Au cœur de l’architecture fonctionnelle du système nerveux, la communication intercellulaire ne se résume pas à une succession de contacts synaptiques rigides et strictement polarisés. Les varicosités axonales constituent des renflements morphologiques périodiques le long de l’axone, fonctionnant comme des centres autonomes de libération et de régulation neurochimique. L’étude de ces structures a bouleversé la neuropsychologie et les neurosciences cognitives en démontrant l’existence d’une signalisation diffuse, capable d’orchestrer à large échelle les états émotionnels, la vigilance et les processus motivationnels.
Varicosités axonales
1. Définition concise
En neurobiologie et en neuropsychologie, les varicosités axonales désignent des renflements ou élargissements anatomiques répartis périodiquement le long du trajet d’un axone ou à ses extrémités distales, spécialisés dans la synthèse locale, le stockage vésiculaire et l’exocytose de neurotransmetteurs. Fréquemment assimilées aux synapses « en passant », elles permettent à un seul prolongement neuronal d’établir des centaines, voire des milliers de micro-sites d’émission neurochimique le long de sa trajectoire sans nécessiter la terminaison physique de la fibre.
Sur le plan fonctionnel, les varicosités axonales constituent le support structural privilégié de la transmission volumique (ou transmission paracrine), un mode de communication par lequel les molécules de signalisation diffusent dans l’espace extracellulaire pour atteindre des récepteurs synaptiques ou extrasynaptiques sur des populations neuronales et gliales étendues. Contrairement aux boutons terminaux classiques des synapses jonctionnelles qui opèrent une transmission point par point ultra-rapide et spatialement confinée, les varicosités axonales modulent l’activité globale de réseaux neuronaux entiers, régissant des fonctions intégratives complexes telles que l’humeur, le cycle veille-sommeil, l’attention soutenue et la flexibilité cognitive.
Ces structures ne sont pas de simples réservoirs passifs : elles renferment une machinerie moléculaire sophistiquée, comprenant des canaux ioniques dépendants du potentiel d’action, des complexes de fusion membranaire, des transporteurs de recapture et une dynamique mitochondriale locale. Elles représentent ainsi des unités computationnelles autonomes, plastiques et dynamiques, réparties tout au long de l’arborisation axonale.
2. Étymologie et origine linguistique
Le terme « varicosité » dérive du substantif latin varix (au génitif varicis), qui désigne une veine dilatée, noueuse ou tortueuse, lui-même issu d’une racine indo-européenne évoquant l’idée de courbure ou de distension. L’adjectif latin varicosus a donné en français moderne le terme « variqueux » au XIVe siècle, avant que le suffixe nominal « -ité » ne soit adjoint au XIXe siècle dans le vocabulaire médical pour désigner l’état ou la qualité d’un élément présentant des boursouflures irrégulières.
Le qualificatif « axonal » procède du grec ancien axōn (ἄξων), signifiant « essieu », « axe » ou « pivot », racine qui a servi à forger le substantif « axone » à la fin du XIXe siècle sous l’impulsion de l’anatomiste allemand Rudolph Albert von Kölliker pour nommer le cylindraxone ou prolongement conducteur centrifuge de la cellule nerveuse. L’expression conjointe « varicosités axonales » s’est consolidée dans la littérature histologique et neurophysiologique francophone au cours de la seconde moitié du XXe siècle, à mesure que l’observation ultrastructurale révélait que ces nodosités répétées n’étaient pas des artéfacts de fixation, mais de véritables spécialisations fonctionnelles de l’axone.
3. Prononciation et forme grammaticale
La transcription phonétique internationale de l’expression en français standard est /va.ʁi.ko.zi.te ak.sɔ.nal/ au singulier et /va.ʁi.ko.zi.te ak.sɔ.nal/ au pluriel. L’élision et la liaison sont rares en contexte discursif normal, bien qu’une liaison facultative en [z] puisse s’observer au pluriel soutenu (« des varicosités-[z]-axonales »).
Sur le plan grammatical, « varicosité axonale » est un syntagme nominal féminin. Dans la littérature neurobiologique et psychologique, le terme s’emploie très majoritairement au pluriel (« les varicosités axonales »), reflétant la disposition sérielle et itérative de ces structures le long d’une même fibre motrice, sensorielle ou modulatrice, souvent comparée dans les descriptions histologiques à un chapelet ou à un « collier de perles » (pearls on a string).
4. Explication conceptuelle détaillée
Pour appréhender la portée des varicosités axonales en neurosciences, il est indispensable de dépasser la métaphore classique du neurone conçu comme un simple câble électrique reliant deux points précis par un commutateur unique. Lorsqu’un axone parcourt le neuropile, il ne se termine pas systématiquement par un bouton synaptique isolé. Dans de vastes pans du système nerveux central et périphérique, la membrane axonale subit des expansions régulières de son diamètre, alternant entre des segments internodaux extrêmement fins (diamètre souvent inférieur à 0,2 micromètre) et des renflements variqueux dont le calibre oscille généralement entre 0,5 et 2,5 micromètres.
Cette géométrie particulière modifie radicalement les propriétés biophysiques de la propagation de l’influx nerveux. Lorsqu’un potentiel d’action chemine le long de l’axone, la brusque augmentation du volume et de la surface membranaire au niveau de la varicosité ralentit localement la conduction saltatoire ou continue en raison de la charge capacitive accrue. Ce ralentissement favorise l’ouverture prolongée des canaux calciques dépendants du voltage (notamment les canaux CaV2.1 et CaV2.2), provoquant un afflux massif de cations Ca²⁺ dans la varicosité. Cette élévation calcique déclenche l’arrimage et la fusion des vésicules synaptiques avec la membrane plasmique par l’intermédiaire du complexe SNARE.
Sur le plan ultrastructural, toutes les varicosités axonales ne présentent pas la même organisation. Les neurobiologistes distinguent traditionnellement deux grandes catégories :
- Les varicosités synaptiques (jonctionnelles) : Elles s’adossent directement à une différenciation postsynaptique bien identifiée sur une dendrite, un soma ou un autre axone, délimitant une fente synaptique étroite de 20 à 30 nanomètres. La transmission y est rapide, phasique et spatialement circonscrite.
- Les varicosités asynaptiques (non jonctionnelles) : Elles ne possèdent aucune spécialisation postsynaptique appariée en face de leur membrane. La libération des neurotransmetteurs s’effectue directement dans l’espace interstitiel cérébral. La molécule diffusante parcourt des distances micrométriques, atteignant des concentrations nanopolaires à micromolaires sur de larges volumes tissulaires avant d’être recaptée ou dégradée.
Cette dualité morpho-fonctionnelle confère aux varicosités un rôle primordial dans le maintien de l’homéostasie cérébrale. Elles représentent le substrat matériel de ce que Luigi Agnati et Kjell Fuxe ont théorisé sous le nom de transmission volumique. Grâce aux varicosités, un contingent restreint de neurones centraux (par exemple, quelques dizaines de milliers de corps cellulaires sérotoninergiques dans les noyaux du raphé ou noradrénergiques dans le locus coeruleus) peut innerver et moduler des milliards de synapses à travers le cortex, le striatum et le système limbique, ajustant la tonalité émotionnelle et l’excitabilité corticale de manière globale.
Enfin, la varicosité axonale n’est pas une entité figée. Des travaux d’imagerie intravitale ont mis en évidence une plasticité structurelle remarquable : les varicosités peuvent se dilater, se contracter, se former de novo ou disparaître en réponse à l’activité neuronale, au stress, aux apprentissages ou à des agressions neurotoxiques. Leur capacité à recruter ou à libérer des mitochondries mobiles illustre leur rôle de carrefour métabolique intense, indispensable pour subvenir aux besoins bioénergétiques considérables de la libération vésiculaire itérative.
5. Développement historique
L’histoire de la mise en évidence des varicosités axonales est intimement liée à l’évolution des techniques de coloration histologique et de microscopie. À la fin du XIXe siècle, Santiago Ramón y Cajal, utilisant la méthode de coloration à l’imprégnation argentique mise au point par Camillo Golgi, remarque de petits gonflements sphériques le long de certaines fibres nerveuses. Si Cajal perçoit l’importance de ces structures, le paradigme dominant de la synapse classique dite « à fente étroite », popularisé plus tard par Charles Sherrington, conduit initialement la communauté scientifique à considérer les varicosités soit comme de simples réservoirs intermédiaires, soit comme des artéfacts de dégénérescence ou de dessiccation tissulaire consécutifs à la fixation chimique.
Le tournant conceptuel majeur s’opère dans les années 1960 avec l’apparition de la méthode d’histofluorescence aux vapeurs de formaldéhyde, développée par Nils-Åke Hillarp et Bengt Falck en Suède. Pour la première fois, les chercheurs visualisent directement les monoamines (dopamine, noradrénaline, sérotonine) émettant une fluorescence verte ou jaune caractéristique sous rayonnement ultraviolet. Les images révèlent des réseaux denses d’axones aminergiques jalonnés d’innombrables varicosités fluorescentes tout au long de leurs ramifications dans le système nerveux autonome périphérique et dans le système nerveux central.
Au cours des années 1970 et 1980, le laboratoire montréalais de Laurent Descarries apporte une contribution décisive en combinant la radio-autographie à haute résolution et la microscopie électronique. En étudiant le cortex cérébral du rat imprégné de monoamines tritiées, Descarries et ses collaborateurs constatent avec surprise que la grande majorité des varicosités noradrénergiques et sérotoninergiques (parfois plus de 80 à 90 % selon les régions et les méthodes d’analyse initiales) ne forment pas de complexes synaptiques classiques avec un élément postsynaptique différencié. Cette observation provocatrice déclenche d’intenses controverses, mais ouvre la voie à la conceptualisation de la neurotransmission diffuse.
Dans les décennies 1990 et 2000, les progrès de la tomographie électronique, de l’immunocytochimie ultrastructurale et de la microscopie à balayage biphotonique in vivo ont permis de raffiner ces conclusions. Les équipes contemporaines ont démontré que le ratio entre varicosités synaptiques et asynaptiques varie considérablement selon les populations neuronales (par exemple, très synaptique pour la dopamine striatale, plus asynaptique pour la sérotonine corticale) et que ces structures présentent une motilité et un métabolisme propres, éclairant leur implication directe dans les troubles psychiatriques et les maladies neurodégénératives.
6. Fondements théoriques
L’analyse des varicosités axonales repose sur plusieurs cadres conceptuels majeurs des neurosciences modernes :
La théorie de la transmission volumique versus transmission câblée : Formulée de manière approfondie par Agnati, Fuxe et leurs collègues, cette théorie postule que le cerveau fonctionne selon deux modes complémentaires de communication intercellulaire. La transmission câblée (wiring transmission) utilise des canaux anatomiques strictement délimités (axone à terminaison synaptique directe), assurant rapidité, haute résolution spatiale et fidélité de transfert. À l’opposé, la transmission volumique (volume transmission), dont les varicosités asynaptiques sont le vecteur principal, repose sur la libération de molécules diffusibles dans le liquide céphalo-rachidien et l’espace interstitiel, créant des gradients de concentration spatio-temporels complexes. Cette modalité théorique explique comment des états comportementaux globaux (comme l’anxiété ou le niveau d’éveil) peuvent être modulés de manière synchronisée sans nécessiter un câblage synaptique individualisé pour chaque neurone cible.
Le modèle d’économie computationnelle et énergétique de l’axone : D’un point de vue évolutif et théorique, le développement d’axones variqueux permet une optimisation spectaculaire des ressources biologiques. En utilisant des synapses « en passant », un unique axone peut distribuer un message modulateur à des milliers de cibles réparties le long d’un volume tissulaire cylindrique, minimisant le coût métabolique lié à la synthèse membranaire et à la genèse de branches axonales terminales séparées pour chaque point de contact.
La théorie du contrôle présynaptique rétrograde et autocatalytique : Les varicosités axonales hébergent une densité élevée d’autorécepteurs (comme les récepteurs D2/D3 pour la dopamine, 5-HT1A/1B pour la sérotonine, ou alpha-2 pour la noradrénaline) ainsi que d’hétérorécepteurs sensibles aux signaux émis par les astrocytes et les neurones voisins. D’un point de vue cybernétique, chaque varicosité agit comme un servomécanisme doté d’une boucle de rétroaction négative locale : la quantité de transmetteur libérée ajuste instantanément la probabilité d’exocytose subséquente lors de l’arrivée du prochain potentiel d’action, découplant en partie la réponse locale du signal électrique initialement généré par le soma.
7. Composants clés, typologies et dimensions
L’architecture interne et la classification des varicosités axonales reposent sur une série d’éléments structuraux et physiologiques définis :
- Le compartiment vésiculaire : Chaque varicosité abrite entre quelques dizaines et plusieurs centaines de vésicules. On distingue les petites vésicules synaptiques claires (40-50 nm de diamètre), chargées de neurotransmetteurs classiques (glutamate, GABA, acétylcholine), et les grandes vésicules à centre dense (80-150 nm), renfermant des neuropeptides modulateurs (enképhalines, neuropeptide Y, substance P) qui nécessitent des trains de potentiels d’action à haute fréquence pour être libérées.
- La zone active présynaptique : Composée d’un maillage protéique dense (incluant Bassoon, Piccolo, RIM et Munc13), la zone active ancre les vésicules à proximité immédiate de la membrane plasmique et aligne les récepteurs et canaux ioniques nécessaires à la fusion rapide déclenchée par le Ca²⁺.
- L’infrastructure mitochondriale et bioénergétique : Environ 30 à 50 % des varicosités axonales matures contiennent une mitochondrie stationnaire ou transitoire. Ces organites fournissent l’adénosine triphosphate (ATP) indispensable au maintien des gradients électrochimiques par les pompes Na⁺/K⁺-ATPasiques et à la recapture des neurotransmetteurs, tout en jouant un rôle de tampon calcique intracellulaire.
- Les transporteurs membranaires et pompes de recapture : Les transporteurs spécifiques tels que le transporteur de la sérotonine (SERT), de la dopamine (DAT) ou de la noradrénaline (NET) sont densément insérés sur la membrane des varicosités. Ils déterminent le rayon et la demi-vie d’action du neurotransmetteur dans le micro-environnement périsynaptique.
- Les segments internodaux : Ce sont les segments axonaux étroits reliant les varicosités entre elles. Dépourvus d’organites volumineux et pauvres en vésicules, ils possèdent un cytosquelette d’actine et de microtubules très organisé assurant le transport axonal rapide des matériaux depuis le corps cellulaire.
8. Exemples et cas illustratifs
Pour illustrer le rôle des varicosités axonales en neuropsychologie et en neurosciences comportementales, plusieurs systèmes neurochimiques majeurs offrent des manifestations concrètes :
Le faisceau noradrénergique du locus coeruleus et la réponse au stress : Les neurones noradrénergiques situés dans le tronc cérébral projettent des axones immenses et diffus qui traversent l’ensemble du manteau néocortical. Tout au long de ces axones, des dizaines de milliers de varicosités libèrent de la noradrénaline par transmission asynaptique. Lorsqu’un individu est confronté à un stimulus menaçant inattendu, une décharge phasique du locus coeruleus entraîne une libération massive de noradrénaline depuis ces varicosités réparties dans le cortex préfrontal. Ce débordement neurochimique diffuse vers les récepteurs alpha-1 et bêta adrénergiques, reconfigurant instantanément le rapport signal/bruit des circuits attentionnels et préparant l’organisme à une réaction comportementale de lutte ou de fuite.
Les projections dopaminergiques mésostriatales et la prédiction de récompense : Dans le striatum, les axones issus de la substance noire pars compacta forment une arborisation d’une densité prodigieuse, jalonnée d’une varicosité tous les 1 à 2 micromètres. Lors de l’apprentissage d’une tâche instrumentale, la libération phasique de dopamine par ces varicosités n’affecte pas une synapse isolée : elle « baigne » simultanément les têtes des épines dendritiques des neurones épineux moyens adjacents. Cette inondation locale module l’efficacité des synapses glutamatergiques corticostriatales actives à cet instant précis, consolidant les traces synaptiques associées à l’action gratifiante, ce qui illustre le mécanisme neurobiologique de l’erreur de prédiction de récompense.
L’arborisation sérotoninergique et la régulation affective : Dans les circuits limbiques régissant l’anxiété et le conditionnement de peur (comme l’amygdale basolatérale), les axones sérotoninergiques présentent majoritairement des varicosités asynaptiques. La libération basale continue de sérotonine amortit l’excitabilité des réseaux amygdaliens, limitant les réactions de panique injustifiées. Lorsque ce tonus variqueux est altéré par un stress chronique ou une anomalie génétique des transporteurs, l’absence de régulation volumique adéquate engendre une hyperréactivité limbique typique des troubles anxieux généralisés.
9. Mesure et évaluation
L’observation et la quantification rigoureuse des varicosités axonales mobilisent des technologies biophysiques de pointe, souvent situées aux limites de la résolution spatiale et temporelle :
La microscopie électronique et la tomographie cryo-électronique : Ces méthodes demeurent la référence pour caractériser l’ultrastructure interne d’une varicosité. La reconstruction 3D par microscopie électronique à balayage de surface sérielle (SBF-SEM) permet de cartographier des axones entiers sur plusieurs centaines de micromètres et de déterminer avec certitude la présence ou l’absence de spécialisation postsynaptique (mesure du ratio synaptique/asynaptique).
La microscopie de super-résolution optique (STED, STORM, SIM) : La microscopie à déplétion par émission stimulée (STED microscopy) et la microscopie de reconstruction optique stochastique (STORM) franchissent la limite de diffraction de la lumière (en dessous de 50 nanomètres). Elles permettent de visualiser l’organisation nanométrique des vésicules synaptiques individuelles, la distribution spatiale des complexes de zones actives (Bassoon/Piccolo) et le regroupement des canaux calciques au sein de varicosités vivantes ou fixées.
L’imagerie biphotonique in vivo et biosenseurs fluorescents : Chez l’animal vigile, l’utilisation de sondes fluorescentes codées génétiquement (comme les biocapteurs dLight pour la dopamine, iSeroSnFR pour la sérotonine, ou GCaMP pour le calcium intracellulaire) couplée à la microscopie biphotonique permet de suivre en temps réel la dynamique fonctionnelle des varicosités individuelles lors de tâches comportementales. Les chercheurs mesurent ainsi la cinétique d’exocytose et la clairance du neurotransmetteur au niveau de varicosités uniques au sein du cortex intact.
La voltamétrie cyclique à balayage rapide (FSCV) et la microdialyse cérébrale : Bien que moins précises anatomiquement, ces approches électrochimiques mesurent la résultante fonctionnelle collective de la libération variqueuse. La FSCV enregistre avec une résolution sub-seconde les fluctuations de concentration extracellulaire de dopamine ou de sérotonine générées par l’activité synchrone des varicosités avoisinant une microélectrode en fibre de carbone.
10. Applications et portée pratique
La compréhension approfondie des varicosités axonales trouve des répercussions cliniques et thérapeutiques de premier ordre dans plusieurs domaines de la médecine mentale et de la neurologie :
Psychopharmacologie clinique et mode d’action des psychotropes : La majorité des traitements psychiatriques modernes ciblent directement les protéines régulatrices localisées sur les varicosités axonales. Les inhibiteurs sélectifs de la recapture de la sérotonine (ISRS), employés dans le traitement de la dépression majeure et des troubles obsessionnels-compulsifs, bloquent le transporteur SERT sur les varicosités corticales et limbiques. Ce blocage empêche l’élimination du neurotransmetteur libéré par transmission volumique, augmentant sa concentration stationnaire dans le parenchyme cérébral et induisant, à terme, des remaniements neuroplastiques via la désensibilisation des autorécepteurs présynaptiques somato-dendritiques et variqueux.
Pathophysiologie des traumatismes crâniens et axonopathies diffuses : Lors d’un traumatisme crânien avec décélération brutale, les forces de cisaillement mécanique appliquées au cerveau étirent préférentiellement les axones au niveau de leurs segments internodaux fins. Ce stress mécanique provoque une altération des microtubules, un arrêt du transport axonal et une accumulation pathologique d’organites, aboutissant à la formation de « renflements variqueux dystrophiques » ou rétractions axonales (axonal swellings). La détection de ces varicosités anormales via le précurseur de la protéine bêta-amyloïde (APP) constitue un marqueur anatomopathologique fondamental de la lésion axonale diffuse.
Maladies neurodégénératives (Parkinson et Alzheimer) : Dans la maladie de Parkinson, la dégénérescence des terminaisons dopaminergiques commence bien avant la mort des corps cellulaires de la substance noire. La perte précoce des varicosités axonales dans le putamen dorsolatéral (axonopathie rétrograde précoce) est directement corrélée à l’apparition des symptômes moteurs cardinaux (akinésie, rigidité). Dans la maladie d’Alzheimer, la proximité des plaques séniles de peptide amyloïde induit une distorsion morphologique sévère des varicosités cholinergiques et sérotoninergiques, compromettant la modulation synaptique nécessaire à l’encodage mnésique.
11. Recherche et données empiriques
Le champ d’étude des varicosités axonales est en constante ébullition, porté par des découvertes empiriques qui redéfinissent la neurobiologie cellulaire contemporaine :
Hétérogénéité de la machinerie de libération : Les travaux pionniers menés par l’équipe de David Sulzer à l’Université Columbia ont démontré, à l’aide de faux neurotransmetteurs fluorescents (FFNs), qu’au sein d’un même axone dopaminergique striatal, toutes les varicosités ne participent pas de manière égale à la transmission chimique. Environ 70 à 80 % des varicosités axonales morphologiquement identifiables s’avèrent être fonctionnellement « silencieuses » dans les conditions physiologiques basales, ne libérant aucune vésicule en réponse à un potentiel d’action isolé. Cependant, ces varicosités peuvent être recrutées lors de stimulations répétitives ou sous l’influence de neuromodulateurs locaux, révélant une réserve de capacité fonctionnelle insoupçonnée.
Trafic et ancrage des mitochondries : Les recherches de Zu-Hang Sheng au National Institute of Neurological Disorders and Stroke (NINDS) ont élucidé les mécanismes moléculaires qui régissent la présence des mitochondries dans les varicosités. Grâce à la protéine motrice kinésine et à des adaptateurs sensibles au calcium comme la syntaphiline, les mitochondries circulant le long de l’axone s’immobilisent précisément au sein des varicosités où la demande en ATP et la concentration en Ca²⁺ sont les plus élevées. L’invalidation génétique de la syntaphiline chez des modèles rongeurs entraîne une dispersion aléatoire des mitochondries, provoquant une fatigue synaptique accélérée lors de sollicitations cognitives exigeantes.
Remodelage structural induit par le stress chronique : De nombreuses études empiriques en neuro-endocrinologie ont analysé l’impact d’une exposition prolongée aux glucocorticoïdes sur la morphologie variqueuse. Chez les rongeurs soumis à un stress chronique imprévisible, on observe une réduction significative de la densité des varicosités sérotoninergiques dans l’hippocampe et le cortex préfrontal médial, accompagnée d’une atrophie des épines dendritiques postsynaptiques. Ce phénomène de déconnexion morphologique fournit une base biologique tangible aux déficits d’extinction de la peur et à l’anhédonie observés dans les états dépressifs majeurs.
12. Considérations culturelles et contextuelles
Bien que les varicosités axonales relèvent de l’anatomie microscopique universelle du système nerveux humain, leur intégration dans les modèles théoriques de l’esprit reflète des évolutions épistémologiques et culturelles notables de la pensée scientifique :
Dans l’histoire des sciences occidentales, la prédominance de la métaphore de l’ordinateur et du réseau de télécommunication télégraphique au milieu du XXe siècle a fortement biaisé la perception du fonctionnement cérébral au détriment des varicosités asynaptiques. Les modèles cognitifs fondés sur la théorie de l’information privilégiaient la synapse jonctionnelle « câblée », vue comme un bit de transfert binaire, précis et déterministe. Les varicosités diffuses et la libération paracrine étaient alors marginalisées, perçues comme un vestige phylogénétique imprécis ou un bruit de fond indésirable issu de systèmes primitifs.
À partir des années 1980 et 1990, l’essor des modèles conexionnistes dynamiques, des approches de la cognition incarnée et de la neuropsychologie des affects a favorisé un changement de paradigme. La notion d’un cerveau « baigné » dans un milieu neurochimique fluide et modulable, régulé par les varicosités monoaminergiques et neuropeptidergiques, a trouvé un écho plus favorable. Ce changement de perspective a permis de réhabiliter l’importance des états globaux de conscience, des humeurs et de la tonalité somatique, rapprochant les neurosciences des conceptions holistiques où l’information n’est pas seulement calculée de façon linéaire, mais modulée en permanence par un environnement biologique dynamique.
13. Critiques, débats et limites
Malgré l’accumulation de données convergentes, l’étude des varicosités axonales soulève des débats techniques et théoriques persistants :
La querelle du ratio synaptique versus asynaptique : L’un des débats les plus vifs en neuro-anatomie concerne la proportion réelle de varicosités formant de véritables synapses classiques. Alors que les études initiales de Descarries suggéraient que 80 à 95 % des varicosités à sérotonine ou à noradrénaline étaient dépourvues de jonction synaptique dans le cortex des rongeurs, des travaux ultérieurs menés avec des reconstructions sérielles tridimensionnelles plus fines ont rapporté des taux de jonction synaptique beaucoup plus élevés (parfois 40 à 60 % selon les espèces et les aires cérébrales). Certains auteurs soutiennent que l’absence de spécialisation postsynaptique observée en coupes ultrafines bidimensionnelles était en partie un artéfact statistique lié à l’angle de coupe oblique manquant la fente synaptique.
La question de la diffusion non spécifique et de l’encombrement extracellulaire : Une critique récurrente formulée par les partisans d’une transmission strictement synaptique concerne la faisabilité physique de la transmission volumique. L’espace extracellulaire cérébral est un milieu tortueux, encombré de chaînes de protéoglycanes de la matrice extracellulaire et de prolongements astrocytaires équipés de transporteurs de haute affinité. Certains biophysiciens arguent que les neurotransmetteurs libérés par une varicosité asynaptique sont recaptés trop rapidement pour diffuser sur des distances supérieures à quelques micromètres, remettant en cause l’idée d’un véritable bain neurochimique étendu dans les conditions physiologiques basales non stimulées.
Distinguer les varicosités physiologiques des varicosités dégénératives : Sur le plan anatomopathologique, la distinction entre une varicosité fonctionnelle « normale » et un début d’œdème axonal dystrophique réversible ou irréversible demeure un défi technique délicat. Les deux structures partagent des morphologies bulbaires similaires au microscope photonique, ce qui complique l’interprétation des biopsies ou des tissus post-mortem dans les stades précoces de traumatismes crâniens légers ou de pathologies neuro-inflammatoires débutantes.
14. Termes connexes et distinctions
Pour éviter toute confusion terminologique, il convient d’expliciter les relations entre les varicosités axonales et les structures morphologiques affines :
- Bouton terminal : Contrairement à la varicosité axonale qui se situe le long du trajet de la fibre (en passant), le bouton terminal représente le renflement final qui clôture l’arborisation de l’axone, établissant une synapse jonctionnelle polarisée.
- Synapse en passant : Il s’agit du concept fonctionnel englobant les varicosités synaptiques situées le long d’un axone. Toutes les synapses en passant sont portées par des varicosités, mais toutes les varicosités ne sont pas des synapses en passant (certaines étant strictement asynaptiques).
- Épine dendritique : Protubérance morphologique située sur le versant postsynaptique (dendrite) d’un neurone récepteur, servant d’ancrage aux synapses excitatrices glutamatergiques, à l’opposé de la varicosité qui est une structure strictement présynaptique (axonale).
- Sphéroïde axonal (ou ampoule de rétraction) : Renflement pathologique d’un axone consécutif à une interruption brutale du transport axonal ou à une rupture mécanique de la fibre (lésion axonale), à ne pas confondre avec la varicosité physiologique pérenne.
- Cône de croissance : Structure motile spécialisée située à l’extrémité d’un axone en phase de développement ou de régénération, chargée de guider la fibre vers sa cible grâce à des filopodes et des lamellipodes, disparaissant une fois la cible atteinte au profit des varicosités et boutons terminaux.
15. Synthèse et points clés
En résumé, les varicosités axonales constituent des éléments fondamentaux de l’organisation neuro-anatomique et fonctionnelle du système nerveux central et périphérique :
- Elles se présentent sous la forme de renflements sériels le long de l’axone, conférant aux fibres une disposition en « chapelet » permettant de multiplier les points de libération de neurotransmetteurs sans multiplier les branches axonales.
- Elles constituent le support biologique par excellence de la transmission volumique et paracrine, permettant aux systèmes monoaminergiques et peptidergiques de moduler globalement l’excitabilité, l’humeur et la vigilance à travers de larges populations neuronales.
- Leur équipement moléculaire inclut une machinerie d’exocytose dépendante du calcium, des mitochondries dynamiques fournissant l’énergie nécessaire, des pompes de recapture spécifiques (SERT, DAT, NET) et des autorécepteurs présynaptiques régulateurs.
- Elles représentent des cibles privilégiées de la pharmacothérapie psychiatrique moderne (notamment des antidépresseurs et psychostimulants) et constituent des foyers de vulnérabilité précoce dans les traumatismes crâniens et les affections neurodégénératives comme les maladies de Parkinson et d’Alzheimer.
Références
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