Biochemistry of Cerebrospinal Fluid (CSF) PDF

04/10/2023 Pr. BOUTAHAR UE5 Système Neurosensoriel Fanny BISSUEL Marion BOEVER Biochimie du LCR I. Rappels RAPPELS • Entoure le SNC et le protège o Dure mère (la plus externe) : tissu fibreux, c’est le seul tissu qui n’est pas sensible à la douleur. La dure-mère est collée à l’os et ne s’infiltre...

04/10/2023 Pr. BOUTAHAR UE5 Système Neurosensoriel Fanny BISSUEL Marion BOEVER Biochimie du LCR I. Rappels RAPPELS • Entoure le SNC et le protège o Dure mère (la plus externe) : tissu fibreux, c’est le seul tissu qui n’est pas sensible à la douleur. La dure-mère est collée à l’os et ne s’infiltre par les scissures cérébrales. Méninges o Arachnoïde o Pie-mère • L’espace sous dural sépare la dure-mère de l’arachnoïde. • La pie-mère est séparée de l’arachnoïde par l’espace sous arachnoïdien. • Liquide physiologique et stérile, contenu dans les méninges. • Situé entre l’arachnoïde et la pie-mère dans l’espace sous arachnoïdien LCR • Occupe les espaces leptoméningés (= sous-arachnoïdien) (péricérébraux et spinaux), les ventricules cérébraux et le canal rachidien. • Il entoure le cerveau, le cervelet et la moelle épinière. II. Production, résorption et fonctions du LCR PRODUCTION ET RESORPTION DU LCR • Volume total : 140 ml (+/- 30 ml) ou 150mm3 chez l’adulte • Production de 500ml pour 24h Quantité o Renouvellement du LCR 3 à 4 fois par jour permettant l’élimination des déchets. o Pas de système de drainage lymphatique dans le SNC pour évacuer les déchets métaboliques (CO2…), ainsi on utilise cette circulation de renouvellement du LCR. • LCR = « ultra-filtrat sanguin » car composition très proche de celle du plasma. Composition o 80% des protéines du LCR sont d’origine sanguine (Albumine et IgG principalement) o 20% sont intrathécales (synthétisées dans le SNC). • Au niveau central dans le plexus choroïdien. • Dépend d’échanges entre les systèmes nerveux et sanguins, qui dépendent de 3 barrières : Production o Hémato-encéphalique (sang-système nerveux) o Encéphalo-méningée (système nerveux-LCR) o Hémato-méningée (sang-LCR) Page 1/8 • Ces barrières assurent une élimination constante des déchets et une filtration des protéines. Résorption • Au niveau périphérique dans les villosités/vésicules arachnoïdiennes (bourgeonnement de l’arachnoïde) puis se draine dans les sinus veineux. Schémas • Un rôle de protection mécanique du SNC. Fonctions • C’est le lieu d’excrétion de nombreuses substances : l’encéphale ne possède pas de système de drainage lymphatique ; ainsi le renouvellement du LCR permet d’éliminer les déchets métaboliques (CO2, lactate, ions H+, bactéries…). • Un rôle nutritif limité (celui-ci est surtout assuré par la circulation sanguine) III. Prélèvement et composition du LCR 1. Prélèvement du LCR PRELEVEMENT DU LCR Ponction lombaire Contreindication Échantillons • Entre L4 et L5 ou entre les L5 et la première sacrée. • Aiguille longue et fine reliée à un mandrin. • Hypertension intracrânienne (risque de dépression, risque d’engagement cérébral qui peut entrainer le mort) • Trouble de la coagulation (risque d’hémorragie lors de la ponction) • On prélève le même jour une quantité de LCR de 10 à 15ml chez l’adulte et de 5 à 10ml chez l’enfant mais aussi toujours en parallèle du sérum après prélèvement de sang veineux réalisé sur tube sec afin de comparer les valeurs biochimiques glycémie/glycorachie du LCR en fonction de celles du sang. Vérifier que les modifications sont propres au LCR et ne reflète pas celle qui sont sanguines. Page 2/8 2. Composition COMPOSITION • Un aspect « eau de roche » (limpide, transparent) et contient : LCR normal o Moins de 5 éléments cellulaires blancs/mm3 o Moins de 100 hématies par mm3 • Environ 200 fois plus faible que dans le plasma (en revanche, sa composition est proche de celle du plasma). Concentration en protéines • Techniques spécifiques pour analyser les protéines du LCR du fait de leur faible nombre. • Pas de différence de composition de LCR liée au sexe. a. Glycorachie GLYCORACHIE • Concentration en glucose du LCR Définition • Glycorachie normale = 65% de la glycémie, soit normalement entre 2,7 et 4,1 mmol/l, c’est pourquoi on doit toujours l’interpréter parallèlement à un dosage sanguin réalisé au même moment o Hyperglycémie → hyperglycorachie, et une hypoglycémie → hypoglycorachie. Dosage • En routine chez les patients suspectés de méningites bactérienne, car elle est classiquement diminuée du fait de la consommation de glucose par les bactéries. (Faire attention qu’elle soit propre au LCR, c’est-àdire que la glycémie ne soit pas diminuée). b. Protéinorachie PROTEINORACHIE • Concentration en protéine du LCR. Définition Valeur normale • 0,2 et 0,4g/L selon l’âge (albumine ++) (très faible par rapport aux protéines du sérum) ANALYSE QUANTITATIVE DES PROTEINES • Un dosage de protéines totales • Le ratio albumineLCR / albuminesérum utilisé pour évaluer l’état de la barrière hémato-méningée (et de la fuite des protéines du sérum vers le LCR). o Doit être inférieur à 6.10-3 pour l’adulte et 8.10-3 chez la personne âgée. Permet d’obtenir o Ce ratio augmente en cas d’altération de la barrière hémato-méningée. • Quantification de la réponse immune humorale dans le LCR : dosage des immunoglobulines G, A et M. 3 causes peuvent entraîner une augmentation des immunoglobulines dans le LCR : o Augmentation des immunoglobulines plasmatique : réponse immune systémique o Transsudation, c’est-à-dire un passage des protéines plasmatiques lié à une altération de la barrière hémato-méningée. Augmentation de la filtration des protéines plasmatiques liées à une altération de la barrière hémato-méningée. Page 3/8 o Synthèse locale intrathécale (dans le SNC) par réponse immunitaire, témoin d’une anomalie car normalement pas de synthèse intrathécale. • Analyse quantitative, permettant d’évaluer l’altération de la barrière hémato-encéphalique. • Couplée avec une analyse qualitative, cette méthode permet d’obtenir l’index d’IgG. • Moins sensible que l’électrophorèse mais permet de confirmer les résultats. • Index d’IgG : Diagramme de Reiber 𝑄𝐼𝑔𝐺 𝑄 𝐴𝐿𝐵 = 𝐼𝑔𝐺 𝐿𝐶𝑅 𝐼𝑔𝐺 𝑠é𝑟𝑢𝑚 𝐴𝐿𝐵 𝐿𝐶𝑅 𝐴𝐿𝐵 𝑠é𝑟𝑢𝑚 Après avoir calculé l’index d’IgG, on reporte le résultat sur le diagramme de Reiber. Les 5 zones de ce diagramme représentent les différents états possibles de la barrière hémato-encéphalique. • Zone 1 : Normale. • Zone 2 : Altération de la barrière hémato-encéphalique sans synthèse locale (intrathécale) d’IgG. • Zone 3 : Altération de la barrière hémato-encéphalique avec une quantité augmentée d’IgG : synthèse intrathécale d’IgG. • Zone 4 : Synthèse intrathécale d’IgG, sans altération de la barrière hémato encéphalique. • Zone 5 : Erreur analytique ou de prélèvement. ANALYSE QUALITATIVE DES PROTEINES But • Connaître la cause d’une augmentation d’immunoglobuline dans le LCR • Mise en évidence des bandes oligoclonales d’IgG par focalisation électrique (méthode de choix, analyse la plus sensible et la plus spécifique) suivie d’un immunomarquage des IgG. Principe • La séparation des IgG se fait en fonction du pH isoélectrique (pHi). On fait varier le pH afin de faire migrer les immunoglobulines jusqu’au niveau de leur pHi où elles s’arrêtent puis on effectue un marquage pour identifier les IgG. L’analyse est toujours comparative entre les valeurs du LCR et celles du sang. • Pour cette analyse, on cherche si la réponse est homogène ou non, et s’il y a des bandes individualisées uniquement au niveau du LCR, témoin d’une synthèse intrathécale au niveau du SNC. • Méthode très sensible, on la couple à l’analyse quantitative pour confirmer le résultat (mais moins sensible). 5 profils Profil 1 • Réponse polyclonale homogène et identique dans le sérum et le LCR, pas de bande individualisée. (Pas de bande oligoclonale) = profil normal Profil 2 • Profil inhomogène avec bandes individualisées dans le LCR et absente du sérum : synthèse locale intrathécale d’IgG (au niveau du SN, mais non présente au niveau de l’organisme). Ces bandes oligoclonales correspondent à une synthèse intrathécale de ces IgG, c’est une anomalie. Profil 3 • Profil inhomogène avec des bandes communes du LCR et du plasma témoins d’une réponse immunitaire systémique qui se retrouve au niveau du sérum, mais on observe en plus la présence de bandes oligoclonales supplémentaires dans le LCR témoin d’une synthèse locale intrathécale d’IgG non présente au niveau du sérum. Page 4/8 Profil 4 Profil 5 • Profil non homogène (bandes oligoclonales communes LCR et plasma) mais identique entre le sérum et le LCR, témoin d’une réponse immunitaire générale systémique. C’est un profil en miroir d’une réponse immune générale systémique. • Profil non homogène et identique (témoin d’une réponse systémique) mais avec un profil monoclonal (centré sur un seul clone IgG, bandes très rapprochées (4 ou 5) en barreau d’échelle). Témoin d’une tumeur possible. • Très caractéristique : avec bandes rapprochées, en barreau d’échelle et decrescendo vers le pH le plus basique. IV. Etude biochimique du LCR ETUDE BIOCHIMIQUE DU LCR • LCR trouble, purulent. • Cellularité : le nombre de cellules par mm3 est supérieur à 200. Méningite Bactérienne • Le taux de glucose est diminué (car consommé par les bactéries) : hypoglycorachie avec une glycémie normale (il faut toujours comparer les deux). • Le taux de chlore est diminué (car consommé par les bactéries) : hypochlorurachie. • Le taux de protéine est augmenté : hyperprotéinorachie. • LCR d’aspect clair • Glycorachie normale Méningite Virale • Protéinorachie inférieure à 1g/L • Tests PCR à réaliser (RT-PCR) • Moins virulente que la méningite bactérienne Sclérose en plaques (SEP) • Glycorachie normale • Synthèse intrathécale d’IgG caractéristique, visible en électrophorèse • LCR d’aspect clair • Glycorachie normale Pathologies démentielles neurodégénératives • Protéinorachie augmentée à cause d’un passage accru des protéines sériques à travers la barrière hémato-méningée. • La barrière hémato-méningée est altérée dans 20 à 40% des cas de démences par rapport à des témoins du même âge. Page 5/8 • On recherche de protéines caractéristiques dans le LCR pour chaque maladie. • Maladie d’Alzheimer • Variations attendues des biomarqueurs en fonction du diagnostic o Les démences sont proches cliniquement mais les biomarqueurs aident aux diagnostics différentiels. 1. Maladie d’Alzheimer MALADIE D’ALZHEIMER • Les protéines Tau totale et Tau phosphorylée o Assurent l’organisation des microtubules. Une hyperphosphorylation engendre une désorganisation et donc une dégénérescence neurofibrillaire (DNF). o Un patient atteint d’Alzheimer aura une dégénérescence de ses neurones qui vont alors libérer la protéine Tau et PhosphoTau, à l’origine de cette désorganisation. 3 marqueurs utiles au diagnostic positif o En cas d’augmentation de la protéine Tau, le diagnostic est confirmé. • Le peptide amyloïde Aβ o Les peptides amyloïdes Aβ s’accumulent en extracellulaire (notamment le β amyloïde 42 (42 acides aminés), forme la plus amyloïdogène) et diminue en concentration dans le LCR. o En cas de diminution du taux de fragment 1-42 (par agglutination aux plaques amyloïdes), le diagnostic est confirmé. o Par rapport à un fragment de référence 1-40, une baisse du fragment 1-42 est démontrée en cas d’augmentation du ratio 1-40/1-42 (β amyloïde 40/ β amyloïde 42). Observation Grande variation individuelle Diagnostic • Grande variation individuelle, avec un chevauchement des populations témoins. • C’est pourquoi il ne faut pas analyser le taux de fragment 1-42 seul. • L’association du dosage de la protéine Tau avec celui des peptides 1-40 et 1-42 de la protéine β amyloïde permet d’augmenter la sensibilité diagnostique (80-85%) pour la maladie d’Alzheimer, sans diminuer la spécificité. • Il faut doser les 2 pour pouvoir avoir une bonne sensibilité diagnostic. Page 6/8 Caractéristiques des biomarqueurs du LCR dans la maladie d’Alzheimer • Les peptides Aß1-42 sont les formes les plus amyloïdogènes, ce sont les plus hydrophobes, c’est pourquoi ils s’agrègent entre eux au sein du parenchyme cérébrale et diminuent en concentration dans le LCR. On observe une augmentation de Tau et P-Tau. • Le dosage de ces marqueurs du LCR assure une aide au diagnostic différentiel des démences (démence fronto-temporale, maladie de Creutzfeldt-Jacob...) 2. Maladies à prions MALADIES A PRIONS / ENCEPHALOPATHIES SPONGIFORMES TRANSMISSIBLES (EST) • Maladies infectieuses (transmissibles par voie sanguine par exemple) touchant le SNC • Protéine prion (PrPc) est physiologique et composée d’hélices alpha (>40%) Généralités • L’agent infectieux est un isoforme de la protéine (PrPsc) composée d’un nombre plus important de feuillets bêta. La structure primaire est identique mais la conformation dans l’espace change (structure secondaire différente). • PrPsc induit une modification de la conformation des protéines PrPc ce qui induit une agrégation. o Accumulation dans le cerveau → démences puis coma puis décès Maladie de CreutzfeldtJacob (MCJ) • La plus fréquente des maladies à prion. • Décrite la 1e fois en 1920 par les scientifiques qui lui ont donné son nom. • Incidence = 1 à 1,5 cas par million d’habitants par an. • Sporadique (85%) : causes inconnues Existe sous 3 formes Biomarqueurs • Génétique (10-15%) : lié à une mutation sur le gène de la protéine prion (PRNP) transmise sur le mode autosomique dominant. • Acquise, iatrogènes (quelques cas dans le monde) : par injection (hormones de croissance issue de l’hypophyse de cadavres auparavant), greffes de cornées … • La protéine 14-3-3 (protéine de la signalisation) biomarqueur de référence, le plus efficace et spécifique : sa concentration augmente en cas de MCJ. Seul le dosage de la protéine 14-3-3 est utile pour le diagnostic de la maladie sporadique. • La protéine Tau totale. (P-Tau n’est pas considéré comme un marqueur) Page 7/8 V. QCM QCM 1 : A propos de la composition du LCR, cocher la ou les propositions exactes : A. La composition est proche de celle du plasma. B. La protéinorachie est inférieure à 0,5 G/L. C. Une glycorachie doit être égale à 60% de la glycémie veineuse. D. La composition du LCR varie entre le sexe masculin et féminin. E. A chaque prélèvement du LCR, on recueille une quantité de 10 à 15mL chez l’adulte. QCM 2 : A propos de l’étude biologique du LCR, cocher la ou les propositions exactes : A. Lors d’une méningite virale, le LCR présente un aspect trouble. B. L’association du dosage de la protéine Tau avec celui des peptides 1-40 et 1-42 de la protéine β amyloïde permet d’augmenter la spécificité diagnostique de la maladie d’Alzheimer sans en diminuer la sensibilité. C. Lors d’une méningite bactérienne, on observe une hypochlorurachie. D. Dans les maladies à prions, les feuillets bêta de la protéine PrPc sont changés en hélices alpha. E. Dans la maladie d’Alzheimer, on observe une augmentation de la protéine Tau. QCM 3 : A propos du LCR, cocher la ou les propositions exactes : A. Un prélèvement de LCR doit toujours être accompagné et comparé à un dosage sanguin. B. La concentration en protéine est plus élevée dans le LCR que dans le plasma. C. Lors d’une méningite bactérienne, la glycorachie est augmentée. D. Le ratio albumineLCR / albuminesérum est utilisé pour évaluer l’état de la barrière hémato-méningée. E. Les 3 causes pouvant entraîner une augmentation des immunoglobulines dans le LCR sont : l’augmentation des immunoglobulines plasmatique, la transduction et la synthèse extrathécale par réponse immunitaire. QCM 4 : A propos du LCR, cocher la ou les propositions exactes : A. Dans la SEP, la glycorachie est normale et on a une synthèse intrathécale d’IgG caractéristique sur l’électrophorèse. B. Dans les pathologique démentielles neurodégénératives, la barrière hémato-méningée est altérée dans 50 à 60% des cas par rapport à des témoins au même âge. C. Le test à réaliser pour détecter une méningite virale est une PCR. D. Le dosage de ces marqueurs du LCR assure une aide au diagnostic différentiel des démences. E. La maladie de Creutzfeldt-Jacob existe sous 2 formes : sporadique et génétique. REPONSE 1 : AE REPONSE 2 : CE A. VRAI B. FAUX : 0,2 à 0,4 g/L et non pas Giga/L C. FAUX : La glycorachie doit être égale à 65% de la glycémie veineuse D. FAUX : Il n’y a aucune variation de la composition entre les sexes E. VRAI : On prélève 10-15 mL chez l’adulte et 5-10 mL chez l’enfant A. FAUX : Il est d’aspect clair, c’est dans les cas de méningite bactérienne que l’aspect sera trouble B. FAUX : Il permet d’augmenter la sensibilité sans diminuer la spécificité C. VRAI D. FAUX : les hélices alpha sont changées en feuillets bêta E. VRAI REPONSE 3 : AD REPONSE 4 : ACD A. VRAI B. FAUX : C’est l’inverse C. FAUX : La glycorachie est diminuée du fait de la consommation de glucose par les bactéries. D. VRAI E. FAUX : C’est la transsudation et la synthèse intrathécale. A. VRAI B. FAUX : elle est altérée dans 20 à 40% des cas. C. VRAI D. VRAI E. FAUX : Elle existe sous 3 formes : sporadique, génétique et iatrogène/acquise. Page 8/8