Imagerie du métabolisme et du débit sanguin cérébral

Marie-Odile Habert, Laura Rozenblum, Yves Samson, Aurélie Kas

Description

La scintigraphie cérébrale par tomographie par émission monophotonique (TEMP) ou de positons (TEP) est une technique d’imagerie sensible qui permet d’étudier chez l’homme, de façon non invasive, la distribution cérébrale d’un radiopharmaceutique choisi selon la fonction physiologique ou biochimique que l’on souhaite explorer. Cette modalité d’imagerie permet, entre autres, l’étude du débit sanguin cérébral (DSC) régional et du métabolisme énergétique cérébral, deux paramètres directement liés à la densité et à l’activité synaptiques et neuronales. L’étude du DSC ou du métabolisme peut être réalisée dans des conditions de repos ou durant une activation, lorsque le sujet effectue une tâche sensorielle, motrice ou cognitive prédéterminée. En effet, l’activité synaptique est la source d’une demande locale accrue de substrats énergétiques (glucose, oxygène) qui sont apportés grâce à une augmentation locale du DSC. A contrario, dans les pathologies dégénératives corticales, il est observé une diminution tant du DSC que des besoins énergétiques en glucose, témoins de la dégénérescence neuronale. Ainsi ces techniques permettent-elles à la fois de mieux comprendre le fonctionnement cérébral normal, mais aussi d’explorer la physiopathologie et la progression de nombreuses maladies neurologiques.

Sujets

• Neurologie

Informations

• Publié par: Editions du Traité de Médecine
• Date de parution: 01 janvier 2019
• Nombre de lectures: 3
• Langue: Français
• Poids de l'ouvrage: 2 Mo

Extrait

Chapitre S14-P02-C12

Imagerie du métabolisme et du débit sanguin cérébral

A K , Y S , L R M -O H URÉLIE AS VES AMSON AURA OZENBLUM ET ARIE DILE ABERT

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La scintigraphie cérébrale par tomographie par émission monophoto- nique (TEMP) ou de positons (TEP) est une technique d’imagerie sen- sible qui permet d’étudier chez l’homme, de façon non invasive, la distribution cérébrale d’un radiopharmaceutique choisi selon la fonction physiologique ou biochimique que l’on souhaite explorer. Cette modalité d’imagerie permet, entre autres, l’étude du débit sanguin cérébral (DSC) régional et du métabolisme énergétique cérébral, deux paramètres direc- tement liés à la densité et à l’activité synaptiques et neuronales. L’étude du DSC ou du métabolisme peut être réalisée dans des conditions de repos ou durant une activation, lorsque le sujet effectue une tâche sensorielle, motrice ou cognitive prédéterminée. En effet, l’activité synaptique est la source d’une demande locale accrue de substrats énergétiques (glucose, oxygène) qui sont apportés grâce à une augmentation locale du DSC. A contrario, dans les pathologies dégénératives corticales, il est observé une diminution tant du DSC que des besoins énergétiques en glucose, témoins de la dégénérescence neuronale. Ainsi ces techniques permettent- elles à la fois de mieux comprendre le fonctionnement cérébral normal, mais aussi d’explorer la physiopathologie et la progression de nombreuses maladies neurologiques.

Méthodes

Tomographie par émission monophotonique (TEMP)

La TEMP repose sur l’administration par voie intraveineuse d’un traceur marqué par un isotope radioactif émetteur de photons, puis sur la détection externe des photons par une gamma-caméra. Celle- ci est équipée de deux ou trois têtes de détection qui acquièrent une succession d’images selon une orbite circulaire autour de la tête du patient permettant d’obtenir, après reconstruction, des coupes reflé- tant la distribution du traceur dans les trois plans de l’espace. La TEMP présente plusieurs avantages : son coût modéré, son accessi- bilité (elle est disponible dans tous les services de médecine nucléaire), la disponibilité et la demi-vie, de plusieurs heures, des iso- topes utilisés. Sa résolution spatiale est cependant plus faible que la TEP et elle ne permet d’obtenir qu’une quantification relative des images. Deux traceurs de perfusion, l’HMPAO (hexa-méthyl-pro- pyl-amineoxime) et l’ECD (éthylène cystéine dimère), marqués au 99m technétium 99 métastable ( Tc), permettent d’étudier en clinique la perfusion cérébrale en TEMP. Ces deux traceurs sont des amines lipophiles de petits poids moléculaires qui, une fois la barrière hémato-encéphalique traversée, restent piégés plusieurs heures dans le tissu cérébral. La résolution temporelle de la scintigraphie céré- brale de perfusion est très bonne puisqu’une fois injectés par voie intraveineuse, la captation cérébrale des traceurs est très rapide (quelques secondes) et proportionnelle au DSC. Cela explique pour- quoi les conditions d’injection du radiopharmaceutique à ajouter

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doivent être bien standardisées et pourquoi, aussi, il est possible d’acquérir les images plusieurs heures après l’injection.

Tomographie par émission de positons (TEP)

La TEP utilise des radiopharmaceutiques émetteurs de positons 11 15 18 ( C, O, F). Le principe de la TEP repose sur la détection complexe des photons de 511 KeV issus de l’annihilation du positon dans l’orga- nisme. De multiples corrections physiques sont mises en œuvre pour faire de l’image quantifiée la reproduction la plus exacte possible de la distribution réelle du traceur. Les caméras à positons bénéficient d’une haute sensibilité et d’une résolution spatiale des images de 2 mm pour les systèmes les plus performants. L’inconvénient principal est la courte période radioactive des isotopes utilisés (quelques minutes à quelques heures) qu’il faut produire avec un cyclotron. Les deux paramètres qui permettent d’estimer le métabolisme énergétique cérébral sont la consommation régionale d’oxygène (CMRO 2 ), mesurée avec l’oxy- 18 gène 15 et celle du glucose (CMR glu F]fluoro-2-), mesurée avec le 2-[ désoxy-D-glucose (FDG), un analogue du glucose marqué au fluor 18.

Sujet normal

Couplage DSC et métabolisme

Le métabolisme énergétique est faible dans la substance blanche céré- brale, mais particulièrement élevé dans la substance grise où les besoins énergétiques varient avec les régions cérébrales en fonction de la struc- ture du tissu (densité neuronale et synaptique) et de son état fonctionnel (activité synaptique). Au repos, chez le sujet normal, le DSC est adapté aux besoins métaboliques du tissu cérébral qu’il irrigue. Ce couplage entre la CMR glu et le DSC explique que les images cérébrales normales de DSC et de TEP-FDG aient un aspect quasi identique.

Variabilité physiologique

Le DSC et le métabolisme énergétique varient selon l’état de veille ou de sommeil. Ils sont plus élevés pendant la veille et le sommeil para- doxal que pendant le sommeil lent. La distribution régionale varie éga- lement d’un état à l’autre, certaines régions associatives notamment visuelles sont moins actives en sommeil lent qu’en sommeil paradoxal. L’âge s’accompagne de variations importantes du DSC et du métabo- lisme. À la naissance, les valeurs sont sensiblement identiques à celles de l’adulte jeune, mais la distribution régionale est différente : les noyaux gris centraux, le cervelet et le cortex primaire visuel et moteur sont très actifs à la naissance. En revanche, les aires corticales associatives ne « s’allument » que progressivement au cours des deux ou trois premières années de la vie selon un calendrier étroitement corrélé au développement psychomoteur du jeune enfant et aux grandes étapes de la myélinisation. Le DSC et le métabolisme augmentent ensuite rapidement dans toutes les régions céré- brales pour atteindre un plateau entre 7 et 10 ans, avec des valeurs deux fois plus élevées que chez l’adulte. Les valeurs diminuent ensuite très rapi- dement jusqu’à 20 ans. Ces deux phases résultent de l’étape de proliféra- tion puis d’élimination synaptique massive qui caractérisent la maturation cérébrale post-natale. Au cours du vieillissement normal, la diminution du DSC et du métabolisme est beaucoup plus lente (environ 5 % par décen- nie) et relativement globale, ce qui fait que la distribution régionale du métabolisme et du DSC se modifie peu.

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