Le système glymphatique

Le corps humain possède son propre « système de collecte des déchets ». Les substances qui ne sont plus utilisées, les « déchets » du métabolisme, sont évacués par le système lymphatique. Un filtrat de notre plasma sanguin s'infiltre lentement à travers les tissus du corps - le plasma est ce liquide aqueux et jaunâtre qui constitue une bonne moitié de notre sang. Les vaisseaux lymphatiques transportent ce filtrat dans les veines et, via le sang veineux, le liquide et les déchets collectés parviennent à la « station d'épuration » qu'est le foie. Un système sophistiqué qui nettoie et désintoxique notre corps tout au long de notre vie.

Mais notre cerveau, qui est finalement l'un de nos organes les plus importants, n'atteint pas le système lymphatique. Ce que l'on appelle la barrière hémato-encéphalique, une barrière de sécurité qui protège le cerveau des agents pathogènes, des toxines et des substances nocives, empêche le flux de liquide de la lymphe d'y accéder. Comment les déchets métaboliques du cerveau sont-ils donc éliminés ?

Depuis le 19e siècle, des biologistes, des médecins et d'autres scientifiques supposent qu'il doit exister un système efficace d'élimination des déchets pour le cerveau également, et que le liquide céphalo-rachidien (le liquide corporel qui circule dans le système nerveux central, c'est-à-dire le cerveau et la moelle épinière) joue probablement un rôle dans ce processus. Mais jusqu'au 21e siècle, on ne savait pratiquement rien de la manière dont cela pouvait se dérouler.

En 2012, un groupe de travail dirigé par la neurobiologiste danoise Maiken Nedergaard et l'Américain Jeffrey Iliff a pu démontrer l'existence d'un système d'élimination des déchets et son fonctionnement. Ils l'ont baptisé système glymphatique, un néologisme qui se réfère aux cellules gliales du tissu nerveux et au système lymphatique déjà connu.

Aujourd'hui comme hier, le professeur Nedergaard travaille au centre médical de l'université de Rochester, dans une université privée de New York et à l'université de Copenhague. Le jeune scientifique de l'époque, Iliff, travaille aujourd'hui dans un centre de santé de l'État de Washington, aux États-Unis, qui s'occupe principalement de la santé des vétérans de guerre et de leurs familles. Ce n'est certainement pas un hasard s'il a choisi cette spécialité. Les troubles du sommeil, fréquents après des événements traumatisants, qu'il s'agisse d'expériences de guerre, de blessures ou de séparations, peuvent entraver le fonctionnement du système glymphatique. Nous y reviendrons plus tard.

Le cerveau est d'une part bien isolé par la barrière hémato-encéphalique et d'autre part très actif sur le plan métabolique. La masse cérébrale ne représente certes qu'environ deux pour cent de notre poids corporel, mais elle consomme beaucoup d'énergie : jusqu'à un quart du métabolisme de base total ! Les processus métaboliques dans le cerveau produisent chaque jour environ sept grammes de substances potentiellement nocives. Il peut s'agir de fragments de cellules, d'autres substances toxiques ou de protéines qui ont subi des modifications néfastes.

La protéine tau, par exemple, est une protéine importante du cerveau qui stabilise les cellules nerveuses. Cependant, si des phosphates peuvent se lier à cette protéine, elle perd sa fonction. Les dépôts de la protéine « contaminée » par les phosphates perturbent le fonctionnement des cellules nerveuses et entraînent une perte progressive des fonctions cérébrales, par exemple en cas de maladie d'Alzheimer ou de démence. Les sept grammes par jour qui doivent être éliminés en conséquence s'accumulent en un an pour atteindre environ deux kilos et demi, une quantité énorme.

Comment se représenter le système glymphatique et son fonctionnement ? Divisé en plusieurs étapes et simplifié, le drainage fonctionne, pour autant que l'on sache jusqu'à présent, à peu près comme suit :

• Le point de départ est ce que l'on appelle l'espace sous-arachnoïdien. Il s'agit d'un espace entre deux des trois méninges qui enveloppent notre cerveau et le protègent des dangers. C'est dans cet espace que circule le liquide céphalo-rachidien.

• Dans cet espace passent également des artères qui vont plus loin à l'intérieur du cerveau. Elles sont accompagnées et entourées d'astrocytes (cellules arachnoïdes) - un minuscule espace restant libre entre les deux. Cela permet la circulation des substances (déchets).

• Les astrocytes forment le pont entre les neurones - c'est-à-dire les cellules nerveuses responsables de la réception et du traitement des impulsions nerveuses - et la circulation sanguine. Ils font partie des cellules les plus fréquentes et les plus variées du cerveau. Elles ne sont toutefois pas des neurones, mais des cellules de soutien du système nerveux central (SNC) et font donc partie des cellules gliales - ce qui nous rapproche linguistiquement du système glymphatique.

• Les cellules arachnoïdes possèdent de longs prolongements radiaires qui se ramifient largement. Un seul astrocyte peut s'enrouler autour de plusieurs neurones et établir des connexions avec plus d'un million de synapses. Ils sont donc extrêmement importants pour le fonctionnement du cerveau et ont de nombreuses fonctions.

• Parmi ces tâches figure apparemment la régulation de l'élimination des déchets. Les astrocytes répartissent le liquide céphalorachidien qui passe dans tout l'espace intercellulaire du cerveau et de la moelle épinière. Les déchets peuvent ainsi être éliminés.

• Le long des veines drainantes, les substances nocives sont à leur tour absorbées par l'espace entre les vaisseaux sanguins et les astrocytes, pour être finalement injectées dans les vaisseaux lymphatiques en dehors de l'espace cérébral. Elles passent ensuite dans la circulation sanguine générale et sont finalement traitées ou éliminées définitivement par le foie et les reins.

   

  Les astrocytes règlent l'élimination des déchets dans le cerveau. (Adobe Stock/by-studio, Chattakan et creative)

On sait donc maintenant comment notre cerveau se débarrasse de ses déchets métaboliques. Au début, la découverte de Nedergaard et Iliff a certes été considérée avec scepticisme : On parlait de résultats provisoires et presque tous ceux qui avaient quelque chose à dire s'empressaient d'ajouter que tout cela n'était pour l'instant qu'une hypothèse. Mais l'hypothèse s'est rapidement transformée en certitude.

Aujourd'hui, à peine une douzaine d'années plus tard, le système glymphatique fait l'objet de recherches fiévreuses et les découvertes se multiplient. On a par exemple découvert une particularité qui distingue le système glymphatique du système lymphatique. Le premier fonctionne surtout pendant le sommeil. On a observé chez des souris que le liquide céphalorachidien de leur système glymphatique diminuait jusqu'à 60% pendant l'éveil. Dans l'autre sens, l'activité du système glymphatique est fortement augmentée pendant le sommeil. Ce sommeil doit toutefois être naturel. Le système ne peut pas être activé artificiellement, par exemple par la prise de somnifères ou d'autres médicaments.

Parmi les maladies dans lesquelles le système corporel nouvellement découvert pourrait jouer un rôle, on trouve la migraine chronique ainsi que quatre maladies jusqu'ici incurables et souvent terribles : Alzheimer, Parkinson, la sclérose latérale amyotrophique et l'encéphalopathie traumatique chronique. La sclérose latérale amyotrophique ou SLA, la maladie dont souffrait le physicien Stephen Hawking, est une maladie dégénérative du système nerveux central. Les voies pyramidales qui transmettent les ordres de mouvement du cerveau aux muscles du corps, ainsi que les muscles squelettiques eux-mêmes, disparaissent progressivement dans la SLA.

L'encéphalopathie traumatique chronique (ETC), autrefois appelée maladie du boxeur, est une maladie dégénérative progressive du cerveau chez les personnes ayant subi plusieurs traumatismes crâniens. Aujourd'hui, on parle plutôt de la maladie des footballeurs : des chercheurs ont trouvé de l'ECT chez 345 des 376 anciens joueurs de la National Football League américaine. Il est bien connu que le « football » américain se joue de manière très agressive et avec un engagement physique violent.

Sachant que le système glymphatique fonctionne essentiellement pendant le sommeil naturel, la question se pose naturellement : que se passe-t-il si le système d'évacuation des eaux usées du cerveau est perturbé et donc pas assez efficace, ou s'il s'arrête complètement par moments ? Une « évacuation des déchets » défectueuse pourrait-elle par exemple entraîner des dépôts indésirables dans le cerveau, tels que ceux connus dans la maladie d'Alzheimer ?

Dans le cas des migraines chroniques (et des céphalées dues à une surconsommation de médicaments), les chercheurs ont constaté que la fonctionnalité des systèmes glymphatique et lymphatique était altérée. Le lien entre la modification des rythmes de sommeil et les crises de migraine est connu depuis longtemps. Si le système glymphatique nettoie le cerveau pendant le sommeil, le lien avec le sommeil perturbé est évident.

On suppose qu'il en va de même pour les épilepsies. Dans le cas de la maladie d'Alzheimer, de la maladie de Parkinson, de la SLA et de l'ECT, on parle de maladies neurodégénératives. Elles sont liées aux dépôts de certaines protéines dans le cerveau. Une restriction du système glymphatique pourrait avoir pour conséquence que des protéines modifiées de manière pathologique ou favorisant la maladie, par exemple la bêta-amyloïde dans la maladie d'Alzheimer, ne soient plus suffisamment dégradées. Des lésions du « système d'évacuation du cerveau » dues à des processus de vieillissement ou à des traumatismes pourraient également être en rapport avec ces maladies.

La boucle est bouclée avec l'observation que les troubles du sommeil et le manque de sommeil favorisent le dépôt des protéines et augmentent la probabilité de maladies neurodégénératives. Bien sûr, malgré tous les succès et les recherches plus poussées, aucun traitement n'a encore été trouvé pour des maladies aussi graves. Mais chaque petit pas en avant, chaque nouvelle découverte et chaque succès, aussi petit soit-il, comptent. La découverte du système glymphatique, les relations qui ont été trouvées en une douzaine d'années à peine, nous donnent de l'espoir - notamment pour les maladies dont la brutalité de l'issue ne nous laissait jusqu'à présent guère de chance d'espérer.