Etude d un réflexe à point de départ cutanée Objectifs spécifiques

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1 Etude d un réflexe à point de départ cutanée Objectifs spécifiques Identification des éléments mis en jeu dans l acte réflexe Définir les potentiels de repos et d action Préciser l origine ionique de ces potentiels Déterminer la vitesse de conduction du potentiel d action Signaler les facteurs de variation de la vitesse de conduction du potentiel d action Expliquer le mode de propagation du potentiel d action dans les fibres myélinisées et amyélinisées Expliquer la nature du PPSE et celle du PPSI Expliquer les différents modes d intégration Décrire l ultrastructure et le fonctionnement de la synapse neuroneuronique Expliquer le mécanisme de coordination de l activité des muscles antagonistes dans le cas du réflexe étudié Construire un schéma fonctionnel de synthèse qui résume le fonctionnement du réflexe étudié

2 Sommaire du cours 1. Organisation d une réaction comportementale : Le réflexe de retrait de la main : 2. Le message nerveux : 2.1 Nature et origine du message nerveux : Le potentiel de repos : Origine et mécanisme du potentiel de repos : Le potentiel d action signal élémentaire du message nerveux : Origine ionique du potentiel d action : Le message nerveux est un message codé : 2.2 Propagation du message nerveux le long des fibres nerveuses : 2.3 Les synapses : Structure de la synapse neuro-neuronique : Le mécanisme de la transmission synaptique : Les synapses : excitatrice et inhibitrice 2.4 La genèse des messages nerveux : sensitif et moteur : La genèse du message nerveux sensitif : La genèse du message nerveux moteur : 3 Le fonctionnement du circuit nerveux du réflexe à point de départ cutané

3 1. Organisation d une réaction comportementale : Le réflexe de retrait de la main : C est une réaction motrice qui présente les caractéristiques suivantes : involontaire, innée, automatique, inévitable (ou inéluctable), stéréotypée, prévisible et adaptée à un but qui est la protection. Le réflexe de retrait de la main met en jeu les éléments anatomiques suivants : Des terminaisons nerveuses de la peau : ce sont des récepteurs sensoriels, qui captent les stimuli d origine externe (chaleur élevée, acide etc ) le système nerveux qui est un système d intégration et de communication car il traite les informations qu il reçoit et assure la transmission des messages. Il est formé par : - des fibres nerveuses sensitives (afférentes ou centripètes) formées par de dendrites des neurones sensitifs dont le corps cellulaire est situé dans le ganglion spinal de la racine postérieur du nerf rachidien. Ces fibres conduisent le message nerveux issu des récepteurs sensoriels vers la moelle épinière. - la moelle épinière qui va traiter le message nerveux sensitif pour former le message nerveux moteurs. C est un centre intégrateur. - des fibres nerveuses motrices (efférentes ou centrifuges) formées par les axones qui quittent la moelle épinière par la racine antérieure du nerf rachidien. Elles conduisent le message nerveux de la moelle épinière aux muscles les organes effecteurs qui sont les muscles du bras et qui réalisent la réaction lorsqu il reçoivent le message nerveux moteur.

4 1. Le message nerveux : 2.1. Nature et origine du message nerveux : Le potentiel de repos : Au repos le neurone présente de part et d autre de sa membrane, une différence de potentiel permanente de l ordre de 70 mv, appelée potentiel de repos ou potentiel de membrane. La membrane de l axone est polarisée positivement sur sa face externe et négativement sur sa face interne Origine et mécanisme du potentiel de repos : Le potentiel de repos est lié à une distribution très inégale des ions Na + et K + de part et d autre de la membrane du neurone. En effet les ions Na + sont plus concentrés dans le milieu extracellulaire et les ions K +, sont plus concentrés dans le milieu intracellulaire. L état de repos du neurone est caractérisé par un excès de charges positives extracellulaires ou un excès de charges négatives intracellulaires.

5 Lorsque le neurone est au repos, il y a des flux ioniques permanent à travers sa membrane : - des ions Na +, pénètrent dans la cellule et des ions K + sortent de la cellule. C est un passage par diffusion passive, il s effectue suivant le gradient de concentration et il se réalise à travers des protéines membranaires appelées canaux de fuite. Ces derniers sont ouverts en permanence. - des ions Na +, quittent le milieu cellulaire et des ions K + y entrent. C est un mouvement qui s effectue contre le gradient de concentration, il consomme de l énergie : il s agit d un transport actif assuré par une protéine membranaire capable d hydrolyser l ATP et d utiliser l énergie libérée pour permettre un transfert couplé des ions Na + sortant et des ions K + entrants. L hydrolyse d une molécule d ATP permet l entrée de 2 K + couplée à la sortie de 3 Na +. La polarisation de la membrane du neurone au repos est déterminée essentiellement par ce mécanisme, qualifié de «pompe Na + /K +».

6 2.1.3 Le potentiel d action signal élémentaire du message nerveux : La stimulation d une fibre nerveuse déclenche une activité qui apparaît, à l enregistrement comme une succession de signaux électriques appelés potentiels d action. Chaque potentiel d action est une modification provoquée et passagère du potentiel de repos en un point de la fibre nerveuse. Il comporte deux phases essentielles : - une phase de dépolarisation : au cours de laquelle la négativité interne diminue, s annule puis s inverse en positivité. - une phase de repolarisation : au cours de laquelle la négativité interne augmente progressivement. Il s opère un retour à la polarisation de repos. L ensemble, de ces deux phases, dure en moyenne une milliseconde. Le potentiel d action est suivie d une phase où la négativité interne continue d augmenter et dépasse la normale, il s agit de l hyperpolarisation consécutive au potentiel d action.

7 2.1.4 Origine ionique du potentiel d action : Un potentiel d action se déclenche chaque fois qu en un point du neurone le potentiel de membrane atteint une valeur seuil, le seuil d excitation (-50 mv) Cette légère dépolarisation de la membrane nerveuse permet l ouverture des canaux Na + voltage dépendants dans la zone dépolarisée, d où une entrée de Na+ qui entraîne une dépolarisation supplémentaire, puis une inversion de la polarisation membranaire. Les canaux Na + se referment, alors que les canaux K + voltage dépendants s ouvrent, permettant une sortie d ions K + qui repolarise la zone membranaire et l hyperpolarise légèrement. Ainsi quelque soit la nature de la stimulation, le potentiel d action correspond à une modification provoquée et passagère de la perméabilité de la membrane du neurone aux ions Na + et K +. Le flux entrant de Na + et le flux sortant de K + se font suivant le gradient de concentration de ces ions. Phase de dépolarisation Phase de repolarisation

8 Inserer ici l animation qui se trouve D:\UPDM\PROFS\SCIENCE\MATIERE(SVT)\SECTION (maths)\trimestre 1\chapitre 2\resources\aidesSVT Le message nerveux est un message codé : Un potentiel d action est suivi d une période au cours de laquelle la fibre ne peut pas répondre à une nouvelle stimulation. Cette période d inexcitabilité ou période réfractaire limite la fréquence des potentiels d action

9 (environ 500 par seconde). Un potentiel d action présentant les mêmes caractéristiques est déclenché par tout stimulus quelle que soit son intensité, à condition que celle-ci permette d atteindre la valeur seuil de dépolarisation : la relation entre le stimulus et le potentiel d action qu il induit est de type «tout ou rien». Ainsi la fibre nerveuse est parcourue d un ensemble de potentiels d action d amplitude et de durée constantes, mais dont la fréquence augmente avec l intensité de la stimulation. C est cette information codée en modulation de fréquence des potentiels d action qui constitue le message nerveux.

10 2.2. Propagation du message nerveux le long des fibres nerveuses : Le message nerveux se propage le long de la fibre nerveuse sans perte d amplitude et à vitesse constante. Un potentiel d action en un point d une fibre nerveuse crée, dans les milieux intracellulaires et extracellulaires des courants électriques locaux. Ces courants induisent une dépolarisation de la membrane de part et d autre de ce point. Lorsque le seuil d excitation est atteint, un nouveau potentiel d action se déclenche alors que le précédent se termine. Puis le mécanisme recommence. Ainsi la propagation du message nerveux est le résultat d une succession d excitations. L existence d une zone réfractaire provisoirement inexcitable explique qu un potentiel d action ne peut déclencher un nouveau potentiel d action dans la région voisine qu il vient de parcourir. De ce fait, le message nerveux qui parcourt une fibre se propage à sens unique. - Dans une fibre sans myéline, la zone excitée, dépolarise la zone voisine, de proche en proche, réalisant une conduction continue.

11 - Dans une fibre myélinisée, les zones excitables sont localisées dans les nœuds de Ranvier. Un potentiel d action qui a pris naissance au niveau d un nœud de Ranvier déclenche la production d un potentiel d action au nœud suivant : c est une conduction saltatoire qui augmente considérablement la vitesse de propagation du message nerveux le long des fibres. La vitesse de propagation du message nerveux varie de 30 ms -1 à 100 ms -1 chez les mammifères, elle augmente avec l augmentation du diamètre de la fibre nerveuse

12 2.3Les synapses : 2.3.1Structure de la synapse neuro-neuronique : Elle comporte : - Un élément présynaptique, formé d une terminaison nerveuse de l axone du neurone présynaptique. Cette terminaison contient des vésicules synaptiques contenant une substance chimique impliquée dans la transmission du message nerveux et appelée pour cette raison un neurotransmetteur. - Une fente synaptique : espace séparant la membrane présynaptique et la membrane postsynaptique - Un élément postsynaptique : formée par la région membranaire épaissie et spécialisé du neurone postsynaptique. Elle contient des récepteurs spécifiques au neurotransmetteur libéré par l élément présynaptique.

13 Le mécanisme de la transmission synaptique : Synapse en activité a b c vésicules d exocytose membrane postsynaptique espace synaptique membrane présynaptique vésicule synaptique Neurone présynaptique - Arrivée d un message nerveux dans le bouton synaptique - Ouverture des canaux Ca ++ voltage dépendant de la membrane présynaptique et entrée de Ca ++ dans l élément présynaptique - Les ions Ca ++ déclenchent l exocytose des vésicules présynaptiques - Le neurotransmetteur libéré dans l espace synaptique se fixe sur des récepteurs des canaux chimiodépendants à Na + de la membrane postsynaptique - Ouverture des canaux chimiodépendants et entrée de Na + dans l élément post synaptique et naissance d un potentiel postsynaptique (PPS)) - Le neurotransmetteur est rapidement éliminé dans l espace synaptique : soit par recapture par le neurone présynaptique soit par dégradation par une enzyme spécifique dans l espace synaptique.

14 Au niveau de la synapse, seule la terminaison de l axone du neurone présynaptique contient des neurotransmetteurs donc la synapse ne peut transmettre le message nerveux que dans un sens imposant un sens unique à la propagation du message nerveux Les synapses : excitatrice et inhibitrice Selon l effet du neurotransmetteur sur le neurone postsynaptique, on distingue : - La synapse excitatrice : lors de l ouverture des canaux chimiodépendants, après la fixation du neurotransmetteur sur les récepteurs de la membrane postsynaptique, il y une entrée massive d ions Na + dans le neurone postsynaptique ce qui provoque une légère dépolarisation du neurone postsynaptique appelée potentiel postsynaptique excitateur (PPSE) qui lorsqu il atteint le seuil de dépolarisation, il engendre un potentiel d action. - La synapse inhibitrice : lors de l ouverture des canaux chimiodépendants, il y a entrée des ions cl - dans le neurone postsynaptique ou sortie des ions K +, ce qui provoque une hyperpolarisation appelée potentiel postsynaptique inhibiteur (PPSI).

15 3.3La genèse des messages nerveux : sensitif et moteur : 3.3.1La genèse du message nerveux sensitif : Au niveau d un récepteur sensoriel d un neurone sensitif qu il y genèse d un message nerveux centripète, dont la fréquence des potentiels d action est proportionnelle à l intensité du stimulus.

16 3.3.2La genèse du message nerveux moteur : Au niveau d un motoneurone, seuls des potentiels électriques, qualifiés de potentiels postsynaptiques (PPS), se propagent à la surface des dendrites et du corps cellulaire. Les potentiels d action ne peuvent être déclenchés qu à la naissance de l axone, seul site générateur sur le motoneurone. Ce site correspond au segment initial de l axone ou cône axonique. Un potentiel d action apparaît à ce niveau lorsque l amplitude d un PPS est supérieure ou égale au seuil de potentiel. Ici encore la fréquence des potentiels d action est fonction de l amplitude et de la durée du potentiel postsynaptique qui parvient au segment initial. Sur les milliers de synapses que reçoit un motoneurone, un grand nombre d entre elles transmettent simultanément une information, chacune se traduisant par l apparition de PPS au niveau du motoneurone. Ces potentiels postsynaptiques peuvent être des dépolarisations (cas des PPSE = potentiels postsynaptiques excitateurs, caractérisant les synapses excitatrices) ou des hyperpolarisations (cas des PPSI = potentiels postsynaptiques inhibiteurs caractérisant les synapses inhibitrices). Le potentiel de membrane apparaissant au niveau du segment initial du motoneurone est alors à chaque instant, la résultante des PPS qui y parviennent. Si le PPSE prédominent et si, malgré leur amortissement leur sommation permet d atteindre le seuil de potentiel, un potentiel d action est déclenché et se propage le long de la fibre, à partir du segment initial. Si une dépolarisation d amplitude suffisante persiste au niveau du segment initial, un second potentiel d action apparaît C est ainsi que le motoneurone intègre toute les informations qu il reçoit, par un mécanisme de sommation qui se réalise au site générateur des potentiels d action :

17 Sommation spatiale des PPS qui proviennent simultanément de diverses synapses ; Sommation temporelle des PPS qui proviennent successivement d une même synapse.

18 2. Le fonctionnement du circuit nerveux du réflexe à point de départ cutané : Au cours d un réflexe à point de départ cutané, tel que le réflexe de retrait de la main, la contraction du muscle fléchisseur est accompagnée du relâchement du muscle antagoniste. Cette coordination de l activité des muscles antagonistes, au cours du réflexe s explique par l innervation réciproque. En effet, les messages nerveux sensitifs qui proviennent des récepteurs cutanés ont une double action : - ils activent les motoneurones du muscle fléchisseur par l intermédiaire d interneurones médullaires excitateurs et entraînent sa contraction. Ce circuits excitateur est donc constitué de chaînes de plusieurs neurones s articulant au niveau de la moelle épinière par des synapses : le réflexe à point de départ cutanée est un réflexe polysynaptique. - ils inhibent les motoneurones du muscle antagoniste par l intermédiaire d interneurones médullaires inhibiteurs, ce qui entraîne le relâchement de ce muscle. Ce circuit inhibiteur est polysynaptique.

19 Coordination de l activité des muscles antagonistes dans le cas d un réflexe de retrait de la main

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