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Chapitre 5 Neurophysiologie Gilles Bourbonnais Cours compensateurs Université Laval.

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1 Chapitre 5 Neurophysiologie Gilles Bourbonnais Cours compensateurs Université Laval

2 1. Système nerveux et système endocrinien Système endocrinien (hormonal) : Système nerveux : Maintien de lhoméostasie par : Sécrétion dhormones dans le sang Action lente, mais soutenue Influx nerveux Action rapide, mais brève

3 2. Mode d action du système nerveux (5-3) 1. Réception de linformation Milieu intérieur Milieu extérieur 2. Intégration : analyse des informations, mémorisation et prise de décision 3. Action Organes internes Muscles volontaires (comportement)

4 3. Les grandes divisions du système nerveux Voir: Le système nerveux périphériqueLe système nerveux périphérique

5 4. La cellule nerveuse : le neurone (5-7) Neurones (10%) Cellules gliales (90%) Neurones (10%) Cellules gliales (90%) Ne se reproduisent pas (sauf rares exceptions). Grand longévité. Cellules excitables. Métabolisme (5% du poids du corps, 20% de la consommation d énergie) Caractéristiques des neurones:

6 Structure des neurones Prolongements De prolongements fins = axone et dendrites Chaque neurone est formé : Dun corps cellulaire

7 Corps cellulaire Noyau Axone Dendrites L'influx se dirige vers corps cellulaire Axone, l'influx s'éloigne du corps cellulaire

8 axone dendrite

9 Prolongements peuvent être très ramifiés Dendrites Axone

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11 Axones longs souvent recouverts dune gaine de myéline. Formée de cellules gliales qui senroulent autour de laxone.

12 Axone recouvert de myéline Dendrites Corps cellulaire

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14 Espaces entre les cellules de Schwann = nœuds de Ranvier Espaces entre les cellules de Schwann = nœuds de Ranvier

15 Myéline formée de: Cellules de Schwann (système nerveux périphérique) Oligodendrocytes (SNC) Myéline formée de: Cellules de Schwann (système nerveux périphérique) Oligodendrocytes (SNC)

16 Classification structurale Neurone bipolaire Neurone unipolaire Neurone multipolaire

17 Classification fonctionnelle Neurone sensitif Neurone moteur Neurone d association (ou interneurones)

18 Neurone sensitif (neurone unipolaire) Neurone moteur (neurone multipolaire

19 Soutien La névroglie (cellules gliales) (5-17) Remplissent tous les vides entre les neurones (tout ce qui est en noir sur ce dessin).

20 Régulation de la composition du milieu cérébral Phagocytose des cellules mortes et des corps étrangers Gaine de myéline (oligodendrocytes et cellules de Schwann) Contrairement aux neurones, ces cellules peuvent se reproduire activement. Soutien

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22 5. Les nerfs (5-19) Les nerfs sont formés daxones de neurones moteur et de neurones sensitifs (certains ne contiennent que des fibres sensitives). Nerf rachidien ~ fibres nerveuses Le corps cellulaire est dans (ou tout près) du SNC. Nerf rachidien ~ fibres nerveuses Le corps cellulaire est dans (ou tout près) du SNC. Axone Vaisseaux sanguins

23 Axone Gaine de myéline Endonèvre Périnèvre Épinèvre Vaisseaux sanguins

24 On peut recoudre l'épinèvre d'un nerf sectionné

25 Dans un nerf, ce ne sont pas toutes les fibres qui parviennent à repousser correctement ou à emprunter "le bon chemin". Neurone intact Neurone sectionné L'axone et une partie de la gaine de myéline en aval de la section dégénèrent L'axone peut repousser en empruntant le "tunnel" formé par la gaine de myéline et l'endonèvre (1 à 5 mm par jour)

26 Nerfs sensitifs Nerfs mixtes Ex. nerf auditif, nerf olfactif, nerf optique La plupart des nerfs sont mixtes.

27 Substance blanche : formée surtout d axones myélinisés permet la liaison nerveuse entre les zones éloignées Substance blanche : formée surtout d axones myélinisés permet la liaison nerveuse entre les zones éloignées Substance grise : formée surtout de corps cellulaires et de prolongements courts Substance grise : formée surtout de corps cellulaires et de prolongements courts Substance blanche Substance grise 6. Substance grise et substance blanche

28 7. Quand la myéline dégénère (5-22) Sclérose en plaque Syndrome de Guillain-Barré

29 Luigi Galvani (1737 / 1798) Un courant électrique appliqué à un nerf provoque la contraction des muscles d'une grenouille morte. Une électricité animale circule dans les nerfs. 8. Polarisation de la membrane du neurone

30 L'électricité est-elle l'explication de la vie? Certains l'ont cru au XIXe siècle.

31 1850 : l'Allemand H. von Helmholtz ( ) mesure la vitesse de l'influx nerveux dans un nerf. Vitesse de quelques mètres par seconde seulement. C'est donc beaucoup plus lent que l'électricité circulant dans un fil métallique (~ vitesse de la lumière) Vitesse de quelques mètres par seconde seulement. C'est donc beaucoup plus lent que l'électricité circulant dans un fil métallique (~ vitesse de la lumière) La cellule, une pile électrique

32 Andrew Fielding Huxley (1917) Alan Hodgkin ( ) Expériences sur les neurones géants de calmar à la fin des années 30 et dans les années 40. Axones géant de calmar Ganglion contenant les corps cellulaires

33 Potentiel de repos : -70 mV

34 Extérieur de la membrane: Ions positifs = Na + surtout (un peu de K + aussi) Ions négatifs = Cl - surtout Extérieur de la membrane: Ions positifs = Na + surtout (un peu de K + aussi) Ions négatifs = Cl - surtout Intérieur du neurone: Ions positifs = K + surtout (un peu de Na + aussi) Ions négatifs = Protéines et ions phosphates Intérieur du neurone: Ions positifs = K + surtout (un peu de Na + aussi) Ions négatifs = Protéines et ions phosphates Mais y a un léger surplus d ions + Mais y a un léger surplus d ions - Concentrations en ions de chaque côté de la membrane:

35 Supposons que de part et dautre dune membrane on ait autant dions positifs que négatifs: 10 Cl - et 10 Na + 10 K + et 10 ions - Potentiel nul (autant de + que de -)

36 Que se passe-t-il si on ajoute des canaux permettant le passage des K+, mais pas des autres ions? ==> diffusion du potassium 10 Cl- 10 Na+ 3 K+ 10 ions - 7 K charges + et 10 - = +3 7 charges + et 10 - = -3

37 Le K+ cherche à diffuser en suivant son gradient de concentration Le K+ est attiré par les charges - de l'intérieur et repoussé par les charges + de l'extérieur La diffusion ne se fera pas jusquà équilibre des concentrations du K + Le gradient électrique qui se forme arrête la diffusion.

38 Les charges positives en surplus s accumulent sur la membrane Les charges négatives en surplus s accumulent sur la membrane À l équilibre: N.B. un peu de Na+ parvient à pénétrer +3 -3

39 La polarité de la membrane est donc due: Différence de concentration en ions entre lintérieur et l extérieur. Perméabilité sélective de la membrane (laisse passer le potassium, mais à peu près pas les autres ions). La polarité se maintient même si du Na + parvient à pénétrer: pompes à sodium / potassium.

40 Les neurones peuvent réagir à un stimulus (excitabilité). Réaction = ouverture de canaux à sodium de la membrane Baisse d ions + à lextérieur Hausse d ions + à lintérieur 9. Le potentiel d'action

41 Entrée massive de Na+ ==> baisse de la polarité là où les canaux à sodium se sont ouverts. - 70mV - 60mV - 50 mV... Au point stimulé, la polarité s'inverse.

42 Fermeture des canaux à sodium. Ouverture de canaux à K+ qui étaient fermés ==> perméabilité au K+ ==> sortie de K+ = potentiel d action Le point dépolarisé reprend rapidement sa polarité:

43

44 La stimulation de lextrémité de laxone entraîne la dépolarisation de la membrane à cet endroit

45 Après la repolarisation, la membrane demeure inerte un certain temps (les canaux à sodium ne peuvent pas s ouvrir) = période réfractaire. Le point dépolarisé va rapidement se repolariser

46 Potentiel daction en un point de la membrane ==> potentiel daction au point voisin: Les canaux à sodium vont s ouvrir ici 10. L'influx nerveux

47 Influx nerveux = déplacement d un potentiel daction le long de la membrane du neurone Même principe que la vague dans un stade

48 Les anesthésiques locaux bloquent les canaux à sodium.

49 La tédrodoxine, une neurotoxine abondante dans les viscères (intestins, foie, ovaires surtout) de certains poissons agit aussi en bloquant les canaux à sodium. Au Japon, certains restaurants servent du Fugu, un poisson riche en tetrodoxine que seuls certains cuisiniers certifiés peuvent apprêter (un seul poisson contient assez de toxine pour tuer 30 personnes). Tout l'art du cuisinier consiste à servir la chair du poisson sans la contaminer avec la toxine.Fugu Voir aussi: Fugu - the fatal fishFugu - the fatal fish

50 ~ 3 Km / heure à ~ 300 Km / heure Vitesse dépend: Diamètre de la fibre nerveuse : diamètre ==> vitesse Présence de myéline ==> vitesse 11. Vitesse de déplacement de l influx

51 La conduction saltatoire « Une fibre non myélinisée devrait avoir un calibre de plusieurs centimètres pour conduire l'influx à la même vitesse (100 m/s) qu'une fibre myélinisée de 20 micromètres de diamètre. » Le cerveau à tous les niveaux Le cerveau à tous les niveaux

52 dépolarisation repolarisation dépolarisation repolarisation dépolarisation

53 12. Loi du tout ou rien Pour quil y ait potentiel daction, la dépolarisation au point stimulé doit dépasser un certain seuil (~ - 50 mV). Si la dépolarisation ne dépasse pas le seuil : la membrane reprend sa polarisation normale et il n y a pas dinflux. Si la dépolarisation dépasse le seuil ==> la dépolarisation se poursuit jusquà + 40 mV : dépolarisation et repolarisation = potentiel daction ==> influx nerveux Peu importe lintensité du stimulus, la dépolarisation ne dépassera pas + 40 mV Si la dépolarisation ne dépasse pas le seuil : la membrane reprend sa polarisation normale et il n y a pas dinflux. Si la dépolarisation dépasse le seuil ==> la dépolarisation se poursuit jusquà + 40 mV : dépolarisation et repolarisation = potentiel daction ==> influx nerveux Peu importe lintensité du stimulus, la dépolarisation ne dépassera pas + 40 mV

54 Loi du tout ou rien Pour quil y ait potentiel daction, la dépolarisation au point stimulé doit dépasser un certain seuil (~ - 40 à ~ - 50 mV ). Le stimulus 1 (S1) est plus petit que S2 qui est plus petit que S3. Seul S3 provoque une dépolarisation qui atteint le seuil du neurone.

55 Perception de lintensité du stimulus Le SNC peut faire la différence entre un stimulus faible et un stimulus fort même si le potentiel daction est le même dans les deux cas: 1. Un stimulus fort fait réagir plus de neurones quun stimulus faible

56 2. La fréquence des potentiels produits est plus grande si le stimulus est fort.

57 13. La synapse (5-40) Synapse = point de « connexion » entre deux neurones 1 mm 3 de substance grise du cortex peut contenir 5 milliards de synapses.

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59 Anatomie de la synapse Neurone présynaptique Neurone postsynaptique Neurone présynaptique Neurone postsynaptique

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61 Dépolarisation de la membrane du bouton synaptique Libération par exocytose du neurotransmetteur dans la fente synaptique Le neurotransmetteur se fixe sur son récepteur sur le neurone postsynaptique La fixation du neurotransmetteur provoque l ouverture de canaux ioniques

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63 Le canal à sodium souvre lorsque le neurotransmetteur se fixe sur le récepteur.

64 La liaison du récepteur avec le neurotransmetteur peut avoir deux effets (selon le neurotransmetteur): Ouverture de canaux à sodium ==> polarité de la membrane ==> potentiel d action (si la dépolarisation > seuil) ==> influx Ouverture de canaux à Cl- ou de canaux supplémentaires à K+ ==> polarité de la membrane (-100 à la place de -70, par exemple) ==> neurone plus difficile à dépolariser (seuil plus difficile à atteindre)

65 Le glutamate est un neurotransmetteur Le GABA est un neurotransmetteur inhibiteur

66 Ouverture de canaux à Cl - ==> entrée de Cl- dans le neurone ==> polarité de la membrane (lintérieur devient plus négatif et lextérieur plus positif)

67 Ouverture de canaux à K+ supplémentaires ==> perméabilité au K+ ==> diffusion du K+ vers lextérieur ==> polarité Un neurone hyperpolarisé est plus difficile à dépolariser jusquau seuil. Tant quil est hyperpolarisé, il est moins sensible.

68 Effet du neurotransmetteur dépend: Sorte de neurotransmetteur Sorte de récepteur Neurotransmetteur excitateur ==> dépolarise la membrane le neurone est plus sensible Neurotransmetteur excitateur ==> dépolarise la membrane le neurone est plus sensible Neurotransmetteur inhibiteur ==> hyperpolarise la membrane le neurone est moins sensible Neurotransmetteur inhibiteur ==> hyperpolarise la membrane le neurone est moins sensible

69 Chaque neurone reçoit des terminaisons excitatrices et des terminaisons inhibitrices Ex. neurone moteur Sil y a plus dexcitation que dinhibition le neurone moteur est dépolarisé au-delà du seuil et il y a influx. Sil y a plus dinhibition que dexcitation le neurone moteur ne se dépolarise pas jusquau seuil. Il ny a pas dinflux.

70 Ex. modulation de la douleur Si le neurone inhibiteur est actif, le neurone dassociation devient peu sensible (plus difficile à dépolariser)

71 14. Quelques neurotransmetteurs Acétylcholine Neurotransmetteur de nombreux neurones dans le SNC. Neurotransmetteur des jonctions neuromusculaires.

72 Acide gamma aminobutyrique (GABA) Acétylcholine Adrénaline et noradrénaline Dopamine Sérotonine Endorphines et enképhalines

73 1.Dégradation par enzymes de le fente synaptique. 2.Recaptage par des cellules gliales ou par le bouton synaptique. 3.Diffusion hors de la fente synaptique 15. L'élimination du neurotransmetteur Tous les neurones baignent dans une « soupe » de neurotransmetteurs dont la composition varie sans cesse = milieu central fluctuant Tous les neurones baignent dans une « soupe » de neurotransmetteurs dont la composition varie sans cesse = milieu central fluctuant

74 16. Mode d'action des drogues La drogue bloque le récepteur du neurotranmetteur. La drogue empêche le recaptage du neurotransmetteur. Effet antagoniste Inhibiteur de recaptage La drogue a le même effet que le neurotransmetteur. Effet agoniste

75 Activation du récepteur = Effet agoniste Ex.Opiacés se fixent sur les récepteurs des endorphines et agissent de la même façon. Blocage du récepteur = Effet antagoniste Ex.Curare ou cobratoxine aux jonctions neuromusculaires (antagonistes de lacétylcholine). Antipsychotiques (antagonistes de la dopamine).

76 Inhibiteurs du processus délimination (recaptage) Cocaïne et amphétamines = inhibiteur du recaptage de la dopamine ISRS (Prozac) = inhibiteur du recaptage de la sérotonine Gaz de combat (organophosphorés) = inhibiteur de lacétylcholinestérase, lenzyme qui élimine lacétylcholine dans les jonctions neuromusculaires.

77 Récepteurs de la dopamine Dopamine Recaptage Inhibition du recaptage

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79 FINFIN FINFIN


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