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UE8 : Système neurosensoriel Jeudi 23 janvier 2014 de 13h30 à 15h30 Pr Kubis Ronéotypeuse : Maud Sair Ronéolectrice : Laure Blanchard Cours n°21 : CIRCULATIONS CÉRÉBRALE SANGUINE ET DU LIQUIDE CEREBRO-SPINAL Ronéo n°1 Page 1 of 21

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UE8 : Système neurosensoriel Jeudi 23 janvier 2014 de 13h30 à 15h30Pr KubisRonéotypeuse : Maud SairRonéolectrice : Laure Blanchard

Cours n°21 :

CIRCULATIONS CÉRÉBRALE SANGUINE ET DU LIQUIDE CEREBRO-SPINAL

 

Le cours initialement prévu (Physiologie de la fonction visuelle) est normalement reporté au 5 mars. Le cours est assez simple, il n’est pas nécessaire d’avoir vu les cours précédents pour le comprendre. 

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PARTIE I : LA CIRCULATION CÉRÉBRALE SANGUINE

I- Anatomie 1) Systèmes carotidien et vertébrobasilaire2) Caractéristiques de la circulation cérébrale3) Anastomoses

II- La barrière hémato-encéphalique1) Rappels sur les méninges et les vaisseaux superficiels2) L’unité neuro-vasculaire3) Le concept de barrière 

III- Le contrôle du débit sanguin cérébral 1) Autorégulation2) Facteurs chimiques, métaboliques et humoraux3) Couplage débit-métabolisme4) Adaptation à la baisse de perfusion 5)  Méthodes d’exploration du débit sanguin cérébral

PARTIE II : LA CIRCULATION DU LIQUIDE CEREBRO-SPINAL (LCS)

I- Généralités 1) L’espace sous-arachnoïdien et les ventricules 2) La composition du LCS 

II- La circulation du LCS1) Production, circulation et résorption 2) Les troubles de la circulation 3) L’hypertension intracrânienne et sa régulation par le LCS

III- Rôle du LCS 1) Protection du système nerveux2) Communication

 

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PARTIE I : LA CIRCULATION CÉRÉBRALE SANGUINE

Le cerveau a des besoins métaboliques extrêmement importants. Alors même qu’il ne représente que 2% du poids du corps, il utilise 14% du débit cardiaque et 20% de l’oxygène  de l’organisme. Le cerveau est  incapable de faire des réserves énergétiques. Le stock d’oxygène ne dure que quelques secondes. En cas d’asystolie, un individu perd ainsi connaissance en 6 à 8 secondes. Le cerveau est  donc très  vulnérable  à   l’ischémie  et à  l’hypoxie.  Par conséquent,  il  y a une nécessité impérative de maintenir un apport constant en substrats énergétiques. Puisqu’il n’y a pas de réserves énergétiques, tous les neurones doivent se situer à proximité des capillaires qui forment un réseau extrêmement dense. 

I- Anatomie

1) Les systèmes carotidien et vertébrobasilaire

Le cerveau est irrigué par :- un système vasculaire antérieur, dit carotidien. Il est composé des 2 carotides internes 

qui donnent ensuite les artères cérébrales antérieure et moyenne. Le système irrigue la plus grande partie de l’encéphale (2/3 antérieur);

- un système vasculaire  postérieur,  dit  vertébrobasilaire.   Il  est composé des 2 artères vertébrales qui vont se réunir à la base du crâne pour former le tronc basilaire. Le tronc basilaire   donne,   à   son   tour,   les   2   artères   cérébrales   postérieures.   Le   système   est responsable de l’irrigation du  1/3 postérieur de l’encéphale,  de la  fosse postérieure (cervelet) et de la moelle.  

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• Système carotidien : 1. Artère cérébrale  antérieure.  Elle  vascularise   la   face 

interne et médiale des hémisphères. Une obstruction de   cette   artère   entraîne   une   hémiplégie   des membres inferieurs 

2. Artère cérébrale  moyenne ou artère sylvienne.  Elle vascularise une grande partie de la face latérale du cerveau. 

Une   obstruction   de   cette   artère   entraîne   un   déficit brachio-facial. 

• Système vertébrobasilaire 3. Artère   cérébrale   postérieure.   Elle   vascularise   essentiellement   le   lobe   occipital.   Une 

obstruction peut entraîner, par exemple, une amputation du champ visuel. 

Il est important, d’après la prof, de visualiser les territoires de vascularisation des différentes artères cérébrales. Malheureusement cette partie n’est pas très claire. http://www.imaios.com/fr/e-Anatomy/Tete-et-cou/Cerveau-arteres-IRM. Ce site permet une meilleure compréhension.

2) Caractéristiques de la vascularisation cérébrale

La vascularisation du cerveau est : - superficielle :  Les  artères piales,   ou  leptoméningées,   se  distribuent  à   la   surface  de 

l’encéphale  et  baignent dans   le   liquide  cérébro-spinal.  Régulièrement,  à  chaque fois qu’un gyrus est rencontré, ces artères vont donner des  artères pénétrantes  qui vont entrer dans le parenchyme cérébral.  

- Profonde : les artères perforantes vascularisent les structures profondes et notamment les noyaux gris centraux. 

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Artère pénétrante 

Artère perforante 

Artère piale 

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3) Anastomoses Il existe de nombreuses anastomoses qui ont pour but de préserver le parenchyme d’une éventuelle hypoxie (toutes ces anastomoses n’existent pas chez tous les individus et ne sont pas nécessairement fonctionnelles) : 

- Entre la  carotide interne et la carotide externe , et entre la  carotide externe et l’artère vertébrale :

-    Entre les artères de la base (au niveau du    polygone de Willis   )     :  

Au   niveau   de   la   base   du   crâne,   les anastomoses   se   font   via   des   artères   qui émergent du tronc basilaire et de la carotide interne. Il y a donc une communication entre le   système   carotidien   et   le   système vertébrobasilaire.   Ces   artères   sont   appelées artères communicantes  et   dessinent   le polygone de Willis. 

Il existe de grandes variations de ces anastomoses entre les individus : - Soit il y a absence des a. communicantes postérieures ce qui entraîne une indépendance 

des   systèmes   carotidien   et   vertébrobasilaire.   Le   polygone   de  Willis   est   alors   non fonctionnel.

- Soit il y a absence des artères communicantes antérieures (elles mettent en relation les deux hémisphères mais n’interviennent pas dans la communication entre les systèmes antérieur et postérieur).

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- Soit l’une des deux a. communicantes est plus importante (avec hypoplasie de l’autre artère).

- Entre les    territoires profonds et superficiels    d’artères différentes :   

Les   branches   superficielles   et   les   branches profondes   des   a.   cérébrales   antérieure, moyenne et postérieure vont,  à  la  jonction de territoires   vascularisés,   s’anastomoser   entre elles.

Il s’agit d’anastomoses distales superficielles. 

- Entre les    territoires artériels distaux    d’artères différentes      :

Il  s’agit  d’anastomoses distales au niveau des territoires profonds (mal représenté sur le schéma). C'est-à-dire   à   la   jonction  des   a. cérébrales antérieure et moyenne ou postérieure et moyenne.Ce   système  d’anastomose  est  opérant   lorsqu’une  petite  branche s’occlue. En revanche,  lors d’une anoxie globale,  il  va y avoir un bas débit dans l’ensemble de l’encéphale. Les territoires qui dépendent des raccords entre les différentes artères vont souffrir.  On va appeler cela   des  infarctus jonctionnels de bas débit  ou  infarctus des derniers prés. 

II- La barrière hémato-encéphalique

1) Rappels sur les méninges et les vaisseaux superficiels

L’espace  méningé  est   délimité  de  dehors   en dedans par la dure-mère, l’arachnoïde et la pie-mère  qui   tapisse  parfaitement   l’ensemble  de l’encéphale.  Les  artères  piales  parcourent   la   superficie  de l’encéphale en baignant dans l’espace méningé (espace sous arachnoïdien),  rempli  de LCR, et donnent les artères pénétrantes. Les artères pénétrantes sont situées dans une cavité virtuelle 

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appelée   espace   de   Virshow-Robin.   Elles   donnent   ensuite   naissance,   dans   le   parenchyme cérébral, aux artérioles intracérébrales et aux capillaires. En cas de rupture de l’artère piale, on observe une hémorragie méningée.

L’environnement des vaisseaux varie donc énormément et influence leur développement. Au fur et à mesure de la progression de l’artère dans le parenchyme, on observe une perte des couches musculaires et  une apparition des astrocytes  qui  vont venir entourer   les vaisseaux grâce aux pieds astrocytaires.   De  façon paradoxale,   le  neurone n’a  aucun contact direct avec les vaisseaux.   Le   transfert d’énergie se fait de façon indirecte, via l’astrocyte. 

2) L’unité neuro-vasculaire

La   barrière   hémato-encéphalique   est   située   au   sein   d’une unité composée de plusieurs types cellulaires : 

- une   cellule   endothéliale   avec   des   péricytes   dans   le dédoublement de la lame basale

- un astrocyte- un neurone

Ces cellules sont entourées de microglies, cellules sentinelles macrophagiques du cerveau. Cette unité fondamentale est appelée unité neuro-vasculaire ou  unité glio-vasculaire. Lorsqu’une des cellules est détruite les autres ne peuvent plus fonctionner. 

3) Le concept de barrière

Le concept de barrière a été mis en évidence grâce à une série d’expériences :  - l’injection  d’un   colorant   hydrosoluble   par   voie   IV  marque   tous   les   organes   sauf   le 

cerveau et le compartiment du LCS.- l’injection   d’un   colorant   hydrosoluble   par   voie   intratéchale   (via   le   LCS)   marque 

uniquement le cerveau et le LCS.  Il y a donc une barrière imperméable entre le sang d’un côté et le LCS et le cerveau de l’autre ; et une barrière perméable entre le LCS et le cerveau. 

Il   y   a   une   constitution   particulière   des   cellules   endothéliales   de   la   barrière   hémato-encéphalique.   Entre   ces   cellules,   il   y   a   un   réseau   protéique   extrêmement   dense,   appelé protéines de la jonction, qui rapprochent étroitement les cellules endothéliales. Il n’y a aucun passage   possible   entre   le   compartiment   sanguin   et   le   compartiment   cérébral   de  manière intercellulaire.  Ces protéines sont soit situées entre deux cellules (claudine, occludine), soit à l’intérieur de la cellule et vont faire le lien avec le cytosquelette (ZO-1).

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Seul le passage d’un compartiment à l’autre, grâce à des transporteurs ATP-dépendants, est donc   possible   (du   sang   vers   le   cerveau   ou   du   cerveau   vers   le   sang)   et   il   y   a   un   flux unidirectionnel des transporteurs. La cellule est polarisée. Ainsi,  le glucose passe du sang vers le cerveau via son transporteur. A l’inverse, un système protéique (MRPs) permet de faire sortir des molécules du cerveau vers le sang. Certains patients surexpriment les MRPs ce qui a pour conséquence une non réponse à certains traitements. A peine arrivé dans le cerveau, le médicament est rejeté dans le sang.

En conclusion, la cellule endothéliale : - limite   le   passage   des   substrats   grâce   à   des   jonctions   serrées,   à   des   enzymes   de 

dégradation, à des pompes d’efflux (P-gp) et à peu de vésicules de pinocytose. - facilite   le   passage   grâce   à   l’expression   polarisée   de   transporteurs   spécifiques   de 

nutriments (glucose) et grâce à des récepteurs (insuline). 

III- Le contrôle du débit sanguin cérébral

Il existe différents facteurs qui vont faire varier le débit sanguin cérébral : - Facteurs myogéniques : autorégulation et pression artérielle moyenne- Facteurs chimiques, métaboliques et humoraux : consommation métabolique, PaCo2, 

PaO2, agents vasoactifs- (Facteurs neurogéniques : système nerveux sympathique et parasympathique)  - (Facteurs rhéologiques : hématocrite)

Certaines modifications du débit  vont  toucher  tous  les  vaisseaux  (modification systémique : autorégulation, PAM, Po2…) alors que d’autres ne vont toucher qu’une partie des vaisseaux (augmentation localisée de l’activité neuronale).

1) Autorégulation

  L’autorégulation   cérébrale   est   la  capacité intrinsèque du cerveau à maintenir son débit sanguin constant au cours des modifications de pression de perfusion. Cette régulation est possible pour des variations de pression  entre 70 et 150mmHg. Lorsque l’on sort de ces limites, le débit varie. En dessous de 70mmHg, on observe une chute du débit et une perte de connaissance ; au dessus de 150mmHg, il y a des risques d’œdèmes et d’hémorragies.

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Comment ça marche      ?    • Débit Sanguin Cérébral (DSC) = Pression Perfusion Cérébrale (PPC) / Résistances Vasculaires Cérébrales (RVC) • PPC = différence de pression entre l’entrée et la sortie = P entrée – P sortie = PAM – PV~ PAM • DSC ~ PAM / RVC Lorsque  la  pression augmente,  pour  que  le  débit  ne  bouge pas,   il   faut  que  les   résistances augmentent. Or RVC = 8lŋ / ∏ r 4   

La longueur vasculaire (l) et la viscosité (ŋ) ne varient pas d’un instant à l’autre. Les résistances dépendent donc essentiellement du rayon du vaisseau (r). Pour limiter l’augmentation de pression, les vaisseaux diminuent leur diamètre et inversement. 

2) Facteurs chimiques, métaboliques et humoraux 

Facteurs métaboliques : l’hypoxie (diminution de la Po2) et l’hypercapnie (augmentation de la Pco2)   font   varier   les   résistances   cérébrales   vasculaires  dans l’ensemble  du   cerveau   et entraînent une dilatation des vaisseaux et une augmentation du débit sanguin cérébral. Facteurs humoraux : une augmentation de la concentration en ADH entraîne une diminution du débit sanguin cérébral au niveau des plexus choroïdes. 

3) Couplage débit-métabolisme

L’activité   neuronale   modifie localement le   débit   sanguin   cérébral   grâce   à   des   facteurs (neurotransmetteurs et ions) libérés dans le cerveau lorsqu’un neurone est activé.  Le cerveau possède donc un mécanisme intrinsèque par lequel son apport sanguin peut être localement modifié en fonction des variations locales de l’activité fonctionnelle. Cette observation  a  permis   le  développement  d’outils   (IRM  fonctionnelle  par  exemple)  qui permettent  de montrer   le   fonctionnement  du  cerveau  lors  d’une  tâche  donnée.  Ces  outils montrent, de manière indirecte, l’activation neuronale via une augmentation du DSC et une augmentation de la consommation de glucose. Cela met en évidence les régions activées lors d’une stimulation spécifique. Les facteurs libérés lors de l’activation neuronale sont essentiellement des ions et surtout l’ion potassium. Il est libéré en extracellulaire par le neurone puis est recapté par l’astrocyte qui est, à son tour, dépolarisé et relargue le potassium près des vaisseaux. Le K+ est l’agent initiateur de la séquence de vasodilatation. Les autres métabolites actifs qui induisent une vasodilatation sont :

- Adénosine - Ions H+ - Co2 - No

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4) Adaptation à la baisse de perfusion

Lors d’une sténose ou d’une occlusion artérielle, il y a, au début, une adaptation à la baisse de pression de perfusion. Le cerveau est relativement préservé. En effet, au-delà de la limite basse de l’autorégulation, des mécanismes de protection luttent contre   le   déficit   d’apport   en   O2   et   en   glucose.   Ce   sont   des   réserves   hémodynamiques (vasodilatation) et des réserves métaboliques (augmentation de l’extraction en O2).Le   territoire   qui   souffre   immédiatement   de   la   baisse   de   perfusion   est   appelé  cœur de l’infarctus. Autour, il y a une baisse du débit qui n’est pas suffisante pour entrainer une nécrose cellulaire mais qui va faire que les cellules vont arrêter de fonctionner tout en survivant. C’est ce qu’on appelle la  pénombre ischémique. Les cellules sont en sidération métabolique. Sans traitements, la pénombre ischémique va diminuer au profit du cœur de l’infarctus.  

A- AutorégulationB- Réserves de perfusion. 

On est en dehors des limites de   l’autorégulation,   le   DSC commence   à   baisser.   La consommation   en   02 (CMO2)   reste   identique grâce à des mécanismes de sauvegarde :   augmentation de l’extraction en O2 (EO2). Aucune conséquence pour la cellule.

C- Réserves métaboliques (pénombre ischémique). 

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L’extraction en O2 est arrivée a son maximal, le DSC et la CMO2 baissent. D- Ischémie cérébrale

5) Méthodes d’exploration du débit sanguin cérébral

• Explorations morphologiques : - Artériographie - Angiographie, scanner ou IRM (a. intracérébrales, extracrâniennes, de la base du crâne)

• Explorations par ultrasons :Echotomographie et Doppler cervical (Troncs supra-aortiques et a. de la base du crâne)

• Explorations isotopiques :- SPECT- TEP

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PARTIE II : LA CIRCULATION DU LIQUIDE CEREBRO SPINAL (LCS)

I- Généralités

1) L’espace sous arachnoïdien et les ventricules

Le LCS circule tout autour du système nerveux central dans l’espace sous arachnoïdien, entre la pie-mère d’un côté et la dure-mère et l’arachnoïde de l’autre. A certains endroits, les   espaces   méningés   vont   s’agrandir   pour   donner   des citernes.     Les   espaces   méningés   communiquent   avec l’intérieur   du   système   nerveux   grâce   à   des   cavités :   les ventricules cérébraux. Les 2 ventricules latéraux communiquent via le trou de Monro.Le 3ème ventricule et le 4ème ventricule communiquent via l’Aqueduc de Silvius. Le 4ème ventricule communique avec les espaces méningés via le trou de Magendie et le trou de Lushcka.  

2) La composition du LCS

La composition du LCS est une constante. • Il est incolore, « eau de roche » (1er élément à regarder lors d’une ponction lombaire)• Ph = 7,32• Acellulaire, < 5 éléments/cm3 :• Le taux de glucose (glycorachie) doit être inférieur à la moitié de la glycémie (inférieur à 50-75%). Il faut donc toujours effectuer une prise de sang en parallèle de la ponction. • Protéinorachie entre 0.2 et 0.4 g/l.• Cl- entre 120 et 130 mmol/L ; Na+ 149 mmol/L 

Le LCS est un produit de sécrétion actif et non un ultra filtrat du plasma. Son volume est de 150-270 ml. Il en est produit 600 ml par jour et est donc renouvelé 3 à 4 fois par jour. Sa pression est < 15-20 cm d’eau (1cm d’eau = 0,7355 mmHg). C’est un reflet de la pression intracrânienne.  

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II- La circulation du LCS

1) Production, circulation et résorption

Le LCS circule entre l’endroit où il est produit et l’endroit où il est réabsorbé. Il est secrété par les plexus choroïdes qui tapissent les ventricules (latéraux essentiellement). Puis le LCS circule de manière unidirectionnelle dans les espaces méningés. Il va ensuite remonter à la surface de l’encéphale   et   va   être   réabsorbé   par   les  granulations de Pacchioni  ou  villosités arachnoïdiennes dans les sinus veineux. Il est donc produit au niveau d’artères situées dans les plexus choroïdes et est réabsorbé au niveau de veines.

•   Les   plexus   choroïdes   sont   formés   de   cellules   épithéliales   et   de   capillaires   fenestrés   et constituent un tissu similaire au tissu épithélial. Ils possèdent des villosités et des microvillosités qui permettent une production importante de LCS.La cellule épithéliale choroïdienne est polarisée. Il n’y a pas les mêmes transporteurs de part et d’autre de la membrane. La cellule est capable de prélever des éléments du sang pour les extruder vers les ventricules pour   former   de  manière active  le   LCS.   La   composition  du   LCS   est   donc  différente de la composition du sang. La vitesse de sécrétion du LCS est très importante  (35 ml/min). 

Schéma à connaître 

 

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Il y a des maladies dans lesquelles il y a une augmentation de la production de LCS par augmentation du fonctionnement de l’anhydrase carbonique. L’acetalozamide bloque cette enzyme.

• Les villosités arachnoïdiennes sont des cavités spéciales de la dure-mère ou passent les sinus veineux. Les sinus veineux relient les veines de l’encéphale à la circulation systémique. 

2) Les troubles de la circulation

Il est possible de mettre en évidence, grâce à un traceur (DPTA marqué par l’99TC) injecté dans le cul de sac lombaire, la vitesse de circulation physiologique du LCS qui atteint :

- la citerne basse en 2-3 min- la région cervicale basse en 10-20 min- la région thoraco-lombaire en 30-40 min- le cul de sac lombo-sacré en 60-90 min 

Les troubles de la circulation sont dus à : - une hyperproduction de LCS- une résistance à l’écoulement- une mauvaise résorption du LCS. En effet, il arrive que le LCS,

produit en continu, ne puisse pas être résorbé et s’accumule. Il existe des   systèmes   de   secours   qui   permettent,   tout   de  même,   dans   un premier temps, la résorption du LCS. Puis, ces systèmes sont dépassés et on observera une hydrocéphalie. Les   autres   voies   de   résorption   sont   situées   au   niveau   des  veines périradiculaires, du bulbe olfactif et des lymphatiques cervicaux. 

Dan tous les cas, il y a accumulation du LCS, ce qui conduit à une dilatation des ventricules et une hydrocéphalie.On distingue les hydrocéphalies : 

- non communicantes, le plus souvent dûes à un obstacle au niveau du 3ème ventricule (sténose congénitale de l’aqueduc de Silvius). La circulation du LCS est donc bloquée. 

- communicantes, l’obstacle à l’écoulement est incomplet. Il se situe le plus souvent au niveau des méninges et des sinus et est donc responsable d’une difficulté à la résorption (conséquence   de   méningite   ou   d’hémorragie   anciennes).   A   l’imagerie,   on   a   une dilatation de tous les ventricules  (latéraux,  du 3ème  et  du 4ème)  ce qui  permet   le diagnostic. Elle s’observe en général chez les sujets âgés et se caractérise par une triade de symptômes : marche à petits pas, troubles mnésiques et troubles urinaires.

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3) L’hypertension intracrânienne et sa régulation par le LCS

Schématiquement, dans la boîte crânienne, on trouve : le cerveau, le compartiment vasculaire et le LCS. Chacun de ces compartiments est susceptible d’exercer une pression. Un obstacle dans   un   de   ces   compartiments   est   responsable   d’une  hypertension intracrânienne.   Une augmentation  de   la  pression   intracrânienne   s’accompagne   toujours  de  maux  de   tête   chez l’adulte (la boite crânienne étant inextensible). L’HIC  (Pression intracrânienne > 20 cm d’eau) est  due à une augmentation de volume non compensée du parenchyme cérébral, du LCS ou du compartiment vasculaire. En pratique, la 1ere cause d’HIC est la tumeur cérébrale. Lorsqu’il y a augmentation de la pression dans le cerveau, il va y avoir un essai de compensation par les deux autres compartiments. En cas de tumeur dans le parenchyme, le compartiment vasculaire et le LCS vont diminuer leur volume pour diminuer la pression de la cavité. Cette adaptation se fait essentiellement grâce au LCS qui peut être résorbé de manière accrue. Au bout d’un moment, ces mécanismes d’autorégulation sont dépassés et les symptômes de l’HIC apparaissent.   A partir de là,  il  n’y a  plus de compensation possible  et on observe un engagement cérébral : une partie du parenchyme va glisser le long d’une structure solide. 

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Ici, la tumeur repousse le parenchyme. Il y a d’abord un engagement au niveau de la   faux   du   cerveau.   Si   la   pression continue   d’augmenter,   il   y   a   un engagement  au  niveau  de   la   tente  du cervelet  puis  du trou occipital.   Sous   la pression,   le parenchyme peut sortir de la boite crânienne.  

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III- Rôle du LCS

1) Protection du système nerveux

• Rôle mécanique : amortissement et protection du cerveau : le cerveau flotte dans le LCS (le cerveau pèse 1500g sur la table mais seulement 50g dans le LCR)• Régulation de la pression intracrânienne via une variation du drainage du LCS si la pression intracrânienne augmente (augmentation du volume cérébral ou sanguin)• Pouvoir tampon (H+, K+)• Retrait des substances toxiques pour le cerveau (de la circulation vers le LCS)• Administration de médicaments via le LCS

2) Communication

•   Voie   de   communication   entre   les   différentes   régions   du   SNC   via   la   circulation   de neuropeptides• Echanges nutritifs avec le tissu cérébral • Sécrétion (essentiellement des facteurs de croissance capables d’agir à distance du cerveau) dont endotheline 1, IGF II, FGF2, HGF, NGF, Vasopressine…• Transport de protéines et de peptides (IGF II, transthyrétine)

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