Quando l’ossigenazione del cervello viene interrotta per un periodo prolungato, l’attività elettrica della corteccia cerebrale viene rapidamente ridotta a zero. Ma questa non è la fine della storia.
I ricercatori del Paris Brain Institute, coordinati da Séverine Mahon, hanno dimostrato che l’“onda di morte ” che appare sull’elettroencefalogramma piatto ha origine nella profondità della corteccia. Si diffonde lentamente in questa regione del cervello fino all’estinzione definitiva della coscienza, ma non sempre significa morte permanente.
Infatti, in caso di riuscita riossigenazione del cervello, l’ondata di morte è seguita da un'”ondata di rianimazione“, che preannuncia un lento recupero del cervello.
I risultati dello studio sono stati pubblicati sulla rivista Neurobiology of Disease.
Quando l’onda della morte attraversa il cervello?
I risultati della nuova ricerca potrebbero aiutare i ricercatori a determinare quali popolazioni di neuroni sono più vulnerabili in caso di arresto cardiorespiratorio e, in definitiva, a ridurre il rischio di sequele neurologiche.
La morte è un concetto difficile da definire da un punto di vista neurologico. Non è un momento preciso che segna il passaggio dalla vita alla morte, ma un processo che dura diversi minuti e che, in alcuni casi, può essere reversibile.
In uno studio precedente , pubblicato su Frontiers in Neuroscience , i ricercatori del team Dynamics of Epileptic Networks and Neuronal Excitability del Paris Brain Institute hanno dimostrato che dopo un lungo periodo di privazione di ossigeno, chiamato anossia, l’ attività cerebrale subisce una cascata di cambiamenti successivi che ora possono essere descritto con precisione.
Quando il cervello smette di ricevere ossigeno, le sue riserve di ATP, il carburante delle cellule, si esauriscono rapidamente. Ciò provoca un’interruzione dell’equilibrio elettrico dei neuroni e un massiccio rilascio di glutammato, un neurotrasmettitore eccitatorio essenziale nel sistema nervoso.
“All’inizio i circuiti neurali sembrano spegnersi… Poi vediamo un aumento dell’attività cerebrale, in particolare un aumento delle onde gamma e beta“, spiega Séverine Mahon, ricercatrice in neuroscienze. “Queste onde sono solitamente associate a un’esperienza cosciente. In questo contesto, potrebbero essere coinvolte in esperienze di pre-morte riferite da persone sopravvissute all’arresto cardiorespiratorio.”
Successivamente l’attività dei neuroni diminuisce gradualmente fino a raggiungere uno stato di perfetto silenzio elettrico, corrispondente ad un elettroencefalogramma piatto. Tuttavia, questo silenzio viene rapidamente interrotto dalla depolarizzazione dei neuroni, che assume la forma di un’onda di grande ampiezza conosciuta come “onda della morte”, che altera la funzione e la struttura del cervello.
“Questo evento critico, chiamato depolarizzazione anossica, induce la morte neuronale in tutta la corteccia. Come il canto del cigno, è il vero indicatore della transizione verso la cessazione di tutta l’attività cerebrale”, ha affermato Antoine Carton-Leclercq, Ph.D. studente e primo autore dello studio, aggiunge.
Finora i ricercatori non sapevano dove inizia l’onda mortale nella corteccia o se si propaga in modo omogeneo attraverso tutti gli strati corticali. “Sapevamo già che è possibile invertire gli effetti della depolarizzazione anossica se riusciamo a rianimare il soggetto entro una finestra temporale specifica”, aggiunge il ricercatore. “Dovevamo ancora capire in quali aree del cervello l’ondata di morte potrebbe causare maggiori danni per preservare il più possibile la funzione cerebrale.”
Per rispondere a queste domande, i ricercatori hanno utilizzato, nei ratti, misurazioni dei potenziali di campo locali e registrazioni dell’attività elettrica dei singoli neuroni in diversi strati della corteccia somatosensoriale primaria, un’area che svolge un ruolo cruciale nella rappresentazione del corpo e nell’elaborazione delle informazioni sensoriali. . Hanno poi confrontato l’attività elettrica di questi diversi strati prima e durante la depolarizzazione anossica.
“Abbiamo notato che l’attività neuronale era relativamente omogenea all’inizio dell’anossia cerebrale. Successivamente, l’onda di morte è apparsa nei neuroni piramidali situati nello strato 5 della neocorteccia e si è propagata in due direzioni: verso l’alto, cioè sulla superficie del cervello, e verso il basso, cioè la sostanza bianca”, spiega Séverine Mahon. “Abbiamo osservato questa stessa dinamica in diverse condizioni sperimentali e crediamo che possa esistere negli esseri umani.”
Questi risultati suggeriscono anche che gli strati più profondi della corteccia sono i più vulnerabili alla privazione di ossigeno, probabilmente perché i neuroni piramidali dello strato 5 hanno un fabbisogno energetico eccezionalmente elevato . Tuttavia, quando i ricercatori hanno riossigenato il cervello dei ratti, le cellule hanno reintegrato le loro riserve di ATP, portando alla ripolarizzazione dei neuroni e al ripristino dell’attività sinaptica.
Questo nuovo studio fa avanzare la nostra comprensione dei meccanismi neurali alla base dei cambiamenti nell’attività cerebrale con l’avvicinarsi della morte. È ormai accertato che, da un punto di vista fisiologico, la morte è un processo che richiede tempo… e che attualmente è impossibile dissociarlo rigorosamente dalla vita. Sappiamo anche che un EEG piatto non significa necessariamente la cessazione definitiva delle funzioni cerebrali “, conclude il prof. Stéphane Charpier (Università della Sorbona), capo del gruppo di ricerca.
“Ora dobbiamo stabilire le condizioni esatte in cui queste funzioni possono essere ripristinate e sviluppare farmaci neuroprotettivi per supportare la rianimazione in caso di insufficienza cardiaca e polmonare“.