Les voies de communication intercellulaires Chapitre 4 Les voies de communication intercellulaires Le système nerveux 1ère partie titre

plan 1. Les fibres nerveuses. 1.1. Organisation du système nerveux. 1.2. Structure des fibres nerveuses. 1.2.1. Les nerfs. 1.2.2. Le neurone. 1.3. Propriété électriques des fibres. plan 1.3.1. Rappels de physique. 1.3.2. Potentiel de repos. 1.3.3. Potentiel d’action. 1.3.4. Excitabilité. 1.3.4.1. Genèse du potentiel d’action. 1.3.4.2. Paramètres intensité / durée. 1.3.4.3. Variation de l’excitabilité. 1.3.5. Propagation du P.A. 1.3.5.1. Fibres amyélinisées (courants locaux). 1.3.5.2. Fibres myélinisées (courants saltatoires).

1.1 1. Les fibres nerveuses. 1.1. Organisation du système nerveux. Onde ? Particule ? 2 concepts contradictoires et complémentaires. Qu’est-ce que la lumière ? Principe d’incertitude de Heisenberg: on ne peut définir à la fois la vitesse et la position d’un électron. Qu’est-ce que la matière ? La matière n’est qu’un phénomène et ne possède pas de réalité propre. C’est un réseau de relations, un échange d’informations… PLAN

1.1 1. Les fibres nerveuses. 1.1. Organisation du système nerveux. « Le mode est ce que le cerveau en perçoit. » Comparer la vision du monde que possèdent un papillon, une chauve-souris et un humain. Comparer la vision du monde que possèdent les humains entre eux … les femmes et les hommes ? … les ados et les adultes ? … un daltonien et un sourd ? PLAN

1.1 1. Les fibres nerveuses. 1.1. Organisation du système nerveux. Vue, toucher,… proprioception Organes des sens Informations centripètes Fibres sensitives Traitement de l’information, prise de décision. Cerveau Informations centrifuges Fibres motrices Muscles, organes sécréteurs,… Organes effecteurs PLAN

1.1 1. Les fibres nerveuses. 1.1. Organisation du système nerveux. Le système nerveux est organisé en deux parties: Le système nerveux central (SNC) Encéphale Bulbe rachidien Moelle épinière Le système nerveux périphérique Nerfs Il existe une autre distinction: Système nerveux volontaire Muscles striés Système nerveux autonome Système sécréteurs, motricité non volontaire PLAN

1.2.1 1. Les fibres nerveuses. 1.2. Structure des fibres nerveuses. 1.2.1. Les nerfs. Les nerfs sont formés par un faisceau de fibres. Chaque fibre est le prolongement d’une cellule, le neurone. PLAN

1.2.1 1. Les fibres nerveuses. 1.2. Structure des fibres nerveuses. 1.2.1. Les nerfs. PLAN

1.2.2 1. Les fibres nerveuses. 1.2. Structure des fibres nerveuses. Le système nerveux est constitué de plus de 2.1010 neurones 1.2. Structure des fibres nerveuses. 1.2.2 1.2.2. Le neurone. Corps cellulaire (péricaryon) noyau Arborisation terminale axone Nœud de Ranvier Gaine de myéline dendrites synapse ramification PLAN

1.2.2 1. Les fibres nerveuses. 1.2. Structure des fibres nerveuses. Certains neurones (pas tous) possèdent une gaine de myéline. x 22 000 fibre amyélinisée 1.2. Structure des fibres nerveuses. 1.2.2 1.2.2. Le neurone. x 60 000 Seuls les axones possèdent, éventuellement, une gaine de myéline. La myéline est formée par une superposition de couches de lipides. Elle provient de l’enroulement d’une cellule de Schwann. x 20 000 myéline fibre myélinisée axolemme noyau de la cellule de Schwann PLAN

1.2.2 1. Les fibres nerveuses. 1.2. Structure des fibres nerveuses. 1.2.2. Le neurone. La myéline est formée par une superposition de couches de lipides. Elle provient de l’enroulement d’une cellule de Schwann. x 20 000 noyau de la cellule de Schwann PLAN

A chaque tronçon correspond une cellule de Schwann. 1. Les fibres nerveuses. 1.2. Structure des fibres nerveuses. 1.2.2 1.2.2. Le neurone. axolemme La gaine de myéline est interrompue environ tous les 1,5 mm par des étranglements ou nœuds de Ranvier. A chaque tronçon correspond une cellule de Schwann. Gaine de myéline PLAN

ddp: différence de potentiel entre deux points. 1. Les fibres nerveuses. 1.3. Propriété électriques des fibres. 1.3.1 1.3.1. Rappels de physique. ddp: différence de potentiel entre deux points. DE = E2 – E1 C-a-d force de répulsion ou d’attraction d’une charge entre ces deux points. voltmètre Electrode de référence: électrode dont le potentiel est arbitrairement fixé à zéro par l’appareillage. DE = EI – Eréf Electrode indicatrice: électrode dont le potentiel est mesuré par rapport à la référence. DE = EI – 0 DE = EI Dans ces conditions, la valeurs mesurée correspond au potentiel de l’électrode indicatrice. PLAN

Oscilloscope: voltmètre qui mesure 1. Les fibres nerveuses. 1.3. Propriété électriques des fibres. 1.3.1 1.3.1. Rappels de physique. Oscilloscope: voltmètre qui mesure la ddp au cours du temps. DE = f ( t ) oscilloscope voltmètre E (en mV) t (en ms) PLAN

1.3.2 1. Les fibres nerveuses. 1.3. Propriété électriques des fibres. * Cas de 2 électrodes extra-cellulaires * Et dans le cas de 2 électrodes intra-cellulaires ? 1.3. Propriété électriques des fibres. 1.3.2 1.3.2. Potentiel de repos. oscilloscope Potentiel de repos: potentiel d’une membrane lorsqu’elle ne manifeste pas d’activité. E (en mV) t (en ms) Les 2 électrodes sont situées à des endroits équivalents ! LEC LIC 2 observations: - DE est constant au cours du temps Pas de modification d’activité - DE = 0 mV Même environnement de charge. PLAN

1.3.2 1. Les fibres nerveuses. 1.3. Propriété électriques des fibres. * Cas d’une électrode intra-cellulaire * 1.3. Propriété électriques des fibres. 1.3.2 1.3.2. Potentiel de repos. oscilloscope Potentiel de repos: potentiel d’une membrane lorsqu’elle ne manifeste pas d’activité. E (en mV) t (en ms) LEC LIC 2 observations: - DE est constant au cours du temps Pas de modification d’activité - DE = -80 mV L’intérieur de la cellule est chargé négativement par rapport à l’extérieur. -80 PLAN

1.3.2 1. Les fibres nerveuses. 1.3. Propriété électriques des fibres. * Support moléculaire * 1.3. Propriété électriques des fibres. 1.3.2 1.3.2. Potentiel de repos. LEC LIC Mais pourquoi ? Les compositions des milieux intra et extra-cellulaires sont différents (revoir le cours de première). PLAN

1.3.2 1. Les fibres nerveuses. 1.3. Propriété électriques des fibres. * Support moléculaire * 1.3. Propriété électriques des fibres. 1.3.2 1.3.2. Potentiel de repos. Etat de base pour une cellule excitable. Etat de base pour une cellule non excitable. K+ K+ Na+ K+ K+ Na+ Na+ Na+ LEC Na,K, ATPase DE = 0 mV DE = - 40 mV DE = 0 mV DE = - 50 mV DE = -80 mV Na+ LIC Na+ K+ K+ K+ Protéine - K+ Protéine - Na+ Na+ La Na,K,ATPase chasse plus de cations vers l’extérieur qu’elle n’en importe. Elle provoque un déficit de charge +. PLAN

1.3.3 1. Les fibres nerveuses. 1.3. Propriété électriques des fibres. * Cas de 2 électrodes extra-cellulaires * 1.3. Propriété électriques des fibres. 1.3.3 1.3.3. Potentiel d’action. oscilloscope Potentiel d’action: potentiel d’une membrane à la suite d’une stimulation. générateur LEC Choc électrique LIC On peut utiliser une grande gamme de stimuli: Électrique Chimique (solutions acides) Mécanique (écrasement) La stimulation électrique est la plus pratique Quantifiable synchronisable avec l’oscillo. PLAN

1.3.3 1. Les fibres nerveuses. 1.3. Propriété électriques des fibres. * Cas de 2 électrodes extra-cellulaires * 1.3. Propriété électriques des fibres. 1.3.3 1.3.3. Potentiel d’action. oscilloscope Potentiel d’action: potentiel d’une membrane à la suite d’une stimulation. E (en mV) t (en ms) générateur artefact de stimulation + 80 LEC LIC 2 observations: - DE varie au cours du temps Mouvement de charges à travers la membrane Comment interpréter cette observation ? - 80 - DE = potentiel biphasique phase 1: charge + ind > réf phase 2: charge + ind < réf PLAN

1.3.3 1. Les fibres nerveuses. 1.3. Propriété électriques des fibres. * Cas de 2 électrodes extra-cellulaires * 1.3. Propriété électriques des fibres. 1.3.3 1.3.3. Potentiel d’action. oscilloscope Un indice pour ceux qui joue chez eux ! E (en mV) t (en ms) générateur artefact de stimulation + 80 LEC LIC 2 observations: - DE varie au cours du temps Mouvement de charges à travers la membrane Comment interpréter cette observation ? - 80 - DE = potentiel biphasique phase 1: le phénomène se déroule au niveau de la réf phase 1: charge + ind > réf phase 2: charge + ind < réf phase 2: le phénomène se déroule au niveau de l’ind PLAN

* Cas d’une électrode intra-cellulaire * artefact de stimulation 1. Les fibres nerveuses. * Cas d’une électrode intra-cellulaire * 1.3. Propriété électriques des fibres. 1.3.3 1.3.3. Potentiel d’action. oscilloscope inversion de polarité E (en mV) t (en ms) LEC dépolarisation repolarisation 1 2 3 LIC entrée de + sortie de + -80 hyper-polarisation artefact de stimulation phase de latence PLAN

* Support moléculaire * 1. Les fibres nerveuses. * Support moléculaire * 1.3. Propriété électriques des fibres. 1.3.3 1.3.3. Potentiel d’action. potentiel de repos dépolarisation repolarisation Na+ Na+ K+ Na+ Na+ Na+ Na+ Na+ LEC DE = +20 mV DE = -90 mV DE = -80 mV DE = -30 mV LIC K+ Na+ K+ K+ K+ K+ K+ K+ gradient Na+ électrique chimique entrée plus de passage gradient K+ électrique chimique sortie gradient K+ électrique chimique entrée sortie équilibre sortie massive entrée massive PLAN

1. Les fibres nerveuses. 1.3. Propriété électriques des fibres. NB: lorsque la stimulation est plus intense, la réponse arrive plus rapidement. 1.3.4.1 1.3.4. Excitabilité. 1.3.4.1. Genèse du potentiel d’action. E (en mV) t (en ms) Excitabilité: faculté de donner une réponse suite à une stimulation. maximum Les P.A. sont rigoureusement identiques. On utilise une série de stimulations d’intensités variables afin d’étudier la réponse du neurone. Loi du « tout ou rien » stimulation Intensité (en ua) I 1 II 2 III 4 IV 6 V - 1 stimulation Intensité (en ua) I 1 II 2 III 4 stimulation Intensité (en ua) I 1 stimulation Intensité (en ua) I 1 II 2 III 4 IV 6 stimulation Intensité (en ua) I 1 II 2 seuil sous-liminaire juxta-liminaire supra-liminaire Les stimulations « négatives » (qui provoquent une dépolarisation) ne donnent jamais de réponses. PLAN

Excitabilité: faculté de donner une réponse suite à une stimulation. 1. Les fibres nerveuses. 1.3. Propriété électriques des fibres. 1.3.4.1 1.3.4. Excitabilité. 1.3.4.1. Genèse du potentiel d’action. Excitabilité: faculté de donner une réponse suite à une stimulation. Loi du tout ou rien: Des stimulations supra-liminaires donnent des réponses identiques (même amplitude et même durée). Stimulation infra-liminaire: stimulation qui ne provoque aucune réponse. Les dépolarisations transitoires sont un phénomène local. Plus on s éloigne des électrodes stimulatrices, plus la dépolarisation s’estompe. Elles ne sont donc pas des réponses. Stimulation juxta-liminaire: stimulation d’intensité la plus faible qui donne une réponse. Stimulation supra-liminaire: stimulation suffisante pour donner une réponse. Seuil: valeur de dépolarisation à atteindre pour provoquer une réponse. PLAN

1. Les fibres nerveuses. Remarque: cas du nerf. 1.3. Propriété électriques des fibres. 1.3.4.1 1.3.4. Excitabilité. 1.3.4.1. Genèse du potentiel d’action. E (en mV) t (en ms) maximum maximum = seuil des moins excitables. Les nerfs sont constitués de neurones d’excitabilités différentes. Les plus excitables réagissent à des stimulations faibles (supra-liminaires et sous-maximales) tandis que les autres réagissent pour des stimulations plus intenses. Comment interpréter ce phénomène ? Et la loi du « tout ou rien » ? stimulation Intensité (en ua) I 1 II 2 stimulation Intensité (en ua) I 1 stimulation Intensité (en ua) I 1 II 2 III 4 stimulation Intensité (en ua) I 1 II 2 III 4 IV 6 stimulation Intensité (en ua) I 2 II 6 III 10 IV 15 V 20 seuil seuil = seuil des neurones les plus excitables. sous-liminaire supra-liminaire et sous-maximale repos maximale supra-maximale PLAN

stimulation par choc électrique (électrons) 1. Les fibres nerveuses. Support moléculaire 1.3. Propriété électriques des fibres. 1.3.4.1 1.3.4. Excitabilité. 1.3.4.1. Genèse du potentiel d’action. stimulation par choc électrique (électrons) Canal fermé Canal ouvert PLAN

1. Les fibres nerveuses. Rhéobase: Intensité de stimulation la plus basse qui donne une réponse à un temps infini. 1.3. Propriété électriques des fibres. 1.3.4.2 1.3.4. Excitabilité. 1.3.4.2. Paramètres intensité / durée. Chronaxie: durée de stimulation qui donne une réponse lorsque l’intensité de stimulation est égale à 2 fois la rhéobase. On détermine, pour différentes durées de stimulation, l’intensité juxta-liminaire. Ist (mV) durée (ms) Durée de stimulation (en ms) Intensité (en ua) 0,2 15 0,4 12 0,6 6 0,8 4 etc... supra-liminaire 2x Rh Rhéobase infra-liminaire Chronaxie PLAN

On fait subir à une fibre deux chocs électriques successifs. 1. Les fibres nerveuses. On fait subir à une fibre deux chocs électriques successifs. 1.3. Propriété électriques des fibres. 1.3.4.3 1.3.4. Excitabilité. 1.3.4.3. Variation de l’excitabilité. E (en mV) t (en ms) t (en ms) stimulations PLAN

1. Les fibres nerveuses. L’excitabilité du neurone varie au cours du potentiel d’action. 1.3. Propriété électriques des fibres. 1.3.4.3 1.3.4. Excitabilité. 1.3.4.3. Variation de l’excitabilité. excitabilité t (en ms) 100% Période normale Les périodes d’excitabilité correspondent aux différentes phases du potentiel d’action. Période infra-normale La dépolarisation de la membrane rend la stimulation plus difficile: le seuil est « plus haut ». Période réfractaire relative Période réfractaire absolue PLAN

Pourquoi pas de retour en arrière ? 1. Les fibres nerveuses. Pourquoi pas de retour en arrière ? 1.3. Propriété électriques des fibres. 1.3.5.1 1.3.5. Propagation du P.A. 1.3.5.1. Fibres amyélinisées (courants locaux). L’ouverture des canaux est induite par la dépolarisation de la membrane de proximité (seuil). + + + + + On produit expérimentalement cette dépolarisation par un courant électrique (électrons chargés -). dépolarisation dépolarisation dépolarisation dépolarisation In vivo, la dépolarisation dépend d’un courant ionique (Na+ et K+). PLAN

In vivo, la dépolarisation dépend d’un courant ionique (Na+ et K+). 1. Les fibres nerveuses. Les canaux se referment automatiquement au bout d’un certain délai et restent inactifs. 1.3. Propriété électriques des fibres. 1.3.5.1 1.3.5. Propagation du P.A. 1.3.5.1. Fibres amyélinisées (courants locaux). L’ouverture des canaux est induite par la dépolarisation de la membrane de proximité (seuil). + + + + + On produit expérimentalement cette dépolarisation par un courant électrique (électrons chargés -). dépolarisation dépolarisation dépolarisation dépolarisation In vivo, la dépolarisation dépend d’un courant ionique (Na+ et K+). PLAN

1. Les fibres nerveuses. La propagation de l’influe est régulière le long de l’axone. 1.3. Propriété électriques des fibres. 1.3.5.1 1.3.5. Propagation du P.A. 1.3.5.1. Fibres amyélinisées (courants locaux). L’ouverture des canaux est induite par la dépolarisation de la membrane de proximité (seuil). V = 2.10-3 / 2.10-3 = 1 m.s-1 On produit expérimentalement cette dépolarisation par un courant électrique (électrons chargés -). In vivo, la dépolarisation dépend d’un courant ionique (Na+ et K+). PLAN

La vitesse de l’influx est dix fois plus grande. 1. Les fibres nerveuses. La gaine de myéline forme un isolant. Les échanges ioniques se produisent au niveau des étranglements de Ranvier. 1.3. Propriété électriques des fibres. 1.3.5.2 1.3.5. Propagation du P.A. 1.3.5.2. Fibres myélinisées (courants saltatoires). + + Myéline dépolarisation La gaine de myéline limite les fuites de Na+ et rend plus efficace la diffusion des ions dans l’axoplasme. La vitesse de l’influx est dix fois plus grande. PLAN

1. Les fibres nerveuses. La vitesse de conduction varie selon les fibres nerveuses. Celle-ci dépend de deux facteurs: 1.3. Propriété électriques des fibres. 1.3.5.2 1.3.5. Propagation du P.A. - présence de myéline. 1.3.5.2. Fibres myélinisées (courants saltatoires). - diamètre de la fibre. L’influx nerveux s’estompe le long du fragment myélinisé et se régénère à l’étranglement de Ranvier suivant. V = 2.10-3 / 0,2.10-3 = 10 m.s-1 PLAN

2.2.3 electr 1. Les fibres nerveuses. 1.4. Activité électrique du cœur. 2.2.3 electr Les cellules cardiaques possèdent un potentiel d’action particulier. Les contractions des deux cœurs créent chacune des champs électriques différents. L’appareillage note le premier en positif et le deuxième en négatif. Ainsi, l’EEC est la différence des deux. Entrée de calcium nécessaire à la contraction. E (mV) Cœur droit. Cœur gauche. PLAN