Anatomie et physiologiedu nerf priphrique

JC Antoine R s u m . Le nerf priphrique est le lieu de passage des axones appartenant auxneurones moteurs, sensitifs ou autonomiques composant le systme nerveux priphrique.Son rle principal est de vhiculer linflux nerveux entre ces neurones et leurs cibles :rcepteurs sensitifs, muscles squelettiques, viscres. Lorganisation du nerf priphrique etle microenvironnement des axones qui le traversent sont totalement diffrents de ceux dusystme nerveux central. Cela permet aux troncs nerveux de faire face aux contraintesmcaniques et de bnficier dune vascularisation particulirement riche. La cellule deSchwann est la seule cellule gliale du nerf priphrique. Elle participe aux mcanismes de lacroissance nerveuse lors du dveloppement et, ce qui est propre au systme nerveuxpriphrique, lors de la rparation axonale aprs lsion. En fabriquant la gaine de myline,elle permet la conduction saltatoire de linflux nerveux. Ces dernires annes, les progrs dela biologie molculaire et la technique du patch clamp ont permis dapprhender lchelonde la molcule les multiples facteurs intervenant dans la structure et le fonctionnement dunerf priphrique. 1999, Elsevier, Paris.

Structure gnrale et proprits mcaniquesdu nerf priphrique

Organisation gnraleUn nerf priphrique est constitu dun ensemble de fascicules au seindesquels se distribuent les fibres nerveuses (laxone et ses cellules deSchwann satellites). Le fascicule est limit par le prinvre constitu decouches de cellules prineurales dorigine fibroblastique spares par desfaisceaux de collagne. Lendonvre correspond au tissu conjonctifintrafasciculaire. La moiti de la surface fasciculaire est occupe par les fibresnerveuses elles-mmes. Le reste est compos dune matrice de collagne detype I, de fluides endoneuraux, de fibroblastes et de rares mastocytes etmacrophages. Les fascicules nerveux se rassemblent dans un tissu conjonctiflche appel lpinvre qui assure la fixation et le glissement du nerf avec lesstructures de voisinage. Il contient le rseau vasculaire et lymphatique. lextrmit proximale, lendonvre du nerf fusionne avec celui de la racine,tandis que lpinvre fusionne avec la dure-mre ; quant au prinvre, seulesses couches les plus internes se prolongent pour recouvrir la racine. lextrmit distale, le prinvre samincit et entre en continuit avec lescapsules des organes sensoriels. En revanche, il sinterrompt avant la jonctionneuromusculaire, laissant un court espace ouvert.

Organisation longitudinale des fasciculeset des fibres nerveuses [4]Le nombre et la distribution des fascicules varient en permanence tout au longdu nerf du fait de fusions et dchanges de rameaux anastomotiques entre lesfascicules. Un nerf peut contenir de un 100 fascicules. Les fascicules sontplus nombreux dans les rgions proximales et tendent fusionner dans lesrgions distales. Cette organisation joue un rle important dans la distributiondes fibres nerveuses. Dans les rgions proximales, celles-ci se rpartissent auhasard et un fascicule contient des fibres destines plusieurs branches de

Jean-Christophe Antoine : Mdecin des Hpitaux, service de neurologie, hpital de Bellevue,25, boulevard Pasteur, 42055 Saint-tienne cedex 02, France.

Toute rfrence cet article doit porter la mention : Antoine JC. Anatomie et physiologiedu nerf priphrique. Encycl Md Chir (Elsevier, Paris), Appareil locomoteur, 14-005-A-10,1999, 4 p.

division. Les fibres destines aux branches de division proximales tendentcependant se grouper en priphrie. Distalement, la proportion de fibresdestines une branche de division crot dautant plus quon sapproche de ladivision et le rameau ne sindividualise que peu avant son mergence du troncdu nerf.

Proprits mcaniques du nerf priphrique [4]

Le fascicule nerveux et les fibres quil contient ont un trajet naturel ondulant.Cela assure au nerf des possibilits notables dlongation. Le prinvre estprincipalement responsable de son lasticit. Lors de ltirement, les forcestensionnelles et les proprits lastiques sappliquent dabord sur le fascicule,puis sur les fibres qui gardent longtemps leur forme normale. Le diamtre dufascicule diminue et la pression intrafasciculaire augmente, ce qui peutcompromettre, si elle se prolonge, la vascularisation du nerf. La rsistance llongation dpend de nombreux facteurs dont limportance de la force dedformation, sa vitesse dapplication et sa dure. De lpinvre et du nombrede fascicules composant le nerf dpend lamortissement des forces decompression exerces sur le nerf. Les troncs nerveux ayant peu de fasciculessont plus sensibles la compression, de mme que les racines qui nont pas destructure quivalente lpinvre et dont le prinvre est plus mince.

Vascularisation et barriresdchange du nerf [2]

Du fait de leur loignement du corps cellulaire dont ils sont issus, les axonessont particulirement sensibles au microenvironnement de lendonvre.Celui-ci est maintenu stable grce un systme vasculaire complexe et unebarrire le sparant de lextrieur. Cette barrire est assure par des tightjunctions entre les cellules endothliales et entre les cellules du prinvre. Ellenest cependant pas absolue et permet de maintenir la composition des fluidesendoneuraux grce un transfert au travers des capillaires et, semble-t-il, descellules prineurales qui sont dotes de vsicules de pinocytose.La vascularisation du nerf priphrique est assure par deux systmes. Lesystme extrinsque est form des vaisseaux rgionaux. Le rseau intrinsqueest constitu par les capillaires endoneuraux distribus longitudinalement.Les vaisseaux de lpinvre et du prinvre forment un riche rseauanastomotique interconnectant les deux systmes longitudinalement etradialement. Du fait de cette distribution et bien quils ne disposent pas desystme dautorgulation de leur dbit sanguin, les troncs nerveux sont

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relativement rsistants lischmie qui ne survient quen cas de lsionsvasculaires ou microvasculaires tendues. En cas dischmie nerveuse, lazone centrofasciculaire est plus souvent lse que la zone sous-prineurale,peut-tre parce que cette dernire comporte une plus grande densit decapillaires et que les substances nutritives peuvent y diffuser au travers duprinvre. Il semble aussi exister une zone frontire fragile entre deuxterritoires vasculaires longitudinaux ; mais elle est moins bien tablie. Enfin,les faibles besoins nergtiques du nerf, bien infrieurs aux apports normaux,et la possibilit de fonctionner partiellement en anarobiose contribueraient sa rsistance lischmie.

Structure et organisation gnraledes fibres nerveuses (fig 1)

Un nerf priphrique de mammifre contient deux types de fibres suivant queleur axone comporte ou non une gaine de myline. Cette dernire estsynthtise par la cellule de Schwann. Une fibre mylinise est entoure surune longueur donne par une seule cellule de Schwann. La situation est pluscomplexe pour les fibres amyliniques o plusieurs axones peuvent trerassembls dans une cellule de Schwann, spars les uns des autres par unelanguette cytoplasmique. La prsence dune gaine de myline est corrle audiamtre de laxone. En gnral, les axones de moins de 1 m ne sont pasmyliniss. Le rle et les principales caractristiques des diffrentes fibressont rsumes dans le tableau I. La densit des fibres nerveuses par unit desurface endoneurale varie en fonction du nerf, du niveau tudi, de lge et defacteurs individuels. Par exemple, la densit des fibres mylinises du nerfsural est de 25 000/mm2 la naissance, de 7500 10 000/mm2 chez ladulte.Elle diminue aprs 60 ans. Celle des fibres amyliniques varie de 19 000 65 000/mm2 chez ladulte.

Structure et physiologie de laxone [1, 2]

Laxone est le prolongement cylindrique du cytoplasme neuronal(laxoplasme). Il est limit par une membrane de type cytoplasmique,laxolemme. Il ne comporte pas de ribosome et est incapable de raliser unesynthse protique. Lensemble de ses constituants provient donc du corpscellulaire et est vhicul par le flux axonal.

Structure de laxone

Les protines du cytosquelette sont impliques dans la forme de laxone,llongation lors de la croissance et de la rgnration axonale, lasynaptogense et enfin le flux axonal. Trois types de protines, classessuivant leur taille, contribuent la structure, au maintien de la forme et lacroissance de laxone. Les filaments intermdiaires et en particulier lesneurofilaments sont responsables de la forme et du diamtre de laxone. Cesderniers sont forms dun assemblage de trois protines, NF-L, NF-M etNF-H, dont la phosphorylation, en augmentant leur cartement, contribue aumaintien du diamtre de laxone. Il sagit dune fonction fondamentalepuisque la mylinisation est corrle au diamtre de laxone (cf infra). Lesmicrofilaments sont constitus de polymres dactine. Leur assemblage estcontrl par plus dune quinzaine de protines diffrentes. Ils sont abondantsdans les zones en mouvement et au niveau des ancrages membranaires. Ilsinterviennent dans la mobilit du cne de croissance axonal et lasynaptogense. Le dernier type de protines du cytosquelette est reprsentpar les microtubules. Ils rsultent de la polymrisation dhtrodimres detubuline et aboutissant la formation de tubules creux denviron 100 nmsur lesquels viennent se fixer, telles les marches dun escalier en colimaon,les protines associes aux microtubules. Ces protines sont impliques danslassemblage et la stabilisation des microtubules ainsi que dans leursinteractions avec les autres lments du cytosquelette. Les microtubulesinterviennent dans la croissance et le flux axonal.

Flux axonal

Les axones sont parcourus par un flux permanent permettant damener ducorps cellulaire vers lextrmit distale les constituants structuraux delaxone, les lments nergtiques ncessaires son fonctionnement et lesneurotransmetteurs synthtiss dans le cytoplasme. ct de ce fluxantrograde, il existe un flux rtrograde, ramenant vers le corps cellulaire leslments recycls et diverses informations issues de la priphrie. La vitessede circulation dpend des lments considrs. On distingue les flux lents etrapides. Le flux antrograde rapide vhicule dune part des structuresvsiculaires et tubulaires contenant les neurotransmetteurs et les protinesmembranaires (200-400 mm/jour) et dautre part des mitochondries apportantles facteurs nergtiques et les lipides membranaires (50-100 mm/jour). Leflux rtrograde circule la vitesse de 200-300 mm/jour et transporte desvsicules lysosomiales, des enzymes et des facteurs de croissance. Lesmcanismes du flux axonal rapide sont actuellement bien connus. Il se fait lelong des microtubules et utilise des protines motrices possdant une activitATPasique. Ces protines ont une extrmit fixe aux microtubules et lautresur les organites subcellulaires transporter. La kinsine est responsable dutransport antrograde et la dynine du transport rtrograde. Le flux axonal lenttransporte antrogradement les protines de structure du cytosquelette unevitesse variant entre 0,2 et 8 mm/j. Ses mcanismes sont mal connus.

Axolemme

Laxolemme assure linterface entre laxone et le milieu extrieur. Il estconstitu dune bicouche lipidique, de protines et de glycolipides tels queles gangliosides. Il assure les relations entre laxone et la cellule de Schwann

1 Microscopie lectronique (grossissement x 3 000). On distingue clairement les axonesmyliniss (toile) des axones non myliniss (flches). Le cytoplasme des cellules deSchwann des fibres mylinises contient des inclusions pseudomyliniques (I) ou des-granules de Reich (G). Les fibres amyliniques sont soit isoles, soit groupes au seindune cellule de Schwann. Lendonvre est constitu de collagne.

Tableau I. Caractristiques des principaux types de fibres du systme nerveux priphrique.Il existe deux nomenclatures : celle de Erland et Gasser (lettres) et celle de Lloyd (chiffres romains).Cette dernire sapplique exclusivement aux fibres sensitives.

Types de fibres Rles Mylinisation Diamtre (m) Vitesse de conduction (m/s)sensitivesA Ia proprioception : fuseaux neuromusculaires + 12-20 70-120

Ib organe de Golgi des tendons +II sensibilit cutane : toucher, + 5-12 30-70

A III pression cutane : temprature, + 2-5 12-30C IV douleur cutane : douleur - 0,4-1,2 0,5-2

motricesA muscles squelettiques + 12-20 70-120A fuseaux neuromusculaires + 5-12 30-70

vgtativesB sympathiques prganglionnaires + 3 3-15C sympathiques postganglionnaires - 0,3-1,3 0,7-2,3

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et porte les protines impliques dans la conduction de linflux nerveux. Ilexiste un espace libre denviron 15 nm sparant laxone de la cellule deSchwann.

Cellule de Schwann et gaine de myline [2, 3]Les cellules de Schwann sont les seules cellules gliales du nerf priphrique.Elles drivent des crtes neurales et migrent dans les futurs nerfspriphriques. Leur multiplication et leur diffrenciation sont contrles parles neurgulines produites par laxone. Les cellules de Schwann interviennentdans le guidage de la croissance axonale, dans la mylinisation, dans ladgnrescence et la repousse axonale.

Gaine de myline et mylinisationLa gaine de myline est un enroulement multilamellaire rsultant dunespcialisation de la membrane plasmique de la cellule de Schwann. Lors despremires tapes du dveloppement, laxone est englob dans uneinvagination de la cellule de Schwann dont les extrmits forment lemsaxone. Lorsque la cellule de Schwann est mylinisante, le msaxonesenroule autour de laxone et les feuillets membranaires sapposent. Lamyline compacte est forme par limination du cytoplasme schwannienprsent entre les tours de spire. Cependant, ce cytoplasme persiste par placeso la myline est dite non compacte. Cest en particulier le cas dans la rgionpriaxonale et dans les incisures de Schmidt-Lanterman, bandes de mylinenon compacte persistant au sein de la myline compacte. La mylinecompacte est donc forme de lamelles dont la priodicit est de 15 nmenviron. La cellule de Schwann mylinise un segment donn de laxone.Lespace sparant deux segments myliniss est le nud de Ranvier, celuisparant deux nuds de Ranvier est lespace internodal. Au niveau du nudde Ranvier, laxone est partiellement recouvert par les boucles latrales de lagaine de myline contenant un peu de cytoplasme et par la membrane basaledes cellules de Schwann adjacentes qui fusionnent pour former un tubecontinu autour de laxone. Il existe une relation directe entre lpaisseur de lagaine de myline et le diamtre de laxone et, bien que moins tablie, entre lediamtre de laxone et la distance internodale. Plus le diamtre de laxoneaugmente, plus lpaisseur de la gaine de myline et la distance internodaleaugmentent. diamtre axonal quivalent, ces valeurs sont plus faibles encas de remylinisation aprs dmylinisation ou de rgnrescence axonale.La lamelle de myline est forme dune bicouche lipidique au sein de laquellese trouvent des protines spcifiques. La composition de la mylinepriphrique est diffrente de celle de la myline centrale, bien que des protinespuissent tre communes aux deux. La protine Po est le constituant majeur de lamyline priphrique. Cette glycoprotine appartient la superfamille desimmunoglobulines et intervient par des interactions homophyliques dans lecompactage de la myline. Les protines PMP22, la protine basique de lamyline ainsi que le galactocrbroside et les sulfatides sont des constituants dela myline compacte. La MAG (myelin associated glycoprotein) est une autreprotine glycosyle de la superfamille des immunoglobulines exprime dansla myline non compacte et en particulier dans la zone priaxonale. Laconnexine 32 (famille des protines de gap junction) et la E-cadherineappartiennent aussi la myline non compacte. Le rle de ces protines seraitde permettre la diffusion des ions et des petites molcules travers les spiralesde la myline depuis lespace priaxonal vers le cytoplasme extrieur etinversement. Nombre de ces protines sont impliques en pathologie dans desphnomnes auto-immuns (MAG) ou des mutations pathognes (Po, PMP22,connexine 32). Le processus de mylinisation est un phnomne complexe. Ilest dmontr que laxone induit la transformation de la cellule de Schwannimmature en cellule mylinisante. Le contact avec laxone saccompagneaussi de la formation de la membrane basale de la cellule de Schwann. Lesmcanismes responsables de linduction de la mylinisation demeurentinconnus mais font intervenir lacide adnosine monophosphorique cyclique.Diffrents facteurs de transcription responsables de la rgulation de lamylinisation ont t identifis ; leur expression squentielle intervient destapes prcises de la maturation de la cellule de Schwann permettant lepassage de ltat non mylinisant ltat mylinisant.

Autres fonctions de la cellule de SchwannLa membrane basale de la cellule de Schwann forme de collagne IV, delaminine et de fibronectine entre en contact avec des rcepteurs de lamembrane cellulaire tels que des intgrines ou des dystroglycanes impliqusdans la mylinisation. La membrane basale permet aussi le guidage desaxones lors de la croissance axonale. En particulier, la laminine 2 est unpuissant stimulateur de llongation axonale. En cas de dgnrescenceaxonale, les cellules de Schwann contribuent avec les macrophages rsorber

les dbris axonomyliniques. Elles se multiplient lintrieur du tube formpar la fusion de leur membrane basale et scrtent un certain nombre decytokines action large telles que linterleukine 6 et des facteurs de croissancequi interviennent dans lattraction et la trophicit des axones enrgnrescence. Lexistence dun environnement propice la croissanceaxonale, en grande partie li aux proprits de la cellule de Schwann, na passon quivalent dans le systme nerveux central.

Physiologie de la conduction nerveuse [2, 5]La conduction de linflux nerveux est la fonction principale du nerfpriphrique. Elle dpend de proprits particulires de laxolemme.

Potentiels membranaires et conduction nerveuseLa diffrence de concentration ionique de part et dautre de la membraneaxonale (excs de charges positives lextrieur et de charges ngatives lintrieur) gnre une diffrence de potentiel ngative de -70 mV, ditepotentiel de repos. Ce potentiel rsulte de lquilibre entre la diffusion passivedes ions (Na+, K+, Cl-, Ca++) et le mouvement actif de pompes membranaires.Le potentiel daction ne se produit que lorsquune forte dpolarisation de lamembrane survient (diminution de la diffrence de charge infrieure -40mV) suivant la loi du tout ou rien. Le sodium pntre alors brivement danslaxone. Cest la phase ascendante. Trs rapidement, une sortie de potassiumsurvient et le potentiel retourne la normale (phase descendante). Pendantcette priode, laxone devient inexcitable (priode rfractaire absolue). Elleest suivie dune priode rfractaire relative correspondant unehyperpolarisation transitoire de la membrane o seule une stimulationsupraliminaire peut induire un potentiel daction. Linversion des charges depart et dautre de laxolemme, localise lendroit o est gnr le potentieldaction, cre une diffrence de potentiel avec les rgions avoisinantes quipermet la propagation de linflux nerveux par contigut. La prioderfractaire absolue empche la propagation rtrograde de linflux.

Bases molculaires de la conduction nerveuseLaxolemme est travers de diffrentes protines transmembranaires quiassurent le mouvement actif des ions. Parmi elles, les canaux voltagesdpendants Na+ et K+ ainsi que la pompe Na+-K+-ATPase jouent le rleprincipal. Les canaux Na+ sont inhibs par la ttrodotoxine, la saxitoxine etles anesthsiques locaux. Ils possdent trois tats fonctionnels diffrents :ferm, ouvert et inactiv pendant lequel ils sont transitoirement insensiblesaux variations de potentiels. Lors de larrive du potentiel daction, les canauxNa+ souvrent en quantit croissante et se referment lors de la phasedescendante ou deviennent inactivs suivant les cas. La distribution descanaux Na+ nest pas alatoire sur laxone mylinis. Ils sont fortementconcentrs dans la rgion nodale (densit denviron 1 200/mm2) et trs peunombreux dans les rgions internodales. Sur les fibres amyliniques, leurdistribution est homogne et leur densit faible (environ 200/mm2). Laprsence de canaux Na+ a aussi t dmontre sur les cellules de Schwann,mais leur rle demeure inconnu. Il existe plusieurs types de canaux K+.Certains sont voltages dpendants (gnrateurs des courants IKV, IA, IK) etdautres dpendent du Ca++ (canaux BK et SK). Schmatiquement, ils serpartissent en deux groupes : ceux ayant une action rapide (IA) et ceuxdaction lente dits de rectification retarde (IKV) qui permettent larepolarisation membranaire. Ils sont tous deux bloqus par lettrathylammonium et pour les rapides par la 4-aminopyridine. Sur les fibresmylinises, les canaux K+ sont rpartis dans les rgions inter- et paranodales.La pompe Na+-K+-ATPase est le principal transporteur dion actif. Ellechange trois Na+ contre deux K+ . Cette asymtrie du transfert permet lemaintien du potentiel de repos et corrige les gradients ioniques aprs unedcharge haute frquence. Lactivit ATPasique dpend du calcium et estbloque par louabane. Un dysfonctionnement pathologique de canauxioniques aboutit au ralentissement des vitesses de conduction, au bloc deconduction, la gnration de foyers de dcharges ectopiques et lhyperpolarisation membranaire.

Synapse neuromusculaireCest dans le bouton terminal de laxone que le signal lectrique esttransform en une transmission chimique. Larrive de linflux provoquelouverture de canaux calciques voltages dpendants de type P/Q. Lentrede calcium est suivie dune cascade dactivation protique aboutissant lafusion de la membrane des vsicules synaptiques contenant lactylcholineavec la membrane synaptique et la libration du neurotransmetteur parexocytose dans la fente synaptique.

Rfrences

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Rfrences

[1] Csaro P, Kravel Y, Ollat H, Peschanski M, Sindou M.Neuroanatomie fonctionnelle. De la cellule aux comporte-ments. ANNP, 1993 Vol I : Le neurone.

[2] Dick PJ, Thomas PK, Griffin JW, Low PA, Podsulo JF. Pe-ripheral neuropathy. Philadelphia : WB Saunders, 1993

[3] Scherer SS. The biology and pathology of Schwann cells.Curr Opin Neurol 1997 ; 10 : 386-397

[4] Sunderland S. The anatomical basis of nerve repair. In :Jewet DL, McCarroll HR eds. Nerve repair and regenera-tion. Its clinical and experimental basis. St Louis : CVMosby, 1980 : 14-35

[5] Waxman SG. Voltage gated ion channels in axons: local-ization, function, and development. In : Waxman SGKoc-sis JDStys PK eds. The axon: structure, function andpathophysiology. New York : Oxford University Press,1995 : 218-243

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