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HISTOGENESE ET HISTOLOGIE DU SYSTEME NERVEUX RESUME CHRONOLOGIQUE DU DEVELOPPEMENT INTRA-UTERIN


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L'étude du développement du système nerveux (ou neurogénèse) permet de comprendre son organisation anatomique. Tout le système nerveux est issu des parois d'un tube rempli de liquide, le tube neural, qui se forme lors d'une face précoce du développement embryonnaire. Le tube même formera le système ventriculaire, la paroi du tube deviendra le tissu nerveux; sa formation relève de l'histogenèse, sa description, de l'histologie.

I - Les différentes étapes de la neurogénèse

Au cours des 2 premières semaines après la fécondation, le fœtus se présente comme un disque plat formé de 3 couches cellulaires distinctes, l'endoderme, le mésoderme et l'ectoderme. L'endoderme donne naissance aux viscères, le mésoderme donne naissance aux os et aux muscles. Le système nerveux et la peau dérivent entièrement de l'ectoderme.

C’est au milieu de la troisième semaine du développement de l’œuf fécondé qu’apparaît la première ébauche du système nerveux (fig. 1 et 1bis):

A ce moment, la partie de l’ectoderme (ou ectoblaste) dorsal située au-dessus de la chorde se différencie en une plaque neurale qui forme un épaississement en forme de raquette à grand axe crânio-caudal, à grosse extrémité crâniale et à prolongement effilé caudal.

Rapidement les bords latéraux de la plaque neurale se soulèvent et réalisent ainsi la gouttière neurale. Au cours de la quatrième semaine du développement, celle-ci se ferme par soudure, sur la ligne médiane, de

ses deux lèvres et donne donc lieu à la formation d’un tube neural dont les extrémités craniale et caudale seront les dernières à se fermer.

Juste avant la fermeture du tube neural, la zone de jonction entre les bords de la gouttière neurale et de l’ectoderme adjacent se détache latéralement et forme de chaque côté du tube neural un cordon longitudinal, future crête neurale. L’ectoderme (future peau) s’est reconstitué au-dessus du tube neural flanqué de ses deux crêtes neurales.

De façon schématique, le tube neural donnera le névraxe alors que les crêtes neurales donneront le système nerveux périphérique.

Fig. 1 - Formation du tube neural et des crêtes neurales.

Ces schémas illustrent les premiers stades du développement du système nerveux chez l'embryon. Les schémas du haut représentent les vues dorsales de l'embryon; ceux du dessous sont des coupes transversales. a) le système nerveux le plus primitif est représenté par un faible épaississement de l'ectoderme en forme de raquette, la plaque neurale. b) la première phase importante du système nerveux est représentée par la formation de la gouttière neurale. c) les bords de la gouttière se referment pour former le tube neural. d) la partie de l'ectoderme qui se trouve au contact du tube neural forme la crête neurale, à partir de laquelle se développe le système nerveux périphérique. Les somites se différencient à partir du mésoderme pour donner le squelette et les muscles.


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Fig. 1bis - Formation d'un embryon humain au cours des 3ème et 4ème semaines après la conception

A gauche, vues externes du dessus de l'embryon en croissance; à droite, sections correspondantes pratiquées au niveau de la future moelle épinière. 1 – formation de la plaque neurale; 2 – invagination de la gouttière neurale; 3 – fermeture du tube neural; 4 – migration des cellules des crêtes neurales


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II - Le tube neural

Développement longitudinal (Fig. 2)

Fig. 2 - Schéma du développement longitudinal du tube neural

A gauche, vue ventrale; à droite, vue latérale

La partie crâniale du tube neural

Renflée elle augmentera considérablement de volume et subira de nombreuses modifications et courbures. Elle donnera l’encéphale, autour duquel se constituera la boîte crânienne (fig. 2bis). Dès la fin du premier mois de développement, cette partie crâniale du tube neural comporte trois renflements (ou vésicules) successifs, inclinés les uns par rapport aux autres et par rapport à la moelle épinière selon une courbure générale à concavité ventrale: prosencéphale, mésencéphale et rhombencéphale (fig. 3 et 3bis).


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Fig. 2bis - Le cerveau humain en développement.

Ces schémas illustrent les premiers stades du développement du cerveau chez l'embryon humain de 26 jours à 9 mois. Les schémas en-dessous de la première rangée sont à la même échelle que ceux es rangées inférieures.

Au cours du deuxième mois de développement, cette partie crâniale renflée en trois vésicules continue à augmenter de volume et à se subdiviser en cinq vésicules selon le schéma suivant qui préfigure les subdivisions anatomiques de l’encéphale de l’adulte :

• la vésicule la plus rostrale se renfle en deux vésicules : diencéphale, caudalement, et télencéphale, rostralement. (fig. 4):

• la vésicule la plus caudale se renfle en deux vésicules dont la plus postérieure (myélencéphale) donnera le bulbe et la plus rostrale (métencéphale) la protubérance et le cervelet (fig. 5); à ce niveau se produit en effet une nouvelle courbure de sens opposé à la courbure générale initiale, c’est-à-dire concave vers le haut; elle marque l'emplacement du futur IVème ventricule; de plus une prolifération de la partie dorsale de la future protubérance constitue l’amorce du cervelet ;

• la vésicule mésencéphalique ne se subdivise pas et donnera les pédoncules cérébraux (fig. 6);


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En même temps se forment les cavités ventriculaires (fig. 7).

L’isolement de ce stade à cinq vésicules est en fait artificiel car très vite, la vésicule télencéphalique se renfle en deux grosses poches latérales qui apparaissent comme deux évaginations latérales de la vésicule diencéphalique et qui préfigurent les futurs hémisphères cérébraux. Leur accroissement considérable entraîne à partir du troisième mois une courbure leur faisant décrire un fer à cheval à concavité antérieure (courbure télencéphalique. Enfin apparaissent de petites évaginations qui conduiront aux bulbes olfactifs ( à la face inférieure de chaque vésicule télencéphalique), aux nerfs optiques et aux rétines (de chaque côté du diencéphale, à la neurohypophyse (au niveau du plancher du diencéphale) et à l’épiphyse (à la partie postérieure du diencéphale).

Fig. 3 - Développement transversal du tube neural

L'épithélium épendymaire borde les cavités ventriculaires

Fig. 3bis - Les 3 vésicules primitives du cerveau.

La partie rostrale du tube neural se différencie pour former les 3 vésicules à l'origine de l'ensemble du système nerveux. Ce schéma est une vue de dessus et les vésicules primitives sont représentées en section, ce qui permet de visualiser l'intérieur du tube neural.

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Fig. 4 - Différenciation du cerveau antérieur.

A)Le cerveau antérieur se différencie en une paire de vésicules télencéphalique et optique, et en un diencéphale. B) Au cours du développement, les vésicules télencéphaliques forment les hémisphères cérébraux qui se développent postérieurement et latéralement de telle sorte qu'ils enveloppent le diencéphale. Les bulbes olfactifs émergent de la surface ventrale de chaque vésicule télencéphalique. C) a-coupe frontale au niveau du cerveau antérieur primitif; b-ventricules du cerveau antérieur; c-substance grise du cerveau antérieur; d-principaux systèmes de substance blanche.

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La partie caudale du tube neural du tube neural

Elle restera cylindrique, rectiligne et de petit calibre. Elle donnera la moëlle épinière autour de laquelle se constituera le rachis (fig. 8).

Développement transversal

La cavité et la paroi du tube neural évoluent différemment selon le niveau :

La cavité du tube neural donnera le système ventriculaire. Il comprend :

• au niveau de la moelle, un canal cylindrique dont la lumière deviendra le canal de l’épendyme (virtuel par endroits) ; • au niveau du bulbe et de la protubérance une cavité losangique aplatie sagittalement, le IVième ventricule ; • au niveau du mésencéphale, un canal étroit, cylindrique à concavité ventrale, l’aqueduc de Sylvius ; • au niveau du diencéphale, une cavité aplatie transversalement, le IIIième ventricule : • au niveau de chacune des deux vésicules télencéphaliques (hémisphères cérébraux), une cavité en forme de fer à cheval

à concavité tournée vers l’avant formant les ventricules latéraux droit et gauche qui communiquent chacun avec le IIIième ventricule par un trou de Monro.

Ce système ventriculaire bordé par l’épithélium épendymaire est situé au centre du système nerveux central et est

entièrement clos sauf au niveau du toit du IVième ventricule où il s’ouvre dans les espaces leptoméningés par le trou de Magendie et les deux trous de Luschka, permettant l’écoulement du liquide céphalo-rachidien (voir plus loin).

La paroi du tube neural

Au début du développement, les cellules matricielles qui constituent la paroi du tube neural initialement très peu épaisse, prolifèrent et se différencient de façon étagée dans le temps en neurones, en spongioblastes (qui donneront les astrocytes et oligodendrocytes) et en cellules épendymaires. Au niveau de la moelle, les corps cellulaires des neurones restent proches de l’épendyme. Les neurones moteurs se groupent préférentiellement du côté ventral des cavités ventriculaires (lames fondamentales) et les neurones sensitifs du côté dorsal (lames alaires). Les axones issus de ces corps cellulaires neuronaux pousseront en direction de la périphérie et beaucoup d’entre eux se myéliniseront. La paroi du tube neural donnera donc la substance grise et la substance blanche. Ces données rendent compte qu’au niveau de la moelle épinière, la substance grise (corps cellulaires neuronaux) est périépendymaires et la substance blanche (axones myélinisés) est superficielle.

Dans la suite du développement, interviendront de très importantes modifications ressortissant principalement de deux types de processus :

• les migrations cellulaires sont d’autant plus importantes que l’on progresse vers l’extrémité crâniale du système nerveux central. Inexistantes dans la moelle épinière où les corps cellulaires restent groupés autour du canal de l’épendyme, elles deviennent nettes dans le tronc cérébral où des amas cellulaires vont migrer à distance des cavités ventriculaires pour constituer les noyaux propres du tronc cérébral, et sont au maximum dans le cervelet et les hémisphères cérébraux où de très nombreux neurones migrent en périphérie pour former le cortex cérébelleux et le cortex cérébral (substance grise périphérique).

• la colonisation des divers niveaux du névraxe par des axones myélinisés issus des corps cellulaires neuronaux situés au même niveau et aux niveaux sus- et sous-jacents modifie l’architecture initiale. Dans la moelle, ces axones myélinisés se disposent en périphérie de l’axe gris et constituent les cordons médullaires de substance blanche. Dans le cervelet et les hémisphères cérébraux ils forment une épaisse masse de substance blanche qui comble les espaces laissés libres entre d’une part le cortex cérébral et le cortex cérébelleux (substance grise), d’autre part les noyaux gris centraux restés en position paraventriculaire.

En définitive, l’épaississement maximum de la paroi du tube neural se situera au niveau des deux vésicules télencéphaliques pour donner la masse des deux hémisphères cérébraux. Toutefois, en deux endroits, un amincissement considérable de la paroi aboutira à un accolement direct de l’épithélium épendymaire et des leptoméninges pour former les toiles choroïdiennes au niveau desquelles se différencieront les plexus choroïdes qui feront saillie dans les ventricules et y sécréteront le liquide céphalo-rachidien (voir plus loin).

III - Les crêtes neurales

Les crêtes neurales, détachées de la jonction de la gouttière neurale et de l’ectoderme au moment de la fermeture de la gouttière neurale en tube neural, se segmentent en petits amas cellulaires (un de chaque côté au niveau de chaque somite). Ces amas cellulaires vont migrer plus ou moins loin du tube neural pour devenir (fig. 9):

• les ganglions rachidiens postérieurs dont les neurones en T envoient leur prolongement centra se raccorder à la moelle, formant ainsi les racines postérieures ;

• les neurones des ganglions sympathiques (des chaînes ganglionnaires latéro-vertébrales et des ganglions prévertébraux) et parasympatiques (des ganglions et plexus intra-muraux situés dans l’épaisseur de la paroi des viscères) ;

• les cellules de la médullo-surrénale (cellules chromaffines) sécrétant l’adrénaline (ou épinéphrine) ; • les cellules de Schwann chargées d’élaborer la gaine de myéline des «axones» périphériques («dendrites» et axones des

neurones en T, axones des neurones moteurs dans leur trajet extra-névraxe) ;


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• les mélanocytes plus ou moins chargés de mélanine et responsables de la pigmentation de la peau ; les leptoméninges (voir plus loin) ; une partie du derme céphalique. Ainsi, les éléments du SNP dérivent pour la plupart d’entre eux des crêtes neurales, mais les fibres somato-motrices et

viscéro-motrices préganglionnaires sont les axones des neurones de la corne antérieure ou latérale de la moelle et à ce titre dérivent du tube neural lui-même.

Fig. 5 - Différenciation du cerveau postérieur.

A) de sa partie rostrale. La partie rostrale du cerveau postérieur se différencie pour former le pont et le cervelet. Le cervelet est formé par le développement et la fusion des lèvres rhombencéphaliques. A ce niveau, le système ventriculaire est représenté par le quatrième ventricule. B) De sa partie caudale. La partie caudale du cerveau postérieur se différencie pour former le bulbe. Les pyramides bulbaires représentent des faisceaux d'axones traversant cette région pour atteindre la moëlle épinière. Le système ventriculaire est représenté par le IVème ventricule


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Fig. 6 - Différenciation du cerveau médian

Le cerveau médian se différencie pour former le tegtum et le tegmentum. A ce niveau, le système ventriculaire est représenté par l'aqueduc cérébral

Fig. 7 - Les cavités ventriculaires

A gauche, vue supérieure; à droite, vue latérale gauche


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Fig. 8 - Différenciation de la moëlle épinière.

La région en forme d'ailes de paillon de la moëlle épinière représente la substance grise, sous-divisée en cornes dorsales et ventrales, et en une zone intermédiaire. Autour de la substance grise se trouve localisés les faisceaux de fibres représentant les colonnes de substance blanche qui parcourent la moëlle de bas en haut et de haut en bas, dans l'axe rostro-caudal. La région centrale remplie de LCR re-présente le canal spinal.

Fig. 9 - Les dérivés embryonnaires des crêtes neurales


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Le système nerveux est constitué de deux types de cellules, les neurones et les cellules gliales. Beaucoup plus fréquemment que les neurones (pour lesquels l'événement reste rare dans la plupart des cas) les cellules gliales peuvent se reproduire par mitose. Elles jouent un rôle primordial en assurant l'isolement des tissus nerveux, les fonctions métaboliques, le soutien squelettique et la protection vis à vis des corps étrangers en cas de lésions. De récents travaux montrent que certaines cellules gliales jouent également un rôle actif dans la transmission de l'influx nerveux.

Les cellules gliales furent découvertes en 1891 par Santiago Ramón y Cajal. Le cerveau contient à peu près neuf fois plus de cellules gliales que de neurones. Le fait fut découvert au début du XXème siècle, et donna par déformations journalistiques successives naissance au mythe que « nous n'utiliserions que 10 % de notre cerveau pour penser ». Un rôle des cellules gliales dans la prise de fonctionnalité des connexions synaptiques, et donc dans la vitesse d'apprentissage, est cependant établi aujourd'hui (2004).

On distingue deux classes de cellules gliales, les cellules de la microglie et les cellules de la macroglie. On différencie aussi les cellules gliales par leur localisation, dans le système nerveux central (SNC) ou dans le système nerveux périphérique (SNP).

1. Les cellules microgliales

Elles représentent 5% à 25% de toutes les cellules gliales du SNC. Elles sont différentes des cellules macrogliales, que ce soit au niveau de leur morphologie, de leur fonction ou de leur origine. Ces petites cellules, de forme variable et au noyau allongé, sont mobiles. Elles appartiennent au groupe des macrophages (elles proviennent des monocytes du sang ayant pénétré dans le parenchyme du SNC) et elles sont capables de phagocytose. Elles sont localisées surtout dans la substance grise. Leur cytoplasme peut être visualisé par des colorants argentiques.

Habituellement peu nombreuses, elles prolifèrent lorsque des lésions surviennent dans le système nerveux central. Elles deviennent les cellules présentatrices de l'antigène dans le SNC. Quand elles sont actives, elles expriment à leur surface les CMH1 et CMH2. Elles secrètent des cytokines, des protéines, des radicaux libres qui aggravent les lésions (anions superoxydes). Il y a notamment prolifération de ces cellules dans le cadre de la maladie d'alzheimer.

2. Les cellules macrogliales

Ces cellules sont très nombreuses dans le système nerveux central (dans le cerveau, les cellules gliales sont dix fois plus nombreuses que les neurones). Mais il en existe aussi dans le système nerveux périphérique, où ces cellules ont des fonctions analogues à certaines cellules gliales du système nerveux central.

IV - Le tissu nerveux dans le système nerveux central

La masse du système nerveux central est uniquement constituée par des cellules nerveuses, des cellules gliales auxquelles il faut ajouter des capillaires sanguins. Ces divers éléments cellulaires sont tassés les uns contre les autres, les espaces extra-cellulaires étant relativement réduits.

On entend peu parler des cellules gliales bien qu'elles soient 10 à 50 fois plus nombreuses que nos 100 milliards de neurones; c'est par ce qu'elles ne conduisent pas l'influx nerveux…Mais cela ne les empêche pas pour autant d'être essentielles. Sans elles, les neurones ne fonctionneraient pas correctement: les cellules gliales procurent aux neurones leur nourriture, les supportent et les protègent. Elles éliminent aussi les déchets causés par la mort neuronale et accélèrent la conduction nerveuse en agissant comme gaine isolante de certains axones.

Quant aux capillaires sanguins, ils apportent aux neurones les nutriments (dont le glucose et l'oxygène) et évacuent leurs déchets.

1) Eléments constitutifs

Les cellules gliales Les cellules gliales du système nerveux central dérivent des glioblastes du tube neural embryonnaire:

1. Les astrocytes (fig.10) ont une forme étoilée, avec de nombreux prolongements qui se répartissent tout autour de la cellule. Ce sont les plus grosses cellules du tissu nerveux. On distingue les astrocytes de type I, qui sont en contact avec les capillaires sanguins, et les astrocytes de type II, entourant le neurone et la fente synaptique empêchant ainsi la dispersion des neurotransmetteurs.

2. Les oligodendrocytes sont plus petits que les astrocytes et portent moins de prolongements qu'eux. Ils sont à l'origine des gaines de myéline entourant les axones des fibres nerveuses.

3. Les épendymocytes dérivent des épendymoblastes. Elles forment un épithélium simple (une paroi) qui délimite les différentes cavités du système nerveux central.

Différents types de cellules gliales assurent, chacune à leur façon, le bon fonctionnement des neurones du système nerveux central.

1. De forme étoilée, les astrocytes assurent un support mécanique aux neurones. Ils les approvisionnent en nutriments et assurent l'équilibre du milieu extracellulaire. Ils digèrent et éliminent aussi les débris de toutes sortes. Faits d’un corps cellulaire d’où partent des prolongements cytoplasmiques qui séparent les éléments neuronaux et entourent les capillaires, leur cytoplasme se caractérise par sa richesse en microfilaments (gliofilaments) et en grains de glycogène.En fait, les astrocytes


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sont des cellules à aspect étoilé quand ils sont matures. On les trouve dans le cerveau et plus généralement dans le système nerveux central. On distingue deux grands types d'astrocytes:

Astrocyte de type I: Les astrocytes de type I sont en contact avec les capillaires sanguins: les pieds astrocytaires forment une barrière autour des capillaires sanguins. Ils forment une barrière hémato-céphalique avec les cellules endothéliales et la glia limitans avec les épendymocytes.

Astrocyte de type II: Les astrocytes de type II, entourent le neurone et la fente synaptique. Le taux de couverture peut varier de 1 à 100% suivant le type de neurone. Les contacts ont lieu là où il y a de la place (nœud de Ranvier, corps cellulaire, terminaison). Un astrocyte II peut avoir des échanges avec plusieurs neurones.

Il existe aussi des astrocytes dits protoplasmiques, présents majoritairement dans la substance grise et très ramifiés, mais aussi des astrocytes spécifiques, comme les astrocytes du cervelet.

Le corps cellulaire contient un noyau et un cytoplasme peu abondant. Les prolongements cytoplasmiques sont quant à eux très importants, parcourant tout le neuropile. En microscopie photonique, il faut des colorations spéciales, métalliques à base d'argent pour pouvoir voir les prolongements. En microscopie électronique, on distingue les organites classiques (mitochondrie, golgi, reticulum endoplasmique). Les filaments intermédiaires, abondants, sont appelés gliofilaments. Leur diamètre est de 7 nm, ils sont fait à base de la protéine GFAP (Glial Fibrilary Acidic Protein). Sous l'action de la GFAP polymérase, il y a polymérisation et formation de gliofilaments. On distingue également des grains de glycogène en plage.

A ce jour on connaît deux types de cellules précurseurs.

2. Les oligodendrocytes constituent la gaine de myéline qui entourent les axones de nombreux neurones. Ce sont de petites cellules responsables de la formation des gaines de myéline du SNC. La myéline procède en effet de l’enroulement et de l’accolement de la membrane plasmique de certains prolongements oligodendrocytaires autour d’axones. Le motif très particulier de cet enroulement accélère la conduction nerveuse.

3. Les cellules épendymaires ou épendymocytes Ils constituent une couche cellulaire unique qui tapisse les cavités ventriculaires et le canal épendymaire ou canal de l'épendyme. Ils forment un (pseudo?)épithélium cubique ou prismatique simple de cellules ciliées. Entre les cils, on observe des microvillosités dont le cell coat (manteau cellulaire) est riche en acide sialique, en poly-N-lactosamine et en D-galactose. Le pôle basal émet des prolongements cytoplasmiques qui s'enchevêtrent entre eux, ou avec les prolongements des astrocytes sous épendymaires (voir plus loin)

Fig. 10 – Micrographies d'astrocytes

A - Astrocyte étoilé: Karin Pierre, Institut de Physiologie, UNIL, Lausanne: Alliance Européenne Dana pour le Cerveau (EDAB). B - Astrocyte: P. Magistretti Astrocyte, une cellule du cerveau en forme d'étoile:Alliance Européenne Dana pour le Cerveau (EDAB) . C - Schéma montrant un astrocyte contactant d'une part un capillaire sanguin, d'autre part un neurone

Les capillaires sanguins Ce sont des capillaires de type continu c’est à dire que les cellules endothéliales qui les forment sont unies par des

zonula occludens qui assurent, contrairement à ce qui est rencontré dans les capillaires banals du reste de l’organisme, une sélectivité des échanges entre le sang et le tissu nerveux On désigne par barrière hémato-encéphalique l’ensemble de ces capillaires cérébraux. Par ailleurs ces capillaires sont étroitement et entièrement entourés par des prolongements astrocytaires.

Les neurones (fig. 11) Chaque neurone est unique de par sa forme particulière, la position qu'il occupe dans le système nerveux et les

connexions qu'il entretient avec d'autres neurones ou avec des cellules réceptrices (sensorielles) ou effectrices (musculaires ou glandulaires). Cette grande variabilité (il existe plus de 200 types différents de neurones) amène certains neurones à s'écarter du schéma classique de base.

Comme toutes les cellules de notre organismes, les neurones possèdent une membrane qui entoure un cytoplasme et un noyau qui contient les gènes. Ils ont aussi tous les petits organites qui leur permettent de produire leur énergie et de fabriquer des protéines.


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Le rôle des neurones est de se transmettre de l'information, ils possèdent deux types de prolongements bien particuliers qui les distinguent des autres cellules. Les dendrites, qui se divisent comme les branches d'un arbre, recueillent l'information et l'acheminent vers le corps de la cellule. L'axone, généralement très long et unique. Cet axone conduit l'information du corps cellulaire vers d'autres neurones avec qui il fait des connexions appelées synapses. Les axones peuvent aussi stimuler directement d'autres types de cellules, comme celles des muscles ou des glandes. La transmission chimique de l'influx nerveux amène l'axone et les dendrites à développer des structures spécialisées pour la faciliter. Les dendrites possèdent ainsi des milliers " d'épines " qui bourgeonnent à leur surface. C'est vis-à-vis de ces épines que se situent les boutons terminaux des axones, sorte de renflements d'où sont excrétés les neurotransmetteurs. Mais ces structures qui constituent la synapse varient énormément de forme, tout comme la forme générale des neurones d'ailleurs.

Fig. 11 – Schémas de neurones

Certains axones peuvent par exemple faire leurs synapses directement sur le corps cellulaire ou même sur l'axone d'un autre neurone. Les corps cellulaires montrent également une grande variabilité de forme (étoilés, fusiforme, conique, polyédrique, sphérique, pyramidale) et de taille (petits, moyens, grands ou géants. La géométrie des dendrites et de l'axone varie aussi énormément selon le rôle du neurone dans le circuit nerveux.

Selon les critères utilisés, on peut classer les neurones sous différentes catégories. Par exemple:

1. D'un point de vue fonctionnel, on distingue

• des neurones sensoriels qui captent les messages des récepteurs sensoriels et les communiquent au système nerveux central;

• des neurones moteurs qui conduisent la commande motrice du cortex à la moelle épinière ou de la moelle aux muscles;

• des interneurones qui connectent entre eux différents neurones à l'intérieur du cerveau ou de la moelle épinière;

2. D'un point de vue morphologiques basée sur le nombre de prolongements qui partent du corps cellulaire, on peut aussi parler de (fig. 12):

• neurones pseudo-unipolaires qui ont un court prolongement qui se subdivise rapidement en deux, l'un faisant office de dendrite, l'autre d'axone;

• neurones multipolaires qui ont courts dendrites émanant du corps cellulaire et un long axone

• neurones bipolaires qui ont deux prolongements principaux de longueur similaire

À noter qu'il tend à y avoir correspondance entre ces deux classifications mais que celle-ci n'est pas stricte. Les cellules granulaires du cervelet, par exemple, sont des interneurones dont la forme particulière s'écarte passablement du prototype du neurone bipolaire (voir le cervelet).


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Fig. 12 6 Différents types de neurones

2) Organisation spatiale (fig. 13, 14 et 15)

Neurones, cellules gliales, et capillaires ne sont pas disposés de façon quelconque. Leurs diverses modalités de groupement réalisent quatre aspects tissulaires.

1. Le revêtement du système ventriculaire

Il est formé par une couche de cellules épithéliales ciliées, les cellules épendymaires. Cette barrière épendymaire n’entravant que peu les échanges entre le liquide céphalo-rachidien contenu dans le système ventriculaire et les espaces extra-cellulaires du système nerveux central, participe à la production et à la résorption du liquide céphalo- rachidien (voir plus loin).

2. La substance grise (Fig. 13)

La substance grise forme des amas situés en profondeur à tous les niveaux du névraxe et une épaisse couche étalée à la surface des hémisphères cérébraux (cortex cérébral) et du cervelet (cortex cérébelleux). Elle est essentiellement caractérisée par la présence des corps cellulaires des neurones, de leurs dendrites et la partie initiale de leur axone (le plus souvent non encore myélinisé), ainsi que des parties terminales des axones voisins (arborisation terminale) venant établir des synapses. La grande richesse en capillaires sanguins atteste de l’importance de son débit sanguin à son niveau : 100ml/100g/mn. Les cellules nerveuses n’entrent jamais directement en contact avec les capillaires, les échanges se faisant par diffusion dans les espaces extra-cellulaires (ne représentant que 15 à 20% du volume tissulaire global) et par l’intermédiaire des astrocytes.

3. La substance blanche (Fig. 14)

La substance blanche occupe toutes les régions du système nerveux central que laisse libres la substance grise. Elle se caractérise principalement par la présence prédominante à son niveau d’axones myélinisés groupés parallèlement en faisceaux ou cordons. Aucune synapse ne s’y fait et le rôle fondamental de la substance blanche est donc la conduction des influx nerveux vers les zones de substance grise où s’effectuent les transmissions synaptiques et le traitement des informations. On y rencontre surtout des oligodendrocytes assurant la formation et l’entretien des gaines de myéline. Les capillaires sanguins y sont moins nombreux que dans la substance grise et l’activité métabolique y est moindre.

4. Le revêtement astrocytaire marginal

La surface du névraxe est formée par la juxtaposition de prolongements astrocytaires en contact avec le liquide céphalo-rachidien contenu dans les espaces leptoméningés. Ce revêtement astrocytaire marginal constitue donc avec la barrière épendymaire, le substratum morphologique de la «barrière liquide céphalo-rachidien cerveau».

5. Organisation d'ensemble de ces types cellulaires

Elle est schématisée dans la figure 15

3) Rôle de ces structures

• Des réseaux de neurones

Le neurone est une cellule hautement spécialisée qui a accentué des caractéristiques de base des cellules, comme le fait d'avoir un potentiel trans-membranaire, de pouvoir prolonger son cytoplasme, etc. Ses prolongements se sont à leur tour spécialisés, de sorte que les canaux ioniques et les récepteurs de la membrane des dendrites sont différents de celle de l'axone. Les neurones forment des réseaux à travers lesquels circule l'influx nerveux. Des dendrites jusqu'à l'extrémité parfois très éloignée de l'axone, c'est sous forme électrique que se propage cet influx à la surface de la membrane neuronale (voir 2ème partie "Neurobiologie cellulaire").


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Comme les neurones communiquent entre eux sans se toucher (synapse, zone de contigüité, (fig. 7), ils utilisent des molécules spéciales appelées neurotransmetteurs pour faire passer l'influx nerveux d'un neurone à l'autre. La synapse est le point de jonction entre deux neurones.

Cependant, l'influx nerveux peut aussi être transmis d'une cellule sensorielle réceptrice à un neurone. Ou encore d'un neurone aux muscles pour les faire se contracter ou aux glandes pour leur faire sécréter leurs hormones. On parle alors de jonctions neuromusculaire ou neuroglandulaire.

Fig. 13 – Schéma d'après micrographie montrant l'aspect de la substance grise

Fig. 14 – Schéma d'après micrographie montrant l'aspect de la substance blanche

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Fig. 15 – Schéma récapitulatif de la disposition des différents types cellulaires dans les substances grise et blanche

Dans une synapse chimique typique entre deux neurones, le neurone d'où arrive l'influx nerveux est appelé pré-synaptique. Celui où vont se fixer les messagers chimiques, ou neurotransmetteurs, reçoit l'épithète de post-synaptique. Plusieurs structures spécialisées permettent de reconnaître le neurone pré- du neurone post-synaptique: Dans le bouton terminal de l'axone pré-synaptique, on peut observer des mitochondries ainsi que des microtubules qui permettent le transport des neurotransmetteurs du corps cellulaire (où ils sont produits) jusqu'au bout de l'axone. On peut aussi y voir des vésicules sphériques remplies de neurotransmetteurs. Ces derniers seront excrétés par fusion de la membrane des vésicules avec celle du bouton pré-synaptique, un processus appelé exocytose.

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La fente synaptique que les neurotransmetteurs ont à franchir est très mince, de l'ordre de 0,02 micron. Les neurotransmetteurs se fixent sur des récepteurs membranaires, de grosses protéines ancrées dans la membrane cellulaire du neurone post-synaptique. Au microscope électronique, on observe à cet endroit une accumulation de matériel opaque qui correspond à l'agrégation de récepteurs et à d'autres protéines de signalisation essentielles à la neurotransmission chimique.

Pour un neurotransmetteur donné, on connaît plusieurs sous-types de récepteurs qui lui sont spécifiques. C'est la présence ou l'absence de certains de ces sous-types de récepteur qui va générer dans le neurone post-synaptique une cascade de réactions chimiques particulières. Celle-ci mènera à l'excitation ou à l'inhibition de ce neurone.

• Des cellules gliales

1. Des astrocytes

MODULATION DE L'EXCITABILITE (fig. 16)

Les astrocytes II ont un contrôle sur l’excitabilité (contrôle de l’équilibre ionique) et possèdent donc des canaux ioniques. Les astrocytes, comme la plupart des cellules gliales, ont longtemps été considérés essentiellement pour leur rôle de support et d'entretien du tissu nerveux. Mais de plus en plus d'évidences plaident en faveur de leur implication beaucoup plus importante des dans la communication nerveuse. Ces cellules modulent l’activité et la terminaison synaptique des neurones. On suppose qu'ils jouent un rôle dans la propagation du signal nerveux en agissant sur la dispersion des neurotransmetteurs. On sait aussi que les astrocytes sont couplés les uns aux autres par des " gap-jonctions " à travers lesquels peuvent circuler divers métabolites. C'est par ces jonctions que les astrocytes évacuent vers les capillaires le potassium extracellulaire excédentaire généré par une intense activité neuronale. Si le K+ extracellulaire augmente, il peut entrer dans les astrocytes par des canaux passifs ou par des pompes (ATPases). Ces astrocytes permettent donc de contrôler l’état électrique du neurone. Au voisinage de plusieurs neurones, les astrocytes vont entraîner des mouvements calciques (vague calcique). Ces cellules exercent une synchronisation de l’activité synaptique.

Fig. 16 – Modulation de l'excitabilité des neurones par les astrocytes

LA MODULATION DE LA TRANSMISSION SYNAPTIQUE.

De plus les astrocytes agissent sur la recapture des différents neurotransmetteurs, influant ainsi sur l'intensité d'un signal et sa durée. Les principaux neurotransmetteurs du système nerveux central sont ; le glutamate (action +) et le gaba (action -). L’astrocyte est capable de capter ces deux neurotransmetteurs.

Si l’activité gabaergique est trop forte et si la captation (de gaba) est trop faible, il y a synthèse de glutamate à partir de gaba. Ces deux molécules ont un précurseur commun : la glutamine. La glutamine-synthétase est exclusivement astrocytaire. Le glutamate en excès libéré par les neurones est capté par les astrocytes et transformé en glutamine par la glutamine-synthétase. Le glutamate en excès étant neurotoxique, cette étape de détoxification est extrêmement importante Ceci est un système de contrôle à activité limitée.

LES INTERACTIONS METABOLIQUES.

On connaît depuis longtemps leur rôle de pourvoyeur du glucose nécessaires à l'activité nerveuse. Grâce à leurs ''pieds'' apposés contre la paroi des capillaires sanguins cérébraux, le glucose peut pénétrer dans les astrocytes où il est partiellement métabolisé et retransmis aux neurones. Il semble même qu'une activité synaptique plus intense favorise un apport plus élevé de glucose en activant le travail des astrocytes: Ils jouent un rôle actif dans le métabolisme et l'alimentation en glucose des neurones. La sécrétion de glutamate par le neurone "active" l'action astrocytaire de pompage du glucose. La consommation d’énergie est très importante. La source d’énergie des astrocytes est le glucose (stocké sous forme de glycogène). Pourtant, ce n’est pas sous l’une de ces deux formes que l’énergie est donnée au neurone par la cellule gliale, mais sous la forme d’alanine. Il faut que le neurone se dépolarise pour que l’astrocyte libère la source d’énergie. « Autre nouveauté, il semblerait que en plus de l'alanine, le lactate serait cédé par l'astrocyte au neurone pour qu'il soit transformé en pyruvate et entrer dans le cycle de Krebs. » Mais ce qu'on découvre de plus en plus, c'est que ce réseau d'astrocytes communiquant forme un véritable syncytium, c'est à-dire qu'ils se comportent comme un seul et même élément. À travers ce réseau se propageraient par exemple des vagues d'ions


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calcium dont l'effet régulateur pourrait se faire sentir dans un grand nombre de synapses en même temps. Les prolongements astrocytaires qui entourent les synapses pourraient ainsi exercer un contrôle plus global sur la concentration ionique et le volume aqueux dans les fentes synaptiques. Le réseau astrocytaire constituerait donc un système de transmission non-synaptique qui se superposerait au système neuronal pour jouer un rôle majeur de modulation des activités neuronales. Les astrocytes produisent un certain nombre de facteurs de croissance dont le NGF, le bFGF, le CNTF

2 Des oligodendrocytes (et des cellules de Schwann)

L'axone revêt souvent une gaine isolante qui permet à l'influx nerveux de circuler plus rapidement. Cette gaine est faite d'une substance grasse, la myéline, formée par l'enroulement de la membrane d'une cellule gliale. La myéline des neurones du cerveau provient des oligodendrocyte (fig. 17) et celle des nerfs périphérique des cellules de Schwann. La gaine de myéline ne couvre cependant pas entièrement l'axone et en laisse de petites sections à découvert. Ces petits bouts d'axone exposés s'appellent les nœuds de Ranvier et sont espacés de 0,2 à 2 millimètres. La gaine de myéline accélère la conduction nerveuse parce que le potentiel d'action saute littéralement d'un nœud de Ranvier à l'autre. En effet, ce n'est qu'à cet endroit que les échanges ioniques générant le potentiel d'action peuvent avoir lieu. On parle alors de conduction saltatoire (qui " saute " d'un nœud à l'autre) par opposition à la propagation continue beaucoup plus lente qui survient dans les axones non myélinisés.

Les avantages qu'offre la myéline en terme de préservation d'énergie et d'espacesont considérables… La myélinisation des axones accélère la conduction de l'influx nerveux d'une façon très originale, sans nécessiter de grands apports d'énergie supplémentaire et sans occuper beaucoup d'espace supplémentaire.

Les noeuds de Ranvier (fig. 17) situé entre les régions myélinisées constituent une zone de faible résistance électrique au niveau de laquelle à peu près tous les canaux Na+ de l'axone sont concentrés. C'est donc à cet endroit que les potentiels d'action vont pouvoir se régénérer, après que les courants ioniques qui leur sont associés se soient propagés passivement le long de la gaine isolante entre deux nœuds.

Cette propagation saltatoire permet au neurone de préserver son énergie puisque l'excitation active nécessaire à la propagation de l'influx est restreinte aux petites régions nodales.

Fig. 17 – Oligodendrocyte à l'origine de la gaine de myéline; nœud de Ranvier


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Elle permet aussi une grande économie d'espace. En effet, la vitesse de conduction est proportionnelle au diamètre de la fibre pour une fibre myélinisée et à la racine carrée du diamètre pour une fibre non myélinisée. Cela veut dire qu'une fibre non myélinisée devrait avoir un calibre de plusieurs centimètres pour conduire l'influx à la même vitesse (100 m/s) qu'une fibre myélinisée de 20 micromètres de diamètre.

Des noms différents sont donnés aux cellules gliales qui assument ces fonctions dans le système nerveux périphérique. On parle alors de cellules satellites pour le support mécanique des neurones et de cellules de Schwann pour la fabrication de la myéline.

V - Le tissu nerveux dans le système nerveux périphérique

Le tissu nerveux périphérique est constitué de cellules nerveuses de cellules de Schwann, de capillaires sanguins et de tissu conjonctif. L’organisation spatiale de ces divers constituants permet d’individualiser des ganglions, des nerfs et des terminaisons nerveuses.

1) Les cellules gliales du système nerveux périphérique

Ces cellules dérivent des glioblastes de la crête neurale de l'embryon.

Les cellules satellites ont une fonction analogue aux astrocytes. Elles entourent les neurones sensoriels et autonomes. La différence est qu'elles sont dans un milieu où est présent du tissu non neural.

Les cellules de Schwann, comme les oligodendrocytes, assurent la myélinisation des axones, c'est-à-dire leur isolation électrique. Il existe néanmoins de petites différences entre ces deux types de cellules. Les cellules de Schwann n'existent qu'au niveau du système nerveux périphérique. Une cellule de Schwann forme la gaine de myéline autour d'un seul axone, alors que les oligodendrocytes peuvent myéliniser plusieurs axones.

2) Les ganglions

Un ganglion est constitué par un amas de corps cellulaires neuronaux entourés de cellules de Schwann, de cellules conjonctives et de capillaires sanguins. Une capsule fibreuse périphérique limite le ganglion.

Les ganglions sensitifs (rachidiens et crâniens):

Ils contiennent le corps cellulaire des neurones sensitifs en T et la partie initiale de ses prolongements centripète et centrifuge. Ils ne sont le siège d’aucune synapse.

Les ganglions végétatifs (sympathiques et parasympathiques) (fig. 18):

Ils contiennent le corps cellulaire des neurones dits post-ganglionnaires ainsi que leur arborisation dendritique, le départ de leur axone, les axones pré-ganglionnaires dont certains s’y terminent et y établissent des synapses avec les neurones post-ganglionnaires tandis que d’autres ne font qu’y passer. Ces ganglions sont donc le siège de nombreuses synapses entre les neurones pré- et post-ganglionnaire.

Fig. 18 – Schémas de ganglions et de fibres nerveuses périphériques


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3) Les nerfs périphériques (fig. 19)

Les nerfs périphériques sont constitués par des faisceaux de fibres nerveuses périphériques myélinisées et/ou amyéliniques limités des couches concentriques de cellules de Schwann formant le périnèvre. Ainsi plusieurs faisceaux de fibres nerveuses limités par le périnèvre sont emballés par de l’endonèvre, l’ensemble étant entouré par l’épinèvre (qui limite le nerf) : épinèvre mais surtout l’endonèvre sont des tissus conjonctivo-vasculaires. L’endothélium des capillaires sanguins ainsi que le périnèvre constituent des barrières qui restreignent les échanges et protègent les fibres nerveuses périphériques.

Les fibres nerveuses périphériques amyéliniques

Une fibre nerveuse périphérique amyélinique est formée par un groupement de plusieurs axones parallèles invaginés dans une succession de cellules de Schwann (disposées bout à bout) qui leur constituent une sorte de gaine. Chaque axone est logé, plus ou moins enfoui, dans une gouttière creusée à la surface de chaque cellule de Schwann.

Les fibres nerveuses périphériques myélinisées

Une fibre nerveuse périphérique myélinisée est formée par un seul axone situé au centre apparent d’une même succession de cellules de Schwann ayant élaboré à son contact des segments de myéline. Ainsi, qu’ils soient myélinisés ou non, les axones du système nerveux périphérique sont toujours étroitement associés à des cellules de Schwann. Le fonctionnement des axones est très largement dépendant de celles-ci ; en effet en plus de leur rôle de production et d’entretien de la myéline, elles jouent un rôle de protection mécanique de l’axone et probablement un rôle métabolique important. Notons enfin qu’aucun argument morphologique, autre qu’éventuellement le calibre et le degré de myélinisation, ne permet de reconnaître histologiquement, au sein d’un nerf, la nature motrice sensitive ou végétative d’une fibre nerveuse donnée.

Fig. 19 – Coupe transversale d'un nerf périphérique

4) Les terminaisons nerveuses

Le calibre des nerfs diminue progressivement au fur et à mesure des ramifications successives et les terminaisons des fibres d’un même nerf sont souvent dispersées dans l’espace. On distingue les terminaisons nerveuses afférentes (sensitives) et efférentes (motrices).

Les terminaisons nerveuses afférentes

Elles correspondent à l’extrémité périphérique des neurones sensitifs en T. Elles peuvent être libres, c’est-à-dire dépourvues de tout entourage propre en particulier schwannien ou incluses au sein de corpuscules sensitifs de structure assez diversifiée (voir «La somesthésie»)


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Les terminaisons nerveuses efférentes

Au niveau des muscles lisses et des glandes, il s’agit de terminaisons nerveuses libres. Au niveau des muscles striés squelettiques, la jonction neuro-musculaire se présente d’une façon très particulière, formant des plaques motrices (voir «La motricité»).

histogenese et histologie du systeme … · système nerveux est issu des parois d'un tube...

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