Les fondamentaux de la pathologie neurologique: Enseignement intégré 2294778294, 9782294778292

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Les fondamentaux de la pathologie neurologique Enseignement intégré 1E ÉDITION

Collège des Enseignants de Neurologie

Coordonné par :

Mathieu Ceccaldi Nathalie Nasr Elisabeth Ruppert

Les cours de DFGSM 2-3 Médecine

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Table des matières Couverture Page de titre Front Matter Page de copyright Les auteurs Préface Avant-propos Abréviations Partie I: Notions fondamentales Chapitre 1: Anatomie descriptive et fonctionnelle Anatomie du cerveau Anatomie du tronc cérébral et du cervelet Anatomie de la moelle spinale Système liquidien Vascularisation artérielle de l'encéphale Anatomie fonctionnelle des voies de la sensibilité

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Anatomie fonctionnelle de la motricité Chapitre 2: Cellules du système nerveux et des muscles Système nerveux Tissu musculaire Chapitre 3: Développement du système nerveux et des muscles striés squelettiques Neurulation Développement des muscles striés squelettiques Développement du système nerveux périphérique Développement du cervelet Développement de l'isocortex cérébral Chapitre 4: Neurochimie et neurotransmission centrale et périphérique Neurotransmission dans le système nerveux central Neurotransmission dans le système nerveux périphérique Pour en savoir plus Chapitre 5: Rythmes circadiens, veille, sommeil Rythmes circadiens Veille et sommeil Régulation du cycle veille-sommeil Exploration sémiologique d'un trouble veille-sommeil Pour en savoir plus

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Partie II: La sémiologie neurologique et ses bases anatomofonctionnelles Chapitre 6: Introduction à l'approche clinique en neurologie Objectif de l'examen neurologique Déroulement de l'examen Chapitre 7: Sémiologie de la sensibilité Rappels anatomophysiologiques Examen clinique Sémiologie Chapitre 8: Sémiologie de la motricité et du contrôle du mouvement Motricité volontaire Motricité semi-volontaire et automatique Coordination et équilibre Chapitre 9: Sémiologie des nerfs crâniens Sémiologie de l'olfaction Sémiologie de la vision Sémiologie de la motilité oculaire Sémiologie du nerf trijumeau (nerf V) Sémiologie du nerf facial (nerf VII) Sémiologie du système vestibulaire Sémiologie des nerfs IX, X, XI et XII

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Chapitre 10: Sémiologie des fonctions cognitives et du comportement Langage Apraxies Exploration visuospatiale et héminégligence visuospatiale Anosognosie Schéma corporel conscient et hémiasomatognosie Intégration perceptive et agnosie Mémoire et amnésie Fonctions de contrôle comportemental et de l'action : troubles dysexécutifs Chapitre 11: Sémiologie des crises épileptiques Définition Crises d'épilepsie généralisées Crises d'épilepsie focales État de mal épileptique Diagnostic Diagnostic différentiel Chapitre 12: Troubles de la vigilance Obnubilation, stupeur et coma Syncope et lipothymie Chapitre 13: Sémiologie des céphalées

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Céphalées chroniques Céphalées aiguës ou subaiguës Chapitre 14: Sémiologie des fonctions végétatives Bases neuroanatomiques Fonctions et sémiologie Troubles liés à une atteinte du système nerveux végétatif Conclusion Pour en savoir plus En complément Chapitre 15: Syndromes topographiques Syndromes musculaires Syndromes neurogènes périphériques Syndromes médullaires Syndromes du tronc cérébral Syndromes thalamiques et lobaires Chapitre 16: Échelles utilisées en situation d'urgence Échelle de Glasgow National Institutes of Health Stroke Scale (NIHSS) Score de Rankin modifié (mRS) Autres échelles Pour en savoir plus

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En complément Partie III: Explorations paracliniques en neurologie Chapitre 17: Ponction lombaire et analyse du liquide cérébrospinal Rappels anatomiques et physiologiques Matériel nécessaire Réalisation Contre-indications Complications et surveillance Analyse du LCS Indications diagnostiques et principales anomalies recherchées Indications à visée thérapeutique Pour en savoir plus Chapitre 18: Électrophysiologie du système nerveux central Électroencéphalogramme Potentiels évoqués Pour en savoir plus Chapitre 19: Électrophysiologie du système nerveux périphérique Examens de stimulodétection et de détection Atteintes axonale et démyélinisante Chapitre 20: Tomodensitométrie Indications

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Sémiologie Chapitre 21: Imagerie par résonance magnétique Indications Sémiologie Chapitre 22: Techniques d'exploration et d'imagerie des artères cervicoencéphaliques Rappels de l'anatomie artérielle cervicoencéphalique Choix des modalités d'exploration paraclinique Échodoppler artériel cervical et intracrânien Angio-IRM artérielle cervicale et intracrânienne Angio-TDM (ou angioscanner) artérielle cervicoencéphalique Angiographie conventionnelle Conclusion Chapitre 23: Médecine nucléaire: Imagerie moléculaire en neurologie Imagerie moléculaire en neurologie Principes Modalités de réalisation Imagerie de la neurotransmission dopaminergique TEP cérébrale au 18F-FDG Scintigraphie de perfusion cérébrale

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Chapitre 24: Techniques d'exploration de la neuroréanimation Surveillance de la pression intracrânienne Oxygénation et métabolisme cérébral Mesure de l'activité et de la conduction neuronale Partie IV: Introduction à la physiopathologie et au traitement des maladies neurologiques Chapitre 25: Neuro-inflammation Définition Les acteurs de la neuro-inflammation (cf. aussi chapitre 2) Processus impliqués Évaluation en pathologie humaine Pour en savoir plus Chapitre 26: Hyperexcitabilité neuronale Définition Mécanismes cellulaires Balance inhibitrice/excitatrice Mécanismes de propagation Conclusion Chapitre 27: Régulation de la circulation cérébrale et ischémie cérébrale Vascularisation artérielle encéphalique Régulation de la circulation artérielle cérébrale

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Physiopathologie de l'ischémie cérébrale : de la pénombre à l'infarctus cérébral Pour en savoir plus Chapitre 28: Des protéinopathies à la neurodégénérescence Le concept de protéinopathies Neurodégénérescence et maladies neurodégénératives Chapitre 29: Neuroplasticité Définitions Bases physiologiques Pour en savoir plus Chapitre 30: Douleur Neurones périphériques Voies spinothalamiques et principaux neuromédiateurs de la douleur Autres voies de transmission impliquées dans l'expérience douloureuse Systèmes de contrôle de la nociception Pour en savoir plus Chapitre 31: Introduction à la thérapeutique Bref historique et définition du médicament Points importants à prendre en compte au moment de la prescription

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La nouvelle ère des biothérapies en neurologie Partie V: Auto-évaluation Chapitre 32: Auto-évaluation Énoncés Corrigés Index

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Front Matter Chez le même éditeur Dans la même collection Immunologie fondamentale et immunopathologie, par le Collège des Enseignants d'Immunologie, 2023, 356 pages. Les fondamentaux de l'imagerie médicale, par le Collège médical français des professeurs d'anatomie, le Collège des enseignants de radiologie de France et le Collège National des Enseignants de Biophysique et de Médecine Nucléaire, 2e édition, 2022, 448 pages. Génétique médicale, par le Collège national des enseignants et praticiens de génétique médicale, 2e édition, 2022, 424 pages. Reins et voies urinaires - Appareil génital masculin, par le Collège Français des enseignants d'urologie, 2021, 392 pages. Nutrition, par le Collège des Enseignants de Nutrition, 2e édition, 2021, 240 pages. Pathologie générale, par le Collège Français des Pathologistes, 3e édition, 2021, 208 pages. Les fondamentaux de la pathologie cardiovasculaire, par le Collège national des enseignants de cardiologie et la Société française de cardiologie, 2e édition, 2021, 360 pages. Revêtement cutané, par le Collège des enseignants en dermatologie de France, 2e édition, 2020, 232 pages. Les fondamentaux de la pathologie digestive, par la Collégiale des universitaires en hépato-gastro-entérologie, 2014, 288 pages. Autres ouvrages Atlas d'anatomie humaine, par F. Netter. 2023, 8e édition. Guide de thérapeutique (livre + application), par L. Perlemuter, G. Perlemuter. 2021, 11e édition. Dictionnaire médical, par I. Marroun, T. Sené, J. Quevauvilliers, A. Fingerhut. 2017, 7e édition.

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Gray's Anatomie - Le Manuel pour les étudiants, par R.L. Drake et coll. 2020, 4e édition. Les bases de l'immunologie fondamentale et clinique, par A.K. Abbas, A.H. Lichtman, S. Pillai, 2020, 6e édition.

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Page de copyright Elsevier Masson SAS, 65, rue Camille-Desmoulins, 92442 Issy-lesMoulineaux cedex, France Les fondamentaux de la pathologie neurologique, du Collège des Enseignants de Neurologie, coordonné par Mathieu Ceccaldi, Nathalie Nasr, Elisabeth Ruppert. © 2023, Elsevier Masson SAS ISBN : 978-2-294-77829-2 e-ISBN : 978-2-294-77927-5 Tous droits réservés. Les praticiens et chercheurs doivent toujours se baser sur leur propre expérience et connaissances pour évaluer et utiliser toute information, méthodes, composés ou expériences décrits ici. Du fait de l'avancement rapide des sciences médicales, en particulier, une vérification indépendante des diagnostics et dosages des médicaments doit être effectuée. Dans toute la mesure permise par la loi, Elsevier, les auteurs, collaborateurs ou autres contributeurs déclinent toute responsabilité pour ce qui concerne la traduction ou pour tout préjudice et/ou dommages aux personnes ou aux biens, que cela résulte de la responsabilité du fait des produits, d'une négligence ou autre, ou de l'utilisation ou de l'application de toutes les méthodes, les produits, les instructions ou les idées contenus dans la présente publication. Tous droits de traduction, d'adaptation et de reproduction par tous procédés, réservés pour tous pays. Toute reproduction ou représentation intégrale ou partielle, par quelque procédé que ce soit, des pages publiées dans le présent ouvrage, faite sans

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l'autorisation de l'éditeur est illicite et constitue une contrefaçon. Seules sont autorisées, d'une part, les reproductions strictement réservées à l'usage privé du copiste et non destinées à une utilisation collective et, d'autre part, les courtes citations justifiées par le caractère scientifique ou d'information de l'œuvre dans laquelle elles sont incorporées (art. L. 122-4, L. 122-5 et L. 335-2 du Code de la propriété intellectuelle).

Ce logo a pour objet d'alerter le lecteur sur la menace que représente pour l'avenir de l'écrit, tout particulièrement dans le domaine universitaire, le développement massif du « photo-copillage ». Cette pratique qui s'est généralisée, notamment dans les établissements d'enseignement, provoque une baisse brutale des achats de livres, au point que la possibilité même pour les auteurs de créer des œuvres nouvelles et de les faire éditer correctement est aujourd'hui menacée. Nous rappelons donc que la reproduction et la vente sans autorisation, ainsi que le recel, sont passibles de poursuites. Les demandes d'autorisation de photocopier doivent être adressées à l'éditeur ou au Centre français d'exploitation du droit de copie : 20, rue des Grands-Augustins, 75006 Paris. Tél. 01 44 07 47 70.

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Les auteurs Coordonnateurs Mathieu Ceccaldi, professeur des universités, praticien hospitalier, service de neurologie et neuropsychologie, hôpital La Timone, CHU de Marseille. Nathalie Nasr, professeur des universités, praticien hospitalier, service de neurologie, CHU de Poitiers. Elisabeth Ruppert, maître de conférences des universités, praticien hospitalier, service de neurologie, unité d'explorations fonctionnelles du système nerveux et de pathologies du sommeil, CHRU de Strasbourg. Auteurs et relecteurs Hakim Amara, praticien hospitalier, unité neurovasculaire, hôpital de Bar-le-Duc. Mathieu Anheim, professeur des universités, praticien hospitalier, département de neurologie, centre expert Parkinson et centre de référence neurogénétique, hôpitaux universitaires de Strasbourg. Nadine Attal, professeur des universités, praticien hospitalier, centre d'évaluation et de traitement de la douleur, CHU Ambroise Paré, AP-HP, Boulogne-Billancourt, Inserm U987, Université de Versailles – Saint-Quentin-en-Yvelines, Université Paris-Saclay. Bertrand Audoin, professeur des universités, praticien hospitalier, Aix Marseille Université, APHM, hôpital de la Timone, département de Neurologie, CRMBM, Marseille. Marion Boulanger, maître de conférences des universités, praticien hospitalier, service de neurologie, CHU de Caen ; Inserm UMR-S U1237 PhIND/BB@C, Caen. Patrice Bourgin, professeur des universités, praticien hospitalier, responsable du centre de sommeil CIRCSom (Centre international de recherche en ChronoSomnologie) et de l'équipe

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« Sommeil, horloge, lumière et NeuroPsychiatrie » au CNRS (UPR 3212), Université de Strasbourg. Bruno Brochet, professeur des universités, praticien hospitalier, Neurocentre Magendie, Inserm U1215, Université de Bordeaux. Jean-Philippe Camdessanché, professeur des universités, praticien hospitalier, chef du service neurologie, chef du pôle Médecines spécialisées, CHU de Saint-Étienne. Martin Catala, professeur des universités, praticien hospitalier, département de neurologie, groupe hospitalier Pitié-Salpêtrière, APHP, Paris, UMR CNRS 7622, Sorbonne Université, Institut de biologie Paris Seine (IBPS), Paris. Mathieu Ceccaldi, professeur des universités, praticien hospitalier, service de neurologie et neuropsychologie, hôpital La Timone, CHU de Marseille. Guillaume Charbonnier, chef de clinique assistant, service de neuroradiologie interventionnelle et département de neurologie, CHU de Besançon ; CIC-1431 Inserm, UR481, Laboratoire de recherches intégratives en neurosciences et psychologie cognitive, Université de Franche-Comté, UBFC, Besançon. Emmanuel Cognat, maître de conférences des universités, praticien hospitalier, Centre de neurologie cognitive, Centre mémoire de ressources et de recherche Nord Île-de-France, hôpital Lariboisière Fernand-Widal, AP-HP, Paris. Nicolas Collongues, professeur des universités, praticien hospitalier, département de neurologie, CHU de Strasbourg, centre d'investigation clinique, Inserm U1434, Strasbourg, département universitaire de pharmacologie, addictologie, toxicologie et thérapeutique, Université de Strasbourg. Philippe Convers, praticien hospitalier, service de neurologie, Neurophysiologie clinique et épilepsie, hôpital Nord, CHU de SaintÉtienne; Inserm U1028, NEUROPAIN. Monique Courtade-Saidi, professeur des universités, praticien hospitalier, histologie-embryologie, Faculté de Santé, Toulouse. Virginie Desestret, professeur des universités, praticien hospitalier, service de neuro-cognition et neuro-ophtalmologie, hôpital Pierre- Wertheimer, Bron Jean-Philippe Désilles, maître de conférences des universités, praticien hospitalier, service de neuroradiologie interventionnelle, hôpital Fondation Rothschild, Paris.

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Olivier Detante, professeur des universités, praticien hospitalier, service de neurologie vasculaire, CHU Grenoble Alpes. Lucas Di Meglio, chef de clinique assistant, département de neurologie, groupe hospitalier Pitié-Salpêtrière, Paris ; Sorbonne Université ; AP-HP - DMU Neurosciences, MIR Neurologique, Paris. Charlotte Dubucs, assistante hospitalo-universitaire, médecin généticienne, fœtopathologie, IUCT-O, département d’anatomie et cytologie pathologiques et laboratoire d’histologie-embryologie, CHU de Toulouse. Marian Douarinou, service de neurologie, unité neurovasculaire, hôpital central, CHRU de Nancy, CIC-P 1433, Inserm U1116, Université de Lorraine, Nancy. Anthony Faivre, professeur agrégé de l'École du Val-de-Grâce, chef du service de neurologie, hôpital d'instruction des armées Sainte-Anne, Toulon, CNRS, CRMBM UMR 7339, Aix-Marseille Université, Marseille. Béatrice Garcin, maître de conférences des universités, praticien hospitalier, service de neurologie et rééducation neurologique, hôpital Avicenne, AP-HP, Bobigny. Olivier Godefroy, professeur des universités, praticien hospitalier, service de neurologie, CHU Amiens ; Laboratoire de neurosciences fonctionnelles et pathologies (UR UPJV 4559), Université de Picardie Jules-Verne. Benjamin Gory, service de neuroradiologie diagnostique et thérapeutique, CHRU de Nancy, Inserm U1254, IADI, Université de Lorraine, Nancy. Éric Guedj, professeur des universités, praticien hospitalier, service de médecine nucléaire, hôpital universitaire de la Timone, AP-HM, Marseille, CNRS, Centrale Marseille, Aix-Marseille Université, Institut Fresnel, CERIMED (Centre européen de recherche en imagerie médicale), Marseille. Maud Guillen, assistante chef de clinique, Unité neurovasculaire, service de neurologie, CHU Pontchaillou, Rennes. Solène Hébert, médecin neurologue, Anglet. Tatiana Horowitz, assistante hospitalo-universitaire, service de médecine nucléaire, hôpital universitaire de la Timone, AP-HM, Marseille, CNRS, Centrale Marseille, Aix-Marseille Université, Institut Fresnel, CERIMED (Centre européen de recherche en imagerie médicale), Marseille.

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Bastien Joubert, praticien hospitalier, service de neurologie, Centre hospitalier Lyon Sud, Hospices civils de Lyon. Anne Kerbrat, maître de conférences des universités, praticien hospitalier, service de neurologie, CHU de Rennes. Mathieu Kuchenbuch, praticien hospitalier, service de neuropédiatrie, CHRU de Nancy, UMR 7039 CRAN, Université de Lorraine. Thibaud Lebouvier, professeur des universités, praticien hospitalier, CHU de Lille, Lille Neuroscience & Cognition, CNRMAJ, LiCEND, DistAlz, Université de Lille, Inserm, Lille. Simon Lecerf, chef de clinique assistant, CHU de Lille, Lille Neuroscience & Cognition, CNRMAJ, LiCEND, DistAlz, Université de Lille, Inserm, Lille. Loïc Legris, chef de clinique assistant, service de neurologie vasculaire, pôle PRéNeLE psychiatrie, neurologie, rééducation neurologique, médecine légale, CHU Grenoble Alpes. Loïc Le Guennec, praticien hospitalier, service de médecine intensive – réanimation neurologique, groupe hospitalier Pitié Salpêtrière, AP-HP, Sorbonne Université, Paris. Céline Louapre, maître de conférences des universités, praticien hospitalier, département de neurologie, groupe hospitalier Pitié Salpêtrière, AP-HP, CIC neurosciences, Institut du cerveau, Sorbonne Université, Paris. Adil Maarouf, maître de conférences des universités, praticien hospitalier, Aix Marseille Université, APHM, hôpital de la Timone, département de Neurologie, CRMBM, Marseille. Mihai-Dragos Maliia, praticien hospitalier, Unité de chirurgie de l'épilepsie Van Gogh, service de neurologie, CIC 1414, CHU de Rennes ; Laboratoire d'analyse du signal et des Images, LTSI, Inserm U1099, Université Rennes 1. Olivier Martinaud, professeur des universités, praticien hospitalier, service de neurologie, CHU de Caen ; Normandie UNIV, UNICAEN, PSL Research University, EPHE, INSERM, CHU de Caen, Neuropsychologie et imagerie de la mémoire humaine, Caen. Mikael Mazighi, professeur des universités, praticien hospitalier, département de neurologie, hôpital Lariboisière, AP-HP, Paris. Julie Mazoyer, praticien hospitalier, service de neurologie et rééducation neurologique, hôpital Avicenne, AP-HP, Bobigny.

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Laure Mazzola, praticien hospitalier, service des explorations neurologiques fonctionnelles, CHU de Saint-Étienne. Sara Meoni, maître de conférences des universités, praticien hospitalier, unité troubles du mouvement, service de neurologie, CHU Grenoble Alpes.. Laure Michel, praticien hospitalier, service de neurologie, CHU de Rennes. Xavier Moisset, professeur des universités, praticien hospitalier, CHU de Clermont-Ferrand, Inserm, Neuro-Dol, Université Clermont Auvergne, Clermont-Ferrand. Laurent Monassier, professeur des universités, praticien hospitalier, département universitaire de pharmacologie, addictologie, toxicologie et thérapeutique, laboratoire de pharmacologie et toxicologie neurocardiovasculaire UR7296, Université de Strasbourg, Strasbourg. Lénaic Monconduit, enseignant chercheur universitaire, Université Clermont Auvergne, Inserm, Neuro-Dol, ClermontFerrand. Jean-Louis Montastruc, médecin pharmacologue et neurologue, professeur émérite de pharmacologie médicale et clinique, membre de l'Académie nationale de Médecine, Toulouse. Lytissia Mouhli-Gasmi, chef de clinique assistant, service de neurologie, CHU de Saint-Étienne. Thierry Moulin, professeur des universités, praticien hospitalier, département de neurologie, CHU de Besançon ; CIC-1431 Inserm, UR481, Laboratoire de recherches intégratives en neurosciences et psychologie cognitive, Université de FrancheComté, UBFC, Besançon. Nathalie Nasr, professeur des universités, praticien hospitalier, service de neurologie, CHU de Poitiers. Grégoire Pin, chef de clinique assistant, service de neurologie et neuropsychologie, hôpital universitaire de La Timone, AP-HM, Marseille. Armand Remy, professeur des universités, praticien hospitalier, service de neurologie, unité neurovasculaire, hôpital central, CHRU de Nancy, CIC-P 1433, Inserm U1116, Université de Lorraine, Nancy. Sébastien Richard, professeur des universités, praticien hospitalier, service de neurologie, unité neurovasculaire, hôpital

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central, CHRU de Nancy, CIC-P 1433, Inserm U1116, Université de Lorraine, Nancy. Benjamin Rohaut, maître de conférences, praticien hospitalier, département de neurologie, groupe hospitalier Pitié-Salpêtrière, Paris ; Sorbonne Université ; AP-HP - DMU Neurosciences, MIR Neurologique ; Institut du cerveau - ICM, Paris. Elisabeth Ruppert, maître de conférences des universités, praticien hospitalier, service de neurologie, unité d'explorations fonctionnelles du système nerveux et de pathologies du sommeil, CHRU de Strasbourg. Maxime Sichel, service de neurologie, unité neurovasculaire, hôpital central, CHRU de Nancy, CIC-P 1433, Inserm U1116, Université de Lorraine, Nancy. Hugo Soulier, chef de clinique – assistant, service des explorations neurologiques fonctionnelles, CHU de Saint-Étienne. Laurent Tatu, professeur des universités, praticien hospitalier, département de neurologie, CHU de Besançon, laboratoire d'anatomie, UFR sciences de la santé, Université de Franche-Comté. Louise Tyvaert, professeur des universités, praticien hospitalier, service de neurologie, CHRU de Nancy, UMR 7039 CRAN, Université de Lorraine. Fabrice Vuillier, professeur des universités, praticien hospitalier, département de neurologie, CHU de Besançon, laboratoire d'anatomie, UFR sciences de la santé, Université de Franche-Comté. Thomas Wirth, praticien hospitalier, département de neurologie, centre expert Parkinson et centre de référence neurogénétique, hôpitaux universitaires de Strasbourg. Fabien Zagnoli, médecin neurologue, ancien professeur agrégé du Val-de-Grâce, Université de Bretagne Occidentale, Brest.

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Préface La neurologie est une discipline passionnante au regard de sa richesse sémiologique et des progrès diagnostiques et thérapeutiques constants qui ont permis de révolutionner la prise en charge des patients. L’approche sémiologique y constitue une étape essentielle de la prise en charge des patients. Elle permet aux étudiants, mais aussi aux médecins en exercice, devant une situation clinique donnée, que ce soit en urgence ou dans le suivi d’un nouveau patient, d’établir une approche syndromique puis topographique avant d’évoquer les hypothèses étiologiques potentielles. Pourtant, la neurologie est très souvent considérée par les étudiants comme une discipline complexe conduisant parfois à l’émergence d’une neurophobie, avec une appréhension à la prise en charge des patients ayant une plainte neurologique. Une meilleure connaissance et une appropriation par l’étudiant de fondamentaux des neurosciences en terme d’anatomie et physiopathologie sont les garants d’une compréhension des expressions cliniques des affections du système nerveux central et périphérique, de la pertinence des examens complémentaires et cibles thérapeutiques. Malgré la place croissante prise par les examens complémentaires dans l’investigation des affections neurologiques, celui de l’évaluation sémiologique reste crucial dans le bon usage de ces explorations. Le temps contraint des études médicales ne permet pas à chaque étudiant une formation pratique à la hauteur de la richesse de l’examen neurologique or nul ne peut reconnaitre ce qu’il ne connaît pas et chacun tend à oublier ce à quoi il n’est pas confronté régulièrement. Depuis plusieurs années, les étudiants en médecine disposent d’un référentiel des principales pathologies neurologiques enseignées dans le second cycle. Celui-ci est régulièrement actualisé et la 6e édition est disponible en accès libre sur le site du Collège des enseignants de neurologie (www.cen-neurologie.fr). Un référentiel

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de sémiologie neurologie était déjà proposé depuis de nombreuses années sur ce site. Il est apparu essentiel d’actualiser ce document qui a été très largement enrichi, avec le développement de notions fondamentales, des données de sémiologie analytique et topographique, des principales explorations paracliniques accessibles et des connaissances physiopathologiques qui permettront une meilleure compréhension des mécanismes des pathologies neurologiques. Une riche iconographie a été aussi intégrée pour faciliter la lecture. Nous tenons à remercier l’ensemble des enseignants de notre discipline, mais aussi d’autres spécialités, qui ont largement contribué à la rédaction et à la relecture des chapitres de ce référentiel dans un objectif de cohésion et complémentarité pour vous permettre l’assimilation la plus aisée, celle associée au plaisir de la lecture et de l’apprentissage. Nous remercions également tout particulièrement les professeurs Mathieu Ceccaldi et Nathalie Nasr et le docteur Elisabeth Ruppert qui ont assuré avec beaucoup d’enthousiasme et de détermination la coordination de ce document. Nous espérons que ce référentiel permettra aux étudiants en médecine d’acquérir dès les premières années de leur formation les bases essentielles au raisonnement neurologique. Nous vous souhaitons une excellente lecture. Pr Luc Defebvre, Ancien président du Collège des enseignants de neurologie Pr Igor Sibon, Président en exercice du Collège des enseignants de neurologie

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d’intérêt et de plaisir à consulter cet ouvrage que nous en avons eu à en coordonner la rédaction. Très bonne lecture. Mathieu Ceccaldi Nathalie Nasr Elisabeth Ruppert

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Abréviations 5HT 5-hydroxytryptamine (sérotonine) Ach Acétylcholine ACM Artère cérébrale moyenne ACP Artère cérébrale postérieure ADC Apparent diffusion coefficient ADME Absorption, distribution, métabolisme, élimination ADN Acide désoxyribonucléique Adr Adrénaline AINS Anti-inflammatoire non stéroïdien AIT Accident ischémique transitoire AMPA Amino-3-hydroxy-5-méthylisoazol-4-propionate AMS Aire motrice supplémentaire Apo Apolipoprotéine APP Amyloid precursor protein ARM Angiographie par résonance magnétique ASIC Acid-sensing ion channel ATP Adénosine triphosphate AVC Accident vasculaire cérébral BDNF Brain-derived neurotrophic factor CAM Confusion assessment method CE Crise d'épilepsie CF Crise focale CGL Corps genouillé latéral CGRP Calcitonin gene-related peptide COMT Catéchol-O-méthyltransférase

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COX Cyclo-oxygénase CTCG Crise généralisée tonicoclonique DA Dopamine DSC Débit sanguin cérébral ECG Électrocardiogramme EDTC Échodoppler transcrânien EEG Électroencéphalogramme EMG Électromyogramme EN Échelle numérique ENMG Électroneuromyogramme EOG Électro-oculogramme EVA Échelle visuelle analogique FC Fréquence cardiaque FDG Fluorodéoxyglucose FLAIR Fluid-attenuated inversion recovery GABA Gamma-amino-butyric acid GFAP Glial fibrillary acidic protein GHB Gamma-hydroxybutyrate GPCR G protein-coupled receptor HAS Haute autorité de santé HLH Hémianopsie latérale homonyme HSA Hémorragie subarachnoïdienne HTIC Hypertension intracrânienne IASP International Association for the Study of Pain IL Interleukine IRM Imagerie par résonance magnétique LAST Language screening test LCS Liquide cérébrospinal MA Maladie d'Alzheimer MAO Monoamine-oxydase MBP Myelin binding protein MCL Maladie à corps de Lewy diffus

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MIBG Méta-iodo-benzyl guanidine MMSE Mini mental state examination MND Maladie neurodégénérative MOG Myelin oligodendrocyte glycoprotein mRS modified Rankin scale NA Noradrénaline NCB Névralgie cervicobrachiale NGF Nerve growth factor NIHSS National Institutes of Health stroke scale NMDA N-méthyl-D-aspartate NT Non testable PA Pression artérielle PaCO2 Pression artérielle en dioxyde de carbone PAM Pression artérielle moyenne PaO2 Pression artérielle en dioxygène PAS Potentiel d'action sensitif PCP Planar cell polarity PCR Polymerase chain reaction PE Potentiels évoqués PEA Potentiels évoqués auditifs PEALM Potentiels évoqués auditifs de latence moyenne PEAp Potentiels évoqués auditifs précoces PEL Potentiels évoqués laser PEM Potentiels évoqués moteurs PES Potentiels évoqués somesthésiques PEV Potentiels évoqués visuels PGAM Potentiel global d'action moteur PIC Pression intracrânienne PL Ponction lombaire PPSE Potentiel post-synaptique excitateur PPSI Potentiel post-synaptique inhibiteur

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PrP Protéine du prion PrPsc Protéine prion scrapie PSEN Préséniline PtiO2 Pression tissulaire invasive en oxygène PUM Potentiel d'unité motrice RCP Réflexe cutané plantaire ROT Réflexe ostéotendineux RVC Résistance vasculaire cérébrale SL Sommeil lent SLL Sommeil lent léger SLP Sommeil lent profond SNC Système nerveux central SNP Système nerveux périphérique SNV Système nerveux végétatif SNVO Système nerveux végétatif orthosymathique SNVP Système nerveux végétatif parasympathique SP Sommeil paradoxal SPGO Sens de position du gros orteil STIR Short T1 inversion recovery SvjO2 Saturation veineuse jugulaire en oxygène TC Tronc cérébral TCA Temps de céphaline activée TDM Tomodensitométrie TDP-43 Transactive response desoxyribonucleic acid-binding protein 43 TEMP Tomographie par émission monophotonique TENS Transcutaneous electrical nerve stimulation TEP Tomographie par émission de positons Th1 T helper subtype 1 TNF Tumor necrosis factor ToF Time of flight

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TP Taux de prothrombine TRP Transient receptor potential TRPA1 Transient receptor potential ankyrin type 1 TRPM8 Transient receptor potential menthol type 8 TRPV1 Transient receptor potential vanilloid type 1 Ub Ubiquitine VCM Vitesse de conduction motrice VCS Vitesse de conduction sensitive VD Vitesse diastolique VIP Vasoactive intestinal peptide VM Vitesse moyenne VS Vitesse systolique

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PARTIE I

Notions fondamentales

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Chapitre 1: Anatomie descriptive et fonctionnelle Laurent Tatu; Fabrice Vuillier

P LA N D U C HA P I TRE Anatomie du cerveau Anatomie du cortex cérébral Configuration intérieure du cerveau Anatomie du tronc cérébral et du cervelet Anatomie du tronc cérébral Anatomie du cervelet Anatomie de la moelle spinale Configuration extérieure Situation Configuration intérieure Vascularisation artérielle Système liquidien Méninges Ventricules encéphaliques Vascularisation artérielle de l'encéphale

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Voies artérielles d'apport Cercle artériel de la base du cerveau Artères cérébrales Vascularisation artérielle du tronc cérébral et du cervelet Anatomie fonctionnelle des voies de la sensibilité Sensibilité épicritique Sensibilité protopathique Anatomie fonctionnelle de la motricité Voies motrices volontaires Contrôle cérébelleux Anatomie fonctionnelle des ganglions de la base

Anatomie du cerveau Laurent Tatu; Fabrice Vuillier

Le cerveau appartient à l'encéphale avec le tronc cérébral et le cervelet. Il comporte une partie centrale, le diencéphale, qui permet la communication avec le tronc cérébral, et deux hémisphères qui forment le télencéphale. La substance grise du cerveau qui renferme les neurones est répartie en substance grise profonde (essentiellement noyau lentiforme, noyau caudé et thalamus) et en substance grise périphérique correspondant au cortex cérébral. La substance blanche qui représente les fibres nerveuses se place dans le centre ovale des hémisphères, dans les régions de concentrations de fibres appelées capsules (capsules interne et

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externe) et dans les commissures qui unissent morphologiquement et fonctionnellement les deux hémisphères (corps calleux, fornix, commissures antérieure et postérieure). Le liquide cérébrospinal se répartit dans le 3e ventricule, qui creuse le diencéphale, et dans les ventricules latéraux présents dans chaque hémisphère (1er et 2e ventricules).

Anatomie du cortex cérébral (figures 1.1 à 1.3) La substance grise périphérique du cerveau forme le cortex cérébral à la surface des hémisphères cérébraux. Le cortex humain a un aspect plissé définissant la gyrencéphalie qui cache les deux tiers du cortex cérébral en profondeur des plis présents à la surface du cerveau.

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FIGURE 1.1 Vue latérale de l'hémisphère cérébral. FC : fissure centrale ; FL : fissure latérale ; FPO : fissure pariéto-occipitale ; ITO : incisure temporo-occipitale. Lobe frontal (beige) – F1 : gyrus frontal supérieur ; F2 : gyrus frontal moyen ; F3 : gyrus frontal inférieur ; fi : sillon frontal inférieur ; fs : sillon frontal supérieur ; op : pars operculaire ; or : pars orbitaire ; prc : sillon précentral ; Pré C : gyrus précentral ; tr : pars triangulaire. Lobe temporal (vert) – T1 : gyrus temporal supérieur ; T2 : gyrus temporal moyen ; T3 : gyrus temporal inférieur ; ti : sillon temporal inférieur ; ts : sillon temporal supérieur. Lobe pariétal (jaune) – Ga : gyrus angulaire ; Gsm : gyrus supramarginal ; ip : sillon

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intrapariétal ; P1 : gyrus pariétal supérieur ; poc : sillon post-central ; Post C : gyrus post-central. Lobe occipital (rose) – io : sillon intra-occipital ; O1 : gyrus occipital supérieur ; O2 : gyrus occipital moyen ; O3 : gyrus occipital inférieur.

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FIGURE 1.2 Vue médiale de l'hémisphère cérébral. FC : fissure centrale ; FPO : fissure pariéto-occipitale ; ITO : incisure temporooccipitale. Lobe limbique (chair) – ac : sillon antécalcarin ; co : sillon collatéral ; gc : gyrus cingulaire ; gsp : gyrus subpariétal ; sc : sillon cingulaire ; sp : sillon subpariétal ; T5 : gyrus parahippocampique ; u : uncus. Lobe frontal (beige) – F1 : gyrus frontal supérieur ; Pré C : gyrus précentral. Lobe pariétal (jaune) – P1 : gyrus pariétal supérieur ; Post C : gyrus postcentral. Lobe temporal (vert) – sto : sillon temporo-occipital ; T3 : gyrus temporal inférieur ; T4 : gyrus fusiforme. Lobe occipital (rose) – acp : sillon calcarin proprement dit ; O3 : gyrus

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occipital inférieur ; O4 : 4e gyrus occipital ; O5 : gyrus lingual ; O6 : cunéus ; rc : sillon rétrocalcarin.

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FIGURE 1.3 Vue inférieure de l'hémisphère cérébral. Gol : gyrus orbitaire latéral ; Gom : gyrus orbitaire médial ; Gr : gyrus rectus ; ITO : incisure temporo-occipitale ; O3 : gyrus occipital inférieur ; O4 : 4e gyrus occipital ; O5 : gyrus lingual ; ol : sillon orbitaire latéral ; om : sillon orbitaire médial ; sc : sillon cingulaire ; sto : sillon temporo-occipital ; T3 :

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gyrus temporal inférieur ; T4 : gyrus fusiforme ; T5 : gyrus parahippocampique. Le cortex est subdivisé, en fonction du nombre de couches cellulaires qui le constituent, en isocortex (néocortex), qui correspond à 80 % du cortex, et en allocortex (archéocortex) qui occupe un lobe particulier : le lobe limbique. Le cortex cérébral est divisé en lobes par les fissures. Les lobes sont parcellisés en gyrus (ou circonvolutions) par les sillons. Les lobes frontal, pariétal, temporal et occipital sont délimités par quatre fissures : 1. la fissure latérale (scissure de Sylvius dans l'ancienne terminologie) a une disposition antéropostérieure et se verticalise progressivement ; 2. la fissure centrale (scissure de Rolando dans l'ancienne terminologie) descend verticalement sur la face latérale de l'hémisphère en formant deux courbes convexes séparées par une courbe concave ; 3. la fissure pariéto-occipitale a une disposition oblique bien visible sur la face médiale de l'hémisphère ; 4. l'incisure temporo-occipitale est une encoche peu marquée au bord inférieur de l'hémisphère cérébral.

Lobe frontal Sur la face latérale du lobe frontal, se trouvent le sillon frontal supérieur et le sillon frontal inférieur. Ces deux sillons à disposition horizontale interceptent à angle droit un sillon vertical, le sillon précentral. Le gyrus frontal supérieur (F1) se place au-dessus du sillon frontal supérieur. Le gyrus frontal moyen (F2) est situé entre les sillons frontaux supérieur et inférieur. Le gyrus frontal inférieur (F3) est placé en dessous du sillon frontal inférieur. Il est subdivisé par la présence des deux rameaux de la fissure latérale en une partie operculaire, en arrière du rameau vertical, une partie triangulaire entre les rameaux vertical et horizontal, et une partie orbitaire en avant du rameau horizontal. Le gyrus précentral est à disposition verticale entre le sillon précentral et la fissure centrale.

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Il est situé en arrière du lobe frontal, dont il est séparé par la fissure centrale, et en avant du lobe occipital, dont il est séparé par la fissure pariéto-occipitale prolongée par une ligne théorique se dirigeant vers l'incisure temporo-occipitale. Cette région postérieure aux contours flous correspond au carrefour temporopariéto-occipital. Le sillon intrapariétal traverse la face latérale comme un arc de cercle pour se terminer en sillon intra-occipital dans le lobe occipital. La partie initiale ascendante du sillon intrapariétal correspond au sillon post-central inférieur qui constitue, avec son homologue le sillon post-central supérieur, le sillon post-central. Le gyrus postcentral est compris entre le sillon post-central et la fissure centrale. Au-dessus du sillon intrapariétal se place le gyrus pariétal supérieur (P1). En dessous du sillon intrapariétal se situe le gyrus pariétal inférieur (P2), qui est subdivisé en gyrus supramarginal à l'extrémité de la fissure centrale et en gyrus angulaire à l'extrémité du sillon temporal supérieur. La face médiale du lobe pariétal est marquée par la présence du sillon subpariétal qui sépare le gyrus pariétal supérieur (P1) du gyrus subpariétal appartenant au lobe limbique. La partie la plus postérieure du lobule paracentral est également visible.

Lobe occipital Il est situé à la partie postérieure et inférieure de l'hémisphère cérébral en arrière des lobes pariétal et temporal dont il est séparé par une limite théorique allant de la fissure pariéto-occipitale, bien visible sur la face médiale de l'hémisphère, à l'incisure temporooccipitale. L'organisation sulcogyrale du lobe occipital est complexe. Le sillon majeur de la face médiale du lobe occipital est le sillon calcarin qui peut être divisé en trois parties : le sillon antécalcarin, qui appartient à la fissure limbique, le sillon calcarin proprement dit, d'aspect sinueux, et le sillon rétrocalcarin à disposition verticale. Sur cette face médiale, le gyrus occipital inférieur (O3) se place dans la continuité du gyrus temporal inférieur (T3) ; le quatrième gyrus occipital (O4) prolonge le gyrus fusiforme (T4) ; le gyrus lingual (O5) prolonge le gyrus parahippocampique (T5). Le seul gyrus occipital bien délimité sur la face médiale est le cunéus (O6) qui s'intercale entre la fissure pariéto-occipitale et le sillon calcarin.

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Sur la face latérale, se trouve le sillon intra-occipital, terminaison du sillon intrapariétal. Le gyrus occipital supérieur (O1) se place dans le prolongement du gyrus pariétal supérieur (P1) et les gyrus occipitaux moyen (O2) et inférieur (O3) sont situés dans la continuité des gyrus temporaux correspondants T2 et T3.

Lobe limbique et hippocampe (figures 1.2 et 1.4) La face médiale de l'hémisphère cérébral porte le lobe limbique situé autour du diencéphale et regroupant l'achéocortex. Il constitue une partie des lobes frontal, pariétal et temporal. Le lobe limbique est séparé du reste du cortex par la fissure limbique constituée d'une succession de sillons parmi lesquels : ● le sillon cingulaire qui suit la courbe du corps calleux puis se redresse pour atteindre le bord supérieur de l'hémisphère ; ● le sillon subpariétal en forme de H ; ● le sillon antécalcarin qui correspond à la partie antérieure du sillon calcarin du lobe occipital ; ● le sillon collatéral du lobe temporal.

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FIGURE 1.4 Hippocampe. A. Vue supérieure endoventriculaire de l'hippocampe droit. 1. Tête de l'hippocampe. 2. Corps de l'hippocampe. 3. Queue de l'hippocampe. 4. Corne ventriculaire temporale ouverte. 5. Fimbria. 6. Subiculum. B. Coupe frontale de l'hippocampe. 1. Corne d'Ammon (champs CA1, CA2, CA3, CA4). 2. Gyrus dentatus. 3. Subiculum. 4. Sillon hippocampique. Le lobe limbique, situé en dedans de cette fissure, est divisé en gyrus subcalleux et subpariétal en dessous des sillons du même nom, et en gyrus parahippocampique (T5) qui recouvre l'hippocampe, également constitué d'archéocortex, et le noyau amygdalien. L'hippocampe est formé de deux lames d'archéocortex, le gyrus dentatus et la corne d'Ammon, enroulées l'une dans l'autre. Il est

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situé dans la corne temporale du ventricule latéral et peut être divisé en trois parties : tête, corps et queue. La terminaison effilée des piliers du fornix, formant la fimbria, vient s'accoler à l'hippocampe. L'hippocampe est séparé d'une zone corticale temporale aplatie, appelée subiculum, par le sillon de l'hippocampe. La partie antérieure de l'hippocampe est au contact d'une autre structure importante : le noyau amygdalien.

Lobe de l'insula (figure 1.5) L'insula est la seule partie du cortex cérébral qui n'est pas visible à la surface du cerveau. Enfouie au fond de la fissure latérale, elle est recouverte par d'autres zones du cortex formant un opercule à sa surface. Les lobes frontal, pariétal et temporal participent à la constitution de cet opercule insulaire. Dans sa partie supérieure, l'insula est recouverte par l'opercule frontopariétal, qui est constitué, d'avant en arrière, par les pars triangularis et opercularis du gyrus frontal inférieur (F3), par le gyrus subcentral qui coiffe l'extrémité inférieure de la fissure centrale, par la partie inférieure du gyrus post-central et par le gyrus supramarginal qui coiffe l'extrémité de la fissure latérale. Dans sa partie inférieure, le cortex insulaire est recouvert par l'opercule temporal, constitué par la face supérieure du gyrus temporal supérieur (T1) qui porte les gyrus temporaux transverses (Heschl). Dans sa partie antérieure, l'insula est recouverte par l'opercule fronto-orbitaire, qui comprend les gyrus de la face orbitaire du lobe frontal.

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FIGURE 1.5 Insula (Ins). 1. Opercule frontal. 2. Opercule pariétal. 3. Opercule temporal. 4. Gyrus temporaux transverses. 5. Gyrus supramarginal. 6. Gyrus subcentral. 7. Pars operculaire du gyrus orbitaire inférieur. 8. Pars triangulaire du gyrus orbitaire inférieur. 9. Pars orbitaire du gyrus orbitaire inférieur. 10. Gyrus orbitaires.

Configuration intérieure du cerveau Elle est organisée autour de substance grise profonde, de substance blanche et du système liquidien interne (ventricules latéraux et

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3e ventricule).

Substance grise profonde (figures 1.6 et 1.7) Elle est regroupée en noyaux diencéphaliques (essentiellement le thalamus) et télencéphaliques (essentiellement noyaux lentiforme et caudé).

FIGURE 1.6 Noyaux profonds de substance grise. 1. Tête du noyau caudé. 2. Corps du noyau caudé. 3. Queue du noyau caudé. 4. Nucleus accumbens (septi). 5. Noyau lentiforme. 6. Thalamus. 7. Pont putaminocaudé. 8. Faisceau corticospinal.

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FIGURE 1.7 Coupe frontale du cerveau. 1. Corps calleux. 2. Centre ovale. 3. Capsule interne. 4. Claustrum. 5. Capsule externe. 6. Capsule extrême. 7. Putamen. 8. Globus pallidus. 9. Noyau subthalamique. 10. Corps du noyau caudé. 11. Queue du noyau caudé. 12. Thalamus. Groupes nucléaires antérieur (a), médial (m), latéral (l) et ventral (v). 13. Corps du ventricule latéral. 14. Troisième ventricule. 15. Corne temporale du ventricule latéral. 16. Hippocampe. 17. Insula. Le noyau caudé est une structure arciforme qui s'enroule autour du noyau lentiforme. Il possède trois segments : la tête collée en

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avant au noyau lentiforme, le corps relié au noyau lentiforme par des ponts putaminocaudés, et la queue qui part de manière effilée en direction du lobe temporal de l'hémisphère. À la jonction de la tête du noyau caudé et du noyau lentiforme se place le nucleus accumbens (septi). Le noyau lentiforme prend un aspect triangulaire à la coupe avec une partie périphérique appelée putamen (la coquille en latin) et une partie centrale plus pâle dénommée globus pallidus qui est divisée sur un plan fonctionnel en globus pallidus externe et globus pallidus interne. En position plus médiale par rapport au complexe noyau caudé – noyau lentiforme, se place le thalamus, noyau diencéphalique de substance grise. Il constitue le relais obligatoire des voies sensitives et sensorielles. Les corps géniculés qui lui sont annexés forment des relais de la vision (corps géniculé latéral) et de l'audition (corps géniculé médial). Le thalamus est lui-même subdivisé en sousgroupes nucléaires antérieur, médial, ventral et latéral. Le groupe ventral est la zone de relais des voies cérébelleuses et sensitives. Le thalamus surplombe lui-même un autre noyau faisant la jonction avec le mésencéphale, le noyau subthalamique qui appartient aux ganglions de la base et intervient dans la régulation de la motricité.

Substance blanche interhémisphérique : commissures (figures 1.8 et 1.9) Les commissures cérébrales correspondent à des faisceaux de substance blanche qui assurent la transmission des informations entre les deux hémisphères. La plus volumineuse d'entre elles correspond au corps calleux qui est divisé en plusieurs parties d'avant en arrière : le bec, le genou, le corps et le splenium, la portion la plus dilatée et fonctionnellement la plus importante.

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FIGURE 1.8 Commissures cérébrales. 1. Corps calleux. 2. Corps du fornix. 3. Colonne du fornix. 4. Pilier du fornix se prolongeant par la fimbria. 5. Hippocampe. 6. Corne temporale du ventricule latéral. 7. Corps mamillaire. 8. Noyau amygdalien.

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FIGURE 1.9 Coupe sagittale du diencéphale. 1. Thalamus. 2. Adhésion interthalamique. 3. Habenula. 4. Hypothalamus. 5. Aire préoptique. 6. Foramen interventriculaire. 7. Sillon hypothalamique. 8. Plexus choroïdes. 9. Commissure antérieure. 10. Lame terminale. 11. Chiasma optique. 12. Hypophyse. 13. Corps mamillaire. 14. Aqueduc du mésencéphale. 15. Commissure postérieure. 16. Glande pinéale. 17. Bec du corps calleux. 18. Genou du corps calleux. 19. Corps du corps calleux. 20. Splénium du corps calleux. 21. Fornix. 22. Septum lucidum.

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Une autre commissure est constituée par le fornix qui se place en dessous du corps calleux. À partir d'un corps aplati rattaché au corps calleux par une membrane translucide, le septum lucidum, le fornix émet des prolongements vers les deux hémisphères. Les prolongements antérieurs, appelés colonnes, partent en direction des corps mamillaires, et les prolongements postérieurs, les piliers, viennent s'accoler à l'hippocampe en formant la fimbria. Le rôle fonctionnel du fornix est majeur pour le lobe limbique. Deux autres commissures, de forme plus tubulaire, correspondent aux commissures antérieure et postérieure. L'alignement horizontal correct de ces deux commissures sur une coupe sagittale sert, en imagerie, à la définition du plan de référence bicommissural.

Substance blanche intrahémisphérique (cf. figure 1.7) Elle possède des zones de haute concentration de fibres axonales appelées capsules. La capsule interne se glisse entre le thalamus en dedans et le noyau caudé et le noyau lentiforme en dehors. Les fibres motrices et sensitives y transitent. Entre le putamen et l'insula, une lame de substance grise appelée claustrum délimite les capsules externe et extrême. La vaste nappe de substance blanche qui surplombe l'étage des capsules correspond au centre ovale.

Système liquidien interne (cf. figures 1.7 et 1.9) Dans chaque hémisphère se place un ventricule latéral qui a suivi le développement par enroulement du cerveau. Le corps du ventricule émet des prolongements appelés cornes dans les lobes frontal, occipital et temporal. Le ventricule diencéphalique correspond au 3e ventricule. Cette cavité liquidienne est limitée en avant par la commissure antérieure, la lame terminale, une fine lame de substance blanche, et le chiasma optique. Sa limite inférieure ou plancher correspond au losange optopédonculaire avec la présence de la tige de l'hypophyse et des corps mamillaires. Sa paroi postérieure est faite de la commissure postérieure surplombée par la glande pinéale et sa limite supérieure

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est marquée par les deux habenulas et les plexus choroïdes. Les deux parois latérales du 3e ventricule sont symétriques et représentées, dans la partie haute, par les thalamus fréquemment reliés par l'adhésion interthalamique et, dans la partie basse, par l'hypothalamus. L'hypothalamus est séparé du thalamus par le sillon hypothalamique et il présente dans sa partie antérieure l'aire préoptique. Le 3e ventricule communique avec chacun des ventricules latéraux par le foramen interventriculaire et avec le 4e ventricule par l'aqueduc du mésencéphale.

Anatomie du tronc cérébral et du cervelet Laurent Tatu; Fabrice Vuillier

Anatomie du tronc cérébral (figures 1.10 et 1.11) Le tronc cérébral est situé avec le cervelet dans la fosse crânienne postérieure. Il fait directement suite à la moelle spinale et se prolonge par le diencéphale. Le 4e ventricule s'intercale entre le tronc cérébral et le cervelet, structures reliées par les pédoncules cérébelleux.

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FIGURE 1.10 Vue ventrale du tronc cérébral. 1. Sillon médian du bulbe. 2. Foramen cæcum. 3. Décussation motrice. 4. Sillon latéral du bulbe

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(préolivaire). 5. Olive bulbaire. 6. Sillon basilaire. 7. Pyramide du pont. 8. Pédoncule cérébelleux moyen. 9. Losange optopédonculaire. 10. Corps mamillaire. 11. Tige de l'hypophyse. 12. Pédoncule cérébral.

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FIGURE 1.11 Vue dorsale du tronc cérébral. 1. Tubercule gracile. 2. Tubercule cunéiforme. 3. Pédoncule cérébelleux inférieur. 4. Pédoncule cérébelleux moyen. 5. Pédoncule cérébelleux supérieur. 6. Voile médullaire supérieur. 7. Plancher du 4e ventricule. 8. Colliculus facial. 9. Stries médullaires. 10. Trigone de l'hypoglosse. 11. Trigone du vague.

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12. Aire vestibulaire. 13. Colliculus inférieur. 14. Colliculus supérieur. 15. Corps géniculé médial. 16. Corps géniculé latéral. 17. Glande épiphyse. Sur un plan morphologique, le tronc cérébral est segmenté en trois parties dans le sens craniocaudal : le mésencéphale, le pont et le bulbe (moelle allongée). Au niveau bulbaire et pontique, le plancher du 4e ventricule constitue la face dorsale du tronc cérébral.

Bulbe (moelle allongée) Il fait directement suite à la moelle spinale cervicale. Il comporte deux étages : une partie inférieure fermée, qui présente la même organisation que la moelle spinale cervicale, et un étage supérieur ouvert par la présence du 4e ventricule. Sa partie ventrale est marquée par la présence des pyramides bulbaires séparées par le sillon médian du bulbe qui se dilate dans sa partie haute pour former un point d'entrée vasculaire appelé foramen cæcum. Sur la partie basse de ce sillon apparaît la décussation motrice. Les olives inférieures (olives bulbaires) apparaissent sur la partie latérale en arrière du sillon préolivaire. La face dorsale de la partie inférieure du bulbe permet de voir la disposition des faisceaux postérieurs sensitifs gracile (de Goll) et cunéiforme (de Burdach) se dilatant dans leur partie haute en tubercules du même nom. Dans la partie supérieure, la face dorsale disparaît pour laisser apparaître le plancher du 4e ventricule encadré par les pédoncules cérébelleux inférieurs. Cette partie bulbaire du plancher du 4e ventricule est séparée de la partie pontique par les stries médullaires. Les trigones du nerf hypoglosse et du nerf vague ainsi que l'aire vestibulaire font saillie dans la partie bulbaire.

Pont Il constitue une saillie transversale qui sépare le bulbe du mésencéphale. Il se prolonge latéralement par les pédoncules cérébelleux moyens. Le pont est marqué sur la ligne médiane par la

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présence du sillon basilaire, une dépression qui livre passage à l'artère du même nom. Il se prolonge latéralement par les pyramides du pont qui se dirigent vers les pédoncules cérébelleux moyens. La face dorsale du pont constitue le plancher du 4e ventricule où les saillies du colliculus facial (relief des noyaux des nerfs abducens et facial) sont visibles. Dans la partie haute du pont, les pédoncules cérébelleux supérieurs sont unis par le voile médullaire supérieur.

Mésencéphale Sur la face ventrale du mésencéphale, les éléments les plus saillants correspondent aux pédoncules cérébraux qui s'infiltrent dans le diencéphale. Ils sont séparés par le losange optopédonculaire, délimité en avant par le chiasma optique, et qui comporte les corps mamillaires et la tige de l'hypophyse. Sur la face dorsale, les colliculus supérieur et inférieur sont reliés respectivement aux corps géniculés latéral et médial qui se collent au thalamus. La face dorsale du mésencéphale est surplombée par la glande épiphyse.

Origine apparente des nerfs crâniens Chacun des dix nerfs crâniens vrais possède une origine apparente à la surface du tronc cérébral. Seul le nerf trochléaire (IV) émerge de la face dorsale du tronc cérébral au niveau des colliculus inférieurs. Les neuf autres émergent de la face ventrale : ● le nerf oculomoteur (III) dans la fosse interpédonculaire ; ● le nerf trijumeau (V) et ses deux racines, motrice et sensitive, sur la face latérale du pont ; ● le nerf abducens (VI) dans le sillon bulbopontique ; ● les nerfs facial (VII), intermédiaire (VIIbis) et cochléovestibulaire (VIII) dans l'angle pontocérébelleux ; ● les nerfs glossopharyngien (IX), vague (X) et accessoire (XI) dans la fossette rétro-olivaire ; ● le nerf hypoglosse (XII) dans le sillon préolivaire.

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Configuration intérieure du tronc cérébral (figures 1.12 à 1.14) Le tronc cérébral, comme le reste du système nerveux central, est formé de substance blanche, de substance grise et de liquide cérébrospinal contenu dans le 4e ventricule.

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FIGURE 1.12 Coupe horizontale du bulbe ouvert. 1. Faisceau corticospinal. 2. Faisceau corticonucléaire. 3. Lemniscus médial. 4. 4e ventricule. 5. Olive bulbaire. 6. Faisceau spinothalamique. 7. Noyau du nerf hypoglosse.

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8. Noyau dorsal moteur du nerf vague. X : origine apparente du nerf vague ; XII : origine apparente du nerf hypoglosse.

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FIGURE 1.13 Coupe horizontale du pont (passant par le colliculus facial). 1. Faisceau corticospinal. 2. Faisceau corticonucléaire. 3. Noyaux du pont. 4. 4e ventricule. 5. Lemniscus médial. 6. Faisceau spinothalamique. 7. Colliculus

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facial. 8. Noyau du nerf abducens. 9. Noyau du nerf facial. 10. Noyaux cochléovestibulaires.

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FIGURE 1.14 Coupe horizontale du mésencéphale (passant par le colliculus supérieur). 1. Faisceau corticonucléaire. 2. Faisceau corticospinal. 3. Noyau rouge. 4. Lemniscus médial. 5. Faisceau spinothalamique. 6. Colliculus supérieur. 7. Corps

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au précédent. Les voies sensitives sont réparties dans le lemniscus médial pour la sensibilité épicritique et le faisceau spinothalamique pour la sensibilité protopathique. Le lemniscus médial est en situation médiale et verticale au niveau bulbaire alors que le faisceau spinothalamique est situé plus latéralement. Dans le pont, le lemniscus médial s'horizontalise et se colle au faisceau spinothalamique. Dans le pédoncule cérébral, les deux voies sensitives viennent s'accoler au noyau rouge.

Anatomie du cervelet (figures 1.15 et 1.16) Le cervelet, logé dans la fosse crânienne postérieure, est séparé du tronc cérébral en avant de lui par le 4e ventricule. Avec le bulbe et le pont, il forme le rhombencéphale. Par sa face antérieure, il forme donc le toit de la cavité du 4e ventricule et communique avec le tronc cérébral par trois paires de pédoncules cérébelleux : inférieurs, moyens et supérieurs. Les pédoncules cérébelleux véhiculent les faisceaux afférents et efférents qui unissent le cervelet au reste du système nerveux central. Sa face supérieure est au contact de la structure dure-mérienne appelée tente du cervelet qui ferme en haut la fosse crânienne postérieure. Sa face inférieure est au contact de l'os occipital. La fissure horizontale, habituellement bien marquée, fait le tour des hémisphères dans le plan horizontal.

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FIGURE 1.15 Coupe sagittale médiane du tronc cérébral et du cervelet. 1. Fissure primaire. 2. Fissure secondaire. 3. Fissure postérolatérale. 4. 4e ventricule. 5. Mésencéphale. 6. Pont. 7. Bulbe (moelle allongée).

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FIGURE 1.16 Vue ventrale du cervelet. 1. Pédoncule cérébelleux supérieur. 2. Pédoncule cérébelleux moyen. 3. Pédoncule cérébelleux inférieur. 4. 4e ventricule. 5. Nodule. 6. Floccule. 7. Tonsille. 8. Fissure horizontale. 9. Fissure primaire. 10. Fissure secondaire. 11. Fissure postérolatérale. Le cervelet est divisé en une partie médiane étroite, le vermis, et deux parties latérales développées, les hémisphères cérébelleux. Il est divisé en trois lobes : le lobe antérieur séparé du lobe postérieur par la fissure primaire et la fissure secondaire, et le lobe flocculonodulaire séparé du lobe postérieur par la fissure postérolatérale. Le lobe flocculonodulaire est constitué du nodule qui appartient au vermis prolongé latéralement par les floccules qui se placent sur la face ventrale de chaque hémisphère cérébelleux. À l'image du cerveau, le cervelet comporte de la substance blanche, de la substance grise périphérique, le cortex, et de la substance grise centrale. Le cortex cérébelleux est plissé et peut être divisé en une

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série de lobules. Parmi ceux-ci, les tonsilles occupent une place stratégique en surplombant le foramen magnum au contact proche du bulbe. Ces structures sont responsables de l'engagement cérébelleux en cas d'hyperpression dans la fosse crânienne postérieure. La substance grise centrale est organisée en trois paires de noyaux cérébelleux : ● le noyau fastigial est situé dans le vermis à proximité du toit du 4e ventricule ; ● les noyaux interposés, globuleux et emboliformes sont dans la partie la plus médiale de l'hémisphère ; ● les noyaux dentés sont situés plus latéralement enchâssés dans la substance blanche.

Anatomie de la moelle spinale Fabrice Vuillier; Laurent Tatu

La moelle spinale constitue la partie inférieure du système nerveux central. Entièrement située dans le canal vertébral, elle donne naissance sur toute sa hauteur aux nerfs spinaux qui empruntent les foramens intervertébraux. Elle est le lieu de passage des voies ascendantes et descendantes et elle est le siège des arcs réflexes. Comme toutes les structures appartenant au système nerveux central, la moelle spinale est constituée de substance grise, de substance blanche et de liquide cérébrospinal.

Configuration extérieure (figures 1.17 et 1.18) La moelle spinale a la forme d'un tube cylindrique aplati d'avant en arrière. Elle possède une extrémité supérieure, qui fait suite au bulbe (moelle allongée) du tronc cérébral, et elle se termine par une extrémité inférieure arrondie appelée cône terminal rattachée au coccyx par le filum terminale.

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FIGURE 1.17 Situation de la moelle spinale.

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FIGURE 1.18 Coupe horizontale de la moelle spinale. 1. Corne ventrale de la moelle spinale. 2. Corne dorsale de la moelle spinale. 3. Corne latérale de la moelle spinale. 4. Substance grise intermédiaire et canal central de l'épendyme. 5. Faisceau corticospinal direct. 6. Faisceau spinothalamique. 7. Faisceau corticospinal croisé. 8. Faisceaux spinocérébelleux. 9. Faisceau gracile. 10. Faisceau cunéiforme. CD : cordon dorsal ; CL : cordon latéral ; CV : cordon ventral ; MI : membre inférieur ; MS : membre supérieur ; SDL : sillon dorsal latéral ; SDM : sillon dorsal médian ; SVL : sillon ventral latéral ; SVM : sillon ventral médian ; T : tronc. La moelle spinale présente deux renflements correspondant à une plus grande densité de neurones destinés à l'innervation des membres : le renflement cervical est à l'origine des nerfs spinaux

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destinés aux membres supérieurs, et le renflement lombal à l'origine de ceux destinés aux membres inférieurs. Entre les renflements, se place la moelle thoracique dont le diamètre est plus réduit. À sa surface, la moelle spinale est parcourue par des sillons verticaux dont le plus profond est le sillon ventral médian (fissure). Ces sillons délimitent des cordons pairs : ● cordon ventral, situé entre le sillon ventral médian et le sillon ventral latéral ; ● cordon latéral, situé entre les sillons ventral latéral et dorsal latéral ; ● cordon dorsal, situé entre le sillon dorsal latéral et le sillon dorsal médian. Les sillons ventral latéral et dorsal latéral correspondent respectivement aux zones d'émergence des radicelles dont l'union forme les racines ventrales et dorsales des nerfs spinaux. Selon la loi de la métamérisation, la moelle spinale est constituée d'un empilement de segments identiques (métamères) émettant chacun une paire de nerfs spinaux responsables d'un territoire cutané (dermatome), d'un territoire musculaire (myotome) et d'un territoire viscéral. La moelle spinale émet 31 paires de nerfs spinaux, chacun constitué par l'union d'une racine ventrale motrice et d'une racine dorsale sensitive. Il est habituel de distinguer : ● la moelle cervicale, à l'origine de huit paires de nerfs spinaux cervicaux (C1 à C8) ; ● la moelle thoracique, à l'origine de douze paires de nerfs spinaux thoraciques (Th1 à Th12) ; ● la moelle lombale, à l'origine de cinq paires de nerfs spinaux lombaux (L1 à L5) ; ● la moelle sacrale, à l'origine de cinq paires de nerfs spinaux sacraux (S1 à S5) ; ● la moelle coccygienne, à l'origine d'une paire de nerfs spinaux coccygiens (Co1). En moyenne la moelle spinale mesure 1 cm de diamètre (1,5 cm au niveau des renflements) et elle a une longueur correspondant à 25 %

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de la taille de l'individu.

Situation (cf. figure 1.17) La moelle spinale, entourée de ses méninges, est située au centre du canal vertébral dont elle suit les différentes courbures. Elle n'occupe que les deux tiers de la longueur du canal vertébral en s'étendant habituellement du foramen magnum jusqu'à la hauteur du disque intervertébral séparant les 1re et 2e vertèbres lombales. La projection vertébrale habituelle de la moelle spinale est la suivante : ● la moelle cervicale s'étend de la 1re à la 7e vertèbre cervicale ; ● la moelle thoracique s'étend de la 7e vertèbre cervicale à la 10e vertèbre thoracique ; ● la moelle lombale s'étend de la 10e à la 12e vertèbre thoracique ; ● les moelles sacrale et coccygienne s'étendent de la 12e vertèbre thoracique à la 2e vertèbre lombale. Conséquence de cette différence morphologique entre le contenant (canal vertébral) et le contenu (moelle spinale), les trajets des racines et des nerfs spinaux deviennent de plus en plus obliques dans la partie inférieure du canal vertébral. En dessous du niveau du cône terminal, les racines lombales et sacrales disposées verticalement forment la queue de cheval à l'intérieur du canal vertébral.

Configuration intérieure (cf. figure 1.18) Sur toute sa hauteur, la moelle spinale a une configuration intérieure uniforme. La substance grise est située au centre, autour du canal central de l'épendyme rempli de liquide cérébrospinal. La substance blanche est située en périphérie.

Substance grise Elle est organisée en une colonne centrale qui contient les corps cellulaires des neurones. Elle prend la forme d'un papillon aux ailes

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déployées avec de chaque côté : ● une corne ventrale, motrice, large, contenant les corps cellulaires des motoneurones alpha destinés à l'innervation des muscles striés ; ● une corne dorsale, sensitive, plus étroite, contenant les corps cellulaires des deutoneurones des voies de la sensibilité protopathique. À l'étage de la moelle thoracique, une corne latérale appartenant au contingent sympathique du système nerveux autonome s'interpose entre les cornes ventrale et dorsale. Reliant les cornes ventrales et dorsales, la substance grise intermédiaire entoure le canal central de l'épendyme et comprend essentiellement des interneurones.

Substance blanche Elle est constituée des axones myélinisés des neurones appartenant aux voies ascendantes, descendantes ainsi qu'aux voies d'association. Elle entoure la substance grise et s'organise en cordons : ● le cordon ventral est situé entre le sillon ventral médian et le sillon ventral latéral. Il contient notamment le faisceau corticospinal direct (motricité volontaire) qui ne représente qu'un faible contingent des fibres corticospinales ; ● le cordon latéral est situé entre le sillon ventral latéral et le sillon dorsal latéral. Il contient notamment les faisceaux spinothalamiques ventral et dorsal (sensibilité protopathique) et le faisceau corticospinal croisé (motricité volontaire). Ce dernier est organisé selon une somatotopie avec, de dedans en dehors, les fibres destinées aux membres supérieurs, puis au tronc et aux membres inférieurs. Il contient également les faisceaux spinocérébelleux ; ● le cordon dorsal est situé entre les sillons dorsal latéral et dorsal médian. Il contient les faisceaux véhiculant la sensibilité épicritique : faisceaux gracile en dedans (membres inférieurs) et cunéiforme en dehors (membres supérieurs).

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Vascularisation artérielle (figure 1.19) La moelle spinale est vascularisée par des artères qui perforent la substance nerveuse à partir d'un réseau anastomotique pie-mérien plaqué à la surface de la moelle. Ce réseau est alimenté par un système longitudinal, constitué de l'artère spinale ventrale et des artères spinales dorsales droite et gauche, et par un système transversal, constitué des artères segmentaires.

FIGURE 1.19 Organisation de la vascularisation artérielle de la moelle spinale. ARA : artère radiculaire antérieure ; ARP : artère radiculaire postérieure ; ASD : artère spinale dorsale ; ASV : artère spinale ventrale ; RPM : réseau pie-mérien.

Système longitudinal L'artère spinale ventrale, située dans le sillon ventral médian, naît de la convergence de deux rameaux nés chacun des artères vertébrales. Elle possède un calibre maximal au niveau du renflement cervical et

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plus réduit au niveau de la moelle thoracique. L'artère spinale ventrale est à l'origine de branches qui perforent la moelle spinale à travers le sillon ventral médian pour vasculariser la substance grise de chaque côté de la ligne médiane. Elle donne également des branches participant au riche réseau artériel pie-mérien situé à la surface des cordons. Les artères spinales dorsales, plus grêles, naissent le plus souvent des artères vertébrales et se placent chacune le long du sillon dorsal latéral de la moelle jusqu'au cône terminal où elles forment avec l'artère spinale ventrale une boucle anastomotique. Par de nombreuses branches, elles alimentent le réseau anastomotique piemérien.

Système transversal Ce système est constitué des artères radiculaires antérieures et postérieures qui, portées par les racines des nerfs spinaux, viennent s'aboucher sur le système longitudinal. Au niveau des renflements, ces artères sont de plus gros volume et participent à la vascularisation de la moelle spinale en abordant directement le cordon latéral. C'est le cas notamment de l'artère du renflement lombal (artère d'Adamkiewicz).

Système liquidien Fabrice Vuillier; Laurent Tatu

Le liquide cérébrospinal est un liquide propre au système nerveux central dont la composition est proche de celle du plasma. Sécrété par les plexus choroïdes des ventricules encéphaliques, il est résorbé par les granulations arachnoïdiennes. C'est un liquide transparent « eau de roche » qui circule à l'intérieur du système ventriculaire encéphalique (système liquidien interne) et dans les espaces subarachnoïdiens délimités par les méninges (système liquidien externe). Il assure le transport d'éléments nutritifs pour le tissu nerveux et l'élimination des produits du métabolisme et il possède un rôle mécanique de protection du système nerveux central.

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Méninges Ce sont des tissus qui enveloppent et protègent de façon concentrique le système nerveux central. De la superficie à la profondeur se placent successivement : ● la dure-mère, méninge de protection, épaisse et résistante (pachyméninge) ; ● l'arachnoïde, méninge de glissement, plus mince (leptoméninge), qui double en profondeur la dure-mère ; ● la pie-mère, également mince (leptoméninge), méninge nourricière véritable porte-vaisseaux, intimement appliquée à la surface du tissu nerveux. Autour et entre eux, les méninges délimitent les espaces extradural (épidural), subdural et subarachnoïdien. On distingue les méninges spinales, qui entourent la moelle spinale, et les méninges encéphaliques, qui entourent l'encéphale.

Disposition générale des méninges spinales (figure 1.20) La dure-mère spinale enveloppe la moelle spinale en formant un sac allongé dans le canal vertébral, du foramen magnum jusqu'à hauteur de la 3e vertèbre sacrale. Les racines des nerfs spinaux traversent la dure-mère qui les accompagne en formant un manchon jusqu'au foramen intervertébral. Elle est séparée des parois du canal vertébral par l'espace extradural (épidural) contenant principalement de la graisse et des plexus veineux. C'est dans cet espace que s'effectue l'injection lors d'une anesthésie épidurale.

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FIGURE 1.20 Disposition des méninges spinales. 1. Espace extradural (épidural). 2. Espace subarachnoïdien. 3. Ligament dentelé. L'arachnoïde spinale recouvre toute la face profonde de la duremère. Elle est séparée de la pie-mère par l'espace subarachnoïdien dans lequel se situe le liquide cérébrospinal que l'on prélève lors de la ponction lombaire. Cet espace est cloisonné par la présence de trabéculations qui s'attachent à la pie-mère. La pie-mère est appliquée contre la surface de la moelle spinale et s'insinue dans les sillons. Elle émet deux prolongements latéraux formant les ligaments dentelés qui contribuent au maintien de la moelle spinale.

Disposition générale des méninges encéphaliques (figures 1.21 et 1.22)

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La dure-mère encéphalique enveloppe l'encéphale en adhérant aux os du crâne à l'exception de l'os temporal au niveau d'une zone décollable (de Gérard Marchant), siège privilégié de l'hématome extradural. Elle envoie des expansions entre les deux hémisphères cérébraux (faux du cerveau) et entre le cerveau en haut et le cervelet en bas (tente du cervelet).

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FIGURE 1.21 Disposition des méninges encéphaliques. 1. Espace subarachnoïdien. 2. Faux du cerveau. 3. Tente du cervelet. 4. Cerveau. 5. Cervelet. 6. Sinus duraux.

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FIGURE 1.22 Espace subarachnoïdien encéphalique. 1. Espace subarachnoïdien. 2. Trabéculations arachnoïdiennes. 3. Veine corticale. 4. Artère corticale. 5. Granulations arachnoïdiennes. 6. Sinus dural. En se dédoublant, la dure-mère encéphalique renferme les sinus duraux qui drainent l'ensemble du sang veineux de l'encéphale vers les veines jugulaires internes.

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L'arachnoïde se place en dedans de la dure-mère dont elle est séparée par un espace virtuel contenant des veines (espace subdural). Entre l'arachnoïde et la pie-mère, se place l'espace subarachnoïdien dans lequel circule le liquide cérébrospinal et où sont placées les trabéculations arachnoïdiennes qui rejoignent la piemère. L'arachnoïde émet des villosités situées dans les sinus veineux et qui sont chargées de résorber le liquide cérébrospinal vers la circulation veineuse. La pie-mère est appliquée contre le cortex du cerveau dont elle suit les sillons.

Ventricules encéphaliques (figure 1.23) Ils constituent le système liquidien interne et forment un ensemble de cavités situées en profondeur de l'encéphale. Remplis de liquide cérébrospinal, ils contiennent également les plexus choroïdes.

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FIGURE 1.23 Ventricules encéphaliques. 1. Ventricule latéral gauche. 2. 3e ventricule. 3. 4e ventricule. 4. Aqueduc du mésencéphale. 5. Plexus choroïdes. 6. Orifice du 4e ventricule. CF : corne frontale du ventricule latéral ; CO : corne occipitale du ventricule latéral ; CT : corne temporale du ventricule latéral ; ESA : espace subarachnoïdien.

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Les ventricules encéphaliques sont représentés par les ventricules latéraux, le 3e ventricule (ventricule diencéphalique) et le 4e ventricule (ventricule rhombencéphalique). Ces ventricules communiquent entre eux ainsi qu'avec les espaces subarachnoïdiens et le canal central de l'épendyme. Les ventricules latéraux sont pairs, symétriques et situés dans la partie profonde de chaque hémisphère. Arciformes à concavité antéro-inférieure, ils possèdent un corps et trois expansions sous forme de cornes frontale, temporale et occipitale. Les ventricules latéraux communiquent avec le 3e ventricule dans lequel il déverse le liquide cérébrospinal à travers les foramens interventriculaires (de Monro). Le 3e ventricule est une cavité impaire et médiane située dans le diencéphale. Il communique avec le 4e ventricule par l'aqueduc du mésencéphale. Un simple rétrécissement de ce canal déjà étroit est à l'origine d'un certain nombre d'hydrocéphalies. De forme triangulaire, le 4e ventricule est une cavité impaire et médiane creusant le rhombencéphale. Sa paroi antérieure, correspondant au plancher du 4e ventricule (fosse rhomboïde), est constituée de la face dorsale du bulbe et du pont et son toit est constitué du vermis cérébelleux et des voiles médullaires supérieur et inférieur. À sa partie inférieure, le toit est percé d'un orifice permettant le passage du liquide cérébrospinal du système ventriculaire vers les espaces subarachnoïdiens.

Vascularisation artérielle de l'encéphale Fabrice Vuillier; Laurent Tatu

L'encéphale ne représente que 2 % du poids du corps mais il absorbe près de 20 % de la consommation énergétique globale. Sa vascularisation artérielle est donc essentielle afin de lui assurer un apport métabolique adapté.

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Le système artériel de l'encéphale est organisé selon trois niveaux (figure 1.24) : ● les voies artérielles d'apport, constituées par trois piliers : les artères carotides internes en avant et l'axe vertébrobasilaire en arrière ; ● le cercle artériel de la base du cerveau (polygone de Willis), système d'anastomoses entre les voies d'apport et base de lancement des artères cérébrales ; ● les artères cérébrales chargées de vasculariser les parties superficielles et profondes des hémisphères.

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FIGURE 1.24 Les trois niveaux du système artériel encéphalique. AB : artère basilaire ; ACA : artère cérébrale antérieure ; ACI : artère carotide interne ; ACM : artère cérébrale moyenne ; ACP : artère cérébrale postérieure ; AO : aorte ; ASC : artère subclavière ; AV : artère vertébrale.

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Voies artérielles d'apport (figure 1.25) Artère carotide interne À droite comme à gauche, l'artère carotide interne est la branche de division postérolatérale de l'artère carotide commune. Elle naît à hauteur de la 4e vertèbre cervicale et son trajet s'étend jusqu'audessus du toit du sinus caverneux.

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FIGURE 1.25 Les artères de l'encéphale (vue inférieure de l'encéphale). 1. Artère carotide interne. 2. Artère cérébrale antérieure. 3. Artère cérébrale moyenne. 4. Artère communicante postérieure. 5. Artère vertébrale. 6. Artère basilaire. 7. Artère cérébelleuse inférieure. 8. Artère cérébelleuse moyenne.

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9. Artère cérébelleuse supérieure. 10. Artère cérébrale postérieure. 11. Artère spinale antérieure. 12. Artère communicante antérieure. 13. Artère choroïdienne antérieure. Au cours de son trajet, elle a d'abord une portion cervicale, au cours de laquelle son trajet ascendant est rectiligne, l'amenant au niveau de la base du crâne, à proximité du processus styloïde. Puis elle traverse l'os temporal dans le canal carotidien (portion pétreuse) selon un trajet en baïonnette. Dans la boîte crânienne, l'artère carotide interne traverse le sinus caverneux de bas en haut (portion caverneuse) selon un trajet en forme de S italique (siphon carotidien), puis elle perfore son toit. À la sortie du sinus caverneux, elle se termine en se divisant en ses quatre branches terminales : les artères cérébrales antérieure, cérébrale moyenne, choroïdienne antérieure et communicante postérieure.

Axe vertébrobasilaire Les artères vertébrales droite et gauche sont des branches collatérales des artères subclavières droite et gauche. Elles cheminent dans le canal transversaire des six premières vertèbres cervicales puis entrent dans la boîte crânienne par le foramen magnum. Elles se placent sur la face ventrale du bulbe (moelle allongée) et fusionnent à hauteur du sillon bulbopontique pour former l'artère basilaire. Avant de fusionner, chaque artère vertébrale donne une artère cérébelleuse inférieure et une artère spinale antérieure. En se plaçant sur la face ventrale du pont, l'artère basilaire monte jusqu'au sillon pontomésencéphalique où elle se termine en ses deux branches terminales, les artères cérébrales postérieures droite et gauche. L'artère basilaire donne comme principales branches collatérales les artères cérébelleuses moyenne et supérieure.

Cercle artériel de la base du cerveau (figures 1.25 et 1.26)

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Situé à la face inférieure du cerveau, le cercle artériel de la base du cerveau a la forme d'un polygone dont les côtés sont constitués par : ● en avant, les deux segments proximaux (A1) des artères cérébrales antérieures unis par l'artère communicante antérieure ; ● en arrière, les deux segments proximaux (P1) des artères cérébrales postérieures ; ● latéralement, les deux artères communicantes postérieures.

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FIGURE 1.26 Le cercle artériel de la base du cerveau. 1. Artère communicante antérieure. 2. Segment proximal (A1) de l'artère cérébrale antérieure. 3. Artère carotide interne. 4. Artère communicante postérieure. 5. Segment proximal (P1) de l'artère cérébrale postérieure.

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Le cercle artériel de la base du cerveau est le siège de nombreuses variations morphologiques (absence d'une artère constitutive ou de calibres artériels variables). L'artère communicante postérieure est l'artère soumise aux plus nombreuses variations. Le cercle artériel de la base du cerveau est la véritable base de lancement des artères cérébrales antérieure, moyenne et postérieure. Les artères constitutives du cercle artériel de la base du cerveau sont aussi à l'origine de branches collatérales (artères perforantes profondes) qui, en passant à travers les substances perforées antérieures, latérales et postérieures, participent à la vascularisation des structures situées en profondeur des hémisphères.

Artères cérébrales (figures 1.27 et 1.28) La circulation artérielle cérébrale est organisée en deux systèmes alimentés essentiellement par les artères cérébrales antérieure, moyenne, postérieure et choroïdienne antérieure.

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FIGURE 1.27 Artères corticales et perforantes profondes du cerveau. 1. Artères lenticulostriées. 2. Artères thalamiques. 3. Artères du globus pallidus médial. 4. Artères du bras postérieur de la capsule interne.

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FIGURE 1.28 Coupe schématique des principaux territoires artériels du cerveau. 1. Bras antérieur de la capsule interne. 2. Genou de la capsule interne. 3. Bras postérieur de la capsule interne. 4. Queue du noyau caudé. NC : noyau caudé ; NL : noyau lentiforme ; Th : thalamus. Le système superficiel assure la vascularisation des territoires corticaux des hémisphères. Il est constitué d'artères corticales, leptoméningées ou piales, qui forment un réseau artériel anastomotique à la surface du cerveau. Ces artères envoient des branches qui pénètrent à angle droit le cortex et atteignent la substance blanche sous-jacente. Le système profond assure la vascularisation des territoires profonds des hémisphères, c'est-à-dire le diencéphale et les noyaux de la base. Il est alimenté par les artères perforantes profondes issues du cercle artériel de la base du cerveau ou de la partie proximale de ses branches.

Artère cérébrale antérieure Le territoire de vascularisation des artères corticales de l'artère cérébrale antérieure comprend les deux tiers médiaux de la face inférieure du lobe frontal et les faces médiales des lobes frontal et pariétal. Elles vascularisent aussi les parties supéromédiales des gyrus frontal supérieur, précentral et post-central. Le territoire de vascularisation des artères perforantes profondes de l'artère cérébrale antérieure comprend essentiellement la partie antéro-inférieure de la tête du noyau caudé, la partie antérieure et inférieure du bras antérieur de la capsule interne, et la partie antérieure du globus pallidus.

Artère cérébrale moyenne

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Le territoire de vascularisation des artères corticales issues de l'artère cérébrale moyenne comprend la partie latérale de la face inférieure du lobe frontal, la totalité de la face latérale des lobes frontal et pariétal ainsi que l'insula, les opercules et la face latérale du lobe temporal. Le territoire de vascularisation des artères perforantes profondes de l'artère cérébrale moyenne (artères lenticulostriées) comprend la partie supérieure de la tête et le corps du noyau caudé, le putamen, la partie latérale du globus pallidus, la partie supérieure du bras antérieur, du genou et du bras postérieur de la capsule interne.

Artère cérébrale postérieure Le territoire de vascularisation des artères corticales de l'artère cérébrale postérieure est constitué de la partie inféromédiale du lobe temporal située entre le sillon temporal inférieur et la fissure pariétooccipitale, à l'exception du pôle temporal. Le territoire de vascularisation des artères perforantes profondes de l'artère cérébrale postérieure comprend la majeure partie du tronc cérébral, du thalamus et des corps géniculés.

Artère choroïdienne antérieure Le territoire de vascularisation des artères corticales de l'artère choroïdienne antérieure comprend l'uncus, la tête de l'hippocampe et la partie antérieure du gyrus parahippocampique. Le territoire de vascularisation des artères perforantes profondes de l'artère choroïdienne antérieure comprend la partie ventrale des deux tiers postérieurs du bras postérieur de la capsule interne, une partie du tractus optique, la partie latérale du corps géniculé latéral, la partie inférieure de la queue du noyau caudé et la partie médiale du globus pallidus.

Vascularisation artérielle du tronc cérébral et du cervelet (figure 1.29) La vascularisation artérielle du tronc cérébral et du cervelet est assurée par des branches provenant de l'axe vertébrobasilaire. Ces artères ont une longueur variable mais elles pénètrent le tronc

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cérébral à des points fixes et alimentent les territoires antéromédial, antérolatéral, latéral et postérieur du tronc cérébral. Ces territoires, qui sont constants aux trois étages du tronc cérébral, sont alimentés par des pédicules artériels qui varient en fonction des différents niveaux du tronc cérébral.

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FIGURE 1.29 Coupe schématique des territoires artériels du bulbe et du cervelet.

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Le cervelet est vascularisé par les artères cérébelleuses inférieures, moyennes et supérieures qui se divisent chacune en une branche médiale et latérale. Au cours de leur trajet, les artères cérébelleuses participent, par leurs branches médiales, à la vascularisation du tronc cérébral.

Anatomie fonctionnelle des voies de la sensibilité Fabrice Vuillier; Laurent Tatu

La sensibilité somatique (somesthésie) et les sensibilités spéciales (organes des sens) permettent aux organismes vivants de réagir aux stimulations externes et internes. Concernant la sensibilité somatique, la classification la plus pertinente, sur le plan anatomique et fonctionnel pour une bonne utilisation en pratique clinique, distingue les sensibilités épicritique, protopathique et la sensibilité proprioceptive inconsciente : ● la sensibilité épicritique regroupe la perception du tact fin et conscient qui permet la discrimination et la localisation des informations et la proprioception consciente (pallesthésie, kinesthésie). Elle emprunte la voie anatomique, dite lemniscale, qui passe par le lemniscus médial du tronc cérébral. Elle est composée de fibres nerveuses myélinisées et de gros calibre permettant une conduction rapide et une bonne discrimination spatiale ; ● la sensibilité protopathique regroupe la perception du tact grossier, de la température et la douleur. Elle emprunte la voie anatomique dite extralemniscale et voyage dans le faisceau spinothalamique. Elle est composée de fibres nerveuses peu ou non myélinisées, de petit calibre, à l'origine d'une vitesse de conduction plus lente et d'une moins bonne discrimination spatiale ;

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● la sensibilité proprioceptive inconsciente est véhiculée par une autre voie anatomique constituée des faisceaux spinocérébelleux. Elle est chargée d'informer le cervelet pour sa fonction de contrôle du mouvement. Les voies protopathique et épicritique ont des caractéristiques générales communes : ● elles sont ascendantes et croisées ; ● elles transportent l'information du récepteur, situé en périphérie, jusqu'au cortex cérébral ; ● elles sont organisées selon un réseau de trois neurones (protoneurone, deutoneurone, neurone thalamocortical) dans lequel le relais entre le 2e et le 3e neurone s'effectue au niveau du thalamus.

Sensibilité épicritique (figure 1.30) Le premier neurone de cette voie possède un corps cellulaire situé dans le ganglion spinal de la racine dorsale du nerf spinal. Ses dendrites, au contact de récepteurs musculotendineux et d'autres situés dans le derme, sont transportées par les nerfs du système nerveux périphérique, puis par la racine dorsale des nerfs spinaux. L'axone pénètre dans la moelle spinale et alimente les faisceaux gracile (axones sacrés et lombaires) et cunéiforme (axones thoraciques et cervicaux) du cordon dorsal de la moelle spinale en déterminant une somatotopie. L'axone du 1er neurone établit un relais avec le 2e neurone dont le corps cellulaire se situe au niveau des noyaux gracile et cunéiforme situés dans la partie dorsale du bulbe fermé.

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FIGURE 1.30 Voies sensitives. 1. Ganglion spinal. 2. Cordons dorsaux de la moelle spinale. 3. Corne dorsale de la moelle spinale. 4. Faisceau spinothalamique. 5. Lemniscus médial. 6. Thalamus ventral. L'axone du 2e neurone croise la ligne médiane en formant le lemniscus médial et parcourt les trois étages du tronc cérébral pour gagner la partie ventrale (pars oralis) du noyau ventro-postérolatéral du thalamus où s'établit le relais avec le neurone

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thalamocortical. Ce noyau est organisé selon une somatotopie avec de dedans en dehors les fibres du membre supérieur, du tronc et du membre inférieur (figure 1.31). Les informations provenant de la face sont transportées par le faisceau trigéminothalamique qui se projette sur le noyau ventro-postéro-médial du thalamus.

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FIGURE 1.31 Relais thalamiques des voies sensitives. 1. Groupe nucléaire antérieur. 2. Groupe nucléaire médial. 3. Groupe nucléaire postérieur. MI : membre inférieur ; MS : membre supérieur ; P : noyau postérieur ; T : tronc ; VA : noyau ventral antérieur ; VL : noyau ventral latéral ; VPM : noyau ventral postéromédian. L'axone du neurone thalamocortical emprunte le bras postérieur de la capsule interne pour se projeter sur le gyrus post-central du lobe pariétal (aire somatosensible primaire) organisé selon une somatotopie décrivant l'homonculus sensitif, superposable à l'homonculus moteur (de Penfield).

Sensibilité protopathique (cf. figure 1.30) Le 1er neurone de cette voie possède un corps cellulaire situé dans le ganglion spinal de la racine dorsale du nerf spinal. Les dendrites, au contact de récepteurs sensibles au tact grossier, à la température et à la douleur, sont transportées par les nerfs du système nerveux périphérique puis par la racine dorsale des nerfs spinaux. L'axone gagne la substance grise de la corne dorsale au sein de laquelle s'effectue le relais avec le 2e neurone. L'axone du 2e neurone franchit la ligne médiane et participe à la constitution des faisceaux spinothalamique ventral (tact grossier, température, douleur) et spinothalamique dorsal (localisation précise de la douleur) qui se placent dans le cordon latéral de la moelle spinale. Le faisceau spinothalamique ventral gagne la partie dorsale (pars caudalis) du noyau ventro-postéro-latéral du thalamus et le faisceau spinothalamique dorsal se projette sur le noyau postérieur du thalamus où s'établissent les relais avec le 3e neurone (cf. figure 1.31). Le noyau ventro-postéro-latéral du thalamus est le siège d'une somatotopie où les fibres transportant des informations provenant du membre supérieur, du tronc puis du membre inférieur se disposent respectivement de dedans en dehors.

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L'axone du neurone thalamocortical emprunte le bras postérieur de la capsule interne pour se projeter sur le gyrus post-central du lobe pariétal (aire somatosensible primaire) organisé selon une somatotopie décrivant l'homonculus sensitif. Il existe également une voie spino-réticulo-thalamique satellite des voies spinothalamiques. C'est une voie multisynaptique dont les relais s'effectuent dans la substance réticulée du tronc cérébral ainsi que dans les noyaux intralaminaires du thalamus avant de se terminer au niveau du lobe limbique. Cette voie plus complexe intervient notamment dans la composante émotionnelle de la douleur. De manière physiologique, le premier relais sur les voies protopathiques peut être soumis à un blocage du passage de l'influx douloureux par l'action inhibitrice d'une collatérale de l'axone du 1er neurone de la voie épicritique. Cette influence inhibitrice de la voie épicritique sur la voie protopathique permet un contrôle de la douleur et ce phénomène qui correspond au gate control est à la base de certaines thérapeutiques de neurostimulation (figure 1.32).

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FIGURE 1.32 Voies sensitives dans la moelle spinale. 1. Premier neurone de la voie épicritique. 2. Premier neurone de la voie protopathique. 3. Collatérale du gate control. 4. Faisceau spinothalamique.

Anatomie fonctionnelle de la motricité Laurent Tatu; Fabrice Vuillier

Voies motrices volontaires (figure 1.33) Les voies de la motricité volontaire regroupent le faisceau corticospinal (anciennement dénommé « faisceau pyramidal ») et le faisceau corticonucléaire (appelé précédemment « faisceau

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géniculé »). Ces deux faisceaux ne constituent que la partie exécutive d'une organisation plus complexe de la motricité volontaire qui inclut également les ganglions de la, base et le cortex prémoteur pour la planification, le cervelet intermédiaire pour le contrôle du mouvement en cours, et le cervelet latéral pour la programmation du mouvement.

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FIGURE 1.33 Voies motrices volontaires. 1. Faisceau corticospinal croisé. 2. Faisceau corticospinal direct. 3. Noyaux moteurs des nerfs crâniens. 4. Corne ventrale de la moelle spinale.

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Les voies de la motricité volontaire correspondent à des voies simples, croisées, formées de deux neurones qui relient les centres corticaux et le système musculaire. Les faisceaux de la motricité volontaire traversent le système nerveux central : le centre ovale, la capsule interne, le tronc cérébral et, pour le faisceau corticospinal, la moelle spinale. Durant tout leur trajet, ils conservent une organisation somatotopique.

Aires corticales de la motricité Les corps cellulaires des premiers neurones des voies corticospinale et corticonucléaire se placent de manière prépondérante dans le gyrus précentral qui constitue l'aire motrice primaire placée verticalement entre la fissure centrale en arrière et le sillon précentral. D'autres neurones moins nombreux se trouvent dans les aires corticales frontales prémotrices, sur la face latérale des circonvolutions F1, F2 et F3 qui interviennent dans les mouvements spécifiques des globes oculaires par exemple. D'autres aires prémotrices sont également présentes sur la face médiale de l'hémisphère en avant du lobule paracentral en formant l'aire motrice supplémentaire (AMS) impliquée dans la planification du mouvement et dans la coordination des mouvements complexes des membres. Un autre contingent plus réduit de neurones est présent dans le gyrus post-central, correspondant à l'aire sensitive primaire entre la fissure centrale et le sillon post-central.

Trajet Les axones des premiers neurones traversent le centre ovale de l'hémisphère cérébral et constituent progressivement les faisceaux corticospinal et corticonucléaire qui traversent ensuite le bras postérieur de la capsule interne et pénètrent le pédoncule cérébral du mésencéphale. Au niveau du pont, le faisceau corticospinal est dispersé en de multiples fascicules par la présence des noyaux du pont. Il se reconstitue en un tractus compact à hauteur du bulbe (medulla oblongata). À hauteur de la partie inférieure du bulbe, environ 80 % des axones de la voie corticospinale décussent pour former le tractus corticospinal latéral (faisceau corticospinal croisé) dans le cordon

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latéral de la moelle spinale. Les autres axones ne croisent pas la ligne médiane au niveau du bulbe et forment le tractus corticospinal ventral (faisceau corticospinal direct) dans le cordon ventral de la moelle spinale. Les axones du 1er neurone du tractus corticospinal latéral font relais avec le deuxième neurone moteur dans la corne ventrale de la moelle spinale. Ceux du tractus corticospinal ventral décussent à chaque niveau segmentaire par la commissure antérieure de la moelle spinale pour également faire relais avec le 2e neurone moteur dans la corne ventrale. L'axone du 2e neurone moteur emprunte la racine ventrale du nerf spinal, puis le nerf spinal et ses branches ventrale et dorsale pour innerver les muscles des membres et du tronc. Les axones constituant le faisceau corticonucléaire décussent à différents niveaux du tronc cérébral pour rejoindre les noyaux moteurs controlatéraux des nerfs crâniens. Ils font relais avec le 2e neurone moteur dont les axones empruntent les nerfs crâniens pour innerver les muscles à commande volontaire de l'extrémité cervicocéphalique. Le faisceau corticonucléaire s'amenuise progressivement dans la traversée du tronc cérébral pour finalement disparaître au niveau bulbaire. Certains noyaux moteurs des nerfs crâniens, comme ceux du nerf facial, reçoivent une afférence bilatérale des faisceaux corticonucléaires.

Somatotopie Le cortex moteur du gyrus précentral est le siège d'une somatotopie. Chaque région de l'hémicorps controlatéral est représentée sur ce gyrus. Les régions du corps avec une grande densité d'innervation musculaire, comme la main ou la langue, ont une plus grande représentation corticale que les régions avec une plus faible densité d'innervation, comme le tronc. Cette représentation disproportionnée est appelée « homonculus moteur de Penfield ». La représentation somatotopique se poursuit tout au long des voies motrices volontaires. Dans la traversée de la capsule interne, le faisceau corticonucléaire occupe le genou délimité, en dedans, par le corps du noyau caudé et le thalamus et, en dehors, par l'extrémité du globus pallidus. Il véhicule la partie de la voie motrice volontaire

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destinée à l'extrémité cervicocéphalique. Le faisceau corticospinal se place dans le bras postérieur de la capsule interne entre le thalamus en dedans et le globus pallidus et le putamen en dehors. Dans la partie motrice du bras postérieur de la capsule interne, la somatotopie du faisceau corticospinal s'organise de l'avant vers l'arrière : membre supérieur, tronc, membre inférieur (figure 1.34).

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FIGURE 1.34 Somatotopie des voies motrices dans la capsule interne. 1. Noyau caudé. 2. Thalamus. 3. Globus pallidus. 4. Putamen. 5. Bras antérieur de la capsule interne. 6. Genou de la capsule interne. 7. Bras

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postérieur de la capsule interne. e : extrémité céphalique ; i : membre inférieur ; s : membre supérieur ; t : tronc. Dans la moelle spinale, le faisceau corticospinal croisé est organisé de manière somatotopique. Les fibres destinées aux différents segments du corps se placent, de dedans en dehors : segments cervical, thoracique, lombal et sacral. Il existe également une organisation somatotopique dans la corne ventrale de la moelle spinale. Les neurones moteurs sont organisés en groupes cellulaires. Par exemple, au niveau segmentaire correspondant à l'innervation des membres, les groupes médiaux innervent les muscles de la partie proximale du membre et les groupes latéraux les muscles de la partie distale (figure 1.35).

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FIGURE 1.35 Voies motrices dans la moelle spinale. 1. Faisceau corticospinal croisé. 2. Faisceau corticospinal direct. 3. Corne ventrale de la moelle spinale. 4. Colonnes médiales de la corne ventrale. 5. Colonnes latérales de la corne ventrale. i : membre inférieur ; s : membre supérieur ; t : tronc.

Contrôle cérébelleux La morphologie complexe du cervelet ne correspond pas à son organisation fonctionnelle. La division phylogénétique classique en archéo, paléo et néocérébellum n'a que peu d'intérêt pratique. La division fonctionnelle la plus pertinente du cervelet découle de la terminaison des afférences sur le cortex cérébelleux et de l'organisation corticonucléaire.

Division fonctionnelle (figure 1.36) À l'image du cerveau, le cervelet comporte de la substance blanche, de la substance grise corticale et de la substance grise centrale, les

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trois paires de noyaux cérébelleux. Le noyau fastigial est situé dans le vermis à proximité du toit du 4e ventricule, les noyaux interposés, globuleux et emboliformes sont localisés dans la partie la plus médiale de l'hémisphère et les noyaux dentés sont situés plus latéralement, enchâssés dans la substance blanche.

FIGURE 1.36 Division fonctionnelle du cervelet. 1. Noyaux fastigiaux. 2. Noyaux interposés. 3. Noyau denté. 4. Nodule. 5. Floccule. Ainsi, dans le plan sagittal, trois zones fonctionnelles corticonucléaires peuvent être définies de manière bilatérale : ● le cervelet médian correspond au cortex du vermis associé au noyau fastigial ;

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● le cervelet intermédiaire associe le cortex de la partie médiale de l'hémisphère aux noyaux interposés ; ● le cervelet latéral regroupe le cortex de la partie latérale de l'hémisphère et le noyau denté. On ajoute à ces trois grandes zones le lobe flocculonodulaire qui est formé par le cortex d'une structure impaire vermienne, le nodule, et de ses prolongements bilatéraux, les floccules. Du fait de leurs afférences spinales prédominantes, les cervelets médian et intermédiaire sont également appelés spinocérébellum. Leur fonction principale est le contrôle du bon déroulement du mouvement en cours. Le cervelet latéral est également appelé cérébrocérébellum du fait de ses afférences corticales et régit principalement la programmation motrice. Le lobe flocculonodulaire, qui reçoit principalement des afférences vestibulaires, est défini également comme le vestibulocérébellum, et exerce son action principale sur le maintien de l'équilibre.

Contrôle de la motricité des membres (figure 1.37) Ce contrôle est sous la dépendance du cervelet intermédiaire qui reçoit des informations proprioceptives inconscientes des membres par le tractus spinocérébelleux postérieur (anciennement faisceau de Flechsig) et par le tractus spinocérébelleux antérieur (anciennement faisceau de Gowers).

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FIGURE 1.37 Fonctionnement du cervelet intermédiaire. 1. Afférences proprioceptives. 2. Voie motrice principale. 3. Noyau rouge. 4. Tractus rubrospinal. 5. Thalamus ventrolatéral. 6. Cortex frontal. Depuis le cortex du cervelet intermédiaire, les fibres projettent sur les noyaux interposés puis sur les noyaux ventral antérieur et ventral latéral du thalamus. Au passage, la voie fait relais sur le noyau rouge controlatéral qui donne naissance au tractus rubrospinal qui décusse

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et part en direction des cornes ventrales de la moelle spinale. La voie part ensuite du thalamus en direction du cortex moteur pour effectuer sa fonction de régulation motrice. Le faisceau rubrospinal contribue également au contrôle de la motricité volontaire des membres. Une lésion du cervelet intermédiaire aboutit à l'apparition d'un syndrome cérébelleux cinétique ipsilatéral à la lésion du fait de la double décussation des voies. L'expression clinique d'une telle lésion est l'incoordination motrice du mouvement à la fois dans ses coordonnées spatiales et temporelles (dysmétrie, asynergie, etc.). Une lésion du circuit neuronal relié au cervelet intermédiaire, dans le pont ou le thalamus par exemple, peut également aboutir à l'apparition d'un syndrome cérébelleux cinétique, ici controlatéral.

Contrôle de la motricité axiale et de l'équilibre Ces fonctions sont assurées par le cervelet médian et le lobe flocculonodulaire. Le cervelet médian reçoit des afférences proprioceptives inconscientes des muscles axiaux et par les mêmes voies efférentes que le cervelet intermédiaire contrôle la motricité de ces muscles. L'atteinte du cervelet médian est responsable de troubles portant essentiellement sur la statique et sur la marche. Le lobe flocculonodulaire reçoit lui des informations en provenance directe des organes de l'équilibre de l'oreille interne. Il projette ensuite sur les noyaux vestibulaires homo et controlatéraux du tronc cérébral. Des noyaux vestibulaires, partent les faisceaux vestibulospinaux qui viennent moduler le tonus des muscles extenseurs du tronc, les faisceaux réticulospinaux qui agissent aussi sur la motricité des muscles axiaux, et le faisceau longitudinal médial qui agit sur l'oculomotricité. Une lésion du lobe flocculonodulaire entraîne généralement l'apparition de troubles massifs de l'équilibre et d'un nystagmus.

Programmation du mouvement (figure 1.38) Les fonctions principales du cervelet latéral correspondent à la programmation du mouvement et à l'apprentissage moteur. Le cervelet latéral fonctionne en circuit fermé avec le cortex cérébral et

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ne reçoit pas d'afférences de la moelle spinale. Il reçoit des afférences de différentes zones corticales, en particulier des aires prémotrices et somesthésiques. Elles arrivent par les pédoncules cérébelleux moyens après un relais dans les noyaux du pont controlatéraux. Depuis le cortex du cervelet latéral, la projection se fait vers le noyau denté, puis vers les noyaux thalamiques ventral antérieur et ventral latéral avant de rejoindre le cortex cérébral. Il existe également un relais dans le noyau rouge controlatéral.

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FIGURE 1.38 Fonctionnement du cervelet latéral. 1. Cortex frontal. 2. Noyaux du pont. 3. Noyau rouge. 4. Thalamus ventrolatéral. 5. Olive bulbaire. Le cervelet latéral intervient très tôt dans la genèse du mouvement au moment de sa programmation et avant l'intervention du cervelet intermédiaire qui supervise l'exécution du mouvement en cours. L'échange permanent entre le cervelet latéral et les aires prémotrices

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permet la transition harmonieuse entre un mouvement et le mouvement suivant. L'olive bulbaire occupe une place particulière dans le fonctionnement du cervelet latéral. Elle reçoit des afférences de la moelle spinale par le tractus spino-olivaire et du cervelet via le noyau rouge par le faisceau rubro-olivaire. L'olive bulbaire agit comme un comparateur entre le mouvement attendu et le mouvement réellement produit et envoie des informations correctrices au cervelet latéral controlatéral par le pédoncule cérébelleux inférieur. Elle intervient également dans l'apprentissage moteur. Une lésion du cervelet latéral est généralement associée à celle du cervelet intermédiaire et aboutit à l'apparition d'un syndrome cérébelleux cinétique ipsilatéral à la lésion du fait de la double décussation des voies. L'expression clinique d'une telle lésion aboutit également à une décomposition du mouvement et à une augmentation du délai de déclenchement ou de fin de mouvement.

Anatomie fonctionnelle des ganglions de la base Les ganglions de la base constituent un ensemble de noyaux souscorticaux de substance grise. Ces noyaux interconnectés fonctionnant en boucles sont principalement impliqués dans le contrôle de la motricité mais ils interviennent également dans l'apprentissage moteur, le comportement, la prise de décision et les émotions. La boucle motrice est la mieux connue. Les ganglions de la base regroupent principalement un ensemble de structures anatomiques paires : le noyau caudé, le noyau lentiforme, le nucleus accumbens, le noyau subthalamique et la substance noire mésencéphalique.

Boucles motrices Dans les modèles de fonctionnement en boucles, les ganglions de la base sont classés en structures d'entrée, structures de sortie, structures intrinsèques de traitement de l'information et structures de modulation :

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● les structures d'entrée reçoivent des informations venant principalement du cortex cérébral. Elles correspondent au striatum qui regroupe le putamen, le noyau caudé et le nucleus accumbens ; ● les structures de sortie envoient des informations vers leurs cibles principalement le thalamus ventral et le tronc cérébral. Elles correspondent au globus pallidus interne et à la substance noire réticulaire ; ● les structures intrinsèques relaient et traitent les informations entre les structures d'entrée et de sortie. Elles englobent le globus pallidus externe et le noyau subthalamique ; ● une structure de modulation, la substance noire compacte, ajuste le fonctionnement des circuits internes des ganglions de la base par la voie appelée nigrostriée allant de la substance noire au striatum. La boucle cortico-sous-corticale motrice prend naissance dans les aires prémotrices, motrice supplémentaire et dorsolatérales du lobe frontal et projette sur le striatum avec une action stimulatrice médiée par le neurotransmetteur glutamate. Après traitement des informations par les ganglions de la base, le retour se fait par relais dans les noyaux thalamiques ventral antérieur et ventral latéral vers les aires corticales de départ. Par son action stimulatrice sur les aires associatives frontales, cette boucle motrice influence directement la planification du mouvement, et le réglage des schémas moteurs complexes et indirectement le cortex moteur primaire, point de départ des voies corticospinale et corticobulbaire. Elle agit à la fois sur les mouvements volontaires des membres et sur le tonus et la posture des muscles axiaux.

Voies directe et indirecte Le modèle de traitement de l'information par les structures intermédiaires repose sur l'existence de deux voies de traitement de l'information, la voie directe et la voie indirecte, placées entre les structures d'entrée (striatum) et de sortie (globus pallidus interne et substance noire réticulaire) des ganglions de la base.

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La voie directe est représentée par les projections directes monosynaptiques, inhibitrices, gabaergiques, du striatum sur les structures de sortie. Finalement, le striatum renforce l'inhibition au niveau du globus pallidus interne et de la substance noire réticulaire induisant une facilitation dans leurs structures cibles : le thalamus, le colliculus supérieur et le tronc cérébral. Cette voie facilite donc globalement le mouvement. Par l'intermédiaire des neurones gabaergiques de la voie directe qui expriment des récepteurs dopaminergiques D1, la dopamine permet une régulation fine par un effet facilitateur sur la voie directe (figure 1.39).

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FIGURE 1.39 Voie directe des ganglions de la base. Cpm : cortex prémoteur ; Gpe : globus pallidus externe ; Gpi : globus pallidus interne ; Nc : noyau caudé ; Ns : voie nigrostriée ; Nst : noyau subthalamique ; Pu : putamen ; Thv : thalamus ventral. La voie indirecte comporte une étape supplémentaire passant par le noyau subthalamique. Le striatum émet des projections gabaergiques inhibitrices vers le globus pallidus externe d'où partent des projections gabaergiques inhibitrices vers le noyau subthalamique. Cette double inhibition stimule donc les neurones glutamatergiques excitateurs du noyau subthalamique sur les structures de sortie. Par cette voie, le striatum renforce finalement l'inhibition des structures de sortie des ganglions de la base sur leurs cibles. La voie indirecte est donc frénatrice du mouvement. La dopamine produit une inhibition sur la voie indirecte par les neurones gabaergiques qui expriment des récepteurs dopaminergiques D2 (figure 1.40).

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FIGURE 1.40 Voie indirecte des ganglions de la base. Cpm : cortex prémoteur ; Gpe : globus pallidus externe ; Gpi : globus pallidus interne ; Nc : noyau caudé ; Ns : voie nigrostriée ; Nst : noyau subthalamique ; Pu : putamen ; Thv : thalamus ventral. Un fonctionnement moteur adapté nécessite un juste équilibre entre la voie directe productrice de mouvements et la voie indirecte inhibitrice. Une prépondérance d'une des deux voies aboutit à l'apparition d'une pathologie de type maladie de Parkinson (excès d'inhibition) ou chorée de Huntington (excès de stimulation).

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Chapitre 2: Cellules du système nerveux et des muscles Emmanuel Cognat; , Relectrice :Virginie Desestret

P LA N D U C HA P I TRE Système nerveux Tissu musculaire

Système nerveux D'un point de vue histologique, le système nerveux central (SNC) est subdivisé en deux composantes dont la proportion et l'organisation varient selon les régions anatomiques, la substance grise et la substance blanche. Schématiquement, la substance grise contient les corps cellulaires des neurones alors que la substance blanche contient leurs prolongements. Les cellules dites gliales, c'est-à-dire astrocytes, oligodendrocytes et cellules microgliales sont présentes dans la substance grise comme dans la substance blanche, avec des différences morphologiques, organisationnelles et fonctionnelles. À ces deux composantes observées dans le SNC s'ajoutent les racines nerveuses et les nerfs qui sont formés par les prolongements neuronaux (entourés ou non de myéline) qui s'étendent au-delà de la moelle spinale et forment le système nerveux périphérique (SNP).

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Cellules du système nerveux Neurones Les neurones sont des cellules spécialisées dans la genèse, la propagation, la réception et le traitement de l'information. Cette information prend la forme de signaux électriques qui se propagent le long de prolongements interconnectés. On peut ainsi distinguer différents compartiments ayant des fonctions distinctes (figure 2.1) : ● le corps ou soma qui contient le noyau et les principaux organites et dans lequel sont assurées la plupart des fonctions cellulaires essentielles ; ● l'axone, prolongement unique et non ramifié (hormis à sa terminaison) qui se projette parfois à très longue distance pour former, à sa terminaison, le bouton synaptique, des connexions avec d'autres neurones ou des cellules effectrices ; ● les dendrites, prolongements multiples, ramifiés et courts (comparativement à l'axone), sièges de très nombreuses connexions avec les axones par des jonctions spécialisées, les synapses.

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FIGURE 2.1 Structure générale du neurone. Les neurones comprennent un corps cellulaire, un axone et des dendrites. L'axone transmet des influx vers son extrémité, le bouton synaptique, qui entre

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en contact avec une autre cellule. Les dendrites reçoivent des contacts avec des boutons synaptiques provenant d'autres neurones. © Stevens A, Lowe JS. Histologie humaine, 3e éd. Trad fr. A. Défossez et C.-A. Maurage. Paris : Elsevier Masson ; 2006. Corps cellulaire Le corps cellulaire des neurones abrite un noyau volumineux et clair avec habituellement un seul nucléole de grande taille. Les organites habituels sont présents en abondance dans le cytoplasme dont un réticulum endoplasmique granuleux abondant qui s'organise en granules basophiles, les corps de Nissl. Avec le vieillissement, le cytoplasme se charge de dépôts pigmentaires de lipofuscine, qui sont des pigments insolubles dérivant des lysosomes. Cytosquelette Le cytosquelette abondant comprend trois types de filaments : ● filaments fins d'actine répartis dans toute la cellule, impliqués dans la cytoarchitecture, la mobilité des récepteurs membranaires et la plasticité synaptique ; ● filaments intermédiaires spécifiques du neurone, les neurofilaments, répartis dans toute la cellule et enrichis dans la région axonale. Ils sont constitués par l'assemblage de trois sous-unités (neurofilaments légers, moyens et lourds) et jouent principalement un rôle structural ; ● filaments épais ou microtubules principalement localisés dans les prolongements neuronaux et en particulier l'axone. Ils sont au centre du processus de transport axonal. Dendrite Les dendrites sont des prolongements neuronaux courts et ramifiés qui augmentent la surface de la membrane plasmique du neurone et permettent d'augmenter le nombre de connexions synaptiques réceptrices formées par le neurone. Ces connexions apparaissent comme de petites élevures sur la membrane dendritique appelées

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épines dendritiques. Les dendrites ne sont jamais recouvertes de myéline. Axone L'axone est un prolongement unique, long (jusqu'à 1,2 m), ramifié uniquement à son extrémité synaptique. Son diamètre varie entre 1 et 15 µm et est constant tout le long de l'axone. Il conduit l'influx nerveux du corps cellulaire vers la terminaison synaptique (centrifuge). Il peut être ou non recouvert de myéline. Les caractéristiques des dendrites et des axones sont comparées dans le tableau 2.1. Tableau 2.1 Caractéristiques des prolongements d'un neurone. Caractéristique Dendrites

Axone

Nombre

Multiples

Unique

Aspect

Flou : épines dendritiques

Lisse

Diamètre

Diminuant vers la périphérie

Constant (segment principal)

Ramifications

Multiples précoces

Terminales

Myéline

Jamais

Parfois

Astrocytes Les astrocytes sont de grandes cellules étoilées dont les prolongements se projettent vers de nombreuses cellules et structures du SNC. Leur noyau est ovalaire, assez volumineux. Les astrocytes contiennent un filament intermédiaire spécifique, la GFAP (glial fibrillary acidic protein). On distingue deux types d'astrocytes : ● les astrocytes protoplasmiques ont un aspect étoilé avec des prolongements épais, courts et très ramifiés. Ils sont principalement observés dans la substance grise ; ● les astrocytes fibrillaires ont des prolongements longs, fins et peu ramifiés. Ils sont principalement observés dans la

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substance blanche. Les astrocytes jouent de nombreux rôles : ● soutien par la formation d'une charpente au sein de laquelle migrent et s'organisent les cellules nerveuses (figure 2.2) ;

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FIGURE 2.2 Les cellules de soutien du système nerveux central (SNC). Les cellules de soutien du SNC ou cellules gliales ont différents rôles. Les astrocytes forment non seulement un échafaudage pour les autres types cellulaires mais également des prolongements ou pieds astrocytaires au pourtour des capillaires afin de constituer une barrière sang – cerveau. À la surface du

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cerveau, les astrocytes forment une lame basale et des prolongements cellulaires, la glie limitante, qui recouvrent l'ensemble du SNC. Les oligodendrocytes myélinisent l'axone des neurones. Un vaste réseau de cellules microgliales reconnaissant les antigènes s'étend sur tout le SNC. Des macrophages également impliqués dans les défenses immunitaires résident dans les espaces périvasculaires, en dehors du parenchyme du SNC. Les cellules épendymaires forment un revêtement continu, ne reposant pas à la surface d'une lame basale, à la différence des autres épithéliums. L'épendyme tapisse les cavités ventriculaires du cerveau, contenant le liquide cérébrospinal, ainsi que le canal épendymaire au centre de la moelle spinale. © Stevens A, Lowe JS. Histologie humaine, 3e éd. Trad fr. A. Défossez et C.-A. Maurage. Paris : Elsevier Masson ; 2006. ● participation à la formation, à la maintenance et au fonctionnement des synapses ; ● participation à la formation de la barrière hématoencéphalique ; ● formation d'une couche sous-piale, la glia limitans (ou glie limitante) ; ● interaction avec les autres cellules gliales, les épendymocytes et d'autres astrocytes ; ● participation au couplage neurovasculaire (adaptation de l'apport sanguin à l'activité neuronale). Cellules myélinisantes

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Oligodendrocytes Ce sont les cellules myélinisantes du SNC. Leur corps cellulaire est arrondi, de petite taille. Dans la substance blanche, les oligodendrocytes s'alignent le long des faisceaux de substance blanche (disposition interfasciculaire) et envoient des prolongements fins vers les axones qu'ils myélinisent. Un oligodendrocyte myélinise plusieurs axones environnants. On trouve également des oligodendrocytes dans la substance grise au contact du corps cellulaire des neurones (oligodendrocytes satellites, rôle dans le métabolisme neuronal). Cellules de Schwann Ce sont les cellules myélinisantes du SNP. En coupe transversale, elles prennent la forme d'un croissant aplati à la face externe de la gaine de myéline. Le noyau occupe la majorité du volume du corps cellulaire, avec un cytoplasme résiduel peu abondant. La membrane plasmique est en continuité directe avec la gaine de myéline. Contrairement aux oligodendrocytes, une cellule de Schwann ne myélinise qu'un seul segment axonal. On trouve également des cellules de Schwann autour des axones non myélinisés. Le corps cellulaire de ces dernières apparaît moins aplati et envoie des prolongements qui englobent un ou plusieurs axones. Microglie Les cellules microgliales sont les cellules macrophagiques résidentes du SNC. Ce sont de petites cellules au noyau ovale et dense avec des prolongements fins et ramifiés qui leur donnent un aspect étoilé à l'état basal. En cas d'agression du système nerveux, la morphologie des cellules microgliales se modifie avec augmentation de la taille du corps cellulaire et épaississement des prolongements (phénotype activé) et leur nombre augmente (cf. chapitre 25). Épendymocytes Ils sont classés parmi les cellules gliales. Cubiques ou prismatiques, ils sont organisés en une seule couche de cellules qui borde les ventricules cérébraux, le canal épendymaire médullaire et recouvrent les plexus choroïdes. Les épendymocytes jouent un rôle important dans la production/résorption du liquide cérébrospinal et sa circulation.

Structures particulières

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Synapses Elles permettent la communication entre la terminaison axonale d'un neurone et une autre cellule excitable (neurone, muscle, etc.) par le biais de petites molécules appelées neurotransmetteurs. La plupart des synapses neuro-neuronales sont formées entre axone et dendrite (au niveau d'une épine dendritique), mais d'autres configurations sont observées (axone – corps cellulaire, etc.). La synapse est formée de trois parties (figure 2.3) : ● la terminaison axonale présente un renflement, le bouton synaptique qui contient de nombreuses vésicules remplies de neurotransmetteurs ; ● l'élément post-synaptique correspond à un épaississement de la membrane lié aux récepteurs des neurotransmetteurs qui sont enchâssés dans la membrane et à la présence d'un important appareil sous-synaptique ; ● les deux membranes sont séparées par un espace, la fente synaptique, dans laquelle sont déversés les neurotransmetteurs. La fente synaptique contient des enzymes de dégradation des neurotransmetteurs (ex : acétylcholinestérase) qui permettent de contrôler la durée de la transmission synaptique.

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FIGURE 2.3 Synapse. L'axone se termine par un bouton synaptique à la surface d'un neurone. La membrane post-synaptique expose des groupes de récepteurs pour le neurotransmetteur compris dans les vésicules synaptiques. Les vésicules sont libérées dans la fente synaptique par exocytose. © Stevens A, Lowe JS. Histologie humaine, 3e éd. Trad fr. A. Défossez et C.-A. Maurage. Paris : Elsevier Masson ; 2006. L'arrivée du potentiel d'action au niveau de la terminaison axonale déclenche la fusion des vésicules synaptiques à la membrane présynaptique et le déversement des neurotransmetteurs (exocytose) dans la fente synaptique. Les vésicules sont ensuite internalisées pour être recyclées. Les neurotransmetteurs libérés traversent la fente synaptique et se fixent sur les récepteurs de la membrane post-

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synaptique avec différents effets possibles selon le neurotransmetteur et l'appareil sous-synaptique (excitation, inhibition ou neuromodulation). Myéline C'est un manchon lipidique isolant qui entoure certains axones du SNC et du SNP. Elle est formée par l'enroulement de prolongements d'oligodendrocytes ou de cellules de Schwann dont les membranes plasmiques s'accolent. L'observation en microscopie électronique montre un aspect spiralé en coupe avec alternance de lignes denses dites lignes denses majeures (accolement des faces cytoplasmiques de la membrane oligodendrocytaire) et claires (accolement des faces externes). Ces accolements et la compaction de la myéline font intervenir un certain nombre de protéines clés, telles que, par exemple, pour la myéline du SNC, la MBP (myelin binding protein) ou la MOG (myelin oligodendrocyte glycoprotein). Du cytoplasme oligodendrocytaire reste présent dans les régions périaxonale, paranodale (proche du nœud de Ranvier) et périphérique (mésaxone) qui sont mises en contact par les incisures de Schmidt-Lanterman. La gaine de myéline est interrompue régulièrement par des régions dénudées de l'axone, les nœuds de Ranvier, qui sont impliqués dans la conduction saltatoire de l'influx nerveux (figure 2.4).

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FIGURE 2.4 Nœud de Ranvier. A. Coupe longitudinale d'un nœud de Ranvier. À l'extrémité d'un segment de myéline (internode), les lamelles de

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myéline laissent place à une série de boucles paranodales contenant du cytoplasme. Le segment d'axone adjacent, dénudé, est le plus souvent plus épais que l'axone internodal. Cette région renferme les canaux Na+ potentiel-dépendants, nécessaires à la création d'un potentiel d'action. B. À grossissement intermédiaire, la microscopie électronique montre la structure de la myéline. L'axone (A) est entouré par des lamelles de myéline (M) en continuité avec la partie externe du mésaxone (ME). Les reliquats du cytoplasme dans la myéline forment des incisures de SchmidtLanterman (S) et le collier interne de cytoplasme schwannien (CI). © Stevens A, Lowe JS. Histologie humaine, 3e éd. Trad fr. A. Défossez et C.-A. Maurage. Paris : Elsevier Masson ; 2006. Barrière hématoencéphalique Il s'agit d'un filtre physicochimique très sélectif qui protège le cerveau des agents pathogènes, des toxines et des hormones qui circulent dans le sang. Elle est formée au niveau des capillaires cérébraux par l'association : ● de cellules endothéliales reliées par de nombreuses jonctions serrées assurant l'étanchéité de l'endothélium ; ● entourées d'une membrane basale épaisse ; ● entourée de péricytes qui la recouvrent partiellement ; ● entourés de prolongements astrocytaires (pieds vasculaires) qui tapissent 99 % de la surface capillaire et contiennent certaines protéines, telles que, par exemple, l'aquaporine 4. Des protéines d'efflux qui rejettent les molécules « non autorisées » vers le compartiment sanguin complètent cette barrière physique.

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Méninges Les méninges sont des enveloppes protectrices qui entourent le SNC sur toute sa surface externe. La disposition générale des méninges spinales et encéphaliques est détaillée dans le chapitre 1. Elles sont faites de trois couches superposées : ● la dure-mère est un tissu conjonctif fibreux et résistant qui envoie des extensions entre les hémisphères cérébraux (faux) et entre cerveau et cervelet (tente du cervelet). Elle est creusée, en particulier dans ces régions, par les sinus veineux ; ● la pie-mère est une fine couche de tissu conjonctif en contact direct avec le SNC par le biais de la glie limitante ; ● l'arachnoïde est un tissu conjonctif lâche et ajouré au sein duquel circulent les vaisseaux cérébraux. Des replis de pie-mère accompagnent les vaisseaux perforants, délimitant des espaces périvasculaires, les espaces de Virchow-Robin. Plexus choroïdes Situés dans les ventricules cérébraux, ils sont formés de vaisseaux disposés en grappes, entourés de tissu conjonctif et d'une couche de cellules épithéliales d'épendymocytes qui sécrètent le liquide cérébrospinal.

Organisations tissulaires Cortex Il recouvre le cerveau et le cervelet et contient la majorité des neurones qui les composent. Il est formé de 3 à 6 couches selon la localisation, qui se distinguent par le type de neurones qu'elles contiennent et leur densité. Le cortex contient également tous les types de cellules gliales, et en particulier des oligodendrocytes satellites et des astrocytes protoplasmiques. Les corps cellulaires reposent dans une matrice faite de l'enchevêtrement des prolongements de toutes les cellules corticales, le neuropile. Substance blanche La substance blanche, de localisation interne dans le cerveau et le cervelet et externe dans la moelle spinale, est formée principalement par les faisceaux d'axones myélinisés des neurones corticaux. Il s'agit

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d'un tissu peu vascularisé et peu cellulaire comparativement au cortex. Les principales populations cellulaires de la substance blanche sont les oligodendrocytes interfasciculaires et les astrocytes fibrillaires. Moelle spinale et racines nerveuses À l'inverse du cerveau et du cervelet, les cordons de substance blanche sont disposés en périphérie dans la moelle spinale. La substance grise, de localisation centrale, contient les corps cellulaires des neurones moteurs périphériques (deuxièmes motoneurones, localisés dans la corne ventrale) et d'interneurones (impliqués dans les réflexes tendineux). Les corps cellulaires des neurones sensitifs sont localisés dans le ganglion spinal qui fait protrusion sur la racine nerveuse dorsale. La racine ventrale contient les axones des neurones moteurs périphériques. Nerfs périphériques Ils contiennent les axones des neurones somatiques (moteurs et sensitifs) et des neurones végétatifs périphériques (figure 2.5). Les axones myélinisés ou emballés dans des cellules de Schwann (axones amyéliniques) sont entourés d'un tissu de soutien conjonctif appelé endonèvre. Ces axones se groupent en faisceaux, les fascicules, entourés par une gaine conjonctive, le périnèvre. Les fascicules sont regroupés et solidarisés en un tronc nerveux par l'épinèvre, tissu conjonctif et adipeux dans lequel circulent les vaisseaux nourriciers du nerf.

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FIGURE 2.5 Tissu de soutien du nerf périphérique. Sur ce schéma montrant l'organisation des tissus de soutien d'un nerf périphérique, chaque axone et les cellules de Schwann qui lui sont associées sont entourés par l'endonèvre et sont regroupés en fascicules par le périnèvre, tissu de type épithélial. L'épinèvre relie plusieurs fascicules en un même tronc nerveux, il peut également contenir l'artère irriguant le tronc nerveux. © Stevens A, Lowe JS. Histologie humaine, 3e éd. Trad fr. A. Défossez et C.-A. Maurage. Paris : Elsevier Masson ; 2006.

Tissu musculaire

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Le tissu musculaire est formé d'un type cellulaire principal : le myocyte qui est une cellule contractile dont le raccourcissement génère une force motrice. On distingue trois grands types de myocytes : ● les rhabdomyocytes ou cellules musculaires striées squelettiques qui composent les muscles squelettiques dont la contraction se fait sous contrôle volontaire (système nerveux somatique) ; ● les cardiomyocytes ou cellules musculaires striées cardiaques trouvés uniquement dans le muscle cardiaque dont la contraction est rythmique et involontaire (système nerveux autonome) ; ● les léiomyocytes ou cellules musculaires lisses dont la contraction est également involontaire (système nerveux autonome) et trouvés dans les vaisseaux sanguins et la paroi des organes creux. Trois autres types cellulaires sont apparentés aux léiomyocytes : les cellules myoépithéliales, les myofibroblastes et les péricytes. Quel que soit le type de cellule musculaire, la force motrice est générée par l'interaction de deux protéines filamentaires, la myosine et l'actine, et dont résulte un raccourcissement de la cellule.

Muscle strié Rhabdomyocytes Les rhabdomyocytes ou cellules musculaires striées squelettiques, ou encore « fibres » musculaires sont de grandes cellules multinucléées d'environ 50 μm de diamètre et qui peuvent atteindre jusqu'à 10 cm de longueur, entourées d'une lame basale. Leurs nombreux noyaux sont disposés sous la membrane plasmique (sarcolemme), le cytoplasme appelé sarcoplasme étant principalement occupé par les myofibrilles contractiles entre lesquelles se trouvent de nombreuses mitochondries et un réticulum endoplasmique abondant (réticulum sarcoplasmique). Les tubules T sont des invaginations du sarcolemme qui s'associent à des citernes de réticulum sarcoplasmique (2 citernes/1 tubule) pour former des unités fonctionnelles appelées triades. Myofibrilles

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Ce sont de fins cylindres qui s'étirent parallèlement sur toute la longueur de la cellule. Les myofibrilles sont formées par la répétition d'unités contractiles élémentaires, les sarcomères (figure 2.6). Cette répétition est à l'origine de la striation périodique observée en microscopie, qui a inspiré le qualificatif donné à ces cellules.

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FIGURE 2.6 Myofibrilles. A. En microscopie électronique, les myofibrilles se subdivisent en plusieurs secteurs. La bande A (sombre) correspond à la zone des filaments épais. Elle contient

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également une portion des filaments fins, au niveau du recouvrement entre filaments épais et fins. La bande H est une bande plus pâle située au centre de la bande A, elle ne contient que des filaments épais, en l'absence de tout filament fin. La bande I (claire) ne contient que la portion des filaments fins ne recouvrant pas les filaments épais. La strie Z est une strie sombre située au centre de la bande I et la strie M marque le centre de la bande H. Chaque unité délimitée par deux stries Z successives est nommée sarcomère. B. Disposition des filaments dans un sarcomère. Les filaments fins sont majoritairement composés d'actine, les filaments épais de myosine. © Stevens A, Lowe JS. Histologie humaine, 3e éd. Trad fr. A. Défossez et C.-A. Maurage. Paris : Elsevier Masson ; 2006. Sarcomères Ils sont formés par un assemblage de filaments fins d'actine et de filament épais de myosine qui délimite une alternance de bandes claires et sombres. Les filaments épais ont une disposition centrale dans le sarcomère et sont entourés par les filaments d'actine partiellement chevauchants et localisés en périphérie. On trouve donc dans la portion latérale du sarcomère une bande claire contenant uniquement des filaments fins, la bande I, et dans la région médiane une bande plus sombre formée par le chevauchement de filaments fins et épais, la bande A. Au repos, la région centrale du sarcomère (bande H) apparaît plus claire du fait de l'absence de filaments d'actine. L'ensemble des filaments est solidarisé par des protéines de structure, qui forment en périphérie une densification au niveau de la jonction entre les sarcomères adjacents, le disque Z et une ligne dense centrale au niveau de chaque sarcomère, la strie M. D'autres complexes protéiques (complexe dystrophine/protéines associées et complexe

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intégrine/taline/vinculine) assurent l'ancrage des myofibrilles au sarcolemme. Contraction La dépolarisation du sarcolemme déclenche l'entrée de calcium dans le rhabdomyocyte au niveau des triades. Le calcium se fixe sur la troponine, protéine inhibitrice associée aux filaments d'actine, qui se déplace et dévoile un site de fixation de la myosine sur l'actine. La partie de la myosine accrochée à l'actine (tête) subit alors une modification de conformation impliquant l'hydrolyse de l'ATP (adénosine triphosphate), ce qui fait coulisser le filament d'actine vers le centre du sarcomère et entraîne son raccourcissement. Organisation générale des muscles squelettiques Les rhabdomyocytes sont entourés de tissu conjonctif, l'endomysium, et réunis en faisceaux. Chaque faisceau est entouré d'un tissu conjonctif vasculaire contenant les éléments nerveux qui commandent la contraction, le périmysium. Le muscle formé de l'ensemble de ces faisceaux est lui-même entouré d'une enveloppe conjonctive, l'épimysium. Cet épimysium se prolonge aux extrémités par un tissu conjonctif dense orienté formant les tendons par lesquels les muscles s'insèrent sur les os. Autres cellules Le muscle strié contient d'autres types cellulaires : ● les cellules satellites sont des cellules souches myogéniques inactives localisées entre le sarcolemme des myocytes et la membrane basale. Elles prolifèrent pour réparer le muscle après une lésion ou en réponse à l'exercice musculaire ; ● les fuseaux neuromusculaires sont des fibres musculaires spécialisées sensibles à l'étirement du muscle (récepteurs sensoriels) entourées de prolongements nerveux.

Muscle cardiaque Cardiomyocytes Ce sont des cellules musculaires striées qui diffèrent des rhabdomyocytes par plusieurs aspects :

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● noyau unique et central ; ● taille réduite : 15 μm de diamètre, 100 μm de longueur ; ● liaison des cardiomyocytes entre eux par leurs extrémités disposées en marches d'escalier, les stries scalariformes. Ces structures permettent un double couplage, mécanique par la présence de jonctions d'ancrage qui solidarisent les cellules dans les portions transversales, et électrique par celle de jonctions communicantes (gap) qui permettent le passage d'ions d'une cellule à l'autre dans les portions longitudinales ; ● l'association des tubules T et du réticulum sarcoplasmique en dyades (un tubule pour une citerne). En dehors de ces particularités, l'organisation interne des cardiomyocytes et en particulier celle des sarcomères est similaire à celle observée dans les rhabdomyocytes. Autres cellules Deux autres types de cellules dérivent des cellules musculaires cardiaques : ● cellules cardionectrices, cellules non contractiles spécialisées dans la genèse de potentiels d'action et la conduction électrique. Elles sont trouvées en particulier dans les nœuds (sinusal, etc.) et faisceaux de conduction (atrioventriculaire, etc.) myocardiques ; ● cellules myoendocriniennes.

Muscle lisse Les léiomyocytes ont un aspect et une organisation très différents des autres types de cellules musculaires. Ce sont des cellules fusiformes de 20 à 500 μm de longueur, à noyau central, dont l'appareil contractile ne présente pas de striations transversales. Les cellules sont entourées d'une lame basale par laquelle elles sont unies. Le sarcolemme ne présente pas de tubules T, mais des invaginations ressemblant à des cavéoles qui ont une fonction équivalente. ● Les filaments de myosine et d'actine, qui ne sont pas organisées en myofibrilles, forment des faisceaux enchevêtrés qui s'accrochent à la membrane par le biais des filaments intermédiaires de desmine au niveau de dispositifs appelés

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plaques denses. Ces plaques denses s'organisent de manière symétrique dans les cellules adjacentes et forment des complexes, les plaques d'attaches, qui assurent le couplage mécanique lors de la contraction. ● Les mécanismes qui sous-tendent les interactions actine/myosine diffèrent de ceux observés dans les cellules musculaires striées. Les caractéristiques des différents types de myocytes sont comparées dans le tableau 2.2. Tableau 2.2 Comparaison des caractéristiques des différents types de myocytes. Tissu musculaire strié squelettique

Tissu musculaire strié cardiaque

Topographie

Muscles insérés sur le squelette

Myocarde

Noyau

Multiples Unique périphériques central

Caractéristiques

Tissu musculaire lisse Organes creux

Vaisseaux Unique central

Sarcoplasme Central myofilamentaire

Périphérique

Périphérique

Contrôle

Volontaire

Système nerveux somatique

Involontaire Involontaire Système Système nerveux nerveux autonome autonome

Appareil sarcoplasmique

Triade

Dyade

Invaginations

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Points c l és

Tissu nerveux ■ Le système nerveux contient quatre principaux types cellulaires : – neurones impliqués dans la propagation de l'influx nerveux ; – astrocytes impliqués dans de nombreuses fonctions structurelles et de support ; – oligodendrocytes et cellules de Schwann impliqués dans la myélinisation et le support métabolique ; – cellules microgliales impliquées dans la défense immunitaire. ■ L'organisation, les interactions entre ces cellules et leurs caractéristiques varient selon les régions du système nerveux (substance grise/blanche, cortex, nerf périphérique, etc.). ■ Les spécificités fonctionnelles du système nerveux (barrière hématoencéphalique, communication interneuronale, etc.) reposent sur des structures histologiques particulières, rendant la connaissance de l'histologie du système nerveux fondamentale pour en appréhender la physiologie. Tissu musculaire ■ Les tissus musculaires sont constitués d'un type cellulaire principal, le myocyte. ■ Cette cellule contient un appareil contractile formé par l'assemblage de filaments d'actine et de myosine, qui sont organisés dans le muscle strié squelettique en une unité contractile élémentaire : le sarcomère. ■ La contraction musculaire résulte au niveau cellulaire d'un raccourcissement des sarcomères, induit par le coulissement des filaments d'actine sur les filaments de myosine. Voir QRM chapitre 32.

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Chapitre 3: Développement du système nerveux et des muscles striés squelettiques Martin Catala

P LA N D U C HA P I TRE Neurulation Développement des muscles striés squelettiques Développement du système nerveux périphérique Développement du cervelet Développement de l'isocortex cérébral

L'étude du développement embryonnaire et fœtal a connu une véritable révolution depuis quelques années. Celle-ci est largement due au développement de multiples techniques qui permettent de poser des questions fondamentales et d'essayer de soulever le voile des mécanismes qui sous-tendent ces processus. Il est bien entendu exclu dans ce chapitre de traiter l'ensemble du développement du SNC, du SNP et des muscles striés squelettiques.

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L'étudiant qui se réfère à ce chapitre est invité à revoir les notions d'embryologie fondamentale telles qu'elles lui ont été présentées au cours de sa 1re année d'études de santé. La nomenclature internationale est utilisée dans ce chapitre. De même, l'étudiant se doit de connaître les notions d'anatomie et d'histologie qui sont un préalable pour appréhender ce chapitre. À l'issue de la gastrulation, qui se déroule lors de la 3e semaine après la fécondation dans l'espèce humaine, l'embryon se présente sous la forme de trois feuillets primordiaux : ● l'ectoderme est le tissu le plus superficiel. Il se subdivise en deux territoires lors de l'induction neurale, processus complexe non détaillé ici : – le neurectoderme (précurseur du système nerveux), – l'ectoderme de surface qui donne naissance à l'épiderme et certaines des annexes cutanées ; ● le mésoderme intermédiaire avec ses domaines (axial, paraaxial, intermédiaire et latéral) ; ● l'endoderme profond qui est à l'origine des épithéliums digestifs et respiratoires ainsi que des épithéliums glandulaires associés à ces deux systèmes.

Neurulation Ce processus morphogénétique rend compte de la transformation de la plaque neurale issue de l'induction neurale en un tube neural. Plusieurs modes de transformation ont été décrits montrant la diversité des phénomènes qui peuvent s'appliquer à ces structures. Il est impossible de tenter d'être exhaustif ici ; néanmoins, il est important de prendre conscience que le modèle proposé est simpliste et la compréhension des dysfonctions de ce temps morphogénétique nécessite une approche pluridisciplinaire. La neurulation primaire est décrite ici dans son aspect le plus simple. Les variantes de la neurulation primaire, les formes secondaire et jonctionnelle ne sont pas abordées car du domaine de l'hyperspécialisation. La neurulation primaire peut être décrite par la succession de différentes étapes morphogénétiques.

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Façonnage Ce temps morphogénétique rend compte de la déformation de la plaque neurale qui est initialement sous la forme d'un disque et qui se déforme pour prendre un aspect ovoïde (le grand axe est antéropostérieur, c'est-à-dire céphalocaudal ; le petit axe médiolatéral). Ce façonnage est aussi connu sous le terme générique de convergence – extension (convergence vers la ligne médiane et extension antéropostérieure). À l'issue de cette phase (figure 3.1A), le neurectoderme apparaît épaissi et prend le nom de plaque neurale. Le moteur de ce mouvement morphogénétique réside dans les changements de forme des cellules du neurectoderme, dans les mouvements d'intercalation cellulaire ainsi que dans la directionnalité des mitoses. Tout ceci est dicté par la voie Wnt1 comme pour tous les cas de convergence – extension au cours du développement. Une perturbation génétique de cette voie conduit à un défaut de fermeture du tube neural chez la souris. Des variants de ces gènes pourraient être des facteurs de risque chez les humains.

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FIGURE 3.1 Neurulation primaire. A. Après le façonnage, le neurectoderme (NeurEct) forme un épithélium prismatique et prend le nom de plaque neurale alors que l'ectoderme de surface (ES) est pavimenteux. La notochorde (Not) est située ventralement par rapport à la ligne médiane du neurectoderme. L'endoderme (End) est le tissu le plus ventral de l'embryon à ce stade. B. Formation de la charnière médiane (flèche). Cette région conduit à la surélévation des bords latéraux de la plaque qui prend alors le nom de gouttière neurale. C. Formation des deux charnières dorsolatérales (flèches). Les bords de la plaque (bourrelets neuraux) (*) se rapprochent de la ligne médiane où ils fusionneront. D. À l'issue de la neurulation primaire, le tube neural est formé, il est recouvert par l'ectoderme de surface. Noter qu'aucun

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espace ne sépare ces deux tissus au niveau de la ligne médiane dorsale.

Plicature Le premier signe de cette phase morphogénétique est l'apparition d'un sillon médian au niveau de la plaque neurale. Puis, cette plaque se replie lors de la formation de charnières, la première qui se forme est la charnière médiane située dorsalement par rapport à la notochorde (figure 3.1B). La plaque repliée prend alors le nom de gouttière neurale. Puis, deux autres charnières se mettent en place dans les régions dorsolatérales (figure 3.1C). Ceci conduit les régions les plus latérales de la plaque neurale à se rapprocher de la ligne médiane dorsale. Ces régions latérales portent alors le nom de bourrelets neuraux. Le rapprochement définitif de ces bourrelets est assuré par une prolifération cellulaire responsable d'un mouvement de flambage.

Fusion La plicature conduit au rapprochement des bords latéraux de l'ensemble plaque neurale – ectoderme de surface. À ce stade de développement, ces deux tissus sont fortement adhérents entre eux. Avec le rapprochement sur la ligne médiane dorsale, les deux régions latérales entrent en contact et les tissus homologues fusionnent : le neurectoderme (respectivement l'ectoderme de surface) avec son contingent controlatéral. Ainsi se forme le tube neural recouvert par l'ectoderme de surface (figure 3.1D). À ce stade, il n'existe pas d'espace entre ces deux tissus (figure 3.1D), un tel espace se forme plus tard. Un tel processus morphogénétique n'est pas uniforme tout au long de l'axe antéropostérieur. Par exemple, l'aspect de la formation du tube neural céphalique est très différent. De plus, chez la souris, il existe des variantes morphologiques selon les grandes régions de la moelle spinale. Rien n'est connu concernant la moelle spinale dans l'espèce humaine du fait de la pauvreté des sources (il est très rare de pouvoir observer des embryons humains de cet âge).

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Il est important de constater que les deux lignes médianes du tube neural (en position ventrale et dorsale) n'ont pas du tout la même signification morphogénétique. Ceci suggère que la régulation de leur mise en place est différente et invite à une très grande prudence dans l'utilisation du terme « pathologies de la ligne médiane » pour rendre compte de toutes les malformations siégeant à ce niveau. Ce terme très générique est un « fourre-tout » nosologique qui risque d'entraîner plus de confusion que de solutions pratiques. Les anomalies de la neurulation primaire entraînent un défaut de fermeture du tube neural qui reste alors exposé à la surface. Si ce défaut touche l'extrémité céphalique, il porte le nom d'anencéphalie ; s'il intéresse la moelle spinale, il se nomme myéloméningocèle ; enfin le craniorachischisis, très rare, touche l'ensemble de l'axe nerveux. Les autres anomalies congénitales sont recouvertes de peau, elles sont liées à des troubles survenant après la neurulation et constituent le groupe des troubles fermés du tube neural.

Développement des muscles striés squelettiques Seuls les muscles striés squelettiques sont présentés ici. En effet, les muscles lisses et le muscle strié cardiaque représentent des tissus dont la pathologie appartient à d'autres disciplines. Les cellules musculaires striées squelettiques dérivent du mésoderme mis en place lors de la gastrulation. Rappelons que ce feuillet provient de la ligne primitive, les cellules épithéliales de cette ligne perdent leur caractère épithélial pour devenir mésenchymateuses (transition épithéliomésenchymateuse) et migrent entre ectoderme et endoderme. Elles forment alors le troisième feuillet ou mésoderme. Ce mouvement d'internalisation cellulaire prend le nom d'ingression par opposition au mouvement d'invagination (où les cellules s'internalisent en gardant leur caractère épithélial). Selon sa position dans l'axe médiolatéral, le mésoderme se dispose en plusieurs domaines. Les muscles striés squelettiques dérivent essentiellement du domaine para-axial (situé de part et d'autre de la notochorde). L'origine des cellules musculaires striées squelettiques de la tête et de la région ventrale du cou diffère de celle des autres cellules. Le contingent corporel est présenté, puis la région céphalique.

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Somites, myotome et muscles striés squelettiques du corps Le mésoderme para-axial issu de la ligne primitive se met en place selon un gradient rostrocaudal (les cellules les plus caudales s'ajoutent à l'extrémité déjà formée selon le mode de croissance appelé accrétion). Il forme alors le mésoderme présomitique dont l'extrémité rostrale se condense pour former un cube ou somite (figure 3.2). Cette structure mésodermique est constituée par un mur épithélial entourant un cœur mésenchymateux. Le somite subit l'action polarisatrice des tissus environnants et donne naissance au sclérotome ventral et au dermomyotome dorsal, ce dernier se divisant en dermatome situé sous l'ectoderme de surface et en myotome intermédiaire (figure 3.2). Les cellules musculaires striées squelettiques du corps proviennent du myotome à l'exception des muscles sterno-cléido-mastoïdien et trapèze dont les cellules musculaires proviennent des lames latérales cervicales. Les myotomes génèrent des cellules mononucléées (les myoblastes) qui migrent pour atteindre leur lieu définitif de différenciation. Là, ils subissent une maturation caractérisée par leur fusion générant des myotubes (dont les noyaux occupent une position encore centrale). La maturation terminale conduit au déplacement des noyaux en périphérie et à la maturation de la jonction entre le motoneurone périphérique et le muscle (jonction neuromusculaire). Toutes ces phases sont parfaitement régulées par des systèmes moléculaires bien connus, non approfondis dans ce chapitre.

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FIGURE 3.2 Coupes transversales d'un embryon montrant la maturation du somite. Le somite (So) résulte de la segmentation du mésoderme présomitique mis en place lors de la gastrulation. Il se dissocie en dermomyotome (DM) dorsal et sclérotome (Scl)

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ventral. Puis le dermomyotome évolue pour générer le dermatome (De) et le myotome (My) qui donne naissance aux cellules musculaires striées squelettiques. Ao : aorte, En : endoderme, ES : ectoderme de surface, No : notochorde, TN : tube neural. © Catala M. Embryologie. Développement précoce chez l'humain, 3e éd. Paris : Elsevier Masson ; 2011. Il convient de distinguer les muscles axiaux (ou domaine épaxial), dont les cellules musculaires proviennent du myotome médian (au contact du tube neural), et les muscles latéroventraux (y compris les muscles des membres) (ou domaine hypaxial), dont les cellules musculaires proviennent des myotomes latéraux. Par ailleurs, les tendons et les cellules conjonctives du muscle strié squelettique n'ont pas la même origine que les cellules musculaires. Les cellules de ces composants proviennent d'une région différente du somite s'il s'agit du domaine épaxial et du mésoderme somatopleural s'il s'agit du domaine hypaxial. Enfin, la forme du muscle dépend non pas de l'origine des cellules musculaires striées squelettiques mais de celle des cellules conjonctives. Ainsi, les variations anatomiques de la forme des muscles dépendent donc des cellules conjonctives et ne sont pas explicables par des anomalies des cellules musculaires elles-mêmes.

Muscles striés squelettiques de la tête et de la région ventrale du cou Les cellules musculaires striées squelettiques de ces régions ne proviennent pas des somites car cette partie de l'embryon en est dépourvue. Elles proviennent du mésoderme para-axial rostral non segmenté (ou mésoderme céphalique) situé dans le prolongement des somites mais aussi de l'extrémité la plus rostrale du mésoderme axial (ou plaque préchordale). L'origine muscle par muscle n'est pas détaillée dans ce chapitre. Il convient néanmoins de préciser qu'il

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s'agit des muscles oculomoteurs extrinsèques, des muscles faciaux et des muscles issus des arcs pharyngiens (région ventrale du cou).

Développement du système nerveux périphérique Le système nerveux périphérique est défini anatomiquement et histologiquement par les structures situées en dehors des centres nerveux. Les cellules gliales (cellules de Schwann et cellules satellites des ganglions nerveux) qui composent le SNP sont radicalement différentes de celles qui constituent le SNC (astrocytes, oligodendrocytes et cellules microgliales) (cf. chapitre 2). Néanmoins, il est important de noter que les axones périphériques peuvent provenir de cellules du SNC (ex : motoneurones) ou que des axones de cellules périphériques peuvent cheminer dans le SNC (ex : axones sensitifs issus des cellules des ganglions de la racine dorsale). Ainsi des anomalies des régions centrales peuvent donner des signes cliniques généralement associés à des anomalies du SNP (l'exemple typique est l'atteinte de la corne ventrale de la moelle spinale qui génère un déficit moteur de type périphérique). Le deuxième point important à connaître réside dans la différence fondamentale entre les SNP spinal et crânien.

Système nerveux périphérique spinal Il convient de séparer les neurones périphériques de projection (motoneurones périphériques et neurones végétatifs spinaux) et les cellules des ganglions périphériques (ganglions de la racine dorsale, ganglions végétatifs). Les motoneurones périphériques, comme les neurones végétatifs de projection issus de la moelle spinale, naissent dans le tube neural. Leurs axones grandissent et quittent le tube, ils forment alors la racine ventrale des nerfs spinaux. Ces axones ne peuvent migrer qu'au niveau du sclérotome issu de l'hémisomite rostral. Le sclérotome issu de l'hémisomite caudal est imperméable pour la croissance des axones. De ce fait, les neurones de projection du système nerveux périphérique, même s'ils sont produits tout au long de l'axe antéropostérieur, forment des racines distinctes séparées les unes des autres. La segmentation des racines est donc imposée par l'environnement somitique. Au-delà du sclérotome

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rostral, les axones grandissent en suivant les voies de migration déterminées par la matrice extracellulaire. Ainsi, la forme des plexus nerveux issus des racines dépend de cette matrice générée par le mésoderme somatopleural. De ce fait, la morphologie générale du SNP spinal dépend des tissus non neuraux qui permettent la pousse axonale. Les variations anatomiques des plexus et des nerfs (ex : anastomoses) s'expliquent donc par la propriété de l'environnement et non des axones nerveux. Les ganglions du SNP sont générés par des cellules issues du toit du tube neural. Ce toit subit une transformation radicale : certaines de ses cellules s'engagent dans un processus de transition épithéliomésenchymateuse (elles perdent leur caractère épithélial pour devenir mésenchymateuses et elles s'individualisent isolément entre l'ectoderme de surface et le tube neural) (figure 3.3). Ces cellules isolées forment la crête neurale qui peut alors migrer suivant trois voies de migration : ● la voie la plus dorsale permet la mise en place des mélanocytes (qui ne sont pas un constituant du SNP) ; ● la voie qui traverse les dérivés de l'hémisomite rostral conduit les cellules de la crête neurale à s'agréger pour former le ganglion de la racine dorsale (ou ganglion spinal) ; ● la voie ventrale assure la migration des cellules végétatives (figure 3.3).

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FIGURE 3.3 Naissance des cellules de la crête neurale (CN) depuis la région la plus dorsale ou toit du tube neural (TN). Elles peuvent migrer selon trois voies : la voie sousectodermique (1) permet la migration des mélanocytes, la voie somitique (2) conduit les cellules à s'agréger pour former le ganglion de la racine dorsale, et la voie ventrale (3) permet la migration des neurones végétatifs. No : notochorde. De la même manière que pour les racines ventrales, la perméabilité différentielle entre sclérotome rostral et caudal conduit à la segmentation des racines dorsales et des ganglions spinaux.

Système nerveux périphérique crânien La situation est de loin plus complexe en ce qui concerne les nerfs crâniens. La crête neurale des régions crâniennes est une structure

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qui participe non seulement à la genèse du SNP mais aussi à la genèse d'une partie du squelette de la face et de la région ventrale du cou. De plus, le SNP de ces régions ne dérive pas exclusivement de la crête neurale contrairement au SNP spinal. En effet, certains neurones ou cellules de soutien de ganglions des nerfs crâniens sont produits à partir d'épaississements de l'ectoderme de surface, dénommés placodes. Par exemple, la placode otique génère, entre autres dérivés, les neurones des ganglions auditifs et vestibulaires de la VIIIe paire de nerfs crâniens. L'origine précise des différentes structures du SNP de cette région n'est pas développée davantage dans ce chapitre.

Développement du cervelet Le cervelet dérive du tube neural et plus précisément du premier rhombomère (c.-à-d. la région la plus rostrale du métencéphale). Il est aujourd'hui clairement établi, tant chez les oiseaux que chez les rongeurs, que le cervelet est initialement présent sous la forme de deux ébauches séparées par la ligne médiodorsale (figure 3.4A). Il est à noter que la polarité antéropostérieure initiale de ces ébauches correspond à la future polarité médiolatérale du cervelet. Le tube neural de la région rhombomérique se déforme à la suite du développement de l'ébauche du 4e ventricule qui prend la forme d'un losange. Cette déformation conduit à une bascule des ébauches cérébelleuses (figure 3.4B), leurs régions initialement rostrales devenant plus médianes. L'évolution de ce mouvement morphogénétique conduit à la fusion des régions médianes (figure 3.4C). À l'issue de ce temps morphogénétique, le rhombencéphale apparaît losangique en vue dorsale. Ce losange représente le futur 4e ventricule, son toit est constitué d'un tissu épithélial très fin. Les bords du losange sont épais, blanchâtres et constituent les lèvres rhombiques (avec un contingent rostral dont le cervelet est issu et un contingent caudal).

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FIGURE 3.4 Origine précoce du cervelet dans le tube neural. A. Initialement, deux ébauches cérébelleuses sont présentes dans le tube neural. La région rostrale de ces ébauches donne naissance à la future région médiane du cervelet (M) alors que la région caudale participe à la formation des régions latérales (L). B. Avec la déformation de la région rhombencéphalique secondaire à la croissance de l'ébauche du 4e ventricule, l'axe rostrocaudal initial change et prend une direction médiolatérale. C. La croissance du ventricule conduit ensuite à la fusion des ébauches médianes (le tissu médian est chassé vers les régions rostrale et caudale du tube). Ainsi se constitue l'axe définitif de l'ébauche cérébelleuse.

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Après fusion des deux ébauches, on distingue deux zones générant des neurones dans le primordium cérébelleux : la zone ventriculaire et la lèvre rhombique (figure 3.5A). La zone ventriculaire donne naissance aux cellules inhibitrices du cervelet (dans les noyaux profonds ainsi que dans le cortex cérébelleux) (figure 3.5B). Dans le cortex cérébelleux, de nombreux interneurones sont inhibiteurs. Il en est de même des cellules de Purkinje. La lèvre rhombique produit quant à elle tous les neurones excitateurs (des noyaux profonds comme du cortex cérébelleux). Dans un premier temps, les cellules migrent à la surface de l'ébauche cérébelleuse formant une couche transitoire (la couche granulaire externe). Puis les cellules de cette couche se différencient et migrent en rayons vers le ventricule pour former la couche des grains internes (ou couche granulaire interne du cervelet). Dans l'espèce humaine, cette maturation s'étend après la naissance si bien qu'une neurogenèse se poursuit tardivement dans cette région.

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FIGURE 3.5 Mouvements cellulaires lors de la morphogenèse du cervelet. A. Coupe sagittale de l'ébauche cérébelleuse. La zone ventriculaire est située au contact du 4e ventricule. La lèvre rhombique forme l'interface entre l'ébauche cérébelleuse et le toit du 4e ventricule. B. À partir de la zone ventriculaire, des cellules migrent de manière radiaire pour former les cellules inhibitrices du

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cortex cérébelleux dont les cellules de Purkinje (1) et les cellules inhibitrices des noyaux profonds du cervelet (NCP) (2). Les cellules issues de la lèvre rhombique migrent superficiellement pour générer les cellules excitatrices des NCP (3) ainsi que les cellules qui forment la couche granulaire externe (4). À partir de cette dernière couche, les cellules migrent en rayons pour générer les cellules excitatrices du cortex cérébelleux dont les cellules de la couche des grains (5). Des fissures se creusent progressivement dans l'ébauche cérébelleuse de façon stéréotypée. Ces structures sont à la base de la segmentation cérébelleuse caractérisée par une foliation. La génération de telles fissures est encore très mal comprise : il existe des zones de prolifération cellulaire associée à des modifications des contraintes mécaniques qui conduisent à la formation de points d'ancrage, précurseurs de la région profonde des futurs folia. De nombreuses malformations peuvent affecter le cervelet. Le terme d'atrophie cérébelleuse suppose que le cervelet s'est formé normalement et que son volume régresse secondairement. Ce n'est donc pas une malformation à proprement parler. Si le cervelet est de petite taille dès sa formation, on parle alors d'hypoplasie. Enfin, si les folia sont désorganisés entraînant une anomalie de la forme du cervelet, on parle de dysplasie.

Développement de l'isocortex cérébral Avant de commencer la description de la formation du cortex cérébral, il semble important de noter quelques discordances entre anatomistes et biologistes du développement. Les hémisphères cérébraux sont des organes creux centrés sur les ventricules cérébraux et, par convention pour les anatomistes, la région des ventricules est considérée comme la partie interne ou profonde, la région sous-piale comme la zone la plus externe ou superficielle. Au

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contraire, pour les spécialistes du développement, l'origine de ces régions est le tube neural qui se présente comme un épithélium. Or, la région basale de cet épithélium est située au niveau anatomique superficiel alors que la région apicale du tube est ventriculaire. Il est donc important de noter cette discordance qui pourrait entraîner des confusions. Les mécanismes qui conduisent à la formation du cortex cérébral ont été entièrement repensés ces 30 dernières années du fait des connaissances nouvelles acquises en particulier chez les rongeurs. Tous les modèles développés avant 1990 sont désormais obsolètes et n'ont plus qu'un intérêt historique. Le cortex cérébral humain est essentiellement un isocortex et ne sont présentées ici que les données concernant ce type de cortex. La région corticale provient des vésicules télencéphaliques qui sont des dérivés dorsaux du tube neural. Ces vésicules sont subdivisées en deux grandes régions : le pallium (la région la plus dorsale) et le sous-pallium (région intermédiaire qui donne naissance aux éminences ganglionnaires). Le pallium initialement se présente sous la forme d'un neuroépithélium comme l'ensemble du tube neural. À partir des régions médiane (l'ourlet cortical) et latérale (la frontière pallium – sous-pallium) (figure 3.6A), des cellules migrent en superficie (c.-àd. entre le neuroépithélium et le tissu conjonctif qui l'enveloppe) pour recouvrir l'ensemble de la surface télencéphalique. Cette couche forme la préplaque (figure 3.7A), couche pauvre en cellules et riche en prolongements qui s'enchevêtrent sous la forme d'un plexus.

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FIGURE 3.6 Coupes coronales du télencéphale au cours du développement. A. On subdivise le télencéphale en une région dorsale (TD) et une région ventrale (TV). La région ventrale contient des éminences ganglionnaires (médiane : EGM, et latérale : EGL). La limite entre les deux zones télencéphaliques (tête de flèche) est appelée frontière pallium – sous-pallium. L'ourlet cortical (flèche) se situe au niveau médian. La préplaque naît de ces deux régions. B. Les neurones formant la plaque corticale ont une double origine : les neurones de projection (pyramidaux) proviennent de l'épithélium ventriculaire ou sous-ventriculaire (a) alors que les interneurones

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corticaux naissent dans les éminences ganglionnaires (b).

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FIGURE 3.7 Phases du développement de l'isocortex cérébral. A. Les cellules de la préplaque (PréP) proviennent de l'ourlet cortical et de la frontière pallium – sous-pallium. Elles recouvrent l'épithélium ventriculaire ou zone ventriculaire (ZV) où se situent les mitoses (M). B. Les neurones qui se différencient migrent et scindent la PréP en deux sous-régions : la couche moléculaire (Mol) et la sous-plaque (ssP). Ces neurones forment une nouvelle couche, la plaque corticale (PC). La zone ventriculaire (ZV) est recouverte d'une couche sous-ventriculaire (ZSV). Les mitoses sont observées dans la ZV et la ZSV. La phase de synthèse de la mitose (S) se déroule à la jonction ZV-PréP. La zone intermédiaire (ZI) est le lieu de migration des cellules nouvellement différenciées. C. La zone sous-ventriculaire s'étend avec deux composantes interne (ZSVi) et

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externe (ZSVe). Dans la ZI, on observe des migrations radiaire (a) ou tangentielle (b). La plaque corticale s'épaissit au fur et à mesure du développement (gradient interne – externe). Après la formation de la préplaque, les cellules neuronales qui se différencient migrent à travers la zone intermédiaire et divisent cette préplaque en deux régions : la zone moléculaire (en superficie, soit sous la méninge primitive) et la sous-plaque (figure 3.7B). Au niveau ventriculaire, une deuxième couche se différencie (la zone sousventriculaire). Les cellules qui génèrent la plaque corticale ont une double origine (figure 3.6B) : les cellules pyramidales (de projection) proviennent des régions ventriculaire et sous-ventriculaire du télencéphale dorsal alors que les interneurones corticaux sont issus des éminences ganglionnaires. Au cours de l'évolution de ces structures, la couche sous-ventriculaire s'étend considérablement, formant deux sous-régions : la couche sous-ventriculaire interne et la couche sous-ventriculaire externe. Les mitoses générant les neurones de projection surviennent dans la couche ventriculaire et les deux composantes de la couche sous-ventriculaire. Les cellules migrent selon différents modes : radiaire et tangentiel. Une même cellule peut suivre un trajet initialement radiaire puis changer de direction. Finalement, la cellule néoformée traverse la sous-plaque et toutes les couches déjà établies de la plaque corticale. Elle se dispose alors entre la plaque corticale et la couche moléculaire. Ce mode de génération est appelé gradient interne – externe (pour rendre compte de la différenciation plus tardive des cellules plus superficielles). La couche I de l'isocortex provient de la couche moléculaire, la plaque corticale génère les couches II à VI et la sousplaque disparaît quasi totalement. Enfin, les sillons corticaux se développent plus tardivement. Ils se mettent en place progressivement, débutant par des sillons constants et se poursuivant par des sillons beaucoup plus variables. Le mécanisme exact de leur mise en place est encore très largement discuté. De nombreuses anomalies du développement peuvent être observées chez l'être humain. De façon schématique, on peut décrire

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des neurones situés dans une position aberrante ou hétérotopies qui peuvent siéger en sous-ventriculaire, dans la substance blanche ou dans les espaces méningés. Les anomalies de forme ou d'organisation des sillons sont représentées par les lissencéphalies I et II, les polymicrogyries, etc. Il existe de très nombreuses anomalies corticales qui sont du domaine de l'hyperspécialisation. Voir QRM chapitre 32. 1 Se prononce Wint.

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Chapitre 4: Neurochimie et neurotransmission centrale et périphérique Jean-Louis Montastruc

P LA N D U C HA P I TRE Neurotransmission dans le système nerveux central Neurotransmission dans le système nerveux périphérique

La très grande majorité de la transmission de l'information entre neurones s'effectue par l'intermédiaire de substances chimiques, les neurotransmetteurs, définis selon 5 critères : 1. présence dans les terminaisons présynaptiques ; 2. libération par le nerf présynaptique en même temps que l'activité nerveuse, et en quantité suffisante pour avoir un effet ; 3. effets de l'application expérimentale du transmetteur putatif imitant ceux de la stimulation des terminaisons présynaptiques ; 4. agonistes et antagonistes stimulant et bloquant, respectivement, les fonctions mesurées du transmetteur putatif ;

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5. existence d'un mécanisme (recapture, dégradation enzymatique) mettant fin aux actions du transmetteur.

Neurotransmission dans le système nerveux central Acides aminés Acides aminés inhibiteurs ● Le GABA (acide gamma-aminobutyrique), principal neurotransmetteur inhibiteur central, est dégradé par la GABA-transaminase et agit sur 2 sous types de récepteurs : GABA A (majoritaire) de type ionotropique et GABA B métabotropique (récepteur couplé aux protéines G : GPCR). Les récepteurs GABA A sont les cibles d'action de nombreux médicaments neuroactifs comme les benzodiazépines, les barbituriques, l'alcool ou les anesthésiques. Deux médicaments sont des agonistes des récepteurs GABA B : le myorelaxant baclofène et le psychoactif GHB (gammahydroxybutyrate, souvent désigné comme « drogue des violeurs »). ● La glycine est un autre neurotransmetteur inhibiteur central avec, comme antagoniste, la strychnine. Acides aminés excitateurs Le glutamate, présent à des concentrations élevées dans le cerveau, possède un puissant effet excitateur dans toutes les régions cérébrales. C'est le plus abondant des neurotransmetteurs stimulants. Il agit en se fixant essentiellement sur des récepteurs ionotropiques (NMDA [N-méthyl-D-aspartate], AMPA [amino-3hydroxy-5-méthylisoazol-4-propionate]). En cas d'ischémie cérébrale ou d'hypoglycémie, il existe une libération massive de glutamate contribuant à la mort cellulaire. Une altération de la transmission glutamatergique a été montrée également dans les maladies neurodégénératives et certains médicaments utilisés dans la maladie d'Alzheimer (mémantine) ou de Parkinson (amantadine) agissent, au moins en partie, en inhibant le glutamate.

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Acétylcholine (Ach) Présente au niveau du système nerveux autonome et neuromusculaire (cf. infra), l'Ach se trouve aussi au niveau central. Elle assume la plus grande part de la neurotransmission des interneurones centraux en se fixant essentiellement sur des récepteurs muscariniques, les récepteurs nicotiniques centraux étant moins nombreux. De façon schématique, l'Ach participe au niveau central aux fonctions mnésiques. La dégénérescence de certains neurones cholinergiques s'observe dans la maladie d'Alzheimer et l'antagonisme des récepteurs muscariniques centraux par l'atropine ou les atropiniques explique les troubles de la mémoire et les hallucinations déterminés par cette classe pharmacologique, surtout chez les personnes âgées.

Monoamines Dopamine (DA) La dopamine est la catécholamine centrale la plus abondante, où elle est synthétisée à partir de l'acide aminé tyrosine métabolisé en lévodopa. Ces effets sont médiés par deux grands types de récepteurs, D1 activant l'adénylate-cyclase et D2 l'inhibant. Il existe principalement trois grandes voies dopaminergiques centrales : ● la voie nigrostriée contrôle la motricité automatique et dégénère en cas de maladie de Parkinson. Les médicaments antiparkinsoniens renforcent ce tonus dopaminergique défaillant chez la personne atteinte de maladie de Parkinson : – la lévodopa est le précurseur de la dopamine, – les agonistes dopaminergiques (ropinirole, pramipexole) activent directement les récepteurs D2, – l'entacapone renforce l'effet de la lévodopa en inhibant la première enzyme du catabolisme de la lévodopa, la catéchol-O-méthyltransférase (COMT), – la sélégiline et la rasigiline s'opposent à l'activité de la seconde enzyme de ce catabolisme, la monoamineoxydase B (MAO B),

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Plus récemment, des récepteurs H3 ont été mis en évidence sur les terminaisons présynaptiques des neurones à histamine où ils inhibent la libération neuronale. Ils seraient impliqués dans le contrôle de la prise alimentaire, des mouvements et leur dysfonctionnement pourrait participer aux symptômes de la schizophrénie ou des déficits d'attention. Le pitolisant, un agoniste inverse du récepteur H3, est indiqué dans la narcolepsie, une hypersomnie rare. Sérotonine (5-hydroxytryptamine – 5HT) La 5HT, par l'intermédiaire de nombreux types (7) et sous types de récepteurs, est un des principaux neurotransmetteurs centraux participant au contrôle du sommeil, des fonctions cognitives, de la perception sensorielle, de la motricité, de la température, de la nociception, de l'humeur, de l'appétit, des comportements sexuels et de la libération d'hormones. Les principaux corps cellulaires des neurones 5HT sont situés dans les noyaux du raphé du tronc cérébral et se projettent dans tout le cerveau et la moelle spinale. La baisse des concentrations de 5HT centrale s'accompagne d'insomnie, d'augmentation des comportements agressifs et de majoration de la consommation alimentaire. L'élévation excessive des taux de 5HT peut provoquer un syndrome sérotoninergique, constellation de symptômes (agitation, confusion, frissons, tachycardie, diarrhée, myoclonies, rigidité, fièvre, convulsions, troubles de la conscience et parfois décès) observés chez les patients débutant ou majorant la posologie d'un antidépresseur ou lors d'association d'un antidépresseur à un triptan ou au tramadol. De nombreux médicaments affectent la transmission sérotoninergique centrale. Les agonistes 5HT1B/1D (triptans) sont des antimigraineux. Les imipraminiques et les inhibiteurs de la recapture de sérotonine sont des antidépresseurs et une part de l'action des antipsychotiques s'explique par un effet sur la sérotonine centrale.

Autres neurotransmetteurs

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● Les neuropeptides se comportent généralement comme des modulateurs centraux plutôt que comme des agents excitateurs ou inhibiteurs. Un nombre croissant de neuropeptides a été décrit (calcitonines, hormones neurohypophysaires et hypothalamiques, neuropeptide Y, opioïdes, tachykinines, peptide intestinal vasoactif, glucagon, etc.). Ils sont impliqués dans un large éventail de fonctions cérébrales, allant de l'analgésie aux comportements sociaux, à l'apprentissage et à la mémoire. ● Les purines (adénosine, ATP, etc.) jouent un rôle dans la signalisation extracellulaire. L'ATP, composant des vésicules de stockage présynaptiques, est libérée avec les transmetteurs. Les purines ont été impliquées dans plusieurs fonctions : mémoire, apprentissage, comportement locomoteur, prise alimentaire. ● Certains lipides assurent un rôle de neuromodulateurs. Les cannabinoïdes agissent via deux types de récepteurs : les récepteurs CB1 présents à fortes concentrations dans tout le cerveau, et les récepteurs CB2 proéminents dans les cellules immunitaires. Le système endocannabinoïde et ses médiateurs (anandamide, 2-arachidonoylglycérol) fonctionnent comme un système de signalisation rétrograde, servant généralement à inhiber la libération présynaptique des neurotransmetteurs. La marijuana stimule l'appétit via l'activation CB1. Des antagonistes CB1 ont été développés pour le traitement de l'obésité. Le rimonabant, un agoniste inverse du récepteur CB1, initialement approuvé comme anorexigène, a été retiré en raison d'effets indésirables graves (suicide, états dépressifs). ● À côté des neurotransmetteurs stricto sensu, on décrit des substances régulatrices comme les neurotrophines (NGF [nerve growth factor], BDNF [brain-derived neurotrophic factor], etc.) qui contrôlent prolifération neuronale, différenciation et survie neuronale, synaptogenèse, etc. On évoque leur implication dans la sénescence cérébrale ou dans le mécanisme d'action des antidépresseurs. Les neurostéroïdes modulent la libération du GABA et du glutamate. Ils pourraient être impliqués dans le contrôle de la cognition ou de l'éveil. Les cytokines participent à la

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physiologie cérébrale, notamment aux phénomènes de neuroprotection.

Neurotransmission dans le système nerveux périphérique Système nerveux végétatif Il est la partie du système nerveux assurant la régulation des fonctions viscérales indépendamment de la volonté : circulation, respiration, digestion, reproduction, etc. Ce système, encore appelé autonome, se divise en contingents orthosympathique et parasympathique. Système nerveux parasympathique (cholinergique) Il se distribue de façon circonscrite à la quasi-totalité des organes périphériques et est organisé pour donner des réponses localisées segmentaires : bradycardie, bronchoconstriction, stimulation du péristaltisme intestinal, de l'absorption et des sécrétions digestives, évacuation de la vessie et du rectum, pupilloconstriction, etc., toutes fonctions permettant la conservation et la restauration de l'énergie, mises en jeu lors des conditions de repos, de vie calme. Les effets du système parasympathique s'exercent par l'intermédiaire de l'Ach libérée par les terminaisons post-ganglionnaires parasympathiques pour agir sur les récepteurs muscariniques. L'Ach (en agissant sur les récepteurs nicotiniques) est également le neurotransmetteur des ganglions parasympathiques. De nombreux médicaments, utilisés en neurologie ou dans d'autres spécialités, modifient la transmission cholinergique parasympathique. Parmi les parasympathomimétiques, la pilocarpine, chef de file des agonistes muscariniques, s'utilise comme myotique (provoque le myosis) local dans le glaucome, une maladie avec une augmentation anormale de la pression des liquides à l'intérieur de l'œil. La nicotine, chef de file des agonistes nicotiniques, est le médicament de l'abstinence tabagique. Les anticholinestérasiques peuvent être réversibles (« compétitifs »). On distingue les médicaments à action essentiellement périphérique, comme l'ésérine ou la néostigmine prescrites dans les atonies intestinales ou urinaires, et ceux à action

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centrale mais aussi périphérique, indiqués dans la maladie d'Alzheimer (donépézil, etc.). Les anticholinestérasiques irréversibles sont les organophosphorés utilisés dans les pédiculoses, comme insecticide ou gaz de combat (gaz sarin). Les parasympatholytiques correspondent d'abord aux antagonistes muscariniques, atropine et dérivés, prescrits classiquement comme antispasmodiques, mydriatiques, dans les bradycardies extrêmes ou en préanesthésie (atropine). Les atropiniques ne sont plus guère utilisés comme antiparkinsoniens en raison de l'importance de leurs effets indésirables (dysurie, constipation, troubles de la mémoire, etc.). De nombreux médicaments possèdent des propriétés atropiniques latérales : antidépresseurs imipraminiques (amitriptyline, etc.), neuroleptiques phénothiazines (chlorpromazine, etc.) ou antihistaminiques H1 de 1re génération, etc. Système nerveux orthosympathique (adrénergique) Les fibres orthosympathiques se distribuent à la quasi-totalité des viscères et exercent leurs effets par l'intermédiaire de la NA, neuromédiateur libéré aux terminaisons post-ganglionnaires orthosympathiques. Ce système doué d'activité tonique est vasoconstricteur, cardioaccélérateur, intestino-inhibiteur, bronchodilatateur, pupillodilatateur et hyperglycémiant. Il est organisé de façon à donner des réponses étendues et généralisées. Cette tendance à l'extension est complétée par l'existence d'un mécanisme humoral, puisque la médullosurrénale et l'Adr qu'elle sécrète amplifient dans le temps et dans l'espace les effets de la NA. Ce système orthosympathique joue un rôle important dans la défense contre les agressions : froid, anoxie, douleur, anxiété, hémorragies, etc. Les deux catécholamines, NA et Adr, agissent de façon différentielle sur deux types de récepteurs adrénergiques, alpha (constricteur du muscle lisse) et bêta (relaxant du muscle lisse et stimulant les fonctions cardiaques). Les récepteurs alpha sont divisés en récepteurs alpha-1 post-synaptiques et alpha-2 présynaptiques modulant la libération de noradrénaline. Il existe deux sous types de récepteurs bêta : bêta-1 sur le cœur et bêta-2 sur le muscle lisse. Les sympathomimétiques directs sont, outre la NA, agoniste alpha, et l'Adr, agissant selon les doses sur les récepteurs alpha ou

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bêta, toutes deux utilisées dans le traitement du choc, les agonistes alpha-1 utilisés dans l'hypotension orthostatique, la congestion nasale ou le glaucome et les agonistes alpha-2 antihypertenseurs (clonidine, etc.). Les agonistes bêta-2 (salbutamol) sont prescrits dans l'asthme ou la menace d'accouchement prématuré. On a aussi plus récemment décrit un récepteur bêta-3, notamment au niveau du détrusor vésical : les agonistes bêta-3 sont indiqués dans l'impériosité urinaire. Les sympathomimétiques indirects augmentent la libération des catécholamines : il s'agit des amphétaminiques, vrais ou cachés comme l'éphédrine, l'ecstasy ou le méthylphénidate utilisé dans l'hyperactivité de l'enfant. La cocaïne est un inhibiteur de la recapture de la noradrénaline. Les sympatholytiques peuvent être directs : alphabloquants, indiqués comme vasodilatateurs ou relaxants de l'arbre urinaire (alfuzosine), bêtabloquants, utilisés en neurologie dans la migraine ou dans le tremblement essentiel et ailleurs dans l'hypertension artérielle, la maladie coronarienne, les arythmies cardiaques notamment. Les sympatholytiques indirects (réserpine) ne sont plus guère prescrits mais leurs dérivés (MIBG : méta-iodo-benzyl guanidine) sont utilisés pour l'imagerie cardiaque, par exemple des dysautonomies.

Jonction neuromusculaire L'Ach assure la transmission neuromusculaire en agissant sur un récepteur de type nicotinique. Les curares sont des antagonistes de ce récepteur cholinergique nicotinique musculaire. La myasthénie est une maladie d'origine auto-immune caractérisée par une atteinte des protéines de la membrane post-synaptique de la jonction neuromusculaire par des autoanticorps circulants se comportant comme des inhibiteurs compétitifs de l'Ach, accélérant ainsi la dégradation du récepteur nicotinique cholinergique. Ainsi, les anticholinestérasiques (néostigmine, etc.) sont des médicaments utilisés à visée à la fois diagnostique et thérapeutique dans la myasthénie. La toxine botulique est active dans les dystonies et autres contractures en inhibant la libération d'Ach au niveau de la plaque motrice.

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Po in t s clés

■ La transmission de l'information entre neurones s'effectue par l'intermédiaire de substances chimiques, les neurotransmetteurs : acides aminés (GABA, etc.), acétylcholine, monoamines (dopamine, noradrénaline, histamine, sérotonine, etc.), neuropeptides, etc. ■ Les neurotransmetteurs assurent le contrôle des grandes fonctions supérieures (motricité, cognition, humeur, etc.) au niveau central et également des fonctions viscérales au niveau périphérique (système nerveux autonome). ■ Les médicaments neuropsychotropes (antiparkinsoniens, antidépresseurs, antipsychotiques, etc.) agissent en modifiant (mimant, antagonisant) l'action centrale des neurotransmetteurs. Voir QRM chapitre 32.

Pour en savoir plus Brunton L.L., Knollmann B.C., eds. Goodman and Gilman's : The pharmacological basis of therapeutics. 14th ed. New York: McGraw Hill Education; 2022. Accès en ligne : https://accessmedicine.mhmedical.com/book.aspx? bookID=3191.

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Chapitre 5: Rythmes circadiens, veille, sommeil Elisabeth Ruppert; , Relecteur :Patrice Bourgin

P LA N D U C HA P I TRE Rythmes circadiens Veille et sommeil Régulation du cycle veille-sommeil Exploration sémiologique d'un trouble veille-sommeil

Rythmes circadiens La plupart des paramètres physiologiques et comportementaux sont soumis à un rythme biologique selon une variation périodique déterminée par une période dont la durée définit le type de rythme biologique. On distingue des rythmes : ● circadiens, du latin circa « autour » et dies « jour », avec une période proche de 24 heures comme le rythme veillesommeil ; ● infradiens avec une période > 28 heures, comme le cycle menstruel ;

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● ultradiens avec une période  25 Hz. © Pr JeanPhilippe Camdessanché. ● Un tracé est trop riche et microvolté (figure 19.6) traduit un manque de fibres musculaires fonctionnelles. Les unités motrices ayant perdu des fibres, les PUM sont alors brefs et peu amples. Pour un faible effort, le muscle doit engager plus d'unités motrices dans la contraction, expliquant le tracé rapidement trop riche. C'est ce que l'on appelle la somation spatiale. Ce type de tracé est retrouvé lors de syndrome myogène.

FIGURE 19.6 Tracé électromyographique myogène. Potentiels d'unité motrice brefs et peu amples. © Pr Jean-Philippe Camdessanché.

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Atteintes axonale et démyélinisante Atteinte axonale Une atteinte axonale est caractérisée à l'ENMG par : ● une réduction marquée des amplitudes des potentiels d'action (sensitifs ou moteurs) après stimulation distale ou proximale ; ● l'absence d'allongement des latences distales (sauf en cas d'atteinte sévère) ; ● l'absence de ralentissement des vitesses de conduction (sauf en cas d'atteinte sévère) ; ● l'absence de bloc de conduction ; ● la présence d'activité spontanée au repos en détection (fibrillations, ondes lentes positives, fasciculations) ; ● la présence d'un tracé pauvre accéléré (> 25 Hz) en contraction volontaire lors de la détection (avec des potentiels de grandes amplitudes et polyphasiques en cas d'atteinte chronique).

Atteinte démyélinisante Une atteinte démyélinisante est caractérisée à l'ENMG par : ● une augmentation des latences distales motrices ; ● une diminution des vitesses de conduction ; ● un allongement de la latence des ondes F ; ● la présence de blocs de conduction ; ● l'absence de diminution d'amplitude des potentiels d'action ou un étalement de ces potentiels avec conservation de l'aire sous la courbe correspondant à une dispersion temporelle du PGAM.

Points cl és

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■ L'ENMG permet l'exploration du système nerveux périphérique : neurone moteur périphérique, racines, plexus, troncs nerveux, jonction neuromusculaire et muscle. ■ La stimulodétection correspond à l'enregistrement des vitesses de conduction motrices ou sensitives ainsi qu'aux stimulations répétitives pour étudier la jonction neuromusculaire. ■ La détection correspond à l'étude du muscle au repos puis lors d'une contraction à la recherche d'un profil neurogène ou myogène. ■ En cas de neuropathie, l'ENMG permet de classer l'affection comme correspondant plutôt à une atteinte primitive de l'axone ou de la gaine de myéline. Voir QRM chapitre 32.

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Chapitre 20: Tomodensitométrie Guillaume Charbonnier; Thierry Moulin

P LA N D U C HA P I TRE Indications Sémiologie

La tomodensitométrie (TDM) connue communément sous le nom de « scanner » est une modalité d'imagerie médicale irradiante utilisant une source de rayons X et des détecteurs en rotation, permettant l'obtention rapide de coupes fines sur un volume d'exploration donné. Des logiciels de reconstruction permettent ensuite de visualiser des coupes dans tous les plans de l'espace. Les images obtenues utilisent les différentes propriétés d'absorption des rayons X des divers tissus de l'organisme. On parle ainsi d'hyperdensité ou d'hypodensité pour décrire un tissu ou une lésion apparaissant plus « blanche » ou plus « noire ». La définition et le contraste sont meilleurs pour les tissus les plus denses tels que l'os, et plus limités pour les tissus mous. Les applications de la TDM dans les pathologies neurologiques sont multiples et permettent notamment de rechercher rapidement des saignements intracrâniens, des occlusions artérielles intracrâniennes, des fractures du rachis, etc. Son utilisation en pratique clinique est fréquente du fait de la disponibilité de l'examen, de son coût et de la rapidité de réalisation des images. C'est souvent la première imagerie

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d'urgence réalisée lors de la suspicion d'une atteinte lésionnelle du système nerveux. La TDM présente cependant des limites pour la visualisation du parenchyme cérébral ou de la moelle spinale, qui peuvent nécessiter des compléments, voire d'emblée une IRM dans certaines situations cliniques.

Indications La TDM est utile dans des situations très variées. Comme pour tout examen complémentaire, il est fondamental que le médecin responsable du soin du patient établisse une analyse sémiologique syndromique précise de la situation clinique afin de poser des hypothèses étiologiques pour adapter au mieux l'exploration d'imagerie. Le tableau 20.1 présente une liste d'examens les plus répandus en situation d'urgence, avec les questions cliniques les plus fréquentes en rapport.

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Tableau 20.1 Principales indications neurologiques de la tomodensitométrie. Anomalie recherchée

Région explorée

Situation clinique

Exploration encéphalique

Déficit neurologique récent (SNC encéphalique)

Accident vasculaire cérébral

Déficit neurologique progressif

Tumeur cérébrale

Céphalées inhabituelles

Hémorragie méningée ou parenchymateuse, anévrisme intracrânien, thrombose veineuse cérébrale, dissection des troncs supra aortiques, hydrocéphalie

Crise d'épilepsie

Lésion cérébrale, lésion traumatique postcritique

Traumatisme crânien

Hématome subdural, extradural, hématome parenchymateux, contusions cérébrales, fracture osseuse

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situation clinique fréquente est la recherche de lésion dans une suspicion d'AVC mais, même si la TDM a une bonne sensibilité pour détecter une hémorragie, elle est beaucoup moins performante que l'IRM pour détecter des signes d'ischémie, en particulier en phase précoce. Le degré d'urgence dans la réalisation d'une TDM est fonction de son impact thérapeutique. En particulier, l'apparition d'un déficit neurologique de moins de 24 heures doit entraîner la réalisation d'une imagerie de toute urgence, si possible dans les minutes suivant la prise en soins, car une partie des AVC ischémiques sont redevables d'un traitement de reperfusion en urgence, pour lequel les minutes perdues impactent la récupération.

Sémiologie Des différences d'un individu à l'autre peuvent être observées sans signification pathologique, notamment en fonction de l'âge. Ceci souligne l'importance de tenir compte du tableau clinque au décours de l'interprétation des examens. D'autres anomalies peuvent orienter de manière spécifique vers la pathologie sous-jacente dont les principales sont présentées infra.

TDM encéphalique normale Les différents tissus cérébraux ont différentes propriétés d'absorption des rayons X. Les images reconstruites à partir d'une TDM sont des coupes en niveau de gris. Les structures absorbant naturellement de manière intense les rayons X comme l'os (crâne, rachis, calcifications) apparaissent hyperdenses (en « blanc ») alors que les structures les absorbant peu (graisse, liquide cérébrospinal) apparaissent hypodenses (en « noir »).

Exem p l e La substance grise (cortex, noyaux gris centraux) apparaît dans un gris plus clair que la substance blanche. Le tissu cérébral est analysé en TDM en fonction du terrain. En effet, un patient âgé peut fréquemment présenter des sillons corticaux plus

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marqués, entourés de liquide cérébrospinal, ou un élargissement des ventricules (figure 20.1). Ces signes chez un patient plus jeune peuvent faire évoquer une atrophie corticale ou une hydrocéphalie. Il est donc fondamental de connaître la présentation clinique avant d'analyser une imagerie médicale.

FIGURE 20.1 Exemples de tomodensitométries encéphaliques normales à 20 ans (A) et 80 ans (B). Dilatation ventriculaire et élargissement des sillons corticaux du patient âgé en comparaison au patient jeune. La TDM sans injection (native) peut être complétée par des acquisitions après injection intraveineuse de produit de contraste iodé. Les principales contre-indications sont l'allergie aux produits de contraste iodés et l'insuffisance rénale. On peut réaliser l'acquisition à des temps différents suivant l'injection en fonction de la pathologie explorée. ● Le temps artériel permet d'identifier des pathologies vasculaires, notamment des artères intracérébrales du cercle artériel de la base du cerveau (polygone de Willis). Les plus fréquentes sont les occlusions, sténoses (rétrécissements), anévrismes (dilatation

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de la paroi artérielle à risque hémorragique). On peut également étudier les artères cervicales à destinée cérébrale (troncs supraaortiques). ● Le temps veineux permet principalement de rechercher des pathologies du système veineux, principalement une thrombose veineuse cérébrale. ● Le temps tardif permet également de mettre en évidence des rehaussements lésionnels par rupture de la barrière hématoencéphalique, notamment en cas de lésions tumorales.

TDM encéphalique pathologique Les principales anomalies recherchées à la TDM concernent les pathologies hémorragiques et ischémiques, les processus expansifs et la pathologie neurodégénérative. Pathologie hémorragique En pathologie, on peut facilement mettre en évidence une hémorragie récente, cette dernière apparaissant en hyperdensité. Avec le temps, une hémorragie cérébrale voit son hyperdensité diminuer progressivement pour disparaître complètement (figure 20.2).

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FIGURE 20.2 Pathologie hémorragique en tomodensitométrie. A. Anomalies de densité intracrânienne extracérébrale subdurale biconvexe bilatérale en rapport avec des hématomes subduraux bilatéraux. Dans ce cas, les hématomes subduraux droit et frontal gauche apparaissent hypodenses

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(chroniques) et l'hématome subdural pariétal gauche apparaît hyperdense (aigu). B. Hémorragie subarachnoïdienne avec hématome intraparenchymateux frontal, compliqué d'une inondation ventriculaire et hydrocéphalie. C. Hématome intraparenchymateux cérébelleux hyperdense en phase aiguë. D. Évolution de l'hématome intraparenchymateux cérébelleux à 14 jours. Pathologie ischémique Les lésions ischémiques cérébrales sont au contraire plus hypodenses que le tissu sain. En phase aiguë, ces lésions peuvent être très difficilement visibles car il faut souvent attendre 24 heures pour que l'hypodensité apparaisse (figure 20.3A). Dans ce cas, on doit prêter une attention particulière aux signes indirects d'ischémie qui sont souvent les seuls visibles à ce stade, on parle de « signes précoces d'ischémie ». Ces signes indirects sont en rapport avec un œdème localisé précoce. On retrouve ainsi une dédifférenciation substance grise – substance blanche à l'origine d'un effacement de structures anatomiques tels les noyaux gris centraux en cas de lésion profonde ou d'un effacement du ruban cortical (figure 20.3A). Il peut également exister un effet de masse focal, par exemple au niveau de la corne frontale du ventricule latéral. On peut aussi retrouver une hyperdensité spontanée (c'est-à-dire sans injection de produit de contraste) d'un segment d'une artère intracrânienne, qui atteste de la présence d'un thrombus (figure 20.3B).

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FIGURE 20.3 Pathologie ischémique en tomodensitométrie. A. Signes d'ischémie précoces du territoire de l'artère cérébrale moyenne (territoire sylvien) gauche avec effacement du noyau lenticulaire (astérisque), discret effet de masse sur le ventricule latéral, disparition du ruban cortical insulaire (flèche). B. Hyperdensité spontanée de l'artère cérébrale moyenne droite en rapport avec un thrombus (flèche). C. Signes d'ischémie semi-récente du territoire de l'artère cérébrale postérieure gauche : hypodensité marquée de la lésion et œdème avec effet de masse (astérisque). Processus expansifs Bien que les processus expansifs intracrâniens (tumeurs, abcès) soient difficilement caractérisables en TDM, on peut néanmoins repérer plusieurs signes radiologiques pour les identifier et rechercher des signes de complication. En premier lieu, on doit rechercher une compression ou un « effet de masse » localisé au niveau des structures anatomiques adjacentes. Si la lésion est proche du système ventriculaire, il faut s'assurer de l'absence d'hydrocéphalie. La TDM sans injection ne met pas toujours en évidence des variations de densité importantes pour caractériser ces processus expansifs mais l'injection de produit de contraste iodé avec acquisition au temps

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« tardif » peut mettre en évidence des rehaussements pouvant aider à repérer la lésion et même à la caractériser.

Exem p l e Une prise de contraste périphérique « en cocarde » peut évoquer une métastase cérébrale ou un abcès, alors qu'une prise de contraste homogène et un raccordement méningé évoquent plutôt un méningiome. Pathologie dégénérative La signification d'une atrophie corticale (visibilité accrue des sillons) et/ou sous-corticale (dilatation des cavités ventriculaires sans effacement des sillons) doit tenir compte de l'âge du sujet et être confrontée à sa symptomatologie neurologique. On peut quelquefois observer une atrophie corticale « focale » corrélée à des signes cliniques évocateurs de pathologie dégénérative cérébrale : par exemple une atrophie temporale interne chez un patient présentant des troubles mnésiques antérogrades ou une atrophie plus marquée sur l'hémisphère gauche chez un autre présentant des troubles du langage progressifs. Dans tous ces cas, la TDM ne peut suffire à établir un diagnostic qui requiert d'autres explorations paracliniques et un examen en milieu spécialisé.

Points c l és

■ La TDM est un examen rapide, accessible, mais irradiant, capable d'explorer certaines pathologies neurologiques aux étages encéphalique, cervical et médullaire. ■ La TDM a en particulier une bonne sensibilité pour visualiser les hémorragies cérébrales. ■ L'ischémie cérébrale aiguë est difficile à explorer sur une TDM mais peut présenter certains signes subtils qui peuvent nécessiter

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une prise en soins urgente. Voir QRM chapitre 32.

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Chapitre 21: Imagerie par résonance magnétique Guillaume Charbonnier; Thierry Moulin

P LA N D U C HA P I TRE Indications Sémiologie

L'IRM est une modalité d'imagerie non irradiante, utilisant le principe physique de la résonance magnétique nucléaire. Le patient est allongé dans un électroaimant créant un champ magnétique qui permet d'aligner les atomes d'hydrogène : le spin du proton s'aligne sur le vecteur imposé par le champ magnétique. Les différents champs magnétiques utilisés permettent d'imposer des changements de spins aux protons, appelés mouvements de précession qui varient en fonction des tissus explorés : c'est la résonance magnétique nucléaire. Contrairement à la TDM, les images obtenues présentent des contrastes différents en fonction du choix de séquence utilisée. Pour obtenir les séquences dites « T1 ou T2 », on mesure différents temps de relaxation des protons. Par convention, les tissus sont décrits en hypersignal (plus « blancs ») ou en hyposignal (plus « noirs »).

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Indications Comme pour la TDM, les applications de l'IRM sont multiples dans la pathologie neurologique et nécessitent une évaluation clinique précise afin de déterminer une question clinique. Ceci est d'autant plus important que le choix adéquat des séquences IRM à utiliser est indispensable dans la plupart des indications. Dans ce chapitre, nous nous concentrons sur les situations cliniques devant faire préférer une IRM à une TDM (les indications TDM sont développées dans le chapitre 20) (tableau 21.1).

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Tableau 21.1 Principales indications neurologiques d'une IRM. Région Pathologie explorée recherchée Exploration Accident encéphalique vasculaire cérébral

Arguments en faveur d'une IRM Signes d'ischémie même en phase précoce (séquence dite de diffusion)

Datation de l'ischémie possible même sans imagerie de perfusion (séquence dite FLAIR)

Dissection des Visualisation directe de troncs supral'hématome de paroi aortiques Traumatisme crânien

Meilleure sensibilité pour les lésions encéphaliques parenchymateuses comme les lésions axonales diffuses (notamment sur la séquence de susceptibilité magnétique)

Déficit Athérome sténosant des neurologique troncs supra-aortiques et souffle (séquence d'angiographie carotidien par IRM obtenue après injection de produit de contraste) et signes éventuels d'infarctus cérébral (séquences encéphaliques)

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Région explorée

Exploration rachidienne

Pathologie Arguments en faveur recherchée d'une IRM Déficit focal Visualisation d'une lésion progressif ou inflammatoire (caractère rapidement inflammatoire actif si progressif prise de contraste), tumorale (caractéristiques précises de la tumeur) Altération cognitive progressive

Signes d'atrophie cérébrale avec caractérisation des régions corticales atteintes (notamment lobes temporaux en coupes coronales)

Fracture vertébrale

Datation d'une fracture (ancienne ou récente grâce à la séquence dite STIR)

Recherche d'une contusion médullaire associée

Lésion médullaire

Meilleure sensibilité pour la détection d'un hématome extradural, d'une hernie discale

Seul examen permettant de visualiser les lésions démyélinisantes

FLAIR : fluid attenuation inversion recovery ; IRM : imagerie par résonance magnétique ; STIR : short T1 inversion recovery ; TDM : tomodensitométrie. L'utilisation de l'IRM est facilitée par son caractère non irradiant, elle est en revanche souvent moins disponible que la TDM, du fait du nombre moindre de machines implantées en France. Son utilisation

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est contre-indiquée principalement en cas d'éclat métallique oculaire, de certains clips chirurgicaux ou de pacemaker anciens. Pour savoir si un matériel étranger « passe » à l'IRM, que ce soit une valve cardiaque, un pacemaker ou un autre type de matériel, il est important de pouvoir disposer à chaque fois de la référence du matériel implanté. Une IRM cérébrale doit être réalisée en urgence (si elle est disponible), principalement dans deux situations : ● accident vasculaire cérébral : la confirmation d'un infarctus cérébral peut nécessiter la réalisation d'une thrombolyse intraveineuse (injection d'un traitement thrombolytique) ou la réalisation d'une thrombectomie (retrait mécanique du caillot obstruant la lumière d'un segment artériel proximal par voie endovasculaire) ; ● compression médullaire : le diagnostic d'un hématome extradural, d'une fracture vertébrale avec recul du mur postérieur ou d'une hernie compressive peut aboutir à l'indication en urgence d'une chirurgie de décompression.

Sémiologie Une fois la question clinique formulée, le radiologue doit faire le choix de la séquence permettant de rechercher certains types de lésions. La sémiologie radiologique des tissus neurologiques normaux et des lésions dépend de ces séquences. Après quelques éléments d'ordre général, nous aborderons les différentes séquences en fonction des situations cliniques les plus courantes.

Éléments d'ordre général La réalisation des différentes séquences IRM repose sur le principe physique de la résonance magnétique nucléaire décrit plus haut. Néanmoins, différents paramètres physiques peuvent être étudiés afin de mettre en évidence des structures anatomiques ou des lésions spécifiques (tableau 21.2).

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Tableau 21.2 Principales séquences d'IRM utilisées en neurologie. Séquence T1

Principe physique Anomalie recherchée Résonance Anomalies du cortex : magnétique atrophie, dysplasie nucléaire corticale, anomalies classique du développement

T2

Résonance magnétique nucléaire classique

Cavité liquidienne : kyste, anomalie des ventricules

T2 FLAIR (fluidattenuated inversion recovery)

T2 avec atténuation de l'eau circulante (le liquide cérébrospinal)

Œdème en hypersignal (tumoral, ischémique), sang en hypersignal (hémorragie subarachnoïdienne, hématome parenchymateux)

T2* dit « T2 étoile » (ou T2 écho de gradient)

Séquence sensible Artefacts en hyposignal aux liés au fer de inhomogénéités l'hémoglobine du champ (hémorragie, magnétique thrombus). L'imagerie Imagerie de créées par les de susceptibilité susceptibilité éléments utilise le même magnétique paramagnétiques principe physique comme le fer avec une meilleure sensibilité

Diffusion et

Diffusibilité

Lésion ischémique aiguë

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cartographie Séquence du coefficient apparent de diffusion (ADC)

q g (mouvements en hypersignal Principe physique Anomalie recherchée libres) du proton diffusion, avec une diminution de l'ADC

ToF (time of flight ou temps de vol)

Mesure de vitesse des spins des protons, sans injection de produit de contraste

Imagerie vasculaire : mise en évidence d'une occlusion/sténose artérielle

STIR (short T1 inversion recovery)

T1 avec suppression du signal de la graisse

Imagerie médullaire et rachidienne : datation de fracture et lésions inflammatoires

À titre d'exemple, parmi les séquences les plus répandues, on retrouve les séquences T1 et T2 (figure 21.1). Les différences principales sont que la séquence T1 fait apparaître le liquide cérébrospinal en hyposignal (noir) et contraste la substance grise en hyposignal comparativement à la substance blanche. La graisse, en revanche, apparaît en franc hypersignal T1. La séquence T2 fait apparaître le LCS en hypersignal (blanc) alors que la substance grise tend à être en hypersignal comparativement à la substance blanche qui se marque plutôt en hyposignal.

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FIGURE 21.1 Coupes axiales encéphaliques T1 (A) T2 (B), FLAIR (C). FLAIR : fluid-attenuated inversion recovery.

IRM pathologique Pathologie ischémique À la phase aiguë d'un infarctus cérébral, on recherche en priorité des lésions ischémiques et une éventuelle occlusion intracrânienne associée. Une lésion ischémique voit son signal varier en fonction du temps. Dans les premières heures, elle apparaît en hypersignal sur la séquence de diffusion et n'est pas visible sur les autres séquences. La séquence de diffusion permet également de créer une cartographie du coefficient d'absorption de diffusion (ADC). À ce stade, l'ADC est diminué. Après quelques heures, la lésion est progressivement visible en hypersignal FLAIR (fluid-attenuated inversion recovery). Après 7-10 jours, l'ADC augmente. Au stade séquellaire (après 1 mois), la lésion n'est plus visible en hypersignal sur la séquence de diffusion et reste en hypersignal sur la séquence FLAIR (figure 21.2).

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FIGURE 21.2 Lésion ischémique aiguë du territoire de l'artère cérébrale moyenne (territoire sylvien) superficiel gauche. Hypersignal sur la séquence de diffusion (A) avec une diminution de l'ADC (B) non visible, en T2 FLAIR mais présentant des hypersignaux vasculaires de type « flux lents » (C, flèches), artefact lié au thrombus au niveau de l'artère cérébrale moyenne gauche en T2* (D), interruption de flux de l'artère cérébrale moyenne gauche en ToF (E), évolution à 1 mois de la lésion ischémique en hypersignal FLAIR (F). ADC : apparent diffusion coefficient ; FLAIR : fluid-

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attenuated inversion recovery ; ToF : time of flight. Concernant l'occlusion artérielle, l'IRM peut détecter une occlusion proximale d'un gros tronc intracrânien du cercle artériel de la base du cerveau (polygone de Willis), grâce à la séquence en temps de vol (ToF). Cette séquence permet de visualiser les artères en hypersignal en mesurant la vitesse des protons, et met en évidence une interruption du flux en cas d'occlusion. La séquence T2* (en écho de gradient) peut également mettre en évidence la présence d'un thrombus au niveau de l'artère occluse, il apparaît dans ce cas en hyposignal du fait d'un artefact de susceptibilité magnétique lié à la présence de globules rouges chargés en fer dans le thrombus. Enfin, on peut observer sur la séquence FLAIR des hypersignaux vasculaires dans le territoire occlus. De plus en plus, une séquence complémentaire de perfusion cérébrale est réalisée et permet de sélectionner certains cas pour une thrombolyse ou une thrombectomie, notamment en cas d'arrivée tardive du patient, et en mettant en évidence un volume cérébral en hypoperfusion significatif qui témoigne de la réversibilité potentielle d'une zone ischémique que l'on décrit sous le nom de pénombre ischémique. Dans le cas particulier de la thrombose veineuse cérébrale, il est recherché en priorité une interruption de signal d'un sinus veineux sur les séquences veineuses spécifiques, injectées à l'aide d'un produit de contraste à base de gadolinium. Les conséquences de la thrombose peuvent également être visualisées comme un infarctus parenchymateux veineux, une hémorragie cérébrale, ou un infarctus veineux secondairement hémorragique. Pathologie hémorragique Le signal du sang en IRM varie également en fonction du temps et en fonction de la séquence. En phase aiguë, la séquence FLAIR met en évidence une lésion ayant un signal hétérogène produisant un effet de masse en cas d'hématome parenchymateux, ou bien un hypersignal suivant les espaces subarachnoïdien (sousarachnoïdien), subdural (sous-dural) ou extradural en fonction de la localisation de l'hémorragie (figure 21.3). En phase chronique, la séquelle d'hématome apparaît en hyposignal T2* (figure 21.4).

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FIGURE 21.3 Pathologie hémorragique en imagerie par résonance magnétique. A. Hémorragie subarachnoïdienne de la fosse latérale du cerveau (vallée sylvienne) gauche en hypersignal T2 FLAIR. B. Hématome subdural hémisphérique gauche en hypersignal T2 FLAIR avec une déviation de la ligne médiane signant un effet de masse sur l'hémisphère homolatéral. FLAIR : fluid-attenuated inversion recovery.

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FIGURE 21.4 Hématome intraparenchymateux temporal gauche à la phase aiguë (A-C) et subaiguë (D-F). À la phase aiguë, la lésion apparaît hétérogène en hypersignal FLAIR, hyposignal T2* et isohypersignal T1. En phase subaiguë, elle apparaît en isosignal FLAIR, hyposignal T2* et isosignal T1. FLAIR : fluid-attenuated inversion recovery. Pathologie inflammatoire L'IRM a aujourd'hui une place prépondérante dans l'évaluation de la pathologie inflammatoire du système nerveux central pour le diagnostic et le suivi. Les lésions inflammatoires encéphaliques ou médullaires apparaissent en hypersignal T2, hyposignal T1, et

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présentent un rehaussement après injection de produit de contraste lorsqu'elles sont récentes (figure 21.5). Au niveau de l'encéphale, ces lésions sont le plus souvent ovalaires et périventriculaires.

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FIGURE 21.5 Patient présentant une sclérose en plaques. Lésions ovalaires périventriculaires en coupes axiales T2 FLAIR (A) rehaussée après injection (B). Lésion temporale droite en hyposignal T1 (C). Par ailleurs, lésion médullaire postérieure T11-T12 rehaussée après injection sur la séquence sagittale T1 (D) et en hypersignal T2 (E). La lésion temporale droite (C) est également visible en hypersignal en T2 FLAIR (F). FLAIR : fluid-attenuated inversion recovery. Pathologie dégénérative

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Une altération progressive des facultés cognitives peut se traduire par des anomalies IRM. On peut tout d'abord éliminer les diagnostics différentiels de type lésion cérébrale (tumorale notamment) pouvant être à l'origine de ces troubles. On retrouve également des altérations spécifiques à certains tableaux dégénératifs, pouvant n'apparaître que tardivement. La plupart des maladies dégénératives présentent en effet une atrophie (amincissement) corticale parfois focalisée à certaines régions, ce qui peut permettre d'orienter vers sa cause. La séquence T1 en coupe fine est notamment très utile pour visualiser cette atrophie grâce à son contraste entre substance blanche et substance grise. Les coupes coronales, notamment T2, permettent quant à elles une visualisation précise de l'hippocampe, touché notamment précocement dans la maladie d'Alzheimer (figure 21.6).

FIGURE 21.6 Imagerie par résonance magnétique cérébrale en séquence T1 avec des coupes coronales passant par le grand axe de l'hippocampe. A. Cerveau sain, pas d'atrophie des hippocampes (flèches). B. Atrophie hippocampique bilatérale dans le cadre d'une maladie d'Alzheimer. Source : CEN. Neurologie, 6e édition. Paris : Elsevier Masson ; 2022. Pathologie tumorale

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L'IRM cérébrale a un apport majeur dans la caractérisation des tumeurs cérébrales. En comparaison avec la TDM, leur morphologie, leur localisation et leurs rapports aux structures adjacentes sont beaucoup mieux précisés. L'IRM est également beaucoup plus sensible pour détecter des petites lésions associées à une lésion princeps comme les métastases ou un abcès. Par ailleurs des séquences spécifiques dites « avancées » permettent d'approcher le diagnostic histologique des tumeurs. Il s'agit de la perfusion qui caractérise par une hyperperfusion des tumeurs agressives, et de la spectroscopie qui quantifie certains composants moléculaires de la tumeur comme les lipides ou la choline (figure 21.7).

FIGURE 21.7 Tumeur maligne primitive frontale droite, envahissant le corps calleux. Prise de contraste périphérique hétérogène en T1 injectée (A) en hypersignal T2 FLAIR (B). La spectroscopie met en évidence des zones à fort taux de choline exprimée dans les tumeurs gliales (C) et hyperperfusées (D), compatibles avec le diagnostic de glioblastome. FLAIR : fluid-attenuated inversion recovery. Pathologie médullaire En cas de déficit neurologique faisant suspecter une origine médullaire l'IRM permet de visualiser une atteinte de la moelle spinale intramédullaire (lésion inflammatoire, tumorale) ou

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extramédullaire (hernie, hématome épidural, fracture). Les séquences T2 sagittales montrent une bonne visualisation du LCS ainsi que des lésions en hypersignal. Les séquences T1 injectées visualisent des prises de contrastes tumorales ou d'une lésion inflammatoire active (cf. figure 21.5). Les fractures vertébrales apparaissent en hypersignal T2. De plus, les séquences STIR (short T1 inversion recovery) permettent de mettre en évidence une fracture récente sous la forme d'un hypersignal (figure 21.8).

FIGURE 21.8 Pathologie médullaire en imagerie par résonance magnétique. Hernie cervicale C6-C7 foraminale en coupe sagittale T2 (A, flèche) avec compression des racines nerveuses sur la reconstruction axiale (B, flèche). Fractures récentes des plateaux supérieurs de T12 et L1, des corps vertébraux L3, L4, L5 en hypersignal T2 (C, flèches) et hypersignal STIR (D). STIR : short T1 inversion recovery.

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Points cl és

■ L'IRM est une modalité d'imagerie non irradiante, plus sensible que la TDM dans la plupart des pathologies neurologiques encéphaliques ou médullaires. ■ Le choix des différentes séquences disponibles doit être guidé par une question clinique précise. ■ Une injection de produit de contraste est utile pour caractériser les lésions tumorales, inflammatoires, infectieuses. En revanche, elle n'est pas indispensable pour l'exploration des vaisseaux intracrâniens qui sont visualisés en séquence ToF non injectée. Voir QRM chapitre 32.

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Chapitre 22: Techniques d'exploration et d'imagerie des artères cervicoencéphaliques Jean-Philippe Désilles; Solène Hébert; Mikael Mazighi

P LA N D U C HA P I TRE Rappels de l'anatomie artérielle cervicoencéphalique Choix des modalités d'exploration paraclinique Échodoppler artériel cervical et intracrânien Angio-IRM artérielle cervicale et intracrânienne Angio-TDM (ou angioscanner) artérielle cervicoencéphalique Angiographie conventionnelle Conclusion

Rappels de l'anatomie artérielle cervicoencéphalique

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Les artères cervicales à destinée encéphalique naissent de la crosse de l'aorte et comprennent quatre vaisseaux principaux : deux artères carotides primitives naissant du tronc artériel brachiocéphalique à droite et directement de l'aorte à gauche, et deux artères vertébrales qui naissent des artères subclavières (sous-clavières). Les artères carotides communes (ou primitives) se terminent en regard du corps vertébral C4 et se divisent en deux artères : l'artère carotide interne (ACI) et l'artère carotide externe (ACE). Cette dernière donne naissance à de nombreuses branches à destinées de la face et du crâne. L'ACI comporte quatre segments principaux : le bulbe, le segment cervical sus-bulbaire (ou sous-pétreux), le segment intrapétreux et le siphon. Elle, n'a aucune branche dans son trajet cervical. Au niveau du siphon, elle donne naissance à trois artères principales : l'artère ophtalmique, l'artère communicante postérieure et l'artère choroïdienne antérieure, puis se termine en se divisant en deux artères, l'artère cérébrale moyenne (ACM) (ou artère sylvienne selon l'ancienne nomenclature) latéralement et l'artère cérébrale antérieure (ACA) médialement. À noter qu'en fonction du segment artériel, différentes pathologies doivent être recherchées. Par exemple, le bulbe et le siphon carotidien sont les sites privilégiés de l'athérome tandis que le segment sus-bulbaire est le site le plus fréquent d'une dissection carotidienne. L'athérome est une maladie chronique de la paroi des artères de gros calibres aboutissant à la formation d'une plaque ou d'une sténose athéromateuse. Cette pathologie est responsable de près de 30 % des AVC ischémiques. La dissection est une maladie aiguë du sujet jeune correspondant à la formation d'un hématome dans la paroi artérielle à la suite de l'apparition d'une brèche focale de l'intima. C'est la cause la plus fréquente d'AVC ischémique chez le sujet jeune de moins de 50 ans. Les artères vertébrales comprennent cinq segments distincts avant de fusionner sur la ligne médiane en intracrânien pour former l'artère basilaire. Le segment V0 correspond à l'ostium, le segment V4 à la portion terminale et intracrânienne. Ces deux segments sont les sièges privilégiés de l'athérome. Les segments cervicaux V2 (intertransversaires) et V3 (contournant C1 et C2) sont les sièges principaux de dissection vertébrale. L'artère basilaire (ou tronc basilaire) donne naissance à de nombreuses artères perforantes courtes et longues qui alimentent le tronc cérébral ainsi qu'aux

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artères cérébelleuses inférieures (postéro-inférieures), moyennes et supérieures, puis se termine en se divisant en deux artères cérébrales postérieures droite et gauche. Le cercle artériel de la base du cerveau (polygone de Willis) est un cercle anastomotique artériel situé à la base du crâne réalisant des anastomoses entre les deux circulations carotidiennes et la circulation vertébrobasilaire permettant une suppléance, la plupart du temps suffisante, en cas d'occlusion artérielle en amont. Ce cercle anastomotique est composé de la terminaison des ACI, des segments proximaux des artères cérébrales antérieures (A1), de l'artère communicante antérieure, des artères communicantes postérieures droite et gauche et des segments proximaux des artères cérébrales postérieures (P1). Néanmoins, il existe une grande variabilité interindividuelle du cercle artériel de la base du cerveau. Celui-ci n'est en effet complet que chez 50 % de la population (figure 22.1).

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FIGURE 22.1 Illustration représentant les artères cervicoencéphaliques. ACM : artère cérébrale moyenne ; ACA : artère cérébrale antérieure ; ACC : artère carotide commune ; ACE : artère carotide externe ; ACh : artère choroïdienne antérieure ; ACI : artère carotide interne ; AcoA : artère communicante antérieure ; AcoP : artère communicante postérieure ; ACP : artère cérébrale postérieure ; TABC : tronc artériel brachiocéphalique ; TB : tronc basilaire. Illustration originale du Dr Solène Hébert.

Choix des modalités d'exploration paraclinique Quatre modalités complémentaires d'exploration des artères cervicoencéphaliques sont disponibles : l'échographie doppler, l'angio-TDM, l'angio-IRM et l'angiographie conventionnelle. L'indication de chacune de ces modalités dépend du contexte clinique, de la disponibilité et de la question posée. Il est parfois nécessaire d'utiliser plusieurs modalités afin d'explorer une même lésion artérielle du fait du caractère complémentaire de chacune de ces modalités. Nous exposons dans ce chapitre les principales caractéristiques de ces quatre modalités.

Échodoppler artériel cervical et intracrânien Principes généraux Il s'agit d'une imagerie non invasive reposant sur les ultrasons. Elle peut être notamment réalisée dans certains services d'hospitalisations spécialisés tels que les unités de soins intensifs de

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neurologie vasculaire et les services de réanimation neurochirurgicale. Après application d'un gel échographique favorisant la transmission acoustique, une sonde échographique est posée sur le cou en regard des différents trajets artériels cervicaux et au niveau orbitaire, temporal et sous-occipital pour l'analyse des vaisseaux intracrâniens. La sonde échographique émet des ultrasons et reçoit leurs échos après la rencontre des différentes structures parenchymateuses. Cela permet la construction d'une image morphologique contrastée de gris selon les différentes caractéristiques de transmission ultrason des tissus. Cette fonctionnalité permet l'appréciation de l'échostructure du vaisseau ainsi que du matériel endoluminal ou pariétal présent (plaque d'athérome par exemple). La fonction doppler couleur permet de visualiser en couleur l'afflux sanguin et le remplissage des vaisseaux, alors que le doppler pulsé permet quant à lui une évaluation vélocimétrique du flux sanguin et la création d'un spectre de vitesse (figure 22.2).

FIGURE 22.2 Exemple d'un examen en échodoppler artériel cervical et intracrânien. A. Image montrant le bulbe carotidien. B. Mesure des vitesses du flux sanguin dans le segment proximal de l'artère cérébrale moyenne droite. © Jean-Philippe Désilles.

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Principales indications ● Bilan étiologique d'un AVC ischémique ou d'un accident ischémique transitoire (AIT). ● Évaluation de l'hémodynamique artérielle intracrânienne. ● Dépistage du vasospasme artériel intracrânien posthémorragie subarachnoïdienne (HSA). ● Dépistage, diagnostic et suivi d'une sténose artérielle cervicale et/ou intracrânienne en prévention primaire ou secondaire.

Forces et limites Forces ● Cet examen peut être répété sans restriction car il s'agit d'un examen non invasif, non irradiant et ne nécessitant pas d'injection de produit de contraste. Il n'est donc associé à aucun risque ni aucune contre-indication. ● Il peut être réalisé au lit du patient et en urgence avec une très bonne disponibilité à la fois dans les cabinets de ville et dans les services hospitaliers. ● Il permet une très bonne visibilité de la paroi des bulbes carotidiens pour le dépistage des plaques athéromateuses et le suivi. ● Le doppler permet une évaluation hémodynamique des lésions artérielles identifiées, à la fois au niveau cervical et en intracrânien. Limites ● Il existe une variabilité interopérateur de la qualité des examens, ce qui limite les comparaisons pour le suivi longitudinal. ● La transmission des ultrasons au travers des structures osseuses est très mauvaise, ce qui limite les utilisations pour l'exploration des artères intracrâniennes, des segments artériels extracrâniens à proximité de structures osseuses (ex : artère carotide interne sous-pétreuse, trajet

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intertransversaire des vertébrales), et pour les artères calcifiées. ● Il existe une variabilité interindividuelle de l'échogénicité, notamment de la fenêtre osseuse transtemporale (environ 10 % de patients sans fenêtre temporale acoustique suffisante).

Angio-IRM artérielle cervicale et intracrânienne Principes généraux Il s'agit d'une imagerie non invasive reposant sur les propriétés de résonance magnétique des tissus. Cet examen s'effectue dans la majorité des centres d'imagerie hospitaliers et dans certains centres d'imagerie de ville. L'acquisition s'effectue au sein de l'anneau de l'IRM sans injection ou après injection intraveineuse d'un bolus de produit de contraste de gadolinium. Il existe en effet deux séquences d'angio-IRM : 1. la séquence en temps de vol (ToF) et ne nécessite pas d'injection. Son acquisition requiert en revanche plusieurs minutes pour être obtenue et une bonne immobilité de la tête du patient. Il s'agit d'une imagerie de flux ; 2. l'angiographie injectée par IRM (appelée angiographie par résonance magnétique –ARM – au gadolinium). Elle correspond à l'acquisition d'un volume en coupes millimétriques jointives. Ces deux séquences permettent la génération de reconstructions en 3D par les logiciels de lecture et d'interprétation d'imagerie médicale (figure 22.3).

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FIGURE 22.3 Exemple d'une angio-IRM cérébrale. A. Angio-IRM des troncs supraaortiques après injection d'un bolus de gadolinium. B. Angio-IRM du cercle artériel de la base du cerveau (polygone de Willis) en ToF. C. Séquence IRM 3D T1 TSE permettant la visualisation d'un hématome de paroi en cas de dissection artérielle (flèche : paroi normale de l'artère carotide interne gauche). ToF : time of flight ; TSE : turbo spin echo. © Jean-Philippe Désilles.

Principales indications

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● Bilan initial d'une suspicion d'AVC en urgence. ● Bilan étiologique d'un AIT, d'un AVC ischémique et d'un AVC hémorragique. ● Évaluation du degré de sténose d'une lésion artérielle cervicale ou intracrânienne. ● Surveillance d'une sténose artérielle cervicale ou intracrânienne en prévention primaire ou secondaire. ● Diagnostic et surveillance des malformations vasculaires intracrâniennes comme les anévrismes artériels intracrâniens.

Forces et limites Forces ● Il s'agit de la seule modalité qui permet de réaliser une imagerie artérielle intracrânienne en coupes sans injection. ● Cet examen peut être répété sans restriction car non invasif et non irradiant. ● L'examen couplé à l'acquisition des autres séquences parenchymateuses de l'IRM cérébrale permet une évaluation globale et exhaustive des vaisseaux et du parenchyme cérébral. Limites ● La disponibilité de l'IRM est variable selon les centres pour son utilisation en urgence. ● L'acquisition nécessite plusieurs minutes et la qualité des acquisitions est très artefactée par les mouvements du patient. ● Il est difficile, voire impossible de réaliser cet examen en cas de claustrophobie chez certains patients liée au positionnement de la tête au sein du tube de l'IRM et à la durée prolongée de l'examen. ● Les contre-indications sont liées à l'utilisation d'un champ électromagnétique puissant : patients porteurs d'un pacemaker et de certains implants métalliques (ex : valve cardiaque, prothèse orthopédique).

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Angio-TDM (ou angioscanner) artérielle cervicoencéphalique Principes généraux Il s'agit d'une imagerie non invasive reposant sur l'émission de rayons X. Cette technique consiste à mesurer l'absorption des rayons X par les tissus et à reconstituer des images 2D et 3D des structures anatomiques. L'acquisition s'effectue au sein de l'anneau du scanner après injection intraveineuse d'un bolus de produit de contraste iodé. Cet examen est disponible dans tous les centres hospitaliers et dans la grande majorité des centres de ville. L'acquisition est obtenue en moins d'une minute. Il s'agit d'une acquisition hélicoïdale d'un volume en coupes millimétriques jointives permettant la génération de reconstruction en 3D par les logiciels de lecture et d'interprétation d'imagerie médicale (figure 22.4).

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FIGURE 22.4 Exemple d'angio-TDM cervicale et intracrânienne. A. Vue de profil d'une reconstruction de l'angio-TDM. B. Reconstruction axiale des artères du cercle artériel de la base du cerveau (polygone de Willis). © Jean-Philippe Désilles.

Principales indications ● Bilan initial d'une suspicion d'AVC en urgence, notamment lorsque l'IRM cérébrale n'est pas disponible ou non réalisable (patient agité ou présentant des vomissements, patient intubé avec ventilation mécanique). ● Bilan étiologique d'un AIT, d'un AVC ischémique et d'un AVC hémorragique. ● Évaluation du degré de sténose d'une lésion artérielle cervicale ou intracrânienne. ● Diagnostic du vasospasme artériel intracrânien post-HSA.

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Forces et limites Forces ● La définition spatiale est très bonne. ● L'acquisition est rapide et l'examen en urgence facilement disponible. Limites ● Il s'agit d'un examen irradiant et nécessitant une injection de produit de contraste iodé, ce qui limite son utilisation répétée pour le suivi. ● La qualité de l'image est artefactée par les structures osseuses et calcifiées adjacentes aux vaisseaux. ● L'évaluation concomitante du parenchyme cérébral est de qualité très inférieure à celle de l'IRM. ● Les contre-indications sont liées : – à l'irradiation : femme enceinte ou probabilité de grossesse ; – à l'injection de produit de contraste iodé : insuffisance rénale sévère, allergie connue au produit de contraste iodé, hyperthyroïdie non traitée, insuffisance cardiaque sévère, myélome multiple, cirrhose. Ces contreindications sont relatives et dépendantes de l'indication de l'examen et de son caractère urgent, voire vital. ● Il existe un risque d'acidose lactique chez les patients diabétiques sous metformine qu'il faut suspendre pendant 48 heures après l'examen.

Angiographie conventionnelle Principes généraux Il s'agit également d'une imagerie reposant sur l'émission de rayons X. L'angiographie conventionnelle est un examen invasif qui nécessite une ponction artérielle radiale ou fémorale et la navigation transartérielle d'un cathéter jusque dans les artères carotides internes et les artères vertébrales. Cet examen s'effectue exclusivement au sein d'un bloc de radiologie interventionnelle.

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Il permet l'obtention de radiographies séquentielles dans un ou deux plans de l'espace simultanément après injection intra-artérielle d'un bolus de produit de contraste iodé. Chaque acquisition est obtenue en moins d'une minute. Il est également possible de réaliser un volume en coupes millimétriques jointives permettant la génération de reconstructions 3D par les logiciels de lecture et d'interprétation d'imagerie médicale. L'ensemble de l'examen est réalisé en environ 1 heure et nécessite une hospitalisation de jour ou d'une nuit pour la surveillance du point de ponction artérielle (figure 22.5).

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FIGURE 22.5 Exemple d'angiographie cérébrale conventionnelle. A. Vue de profil d'une injection de l'artère carotide commune permettant une visualisation des artères carotides internes et externes ainsi que de leurs principales branches. B. Vue de face après injection sélective dans l'artère carotide interne gauche permettant une visualisation des différentes branches artérielles intracrâniennes de la circulation antérieure. © Jean-Philippe Désilles.

Principales indications

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● Réalisation d'une thrombectomie cérébrale (intervention visant à retirer un caillot obstruant les artères cérébrales) en urgence. ● Bilan préthérapeutique avant angioplastie-stenting carotidien. ● Diagnostic et bilan préthérapeutique d'un vasospasme artériel intracrânien. ● Bilan étiologique d'un AVC ischémique cryptogénique du sujet jeune. ● Diagnostic et bilan préthérapeutique des malformations vasculaires cérébrales (anévrismes intracrâniens, fistules durales artérioveineuses et malformations artérioveineuses cérébrales).

Forces et limites Forces ● C'est l'examen de référence car disposant de la meilleure résolution spatiale et temporelle. ● L'acquisition dynamique permet une évaluation du flux artériel, parenchymateux et du retour veineux. ● Il s'agit d'un examen à visée thérapeutique ou préthérapeutique dans la plupart des cas. Limites ● L'examen est invasif avec risques de complications vasculaires périphériques et neurologiques. ● Il est irradiant et nécessite des injections multiples de produit de contraste iodé. ● Ses contre-indications et précautions sont similaires à celles de l'angio-TDM, liées à l'utilisation des rayons X et d'un produit de contraste iodé.

Conclusion La réalisation des explorations paracliniques adéquates des artères cervicales et intracrâniennes est capitale pour la prise en soins des

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patients présentant un AVC (ischémique ou hémorragique) pour une évaluation optimale des lésions vasculaires et de l'hémodynamique du flux sanguin. Les résultats de ces explorations guident la prise en soins thérapeutique en urgence et permettent d'ajuster les traitements pour prévenir la récidive. Une bonne connaissance de ces différentes modalités, des caractéristiques de chacune et de leur complémentarité est donc centrale pour le travail du neurologue.

Points cl és

■ Une parfaite connaissance de l'anatomie artérielle cervicale et intracrânienne est un prérequis impératif. ■ Il existe quatre modalités d'exploration des artères cervicales et intracrâniennes : l'échodoppler, l'angio-IRM, l'angio-TDM (ou angioscanner) et l'angiographie conventionnelle. ■ Ces modalités d'imagerie sont complémentaires et présentent chacune des forces et des limites. ■ En cas de suspicion d'AVC, une angio-IRM ou à défaut une angio-TDM doit être réalisée en urgence. Voir QRM chapitre 32.

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Chapitre 23: Médecine nucléaire Imagerie moléculaire en neurologie Tatiana Horowitz; Éric Guedj

P LA N D U C HA P I TRE Principes Modalités de réalisation Imagerie de la neurotransmission dopaminergique TEP cérébrale au 18F-FDG Scintigraphie de perfusion cérébrale

Principes La médecine nucléaire repose sur l'administration de produits radioactifs pour : ● visualiser le fonctionnement des tissus ou organes par imagerie moléculaire ;

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● traiter des pathologies essentiellement cancéreuses par radiothérapie interne vectorisée. Ces produits radioactifs sont le plus souvent injectés par voie intraveineuse, ce sont des médicaments radiopharmaceutiques. Ils sont faiblement ionisants dans les indications diagnostiques. Ils correspondent à des radiotraceurs (figure 23.1) : ● le traceur fait référence à la molécule ciblant le processus biologique/moléculaire que l'on veut étudier : par exemple du sucre pour l'étude du métabolisme glucidique, les transporteurs de la dopamine pour la neurotransmission dopaminergique, etc. ; ● le suffixe radio correspond à l'isotope radioactif détecté par la caméra de médecine nucléaire transformant le signal en image quantifiée ; par exemple le fluor 18 ou l'iode 123 en fonction des caractéristiques chimiques du traceur.

FIGURE 23.1 Radiotraceur. Le radiotraceur est composé d'un traceur qui permet de cibler le processus biologique que l'on souhaite étudier sur un plan moléculaire, et d'une partie radioactive, l'isotope, qui émet le signal physique que la caméra détecte et transforme en image quantifiée.

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Le caractère fonctionnel de cette imagerie moléculaire est complémentaire d'autres modalités d'imagerie apportant des informations plus anatomiques ou structurales, comme la TDM ou l'IRM. Il existe deux techniques d'imagerie en médecine nucléaire, selon le type de radioactivité détectée : ● la tomographiepar émission de positons (TEP), pour détecter les positons, par exemple du fluor 18 ; ● la scintigraphie avec la tomographie par émission monophotonique (TEMP), pour détecter les rayonnements gamma, par exemple de l'iode 123.

Modalités de réalisation Pour la réalisation d'une imagerie fonctionnelle moléculaire, que ce soit par TEP ou par TEMP en scintigraphie, le principe est globalement le même. Les radiotraceurs sont le plus souvent administrés par voie intraveineuse ; cette injection est ensuite suivie d'un temps de pause variable (le temps que le radiotraceur se fixe à sa cible) avant la réalisation des images. La détection des radiotraceurs est souvent couplée à la réalisation d'une TDM basse dose pour réaliser une correction d'atténuation et améliorer la qualité des images et leur quantification : c'est l'imagerie hybride par TEP-TDM ou TEMP-TDM, voire d'une IRM (TEP-IRM). On peut réaliser des images de l'ensemble du corps, ou cibler une région, par exemple le cerveau. Les algorithmes de recalage permettent par ailleurs aujourd'hui aisément de fusionner des examens TEP/TEMP à une imagerie morphologique, par exemple une IRM dans les indications cérébrales.

Imagerie de la neurotransmission dopaminergique Principe de fonctionnement L'imagerie fonctionnelle des voies dopaminergiques présynaptiques permet de vérifier l'intégrité de la neurotransmission nigrostriée. En cas de syndrome parkinsonien dégénératif (maladie de Parkinson ou

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syndrome parkinsonien atypique comme la maladie à corps de Lewy diffus ou MCL), on observe une perte de neurones dopaminergiques en lien avec le processus neurodégénératif. Ces neurones de la substance noire se projettent sur le striatum, composé du noyau caudé et du putamen (figure 23.2), formant à l'image un aspect en point-virgule.

FIGURE 23.2 Confrontation de l'IRM (à gauche, séquence T1 injectée), avec un DaTSCAN® normal (milieu). À droite, exemple de DaTSCAN® pathologique montrant une hypofixation asymétrique des deux putamens prédominant à droite, en faveur d'une dénervation dopaminergique. On peut imager ces voies dopaminergiques en imagerie fonctionnelle par deux traceurs présynaptiques : ● soit par scintigraphie : c'est le DaTSCAN®, du nom du radiotraceur qui fixe les transporteurs présynaptiques de la dopamine, marqué à l'iode 123 ; ● soit plus rarement en France par TEP à la18F-DOPA, qui est un analogue de la L-dopa, reflet de l'activité dopadécarboxylase, transformant la L-dopa en dopamine.

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L'analyse visuelle repose sur l'identification d'une hypofixation du radiotraceur en projection du striatum, avec une perte de l'aspect en virgule le plus souvent asymétrique, à prédominance postérieure, du côté opposé de l'atteinte clinique prévalente. Cette interprétation visuelle peut être complétée par une analyse quantifiée mesurant la dénervation dopaminergique en comparaison d'une population de sujets sains de même âge.

Indications L'exploration fonctionnelle des voies dopaminergique est indiquée dans deux grandes situations cliniques (tableau 23.1) : ● l'exploration de tremblementsatypiques ou d'étiologie incertaine. L'examen est recommandé lorsqu'il y a un doute clinique entre un tremblement en relation avec un syndrome parkinsonien dégénératif comme la maladie de Parkinson, et un tremblement essentiel idiopathique non dégénératif. Le tremblement essentiel n'est en effet pas secondaire à une dégénérescence des neurones dopaminergiques, il n'y a donc pas de perte dopaminergique en imagerie. L'examen peut aussi être réalisé chez un patient présentant un syndrome parkinsonien potentiellement lié à une prise médicamenteuse pour préciser si les symptômes sont purement iatrogènes, ou s'il existe un syndrome parkinsonien dégénératif sous-jacent. Dans le cas par exemple d'un syndrome parkinsonien iatrogène secondaire à la prise de neuroleptiques, ces médicaments bloquent les récepteurs dopaminergiques mais il n'y a pas de dégénérescence neuronale et donc pas de perte dopaminergique en imagerie ; ● un doute diagnostique entre deux pathologies neurodégénératives comme une maladie à corps de Lewy diffus (MCL) et une maladie d'Alzheimer (MA) : dans la MA, il n'y a pas de dégénérescence des neurones dopaminergiques : l'examen est normal, alors qu'il est altéré dans la MCL.

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Tableau 23.1 Indications et résultats attendus de l'imagerie moléculaire dopaminergique. Dénervation dopaminergique Bilan de tremblement

Absence de dénervation dopaminergique

Tremblement parkinsonien

Tremblement essentiel

Bilan d'un syndrome parkinsonien sous neuroleptiques Syndrome parkinsonien dégénératif

Syndrome parkinsonien purement iatrogène

Bilan de troubles cognitifs Maladie à corps de Lewy diffus

Maladie d'Alzheimer

Il existe également une autre indication dans laquelle l'imagerie fonctionnelle des voies dopaminergiques peut être utile au diagnostic. Il s'agit des patients présentant un syndrome parkinsonien associé à des lésions vasculaires des voies dopaminergiques : ● pour déterminer s'il est purement lié aux lésions vasculaires (comme des lacunes au niveau du striatum) ; dans ce cas, on visualise en confrontation de l'IRM une perte dopaminergique uniquement en regard des lésions vasculaires ; ● s'il est secondaire à un syndrome parkinsonien dégénératif ; dans ce cas, la perte dopaminergique est plus diffuse et pas uniquement en projection des lésions vasculaires.

TEP cérébrale au 18F-FDG Le radiotraceur le plus fréquemment utilisé pour la TEP est le 18Ffluorodéoxyglucose (18F-FDG). Il s'agit d'une molécule de sucre (le

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glucose) sur laquelle a été rajouté un atome radioactif de fluor 18, émetteur de positons, qui peut être détectée par la caméra TEP. Ce radiotraceur permet d'étudier le métabolisme du glucose au repos (figure 23.3). Le patient doit être à jeun 4 à 6 heures avant l'examen afin de ne perturber la fixation du radiotraceur par le cerveau ; cet examen nécessite un équilibre glycémique, ce qui est parfois difficile à obtenir chez les patients diabétiques. Un contrôle glycémique est réalisé avant l'injection du radiotraceur afin de vérifier l'absence d'hyperglycémie qui diminuerait la sensibilité de l'examen. La consommation métabolique de glucose par le cerveau est le reflet de l'activité synaptique globale. C'est un biomarqueur non spécifique qui est altéré dans de nombreuses pathologies cérébrales. D'autres radiotraceurs que le 18F-FDG ont des indications aujourd'hui plus marginales, par exemple la 18F-DOPA qui peut être utilisée en alternative du DaTSCAN® déjà mentionné (mais qui constitue une cible dopaminergique moins sensible) ou, plus récemment, les radiotraceurs TEP permettant de mesurer d'éventuels dépôts amyloïdes, comme dans la maladie d'Alzheimer, en particulier lorsque l'analyse du liquide cérébrospinal par ponction lombaire n'est pas possible ou donne des résultats discordants ou indéterminés.

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FIGURE 23.3 Exemple d'un aspect normal en TEP cérébrale au 18F-FDG en coupe axiale. À gauche, l'échelle de couleur suivie des coupes axiales d'une TEP normale en partant du sommet du crâne à gauche vers le bas du crâne à droite. Le cortex cérébral, le striatum (flèches jaunes) et les thalami (flèches blanches) présentent une fixation homogène qui apparaît en rouge, de même que les deux hémisphères cérébelleux (étoile).

Intérêt dans les pathologies neurodégénératives La TEP cérébrale au 18F-FDG présente un intérêt dans le diagnostic des maladies neurodégénératives car les altérations du métabolisme glucidique cérébral sont précoces : elles précèdent le plus souvent les altérations morphologiques visibles en IRM comme l'atrophie. Si l'hypométabolisme cérébral de la consommation de glucose n'est pas en soi spécifique, le profil global de l'atteinte peut néanmoins apporter des éléments de spécificité en fonction de sa sévérité et des régions précisément touchées et préservées, des profils distincts ayant été retrouvés sur les différentes pathologies corticales neurodégénératives.

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La TEP cérébrale est en particulier recommandée dans l'exploration de troubles neurocognitifs en cas de présentation atypique/de début précoce et/ou d'incertitude au diagnostic. Elle permet d'apporter des arguments positifs en faveur d'une pathologie neurodégénérative.

Exemp l e Dans la maladie d'Alzheimer, on observe sur la TEP cérébrale au 18F-FDG un hypométabolisme cortical des régions associatives postérieures (pariéto-temporo-occipitales) et plus tardivement du cortex temporal interne (figure 23.4), les régions primaires sont préservées ainsi que le cervelet et les ganglions de la base ; alors que dans la démence frontotemporale, on observe un hypométabolisme des lobes frontotemporaux, le plus souvent asymétrique (figure 23.5).

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FIGURE 23.4 Exemple de l'aspect en TEP cérébrale au 18F-FDG en coupe axiale d'une maladie d'Alzheimer (de l'apex à gauche vers la base du crâne à droite). À gauche, l'échelle de couleur (le cortex présente normalement une fixation homogène qui apparaît en rouge), suivie des coupes axiales en TEP montrant un hypométabolisme modéré diffus qui prédomine au niveau des régions associatives postérieures (flèches).

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FIGURE 23.5 Exemple de l'aspect en TEP cérébrale au 18F-FDG en coupe axiale d'une démence frontotemporale. Hypométabolisme cortical diffus, associé à un hypométaboblisme marqué du cortex frontotemporal à droite (flèches).

Intérêt dans les autres pathologies La TEP cérébrale présente également un intérêt dans de nombreuses autres pathologies comme le diagnostic et suivi d'encéphalites, les tumeurs cérébrales, le bilan d'épilepsie pharmacorésistante, etc.

Scintigraphie de perfusion cérébrale La scintigraphie de perfusion cérébrale ou débit sanguin cérébral permet, comme son nom l'indique, d'évaluer la perfusion cérébrale. Très schématiquement, elle détecte des anomalies superposables à celles observées sur la TEP au 18F-FDG, mais avec une nettement moins bonne résolution spatiale. Pour cette raison, elle est aujourd'hui souvent remplacée par la TEP au FDG. Elle garde un intérêt chez les patients diabétiques ou avec des troubles glycémiques chez qui la TEP n'a pas été contributive.

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Points cl és

■ L'imagerie moléculaire en médecine nucléaire permet l'exploration du fonctionnement d'un organe ou d'un processus : par exemple le métabolisme cérébral ou l'intégrité des voies dopaminergiques. ■ Les deux modalités d'imagerie fonctionnelle sont la TEP et la TEMP en scintigraphie, selon le type de radioactivité émise par le radiotraceur. ■ L'imagerie par TEP cérébrale au 18F-FDG permet le diagnostic et le suivi de nombreuses maladies, notamment dans le cadre des maladies neurodégénératives. Chaque maladie neurodégénérative présente un profil métabolique particulier en TEP, ce qui peut être utile pour leur diagnostic précoce, et en cas de clinique atypique. ■ L'imagerie des récepteurs dopaminergiques permet de rechercher une dénervation dopaminergique, visible en cas de syndrome parkinsonien d'origine dégénérative. Ainsi, elle permet de différencier : – un tremblement dans le cadre d'une maladie de Parkinson d'un tremblement essentiel ; – un syndrome parkinsonien iatrogénique secondaire par exemple à la prise de neuroleptiques d'un syndrome parkinsonien dégénératif. Voir QRM chapitre 32.

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Chapitre 24: Techniques d'exploration de la neuroréanimation Lucas Di Meglio; Benjamin Rohaut

P LA N D U C HA P I TRE Surveillance de la pression intracrânienne Oxygénation et métabolisme cérébral Mesure de l'activité et de la conduction neuronale

La gravité des pathologies rencontrées en réanimation ainsi que l'utilisation de médicaments sédatifs entraînent fréquemment une altération de la conscience pouvant aller jusqu'au coma. L'examen clinique seul n'est alors plus toujours suffisant pour surveiller l'état neurologique des patients. Dans ces situations, des techniques d'exploration complémentaire peuvent être utilisées pour optimiser les soins des patients. Ces techniques permettent de mesurer, ou d'estimer, différents paramètres physiologiques comme la perfusion cérébrale, la pression intracrânienne, l'oxygénation cérébrale, l'activité corticale ou encore la conduction neuronale. On parle de surveillance multimodale quand ces différents paramètres sont surveillés simultanément pour guider la prise en charge médicale.

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Les risques de déplacer les patients graves, et notamment instables sur le plan hémodynamique et/ou respiratoire ainsi que la nécessité d'une surveillance en temps réel imposent de réaliser ces examens au lit du patient. Ainsi les appareils utilisés doivent être de faible encombrement et peu sensibles aux artefacts liés aux autres appareils électroniques présents dans une chambre de réanimation (scopes, ventilateurs, machine d'épuration extrarénale, etc.). La continuité de soin implique également que les neuroréanimateurs soient capables d'interpréter eux-mêmes, au moins en partie, les paramètres monitorés. En conséquence, le monitorage doit permettre de répondre simplement à une question cliniquement pertinente (ex : contrôle d'un état de mal épileptique, d'une hypertension intracrânienne). Dans ce chapitre sont particulièrement détaillées les techniques spécifiques à la neuroréanimation (capteur de PIC [pression intracrânienne], EDTC [échodoppler transcrânien], monitoring de l'oxygénation cérébrale). L'EEG, l'ENMG et les potentiels évoqués sont plus détaillés dans les chapitres 18 et 19.

Surveillance de la pression intracrânienne Échodoppler transcrânien L'EDTC en réanimation repose sur les mêmes bases que celles exposées au chapitre 22. Son utilisation est idéale au lit du patient mais nécessite une fenêtre osseuse temporale perméable aux ultrasons (absente ou sous optimale chez 10 à 15 % des patients). L'EDTC est réalisable avec la plupart des échographes disponibles en réanimation à l'aide d'une sonde identique ou proche de celle utilisée pour l'échocardiographie. Le mode couleur permet de visualiser le flux au niveau du cercle artériel de la base du cerveau (polygone de Willis) (figure 24.1), alors que le mode doppler permet de mesurer la vitesse d'écoulement du sang. Le tracé spectral obtenu par le mode doppler (figure 24.2) permet de calculer différents paramètres d'intérêt : pic de vitesse systolique (VS), vitesse moyenne (VM), vitesse diastolique (VD), index de pulsatilité ([VS – VD]/VM), etc. À titre d'exemple,

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FIGURE 24.1 Cercle artériel de la base du cerveau (polygone de Willis) en coupe axiale en imagerie par résonance magnétique (IRM) et en échodoppler transcrânien (EDTC). ACA : artère cérébrale antérieure ; ACM : artère cérébrale moyenne ; AcoA : artère communicante antérieure ; AcoP : artère communicante postérieure ; ACP : artère cérébrale postérieure.

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FIGURE 24.2 Spectre doppler transcrânien comparant un spectre normal (A) avec un spectre d'hypertension intracrânienne (HTIC) (B). Le spectre A révèle une vitesse diastolique (VDM) à 50 cm/s et un index de pulsatilité (PI) à 0.91, alors qu'en situation d'HTIC (B), le flux apparaît « résistif » avec une diastole à 21 cm/s et un PI à 1,76.

Exemp l es

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FIGURE 24.3 Vision schématique de l'installation du matériel de neuromonitoring chez une patiente présentant un hématome cérébral en réanimation. DVE : dérivation ventriculaire externe ; EDTC : échodoppler transcrânien ; PIC : capteur de pression intracrânienne ; PtiO2 : capteur de pression partielle en oxygène. L'avantage du capteur intraparenchymateux est qu'il donne une mesure continue de la PIC, alors que la mesure via une dérivation ventriculaire nécessite de clamper le système de drainage le temps de la mesure. En cas d'HTIC, un des objectifs de la réanimation est de maintenir une PIC inférieure à 20 mmHg. Des mesures comme l'intensification

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de la sédation, l'augmentation du drainage de la dérivation ventriculaire, la correction d'une hypercapnie, d'une hyperthermie, ou encore un traitement chirurgical (craniectomie décompressive, évacuation d'hématome) permettent de diminuer une PIC trop élevée et maintenir une perfusion cérébrale satisfaisante. La principale complication de la pose d'un capteur de PIC, bien que rare, est la survenue d'un hématome sur le trajet d'insertion. La dérivation ventriculaire expose, en plus, à un risque infectieux non négligeable nécessitant des soins dans un environnement adapté par du personnel entraîné.

Oxygénation et métabolisme cérébral La mesure de l'état d'oxygénation cérébrale peut se faire soit par une mesure globale mais indirecte (saturation veineuse jugulaire en oxygène : SvjO2), soit par une mesure directe mais locale (pression tissulaire invasive en oxygène : PtiO2). La mesure de l'activité métabolique cérébrale repose sur la microdialyse.

Estimation globale : saturation veineuse jugulaire en oxygène Le monitorage de la SvjO2 a pour but de détecter une souffrance ischémique du tissu cérébral. Elle se fait simplement en prélevant le sang veineux jugulaire à l'aide d'un cathéter jugulaire rétrograde cervical laissé en place. Le sang prélevé correspond ainsi au sang mêlé provenant à la fois du parenchyme cérébral et de la face. La SvjO2 reflète essentiellement la balance entre les apports et la consommation d'oxygène par le tissu cérébral. En cas d'apport en oxygène insuffisant, une augmentation de l'extraction de l'oxygène par le parenchyme cérébral se manifeste par une baisse de la SvjO2. Bien qu'utile en pratique courante, la SvjO2 peut être prise en défaut en cas d'ischémie localisée insuffisante pour modifier la valeur globale mesurée ou en cas d'ischémie dépassée (absence d'augmentation de l'extraction d'oxygène car le tissu est déjà nécrosé).

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Mesure locale invasive de l'oxygénation Le principe de la mesure invasive de PtiO2 repose sur la mise en place d'un capteur optique intraparenchymateux (cf. figure 24.3) et la mesure directe de la concentration en O2 (soit par fluorescence, soit par mesure d'un courant généré). Comme pour les capteurs de PIC, la principale complication est la survenue d'un hématome à l'insertion du matériel. La surveillance de l'état d'oxygénation cérébral se discute dans des situations plus rares et toujours en complément de la surveillance de la PIC. Une surveillance de l'oxygénation associée à celle de la PIC permet d'éviter certains écueils et d'affiner la prise en soins des vasospasmes et de l'HTIC.

Mesure de l'activité métabolique cérébrale : microdialyse Son principe repose sur la mesure, à l'aide d'un cathéter intraparenchymateux posé au lit du patient (cf. figure 24.3), de métabolites du milieu extracellulaire cérébral. Les principales complications sont la survenue d'un hématome à l'insertion du matériel et le risque infectieux. Une membrane semi-perméable à l'extrémité du cathéter permet de perfuser une solution saline qui diffuse dans le milieu extracellulaire et est ensuite récupérée pour analyse. Le principe de base repose sur la mesure du glucose et du rapport lactate/pyruvate qui reflète l'activité aérobie/anaérobie des neurones. En cas d'hypoperfusion du parenchyme cérébral, la diminution des apports en oxygène est responsable d'une modification de l'activité mitochondriale des neurones mesurable par le rapport lactate/pyruvate.

Mesure de l'activité et de la conduction neuronale L'EEG, les potentiels évoqués et l'ENMG reposent sur les mêmes bases que celles exposées aux chapitres 18 et 19. Leur interprétation est souvent plus délicate en lien avec les artefacts liés aux autres appareils électriques présents dans la chambre et à l'œdème sous-

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cutané fréquent chez les patients en réanimation. Il existe certaines spécificités propres à la réanimation.

Mesure de l'activité électrique : EEG En dehors des indications classiques pour la réalisation d'un EEG en pratique courante, deux types d'EEG sont réalisés en réanimation : 1. le monitorage vidéo-EEG continu qui consiste à mesurer le signal EEG durant des périodes prolongées pouvant aller jusqu'à plusieurs jours au moyen d'électrodes collées sur le scalp des patients. Ce type de monitorage est particulièrement utile dans le cadre de certaines pathologies à risque de crises d'épilepsie relevant d'une prise en charge thérapeutique spécifique. Chez ces patients souvent sédatés, les crises épileptiques peuvent être très peu symptomatiques et ne sont souvent détectables que par l'EEG ; 2. l'enregistrement EEG en « haute résolution » (pouvant aller jusqu'à 256 électrodes) avec ou sans stimulations répétées (telles que sons, langages, etc.) peut être réalisé pour évaluer plus finement le fonctionnement cérébral et aider notamment au pronostic de certains patients souffrant de troubles de la conscience. Ces techniques utilisent généralement des méthodes d'analyse complexes et off-line du signal EEG couplées à des outils statistiques. Elles permettent d'évaluer par exemple la prise de conscience de stimuli ou la réponse cérébrale à des ordres verbaux du type « bougez la main » chez un patient cliniquement non répondant.

Potentiels évoqués somesthésiques Ils peuvent être réalisés au lit en réanimation à l'aide d'un système portatif. Ils sont principalement indiqués en réanimation pour la pronostication des comas post-anoxiques. L'abolition des réponses corticales somesthésiques sans atteinte périphérique dans les jours suivant une anoxie cérébrale témoigne généralement de lésions corticales étendues. L'abolition bilatérale des réponses corticales somesthésiques constitue, dans le cas de l'anoxie cérébrale, un facteur de très mauvais pronostic.

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Électroneuromyogramme Le principe de la réalisation de l'ENMG en réanimation n'est pas différent de celui réalisé au laboratoire (cf. chapitre 19). La principale indication de l'ENMG en réanimation est le diagnostic des pathologies neuromusculaires avec atteinte respiratoire et/ou de la déglutition.

Points cl és

■ Les techniques d'exploration en neuroréanimation fournissent des informations physiologiques, biologiques et physiques en temps réel au lit du patient. ■ Leur résultat doit toujours être interprété en fonction de la pathologie du patient, du reste de l'examen clinique et des autres examens réalisés (évaluation multimodale). ■ L'échodoppler transcrânien permet d'étudier l'hémodynamique intracrânienne notamment en cas d'hypertension intracrânienne ou de vasospasme. ■ En cas de suspicion d'hypertension intracrânienne responsable de trouble de la vigilance, une mesure directe de la pression intracrânienne est possible par la pose d'un capteur invasif de pression. ■ L'électroencéphalogramme continu mesure l'activité électrique cérébrale permettant de détecter des crises d'épilepsie ou des signes de conscience infraclinique. Voir QRM chapitre 32.

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PARTIE IV

Introduction à la physiopathologie et au traitement des maladies neurologiques

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Chapitre 25: Neuroinflammation Céline Louapre

P LA N D U C HA P I TRE Définition Les acteurs de la neuro-inflammation Processus impliqués Évaluation en pathologie humaine

Définition La neuro-inflammation est définie par la réaction inflammatoire qui se déroule dans le SNC en réponse à une anomalie ou agression qui affecte le tissu nerveux. Ces anomalies peuvent avoir de multiples origines : ● lésions cérébrales aiguës (lésions secondaires à un traumatisme crânien ou une intervention chirurgicale, lésions vasculaires ischémiques ou hémorragiques, etc.) ; ● lésions cérébrales chroniques (lésions liées au vieillissement tissulaire, accumulation de protéines pathologiques dans certaines maladies, tumeurs, etc.) ;

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● auto-immunité ou dysimmunité ; ● agents infectieux pathogènes. Bien que la neuro-inflammation soit bénéfique pour contrôler et éliminer le stimulus à l'origine de l'anomalie, par la phagocytose par exemple, et pour permettre secondairement la réparation tissulaire, une réponse inflammatoire excessive peut contribuer à l'aggravation des lésions du SNC et être elle-même à l'origine de lésions secondaires. La neuro-inflammation se différencie de l'inflammation périphérique (au niveau des autres organes du corps et du compartiment sanguin), principalement en raison des types cellulaires impliqués, mais également en raison du rôle de la barrière hématoencéphalique, « isolant » le SNC du système immunitaire périphérique (figure 25.1).

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FIGURE 25.1 Les acteurs de la neuroinflammation. A, B. © Moore K. et al. The Developing Human, 11th Ed. Elsevier Saunders 2020. D. © Pollak TA, et al. The blood-brain barrier in psychosis. The Lancet Psychiatry 2018, 5(1), 79-92. E. © Wilson EH, et al. Trafficking of immune cells in the central nervous system. J Clin Invest 2010; 120(2): 1368-79. F. © Ford ML. How brains are drained: discovery of lymphatics within the CNS. Am J Transplantation 2016; 16(3): 735.

Les acteurs de la neuro-inflammation (cf. aussi chapitre 2)

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Microglie Les cellules de la microglie (ou cellules microgliales) sont les macrophages résidents du SNC. Ce sont des cellules d'origine hématopoïétique qui colonisent très tôt le SNC et se développent donc dans cet environnement particulier. Comme leurs homologues du système immunitaire périphérique, elles assurent des fonctions de phagocytose et de présentation d'antigènes, participant à l'élimination des débris cellulaires. Ce sont des cellules avec des capacités de prolifération, d'activation et de sécrétion de cytokines et d'autres facteurs immunomodulateurs. Elles ont une forme rapidement changeante, se déplacent et développent des extensions cytoplasmiques qui leur permettent d'explorer l'environnement, mais aussi de participer à la construction du SNC par ses interactions avec les neurones et les cellules gliales. Dans son état activé, la microglie peut présenter : ● un profil pro-inflammatoire caractérisé par la sécrétion de cytokines de type Th1 (T helper subtype 1), des propriétés d'altération de la barrière hématoencéphalique et d'attraction de leucocytes périphériques ; ● un profil prorégénératif marqué par la sécrétion de facteurs favorisant la réparation neuronale, l'angiogenèse et la génération de nouvelles cellules gliales à partir de précurseurs, notamment oligodendrocytaires. Ces états activés de la microglie constituent un continuum et peuvent varier au cours du temps selon l'environnement lésionnel. Les neurones exercent de façon constitutive un rôle immunosuppresseur sur la microglie via des facteurs solubles, des interactions cellulaires directes impliquant de fréquents contacts neurone – microglie, et en contrôlant l'apoptose des cellules microgliales activées.

Cellules gliales Astrocytes

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Ce sont les cellules les plus abondantes dans le SNC, ils ont des fonctions multiples (cf. chapitre 2). Ils sont également acteurs de la neuro-inflammation à plusieurs niveaux : ● ils participent à la formation de la barrière hématoencéphalique en constituant la glia limitans ; ● ils peuvent acquérir un phénotype activé en réponse à une situation pro-inflammatoire, attirant ainsi les cellules de défense périphérique et facilitant leur migration dans le SNC ; ● en réponse à une agression, ils se multiplient et circonscrivent le site d'inflammation, produisent des éléments de la matrice extracellulaire et constituent ainsi une « cicatrice gliale » qui diminue la migration et la différenciation des cellules souches neuronales ou oligodendrogliales sur le site de la lésion. Oligodendrocytes Ces cellules permettant la myélinisation des neurones du SNC via la gaine de myéline sont particulièrement vulnérables en milieu inflammatoire, soit par toxicité dirigée comme dans certaines pathologies auto-immunes inflammatoires du SNC (dont la sclérose en plaques), soit par une toxicité plus générale liée à l'environnement inflammatoire (stress oxydatif, glutamate).

Cellules de défense périphériques En condition physiologique, très peu de leucocytes sont présents au niveau du parenchyme du SNC. Même si leur présence est limitée, principalement grâce à la barrière hémato-encéphalique, les leucocytes périphériques assurent des fonctions de veille immunitaire contre les agents pathogènes. Les monocytes pénètrent principalement par la voie leptoméningée et sont localisés dans les espaces périvasculaires, tandis que les lymphocytes pénètrent principalement par les plexus choroïdes, sont entraînés par le liquide cérébrospinal et rejoignent le compartiment sanguin via les villosités arachnoïdiennes ou le système lymphatique.

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En réponse à une agression, l'étanchéité de la barrière hématoencéphalique est modifiée, permettant une pénétration des leucocytes dans le parenchyme (monocytes, lymphocytes et granulocytes), qui participent directement et indirectement à la réaction inflammatoire.

Barrières d'échange avec la périphérie La barrière hématoencéphalique constitue la principale barrière limitant la pénétration des agents pathogènes, mais aussi des cellules sanguines circulantes à l'intérieur du SNC (figure 25.2). Cette fonction de filtre est assurée par une structure en plusieurs couches : ● les cellules endothéliales, reliées entre elles par des jonctions serrées ; ● une lame basale ; ● la glia limitans constituée des pieds astrocytaires reliés entre eux par des jonctions communicantes.

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FIGURE 25.2 La barrière hématoencéphalique. A. Vue d'ensemble de l'unité neurovasculaire. B. Vue détaillée de la coupe transversale et des différentes couches de l'unité neurovasculaire. Les composants de la paroi du vaisseau ne sont pas représentés à l'échelle. © Pollak TA, Drndarski S, Stone JM, David AS, McGuire P, Abbott NJ. The blood-brain barrier in psychosis. Lancet Psychiatry 2018 ; 5 : 79-92. Reproduced from Obermeier and colleagues, by permission of Cleveland Clinic. Un autre lieu d'échange entre le sang et le SNC se situe au niveau des plexus choroïdes et constitue la barrière sang – LCS. Cette interface est localisée au niveau de l'épithélium des plexus choroïdes (constitué d'épendymocytes reliés entre eux par des jonctions serrées) et de l'endothélium des capillaires sanguins fenestrés qui permettent au sang d'arriver aux épendymocytes. C'est donc un lieu d'échange privilégié entre le sang et le LCS. Depuis 2012, il a été identifié que le LCS pénètre dans le parenchyme cérébral via les espaces périvasculaires des artères et s'élimine le long des espaces périvasculaires veineux. Cette circulation de flux de LCS dans le parenchyme (appelé système glymphatique) permet d'apporter au parenchyme divers métabolites, mais aussi d'éliminer des molécules neurotoxiques. Plus récemment en 2015 a été décrite la présence de vaisseaux lymphatiques dans la dure-mère, à proximité des sinus veineux intracrâniens. Ces vaisseaux lymphatiques permettent de drainer des molécules présentes dans le LCS et dans les tissus cérébraux, et sont connectés aux vaisseaux lymphatiques cervicaux. Ces vaisseaux lymphatiques méningés joueraient un rôle important pour la présentation d'antigène du SNC aux cellules du système immunitaire périphérique.

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Processus impliqués Il n'existe pas une cascade unique et stéréotypée de mécanismes qui définissent la neuro-inflammation, car celle-ci fait référence à des situations variées, aiguës ou chroniques, en présence d'un agent pathogène extérieur ou non, avec une inflammation initiale ou secondaire. Chaque cas pathologique présente donc des caractéristiques tissulaires propres, bien qu'ils aient en commun de faire intervenir à des degrés divers les acteurs de la neuroinflammation.

Exemp l e En cas de lésion aiguë, on observe volontiers un œdème tissulaire, tandis qu'en cas de lésions chroniques, on observe volontiers une accumulation de cellules microgliales activées, sans œdème parenchymateux. Les principaux phénomènes observés lors de la neuroinflammation sont : ● l'œdèmetissulaire : il est lié à l'accumulation ou l'excès de liquide intra ou extracellulaire dans le SNC. Il peut être lié à la rupture des jonctions serrées des cellules endothéliales de la barrière hématoencéphalique permettant un afflux de liquide d'origine sanguine (œdèmevasogénique), ou alors à la perturbation du métabolisme cellulaire neuronal secondaire à la réaction inflammatoire ou directement lié à la lésion (œdèmecytotoxique) ; ● la rupture de la barrière hémato-encéphalique : celleci peut être altérée de façon directe par la lésion en cause, ou de façon secondaire par la sécrétion de médiateurs proinflammatoires ; ● l'invasion de cellules immunitaires périphériques dans le parenchyme : celle-ci se produit en cas d'altération de la perméabilité de la barrière hémato-

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encéphalique. Tous les acteurs périphériques de l'immunité peuvent être concernés, de façon variable selon les causes ou les agents pathogènes à l'origine de la neuro-inflammation. Au sein du parenchyme, les cellules immunitaires périphériques peuvent se différencier (par exemple les lymphocytes B peuvent se différencier en plasmocytes et produire des anticorps), ou s'activer (par exemple les lymphocytes T peuvent acquérir un phénotype proinflammatoire) ; ● l'activation des acteurs locaux de l'inflammation, principalement microglie et astrocytes (cf. supra) ; ● la démyélinisation, liée à une toxicité ciblée sur les oligodendrocytes, dans certaines maladies dysimmunitaires ou auto-immunes aiguës ou chroniques ; ● un dysfonctionnement neuronal et une neurodégénérescence : les médiateurs proinflammatoires (notamment IL-1β [Interleukine 1β] et TNFα [tumor necrosis factor α]) participent à la toxicité neuronale secondaire à l'inflammation, et l'augmentation de glutamate libéré par les neurones suite à un dysfonctionnement des pompes sodium-potassium-ATP contribue à une augmentation de l'excitabilité neuronale, délétère pour le fonctionnement des neurones.

Évaluation en pathologie humaine Le SNC est un organe peu accessible, et l'évaluation de la neuroinflammation ou de ses conséquences en pathologie humaine peut être difficile, d'autant plus s'il s'agit d'une inflammation focale et/ou chronique. Plusieurs types d'exploration permettent de documenter une neuro-inflammation dans le cadre d'une démarche diagnostique. D'autres examens utilisés en recherche permettent de mieux comprendre les différentes étapes de la neuro-inflammation en fonction des pathologies.

Étude du tissu cérébral par biopsie

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Il s'agit d'une méthode invasive utilisée de manière exceptionnelle. Grâce à l'étude histologique du tissu, on peut observer un infiltrat de cellules immunitaires périphériques et les caractériser en immunohistochimie, rechercher spécifiquement des agents pathogènes, ou identifier la cause de la lésion, par exemple la présence de cellules tumorales. Dans certains cas, l'analyse histologique ne permet pas de conclure à l'origine spécifique de l'inflammation et ne montre que des lésions non spécifiques.

Étude du liquide cérébrospinal L'analyse cytologique du LCS permet de mettre en évidence une invasion de cellules immunitaires périphériques (un LCS « normal » contient moins de 5 leucocytes/mm3) dont la caractérisation du type cellulaire et le nombre permettent d'orienter le diagnostic (cf. chapitre 17). Cependant, l'étude cytologique du LCS peut être parfaitement normale en cas d'inflammation du SNC. Dans certains cas, l'analyse simultanée de l'électrophorèse des protéines dans le LCS et de celles du sérum permet d'identifier la présence de pics d'immunoglobulines spécifiques du LCS, appelés bandes oligoclonales (car ils ont un aspect d'au moins deux bandes sur le tracé d'électrophorèse). Leur présence signe une synthèse intrathécale (= intra-LCS) d'immunoglobulines qui est fréquemment retrouvée dans les maladies neuro-inflammatoires dysimmunitaires mais n'est pas spécifique.

Imagerie du SNC La TDM cérébrale permet principalement d'identifier l'œdème parenchymateux sous forme d'une hypodensité, et d'un effet de masse d'une lésion et de l'œdème périlésionnel sur les structures avoisinantes (déplacement de la ligne médiane ou effacement des sillons corticaux). L'IRM cérébrale et/ou médullaire (selon le siège suspecté de l'inflammation) permet d'identifier une lésion focale avec ou sans œdème périlésionnel, d'aspect variable selon la cause (figure 25.3). En réalisant une séquence pondérée en T1 après injection de produit de contraste (gadolinium), il est possible de visualiser une

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extravasation de produit de contraste (prise de contraste) qui traduit une rupture de la barrière hémato-encéphalique. En revanche, une augmentation de perméabilité modérée de la barrière hématoencéphalique ne s'accompagne pas nécessairement d'une prise de contraste focale ou diffuse sur l'IRM. Dans certains cas de rupture de barrière sang/LCS, les méninges peuvent également être le siège d'un rehaussement focal ou diffus après injection de produit de contraste.

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FIGURE 25.3 Aspect en imagerie par résonance magnétique de l'œdème autour de la lésion et de la prise de contraste après injection de gadolinium. Ces aspects traduisent des phénomènes neuroinflammatoires mais ne sont pas spécifiques. © Auffray-Calvier E, Toulgoat F, Daumas-Duport B, Gaultier AL, Desal H. Imagerie infectieuse et métabolique cérébrale. Journal de Radiologie Diagnostique et Interventionnelle 2012 ; 93 : 964-87. En recherche, des méthodes sont développées pour visualiser in vivo la microglie activée comme la TEP à la TSPO (18kDa translocator protein) ou certaines séquences IRM sensibles au contenu en fer des cellules microgliales activées.

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Points cl és

■ La neuro-inflammation est définie par la réaction inflammatoire qui se situe dans le SNC, en réponse à différentes anomalies ou agressions du tissu nerveux. ■ Les cellules clés de la neuro-inflammation sont les cellules microgliales, les astrocytes et les cellules immunitaires périphériques. ■ La barrière hémato-encéphalique isole le SNC du compartiment sanguin, limitant en conditions normales le passage de cellules sanguines ou d'agent pathogènes dans le parenchyme cérébral. ■ L'imagerie du SNC, l'étude du liquide cérébrospinal, et plus rarement une biopsie du SNC permettent de documenter une neuro-inflammation dans le cadre d'une démarche diagnostique et d'en rechercher les causes.

Pour en savoir plus Ginhoux F., Merad M. Les cellules de la microglie-Leurs origines extra-embryonnaires enfin révélées. Med Sci (Paris). 2011;27:719–724. Iliff J.J., Wang M., Liao Y., Plogg B.A., Peng W., Gundersen G.A. A paravascular pathway facilitates CSF flow through the brain parenchyma and the clearance of interstitial solutes, including amyloid β. Sci Transl Med. 2012;4:147ra111. Louveau A., Smirnov I., Keyes T.J., Eccles J.D., Rouhani S.J., Peske J.D. Structural and functional features of central nervous system lymphatic vessels. Nature. 2015;523:337–341.

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Renaud J., Thérien H.M., Plouffe M., Martinoli M.G. La neuro-inflammation – Dr Jekyll ou Mr Hyde ?. Med Sci (Paris). 2015;31:979–988.

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Chapitre 26: Hyperexcitabilité neuronale Mathieu Kuchenbuch; Louise Tyvaert

P LA N D U C HA P I TRE Définition Mécanismes cellulaires Balance inhibitrice/excitatrice Mécanismes de propagation Conclusion

Définition L'hyperexcitabilité neuronale est caractérisée par une réponse anormale, exagérée, des neurones à une stimulation isolée donnée. Ainsi, le neurone stimulé, au lieu de produire un seul ou deux potentiels d'action en réponse à une simple stimulation, génère une série de potentiels d'action répétés sans période de repos (figure 26.1). La réponse neuronale à l'information reçue est donc exagérée et se transmet à l'ensemble des neurones connectés. Ce phénomène est retrouvé dans de nombreuses pathologies neurologiques telles que l'épilepsie, la douleur neuropathique, la

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migraine, etc. Cette hyperexcitabilité est secondaire à un déséquilibre entre les mécanismes excitateurs et inhibiteurs du système nerveux.

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FIGURE 26.1 Activation neuronale physiologique versus hyperexcitabilité neuronale. Lors d'une stimulation neuronale physiologique, le neurone reçoit des informations au niveau de l'arbre dendritique. Si le potentiel post-synaptique dépasse le seuil de déclenchement du potentiel d'action, une dépolarisation massive (rouge) par ouverture de canaux voltage-dépendants survient et génère un potentiel d'action unique. Celui-ci se propage le long de la membrane axonale. Cette dépolarisation massive provoque la libération de neurotransmetteurs dans la fente synaptique et active le neurone avec lequel il partage la synapse. Après le passage du potentiel d'action, la membrane axonale se repolarise progressivement (bleu) et ne peut à nouveau générer de potentiel d'action (période réfractaire). Il faut attendre quelques millisecondes avant que la membrane axonale ne retrouve le potentiel de repos et soit de nouveau stimulable. Si le neurone est

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hyperexcitable, au lieu de générer un seul potentiel d'action, la membrane se dépolarise de manière ample et prolongée et produit une salve de potentiels d'action (PDS) sans retour à un potentiel de repos entre les potentiels d'action. Cette hyperexcitabilité est transmise aux neurones connectés par la synapse avec une libération de neurotransmetteurs de manière massive et prolongée.

Mécanismes cellulaires L'hyperexcitabilité neuronale est sous-tendue par un phénomène membranaire spécifique : le paroxysmal depolarization shift (PDS). Ce phénomène est responsable d'un dysfonctionnement de la genèse des potentiels d'action, support principal de la communication interneuronale.

Potentiel d'action : mécanismes physiologiques La communication entre les neurones repose sur l'échange de signaux électriques et chimiques. La genèse et la propagation des signaux électriques dépendent de la variation du potentiel de membrane des neurones. La membrane est en effet équipée de différents canaux et pompes permettant des échanges ioniques entre les milieux extracellulaire et intracellulaire. Au repos, les canaux et pompes ioniques, notamment Na+ et K+, permettent de maintenir une différence de charge (ou de potentiel) électrique entre les milieux intra et extracellulaires. Le milieu intracellulaire est alors chargé plus négativement que le milieu extérieur permettant un potentiel de membrane de repos à – 70 mV.

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Au niveau de son arbre dendritique, le neurone reçoit de multiples informations véhiculées par des neurotransmetteurs. Selon le type de neurotransmetteurs reçu et l'activation de récepteurs correspondants au niveau post-synaptique, des canaux ioniques s'ouvrent ou se ferment, provoquant localement soit une dépolarisation (potentiel post-synaptique excitateur, PPSE) soit une hyperpolarisation (potentiel post-synaptique inhibiteur, PPSI). Une sommation spatiale et temporelle des potentiels post-synaptiques collectés au niveau de l'arbre dendritique est effectuée au niveau du soma neuronal. Un potentiel d'action est généré au niveau axonal seulement si le potentiel membranaire obtenu à la suite de cette sommation atteint une dépolarisation suffisante (seuil de déclenchement du PA : autour de –40 mV) (figure 26.2). En effet, cette dépolarisation seuil déclenche l'ouverture de canaux sodiques voltage-dépendants permettant l'entrée massive de sodium dans le milieu intracellulaire. La membrane se dépolarise de manière massive et rapide. Secondairement, la fermeture de ces premiers canaux et l'ouverture de canaux potassiques voltage-dépendants, favorisant la fuite de potassium dans le milieu extracellulaire, contribuent à la repolarisation de la membrane et même à une hyperpolarisation. Cette hyperpolarisation permet une période réfractaire (durée 1 à 2 ms) durant laquelle le neurone ne peut générer de nouveau potentiel d'action. Progressivement, le potentiel de membrane retourne à son état de repos, le neurone est alors prêt à répondre à de nouvelles stimulations.

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FIGURE 26.2 Déclenchement d'un potentiel d'action. PA : potentiel d'action ; PPSE : potentiel post-synaptique excitateur ; PPSI : potentiel post-synaptique inhibiteur ; PR : potentiel de repos. © CNER. Réanimation 3e éd. Paris : Elsevier Masson ; 2016. Le potentiel d'action se propage le long de la membrane axonale et déclenche la libération de neurotransmetteurs au niveau présynaptique. L'information est ainsi transmise aux neurones connectés.

Paroxysmal depolarization shift Dans le cadre d'une hyperexcitabilité neuronale, un phénomène cellulaire spécifique est observé : le PDS. Il s'agit d'un PPSE géant, une dépolarisation lente de la membrane neuronale, anormalement ample et prolongée. Cette dépolarisation est responsable de la genèse de potentiels d'action survenant en salve d'amplitude progressivement réduite sans retour à un état de repos, c'est-à-dire sans retour à un potentiel de membrane de repos.

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Cette dépolarisation est initiée par l'activation inhabituelle des récepteurs excitateurs glutamatergiques. La salve de potentiels d'action ainsi générée est responsable d'une libération de neurotransmetteurs massive et soutenue, excitant de manière pathologique tous les neurones connectés. Ce phénomène cellulaire de PDS survenant de manière simultanée au sein d'une population neuronale est visible par un enregistrement EEG de surface. Ainsi, en EEG, le PDS est caractérisé par une activité paroxystique identifiée comme une pointe (figure 26.3).

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FIGURE 26.3 Comparaison du potentiel d'action et de l'électroencéphalogramme (EEG) entre activation neuronale physiologique et hyperexcitabilité neuronale. A. Activité neuronale physiologique. Lorsqu'un potentiel d'action est enregistré au niveau cellulaire, l'EEG, activité cérébrale captée à la surface du scalp, ne retrouve aucune modification. B. Hyperexcitabilité neuronale. Lorsqu'un PDS (paroxysmal depolarization shift) est enregistré au niveau cellulaire, l'EEG retrouve une activité paroxystique anormale de

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type pointe ou pointe-onde en regard de la zone corticale concernée.

Balance inhibitrice/excitatrice Comme rappelé dans le chapitre 2, la transmission des informations entre les neurones s'effectue au niveau synaptique, l'arrivée du train de potentiels d'action permettant la libération de neurotransmetteurs dans la fente synaptique et l'activation des récepteurs post-synaptiques du neurone relié. Selon le type de neurotransmetteurs (cf. chapitre 4), l'information transmise est excitatrice (PPSE) ou inhibitrice (PPSI). Il existe dans le cerveau une homéostasie (c'est-à-dire un équilibre), entre l'excitation et l'inhibition. Cette balance permet une variation du niveau d'activation neuronale selon les besoins fonctionnels. Cet équilibre entre inhibition et excitation est maintenu par un processus adaptatif appelé plasticité homéostatique. La baisse de l'inhibition et/ou l'augmentation de l'excitation sont à la base de la physiopathologie des crises épileptiques. Les traitements antiépileptiques visent ainsi à rééquilibrer cette balance en favorisant l'inhibition ou en limitant l'excitation du réseau cortical.

Mécanismes de propagation Le phénomène d'hyperexcitabilité est le plus souvent associé à un phénomène d'hypersynchronie neuronale. En effet, un PDS généré par un neurone s'accompagne d'une activité synchrone de PDS dans un ensemble de neurones interconnectés. Au-delà de cette génération de PDS focale et synchrone, une propagation du PDS est le plus souvent observée. Ce phénomène est particulièrement décrit dans les crises d'épilepsie.

Conclusion L'hyperexcitabilité neuronale est un processus physiologique permettant le renforcement de réseaux neuronaux et leur spécialisation. Cependant, comprendre les enjeux de l'excitation et de l'inhibition du cortex permet de mieux appréhender la

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physiopathologie et les thérapeutiques de nombreuses maladies du SNC. En effet, la régulation anormale des neurotransmetteurs est responsable de pathologies neurologiques et psychiatriques, notamment du fait de leur impact sur la balance excitation/inhibition. L'épilepsie est l'archétype des déséquilibres de cette balance soit par une chute de l'inhibition, soit par une augmentation de l'excitation neuronale. Les traitements antiépileptiques visent à rétablir cette balance via différents mécanismes et la connaissance de leurs cibles thérapeutiques permet d'adapter leurs combinaisons.

Points cl és

■ L'hyperexcitabilité est un phénomène physiologique. Elle peut être pathologique lorsque la balance excitation/inhibition est déséquilibrée. ■ Les mécanismes de genèse du potentiel d'action restent inchangés. ■ L'hyperexcitabilité est expliquée par la survenue d'une salve inhabituelle de potentiels d'action sans retour au potentiel de repos entre les potentiels d'action (sans période réfractaire). ■ La transmission entre neurones de cette hyperexcitabilité se fait principalement par voie synaptique. ■ L'hyperexcitabilité synchrone anormale d'un groupe de neurones est visible sous la forme d'une pointe en EEG. Voir QRM chapitre 32.

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Chapitre 27: Régulation de la circulation cérébrale et ischémie cérébrale Loïc Legris; Olivier Detante; Nathalie Nasr

P LA N D U C HA P I TRE Vascularisation artérielle encéphalique Régulation de la circulation artérielle cérébrale Physiopathologie de l'ischémie cérébrale : de la pénombre à l'infarctus cérébral

Le cerveau est un organe richement vascularisé. Le débit sanguin cérébral (DSC) correspond à environ 15 % du débit sanguin total, soit 700–750 mL/min. Le DSC dépend de la pression de perfusion cérébrale (PPC), elle-même dépendante de la pression artérielle (pression artérielle moyenne, PAM), et des résistances vasculaires cérébrales (RVC) en lien notamment avec le calibre des artères et artérioles. Ainsi, le DSC peut être calculé de la manière suivante : DSC = PPC/RVC Le métabolisme cérébral nécessite un apport sanguin constant en oxygène et en glucose. Les capacités de stockage énergétique sont pratiquement inexistantes, ce qui rend le cerveau vulnérable.

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La vascularisation artérielle du cerveau est relativement variable et propre à chacun. Elle repose essentiellement sur des voies d'apport et des cercles anastomotiques existant à plusieurs niveaux, créant des réseaux et des suppléances, fonctionnellement très importants en particulier lorsqu'une voie d'apport est interrompue. De nombreuses pathologies peuvent mettre à mal ce système artériel. En fonction de la sévérité et de la vitesse d'installation de ces atteintes, les systèmes de compensation sont dépassés et des lésions cérébrales ischémiques peuvent devenir irréversibles (infarctus cérébral ou AVC ischémique constitué). Les AVC sont ainsi la deuxième cause de mortalité dans le monde (6 millions de décès/an) et la première cause de handicap acquis de l'adulte. La régulation cérébrovasculaire joue un rôle majeur dans la préservation du DSC. Le descriptif de la vascularisation cérébrale artérielle encéphalique est détaillé dans les chapitres 1 et 22, nous décrivons ici les mécanismes de régulation de la circulation cérébrale en physiologie et dans les situations pathologiques.

Vascularisation artérielle encéphalique Le système artériel cérébral est issu de l'aorte et des différents troncs supra-aortiques (figure 27.1) d'où émergent quatre piliers : deux artères carotides (communes, puis internes) formant le réseau antérieur, et deux artères vertébrales qui s'unissent en une artère (ou tronc) basilaire unique pour constituer le réseau postérieur vertébrobasilaire. Ces réseaux s'anastomosent au niveau intracrânien via le cercle artériel de la base du cerveau (polygone de Willis), même si le caractère complet de ce « cercle » n'est pas la règle.

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FIGURE 27.1 Troncs artériels supra-aortiques permettant la vascularisation de l'encéphale. © D'après Servier Medical Art (2005). Les artères carotides internes donnent naissance, en intracrânien, aux artères cérébrales antérieures et moyennes (ou artères sylviennes selon l'ancienne nomenclature), qui vascularisent la majeure partie de l'encéphale. L'artère basilaire, quant à elle, se sépare en deux artères principales, les artères cérébrales postérieures. Elle donne aussi de nombreuses petites artères dites « perforantes » qui permettent la vascularisation du tronc cérébral et de territoires encéphaliques profonds. Le cercle anastomotique artériel de la base du cerveau (figure 27.2) est variable selon les individus. Il permet des anastomoses antéropostérieures (artères communicantes postérieures) et entre les deux hémisphères (communicante antérieure reliant les deux artères cérébrales antérieures). Les variantes du cercle artériel de la base du cerveau sont fréquentes et portent majoritairement sur sa partie postérieure. Il peut s'agir par exemple d'une hypoplasie ou absence de la communicante postérieure ou bien d'une hypoplasie ou absence du 1er segment de la cérébrale postérieure avant la naissance de la communicante postérieure (dans ce cas, l'artère cérébrale postérieure naît de la carotide interne). Les variantes qui portent sur la partie antérieure du cercle artériel de la base du cerveau comme l'hypoplasie ou absence du 1er segment de l'artère cérébrale

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antérieure (dans ce cas, les deux cérébrales antérieures naissent de la même carotide interne), ou l'absence de la communicante antérieure ou le dédoublement de la communicante antérieure, sont moins fréquentes.

FIGURE 27.2 Cercle anastomotique du cercle artériel de la base du cerveau (polygone de Willis). D'après Servier Medical Art (2005). Deux autres types d'anastomoses existent : les anastomoses entre la carotide externe et la carotide interne via l'artère ophtalmique dont le flux s'inverse dans ce cas (en cas d'occlusion ou de sténose très serrée de la carotide interne bulbaire par exemple), les artères leptoméningées (ou piales) à l'origine d'anastomoses entre les territoires les plus distaux (par exemple le territoire de l'ACM [artère

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cérébrale moyenne] et celui de l'ACP [artère cérébrale postérieure] du même côté).

Régulation de la circulation artérielle cérébrale Réseaux anastomotiques Nous avons vu que les artères encéphaliques possédaient un certain nombre de communications entre elles, antéropostérieures, droites – gauches mais aussi avec le système carotidien externe. Ces anastomoses permettent une protection de l'encéphale, pouvant s'ajouter à la redistribution cérébrale de secteurs vasculaires systémiques. Ainsi, lors de l'occlusion d'une artère, les vaisseaux perméables peuvent prendre le relais et permettre une compensation (souvent incomplète) du défaut d'oxygénation cérébrale. Cependant, l'efficacité de ces réseaux est extrêmement variable selon les individus et les facteurs de risque neurovasculaire. Ces derniers altèrent au long cours les petites artères (par athérosclérose1 ou lipohyalinose2), entraînant des lésions d'ischémie chronique, notamment de la substance blanche (leucoaraïose3 par maladie des petites artères) qui interfèrent avec la vasoréactivité et la récupération post-AVC.

Autorégulation artérielle L'autorégulation peut se définir comme la propriété qu'ont les vaisseaux du cerveau de modifier activement leur diamètre afin d'adapter la RVC aux variations de la PPC, dans l'objectif de maintenir un DSC constant. L'autorégulation permet un plateau à 50 mL/100 g/min, via la mise en jeu de la réserve vasculaire composée principalement des réseaux artériolaires et capillaires (figure 27.3).

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FIGURE 27.3 Courbe d'autorégulation cérébrale. Mise en jeu des mécanismes de vasoréactivité permettant un plateau de débit sanguin cérébral autour de 50 mL/100 g/min. © Loïc Legris. Il s'agit ainsi d'un mécanisme physiologique de protection, tendant à limiter l'installation de l'ischémie en cas de modification importante de la PPC. Ce mécanisme a des limites inférieure (PAM  150 mmHg), au-delà desquelles on constate une perte de l'autorégulation, le DSC suivant alors passivement les variations de PPC. L'instauration de ces processus est très rapide (quelques secondes), et concerne à la fois les grosses et les petites artères. L'ajustement du calibre des vaisseaux à la pression de perfusion est lié aux propriétés des fibres musculaires lisses des parois. Le muscle lisse de la paroi vasculaire réagit à l'étirement par une contraction (effet Bayliss), et inversement. Cet effet concerne principalement les grosses artères d'apport, ainsi que les artères corticales principales.

Facteurs de régulation

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Le dioxyde de carbone (CO2) possède un rôle majeur de régulation du diamètre artériel. Ainsi, l'hypercapnie (augmentation de la PaCO2) entraîne un relâchement des fibres musculaires pariétales, responsable d'une vasodilatation et d'une augmentation du DSC. En cas d'hypercapnie, les vaisseaux sont donc dilatés, et perdent la capacité de se distendre davantage, modifiant la courbe d'autorégulation en la décalant vers la gauche voire à l'extrême en induisant une perte de l'autorégulation. À l'inverse, l'hypocapnie (diminution de la PaCO2) induit une vasoconstriction. L'oxygène (O2) a aussi un impact important sur les modulations artérielles, notamment en cas d'hypoxie (diminution de la PaO2). Ainsi, lorsqu'elle est suffisamment sévère, cette dernière entraîne une vasodilatation avec augmentation du DSC. La dilatation est rapide (quelques minutes) et permet de maintenir constante l'extraction cérébrale d'oxygène. Les facteurs humoraux sont moins présents (voire quasiment absents) en intracérébral du fait de la barrière hématoencéphalique. La circulation cérébrale est aussi caractérisée par un couplage débit-métabolisme (neurovasculaire). Ainsi, l'activation d'une zone cérébrale induit une augmentation du débit sanguin, impliquant des mécanismes métaboliques complexes locaux. Ce phénomène explique que le DSC de la substance grise se situe autour de 80 ml/100 g/min, alors que celui de la substance blanche est plus faible, d'environ 20 ml/100 g/min. Le potassium (K+), puissant vasodilatateur artériolaire, est l'un des principaux agents de ce couplage. Le K+ intracellulaire est libéré en grade quantité en extracellulaire lors de l'activation neuronale, induisant par une cascade une nouvelle libération aux pieds des astrocytes, au contact des microvaisseaux cérébraux. Le monoxyde d'azote (NO) est lui aussi fortement impliqué dans le couplage débit-métabolisme. Radical libre gazeux synthétisé par des neurones actifs, il possède une action vasodilatatrice via le relâchement des fibres musculaires lisses.

Physiopathologie de l'ischémie cérébrale : de la pénombre à l'infarctus cérébral

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Principales causes d'ischémie cérébrale L'ischémie cérébrale est le plus fréquemment due à un embole d'origine artérielle ou cardiaque. Au niveau artériel, il peut s'agir d'un agrégat plaquettaire (thrombus blanc) ou d'un thrombus fibrinocruorique sur une plaque d'athérome instable, voire d'emboles calciques ou de cholestérol. Par ailleurs, une occlusion localisée d'une petite artère perforante sur une plaque d'athérome intracrânien ou par lipohyalinose peut entraîner un infarctus profond de petite taille (lacune). Au niveau cardiaque, il peut s'agir d'un thrombus fibrinocruorique endocavitaire (sur fibrillation atriale, valvulopathie, infarctus du myocarde), d'un embole paradoxal (d'origine veineuse) via un foramen ovale perméable (communication interatriale persistante après la naissance), voire plus rarement d'emboles calcique, septique (endocardite infectieuse) ou tissulaire (lésion tumorale). D'autres causes plus rares peuvent être retrouvées : vascularite, vasospasme, hyperviscosité, thrombophilie, polyglobulie, etc.

Mécanismes physiopathologiques D'un point de vue physiopathologique, l'ischémie cérébrale est définie comme une diminution de la PPC en dessous du seuil d'autorégulation du DSC. En dessous de 20 mL/100 g/min, on constate une insuffisance d'apport en O2 et en énergie. L'ischémie cérébrale est un phénomène évolutif dans le temps et l'espace, pouvant conduire très rapidement à des lésions irréversibles d'infarctus. Dans un premier temps, la diminution du DSC entraîne une hypoperfusion avec maintien de la consommation en O2 grâce à l'augmentation de la fraction d'extraction en O2. Par la suite, les mécanismes de compensation deviennent insuffisants, et la baisse du DSC est responsable d'une ischémie progressive. Deux zones sont alors identifiables (figure 27.4) : ● la pénombre ischémique : l'oxygénation cérébrale est encore suffisante pour maintenir la viabilité cellulaire, mais l'activité

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électrique neuronale en revanche ne peut être poursuivie (« silence » électrophysiologique, responsable d'une perte de fonction clinique) ; ● l'infarctus (ou cœur ischémique) : DSC, volume sanguin cérébral et oxygénation sont effondrés, entraînant une mort neuronale avec nécrose tissulaire qui est irréversible.

FIGURE 27.4 Physiopathologie de l'ischémie cérébrale. Après l'occlusion artérielle, la pénombre s'installe lorsque le débit sanguin cérébral (DSC) est