La mort est par définition la fin de la vie. Cette quasi tautologie peut néanmoins nous faire avancer dans notre compréhension de l’ultime moment qui nous attend tous à condition considérer correctement ce qui se passe dans ces derniers instants. Longtemps l’on a cru que l’arrêt de l’activité cérébrale faisait foi de tout. La « flatline », comme on dit en anglais pour désigner le tracé plat de l’électroencéphalogramme (EEG), ne montrant plus l’activité électrique oscillatoire intense propre au cerveau vivant, on en déduisait logiquement que la personne était alors décédée.

Mais la vie n’est pas une entité discrète. C’est un processus dynamique complexe. Ainsi en est-il de la mort si l’on en croit les résultats étonnants publiés en janvier dernier dans les Annals of Neurology par Jens Dreier et son équipe. L’article s’intitule “Terminal spreading depolarization and electric silence in death of human cortex.” Cette vague de dépolarisation qui se propage durant plusieurs minutes dans notre cerveau après le début de l’EEG plat, ce serait plutôt ça le vrai visage de la mort cérébral !

On connaît l’existence de ce phénomène de « spreading depolarirzation » depuis plusieurs décennies, l’ayant associé dans les années 1980 à des traumatismes cérébraux, puis dans les années 1990 à la mort du tissu nerveux chez certaines espèces animales. Mais il fallut attendre la publication d’un article en 2002 pour que l’on ait de bonnes raisons de croire que le même phénomène était à l’œuvre dans le cerveau humain quand il y a des lésions sévères et possiblement lors du décès aussi.

Sauf que comme il est très difficile de détecter cette vague de dépolarisation avec l’EEG classique, plusieurs demeuraient avec un doute quant à son importance réelle lors de la mort d'un être humain. Et c’est ce doute que l’équipe de Dreier vient de lever en grande partie en obtenant des enregistrements d’une grande précision de cette vague de dépolarisation finale. Ils ont en effet profité du fait que de plus en plus de patients ayant subi des traumas cérébraux (comme la rupture d’un anévrisme cérébral) sont par la suite suivi par une technique invasive d’enregistrement, l’électrocorticographie, dans le but d’intervenir rapidement si une complication survient. On la qualifie d’invasive car, contrairement à l’EEG où les électrodes sont simplement posées sur le crâne, les électrodes sont ici placées sous le crâne, parfois directement sur certaines régions du cortex cérébral. Dans le cas des patients suivis par Jens Dreier et son équipe, certains ont eu de telles complications qu’il a fallu se résoudre suspendre les soins palliatifs. Mais avec l’accord de la famille, ils ont pu continuer à enregistrer les minutes qui ont suivi l’arrêt cardio-respiratoire. Et c’est à ce moment que le phénomène a pu être clairement enregistré…

Les deux trois premières minutes de l’enregistrement n’apportent rien de nouveau. Avec l’arrêt cardiaque et donc de l’apport d’oxygène par la circulation sanguine, les neurones cessent d’émettre des influx nerveux et se mettent dans un mode qu’on pourrait associer à une ultime économie d’énergie ou à une hibernation. À ce stade, aucune cellule n’est encore endommagée et si la circulation reprend et amène à nouveau de l’oxygène, les neurones pourront reprendre leur activité sans séquelles.

Mais les neurones, on le sait, maintiennent constamment une différence de potentielle de plusieurs millivolts entre l’intérieur (plus négatif) et l’extérieure (plus positif) de la cellule. Et pour ce faire, ils ont besoin d’énergie car les « pompes » qui maintiennent ces gradients de concentrations ioniques à l’origine de cette différence de potentiel ont besoin d’ATP, petite molécule qui constitue la monnaie énergétique de base du neurone. Or au bout de deux trois minutes sans oxygène, les mitochondries du neurone (et autres processus permettant de produire de l’énergie avec presque plus d’oxygène) s’essoufflent.

Et c’est à ce moment que l’on commence à enregistrer une dépolarisation massive qui va se propager, de proche en proche comme une vague, à une vitesse allant de 0.6 à 5 millimètres par minute. Celle-ci est produite par la sortie en masse d’ions du neurone, en particulier d’ions potassium, dû à l’inefficacité croissante des pompes. Du glutamate, le neurotransmetteur excitateur le plus répandu, est aussi libéré en grande quantité, surexcitant les neurones voisins qui vont à leur tour en libérer, et ainsi de suite. La vague se propage alors, irrémédiablement, non seulement dans le cortex, mais également dans les structures sous-corticales comme le thalamus ou le striatum.

Ce vague de dépolarisation dure une dizaine de minutes environ. Le milieu extracellulaire devenant de plus en plus toxique avec toutes ces substances qui y sont libérées, les cellules neuronales sont détruites : nécrose, membranes qui se fissurent, enzymes, ADN et métabolites qui se répandent dans le milieu extracellulaire, etc. Il semble alors bien difficile de dire où se situe la mort de l'individu dans cette vague qui entraîne progressivement, sur plusieurs minutes, la mort neuronale. Tout ce que l’on peut dire c’est qu’à un moment, quelque part durant cette vague, un point de non-retour sera atteint pour le cerveau de cet individu.

Déterminer le début de la vie d’une personne n’a jamais été facile, comme l’indique des décennies de débat autour de la question de l’avortement. On s’aperçoit maintenant que définir le moment de la mort n’est pas plus facile. Et c’est là où une compréhension plus juste de ce qu’est la vie éclaire sur ce qu’est la mort. La vie est un processus dynamique émergent d’une inconcevable complexité. Une telle chose ne peut se mettre à « off » comme lorsqu’on ferme un l’interrupteur d’une lumière. Il doit forcément se désorganiser progressivement. Et cela prend un certain temps.

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Le numéro du mois d’août du magazine français Science et Vie comporte un dossier de trois articles sur la biologie de la mort. C’est d’ailleurs le premier sur les travaux de Dreier qui m’a inspiré ce billet. Mais les deux autres valent aussi le détour. Le second parle d’une vague de substances bleues fluorescentes qui se diffusent de cellules en cellules durant une quinzaine de minutes lors de la mort du petit vers C. elegans. Et le troisième traite de thanato-transcriptomique, des techniques permettant de constater que des gènes non seulement continuent d’être exprimés plusieurs heures après la mort (d’un poisson zèbre, par exemple), mais que de nouveaux gènes se mettent à être exprimés avec des pics d’activité de 24 à 48 heures après la mort ! Des gènes reliés au stress du manque d’oxygène, à l’immunité devant les bactéries qui commencent à attaquer les cellules, mais aussi curieusement des gènes reliés au développement embryonnaire.