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Les fibres nerveuses sympathiques préganglionnaires ont leur corps cellulaire dans la corne intermédiaire latérale des segments spinaux T1 à L2. Leurs axones myélinisés sortent de la moelle épinière par les racines antérieures. La racine antérieure est en continuité avec un nerf spinal après fusion avec la racine postérieure segmentaire. La fibre nerveuse sympathique préganglionnaire passe dans le nerf rachidien et fait ensuite synapse avec les corps cellulaires des fibres sympathiques postganglionnaires. Ces dernières existent dans les ganglions pré ou paravertébraux - voir sous-menu.
Quelques fibres préganglionnaires traversent directement les ganglions paravertébraux pour faire synapse dans les ganglions prévertébraux. Elles forment des nerfs discrets entre les ganglions qui ne contiennent que des fibres efférentes préganglionnaires et des afférences provenant de divers viscères. Les nerfs splanchniques en sont un exemple.
Les fibres préganglionnaires provenant de niveaux rachidiens donnés innervent un certain ensemble de structures - voir le sous-menu.
Une généralisation concernant les neurones sympathiques préganglionnaires est que, par rapport aux neurones parasympathiques préganglionnaires, ils ont un parcours relativement court après avoir quitté la moelle épinière avant d'atteindre le neurone postganglionnaire.
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