Propriétés électriques des cellules

Propriétés électriques des cellules Ces propriétés sont liées aux caractéristiques de la membrane cellulaire. Existence et maintien du potentiel de repos = toutes les cellules. Réponse à une activation : cellules excitables. 27/01/04 Propriétés électriques des cellules

Propriétés électriques des cellules Le potentiel de repos DDP strictement localisée à la membrane. Extérieur + + + + + + Membrane cellulaire Vi - Ve - - - - - - - - - Intérieur Vi – Ve < - 50 mV pour cellules excitables (Vi – Ve  50 mV).   Cette DDP est une conséquence de l’inégalité de répartition de certains ions entre les deux faces de la membrane. 27/01/04 Propriétés électriques des cellules

Propriétés électriques des cellules Cellule du muscle de grenouille + - + - 12 155 4 145 mmol/L Na+ K+ Gradient de concentration Gradient électrique Résultante - + 4 120  Rappel : Equilibre de Donnan, Loi de Nernst pour un ion monovalent positif diffusible Vi – Ve = - RT ln [ ] i zF [ ] e Cl- 27/01/04 Propriétés électriques des cellules

Propriétés électriques des cellules Potentiel « d’équilibre » Connaissant [ ]i et [ ]e  ∆ V (dans l’hypothèse où l’ion est diffusible). Na+  + 65 mV K+  - 95 mV Cl-  - 90 mV   valeur mesurée dans cette préparation Première théorie (Boyle et Conway).   Membrane cellulaire perméable à K+ et Cl- imperméable à Na+, mais : Différence de  5 mV pour K+ Expérience de Hodgkin et Keynes 27/01/04 Propriétés électriques des cellules

Propriétés électriques des cellules Na* Na* Na* Na* axone Na* Na* Na* Na* Donc la membrane cellulaire est perméable au sodium (50 fois moins qu’au K+). 27/01/04 Propriétés électriques des cellules

Tenant compte des perméabilités dans la membrane du K+ et du Na+ : Théorie actuelle. Tenant compte des perméabilités dans la membrane du K+ et du Na+ : Goldman : Faible devant Ke quand Ke augmente [K+]e + PNa+ [Na+]e Pk+ Vi – Ve = 60 log [K+]i + PNa+ [Na+]i Pk+ - RT ln 1 Toujours faible F 10 27/01/04 Propriétés électriques des cellules

Propriétés électriques des cellules vi - ve - 60 log [K+]e mmol/L 1 3 5 10 100 La courbe expérimentale pour [K+]e < 10 mmol/L correspond à celle prédite. 27/01/04 Propriétés électriques des cellules

Propriétés électriques des cellules Quel est le mécanisme ?  Pompe Na/K ATP dépendante. Extérieur Membrane Intérieur ATP Entrée Active K+ (2 ions) Sortie Na+ (3 ions) 27/01/04 Propriétés électriques des cellules

Propriétés électriques des cellules Administration d’ouabaïne (qui bloque spécifiquement la pompe Na+/K+). vi - ve t  - 5 mV Potentiel de Donnan  - 70 mV Potentiel de repos 27/01/04 Propriétés électriques des cellules

L’activation de la fibre nerveuse La fibre nerveuse peut être stimulée par exemple par un courant électrique. 1. Stimulation par un courant infraliminaire (n’aboutissant pas à la dépolarisation de la cellule), d'intensité inférieure à la rhéobase. Courant entrant Courant sortant + + - - + + + + + + + + + + _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ Fibre nerveuse vi - ve x Dépolarisation  - 70 mV Potentiel de repos Hyperpolarisation 27/01/04 Propriétés électriques des cellules

Propriétés électriques des cellules La résistance transversale de la membrane est plus forte sous l’anode (courant entrant  hyperpolarisation) que sous la cathode (courant sortant  dépolarisation). 2. Courant sortant supraliminaire Il entraîne une dépolarisation. Si celle-ci est supérieure à une valeur seuil ( ∆ > 15 mV environ), il apparaît un potentiel d’action (PA). 27/01/04 Propriétés électriques des cellules

Propriétés électriques des cellules vi - ve + 30 Potentiel seuil Potentiel de repos  - 90  - 95 t PNa+ Stimulation Perméabilité PK+ t  50 ms 27/01/04 Propriétés électriques des cellules

Propriétés électriques des cellules Mécanismes Lors de l’excitation membranaire, il y a libération de médiateurs chimiques. Ces derniers conduisent à l’ouverture de « protéines – canaux » spécifiques des ions, expliquant la perméabilité de la membrane aux ions (Na+ en particulier). Leur destruction enzymatique amène à la refermeture des canaux. Cette variation de la perméabilité de la membrane aux ions explique les variations de la différence de potentiel transmembranaire. Perméabilité Na+ : entrée d’ions Na+  Vi – Ve  0 puis augmentation perméabilité K+ : Vi – Ve  et la ddp transmembranaire devient même inférieure au potentiel de repos : post potentiel (correspond aux potentiels d’équilibre de K+ à – 95 mV). 27/01/04 Propriétés électriques des cellules

Propriétés électriques des cellules Plus Intense vi - ve Intensité = 2Rh - 50 mV Stimulation supraliminaire Potentiel seuil Stimulation infraliminaire Potentiel de repos t PRA1 PRA2 Chronaxie 27/01/04 Propriétés électriques des cellules

Propriétés électriques des cellules Loi du « tout ou rien ». La stimulation supraliminaire d’une fibre entraîne toujours un potentiel d’action d’amplitude et de durée constantes (sauf juste après une autre stimulation avec PA : période réfractaire ou PRA). Par contre, au niveau d’un nerf, le nombre de fibres atteintes par une densité de courant supraliminaire varie en fonction de l’intensité traversant l’électrode. Propagation du PA. 1. Fibre non myélinisée L’existence d’une zone dépolarisée crée des courants locaux pouvant dépolariser les zones adjacentes sauf si elles viennent de l’être (période réfractaire)  propagation de l’influx dans un seul sens. Ext + + + _ _ _ + + + Int _ _ _ + + + _ _ _ 27/01/04 Propriétés électriques des cellules

Propriétés électriques des cellules 2. Fibre myélinisée La gaine de myéline est un isolant  conduction « saltatoire » d’un nœud de Ranvier à l’autre. Extérieur + + - - - + Intérieur Vitesse de propagation plus grande ( 10 m/s contre 0,1 à 1 m/s sans myéline). 27/01/04 Propriétés électriques des cellules

Autres cellules excitables Les récepteurs sensoriels. En laboratoire, le courant électrique est le stimulus habituel ; en physiologie, les stimulus sont lumineux, thermiques, mécaniques, chimiques … Ces stimuli appliqués à un récepteur entraînent une dépolarisation et PA qui se propage le long des fibres nerveuses correspondantes. Exemples : photorécepteurs de la rétine, stimuli mécaniques : organe de Corti dans oreille interne, vestibule, corpuscules de Pacini dans la peau, chémorécepteurs … 27/01/04 Propriétés électriques des cellules

Propriétés électriques des cellules La fibre musculaire striée. Le sarcolemme de la cellule musculaire a des propriétés physiologiques semblables au neurone. De plus, il existe lors du PA une entrée de Ca++ permettant l’association actine – myosine. A la jonction nerf moteur - cellule musculaire (jonction neuromusculaire), la dépolarisation ne peut passer directement du nerf au muscle. Il y a intervention de l’acétylcholine qui augmente la perméabilité du sarcolemme au Na+  PA. Entre deux neurones, la transmission de l’excitation se fait également le plus souvent grâce à un médiateur chimique (transmission synaptique). La fibre myocardique et le tissu nodal. (voir cours suivant) 27/01/04 Propriétés électriques des cellules