La physiologie du neurone et du nerf

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1 THÈME 5 La physiologie du neurone et du nerf Le neurone est l unité fonctionnelle du système nerveux. Il est caractérisé par trois propriétés : l excitabilité, la capacité à modifier son activité en réponse à une stimulation ; la conductibilité, la capacité à propager cette modification ; la communicabilité, la capacité à transmettre une information à une autre cellule. Le nerf hérite des propriétés de chacun des neurones qui le composent. Objectifs CONTENU OBJECTIFS ET INDICATIONS NIVEAU Le neurone et l influx nerveux au niveau de l axone : potentiel de repos, potentiel d action, propriétés de l influx nerveux L influx nerveux au niveau d un nerf À partir d enregistrements, caractériser le message nerveux À partir d enregistrements, montrer le recrutement progressif des fibres nerveuses selon l intensité de l excitation. Comparer avec la réponse d un axone 3 1. Le potentiel de repos, le potentiel d action Document 1 des expériences de mesure du potentiel membranaire montage expérimental l écran d un oscilloscope R 1, une électrode de mesure R, une électrode de référence un axone un générateur de stimulations S Éditions Casteilla 214 mesure de la différence de potentiel entre les électrodes R 1 et R Les courbes représentent l affichage de l oscilloscope. Le sigle ddp signifie la différence de potentiel. - 7 temps (ms) figure a : le potentiel de repos l électrode R 1 est enfoncée au temps B A -7 C D temps (ms) figure b : un potentiel d action une stimulation S est appliquée au temps THÈME 5 La physiologie du neurone et du nerf 51

2 1.1. D après les données du document 1, définir le potentiel membranaire de repos. La différence de potentiel entre la face externe et la face interne d une membrane biologique, en absence de toute stimulation de cette membrane. D après la figure a du document 1, préciser la valeur du potentiel de repos : 7 mv Cocher les affirmations correctes. La ddp membranaire : est propre à la cellule nerveuse X est la même pour toute cellule vivante X résulte de la répartition inégale des ions entre l intérieur et l extérieur de la cellule X est maintenue par l action d une pompe membranaire est nulle lorsque la cellule est en activité augmente lorsque la cellule est en activité La membrane cellulaire est : dépolarisée potentialisée X polarisée électropositive 1.3. D après la figure b du document 1, définir le potentiel d action. La variation du potentiel membranaire, à la suite d une stimulation. Le potentiel d action peut être décomposé en 4 phases, repérées par les lettres A, B, C et D sur la figure b du document 1. Compléter le tableau. la phase la variation du potentiel le nom de la phase sur la face externe la charge sur la face interne la durée A B stable à 7 mv (après un artéfact dû à la stimulation) la ddp s inverse ; elle devient positive (+ 4 mv) un temps de latence +,3 ms la dépolarisation +,7 ms C la ddp redevient négative la repolarisation + 1 ms D la ddp est transitoirement inférieure à sa valeur de repos, puis elle augmente pour retrouver sa valeur initiale l hyperpolarisation + 1 ms 2. Les propriétés de l influx nerveux au niveau de l axone Document 2 le seuil d excitabilité l expérience Plusieurs stimulations électriques d intensités croissantes sont appliquées sur l axone : S1 < S2 < S3 < S4 < S5 (l intensité est par exemple doublée entre chaque stimulation) -7 S1 S2 S3 S4 S5 temps (ms) Éditions Casteilla Système nerveux et motricité

3 2.1. Au brouillon, analyser l expérience du document 2. Cf p. 56 Proposer une définition du seuil d excitabilité d un neurone. L intensité minimale de la stimulation nécessaire pour obtenir un potentiel d action. Déduire de l expérience une valeur approximative de ce seuil : comprise entre les valeurs S2 et S3. Un neurone répond à une loi, dite du tout ou rien. Justifier cette expression. Le neurone ne réagit pas à une stimulation d intensité inférieure à une valeur seuil. Pour une intensité égale ou supérieure à cette valeur, la réponse du neurone est toujours la même. Document 3 la sommation temporelle l expérience Deux stimulations de même intensité infraliminaire sont appliquées successivement à l axone : cas 1 : les 2 stimulations (S1 et S2) sont éloignées dans le temps cas 2 : les 2 stimulations (S3 et S4) sont très rapprochées dans le temps -7 S1 S2 S3 S4 temps (ms) 2.2. Au brouillon, analyser l expérience du document 3. Cf p. 56 Le phénomène observé dans cette expérience est l effet de sommation. Proposer une définition de l expression sommation temporelle. Deux stimulations d intensité inférieure au seuil s additionnent si elles sont suffisamment rapprochées dans le temps, et l intensité résultante est suffisante pour créer un potentiel d action. Document 4 la période réfractaire l expérience Deux stimulations de même intensité supraliminaire sont appliquées successivement à l axone : cas 1 : les 2 stimulations (S1 et S2) sont rapprochées dans le temps cas 2 : les 2 stimulations (S3 et S4) sont éloignées dans le temps -7 S1 S2 S3 S4 temps (ms) Éditions Casteilla Au brouillon, analyser l expérience du document 4. Cf p. 56 Déduire de l expérience une définition de la période réfractaire du neurone. La période durant laquelle le neurone, après avoir créé un potentiel d action suite à une stimulation, n a pas la capacité de répondre à une deuxième stimulation d intensité supérieure au seuil. THÈME 5 La physiologie du neurone et du nerf 53

4 Document 5 le codage de la réponse l observation et l expérience Les corpuscules de Pacini sont des mécanorécepteurs situés sous l épiderme ; soumis expérimentalement à une pression, leur membrane se dépolarise ; si la stimulation est suffisante, elle génère des potentiels d action. Des pressions d intensité croissante sont appliquées à un corpuscule de Pacini : P1 < P2 < P3 (l intensité de la pression est par exemple doublée entre chaque stimulation). P1 P2 P3 temps (ms) 2.4. Au brouillon, analyser l expérience du document 5. Cf p. 56 Déduire l expression correcte. La réponse du neurone est modulée : en intensité X en fréquence en amplitude Donner des exemples de stimuli pouvant générer des potentiels d action. des stimuli externes : une pression ou un choc, une variation de température, lumière, son des stimuli internes : une modification de la tension artérielle, de la composition du sang 3. La conduction de l influx nerveux au niveau de l axone La conduction ou la propagation de l infl ux nerveux est le déplacement de chaque potentiel d action le long de l axone d un neurone (ou fibre). Document 6 la mesure de la vitesse de la propagation de l influx nerveux La vitesse de propagation de l influx nerveux est variable. Le tableau suivant donne des vitesses mesurées pour des fibres et des conditions différentes. le type de fibre une fibre myélinisée une fibre amyélinique le diamètre (en μm) la température (en C) la vitesse (en m. s 1 ) D après le document 6, indiquer 3 facteurs qui agissent sur la vitesse de conduction. 1 : le diamètre de la fibre 2 : la température 3 : le type de fibre (myélinisée ou non) 3.2. Pour une même température, donner la relation entre la vitesse de conduction et le diamètre d une fibre myélinisée. La conduction est d autant plus rapide que le diamètre de la fibre est plus grand. Éditions Casteilla Système nerveux et motricité

5 4. L influx nerveux au niveau du nerf REPÈRE Document 7 la réponse du nerf à une stimulation La courbe ci-contre présente la réponse d un nerf à des stimulations d intensités croissantes. Cette réponse peut être décomposée en 3 zones. amplitude de la réponse (mv) REPÈRE Revoir la composition du nerf dans le thème 3 «l organisation du système nerveux» intensité de la stimulation (ma) 4.1. Analyser et interpréter chaque zone de la courbe du document 7. Compléter le tableau. la zone 1 la zone 2 la zone 3 l analyse une absence de réponse du nerf à une stimulation d intensité faible une réponse d amplitude croissante en fonction de l intensité de la stimulation une réponse d amplitude stable, maximale l interprétation la stimulation est infraliminaire pour tous les neurones qui composent ce nerf le seuil de stimulation est atteint pour un nombre croissant de neurones le seuil de stimulation est atteint pour tous les neurones Cocher la réponse correcte. Le nerf répond à la loi du tout ou rien. X Le nerf ne répond pas à la loi du tout ou rien. X La réponse du nerf est la résultante des réponses des neurones qui le composent. La réponse du nerf est moins importante que les réponses des neurones qui le composent. Document 8 la vitesse de conduction dans le nerf Des expériences sont réalisées in vitro sur un nerf saphène (nerf externe de la jambe) de chat. Ce nerf est composé de deux sortes de fibres : des fibres de 3 μm de diamètre, et des fibres de 7 μm de diamètre. Le nerf saphène est stimulé par un courant électrique d intensité supraliminaire. Le graphique ci-contre représente la réponse du nerf, enregistrée par des électrodes disposées à une certaine distance du point de stimulation. amplitude de la réponse (mv) 1 2,5 1, 1,5 2, 2,5 temps (s) Éditions Casteilla Au brouillon, analyser le graphique du document 8. Cf p. 56 Faire la relation entre les pics 1 et 2 et les diamètres des fibres composant le nerf saphène. Justifier. le pic 1 le pic 2 le diamètre des fibres de 7 μm de diamètre des fibres de 3 μm de diamètre une justification La vitesse de conduction est d autant plus grande que le diamètre de la fibre est plus grand. À une certaine distance du point de stimulation, la réponse des fibres de 7 μm de diamètre est donc enregistrée avant celle des fibres de 3 μm de diamètre. THÈME 5 La physiologie du neurone et du nerf 55

6 Réponses aux questions d analyse au brouillon 2.1. Au brouillon, analyser le graphique du document 2. Le neurone ne répond pas aux stimulations S1 et S2, d intensité trop faible. Une stimulation d intensité plus élevée permet d obtenir un potentiel d action. Malgré l augmentation de l intensité de la stimulation, l amplitude de la réponse du neurone reste la même Au brouillon, analyser le graphique du document 3. Le neurone ne répond pas aux stimulations infraliminaires, sauf si deux stimulations successives sont suffisamment rapprochées dans le temps Au brouillon, analyser le graphique du document 4. Le neurone répond à une première stimulation S1 ou S3, d intensité supérieure au seuil, par un potentiel d action. Une deuxième stimulation appliquée au neurone n a pas d effet si elle est trop rapprochée de la précédente (S2). Par contre, elle crée un nouveau potentiel d action si elle est plus éloignée de la précédente (S3) Au brouillon, analyser le graphique du document 5. Plus la pression augmente, plus les potentiels d action sont rapprochés dans le temps Au brouillon, analyser le graphique du document 8. Le graphique représente l amplitude de la réponse du nerf à une stimulation appliquée en amont de la mesure, en fonction du temps. Il rend donc compte de la vitesse de conduction de l influx. Une 1 re réponse apparaît à partir de,2 secondes. Son amplitude atteint le maximum à,7 s puis elle diminue rapidement et devient nulle après 1,2 s. Une deuxième réponse apparaît, d amplitude inférieure mais de durée supérieure. Éditions Casteilla Système nerveux et motricité