Neurosciences/La moelle épinière

La moelle épinière se situe dans le prolongement du cerveau, juste derrière la colonne vertébrale. Pour simplifier, on peut voir celle-ci comme un relai entre le cerveau et le reste du corps, une sorte de gros câble qui se charge de transmettre des influx nerveux entre le cerveau et le reste du corps (notamment avec le système nerveux périphérique). Ceci dit, la moelle épinière est un organe relativement complexe, dont la fonction est loin de se limiter à celle d'un simple câble électrique. Ce serait oublier qu'elle prend en charge certains réflexes et peut même gérer de manière autonome certaines activités complexes comme la marche.

La moelle épinière est subdivisée en plusieurs sections anatomiques diverses et variées. Il est d'usage de découper la moelle épinière suivant sa longueur en segments, ainsi que sur sa largeur en couches ou "nerfs". Dans ce qui va suivre, nous allons détailler l'anatomie de la moelle épinière.

L'anatomie sur sa longueur de la moelle épinière

Segments de la moelle épinière, colorés selon leur appartenance aux segments cervicaux, thoraciques, lombaires ou sacrés.

Sur sa longueur, la moelle épinière est divisée en 31 segments médullaires. Chaque segment est situé "sous" une vertèbre de la colonne vertébrale, ce qui permet une correspondance équivoque entre une vertèbre et un segment. Par simplicité, les segments sont numérotés, avec un système de numérotation inspiré de celui des vertèbres.

Pour rappel, les vertèbres sont regroupées en quatre groupes selon leur position dans la colonne vertébrale : les vertèbres cervicales, thoraciques, lombaires et sacrées. Dans chaque groupe, les vertèbres sont numérotées en partant de la vertèbre la plus haute : on parle ainsi de vertèbre L1 (première vertèbre lombaire), C4 (quatrième vertèbre cervicale, et ainsi de suite. Cette numérotation est appliquée directement aux segments de la moelle épinière, par souci de simplicité. Ces segments sont donc regroupés en quatre grandes sections :

• des segments cervicaux, proches de la tête ;
• des segments thoraciques, sous le torse ;
• des segments lombaires, près du bassin ;
• des segments de la moelle sacrée, proche du coccyx.

Chaque segment donne chacun naissance à deux paires de nerfs (donc à quatre nerfs), qui émergent de la moelle épinière. Dans chaque paire, on trouve un nerf moteur et un nerf sensoriel qui portent tous les noms de racines rachidiennes. Ces deux nerfs se rejoignent et fusionnent un seul super nerf, appelé un nerf spinal. Ces nerfs spinaux font chacun synapse avec un ganglion appelé ganglion spinal, d'où sortent des nerfs sensoriels et moteurs. Chaque ganglion spinal contient des neurones sensoriels, les portions sensorielles des nerfs spinaux étant toutes composées d'axones de ces neurones ganglionnaires.

Illustration des nerfs spinaux qui sortent de la moelle épinière.

L'anatomie sur sa largeur (coupe-section) de la moelle épinière

Si on regarde la moelle épinière en coupe, on peut remarquer qu'elle n'est pas formée d'un seul bloc. L'observation montre que celle-ci est subdivisée en une substance grise en forme de papillon et une substance blanche. La matière grise est composée de neurones, avec quelques cellules gliales par ci par là. À l'opposé, la matière blanche contient des axones, provenant du cerveau ou de la matière grise de la moelle épinière. La gaine de myéline de ces axones est d'ailleurs ce qui donne une couleur blanche à la substance blanche

En clair, les neurones sont séparés des faisceaux d'axones dans la moelle épinière. On verra que c'est le cas dans tout le système nerveux central, le cerveau ne faisant pas exception. Matière blanche et matière grise sont elles-mêmes subdivisées en plusieurs "sections", aux noms compliqués, que nous aborderons dans ce qui suit.

Section de la moelle épinière.

Outre la substance grise et la substance blanche, la moelle épinière est entourée de méninges, des couches de tissu protecteur qui amortissent les chocs et apportent des nutriments à la moelle épinière. Outre les couches externes de méninges, on trouve aussi un tube situé au centre de la moelle épinière, dans lequel s'écoule du liquide céphalo-rachidien : il s'appelle le canal épendymaire. Pour résumer, la moelle épinière est composée d'une substance grise composée de neurones, d'une substance blanche formée d'axones, et de méninges protectrices.

La matière blanche de la moelle épinière

Dans la substance blanche, les transferts d'informations dans la moelle épinière peuvent se faire par deux voies. Les voies ascendantes transmettent les sensations aux cerveau, surtout des sensations tactiles. Elles servent de relai aux nerfs périphériques. Les voies descendantes regroupent deux types de voies.

• Les voies motrices transmettent des ordres du cerveau aux muscles. Elles partent du cerveau pour arriver aux motoneurones.
• Les voies de modulation règlent la sensibilité des récepteurs sensoriels ou des interneurones de la moelle épinière. Cela permet de contrôler la sensation de la douleur : le cerveau peut la diminuer ou l'amplifier suivant les besoins. De même, les motoneurones gamma peuvent régler l'intensité des récepteurs proprioceptifs et amplifier l'action de certaines réflexes.

La distinction entre voies ascendantes, descendantes et réflexes (on dit aussi d'association) se retrouve dans la matière blanche de la moelle épinière. Pour les voies descendantes, il y a une voie pyramidale chargée de la motricité fine, et une voie extrapyramidale chargée de tout le reste. La voie pyramidale transmet essentiellement la motricité consciente, là où la voie extra-pyramidale transmet la motricité inconsciente (maintien de l'équilibre, par exemple). Elles se distinguent aussi par leur source, l'endroit où elles prennent naissance : la voie pyramidale nait dans le cortex cérébral, alors que la voie extra-pyramidale nait dans divers noyaux du tronc cérébral.

La voie extra-pyramidale est loin d'être une voie unique : il s'agit en fait de plusieurs faisceaux qui prennent naissance dans des aires cérébrales distinctes. Le premier faisceau, dit rubrospinal, nait dans le noyau rouge. La voie reticulospinale nait dans ce qui est appelé la formation réticulée. La voie vestibulospinal nait dans les noyaux vestibulaires. Enfin, le faisceau olivospinal nait dans les noyaux olivaires.

Pour les voies ascendantes, les choses sont plus compliquées. Comme on peut s'en douter, la moelle épinière n'a aucun rôle dans l'audition, la vue, le goût ou l'odorat, dont les récepteurs sont localisés sur le visage : ces sensations sont transmises par les nerfs crâniens, pas par la moelle épinière. Ainsi, les voies ascendantes de la moelle épinière sont limitées à la transmission du toucher et de sensations similaires : température, douleur, proprioception.

Les sensations de température, douleur et proprioception sont transmises par trois faisceaux séparés dans la moelle épinière : le système des colonnes dorsales, la voie spino-cérébreleuse et le système antéro-latéral.

• Le système des colonnes dorsales transmet les sensations tactiles conscientes, qui regroupent la transmission du toucher et la transmission d'informations proprioceptives conscientes.
• La voie spinocérébreleuse transmet les informations proprioceptives inconscientes, celles qui permettent au cerveau de maintenir la posture et l'équilibre.
• Le système antérolatéral transmet le reste, principalement les sensations douloureuses et la température, mais aussi le toucher grossier. On peut lui-même le subdiviser en deux voies distinctes : une voie antérieure pour le toucher grossier, une voie latérale pour la température et la douleur.

Nom de la voie	Motrice/sensorielle	Informations transmises
Pyramidale	Motrice	Motricité fine
Extrapyramidale	Motrice	Motricité non-fine
Colonnes dorsales	Sensorielle	Toucher fin et proprioception consciente
Voie spino-cérébrelleuse	Sensorielle	Proprioception inconsciente (équilibre et maintien de la posture)
Système antéro-latéral (voie spino-thalamique)	Sensorielle	Toucher grossier, vibration, douleur, température

Voies ascendantes et descendantes dans la substance blanche de la moelle.

La matière grise de la moelle épinière

La matière grise de la moelle épinière est composée de motoneurones et d'interneurones. Dans les années 1950, le neuroanatoniste Bror Rexed remarqua que la matière grise de la moelle épinière est organisée en une dizaine de couches, qu'il cartographia. Ces couches sont appelées les couches de Rexed, ou encore laminae.

Illustration plus détaillée d'une section de moelle épinière.

Il remarqua aussi que les couches proches les unes des autres ont une fonction similaire : les voies ascendantes sont localisées dans des couches collées les unes aux autres, de même que les voies motrices. La moelle épinière est globalement subdivisée en une corne dorsale sensorielle, une corne ventrale motrice, avec quelques interneurones entre les deux. On peut ainsi diviser la moelle épinière en quatre portions :

• la corne dorsale, où l'on trouve les interneurones des voies ascendantes ;
• la corne ventrale, où l'on trouve les motoneurones des voies descendantes ;
• une corne intermédiaire pour les voies réflexes ;
• et la substance grise centrale, qui se charge de transmettre les informations au bon hémisphère du cerveau (pour rappel, les sensations du côté gauche sont prises en charge par l’hémisphère droit, et réciproquement).

Pour ceux qui relisent ce wikilivre, cette organisation de la moelle épinière dérive de celle du tube neural lors du développement. Pour rappel, celui-ci se subdivise en une plaque ventrale et une plaque dorsale. La première ne contient que des motoneurones et est donc une structure purement motrice, alors que la seconde est une structure purement sensorielle. On retrouve la même chose dans la moelle épinière

Les différentes couches de Rexed ont toutes des fonctions différentes et sont peuplées par des populations de neurones assez distinctes. Par exemple, la corne ventrale est riche en noyaux moteurs, des noyaux riches en motoneurones, qui jouent un grand rôle dans la transmission et le contrôle de la motricité.

Mais la corne dorsale et la corne intermédiaires possèdent elles aussi quelques noyaux sensoriels ou des noyaux d'interneurones. Les deux noyaux de la corne antérieure sont : le noyau proprius et la substance gélatineuse de Rolando. Ces deux noyaux sont impliqués dans la transmission des sensations thermiques et douloureuses, et sont en lien avec la voie spino-thalamique. Dans la corne intermédiaire, les couches servent surtout à transmettre les arcs réflexe, bien que certaines couches peuvent avoir un rôle de transmission cerveau->corps. Tel est le cas du noyau Intermédiolatéral, présent uniquement dans les segments T1 et L2, qui appartient au système sympathique.

Les maladies et syndromes médullaires

La moelle épinière peut être atteinte par des maladies très diverses : infarctus, tumeurs, infections, etc. Certaines maladies ne touchent que la moelle épinière, mais il n'est pas impossible que la moelle épinière soit atteinte par une maladie générale. Par exemple, la sclérose en plaque peut parfaitement atteindre à la fois le cerveau et la moelle épinière. Les maladies qui touchent "exclusivement" la moelle épinière ne sont pas si nombreuses (encore que...), mais peuvent avoir des origines très diverses : infections, tumeurs, et j'en passe.

Les infarctus médullaires sont des infarctus qui ont lieu dans les artères qui irriguent la moelle épinière. Les deux artères principales sont l'artère spinale antérieure et l'artère spinale postérieure. Elles n'alimentant pas les mêmes portions de la moelle épinière, ce qui donne des symptômes distincts, qu'on verra dans ce qui suit.

Les tumeurs, abcès médullaires et hémorragies médullaires entraînent une compression de la moelle épinière. Les tumeurs sont d'apparition lente, alors que les hémorragie sont d'apparition rapide. Il faut dire qu'une tumeur grossit lentement, contrairement à un hématome. Plus rarement, la compression de la moelle épinière peut provenir de problèmes assez rares liés aux cervicales, et plus précisément l'arthrite du cou : on parle alors de Spondylose cervicale.

Les infections et inflammations de la moelle épinière sont regroupées dans un ensemble hétérogène de maladies, qui portent de nom de myélites. Elles sont accompagnées de symptômes d’inflammation ou d'infection : fièvre, douleurs dans le dos, etc. La plupart sont causées par des virus, comme celui de la varicelle, de l'herpès, de la leptospirose, etc. Le cas le plus connu, mais aussi de plus en plus rare, est celui d'une infection par la poliomyélite. La maladie se déclare avec un simple syndrome grippal, potentiellement accompagné de signes méningés, suivi par l'apparition d'une paralysie aiguë.

Pour toutes les maladies précédentes, les symptômes sont globalement les mêmes : paralysie, déficit tactile. Ils dépendent surtout de la position de la lésion sur la moelle épinière, ainsi que les voies descendantes/ascendantes touchées. Les médecins ont donc identifié divers syndromes médullaires, qui permettent de localiser la lésion sur la moelle épinière, l'identification de la cause venant après. Voyons ceux-ci dans le détail.

Les syndromes médullaires totaux

Une lésion de la moelle épinière peut sectionner une partie ou la totalité de la moelle épinière. Le résultat est une paralysie, et/ou des troubles des sensations. La section totale de la moelle entraine une paralysie et une anesthésie du corps sous la lésion, avec une conservation de certains réflexes et des troubles des sphincters.

Le symptôme moteur principal est la paralysie. Suivant la localisation de la lésion, une plus grande partie du corps sera paralysée.

• Si la lésion a lieu dans la moelle lombaire, seul le bas du corps est paralysé : on parle alors de paraplégie.
• Si la lésion localisée dans les cervicales, l'ensemble du corps localisé sous le cou est paralysé, seul le visage gardant sa motricité : on parle alors de tétraplégie. Vu que les quatre membres sont paralysés, on lui donne aussi le nom de quadriplégie .
• Si la lésion a lieu dans la région sacrée de la moelle épinière, un syndrome du cône médullaire s'exprime (syndrome conus medullaris). Les troubles se limitent à des troubles du muscle de la cuisse, une incontinence, une impuissance sexuelle, des problèmes de défécation et une perte de sensibilité dans les zones génitale et rectale.
• Si la lésion a lieu légèrement plus haut, on parle de syndrome du cône sacré (syndrome cauda equina). Outre les symptômes d'un syndrome du cône médullaire, on peut aussi observer une paralysie des muscles du bas des jambes.

Un point important est qu'une section de la moelle épinière coupe celle-ci en deux portions qui ne communiquent plus, mais la moelle épinière sous la lésion est encore vivante. Les réflexes spinaux, qui passent uniquement par la moelle épinière, sont donc conservés. Et notamment, les réflexes qui commandent le tonus musculaire sont conservés, mais ne sont plus contrôlés par le cerveau. La conséquence est que la paralysie est couplée à des muscles durs, contractés en permanence. Cette paralysie spastique, caractéristique d'une atteinte de la moelle épinière ou des motoneurones, est à opposer à la paralysie flasque, où les muscles sont décontractés et... flasques.

À la paralysie s'ajoutent des troubles des sensations, les parties paralysées ne ressentant plus le toucher ou la douleur. Tout le corps qui est situé sous la lésion devient totalement insensible, avec une perte totale de sensations tactiles.

Enfin, on trouve aussi des troubles de la vessie et du rectum, caractérisés par une incontinence ou au contraire par une rétention urinaire. La raison en est que les sphincters ne sont plus commandés par le cerveau, la moelle épinière étant déconnectée. Le patient a aussi des troubles de l'érection et de l'éjaculation, pour la même raison. Suivant l'endroit où la moelle épinière est lésée, les troubles peuvent varier : les lésions de la portion sacrée et celles situées plus haut ne donnent pas les mêmes syndromes.

Si la moelle épinière est cassée au-dessus de sa portion sacrée, les réflexes liés à la vessie qui passent par la moelle épinière sont conservés, alors que la commande du cerveau n'arrive plus à la vessie. Le résultat est que la vessie se vide d'elle-même quand elle est assez remplie, elle se vide automatiquement par réflexe au-delà d'un certain volume. Ce symptôme s'appelle la vessie spastique neurogène. L'érection et l'éjaculation sont toujours possibles et on n'observe pas de troubles sexuels majeurs.

Si la moelle sacrée est lésée, ou que les ganglions/plexus nerveux le sont, la vessie est complétement flasque, atone, paralysée. On a alors une rétention urinaire, la vessie ne pouvant plus se contracter pour expulser son contenu. La vessie ne se vide que quand elle est remplie et que la pression sur le sphincter urinaire est trop forte, ce qui donne une rétention urinaire par débordement. De plus, les patients n'ont plus envie d'aller au petit coin quand leur vessie est pleine. La raison est que les voies ascendantes vers le cerveau sont coupées, ce qui fait que les patients ne ressentent plus leur vessie, ils ne peuvent pas savoir si leur vessie est remplie ou non. L'érection est perturbée et les patients sont atteints d'impuissance sexuelle. L'éjaculation est aussi perturbée, elle disparait complètement chez la quasi-totalité des patients.

Les syndromes médullaires partiels

Si seule une partie de la moelle épinière est touchée, le patient peut garder soit ses sensations tactiles, soit sa motricité. Cliniquement, tout dépend des voies ascendantes et descendantes qui sont touchées. Cliniquement, trois voies sont importantes : le système pyramidal pour la motricité, le système spino-thalamique latéral pour les sensations thermoalgiques (douleur et sensations de chaud/froid), et le système des colonnes dorsales pour le toucher et la proprioception. Il est rare qu'une seule voie soit touchée, cela n'arrive que dans certaines maladies génétiques. Il est plus fréquent que plusieurs voies soient touchées en même temps, les cas les plus fréquents étant les suivants.

Atteintes incomplètes de la moelle épinière. Il montre le système des colonnes dorsales, le système pyramidal (en haut) et le système latéral (le petit truc en bas)

Le syndrome central nait d'une section du centre de la moelle épinière, qui touche les colonnes dorsales ainsi que les voies pyramidales et le faisceau latéral. Il se traduit par une paralysie spastique et des déficits sensoriels très larges : dans le ressenti du toucher, de la douleur, de la température, et d'autres déficits tactiles.

Le syndrome antérieur provient d'une lésion des cornes antérieures, le plus souvent causé par un infarctus dans l'artère spinale antérieure. La lésion épargne les colonnes dorsales, mais pas le système spino-thalamique et les faisceaux pyramidaux. Il se traduit par une paralysie et un déficit thermoalgique du côté de la lésion, le toucher et la proprioception étant conservés.

Le syndrome de Brown-séquard naît d'une lésion sur un seul côté de la moelle épinière. Les conséquences de cette lésion unilatérale se manifestent pourtant à la fois du côté de la lésion (ipsilatéral) et de l'autre côté (controlatéral). Du côté de la lésion, on observe une paralysie flasque totale ou partielle, une perte des sensations tactiles et de la proprioception et une diminution/abolition de la transpiration. De l'autre côté, on voit une diminution des sensations thermoalgiques (douleur et sensations de chaud/froid).

Le syndrome postérieur est causé par une lésion isolée des colonnes dorsales. Il est souvent le résultat d'une ischémie dans l'artère spinale postérieure, mais peut aussi provenir d'une infection ou d'une carence extrême en vitamines. Les sensations de toucher et la proprioception sont altérés, c'est le seul symptôme.

Syndrome	Paralysie et perte des réflexes médullaires	Perte du toucher et de la proprioception	Perte des sensations douloureuses et des sensations de chaud/froid
Syndrome central	Oui, des deux côtés.
Syndrome de Brown-séquard	Oui, du côté de la lésion		Oui, de l'autre côté de la lésion
Syndrome des cornes antérieures	Oui	Non	Oui
Syndrome des cornes postérieures	Non	Oui	Non