II/ Nature et propagation du message nerveux La réalisation du réflexe myotatique nécessite la circulation d’un message nerveux = combinaison de signaux élémentaires de nature électrique : les Potentiels d’action (PA).

1. Un message de nature électrique…

- (Doc 32 page 358) Pour enregistrer l’activité électrique d’un neurone, il faut disposer de fibres nerveuses de gros diamètres (axone géant de Calmar, fibre géante d’une chaîne nerveuse de certains insectes tels que la Blatte) et d’une microélectrode reliée à un oscilloscope qui permet d’enregistrer les variations de potentiel au niveau de cette électrode. Ces variations se traduisent sur l’écran par des déplacements verticaux du spot.

Une microélectrode réceptrice, implantée dans la fibre, permet d’enregistrer la tension qui règne au niveau membranaire, entre le milieu intérieur et extérieur du neurone. La tension mesure la différence de potentiel électrique (ddp) entre les deux milieux.

- Avant la mise en place de

l’électrode, DDP = 0 mV, les charges électriques sont identiques à la surface de la membrane ;

- Après la pénétration de l’électrode, DDP= -70mV, il existe une différence de charge entre l’intérieur (-) et l’extérieur (+)

C’est le potentiel de membrane.

La stimulation électrique produit une perturbation de l’équilibre éléctrique de la membrane (courant électrique)… C’est l’atefact de stimulation

…elle se traduit par une dépolarisation, brève (1ms), et réversible de la membrane = la polarité s’inverse (dépolarisation-1-) puis revient à la normale (repolarisation-3-) avec une légère hyperpolarisation, avant le retour au potentiel de membrane

C’est un potentiel d’action

Ø Réalisez un schéma montrant les modifications électriques de la membrane du neurone au cours de

l’expérience précédente a) Le potentiel de membrane :

Toutes les cellules présentent une différence de charge entre l’intérieur de la cellule (-) et l’extérieur (+), cette différence de potentiel (DDP) est de +/- -70mv : il s’agit du potentiel de membrane (« potentiel de repos ») Les cellules nerveuses (et musculaires) sont dites excitables, leur potentiel de membrane peut subir une inversion brève et réversible : le potentiel d’action

b) le potentiel d’action

Suite à une stiulation, le potentiel de repos peut subir une inversion brève et réversible : - une dépolarisation : -70à+30 mV - une repolarisation : +30à-70 mV donc pour une amplitude globale de +/-100mV sur une durée de +/- 1 à 2 ms. La repolarisation est suivie d’une hyperpolarisation (-80mV) avant un retour au potentiel de membrane Le potentiel d’action est le signal élementaire du message nerveux, un message nerveux est un ensemble, un « train », de potentiels d’action.

2. …Qui se propage.

Ø Doc 3 page 359 : Notez les caractéristiques du message enregistré au niveau des différentes

électrodes ; calculez la vitesse de propagation.

suite à une stimulation en S, Le potentiel d’action est enregistré tout le long de l’axone sans aucune modification : durée et amplitude. Il est donc propagé, à l’identique sans aténuation, il s’agit d’un phénomène biologique et non électrique, il correspond à une circulation ionique (qui n’est pas au programme) et non électronique.

Distanceàl’électrodedestimulation(mm)0,511,522,53

la dépolarisation de la membrane est propagée de proche en proche, c’est un phénomène auto-entretenu, dû à des courants ioniques. La vitesse : V=d/t : R2 : 0,5 mm/1ms ; R3 : 1mm/2ms… v = 0,5m/sec La vitesse de propagation du message nerveux peut varier de 0,5 à + de 100m/s, cette vitesse dépend en fait du diamètre de la fibre Exemple des fibres sensorielles :

Plus le diamètre de la fibre augmente, plus la vitesse augmente. Le diamètre dépend de la myélinisation de la fibre, plus la gaine de myéline est épaisse plus le diamètre est élevé.

sur une fibre myélinisée, la propagation s’éffectue par « saut » de nœud de ranvier (interuption de la gaine) en nœud de ranvier, ce qui augmente la vitesse .

3. …Et code l’intensité de la stimulation.

a) Lors d’une stimulation artificielle d’une fibre que se passe-t-il si on fait varier l’intensité de la

stimulation ? la loi du « tout ou rien »

Les stimulations 1, 2, 3 entraînent l’apparition d’une dépolarisation mais qui n’atteint pas la réalisation d’un PA. Les stimulations >, 4, 5, 6 entraînent l’apparition d’un PA dont les caractéristiques restent constantes (durée et amplitude) malgré l’augmenation de la stimulation. Il existe une valeur de stimulation seuil en deçà de laquelle aucun PA n’est engendré et audelà de laquelle un PA apparaît, dont les caractéristiques resteront constantes quelle que soit l’intensité

b) Et au niveau d’un récepteur ?

123456

Un récepteur est un organe adapté à l’enregistrement d’une variation d’un facteur de l’environnement extérieur : un stimulus (lumière, pression, température…) ou intérieur (concentration en glucose, température, étirement…) et relié au système nerveux.

- exemple du fuseau neuro musculaire

Le fuseau neuro musculaire est constitué de fibres musculaires modifiées, autour desquelles s’enroulent des fibres sensitives afférentes (les dendrites des neurones en T du ganglion rachidien). Il est adapté à l’enregistrement de l’état d’étirement du muscle, l’étirement entraînant une diminution du diamètre des fibres modifiées

Au moyen d’un oscilloscope (O2), on enregistre le message nerveux dans une fibre sensitive (Ia) issues d’un fuseau neuromusculaire (FNM) d’un muscle soumis à un étirement à l’aide de masses croissantes de 4, 20, 30 grammes.

Plus la masse augmente plus l’étirement est intense et plus le message nerveux enregistré présente une fréquence de PA élevé. Au delà de l’intensité seuil, plus l’intensité de la stimumation augmente plus la fréquence des PA augmente : l’intensité de la stimulation est codée en fréquence de PA.

Ø Exercice 9 page 372. III/ La transmission du message nerveux.

1. Du neurone sensitif au neurone moteur : synapse neuro-neuronique. a) La synapse neuroneuronique : Doc 1 page 360

Neurone présynaptique Synapse : membrane présynaptique, fente synaptique, membrane postsynaptique Vésicules synaptiques (neurotransmetteur) Neurone postsynaptique

FNM Axone

Dans des vésicules (nombre constant de molécules de NT)

b) Le fonctionnement de la synapse

Neuroneprésynaptique

Neuronepostsynaptique

Membraneprésynaptique

Membraneprésynaptique

fentesynaptique

Migrationdesvésicules

L’arrivée d’un message nerveux présynaptique déclenche une transformation du message de nature électrique en un message de nature chimique, puis de nouveau en un message de natue électrique au niveau postsynaptique.

� l’arrivée d’un message nerveux présynaptique (un « train » de PA) se traduit par � une migration des vésicules (- ->), leur fusion avec la membrane présynaptique et la libération des neurotransmetteurs (NT) : exocytose. � les NT se fixent sur les récepteurs spécifiques situés sur la membrane postsynaptique, leur activation se traduit par une dépolarisation de la membrane postsynaptique (Potentiel Post Synaptique : PPS) �la naissance d’un message nerveux postsynaptique � après un petit temps de latence, les NT sont éliminés des récepteurs par des enzymes et recyclés dans la cellule présynaptique.

c) Etude expérimentale du fonctionnement d’une synapse neuroneuronique.

Un oscilloscope B est relié à une microélectrode intracellulaire placée au niveau d’une fibre présynaptique(Elle enregistre l’activité de la fibre présynaptique.) Un oscilloscope C est relié à une microélectrode intracellulaire placée au niveau de la synapse, coté postsynaptique. (Elle enregistre l’activité du neurone postsynaptique.)

PPS

Pas de PA en B1 (neurone présynaptique) = aucun message présynaptique Pas de message postsynaptique transmis

Un message nerveux présynaptique de faible fréquence (2PA) Une dépolarisation de la membrane postsynaptique (PPS) mais qui ne suffit pas à générer un message postsynaptique. Un message nerveux présynaptique de plus haute fréquence (4PA) La dépolarisation postsynaptique (PPS) a une amplitude supérieure mais ne permat toujours pas la naissance d’un message nerveux postsynaptique

Il existe un seuil de dépolarisation de la membrane postsynaptique en deçà de laquelle aucun PA n’est généré. Au delà, un message nerveux postsynaptique apparaît. Lorsque la fréquence des PA du message présynaptique augmente, l’effet de l’arrivée de chaque PA s’aditionne et permet une dépolarisation > au seuilàPA A l’arrivée de chaque PA, une vague de vésicules entre en exocytose et libère une quantité donnée de NT, chaque PA est traduit en concentration de NT. Les NT activent une quantité équivalante de récepteurs ce qui se traduit par une dépolarisation. Le seuil de dépolarisation est dépassé losque la quantité de récepteurs activé est suffisant = concentration en NT suffisant = sommation des effets de l’arrivée de plusieurs PA.

d) Des synapses aux effets différents

PPSPPS

PA

sommation

LorsquelafréquencedesPAì

La flexion ou l’extension du pied necessite l’action de 2 muscles antagonistes : l’extenseur et le fléchisseur du pied. Lors de l’extension du pied, le muscle extenseur se contracte mais le flechisseur doit se décontracter. Comment est assurée l’action coordonée, opposée mais complémentaire de ces 2 muscles ?

Montage 1 Enregistrement en 1 Enregistrement en 2 Réponse Stimulation des fibres du FNM du muscle extenseur du pied

Après le ganglion rachidien : 1 PA au bout de 0,5ms

Enregistrement du même message mais avec une latence, la distance parcourue étant plus courte, la durée aurait dué être plus courte ! = délai synaptique

Le triceps crural (muscle extenseur du pied) se contracte, le pied s’étend.

Montage 2 Enregistrement en M1 Enregistrement en M2 Réponse Stimulation des fibres du FNM du muscle extenseur du pied

Membrane du motoneurone du muscle extenseur du pied :

Dépolarisation : PPSExcitateur

Membrane du motoneurone du muscle fléchisseur du pied :

Hyperpolarisation:

PPSInhibiteur

Le muscle stimulé (extenseur )se contracte Son antagoniste (fléchisseur) se décontracte

Donc : L’étirement du muscle extenseur (stimulation des fibres du FNM) se traduit par une contraction du muscle étiré et une décontraction de son antagoniste

Il existe au niveau de la substance grise de la ME des interneurones qui font synapse entre des terminaison nerveuses du neurone afférent et le motoneurone du muscle antagoniste. L’arrivée du message afférent en provenance du muscle étiré, - génère un PPSE au niveau du motoneurone du muscle étiré et donc un message nerveux postsynaptique à contraction du muscle étiré - génère un PPSI au niveau du motoneurone du muscle antagoniste grâce à l’intervention de l’interneurone qui INHIBE la transmission du message à décontraction de l’antagoniste

Il existe donc des synapses excitatrices dont les neurotransmetteurs stimule la transmission du message nerveux en activant les récepteurs postsynaptiques et des synapces inhibitrices qui inhibent la transmission du message nerveux, grâce à des neurotransmettreurs différents qui bloquent les récépteurs.

+

+

-

e) Du neurone moteur au muscle : la synapse neuromusculaire Ø Analysez les documents pages 361 Ø En vous aidant de la photo 2 page 360, schématisez le fonctionnement de la synapse

neuromusculaire.

Cellule pré-synaptique(neurone)Vésiculessynaptiques(neurotransmetteurs)-Membraneprésynaptique-Fentesynaptique-MembranepostsynaptiqueCellulepostsynaptique (muscle)

1. arrivée d’un potentiel d’action 2. migration des vésicules contenant

l’acethylcholine (NT) et exocytose 3. Fixation de l’Ach sur les récepteurs spécifiques

de la membrabne postsynaptique 4. PA musculaire * 5. Contraction. 6. au bout d’un temps donné, des enzymes

(achetylcholinéstérases) délogent l’Ach et celle-ci est recyclée dans la terminaison présynaptique.

* on rappelle que la cellule musculaire est excitable, son potentiel de membrane peut s’inverser (PA musculaire) ce qui entraîne une contraction des fibres.

Certaines substances peuvent interagir avec cette synapse, provoquer des dysfonctionnement du muscle mais aussi utiliser à des fins thérapeutiques (Voir correction TP2), comme le curare (documents pages 362, 363) La tubocurarine est le principal principe actif du curare, un poison d’origine végétale, aux propriétés myorelaxantes. Cette molécules peut se fixer sur les récepteurs spécifiques de l’Ach mais elles bloque le fonctionnement de ceux-ci et ne permet pas la naissance d’un PA musculaire et donc une contracation

6.recyclagedel’Ach

NB : les mouvements ioniques ne sont pas au programme BILAN :

Le réflexe myotatique, un des éléments du contrôle du tonus musculaire, est un réflexe monosynaptique lié à la circulation de messages nerveux entre deux neurones : un neurone sensoriel et un neurone moteur. C'est donc le cas le plus simple de circuit nerveux. Un message, généré par les terminaisons sensorielles d'un neurone en T à la suite de l'étirement d'un muscle, se propage jusqu'au neurone moteur dont l'activation provoque la contraction du muscle. Ceci permet d'ajuster la longueur du muscle.