1ST2S Biophysiopathologie : Motricité et système nerveux La physiologie neuro-musculaire :

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1 La physiologie neuro-musculaire : Introduction : Le neurone possède 3 propriétés indispensables pour assurer sa fonction au sein de l organisme : -l excitabilité : capacité à répondre à un stimulus -la conductibilité : permet la propagation de l IN -La communicabilité : capacité à transmette l information d une cellule à une autre. Le neurone est capable de transmettre un influx nerveux en réponse à un stimulus : il est dit excitable. Lorsqu il reçoit un stimulus, il passe de l état de repos à l état activé et produit un influx électrique appelé potentiel d action qui se propage le long de l axone. I Naissance de l influx nerveux Rqe :Les phénomènes électriques qui correspondent à la transmission des messages nerveux sont de faible amplitude et de très courte durée. Il est donc nécessaire de les amplifier. Pour cela, on utilise un oscilloscope. 1. Le potentiel de repos (PR) a) Méthode de mesure Doc 1p90 Le potentiel de repos se mesure à l aide de deux électrodes reliées à un oscilloscope. L oscilloscope mesure une différence de potentiel entre les deux électrodes. Une électrode dite de référence reste dans le milieu extracellulaire. La seconde est placée à l intérieur de l axone : on observe une déviation vers le bas de valeur : - 70 mv Cette différence de potentiel au repos est appelée potentiel de repos ou potentiel de membrane. b) Définition C est une différence de potentiel mesurée entre la face externe e la face interne de la membrane d une cellule. Il se mesure au repos. Il est de -70mV pour les neurones. (-90 mv pour les cellules musculaires) Le signe «-» indique que la face interne de la membrane plasmique est chargée négativement par rapport à la face externe On le note :

2 c) Origine du potentiel de repos Cette ddp est due à un déséquilibre entre les ions de part et d autres de la membrane plasmique. La concentration en ions sodium extracellulaire est plus forte que la concentration en ions potassium intracellulaire. 2. Le potentiel d action (PA) Les neurones communiquent en produisant et en propageant des potentiels d action le long de leur axone. a) Méthode de mesure : Mise en évidence Doc 2p91 L observation du potentiel d action se fait à l aide du même montage que le PR additionné d un générateur d impulsions électriques qui stimule artificiellement (intensité et durée)) le neurone. b) Définition Le potentiel d action correspond à une déviation brusque et transitoire du potentiel de membrane qui se produit en réponse à une stimulation efficace. Seules les cellules nerveuses et musculaires sont capables de produire un PA/ les cellules nerveuse le véhiculent, il se propage le long de la fibre nerveuse. c) Les différentes phases du potentiel d action et les phénomènes ionques Le potentiel d action montre différentes phases : - Artéfact de stimulation : perturbation électrique due à la stimulation qui montre que le neurone est sensible à la stimulation. - 1 : la différence de potentiel est de -70 mv. Cette période correspond à un temps de latence (= temps mis par l influx nerveux pour aller des électrodes stimulatrices aux électrodes réceptrices). - 2 : la différence de potentiel passe de -70 mv à + 40 mv : inversion de polarité : l intérieur du neurone est positif par rapport à l extérieur. Il y a dépolarisation de la membrane plasmique : l excitation de la fibre nerveuse entraîne l ouverture des canaux Na + voltage dépendants. Les ions Na + pénètrent massivement par simple diffusion à l intérieur de la fibre nerveuse, il y a donc entrée de cations, inversion du potentiel de membrane et dépolarisation membranaire. 2

3 - 3 : la différence de potentiel repasse de 40 mv à 70 mv. L intérieure redevient négatif. Il y a repolarisation de la membrane plasmique : les canaux Na + se ferment et les canaux K + s ouvrent. Il y a donc sortie de K + par simple diffusion et repolarisation de la membrane. - 4 : la différence de potentiel passe de 70 mv à 90 mv puis revient à 70 mv. Il y a hyperpolarisation de la membrane plasmique puis retour au PR : elle est liée à une fermeture lente des canaux K + qui permettent une sortie de K + même si le potentiel de repos a été atteint. Suite à l excitation, la polarité de la fibre nerveuse revient à la normale mais la répartition des ions de part et d autre de la membrane est modifiée. Donc la pompe Na + / K + va répartir correctement les ions de part et d autre de la membrane. C est un système qui fait rentrer 2 molécules de potassium et sortir 3 molécules de sodium en consommant de l énergie sous forme d ATP. d) Les propriétées du potentiel d action Il est bref Durée très courte environ 3ms Seuil d excitabilité et loi du tout ou rien Il existe donc un seuil d excitabilité (= seuil de potentiel) en dessous duquel le neurone n est pas stimulé (stimulation infraliminaire). Dès que ce seuil est dépassé (stimulation supraliminaire), on observe toujours, quelle que soit l intensité de la stimulation, un potentiel d action de même amplitude : le potentiel d action obéit à la loi du tout ou rien. Sommation temporelle et spatiale Pour atteindre la valeur seuil, plusieurs stimulations peuvent s additionner dans le temps ou dans l espace à des endroits peu éloignés sur la membrane du neurone. Existence de périodes réfractaires Il existe donc une période appelée période réfractaire pendant laquelle la membrane ne répond pas aux stimulations. Rqe : Au niveau d un nerf entier : Au-dessous du seuil d excitabilité, il n y a pas de réponse. Au-dessus de ce seuil, les réponses sont proportionnelles à l intensité de la stimulation (plus l intensité de la stimulation est grande, plus la réponse du nerf est importante) Le nerf n obéit pas à la loi du tout ou rien : plus l intensité de la stimulation est importante, plus le nombre de fibres nerveuses stimulées est grand, et plus le potentiel d action du nerf a une grande amplitude. 3

4 II Propagation et vitesse de conduction de l influx nerveux Animation bio en flash «propagation PA» (bio cel) 1. Mécanisme de propagation de l influx nerveux le long de l axone a) Dans les fibre amyélinisée : Doc 1p92 Un potentiel d action correspond à un mouvement d ions qui entraîne localement la formation de courants électriques ("courants locaux"). L'amplitude de ces courants permet la dépolarisation de la membrane jusqu'à atteindre le seuil de potentiel qui déclenche un potentiel d'action, et ainsi de suite. Animation propagation PA sur clé usb (dossier PA) Rqe : Il n'y a pas de retour en arrière car après une dépolarisation, la membrane est inactivée tant qu'elle n'a pas retrouvé son potentiel de repos (période réfractaire). b) Dans les fibre myélinisée : Doc 2p92 La vitesse de propagation est plus élevée pour les fibres myélinisées car les P.A. ne se déclenchent qu'au niveau des noeuds de Ranvier (la gaine de myéline joue un rôle d'isolant). Les courants locaux s'établissent entre étranglements successifs, ce qui accélère la propagation du message. On parle de conduction saltatoire. Rqe : Un trouble de la propagation de l influx nerveux: la Sclérose en Plaques La sclérose en plaque (SEP) est une affection neurologique évolutive, caractérisée par une inflammation à l origine d une démyélinisation par plaques au sein de la substance blanche du système nerveux central. La propagation des PA est donc ralentit voir interrompue du fait d une hyperpolarisation exagérée au niveau des nœud de Ranvier entrainée par la disparition des cellules de Schwann. voir doc 2. Le codage du message nerveux Quand l intensité de la stimulation augmente, on observe une augmentation de la fréquence des potentiels d action. Le message nerveux est codé en modulation de fréquence Rqe : Au niveau d un nerf Plus l intensité de la stimulation est importante, plus le nombre de fibres nerveuses stimulées est grand, et plus le potentiel d action du nerf a une grande amplitude. Le nerf répond en modulation d amplitude 4

5 III Comment les nerfs permettent-ils la contraction des muscles? Animation bio en flash «synapse chimique» (bio cel) 1.La synapse neuro-musculaire ou plaque motrice : Doc 1p96 La plaque motrice désigne la jonction entre un neurone et une cellule musculaire. Elle présente trois points importants : - L élément pré-synaptique : = bouton synaptique, qui renferme de nombreuses vésicules de neurotransmetteurs (ex : acétylcholine). C est la terminaison du neurone. - la fente synaptique : espace de 20 à 30 nm rempli de liquide interstitiel - L élément post-synaptique : = la fibre musculaire : elle porte des récepteurs spécifiques du neurotransmetteur (ex : Ach) 2. Fonctionnement Chronologie de la transmission synaptique :Comment se fait la communication entre nerf et muscle? Animation transmission synaptique Doc 3p97 L arrivée d un potentiel d action dans l extrémité axonique entraîne la dépolarisation de la membrane présynaptique. Celle-ci provoque à son tour, l ouverture de canaux calciques-voltage dépendants présents dans la membrane et entraîne une entrée massive de Ca 2+ dans le bouton synaptique. L afflux de Ca 2+ active l exocytose des vésicules présynaptiques c est-à-dire libération d une substance chimique (l acétyl-choline) dans la fente synaptique : Doc 2p96 L acétyl-choline libéré, va ensuite se fixer de manière réversible sur des récepteurs-canaux postsynaptiques (spécifiques à Na+), dont il entraîne l ouverture : le sodium pénètrent massivement dans la fibre musculaire. La pénétration de Na + entraîne une dépolarisation de la membrane post-synaptique. Quand le seuil d excitation des canaux à Na + voltage dépendant est atteint, ceuxci s ouvrent à leur tour et donne naissance à un potentiel d action musculaire qui se traduira par une contraction Ainsi, l acétycholine a permis à l influx nerveux de franchir la fente synaptique entre le neurone et la fibre musculaire d où le terme de neurotransmetteur. 5

6 Au niveau de l espace synaptique, les neurotransmetteurs sont rapidement inactivés par des enzymes spécifiques (acétylcholinestérase) et /ou recaptés par la terminaison présynaptique. 3. Le couplage entre l excitation et la contraction musculaire Doc 3p97 Naissance d un potentiel d action musculaire qui se propage dans le sarcolemme jusqu au tubule T Le PA déclenche la libération du calcium contenu dans le réticulum sarcoplasmique Le calcium se fixe sur l actine ce qui met à jour un site de fixation pour la myosineet permet le glissement des filaments d actine le long de la myosine. L énergie nécessaire au fonctionnement de ce cycle est fournie par l hydrolyse de l ATP. La fibre musculaire contient peu de réserves en ATP. Il est donc produit en fonction des besoins par les nombreuses mitochondries à partir des réserves de glycogène. IV les maladies neuro-dégénératives Le système nerveux peut-être affecté par différentes pathologies qui entraînent des dysfonctionnements de la transmission nerveuse : on parle de maladies neurodégénératives. En France, elles touchent plus d une personne sur 50, après l âge de 50 ans. Si temps : Activité «découverte de la maladie d Alzheimer» Foucher p La maladie d Alzheimer = 1 ère cause de démence sénile La maladie d Alzheimer est une démence sénile dégénérative qui se caractérise par une altération progressive de la mémoire et du psychisme, suffisamment marquée pour handicaper les activités de la vie quotidienne. Le diagnostic clinique Diagnostic clinique= détermination d une pathologie à partir de l étude des symptômes (signes) découverts au cours de l examen clinique Le diagnostic est difficile car c est un diagnostic clinique* différentiel (par élimination d autres types démence) qui repose sur une appréciation des pertes psychiques (test psychométrique du MMSE). Les principaux signes cliniques sont : - amnésie = perte de la mémoire= -changements du comportement -diminution des facultés de jugement et de raisonnement - troubles du langage : dysphasie voire aphasie 6

7 -ataxie = perte de l exécution des mouvements volontaires coordonnés -perte de la lecture : alexie -perte de la reconnaissance des objets : agnosie L apparition d au moins un des signes précédents depuis plus de 6 mois, est suffisant pour orienter le diagnostic vers la maladie. Les examens paracliniques Le diagnostic est confirmé par un scanner ou une IRM. Parfois difficile de conclure. On utilise une autre méthode : la tomographie par émission de positons (TEP) est une technique qui permet, après injection d un traceur métabolique (fluoro-déoxy-glucose), de voir les zones où le traceur n est pas métabolisé cad les zones malades. On observe ainsi des modifications de la structure anatomique et histologique de la substance grise du cerveau : -une atrophie du cortex et de l hippocampe -une dilatation des ventricules cérébraux Ceci est due a deux types de lésions : - la formation de plaques séniles : ce sont des dépôts de peptides qui s accumulent à la surface des neurones (peptides béta-amyloïde) - La dégénérescence neurofibrillaire des neurones causée par l accumulation de protéines (protéine Tau) sur ces mêmes organites. Rq :un diagnostic de certitude n est possible qu après l autopsie par l observation anatomopathologique du cerveau : Cerveau sain d une personne âgée Cerveau d une personne âgée décédée de la maladie d Alzheimer 7

8 Activité : Etude d un cas clinique de la maladie d Alzheimer. Mme Alois 80 ans est pensionnaire d une maison de retraite depuis 1 an. Fiche donnée à la famille de Mme Alois : Auparavant, veuve sans enfant, elle vivait seule malgré sa dépendance. Son Localisation et nature des lésions cérébrales de la maladie d Alzheimer placement en institution a été décidé compte tenu de sa perte d autonomie presque complète et de la dégradation de son MMSE évalué à 5. Elle devenait incapable d effectuer seule les gestes de la vie quotidienne, oubliait de prendre ses médicaments, de manger, de fermer le gaz de la cuisinière, ne savait plus lire, ni écrire, ne communiquait plus. Son comportement alternait entre un état dépressif, agitation, anxiété. Son médecin a diagnostiqué une maladie d Alzheimer. 1.Proposer une définition de la maladie d Alzheimer.(MA) 2.Donner les principaux signes cliniques décrits chez Mme Alois permettant le diagnostic de la MA. 3.Trouver les termes correspondant aux expressions soulignées. 4.A partir de la fiche donnée à sa famille expliquant l origine de cette maladie, décrire et situer les localisations anatomiques des lésions observées dans la MA. Test d orientation vers la maladie d Alzheimer : 8

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