Le nerf Etude du potentiel d action

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1 LUCASELLI Charline Licence SV-2, Groupe 1 Mardi 3 avril 2007 Le nerf Etude du potentiel d action Introduction Le sciatique est un nerf sensitivo-moteur. Ainsi, il transmet d une part les sensations de la périphérie au système nerveux central et d autre part l excitation motrice au muscle. I. Objectifs Cette manipulation permet d étudier les caractéristiques du potentiel d action du nerf sciatique de Grenouille (Rana sp.). Ainsi nous étudierons ses variations d amplitude en fonction des variations de l intensité de la stimulation et de la distance entre les électrodes d enregistrements. Nous déterminerons ensuite sa vitesse de propagation avant d observer les phénomènes de périodes réfractaires absolue et relative. Ceci nous permettra de mieux comprendre le fonctionnement du nerf sciatique. II. Mode opératoire Après avoir détruit les centres nerveux d une grenouille, on la dissèque afin de prélever le nerf sciatique qu on déposera dans une cuve à nerf contenant de l eau distillée (pour éviter sa dessiccation). Cette cuve est reliée à des électrodes de stimulations et d enregistrements, dont nous changerons la position. Celles-ci sont respectivement reliées à un stimulateur et à un préamplificateur qui rendra le signal lisible sur l oscilloscope. Le stimulateur, quant à lui, permet d appliquer le signal électrique dont les caractéristiques sont connues, nous pourrons donc les faire varier. 1

2 Schéma du montage 2

3 III. Résultats et interprétations 1. Enregistrement du potentiel d action (PA) du nerf Description : Calcul de l amplitude : Pour E1 : 3,5 x 50 / 10 = 17,5mV Pour E2 : 1,2 x 50 / 10 = 2,4mV Calcul de la durée : 1,8 x 1 = 1,8ms 3

4 L électrode de stimulation S2 apporte des charges négatives ce qui provoque une dépolarisation (inversion de charges entre l extérieur et l intérieur de la cellule). Le PA ainsi crée se dirige vers les électrodes d enregistrement E1 puis E2 car l électrode S1 induit un barrage de conduction de nature électrotonique en apportant des charges positives. E1 est l électrode négative et E2 la positive pour que le PA soit représenté selon la convention. Comme les deux électrodes d enregistrement sont rapprochées ont obtient un PA biphasique dont le tracé ressemble à celui d un PA cellulaire mais qui est différent. En effet, le premier est la somme algébrique des deux enregistrements tandis que le second est obtenu à l aide d une micro électrode intracellulaire. 4

5 Comparaison avec un enregistrement intra cellulaire : 1 : Potentiel de repos (-70mV) pendant lequel aucun canal voltage dépendant n est ouvert. 2 : Phase de dépolarisation où on a une augmentation de la perméabilité aux ions Na + qui conduit à une entrée massive de sodium dans la cellule. Cette entrée d ions positifs provoque l inversion du potentiel membranaire. 3 : Phase de repolarisation avec diminution de la perméabilité au Na + (arrêt de l entrée des ions sodium) et une augmentation de celle au K+ (sortie importante d ions potassium). Cette sortie d ions positifs provoque la repolarisation de la membrane plasmique. 4 : Phase d hyperpolarisation pendant laquelle la perméabilité au K+ est encore élevée alors que le potentiel de repos a déjà été atteint. 5 : Phase de restauration. A la fin du potentiel d action la polarité est redevenue normale. 2. Seuil de réponse, réponses croissantes L amplitude du PA du nerf varie en fonction de l intensité de la stimulation. En effet, plus celle-ci est importante plus il y a de fibres recrutées. De plus, la durée de stimulation influe elle aussi sur l amplitude du PA. Le tableau ci-après présente les amplitudes (en mv) obtenues en fonction de l intensité des chocs et de leur durée. 5

6 durée des amplitude chocs des chocs (mv) (ms) ,05 0,1 0 0,5 1 2, ,5 0, , , On remarque qu il y a une réponse du nerf à partir d une valeur seuil pour laquelle l excitation devient supraliminaire. En dessous de ce seuil, elle est dite infraliminaire. Pour t = 0,05 ms Seuil à 400 mv Plateau à 26 mv Pour t = 0,1 ms Seuil à 250 mv Plateau à 29 mv Pour t = 0,5 ms Seuil à 150 mv Plateau à 30mV 6

7 On observe que si la durée de stimulation est longue, même une stimulation de faible intensité provoquera une réponse du nerf : le seuil est atteint pour une stimulation de 150mV ; tandis que si la durée de stimulation est courte, il faudra appliquer un choc de plus forte intensité pour obtenir une réponse (seuil à 40mV). Lorsqu on est dans la zone où l excitation est supraliminaire, on observe que l amplitude du PA augmente avec l intensité et avec la durée de la stimulation. Cela est dû au recrutement progressif des fibres. Lorsque celui-ci est maximal, on atteint un plateau pour lequel l amplitude du PA ne varie pas même si l amplitude des chocs augmente. La valeur de ce plateau est sensiblement la même pour les 3 durées de stimulation car on travail sur le même nerf (le recrutement maximal est le même). 3. Etude de la réponse maximale On fait varier la distance séparant les électrodes d enregistrement E1 et E2 et on observe les variations des PA. Electrodes d enregistrement séparées de 5 mm : Amplitude E2 : 5,2 x 50 / 10 = 26mV Amplitude E1 : 1,2 x 50 / 10 = 6mV Durée : 1,8 x 1 = 1,8ms Electrodes d enregistrement séparées de 10mm : 7

8 Amplitude E2 : 5,8 x 50 / 10 = 29mV Amplitude E1 : 1,5 x 50 / 10 = 7,5mV Durée : 2,4 x 1 = 2,4ms En écartant les électrodes d enregistrement, on observe que l amplitude et la durée du PA augmentent. En effet, puisque la distance parcourue par le PA est plus grande, E1 a presque terminé l enregistrement de la repolarisation lorsque E2 capte la dépolarisation : ainsi la somme algébrique sera plus grande. L amplitude du PA est toujours tronquée car le nerf est trop court pour obtenir un PA élémentaire. On va léser le nerf : ainsi, l électrode E2 devient alors électrode de référence, elle n est plus affectée par le PA et on peut donc observer un PA élémentaire. Amplitude : 5,8 x 50 / 10 = 29,3mV Durée : 2,0 x 1 = 2,0ms 4. Mesure de la vitesse de propagation du PA Mesure avec les deux électrodes rapprochées (d=10mm) On mesure T = 0,2ms 8

9 Mesure avec les deux électrodes éloignées (d =15mm) On mesure T = 0,4ms On a V = D / (T T) Avec : D = d d (en m) = 0,005m T = 0,0004s T = 0,0002s Application numérique : V = 25m/s Comme le nerf sciatique est un nerf sensitivo-moteur, il est composé à la fois de fibres motrices et de fibres sensitives. Le calcul de la vitesse de propagation correspond à ces dernières. Elle est élevée car ces fibres sont myélinisées. 5. Mise en évidence de la phase d inexcitabilité du nerf. PRA : 1,2 x 1 = 1,2mV 9

10 PRT : 3,8 x 2 = 7,6mV PRR = PRT PRA = 6,4mV Lorsque l intervalle entre deux stimulations supraliminaires est réduit, l amplitude du second PA diminue : on est dans la période réfractaire relative (PRR). Si l intervalle est encore plus réduit, le second n apparaît plus quelque soit l intensité de la stimulation : on est dans la période réfractaire absolue (PRA). Durant cette période tout les canaux sodiques sont à l état inactivé (et donc ils s opposent à la dépolarisation) alors que lors de la PRR certains d entre eux sont ouverts (d où l apparition du second PA à l amplitude réduite). Ainsi, le PA exploratoire a son amplitude qui diminue lorsque l intervalle diminue car les canaux sodiques inactivés n ont pas assez de temps pour se rouvrir. Par contre, le second PA de la PRT a la même amplitude que le premier car tous les canaux sodiques se sont réactivés. Conclusion : Le nerf est une structure complexe, capable de transférer une information dans le corps à grande vitesse. Il permet au corps de réagir avec l environnement dans un temps relativement bref. Suivant l action recherchée, le nerf peut être plus ou moins sollicité, étant donné qu il est lui-même constitué de plus petites fibres excitables. La réponse peut donc être modulée. Cependant, il faut un temps de repos pour que le nerf retrouve son efficacité, cela étant dû aux canaux à Na+ 10

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