D'un point de vue pathologique, l'ataxie de Friedreich présente les caractéristiques suivantes
- une moelle épinière de petite taille caractéristique, en particulier dans la région thoracique
- une dégénérescence marquée des colonnes postérieures et latérales, en particulier des voies corticospinales et spinocérébelleuses postérieures
- réduction des racines dorsales et des nerfs périphériques dans les cas avancés
- perte des cellules de Purkinje et atrophie du noyau denté du cervelet
- le tractus corticobulbaire et le cerveau sont relativement épargnés
- les nerfs périphériques présentent une démyélinisation segmentaire
- le cœur peut présenter une hypertrophie due à l'épaississement du muscle et à une fibrose diffuse
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