Comment le cerveau se débarrasse-t-il des déchets toxiques ?

SadaNews - Pendant des décennies, les scientifiques se sont penchés sur un problème fondamental : comment le cerveau humain évacue-t-il les déchets qu'il produit lors de son activité et de sa réflexion tout au long de la journée, déchets qui comprennent des protéines et des molécules excédentaires qui peuvent devenir toxiques si elles ne sont pas éliminées, notamment les protéines amyloïdes bêta et tau, considérées comme des causes principales de la maladie d'Alzheimer.

Pour le reste du corps, le système lymphatique se charge d'éliminer ces déchets, les fluides excédentaires se rendant à la rate, aux ganglions lymphatiques et à d'autres parties du système lymphatique avant d'être évacués dans le sang. Cependant, ce processus vital ne peut pas se dérouler de la même manière dans le cerveau en raison de ce que l'on appelle la barrière hémato-encéphalique, une membrane protectrice qui empêche l'infection d'atteindre les cellules nerveuses du cerveau, mais qui interdit également à toute substance de quitter le cerveau.

Élimination des déchets toxiques

En 2012, une équipe de recherche de l'Université de Rochester, dirigée par la neurologue Maiken Nedergaard, a découvert un système circulatoire jusqu'alors inconnu pour éliminer les déchets toxiques du cerveau. Les recherches sur des rats de laboratoire ont révélé l'écoulement du liquide céphalorachidien à l'intérieur de tunnels situés autour des vaisseaux sanguins du cerveau, où ces canaux passent par un type de cellules cérébrales connues sous le nom d'astrocytes et se mélangent à ce que l'on appelle les "fluides interstitiels", qui collectent les déchets et les transportent hors du cerveau à travers les espaces entourant les vaisseaux sanguins.

En 2013, Nedergaard a publié une étude importante affirmant que le processus de nettoyage serait actif pendant la nuit. Dans des déclarations au site spécialisé "Scientific American", elle déclare : "Lorsque nous sommes éveillés, le processus de nettoyage est arrêté, probablement parce que la précision des systèmes nerveux nécessaires pour traiter les stimuli du monde extérieur n'est pas adaptée au processus de lavage".

Ces résultats confirment que le nettoyage du cerveau, récemment découvert, est l'un des principaux avantages du sommeil. Elle explique : "Lorsque vous vous réveillez en vous sentant énergique après une période de sommeil réparateur, c'est probablement parce que le cerveau a subi un processus de réinitialisation, à l'instar de ce qui se passe lors de l'entretien d'une voiture".

Cependant, ces études antérieures ont été réalisées sur des rats, dont le cerveau est plus petit et moins complexe que celui des humains, et dont les périodes de sommeil sont généralement entrecoupées, contrairement à celles des humains. Par conséquent, de nombreux scientifiques rejetaient la théorie du nettoyage du cerveau humain pendant le sommeil.

Jonathan Kipnis, spécialiste en immunologie neurologique à la faculté de médecine de l'Université de Washington, déclare : "Il y a dix ans, parler de l'écoulement des fluides dans le cerveau semblait hérétique". Les chercheurs ont passé les dix dernières années à étudier si le nettoyage du cerveau se produit chez l'homme comme chez le rat, et leurs recherches ont permis de prouver cette théorie, montrant même que les ondes électriques qui se déplacent dans le cerveau pendant le sommeil poussent le liquide céphalorachidien à l'intérieur et à l'extérieur du cerveau.

De son côté, Jeffrey Iliff, professeur de psychiatrie et de neurologie à l'Université de Washington, souligne l'importance du système dit "glymphatique", qui désigne le mécanisme de nettoyage du cerveau et l'élimination des déchets qui se produit durant le sommeil humain. Dans des déclarations au site "Scientific American", il affirme que des dysfonctionnements de ce système conduisent probablement à des troubles neurologiques et psychologiques, dont la maladie d'Alzheimer, et il estime que la défaillance du système glymphatique pourrait expliquer pourquoi le cerveau stocke les protéines amyloïdes et tau en vieillissant.

Le sommeil et le stockage des souvenirs

Iliff a mentionné que les spécialistes du sommeil ont longtemps mis l'accent sur l'importance du sommeil dans le processus de stockage des souvenirs, tandis que les médecins étudiant les espaces entourant les vaisseaux sanguins n'ont pas clairement saisi leur fonction et ont largement exclu la possibilité que ces espaces soient en réalité des canaux pour le passage des fluides, ajoutant qu'ils "n'avaient pas réalisé à quel point ces canaux étaient dynamiques". Les chercheurs affirment que le corps humain produit entre trois et quatre fois son volume de liquide céphalorachidien chaque jour, qu'il élimine. Certaines études préliminaires ont établi un lien entre l'écoulement de ces liquides et le pouls, mais il n'a pas été éclairci dans les études précédentes quel changement se produisait dans le flux de ces liquides pendant le sommeil.

Lors de l'expérience menée par la chercheuse Nedergaard pour mesurer les taux d'élimination des protéines amyloïdes pendant les périodes de veille, de sommeil et d'anesthésie des rats, les chercheurs ont injecté des traceurs fluorescents dans les cerveaux des rats pour suivre le flux du liquide céphalorachidien dans les espaces autour des vaisseaux sanguins. Ils ont constaté que ce flux diminuait de 95 % pendant l'éveil par rapport à celui observé pendant le sommeil, et que la taille de ces canaux entre les vaisseaux augmentait de 60 % lorsque les rats dormaient ou étaient anesthésiés, confirmant que le corps subit des changements physiologiques pendant l'inconscience qui augmentent la capacité du cerveau à éliminer ses déchets.

Une étude similaire sur des humains réalisée en 2021 par le neurochirurgien Pierre-Christian Edy de l'hôpital universitaire d'Oslo en Norvège a impliqué l'injection de traceurs fluorescents pour suivre le flux du liquide céphalorachidien chez un groupe de patients volontaires, répartis en deux groupes, où les membres du premier groupe étaient autorisés à dormir normalement toute la nuit, tandis que les membres du second groupe demeuraient éveillés pendant la même période.

Des imageries par résonance magnétique ont été réalisées pour les deux groupes à deux reprises pendant la nuit puis le lendemain. Il a été constaté au cours de l'expérience que le mouvement des traceurs fluorescents au cours du flux du liquide céphalorachidien était nettement plus lent chez les volontaires qui n'avaient pas été autorisés à dormir, et qu'il est apparu également qu’après avoir été autorisés à dormir la nuit suivante, leur taux de flux de liquide céphalorachidien restait lent par rapport à l'autre groupe, prouvant que les effets du manque de sommeil ne peuvent pas être facilement compensés simplement par une nuit de sommeil le lendemain.

Edy a confirmé que "bien que le mécanisme de fonctionnement du système glymphatique diffère généralement entre les humains et les rats, en ce sens que les changements se produisent dans le cerveau humain sur des heures et non en quelques minutes comme chez les rats, il est certain que le cerveau humain se nettoie également pendant le sommeil, et que le manque de sommeil affecte en effet négativement le fonctionnement de ce système".