HISTOLOGIE DU SYSTEME NERVEUX CENTRAL

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1 HISTOLOGIE DU SYSTEME NERVEUX CENTRAL 1

2 HISTOLOGIE DU SYSTEME NERVEUX CENTRAL Première partie: HISTOLOGIE DU TISSU NERVEUX CENTRAL 1) Les cellules du système nerveux (rappel!) 2) Les tissus nerveux (Histologie et Fonction) - Moelle épinière - Tronc cérébral, Cervelet - Cortex cérébral 2

3 INTRODUCTION Le système nerveux comprend 2 grands ensembles fonctionnels : le système nerveux central (cerveau et moelle épinière) et le système nerveux périphérique (filets nerveux destinés aux membres et aux viscères). Au niveau cellulaire, ce grand ensemble n est constitué que de deux grands types cellulaires : [1] les neurones, qui sont les cellules nobles, dotées d activités fonctionnelles variées et [2] les cellules gliales, qui sont les cellules les plus nombreuses du système nerveux et qui assurent le support physique et le soutien nutritionnel des neurones. 1. LES CELLULES DU SYSTEME NERVEUX CENTRAL a) Caractéristiques morphologiques *LES NEURONES Même s il existe différents types de neurones et des variations d une région à l autre du système nerveux, les neurones ont des caractéristiques communes (Figure 1). Ce sont des cellules dotées d un volumineux corps cellulaire, encore appelé «Soma», qui renferme un noyau proéminent avec un nucléole bien visible et une chromatine dispersée. Le cytoplasme péri nucléaire (péri caryon) se caractérise par la présence d un volumineux réticulum endoplasmique granuleux (REG) en amas, réalisant les corps de Nissl. Le cytoplasme renferme également de nombreuses mitochondries et un cytosquelette, constitué de filaments intermédiaires et de micro filaments. Figure 1 : Caractéristiques des neurones 3

4 Figure 2 : Caractéristiques des astrocytes Figure 3 : Caractéristiques des oligodendrocytes 4

5 La grande caractéristique des neurones est représentée par leurs prolongements cellulaires, initialement décrits au début du XXème siècle, par deux pionniers en Neurohistologie (Golgi et Cajal). Les neurones ont deux types de prolongements : les dendrites et l axone. Les dendrites sont en général courts, multiples et très ramifiés alors que l axone est unique, avec des terminaisons souvent multiples. L axone est entouré par une gaine lipido-protéique, la myéline, élaborée par un type de cellules gliales : les oligodendrocytes. Les neurones sont séparés par des jonctions inter cellulaires hautement spécialisées: les synapses, qui relient les neurones entre eux ou aux cellules effectrices (cellules musculaires). *LES CELLULES GLIALES Les astrocytes sont les cellules les plus nombreuses du système nerveux central (Figure 2). On parle de cellules étoilées car elles sont pourvues de prolongements ramifiés qui occupent tout l espace entre les neurones. Les astrocytes ont des prolongements cellulaires qui prennent appui contre les membranes des vaisseaux et elles participent ainsi à la constitution de la barrière hémato-encéphalique. Leur cytoplasme renferme un type particulier de filaments intermédiaires: la protéine glio fibrillaire acide (GFAP), que l on peut mettre en évidence sur une coupe de tissu à l aide d un anticorps spécifique, par la technique d immunohistochimie. Les oligodendrocytes (Figure 3) sont responsables de la myélinisation des axones. Il existe 2 principaux types d oligodendrocytes : - l oligodendrocyte clair est présent chez le fœtus et le nouveau né ; il s agit d une cellule de grande taille, active, fréquemment en division ; - l oligodendrocyte sombre rencontré chez l adulte est une cellule de petite taille, qui ne se divise pas. Une forme intermédiaire, entre la cellule claire et la cellule sombre, serait présente chez l adulte et donc capable, dans certaines circonstances, de synthétiser de la myéline. 5

6 b) Caractéristiques fonctionnelles des cellules du système nerveux De façon très synthétique, la fonction du système nerveux central est de percevoir un stimuli, qu il soit externe ou interne, de l intégrer, de l analyser et de fournir une réponse adaptée par l intermédiaire des organes effecteurs. Tout ceci repose sur une propriété fondamentale des neurones : «l excitabilité» et leur organisation en un réseau cellulaire interconnecté. L excitabilité du neurone est liée à l existence d un potentiel membranaire : - au repos, ce potentiel résulte d un déséquilibre entre les concentrations des ions NA+ et K+ entre le milieu extra et intra cellulaire. Ce déséquilibre est maintenu à l aide de pompes NA+/K+, qui fonctionnent en consommant la quasi-totalité de l énergie produite par les mitochondries du neurone. - en présence d un stimuli, il se produit une modification de la perméabilité membranaire, qui induit un mouvement ionique et entraine une dépolarisation de la membrane neuronale. L onde de dépolarisation va progresser jusqu à la synapse et déclencher la libération du neuromédiateur, dont le type (inhibiteur ou excitateur) conditionnera l effet final. La fonction des neurones est elle-même conditionnée par les cellules gliales : les astrocytes sont qualifiés de «compagnons des neurones» depuis la période embryonnaire jusqu à l âge adulte. Les astrocytes sont indispensables à la fonction des neurones puisque [1] ce sont eux qui prélèvent dans le sang les substrats nécessaires au métabolisme énergétique des neurones et [2] qu ils régulent la composition du milieu extra cellulaire du système nerveux. Les oligodendrocytes sont responsables de la myélinisation des axones. Un autre type de cellule gliale, la microglie, correspond à des cellules mononuclées (monocyte-macrophage). Elles ne sont visibles qu en cas de lésion du système nerveux afin d en assurer sa défense. 6

7 2. ETUDE HISTOLOGIE DU SYSTEME NERVEUX CENTRAL Lorsque l on pratique une coupe de tissu nerveux, l aspect macroscopique retrouve toujours 2 aspects : de la substance grise et de la substance blanche. La substance grise correspond aux corps cellulaires des neurones alors que la substance blanche correspond aux axones des neurones (fibres nerveuses). La couleur blanche est due au contenu lipidique de la gaine de myéline. Selon les régions du système nerveux, la répartition substance blanche / substance grise va changer de même que leurs proportions respectives. 7

8 L histologie du système nerveux central sera détaillée au niveau de 4 grandes régions : la moelle épinière, le tronc cérébral, le cortex cérébelleux et le cortex cérébral. a) Moelle épinière De façon générale, la moelle épinière correspond à un cordon de système nerveux central : au niveau duquel : - la SG se trouve au centre, revêt un aspect en ailes de papillons. C est à son niveau que se trouvent les corps cellulaires des neurones moteurs et sensitifs. - la SB se trouve à la partie postérieure et ventro latérale de la moelle. C est à son niveau que se cheminent les fibres axonales sensitives ascendantes et motrices descendantes. La moelle renferme 4 sillons, dont les caractéristiques permettent une orientation sur une coupe transversale (Figure 4) : - un sillon ventral médian, profond - un sillon dorsal médian, petit - deux sillons latéraux : un dorsal et un ventral qui correspondent à l entrée et à la sortie des racines nerveuses, respectivement. La moelle comporte une commissure centrale qui correspond au canal de l épendyme, à l intérieur duquel chemine le liquide céphalo-rachidien (LCR). 8

9 Figure 4 : Vue globale d une coupe transversale de moelle épinière Figure 5 : Substance grise de la moelle épinière 9

10 *SUBSTANCE GRISE (SG) La partie antérieure «cornes ventrales» renferme les corps cellulaires des neurones moteurs. Il s agit de volumineux neurones, relais des neurones du cortex moteur. La partie postérieure «cornes dorsales» renferme des petits neurones sensitifs dits de 2 ème ordre. Au niveau de la moelle dorsale et lombaire supérieure, il existe des «cornes latérales» où se trouvent les corps cellulaires neurones sympathiques efférents pré ganglionnaires. *SUBSTANCE BLANCHE (SB) La SB postérieure correspond aux «cordons postérieurs» et renferme des fibres sensitives ascendantes. Ces fibres véhiculent la vibration, la proprioception et le toucher discriminatif. La SB ventro latérale renferme également des fibres axonales myélinisées. Il s agit de fibres sensitives ascendantes au niveau ventro latéral (faisceaux spino thalamique latéral : douleur, température et ventral : toucher superficiel) et de fibres descendantes motrices (faisceau cortico spinal). La moelle épinière va augmenter de volume de bas en haut, car les fibres qu elle renferme y sont de plus en plus nombreuses. 10

11 Figure 6 : Substance blanche Figure 7 : Coupe histologique de la moelle épinière 11

12 b) Tronc cérébral Le tronc cérébral constitue essentiellement une zone de passage des fibres axonales ascendantes et descendantes. Ces fibres sont à disposition longitudinale au niveau du bulbe (partie inférieure du tronc cérébral), longitudinale et transversale au niveau de la protubérance (partie moyenne du tronc cérébral). La SG correspond à des amas de corps cellulaires neuronaux, groupés en noyaux ou dispersés au sein de la SB. - Etage bulbaire (Figure 8) *SUBSTANCE BLANCHE La SB bulbaire est principalement représentée par les pyramides, situées à sa partie ventrale. En coupe transversale, les pyramides forment 2 faisceaux symétriques de fibres longitudinales groupées. Il s agit des fibres corticales motrices descendantes «faisceau pyramidal» dont 90 à 95% d entre elles vont décusser au niveau de la partie basse du bulbe. La SB du bulbe comporte également à sa partie médiane le Lemniscus «faisceau lemniscal» qui correspond à un faisceau de fibres ascendantes, relai des cordons postérieurs de la moelle. *SUBSTANCE GRISE Elle est essentiellement représentée par le noyau olivaire ou «olive bulbaire» : ce noyau comporte 3 parties (olive principale, dorsale et ventrale). Son aspect rubanné est caractéristique (Figure 9), avec de grands neurones. D un point de vue fonctionnel, il s agit d un noyau relai des fibres corticales et médullaires vers le cervelet. A la partie dorsale du bulbe, de part et d autre de la ligne médiane, se trouvent les noyaux de la XIIème paire de nerfs craniens (Grand hypoglosse). 12

13 Figure 8 : Etage bulbaire Figure 9 : Aspect caractéristique du noyau dentelé 13

14 - Etage protubérantiel (Figure 10) *SUBSTANCE BLANCHE Elle a l aspect d un réseau de fibres entrecroisées occupant toute la partie ventrale de la protubérance. Il s agit de fibres longitudinales descendantes du cortex moteur ; ces fibres sont dispersées au niveau de la protubérance alors qu elles vont se rassembler à l étage bulbaire (pyramides). Les fibres transversales proviennent de fibres corticales descendantes après qu elles aient fait synapse avec les neurones du pont. Ces fibres se destinent au cervelet, via le pédoncule cérébelleux moyen. Les pédoncules cérébelleux correspondent à des faisceaux de fibres afférentes (pédoncule inférieur et moyen) et efférentes au cervelet (pédoncule supérieur). *SUBSTANCE GRISE A la partie ventrale de protubérance, la SG correspond aux corps cellulaires des neurones du pont (Figure 11). Il s agit de neurones de taille moyenne, à noyaux bien visibles, dispersés au sein des fibres entrecroisées. C est avec ces neurones que les fibres descendantes corticales vont faire synapse, pour ensuite rejoindre le cervelet. A la partie dorsale de la protubérance, se trouvent des amas de neurones qui correspondent aux noyaux des Vème, VIème et VIIème paires de nerfs crâniens. 14

15 Figure 10 : Protubérance Figure 11 : Aspect des neurones du pont 15

16 c) Cortex cérébelleux Le cervelet est situé à la partie dorsale de la protubérance. Il comporte une partie centrale «vermis» et 2 hémisphères. D un point de vue histologique, tout cet ensemble est constitué de façon identique. La SG (cortex) est en périphérie, forme des circonvolutions très ramifiées «foliées» et entoure une SB (médullaire) centrale. Le cortex cérébelleux est constitué de 3 couches de cellules (Figure 12) : - la première couche (externe) ou «couche moléculaire» est de faible cellularité et renferme essentiellement des dendrites et des axones qui font synapse ; - la deuxième couche correspond à l assise des «neurones de Purkinje». Il s agit de volumineux neurones, agencés de façon discontinue. Ces neurones ont de nombreux dendrites, qui se ramifient dans l assise moléculaire. Leur axone, unique, descend dans la SB en traversant la couche interne ; - la troisième couche (interne) ou couche granulaire renferme de nombreux neurones granulaires, de petite taille. Ces neurones sont pourvus de petits dendrites. Leurs axones remontent dans la couche moléculaire et ont un trajet parallèle avant de former des synapses avec les dendrites des neurones de Purkinje. 16

17 Figure 12 : Organisation du cortex cérébelleux Figure 13 : Correspondance avec l histologie 17

18 Principes fonctionnels du cortex cérébelleux Brièvement, la fonction du cervelet est l intégration mouvement, le contrôle de l équilibre et du tonus musculaire. Le cervelet reçoit des afférences supérieures (corticales) et inférieures (médullaires) via les pédoncules cérébelleux dont les fibres vont établir des connections avec les dendrites des neurones granulaires et des neurones de Purkinje. Les afférences du cervelet sont les axones des neurones de Purkinje qui vont traverser la couche des grains et gagner la SB afin d établir des relais aux niveaux de noyaux gris. d) Cortex cérébral Les 2 hémisphères du cerveau sont faits de circonvolutions de substance grise (cortex) et d une masse centrale de substance blanche où cheminent les fibres axonales efférentes et afférentes au cortex. Chez les êtres inférieurs, le cortex cérébral est constitué de 3 couches cellulaires dont la fonction principale est l odorat, alors que chez les mammifères, le cortex est à 6 couches (néo cortex). Chez l homme, 90% du cortex cérébral est à 6 couches (aires motrices, sensitives, associatives). Il persiste un cortex à 3 couches au niveau du cortex olfactif et du système limbique lobe temporal qui représente 10% du cortex cérébral. 18

19 Figure 14 : Cellule pyramidale Figure 15 : Cellule granulaire 19

20 D un point de vue architectural, le néo cortex comporte 5 types de neurones différents (dont 2 principaux) qui vont s agencer en 6 couches. Ces couches n ont pas de démarcation nette de l une à l autre ; il s agit de différences portant sur l aspect, la taille, la densité des neurones et de variations d une région corticale à l autre, selon l épaisseur du cortex et sa fonction. *LES DIFFERENTS NEURONES DU CORTEX CEREBRAL Les cellules pyramidales (Figure 14) ont un corps cellulaire en forme de «pyramide» dont le sommet est orienté vers la surface du cortex. L axone part de la base et traverse la SB. Les cellules pyramidales ont de multiples dendrites : 1 dendrite épais qui se ramifie en surface et plusieurs petits dendrites, ramifiés latéralement. Les cellules pyramidales sont de taille variable ; les petites sont plutôt en surface alors que les grandes cellules pyramidales du cortex moteur «Cellules de Betz» sont en profondeur. Les cellules pyramidales ont comme médiateur le glutamate, qui est excitateur de l influx nerveux. Les cellules granulaires «grains» (Figure 15) sont des petites cellules étoilées, pourvues de dendrites multiples, courts et d un petit axone vertical. Ces cellules ont comme médiateur le GABA qui est inhibiteur de l excitabilité. 20

21 Figure 16 : Cellules de Martinotti Figure 17 : Cellules fusiformes Figure 18 : Cellules de Cajal 21

22 Trois autres types de neurones sont rencontrés dans le cortex cérébral : - les cellules de Martinotti (Figure 16) sont des petits neurones polygonaux avec des dendrites peu nombreux, courts et un axone fin qui se dirige vers la surface où il chemine horizontalement ; - les cellules fusiformes (Figure 17) ressemblent à un fuseau orienté perpendiculairement à la surface corticale ; les dendrites sont multiples, ramifiés latéralement et l axone, unique, remonte vers la surface ; - les cellules de Cajal (Figure 18) sont horizontales, fusiformes et orientées parallèlement à la surface corticale ; elles se trouvent dans la couche superficielle du cortex où leur axone fait synapse avec les cellules pyramidales. *LES DIFFERENTS COUCHES DU CORTEX CEREBRAL Les 5 types de neurones vont s agencer en 6 couches cellulaires (Figure 19). De dehors en dedans, on distingue : La Couche I ou «Couche Plexiforme» qui est faiblement cellulaire ; celle-ci renferme de rares corps cellulaires (cellules de Cajal), mais surtout les dendrites et les axones des neurones corticaux qui viennent y faire synapse ; La Couche II : «Couche Granulaire externe» renferme une dense population de cellules associant des neurones granulaires mais aussi des petites cellules pyramidales ; 22

23 Figure 19 : Différentes couches du cortex cérébral Figure 20 : Correspondance avec l histologie 23

24 Figure 21 : Détail de la couche V (Ganglionnaire) La Couche III : «Couche Pyramidale externe» est peuplée de cellules pyramidales taille moyenne ; La Couche IV : «Couche Granulaire interne» est très dense, faite de neurones granulaires tassés les uns contre les autres ; La Couche V : «Pyramidale interne» ou couche ganglionnaire renferme de grandes cellules pyramidales, mais aussi des petites cellules étoilées et des cellules de Martinotti ; La Couche VI: «Multiforme», renferme un mélange de cellules de petite taille (étoilées, pyramidales, Martinotti). 24

25 *PRINCIPES FONCTIONNELS DU CORTEX CEREBRAL Bien que les connections synaptiques revêtent à l étage cérébral un caractère extrêmement complexe, un certain nombre de principes peuvent être énoncés : Toutes les unités fonctionnelles sont à disposition verticale, comme l orientation générale des axones et des dendrites ; Les fibres afférentes vont faire synapse dans la partie superficielle du cortex ; Les fibres efférentes (axones des cellules pyramidales) vont gagner la substance blanche mais aussi se ramifier vers la superficie et établir des communications avec d autres neurones corticaux (granulaires). Au niveau cellulaire, les neurones exercent des activités fonctionnelles différentes selon les aires dans lesquelles elles se trouvent ; mais, de façon générale, les cellules pyramidales ont une fonction excitatrice alors que les cellules granulaires ont une fonction inhibitrice de l excitabilité. Ouvrages de Référence Histologie fonctionnelle. Traduction de la 4 ème édition anglaise : Wheather s Functional Histology. A Text and coloour Atlas, Fourth Edition by B. Young and JW Heath. Churchill Livingston. Harcourt Publishers Limited, Embryologie Humaine. 2 ème édition française. Ouvrage original : Human Embryology, Third Edition by WJ. Larsen. Churchill Livingstone, Reproduction et Développement : 3ème édition corrigée. C Humeau et F Arnal. Editions Sauramps Médical,

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