La distribution de la lumière a été approximée par une distribution hémisphérique gaussienne. La récupération de la fluorescence a été enregistrée 30 secondes après le blanchiment. Les chercheurs ont noté que ces données (d’enregistrement) et l’évolution temporelle théoriquement prévue étaient très concordantes. De plus, les valeurs du coefficient de diffusion étaient concordantes avec les valeurs estimées à l’aide d’une méthode directe (sans photoblanchiment).
Ensuite, le coefficient de diffusion du FITC-dextran a été mesuré in vivo. Une fois injecté dans le putamen caudé, il était détectable dans le cortex frontal. La fluorescence a culminé six à sept heures après l’injection et a diminué à 6 % par heure. Pendant la phase de déclin, la récupération après le blanchiment a été enregistrée. La récupération de fluorescence était conforme aux prévisions théoriques.
Les valeurs efficaces du coefficient de diffusion tissulaire ont été dérivées des évolutions temporelles et les états de vigilance (sommeil, veille et anesthésie) ont été déterminés. La valeur moyenne du coefficient de diffusion était de 32,1 μm2/s dans tous les états de vigilance, correspondant à une tortuosité de -2,5. Cela concordait avec les valeurs rapportées pour le néocortex des rongeurs et suggérait que le mouvement du FITC-dextran dans le cortex était principalement dû à la diffusion.
a, 3 ou 5 heures après l’injection d’AF488 dans le CPu, le cerveau a été congelé et cryosectionné à 60 μm. L’intensité fluorescente moyenne sur chaque tranche a été obtenue par microscopie à fluorescence ; puis les intensités moyennes sur des groupes de quatre tranches ont été moyennées. b, L’intensité moyenne de fluorescence a été convertie en concentration à l’aide des données d’étalonnage de la figure supplémentaire. 1 tracé en fonction de la distance antéro-postérieure du point d’injection pour l’anesthésie de réveil (noir), de sommeil (bleu) et de KET-XYL (rouge). En haut, les données après 3 h. En bas, les données après 5 h. Les lignes sont des ajustements gaussiens aux données et les enveloppes d’erreur montrent les intervalles de confiance à 95 %. À 3 et 5 h, les concentrations pendant KET-XYL (P < 10−6 à 3 h ; P < 10−6 à 5 h) et le sommeil (P = 0,0016 à 3 h ; P < 10−4 à 5 h ) étaient significativement plus grandes que le sillage (ANOVA bidirectionnelle avec correction des comparaisons multiples de Bonferroni – Holm). c, images représentatives des tranches de cerveau à travers le cerveau (distance antéro-postérieure du site d'injection d'AF488) à 3 h (trois rangées du haut) et à 5 h (trois rangées du bas). Chaque ligne représente les données pour les trois états de vigilance (éveil, sommeil et anesthésie KET-XYL).
Il convient de noter que la cinétique de diffusion n’était pas différente pendant l’anesthésie ou le sommeil. Ensuite, l’équipe a mesuré la clairance cérébrale au cours de différents états de vigilance. Ils ont utilisé un petit volume de colorant fluorescent, AF488, chez des souris injectées avec une solution saline ou un anesthésique. Ce colorant se déplacerait librement dans le parenchyme et pourrait aider à quantifier avec précision la clairance cérébrale. De plus, des comparaisons ont été faites entre les états de veille et de sommeil.
À la concentration maximale, la clairance était de 70 à 80 % chez les souris ayant reçu une injection de solution saline, ce qui suggère que les mécanismes de clairance standard n’ont pas été perturbés. Cependant, il y avait une réduction substantielle de la clairance avec les anesthésiques (pentobarbital, dexmédétomidine et kétamine-xylazine). De plus, la clairance était également réduite chez les souris endormies par rapport aux souris éveillées. Néanmoins, le coefficient de diffusion n’était pas significativement différent entre les états d’anesthésie et de sommeil.
En outre, les spectres de puissance de l’électroencéphalogramme (EEG) ont été mesurés ; cela indiquait une faible corrélation entre la puissance delta et la clairance maximale, suggérant une clairance plus faible avec un sommeil plus profond. Des expériences histologiques ont montré que la concentration du colorant trois et cinq heures après l’injection était plus élevée avec l’anesthésie à la kétamine-xylazine et le sommeil. Les données ont montré que la redistribution de l’AF488 se faisait uniquement par diffusion et ont confirmé que l’anesthésie et le sommeil inhibent la clairance.
Conclusions
En conclusion, l’étude a démontré une clairance cérébrale réduite pendant l’anesthésie et le sommeil, contredisant les rapports précédents. La clairance peut varier selon les emplacements anatomiques, mais l’étendue de la variation peut être faible. Néanmoins, l’inhibition de la clairance par la kétamine-xylazine était significativement indépendante de la localisation.
Nicholas P. Franks, l’un des auteurs, a déclaré : « Le domaine s’est tellement concentré sur l’idée de la clairance comme l’une des principales raisons pour lesquelles nous dormons que nous avons été très surpris d’observer le contraire dans nos résultats. »
Notamment, les résultats concernent un petit volume de colorant avec une libre circulation dans l’espace extracellulaire. Ainsi, les molécules plus grosses peuvent présenter un comportement différent. En outre, les mécanismes exacts de l’impact du sommeil et de l’anesthésie sur la clairance cérébrale ne sont pas clairs ; cependant, les résultats remettent en question l’idée selon laquelle la fonction essentielle du sommeil est l’élimination des toxines cérébrales.
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Référence du journal :
2024-05-15 06:22:00
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