E x p l o r a t i o n Apport de l’imagerie médicale à l’étude de la fonction vésicosphinctérienne ■ A.M. Leroi* imagerie du cerveau humain est un apport technologique prometteur pour l’étude des différentes fonctions périnéales. La tomographie par émission de positrons (TEP) et la tomographie d’émission à photon unique (TEPU) permettent de visualiser le débit sanguin cérébral (DSC), reflet indirect de l’activité neuronale, ou d’étudier les systèmes de neurotransmetteurs. L’imagerie par résonance magnétique fonctionnelle (IRMF) fournit des informations temporelles sur l’activité cérébrale en réponse à un stimulus donné. L’ ÉTAT DES CONNAISSANCES SUR LE CONTRÔLE NEUROLOGIQUE CENTRAL DE LA CONTINENCE ET DE LA MICTION * Groupe de recherche de l’appareil digestif, environnement et nutrition (ADEN), hôpital Charles-Nicolle, CHU Rouen, 76031 Rouen Cedex. e-mail : [email protected] 40 Des études réalisées chez l’animal, ainsi que des observations cliniques effectuées chez l’homme (1-4), ont permis de mieux comprendre les mécanismes neurologiques impliqués dans le contrôle de la miction. Il a ainsi été individualisé, dès 1920, un centre mictionnel au niveau de la protubérance, dont la stimulation électrique permet d’aboutir à une miction harmonieuse (2, 5). Holstege et al. ont montré que la stimulation d’une région médiodorsale de la protubérance provoque, chez le chat, une diminution de la pression urétrale, un silence électromyographique périnéal et une contraction vésicale (6). Cette région, nommée M-region (5, 6), a des connections avec les neurones de la colonne intermédio-lateralis de la moelle sacrée. Ces colonnes contiennent des neurones parasympathiques destinés à l’innervation vésicale et des interneurones inhibiteurs des motoneurones innervant la musculature pelvienne (noyau d’Onuf). Par l’intermédiaire de ces projections, la région M est susceptible d’induire une miction par stimulation du détrusor vésical et par inhibition, dans le même temps, des motoneurones innervant les muscles pelviens, ce qui se traduit par la relaxation du sphincter urétral (7). Parallèlement, il a été démontré qu’une autre région protubérantielle, L-region, avait des projections sur les motoneurones sacrés des noyaux d’Onuf (7). Il a été proposé que la région M soit le site contrôlant la miction, alors que la région L contrôlerait la continence (figure 1). Malgré leurs rôles respectifs dans le contrôle de la miction et de la continence, ces deux centres protubérantiels reçoivent peu de projections véhiculant l’information sensitive depuis l’appareil urinaire (8). Cela n’est pas le cas de la substance grise péri-acqueducale (SGPA) qui reçoit un grand nombre d’informations sensitives en provenance de la moelle sacrée (9) (figure 2). Or, il existe des connections entre la SGPA et les centres mictionnels protubérantiels (10). Il a ainsi été suggéré que, au cours du remplissage vésical, la SGPA exerçait une influence tonique permanente sur les neurones du centre L. Lorsque la vessie atteint un certain seuil de remplissage et que la situation est appropriée, il y aurait une permutation de l’activité des neurones du centre L aux neurones du centre M. Il résulterait de cette modification une relaxation du sphincter urétral et une contraction du détrusor, d’où une vidange vésicale complète. Les études réalisées chez des patients ayant eu des lésions corticales antérieures soulignent l’importance du contrôle supra-protubérantiel de la miction. Les anévrismes artériels cérébraux antérieurs, les tumeurs et accidents vasculaires cérébraux touchant les lobes frontaux peuvent se compliquer de symptômes urinaires secondaires à des mictions incontrôlées mais complètes (11). Bien que leurs rôles restent Correspondances en pelvi-périnéologie - n° 4, vol. II - octobre/novembre/décembre 2002 Figure 1. Schéma illustrant les structures spinales et supra-spinales impliquées dans les voies efférentes du contrôle de la miction (26). Les lignes continues représentent les projections excitatrices ; les lignes discontinues des interneurones inhibiteurs sacrés au noyau d’Onuf représentent les voies inhibitrices. Les voies ne sont représentées que d’un côté. Abrévations : BC, brachium conjonctivum ; CA, commissure antérieure ; IC, colliculus inférieur ; OC, chiasma optique ; PON, protubérance ; SC, colliculus supérieur ; S2, second segment sacré. Aire pré-optique ÉTUDE NON INVASIVE DES MÉCANISMES NERVEUX IMPLIQUÉS DANS LA MICTION Substance grise péri-acqueducale Centre mictionnel protubérantiel L-region Interneurone inhibiteur Motoneurones vésicaux vessie Noyau d’Onuf Sphincter urétral externe Aire pré-optique Figure 2. Schéma illustrant les structures spinales et supra-spinales impliquées dans les voies afférentes véhiculant l’information sur le remplissage vésical (26). Les voies ne sont représentées que d’un côté. Abrévations : BC, brachium conjonctivum ; CA, commissure antérieure ; IC, colliculus inférieur ; OC, chiasma optique ; PON, protubérance ; SC, colliculus supérieur ; S2, second segment sacré. encore mal connus, d’autres structures supraprotubérantielles telles que le cervelet et l’hypothalamus interviennent également dans le contrôle neurologique de l’appareil vésicosphinctérien. Plusieurs études ont utilisé l’imagerie fonctionnelle (TEP ou TEPU) pour comparer les débits sanguins cérébraux mesurés avant la miction, vessie vide et pleine, puis pendant la miction, et enfin après la miction (12-15). Ces études ont été réalisées chez des sujets volontaires sains de sexe masculin (12, 13, 15) ou féminin (14), mais tous droitiers. Pour certains, les régions cérébrales étudiées s’étendaient de la protubérance au gyrus cingulaire (13, 14). Certaines zones, telles que le cortex cérébral, n’étaient donc pas incluses dans leurs études. Enfin, Nour et al. ont contrôlé par un bilan urodynamique la présence d’une contraction vésicale au moment de la miction (15). Il a ainsi été démontré que l’organisation du système nerveux impliqué dans le réflexe mictionnel était probablement très proche de celui précédemment décrit chez le chat. Plusieurs structures du système nerveux central seraient concernées par la réalisation d’une miction (figure 3). Le tegmentum pontique Substance grise péri-acqueducale Afférences vésicales secondaires Vessie Correspondances en pelvi-périnéologie - n° 4, vol. II - octobre/novembre/décembre 2002 Comme chez le chat, il a été individualisé deux zones protubérantielles susceptibles de participer au contrôle nerveux de la miction (12-15). La première zone, située dans la partie postéromédiane de la protubérance, proche du quatrième ventricule, serait l’équivalent de la région M, puisque le débit sanguin cérébral y est significativement augmenté lors de la miction (13, 14). Au contraire, la deuxième zone, située dans la protubérance mais dans une position ventrolatérale, était activée chez les sujets n’ayant pu uriner sur ordre (13, 14). Cette zone pourrait correspondre à la région L. En effet, dans les études de Blok et al. (13, 14), les sujets volontaires qui ne pouvaient initier de miction, probablement en raison d’une inhibition psychologique, contractaient leur sphincter urétral bien plus fortement que lors du scanner effectué pendant la retenue, alors que leur vessie était pleine et qu’ils essayaient d’uriner (figure 3). 41 E x p l o r a t i o n cendantes provenant de structures supra-protubérantielles (par exemple, l’hypothalamus), et activerait à son tour le centre mictionnel protubérantiel, aboutissant à une miction harmonieuse. L’hypothalamus Figure 3. Partie supérieure : sections horizontales montrant les aires cérébrales activées au cours de la miction (26). (a) M-region ou centre mictionnel protubérantiel ; (b) substance grise péri-acqueducale ; (c) hypothalamus ; (d) gyrus frontal inférieur ; (e) gyrus cingulaire antérieur. L, côté gauche; R : côté droit du cerveau. Partie inférieure : sections horizontales montrant les aires cérébrales activées lorsque les volontaires essayaient d’uriner sans succès. (a) L-region ou centre protubérantiel de continence ; (b) gyrus frontal inférieur : L, côté gauche du cerveau ; R, côté droit du cerveau. La substance grise péri-acqueducale (SGPA) Il a été observé une augmentation significative du flux sanguin cérébral au niveau de la SGPA pendant la miction des sujets volontaires sains de sexe masculin (13). Ce résultat n’a pas été retrouvé chez la femme (14). Compte tenu du rôle connu de la SGPA au cours des mictions chez le chat, ces résultats suggèrent que cette zone jouerait également un rôle important lors de la miction chez l’homme. On peut supposer que l’activation de la SGPA, résultant de la stimulation des tensio-récepteurs vésicaux par le remplissage vésical, soit responsable de l’activation du centre M entraînant la miction. Néanmoins, Nour et al. (15) n’ont pas mis en évidence d’activation significative de la SGPA vessie pleine versus vessie vide. Les auteurs en concluent que soit l’activation de cette région n’était pas détectable par le TEP, soit la distension de la vessie dans leur étude était insuffisante pour produire une telle activation. L’autre hypothèse est que, l’ordre de miction étant donné, la SGPA serait activée par des voies des- 42 Au vu des résultats de ces études (12-15), l’hypothalamus paraît également être impliqué dans la miction, ce qui a déjà été démontré chez le chat (16). Chez cet animal, la stimulation de certaines structures cérébrales telles que le gyrus cingulaire antérieur, le noyau pré-optique de l’hypothalamus ou l’amygdale entraînent des contractions vésicales (17). Toutes ces structures donnent naissance à des voies descendantes se projetant sur la SGPA et sur le système nerveux dit “émotionnel”. Seul le noyau pré-optique envoie des projections directement sur le centre mictionnel protubérantiel (région M). Bien que la participation du noyau pré-optique hypothalamique dans la miction soit confirmée par les études par TEP, son rôle exact demeure méconnu. On peut supposer que l’influence directe de cette aire hypothalamique sur le centre mictionnel protubérantiel détermine le début de la miction. Qu’il y ait ou non miction dépend toujours de l’environnement dans lequel se situe l’individu. Ainsi, lorsque l’information de plénitude vésicale est véhiculée via les afférences sensitives d’origine sacrée et la SGPA et qu’il peut y avoir miction, celle-ci ne se produit que lorsque certaines structures, telles que le noyau pré-optique hypothalamique, ont “décidé” que l’environnement s’y prêtait (13). Le cervelet Les études effectuées chez l’homme souffrant d’ataxie cérébelleuse (18) et les investigations réalisées chez l’animal après résection du cervelet (19) ont montré que le cervelet exerçait une action inhibitrice lors de la phase de continence et un rôle facilitateur durant la miction. Chez le sujet volontaire sain, Nour et al. (15) ont confirmé l’implication du cervelet dans le contrôle neurologique de la miction puisqu’ils ont mis en évidence une augmentation du débit sanguin cérébelleux au cours de la miction. Le cortex Chez l’homme, la miction s’accompagne d’une augmentation du débit sanguin cérébral dans le Correspondances en pelvi-périnéologie - n° 4, vol. II - octobre/novembre/décembre 2002 cortex sensorimoteur et l’aire motrice supplémentaire du cortex frontal (12, 15). Cependant, bien que les modifications de la pression abdominale enregistrée lors de l’étude de Nour et al. soient modestes, la relation entre ces modifications et l’activité cérébrale objectivée reste possible. Le foyer d’activité cérébrale déclenchée par la miction étant très proche des aires activées lors des efforts de contraction des muscles abdominaux et des différents muscles du plancher pelvien (20), il n’est en tous les cas pas possible d’exclure formellement cette hypothèse. Blok et al. (13) décrivent deux zones corticales impliquées dans la miction visualisées en TEP. Dans cette étude, la partie dorso-latérale du cortex préfrontal droit était activée lorsque la miction débutait, mais également lorsqu’elle était permise par le sujet mais non réalisée (figure 3). Le flux sanguin cérébral était diminué au niveau du gyrus cingulaire antérieur droit lorsque le sujet se retenait d’uriner. Cette désactivation du gyrus cingulaire antérieur reflèterait une inhibition des informations sensitives vésicales dans le but d’atténuer la sensation de plénitude vésicale et, par conséquent, le besoin impérieux d’uriner. Il est probable que l’activation du cortex préfrontal et du gyrus cingulaire antérieur ne soit pas spécifique de la miction, mais soit liée à des actions plus générales telles que l’attention et la sélection d’une réponse appropriée. Ainsi, les lésions du gyrus cingulaire antérieur sont susceptibles de provoquer une incontinence urinaire (11). Cela peut être dû à un manque d’attention du patient qui devient incapable de reconnaître la sensation de plénitude vésicale et n’a donc plus un comportement mictionnel approprié. L’étude de Blok et al. (13) a montré que les zones cérébrales (cortex et protubérance) impliquées dans la miction se situaient de façon prédominante à droite chez des sujets volontaires sains, tous droitiers. Cette latéralisation du contrôle mictionnel permettrait d’expliquer pourquoi l’incontinence urinaire est particulièrement fréquente après les lésions hémisphériques droites (21). Par ailleurs, la prédominance de l’hémisphère droit dans le contrôle des fonctions autonomiques a déjà été démontrée par des études utilisant le TEP et le TEPU pour le contrôle de la respiration (22) et de l’orgasme masculin (23). Toutefois, il faut souligner que les autres études effectuées en Correspondances en pelvi-périnéologie - n° 4, vol. II - octobre/novembre/décembre 2002 imagerie fonctionnelle sur le contrôle nerveux de la miction ne confirment pas ce résultat (12, 15). COMPARAISON DIRECTE ENTRE LA PERCEPTION DU REMPLISSAGE VÉSICAL ET L’ACTIVITÉ NEURONALE Alors que les précédentes études étaient essentiellement focalisées sur la miction, Athwal et al. (24) se sont intéressés à l’activité cérébrale pour différents volumes de remplissage vésical, non douloureux, ainsi que lors de besoins mictionnels impérieux. Onze sujets volontaires sains de sexe masculin (trois gauchers et huit droitiers), âgés de 19 à 54 ans, ont eu un remplissage vésical par cathétérisme urétral. Une TEP était effectuée après chaque remplissage. Le sujet avait ordre de coter sa perception du remplissage vésical (0 = pas de perception ; 1 = première sensation ; 2 = premier besoin impérieux ; 3 = besoin impérieux important ; 4 = besoin impérieux très important) avant et après la réalisation du scanner. Le débit sanguin cérébral de la SGPA augmentait parallèlement au degré de remplissage vésical, confirmant le rôle, discuté ci-dessus, de cette structure nerveuse dans le contrôle mictionnel. Une activité protubérantielle était également mise en évidence au cours du remplissage vésical. Cependant, contrairement à ce que l’on aurait pu attendre, cette zone d’hyperactivité protubérantielle semblait différente de la région L sollicitée lors des efforts de retenue. Au cours du remplissage vésical, il a été observé une activation bilatérale des lobes latéraux du cervelet et des aires frontales, suggérant que ces différentes structures ont un rôle non seulement moteur au cours de la miction (voir ci-dessus), mais également sensitif pendant le remplissage vésical et le maintien de la continence. Le débit sanguin cérébral au niveau du gyrus cingulaire était également modulé en fonction du remplissage vésical et de la sensation d’impériosité mictionnelle, et cela en dehors de toute perception douloureuse. Ce résultat confirme le rôle complexe joué par le gyrus cingulaire dans l’utilisation des informations sensitives vésicales afin d’influencer la perception de besoin impérieux et la continence urinaire. Aucune modification significative d’activité n’a été observée au niveau du 43 E x p l o r a t i o n cortex somesthésique lors du remplissage vésical ou de la perception d’un besoin mictionnel impérieux. Les structures cérébrales impliquées dans la perception du besoin impérieux semblent différentes de celles impliquées dans la sensation de remplissage vésical. Ainsi, certaines modifications telles que la désactivation au niveau de l’hypothalamus, du cortex prémoteur, de certaines parties du gyrus cingulaire de façon bilatérale étaient corrélées à la perception d’un besoin mictionnel impérieux et indépendantes de la perception de plénitude vésicale. D’autres études (13, 15) ont rapporté l’activation de l’insula et de l’opercule pendant le remplissage vésical. La stimulation de l’insula chez l’homme provoque une augmentation du tonus sympathique (25). L’activation des fibres sympathiques est connue pour accroître la relaxaR É F É R E N C E S B I B L I O G R A P H I Q U E S 1. 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Toutefois, l’attribution d’une fonction à une région spécifique du cerveau nécessitera la confrontation des résultats de plusieurs études utilisant des méthodologies variées (sujets volontaires sains et patients). 9. Vanderhost VG, Mouton LJ, Blok BF, Holstege G. Distinct cell groups in the lumbosacral cord in the cat project to different areas in the periaqueductal gray. J Comp Neurol 1996 ; 376 : 361-85. 10. Blok BF, Holstege G. Direct projections from the periaqueductal gray to the pontine micturition center (M-region). An anterograde and retrograde tracing study in the cat. Neurosci Lett 1994 ; 166 : 93-6. 11. Andrew J, Nathan PW. Lesions of the anterior frontal lobes and disturbances of micturition and defecation. Brain 1964 ; 87 : 233-62. 12. Fukuyama H, Matsuzaki S, Ouchi Y, Yamauchi H, Nagahama Y, Kimura J, Shibasaki H. Neural control of micturition in man examined with single photon emission computed tomography using 99mTc-HMPAO. Neuroreport 1996 ; 7 : 3009-12. 13. 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