Organisation et innervation des fibres musculaires striées du rhabdosphincter du rat

04 décembre 2003

Mots clés : Rhabdosphincter, fibres musculaires striées, rat, incontinence urinaire.
Auteurs : MONDET F., SEBE P., SEBILLE A., CHARTIER-KASTLER E., HAAB F.
Référence : Prog Urol, 2003, 13, 629-635
Objectifs : Déterminer chez le rat, l'organisation des fibres musculaires striées (FMS) du rhabdosphincter (RS) et caractériser les plaques motrices (PM). Matériel et Méthode: Les urètres de 30 rats mâles et femelles ont été étudiés. Deux mille coupes sériées colorées à l'hémateine-éosine et 800 coupes soumises à une coloration simultanée des PM et des terminaisons nerveuses ont été étudiées.
Résultats : Les FMS du RS s'organisent au sein de la paroi urétrale en quatre faisceaux symétriques. Les PM prédominent dans le tiers crânial du RS (22 PM par coupe). Soixante seize pour cent des PM se situent dans les régions latérales. Les unités motrices sont composées d'au plus de 5 FMS groupées entre elles.
Conclusion : Les FMS du RS s'organisent en 4 faisceaux symétriques. Les insertions myoconjonctives des FMS soulignent l'importance du tissu conjonctif dans leur action contractile. Elles sont innervées par une seule PM, comme les fibres musculaires des muscles striés squelettiques. Au sein du RS, les PM se localisent préférentiellement latéralement à droite et à gauche. L'organisation particulière des unités motrices permet d'envisager un mécanisme original de renforcement de la contraction musculaire du RS.

Le rat est un modèle très largement utilisé dans l'étude de la physiopathologie des troubles mictionnels [4, 14, 26-28]. Chez l'Homme, il existe de nombreuses études histologiques du rhabdosphincter (RS) avec des résultats parfois discordant [7-9, 11, 15-18, 20, 21, 24, 25]. Le RS est un muscle strié non squelettique, impair et médian. Il est indépendant des autres muscles du plancher pelvien dont il se distingue notamment par la petite taille de ses fibres musculaires striées (FMS) [12]. Chez l'homme comme chez la femme, il est décrit comme faisant partie intégrante de la paroi urétrale, formant un manchon plus ou moins complet autour de la lumière [7, 18]. Il est plus développé dans sa partie ventrale que dans sa partie dorsale. Les descriptions de la disposition des FMS autour de la lumière urétrale sont variables (FMS totalement [11, 17, 24] ou incomplètement circulaires s'insérant sur un raphé médian dorsal [8, 9, 18, 25] ou FMS tendues latéralement à droite et à gauche entre des insertions dorsales et ventrales [17]). Chez l'homme le développement caudal de la prostate pénètre en coin l'extrémité crâniale du RS et la divise en 2 parties : l'une interne péri-urétrale et l'autre externe péri-prostatique [15-17, 24]. Malgré ces nombreux travaux, il n'existe, à notre connaissance, aucune étude histomorphologique décrivant précisément l'organisation des fibres musculaires striées (FMS) du RS au sein de la paroi urétrale. Une meilleurs connaissance de cette organisation permettrait certainement de préciser les mécanismes physiologiques de la contraction du RS et son interaction avec la paroi urétrale. L'innervation motrice des FMS des muscles striés squelettiques est bien établie. Les FMS reçoivent leur innervation motrice d'un motoneurone dont le corps cellulaire se situe dans la corne antérieure de la moelle épinière. La morphologie particulière de la jonction neuromusculaire (les plaques motrice (PM)), a été précisée grâce à la microscopie électronique [6]. Les FMS des muscles striés squelettiques ont une innervation focale [23] (une seule PM par FMS). Cette PM unique se situe à mi-distance des insertions myotendineuses. Au sein d'un muscle strié squelettique, les PM se répartissent à un même niveau et forment une bande étroite [5]. L'innervation motrice du RS est encore un sujet de controverse. On décrit une innervation somatique avec le corps cellulaire des motoneurones se situant dans la corne antérieure de la moelle spinale entre S2 et S4, au niveau du centre somatique sacré (noyaux d'Onuf) [19]. Les axones empruntent le trajet soit du nerf pudendal[13], soit des nerfs du plexus pelvien[10], avant de faire jonction avec les FMS du RS. Le nombre et la localisation des PM sur les FMS ainsi que leur disposition au sein du RS n'ont pas été décrits. Par ailleurs, le RS est le seul muscle strié pour lequel il est proposé une innervation motrice végétative sympathique et parasympathique sur des arguments principalement histochimiques [1].

Ce travail s'inscrit dans un projet de thérapie cellulaire de l'insuffisance sphinctérienne. Il utilise le rat comme modèle animal et nécessite une meilleure compréhension de l'anatomie et de la physiologie du sphincter strié de l'urètre. La description chez les rats de l'organisation des FMS du RS ainsi que celle des PM n'ayant pas, à notre connaissance était faite, ce travail apparait comme une étude histomorphologique préliminaire indispensable.

Matériel et méthode

Dans cette étude, l'utilisation des animaux de laboratoire a été fait dans les règles (European Communities Council Directive : 24 Novembre 1986 (86/609/EEC)).

Les urètres de 30 rats Whistar adultes (15 mâles et femelles d'un poids moyen de 290 gr (255-315)) ont été prélevés en bloc, congelés dans l'azote liquide à -180°C puis coupés au cryostat. Deux mille coupes sériées de 10 microns et 800 coupes sériées de 50 microns ont été effectuées. Les coupes ont été effectuées selon 2 orientations : transversale et frontale après détubulation de l'urètre (Figure 1). L'organisation des FMS a été déterminée par l'observation des coupes sériées de 10 microns colorées à l'hématéine-éosine.

Figure 1 : Les coupes frontales d'urètres détubulés sont obtenues après l'ouverture de l'urètre par une incision latérale (a). La plaque urétrale ainsi obtenue (b) est ensuite tendue sur un cadre (c) avant d'être congelée dans l'azote liquide à - 180° C. Des coupes frontales peuvent ensuite être effectuées permettant d'observer de grandes longueurs de fibres musculaires striées.

L'innervation somatique des FMS a été déterminée par l'observation des coupes de 50 microns soumises à une coloration simultanée des sites acetylcholinestérasiques et argentique des terminaisons axonales (coloration de Pestronk et Drachman[22]) . Afin d'étudier la distribution des PM au sein du RS, les PM ont été dénombrées sur 87 coupes sériées transversales de 50 microns. Ces coupes transversales ont été effectuées sur la totalité d'un urètre femelle, correspondant à une longueur de 5575 microns divisée en trois segments égaux (tiers crânial, tiers moyen et tiers caudal). Chaque coupe a été divisée en quatre aires de comptage identiques à l'aide d'un parallélogramme rectangle orientable inscrit dans l'oculaire du microscope. On définit ainsi une aire de comptage ventrale, dorsale, latérale gauche et latérale droite (Figure 2).

Figure 2 : La position d'une aire rectangulaire orientable inscrite dans l'oculaire du microscope par rapport aux coupes transversales de rhabdosphincter, permet de définir quatre zones: ventrale, dorsale, latérale droite et latérale gauche. Dans chacune de ces zones il est possible de comptabiliser les plaques motrices ou d'identifier les fibres musculaires pour en mesurer le diamètre.

Résultats

Organisation des FMS

Chaque FMS s'insère à ses 2 extrémités directement sur le tissu conjonctif de la paroi urétrale. Les FMS sont organisées en quatre faisceaux disposés de façon bilatéral et symétrique (deux droits et deux gauches) (Figures 3a et 3b).

Figure 3 : Les fibres musculaires striées du rhabdosphincter sont organisées en quatre faisceaux disposés symétriquement (deux droits et deux gauches). On rencontre deux types de disposition des fibres musculaires. (a) (uniquement dans les deux tiers caudal des rhabdosphincters des rats mâles) : les deux faisceaux latéraux se chevauchent et se croisent. Les fibres musculaires sont tendues entre une insertion myoconjonctive ventrale et dorsale. (b) (rhabdosphincter des rats femelles et tiers crânial du rhabdosphincter des rats mâles) : les deux faisceaux latéraux (ventral et dorsal) se chevauchent uniquement au niveau d'une zone d'insertion myoconjonctive latérale commune. Les fibres musculaires du faisceau ventral sont tendues entre une insertion ventrale et latérale. Les fibres musculaires du faisceau dorsal sont tendues entre une insertion myoconjonctive dorsale et latérale. Toutes les fibres musculaires ont une orientation crânio-caudale.

Latéralement, les deux faisceaux sont orientés de façon dorso-ventrale, crânio-caudale pour l'un et ventro-dorsale, crânio-caudale pour l'autre. Pour une même FMS, le degré d'orientation crânio-caudale peut varier d'un segment à l'autre. Les deux faisceaux se croisent et se chevauchent sur une longueur plus ou moins importante. Lorsque la zone de chevauchement est grande (comme chez les rats mâles), les FMS des deux faisceaux s'insèrent sur une zone conjonctive ventrale et sur une zone conjonctive dorsale (Figure 4).

Figure 4 : (Hémateine-éosine, X40). Coupe frontale du rhabdosphincter d'un rat mâle après avoir détubulé l'urètre par une incision latérale. Les deux faisceaux de fibres musculaires striées (ventro-dorsal, crânio-caudal (flèche épaisse) et dorso-ventral, crânio-caudal (flèche fine)) se croisent latéralement. Les fibres musculaires sont tendues entre une insertion myoconjonctive dorsale (tête de flèche épaisse) et ventrale (tête de flèche fine). cr : extrémité crâniale, ca : extrémité caudale.

Par contre quand la zone de chevauchement est faible (comme chez le rat femelle), en plus des deux zones d'insertion précédentes on observe une zone d'insertion conjonctive latérale droite et gauche (Figure 5a).

Figure 5 : Coupe transversale d'urètre de rat femelle colorée à l'Hématéine éosine. 7a : X 40. Zone d'insertion myoconjonctive latérale gauche (tête de flèche) des fibres musculaires striées. Faisceau ventral (flèche fine) et dorsal (flèche épaisse) gauche de fibres musculaires striées. fv : face ventrale, lu : lumière urétrale, fd : face dorsale.

Dans la partie ventrale du RS, on observe également un chevauchement des faisceaux latéraux droits et gauches, ce qui lui donne un aspect plus développé dans cette partie (Figure 5b).

Figure 5 : Coupe transversale d'urètre de rat femelle colorée à l'Hématéine éosine. 7b : X 100. Partie médiane et ventrale du rhabdosphicter. Insertions myoconjonctives ventrale des fibres musculaires striées avec chevauchement médian des faisceaux droit (flèche fine) et gauche (flèche épaisse). fv : face ventrale, lu : lumière urétrale, fd : face dorsale.

Innervation des FMS

Les coupes frontales d'urètres détubulés permettent d'observer les FMS sur toute leur longueur (au moins 300 microns). Ces coupes permettent d'identifier la présence d'une seule PM par FMS, située à mi-distance des insertions myo-conjonctives (Figure 6).

Figure 6 : Disposition en bandes étroites des plaques motrices du rhabdosphincter du rat mâle. Coloration de Pestronk et Drachman, X 40. Coupe frontale d'urètre de rat mâle détubulé. Les plaques motrices (points bleus foncés à l'intérieur du cadre noir), sont situées à mi distance des insertions myoconjonctives ventrales (flèches) et dorsales (tête de flèche). On observe qu'une plaque motrice par fibre musculaire striée. cc = extrémité crâniale, ca = extrémité caudale.

Les branches terminales d'un seul axone peuvent innerver jusqu'à 5 FMS contiguës (Figures 7a et b).

Figure 7 : Organisation des unités motrices du rhabdosphincter du rat. Coloration de Pestronk et Drachman, X 400. 7a: coupe transversale de rhabdosphincter de rat mâle. Les branches terminales d'un seul axone (filet noir) font jonction (halot bleu) avec au plus cinq fibres musculaires striées contiguës.
Figure 7 : Organisation des unités motrices du rhabdosphincter du rat. Coloration de Pestronk et Drachman, X 400. 7b : coupe frontale d'urètre détubulé de rat mâle. Les branches terminales d'un seul axone (filet noir) font jonction (halot bleu) avec au plus cinq fibres musculaires striées contiguës.

Chez le rat mâle, les PM sont disposées en bandes étroites latérales droite et gauche (Figure 6). Il n'y a pas de PM dans les parties ventrale et dorsale du RS.

Chez les femelles, on n'observe pas de disposition de PM en bande étroite. Au total 1377 PM ont été dénombrées sur les 87 coupes transversales. On observe une inégalité de répartition des PM au sein du RS. La répartition crânio-caudale, par aire de comptage des PM sur les coupes transversales est représentée sur la Figure 8.

Figure 8 : Localisation et répartition des plaques motrices au sein du rhabdosphincter d'un rat femelle en fonction du niveau de coupe et des quatres zones déterminées sur chaque coupe transversale.

Discussion

Si plusieurs études récentes ont étudiées chez le rat différents paramètres mictionnels [27, 28], il s'agit à notre connaissance, de la première étude s'attachant à déterminer chez cet animal l'organisation des FMS du RS, ainsi que la distribution des PM.

Chez le rat, le RS est composé de 4 faisceaux de FMS organisés de façon symétrique et s'insérant dans le tissu conjonctif de la paroi urétrale. L'observation d'insertions myoconjonctives appelle plusieurs commentaires, si l'on compare avec les observations faites chez l'homme. D'une part, il est légitime de penser que toute altération du tissu conjonctif de la paroi urétrale se traduira par une perte d'efficience du RS. D'autre part, l'amincissement de la partie postérieure du RS, rapporté avec l'âge chez l'homme et la femme [17, 20, 21], pourrait résulter non pas d'une perte de FMS [20, 21] mais d'une distension par altération du tissu conjonctif de la zone d'insertion myoconjonctive postérieure (traumatisme [4], poussée d'un adénome prostatique [16, 17], vieillissement [17]...).

Ce travail ne retrouve pas les FMS impaires et médianes décrites chez l'homme par certains auteurs [11, 17, 24] (qu'elles soient totalement ou incomplètement circulaires). L'aspect parfois plus développé de la partie ventrale du RS résulte d'un croisement médian et ventral des FMS droites et gauches. On peut penser que chez l'Homme l'aspect plus développé de la partie antérieure du RS puisse également résulter d'un croisement antérieur de faisceaux latéraux droit et gauche. Chez les rats mâles, la présence de la prostate ainsi que l'imprégnation androgénique [14, 26] peuvent expliquer les variations rapportées dans l'organisation des FMS du RS.

Le mécanisme d'action du RS sur la paroi urétrale, par lequel l'occlusion de la lumière est obtenue, n'est pas encore clairement établi. Sant [24] propose une action indirecte des FMS dont l'action serait de modifier l'orientation des fibres musculaires lisses. Strasser [25] propose chez l'homme un mécanisme de compression de l'urètre contre le noyau fibreux du périnée. Oelrich [18] fait intervenir chez la femme le muscle compresseur de l'urètre qui attire l'extrémité caudale de l'urètre en direction caudale et dorsale. Manley [15] décrit chez l'homme un mécanisme de cisaillement de l'urètre par une traction crâniale de la face antérieure de l'urètre contre la lèvre postérieure du col vésical.

De la disposition des FMS du RS décrite dans ce travail, en quatre faisceaux symétriques par rapport au plan sagittal, on peut proposer chez le rat deux modes d'action sur la paroi urétrale. Lorsque les FMS sont disposées selon la Figure 3a, elles impriment à la paroi urétrale un mouvement de compression ventro-dorsale. Lorsque les FMS sont disposées selon la Figure 3b, chacun des quatres faisceaux diaphragme un quart de la lumière urétrale. L'orientation crânio-caudale des FMS permet également d'envisager un mouvement de cisaillement lors du rapprochement ventro-dorsal des parois urétrales

L'innervation du RS du rat se fait selon le même mode que celui décrit pour les FMS squelettiques [23] : Il s'agit d'une innervation focale (une PM par FMS) et la disposition des PM est à équidistance des jonctions myoconjonctives.

L'organisation des unités motrices du RS diffère de celle décrite dans les muscles striés squelettiques. Dans ces derniers, les fibres d'une même unité motrice sont distribuées au hasard dans un grand volume musculaire [3]. Ceci permet un renforcement homogène de la contraction musculaire lors du recrutement des motoneurones. Dans cette étude, les fibres d'une même unité motrice sont regroupées les unes à côté des autres. Ceci laisse à penser que le recrutement des motoneurones entraine un renforcement segmentaire de la contraction du RS, plutôt qu'un renforcement homogène le l'ensemble du corps musculaire.

L'objectif de ce travail n'est pas d'étudier l'éventuelle innervation végétative des FMS. Dans le but de préciser l'aspect de l'innervation somatique, nous avons choisi une méthode colorant simultanément l'appareil synaptique et les terminaisons axonales. La coloration de Pestronk et Drachman [22] répond à cet objectif. L'acétylcholinestérase, enzyme de dégradation de l'ACh est concentrée au niveau des jonctions neuro-musculaires, dans la fente synaptique. Cependant la coloration des sites acétylcholinestérasiques n'est pas spécifique de l'appareil synaptique [2]. La coloration simultanée des terminaisons nerveuses permet donc de confirmer la présence d'une PM. Elle élimine les sites extra-jonctionnels bien connus comme les insertions myotendineuses [2] (Figure 9), sans exclure d'éventuelles terminaisons nerveuses végétatives cholinergiques.

Figure 9 : Exemple de sites acétylcholinesterasiques extrajonctionnels. Coloration de Pestronk et Drachman, X 250. Coupe frontale d'urètre détubulé de rat mâle. Marquage acétylcholinesterasique des insertions myoconjonctives (têtes de flèche épaisse) des fibres musculaires striées (flèches) du rhabdosphincter sur la zone d'insertion conjonctive médiane ventrale (tête de flèche fine). cr : extrémité crâniale, ca : extrémité caudale

Bien qu'inhabituelles, les coupes frontales d'urètres détubulés utilisées dans cette étude, ont permis l'observation des FMS sur toute leur longueur avec leurs insertions myoconjonctives. Cette observation a été possible malgré les différences d'orientation crânio-caudale d'un segment de FMS à l'autre et d'un faisceaux à l'autre. Ces coupes ont également permis de mettre clairement en évidence chez les mâles la disposition des PM en bandes étroites latérales.

Conclusion

Le RS du rat est un muscle strié non squelettique médian. Il fait partie intégrante de la paroi urétrale. Il est composé de quatre faisceaux de FMS réparties symétriquement autour de la lumière urétrale. La description des insertions myoconjonctives des FMS souligne le rôle fondamental que joue le tissu conjonctif de la paroi urétrale dans l'action des FMS du RS.

L'innervation des FMS du RS du rat se fait selon le même mode que celui décrit pour les FMS squelettiques. Il s'agit d'une innervation focale avec une jonction neuro-musculaire située à mi-distance des jonctions myoconjonctives. Il existe une inégalité de répartition des PM au sein du RS. La particularité de la disposition des unités motrices (ensemble des FMS innervées par le même axone) du RS du rat permet d'envisager un mécanisme original de renforcement de la contraction musculaire.

BIBLIOGRAPHIE

Références

1. BENOIT G., QUILLARD J., JARDIN A. : Anatomical study of the infra-montanal urethra in man. J. Urol., 1988 ; 139 : 866-868.

2. BRIMIJOIN S. : Molecular forms of acethylcholinesterase in brain, nerve, and muscle : Nature, localization, and dynamics. Prog. Neurobiol., 1983 ; 21 : 291-322.

3. BURKE R.E., TSAIRIS P. : Anatomy and innervation ratios in motor units of cat gastrocnemius. J. Physiol. (Lond.)., 1973 ; 234 : 749-765.

4. CANNON T.W., WOJCIK E.M., FRGUSON C.L., SARAGA S., THOMAS C., DAMASER M.S. : Effects of vaginal distension on urethral anatomy and function. BJU Int., 2002 ; 90 : 403-407.

5. COERS C. : Structure and organization of the myoneuronal jonction. Int. Rev. Cytol., 1967 ; 22 : 239.

6. COUTEAUX R. : Localization of cholinesterases at neuromuscular junctions. Int. Rev. Cytol., 1955 ; 4 : 335-375.

7. DELANCEY J.O.L. : Correlative study of paraurethral anatomy. Obstet. Gynecol., 1986 ; 68 : 91-97.

8. DORSCHNER W., STOLZENBURG J.U. : A new theory of micturition and urinary continence based on histomorphological studies. Urol. Int., 1994 ; 52 : 185-188.

9. ELBADAWI A. : Functional anatomy of the organs of micturition. Urol. Clin. N. Amer., 1996 ; 23 : 177-210.

10. GIL-VERNET S. : Innervation somatique et végétative des organes génito-urinaires. Acta Urol. Belg., 1964 ; 32 : 265-293.

11. GOSLING J. : The structure of the female lower urinary tract and pelvic floor. Urol. Clin. N. Amer., 1985 ; 12 : 207.

12. GOSLING JA., DIXON JS., CRITCHLEY HILARY OD., THOMPSON SA. : A comparative study of the human external sphincter and periurethral levator ani muscles. Br. J. Urol., 1981 ; 53 : 35-41.

13. HOLLABAUGH R.S., DMOCHOWSKI R.R. JR, STEINER M.S. : Neuroanatomy of the male rhabdosphincter. Urology, 1997 ; 426-434.

14. MADEIRO A., GIRAO M., SARTORI M., ACQUAROLI R., BARACAT E., RODRIGUES DE LIMA G. : Effects of the association of androgen/estrogen on the bladder and urethra of castrated rats. Clin. Exp. Obstet. Gynecol., 2002 ; 29 : 117-120.

15. MANLEY C.B. JR. : The striated muscle of the prostate. J. Urol., 1966 ; 95 : 234-240.

16. MYERS R.P., GOELLNER J.R, CAHILL D.R. : Prostate shape, external striated urethral sphincter and radical prostatectomy : tha apical dissection. J. Urol., 1987 ; 138 : 543-550.

17. OELRICH T.M. : The striated urethral sphincter muscle in the male. Amer. J. Anat., 1980 ; 158 : 229-246.

18. OELRICH T.M. : The striated urogenital sphincter muscle in the female. The Anatomical Record., 1983 ; 205 : 223-232.

19. ONUFROWICZ B. : On the arrangement and function of the cell groups in the sacral region of the spinal cord. Arch. Neurol. Psychopathol., 1900 ; 3 : 387-411.

20. PERUCCHINI D., DELANCEY J.O.L., ASHTON MILLER J.A., GALECKI A., SCHAER G.N. : Age effects on urethral striated muscle. II. Anatomic location of muscle loss., AM J. Obstet. Gynecol., 2002 ; 186 : 356-360.

21. PERUCCHINI D., DELANCEY J.O.L., ASHTON MILLER J.A., PESCHERS U., KATARIA T. : Age effects on urethral striated muscle. I. Changes in number and diameter of striated muscle fibers in the ventral urethra., A.M. J. Obstet. Gynecol., 2002 ; 186 : 351-355.

22. PESTRONK A., DRACHMAN D.B. : A new stain for quantitative measurement of sprouting at neuromuscular junctions. Muscle Nerve., 1978 ; 1 : 70-74.

23. SALPETER M.M. : Vertebrate neuromuscular junctions : General morphology, molecular organization, and functional consequences. In : Salpeter MM. Neurology and neurobiology : The vertebrate neuromuscular junction. Volume 23 Alan R. Liss, Inc. New York, 1987, 1-54.

24. SANT G.R. : The anatomy of the external striated urethral sphincter. Paraplegia, 1972 ; 10 : 153-156.

25. STRASSER H., KLIMA G., POISEL S., HORNINGER W., BARTSCH G. : Anatomy and innervation of the rhabdosphincter of the male urethra. The Prostate, 1996 ; 28 : 24-31.

26. STRENG T., LAUNONEN A., SALMI S., SAARINEN N., TALO A., MAKELA S., SANTTI R. : Nontraumatic urethral dyssynergia in neonatally estrogenized male rats. J. Urol., 2001 ; 165 : 1305-1309.

27. STRENG T., SANTTI R., TALO A. : Similarities and differences in female and male rat voiding. Neurourol. Urodyn., 2002 ; 21 : 136-141.

28. STRENG T., SANTTI R., TALO A. : Possible action of the proximal rhabdosphincter muscle in micturition of the adult male rat. Neurourol. Urodyn., 2001 ; 20 : 197-210.