Anatomie et métaux endogènes des noyaux cérébelleux profonds et du globus pallidus

A. Globus pallidus

Le globus pallidus (ou pallidum), « globe pâle, est l’une des deux principales structures affectées par le phé- nomène de capture cérébrale du Gd. Il appartient aux noyaux gris centraux, aussi appelés ganglions de la base. Cet ensemble de structures correspond à une grande partie de la zone sous corticale du télencéphale. Les noyaux gris centraux sont composés :

 du putamen et du noyau caudé, que l’on regroupe souvent sous l’appellation de striatum (on y asso- cie parfois le globus pallidus) ;

 du globus pallidus, lui-même divisé en globus pallidus interne (GPi) et globus pallidus externe (GPe) ;  du noyau subthalamique (STN) ;

 de la substance noire (substantia nigra), ainsi appelée pour sa richesse en neuromélanine qui lui confère sa couleur, elle-même divisée en substance noire réticulée (SNr), et en substance noire com- pacte (SNc), qui n’est pas considérée comme appartenant aux noyaux gris centraux.

Figure 25: Représentation schématique des différentes structures composant les noyaux gris centraux (site internet 8).

B. Les noyaux cérébelleux profonds et le cervelet

Le cervelet (étymologiquement « petit cerveau »), bien qu’il ne représente que 10% du volume cérébral total, contient la majorité des neurones du système nerveux central (on estime en effet qu’il y a environ 3,6 fois plus de neurones dans le cervelet que dans le cortex cérébral (Herculano-Houzel, 2010), essentiellement à cause du très grand nombre de cellules en grain, décrites plus bas). Il est l’un centre principal de la coordi- nation motrice, de l’apprentissage, de l’exécution cognitive.

Il est divisé anatomiquement en 3 lobes, puis en 10 lobules, selon la nomenclature de Larsell (Larsell, 1972).

Figure 26 : Décomposition schématique du cervelet en lobules, en coupe axiale avec localisation des noyaux cérébelleux profonds (A), et sagittale sur image anatomique (B). Lobules du vermis, L : lingula ; Ce : lobule central ; Cu : culmen ; D : déclive ; Fo : Folium ; Tu : tuber ; Py : pyramide ; U : Uvula (Cours M Braun, Faculté de Médecine de Nancy Université de Lorraine).

Les noyaux profonds du cervelet (surtout le noyau dentelé chez l’Homme) constituent la deuxième structure principale accumulant le Gd.

Les noyaux cérébelleux profonds (ou « deep cerebellar nuclei » en anglais, DCN) sont les structures qui com- prennent l’ensemble des corps cellulaires de la zone sous-corticale du cervelet.

Ils regroupent chez l’Homme 3 ou 4 noyaux (selon la nomenclature employée): le noyau dentelé est le plus gros et le plus externe. Lui sont accolés les noyaux emboliforme et globuleux, souvent regroupés sous le nom de noyau interposé ; et enfin le noyau fastigial, le plus interne (Figure 27 et Figure 28).

Figure 27 : (A) schéma en coupe axiale du cervelet et de ses noyaux profonds chez l’Homme (Sobotta, 1909). (B) Première IRM d’un patient, et (C) hypersignal T1 du noyau dentelé observé lors de la 12e _{IRM (Errante, 2014) ; (Robert, 2018b).}

Sur de telles images, il est, en fait, souvent assez difficile de statuer sur le rehaussement du signal du noyau emboliforme, bien plus petit et accolé au noyau dentelé.

Figure 28 : (D) coupe anatomique du cervelet et du tronc cérébral de Rat (Paxinos, 2007), montrant les noyaux cérébelleux profonds : en bleu le noyau latéral (correspondant au dentelé), en jaune le noyau interposé antérieur, en vert, noyau interposé postérieur, en violet le noyau médian. (E) Apparition d’un rehaussement T1 dans les noyaux cérébelleux profonds chez le Rat, après injections répétées de gadodiamide (Robert, 2016), (Robert, 2018b).

Naturellement, le Rat est lissencéphale alors que l’Homme est gyrencéphale. Chez le Rat, on ne parle pas de noyau dentelé mais de noyau latéral. Sa taille relative par rapport aux autres noyaux cérébelleux profonds est plus petite (Paxinos, 2007). Les couches corticales présentes chez l’Homme existent aussi chez le Rat. Les fonctions cérébelleuses sont globalement similaires et les voies fonctionnelles sont proches (Sultan, 2007). Le Rat est généralement considéré comme un modèle translationnel pour les études de la cognition, pour autant, bien entendu, que l’on tienne compte des facteurs éthologiques (Robert, 2018b ; Semple, 2013). Par conséquent, même s’il va de soi que les fonctions cognitives du Rat doivent être distinguées de celles de l’Homme, il semble justifié d’étudier cette espèce et d’essayer d’en tirer des conclusions chez l’Homme.

C. Des structures riches en métaux endogènes

Les noyaux cérébelleux profonds et les ganglions de la base, en plus d’être globalement impliqués dans les mêmes fonctions (contrôle fin de la coordination motrice, et intégration cognitive), ont pour caractéristique commune supplémentaire leur richesse en métaux endogènes.

En effet, le noyau dentelé ainsi que les noyaux gris centraux (globus pallidus, putamen, substance noire), seraient parmi les structures les plus riches en fer du cerveau (Hallgren, 1958 ; Höck, 1975 ; Hasan, 2012). Jusqu’à 150-200 µg de fer par gramme de protéines ont été dosés dans la substance noire et le globus pallidus (Götz, 2004). Les régions cérébrales impliquées dans le contrôle moteur sont en général plus riches en fer (Koeppen, 1995). Les ganglions de la base sont aussi relativement riches en cuivre (Popescu et Nichol, 2011).

Figure 29 : Cartographie anatomique relative des métaux Fe (a), Cu (b) et Zn (c) et superposition (d) sur une coupe sagittale du cervelet humain, par fluorescence X (échelle : la barre représente 5 mm) (dn : noyau dentelé, gm : matière grise ; wm : matière blanche) (Popescu, 2009).

Figure 30 : Cartographie par fluorescence X du fer (a), cuivre (b), et du zinc (c), dans le noyau dentelé chez l’Homme. Le blanc correspond à la plus grande concentration, le bleu foncé la plus faible (échelle : la barre représente 5 mm) (Koeppen, 2012).

On distingue bien, sur les cartographies de Koeppen et coll. (2012) ci-dessus, que le cuivre coïncide parfaite- ment avec le noyau dentelé (il sert d’ailleurs souvent de repère cartographique pour le délimiter). Le fer est le métal que l’on y trouve en plus grande concentration. Il est, quant à lui, plus concentré dans la zone cen- trale du noyau dentelé, puis sa teneur diminue de façon concentrique. Le zinc, enfin, est moins concentré en moyenne, et plus diffus, même s’il est plus présent au centre des noyaux dentelés. Le fer serait 10 fois plus concentré que le cuivre et le zinc (Koeppen, 2012).

Le cervelet total lui, est globalement aussi riche en fer qu’en zinc, mais la concentration tissulaire de cuivre est environ 10 fois plus faible. Le fer et le zinc sont, en effet, abondants dans le cortex cérébelleux, contrai- rement au cuivre (Erikson, 2004 ; Pal et Prasad, 2016).

Le globus pallidus est riche en fer et en cuivre, puis, relativement par rapport aux autres structures, en zinc (10 fois moins que le fer) (Figure 31) et en manganèse, environ 50-150 fois moins que le fer, avec des con-

Figure 31 : Distribution des métaux endogènes dans les noyaux gris centraux : fer (A), cuivre (C), zinc (E), et superposition (G). On note une accumulation de fer et de cuivre dans le globus pallidus (gpi et gpe) et de zinc en moindre proportion (d’après Popescu et Nichol, 2011) (échelle : la barre représente 10 mm).

Concernant la possible transmétallation entre le Gd du chélate de Gd et un métal endogène, il faut se rappe- ler qu’elle est logiquement plus aisée avec le pool labile de ces métaux, dont la concentration est bien en- tendu plus faible que celle du pool total. Une transmétallation du Gd avec le métal lié à un ligand physiolo- gique est possible mais elle dépendra de la concentration du métal et de son affinité pour ce ligand endogène. Le transport et l’homéostasie de ces métaux dans le cerveau seront présentés dans le chapitre suivant.