PARTIE II COMMUNICATION NERVEUSE

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1 PARTIE II COMMUNICATION NERVEUSE

2 Thème obligatoire 2 La communication nerveuse Introduction générale : En France, on estime à le nombre de toxicomanes. Des drogues telles que l héroïne, l ectasy, la morphine agissent au niveau du SN en calmant la douleur et /ou en donnant une sensation de plaisir. Comment agissent des substances telles que les drogues sur le SN? Comment expliquer la dépendance à ces substances? Quels en sont les dangers? Afin de répondre à ces questions, il est nécessaire dans un premier temps de se demander : Comment fonctionne le SN? Comment une information telle que la douleur est transmise au cerveau? Effectuons quelques rappels sur les éléments du système nerveux à partir de l étude de la sensation douloureuse : RECEPTEUR nerf MOELLE EPINIERE nerf CERVEAU Stimulus centre nerveux centre nerveux douloureux Certaines personnes sont privées de la capacité à ressentir la douleur. Cette analgésie, les rend très vulnérables à de nombreux traumatismes et témoigne de l «utilité» de la douleur Problématique du thème: A quoi sert la douleur et comment s effectue la transmission du message nociceptif (=de la douleur)? Quelles structures sont nécessaires à la transmission de la douleur? Comment se fait le codage de la douleur (douleur d intensité variable)? De quels moyens dispose l organisme pour l atténuer? (la douleur ne dure pas!!!) Quelles techniques médicamenteuses ont été mises en place pour atténuer la douleur? Quelles sont les dérives?

3 Chap. I Aspects fondamentaux du message nerveux nociceptif (=de la douleur) I- L organisation générale du système nerveux 1- Rappels 1- Légende et TITRE : Organisation générale du système nerveux chez l homme 2- Colorier les centres nerveux supérieurs en jaune 3- Rappeler ce qu est un - message nerveux sensitif (représenter-le en rouge sur le schéma) : il va au cerveau - message nerveux moteur (représenter-le en vert sur le schéma) : il part du cerveau 4- Lorsque vous voyez un objet, quel est le trajet du message nerveux? Objet : stimulus Récepteur sensoriel (œil) message nerveux SENSORIEL dans les fibres nerveuses sensitives cerveau (perception de l objet) 5- Quelles sont les cellules qui permettent la transmission d un message nerveux? Comment ces cellules communiquent entre elles? Neurone qui communique par messager chimique au niveau des synapses Le système nerveux est constitué de 2 parties : Le système nerveux central : moelle épinière (ME) + Encéphale (=cerveau + cervelet + bulbe rachidien) Le système nerveux périphérique Les nerfs crâniens sont les nerfs reliés à l encéphale. (12 paires) Les nerfs rachidiens sont les nerfs reliés à la ME. (31 paires) Les ganglions 2- Les nerfs - Les nerfs sont constitués d un ensemble de fibres nerveuses qui sont entourées de plusieurs enveloppes protectrices - Au MO, la CT d un nerf ressemble à une sorte de gros «câble électrique» contenant plusieurs «fils électriques» (axone + gaine de myéline).

4 3- Les neurones et leur localisation (TP1) Activité 1 : A partir du document 5 p 9 schématiser et légender un neurone (rappel technique de dessin) Les cellules du système nerveux sont les neurones. Le système nerveux en comprend une douzaine de milliards Un neurone ou cellule nerveuse est une cellule spécialisée dans la genèse et la conduction du message nerveux. Il est constitué d une membrane plasmique, d un noyau, d un cytoplasme, d un corps cellulaire, de prolongements (dendrites et axone), et de terminaisons nerveuses. - Les corps cellulaires sont regroupés dans la substance grise des centres nerveux supérieurs (ME et encéphale) et dans les ganglions. (TP1) - Les prolongements de neurones, situés dans la substance blanche des centres nerveux, sont les fibres nerveuses qui permettent aux neurones de communiquer entre eux : o Les dendrites sont les prolongements les plus courts et les plus nombreux. Ils reçoivent les messages et les acheminent vers le corps cellulaire du neurone. o L axone est le prolongement le plus long. Il conduit le message en provenance du corps cellulaire vers les terminaisons nerveuses qui sont reliées à d autres neurones ou aux cellules effectrices (ex : muscle). Il existe 3 types de neurones : Le neurone sensitif : transmet l information en provenance des récepteurs sensitifs aux centres nerveux. Le neurone moteur : transmet l information en provenance des centres nerveux aux cellules effectrices. L interneurone : tout petit neurone situé entre 2 neurones. Remarque : 1nerf est un câblage de fibres nerveuses (doc 2 p12) fil de téléphone 1 neurone = 1cellule nerveuse - Des chaînes de neurones connectés entre eux permettent au message nerveux nociceptif d être rapidement propagé. Transition : Il existe des chaînes de neurones connectés entre eux. Comment ces neurones sont-ils disposés au sein du système nerveux pour que la transmission du message nerveux puisse se faire correctement?

5 II- Les voies de propagation du message nerveux de la douleur 1- La nature des récepteurs Il existe des récepteurs sensibles à la pression et des récepteurs sensibles à la douleur = les récepteurs nocicepteurs (noci=nocif, cepteur=récepteur) = récepteurs des stimuli nocifs, Ces récepteurs sont situés dans la peau (ici), dans les muscles, dans les articulations et dans les viscères. Ces nocicepteurs réagissent aux stimuli nocifs et donnent naissance à des messages nerveux nociceptifs. 2- Le trajet du message nerveux nociceptif vers le cerveau (cf TP1) ACTIVITE 2 : On a vu au TP 1 que le message nerveux nociceptif prenait naissance au niveau des récepteurs nociceptifs puis passait par la moelle épinière pour rejoindre le cerveau. Cependant, il existe un relai entre deux neurones au niveau de la corne dorsale de la moelle épinière. Sachant où sont situés les corps cellulaires des neurones, et d après les indications suivantes : placez correctement sur le schéma bilan: - en rouge, le neurone sensitif nociceptif périphérique relié au récepteur nociceptif (neurone C) dont le corps cellulaire est dans le ganglion rachidien - en bleu, le neurone N médullaire (entièrement dans la moelle épinière) en relation avec le C, et dont le corps cellulaire est dans la moelle épinière et qui transmet l information à l encéphale COMPLETER SCHEMA BILAN Les récepteurs de la douleur appelé nocicepteurs, réagissent aux stimuli nocifs et donnent naissance à un message nerveux qui se propage le long d un trajet bien précis - Ce message se propage le long du neurone sensitif nociceptif périphérique C : fibres sans gaine de myéline. Le corps cellulaire est au niveau du ganglion rachidien et passe par la racine dorsale de la moelle épinière - Puis il y a un relais au niveau de la corne dorsale de la moelle épinière où les fibres C entrent en contact avec les fibres sensitives du neurone médullaire N. Ces fibres ont leur corps cellulaire dans la substance grise de la moelle épinière et ont leur axone qui remonte le long de la substance blanche en direction du cerveau. - Au niveau du cerveau il y a le dernier relai synaptique avec un neurone dont le corps cellulaire est dans la substance grise à la base du cerveau. Les axones de ces derniers neurones se terminent dans le cortex cérébral, lieu où s élabore la sensation douloureuse.

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7 TP1 : Le trajet du message nerveux nociceptif Données initiales : On a vu en cours que le cerveau reçoit en permanence des informations issues de nombreux récepteurs Problème : Quel est le trajet suivi par ces messages? Par quelles structures sont-ils véhiculés? Activité 1 : Mettre en évidence les structures qui permettent le trajet du message Quelles informations nous apportent le document 1 p10 du livre quant au trajet du message nerveux? Le message nerveux passe par les nerfs rachidiens, les fibres nerveuses et la moelle épinière Activité 2 : Observer des coupes de Moelle Epinière pour comprendre son organisation 1- Observer à l œil nu la lame distribuée. Que voyez-vous? Blanc/gris - Papillon 2- Réaliser la mise au point avec le microscope optique sur la lame de moelle épinière. (en utilisant l objectif qui vous paraît le plus adapté) 3- Dessiner votre observation en suivant la méthodologie du dessin scientifique Racine dorsale (postérieure) Ganglion rachidien Racine ventrale (antérieure) Corne dorsale Corne ventrale Substance grise Substance blanche Dessin d observation au microscope optique d une coupe de moelle épinière 4- Qu observez-vous dans la substance blanche et grise de la moelle épinière? La moelle épinière contient une substance blanche (ensemble des axones) en extrémité et une substance grise au centre où se concentrent les corps cellulaires de neurones Substance grise (de ME et cortex): on observe les corps cellulaires des neurones (ils sont aussi dans les ganglions nerveux) Substance blanche(de la ME et du cortex) : on y observe les fibres nerveuses (dendrites + axones) qui rejoignent les corps cellulaires dans la substance grise. Ceci permet donc de relier les organes périphériques aux centres nerveux et les centres nerveux entre eux. 5- Légender votre schéma à l aide de votre livre p A l aide de la grille de la fiche méthodologie de réalisation d un dessin vous vous auto-évaluerez. Activité 3 : Analyser des résultats d expérience pour comprendre l trajet du message nociceptif 1- Doc 2 p10. Où s élabore la sensation de douleur (sensibilité à la douleur)? cerveau 2- Analyser les expériences de Magendie doc 4 p 11 a- A l aide de ce document, représenter, sur les schémas ci-dessous, les sections de Moelle épinière réalisées par Magendie, et préciser en dessous quelles sont les conséquences. Perte sensibilité Motricité conservée Sensibilité conservée Perte motricité Constat 1 : La section de la racine postérieure par Magendie montre une insensibilité du membre à la douleur (piqûres, pressions très fortes) et le maintien de la motricité. Constat 2 : La section de la racine antérieure montre une conservation de la sensibilité du membre. b- Puis en déduire le trajet du message nerveux au niveau de la moelle épinière Conclusion : Le message nociceptif passe par le nerf rachidien au niveau de la racine postérieure de la moelle épinière puis va au cerveau. Bilan : Répondre au problème de départ : Quel est le trajet des messages douloureux? Conclusion finale : Le message nociceptif est créé au niveau du récepteur nociceptif après stimulation de celui-ci. Puis ce message passe par le nerf rachidien situé dans la racine postérieure de la moelle épinière, avant d aller jusqu au cerveau via la ME. Remarque : On observe les mêmes conséquences pour le message moteur que pour le message sensitif nociceptif : lorsqu il y a section du nerf rachidien et de la ME, au niveau de la racine antérieure de la ME : ceci entraîne une immobilité. Le message moteur est donc élaboré et émis par le cerveau en direction des muscles via la ME après le traitement d informations reçues. Puis ce message passe par le nerf rachidien et la racine antérieure de la moelle épinière vers le muscle. - Schéma bilan du trajet du message nerveux nociceptif depuis la peau jusqu au cerveau. Récepteur- Nerf rachidien - Racine postérieure - ME - Cerveau - ME -Racine antérieure - Nerf rachidien

8 III- Le message nerveux : nature et conduction (activité 3 de cours) Ce sont les neurones qui assurent la transmission du message nerveux dans l organisme. Comment? 1- La nature du message nerveux le long d un neurone (Q 1 à 4) a. Définition Activité 3 : Le message nerveux : un signal particulier Objectif : saisir des données à partir d une vidéo, 1. Comment enregistre-t-on le message nerveux? 2. Quelle est la nature du message nerveux? Agrandissement temps (ms) On enregistre le message nerveux grâce à des microélectrodes que l on place au contact des cellules nerveuses et qui sont reliées à un dispositif d enregistrement : des électrodes permettent de stimuler la fibre nerveuse tandis que d autres (les électrodes réceptrices) reçoivent le message nerveux qui est alors visualisé sur l écran de l oscilloscope. 2. Le message nerveux est appelé Potentiel d Action (PA) : il s agit d un signal électrique élémentaire enregistrable. Au repos, l intérieur de la cellule nerveuse est chargé négativement p/r à l extérieur de la cellule : cela fait qu au repos une cellule a toujours une différence de potentiel électrique de 70 mv : c est le potentiel de repos de la cellule. Quand un neurone est stimulé, le potentiel de 70 mv passe à +30 mv : on dit qu il y a dépolarisation : c est le potentiel d action qui est généré. (car la cellule est en activité) b. Propriétés et conduction du message nerveux T0 = pénétration de la microélectrode dans la cellule T1 = 1 ère stimulation d intensité I1 T2 = 2 ème stimulation d intensité I2 >> I1 T3 = 3 ème stimulation d intensité I3>>I2 1. Où se propage le PA? Le PA se déplace le long de l axone (fibre nerveuse) toujours dans le même sens. 2. Quelles sont les propriétés du PA? Le décrire. Tous les PA sont identiques : En effet, le potentiel d action présente toujours la même amplitude : Au niveau du récepteur : - Soit le stimulus est assez intense pour créer un potentiel d action. - Soit l intensité du stimulus n est pas suffisante, il n y a alors pas de PA. (On appelle ceci la loi du «tout ou rien») Une fois créé, le PA se propage très rapidement (de 1 à 100 m/sec), sans s atténuer. Le PA consiste en une inversion brutale de la polarisation membranaire. Il est constitué de 4 phases : - Seuil de stimulation - Dépolarisation - Repolarisation - Hyperpolarisation 3. DOC Blatte : Sachant que le PA est toujours d amplitude égale (loi du TOUT ou RIEN), expliquer comment est codée l intensité du stimulus? (Comment distinguer un stimulus intense d un stimulus très intense?) Le codage du message nerveux s effectue en fréquence d apparition des signaux électriques(=pa). Plus l intensité du stimulus augmente, plus la fréquence d émission des PA est élevée : on obtient alors des trains de potentiels d action.(doc 4 p15) Le message est codé en train de PA c est donc la fréquence de PA qui varie en fonction de l intensité du stimulus

9 2- Le message nerveux le long d un nerf (Q 5 à 7) doc 2 p14 1- Observez ce signal enregistré sur l écran : s agit-il de PA? Justifiez votre réponse. Sur l écran, on constate que plus l intensité du stimulus augmente, plus le signal électrique augmente en amplitude. Or, on sait que les PA ont toujours la même amplitude. Par conséquent, le signal électrique enregistré ici ne peut pas être un PA. 2- En utilisant vos connaissances sur la structure d un nerf, expliquer pourquoi on qualifie cette réponse de potentiel global? Il s agit en fait, non pas de l enregistrement d une fibre nerveuse, (qui répondent à la loi du tout ou rien) mais d un nerf, donc d un ensemble de fibres nerveuses. Ce signal est le potentiel global du nerf, résultant de l activité des fibres nerveuses du nerf. La réponse du nerf correspond donc à la somme des réponses de toutes les fibres 3- Comment varie le codage en fonction de la variation de l intensité du stimulus? Pourquoi? L amplitude de la réponse varie en fonction du nombre de fibres activées. Bilan de l activité - La communication nerveuse se manifeste par des combinaisons de signaux électriques enregistrables à la surface d un nerf (potentiel global codé en amplitude) et le long d une fibre nerveuse (potentiel d action codé en fréquence) constituant des messages. - La mesure de l activité électrique d un neurone montre qu au repos, leur membrane est polarisée électriquement : il y a une différence de potentiel (-70 mv) entre l extérieur et l intérieur : c est le potentiel de repos - La stimulation du neurone entraîne la modification de ce potentiel de repos : au-dessus d un seuil de stimulation, la membrane du neurone réagit par une dépolarisation très brève se propageant en surface. Schéma d un potentiel d action 1- Potentiel de repos 2- Seuil de polarisation 3- Dépolarisation 4- Repolarisation 5- hyperpolarisation - Le message nerveux est du à cette modification du potentiel de repos et est constitué par des trains de potentiels d action, signaux électriques tous identiques d une amplitude de 100 mv environ. Les messages nerveux sont de nature électrique, de même amplitude, et dont l intensité est codée en fréquence de potentiel d action. Ces messages nerveux se propagent très rapidement (vitesse de propagation comprise entre 1 et 100 m.s-1). Pb : le message nerveux n est pas conduit par un seul neurone, mais par des chaînes ou des réseaux de neurones. Comment le message nerveux est-il transmis d un neurone à l autre sachant qu il existe un espace entre les deux neurones et que le PA ne peut pas franchir directement cet espace?

10 IV- La transmission du message nerveux nociceptif (cf TP2) a- La transmission synaptique Un message nerveux est donc transmis depuis un neurone vers un autre neurone (le long d une chaîne de neurones), ou vers une cellule effectrice, par des synapses A leur niveau, c est une communication chimique qui s établit : un neurotransmetteur est libéré dans la fente synaptique par le neurone pré-synaptique, et l association neurotransmetteur-récepteur (située sur la membrane du neurone post-synaptique) assure la transmission des messages. Cette transmission ne s effectue que dans un seul sens grâce à la structure particulière des synapses (voir TP2) : on parle de message unidirectionnel (vitesse de propagation comprise entre 1 et 100 m.s-1). Ceci empêche ainsi le message de «revenir» en arrière. Une fois le nt fixé sur le récepteur, le neurone post-synaptique peut alors élaborer ou non un nouveau message nerveux. Remarque : Le temps de passage de l influx à travers la synapse a duré 0,5 ms : c est le délai synaptique. Au niveau d une synapse, le message nerveux pré-synaptique, codé en fréquence de potentiels d action, est traduit en message chimique, codé en concentration de neurotransmetteurs. L activité du neurone post-synaptique est modifiée en fonction de la quantité de neurotransmetteurs captés. Les neurones établissent de nombreuses synapses. Les neurones post-synaptiques reçoivent donc de nombreux messages nerveux qui sont parfois opposés. Ils intègrent donc l ensemble de ces messages afin d apporter une réponse appropriée. b- La transmission du message nociceptif - Le message nerveux (PA) est élaboré par les récepteurs nociceptifs. Il se propage le long de la fibre nociceptive (C) sous forme de PA (message de nature électrique codé en fréquence) jusqu à la corne dorsale de la moelle épinière. Là le neurone C fait synapse avec un neurone nociceptif médullaire (N) - La fibre C libère des nt : substance P et glutamate, qui vont se fixer sur leurs récepteurs spécifiques situés au niveau du neurone postsynaptique N : ce qui va l activer. (A ce niveau le message de nature chimique est codé en concentration de nt) - Le neurone nociceptif médullaire (N) élabore alors un message nerveux (sous forme de PA) qui est conduit au niveau du cortex cérébral qui perçoit alors la douleur.

11 CORRECTION - TP 2 : «La transmission du message nerveux nociceptif» Nous savons que la communication nerveuse se manifeste le long d un neurone par des signaux électriques qui constituent le message. Or, à l extrémité d un axone, le message électrique atteint une synapse caractérisée par une fente synaptique (20 à 50 micromètre) qui sépare les 2 neurones. Cette fente empêche le franchissement direct du signal. Problématique : Comment le message nerveux est-il transmis d un neurone à l autre? L architecture de la synapse 1- D après l animation du logiciel, comment semble s effectuer le passage du message, au niveau des synapses? En observant le logiciel, on s aperçoit que la transmission du message nerveux d un neurone à l autre est permise par la libération de molécules : il s agit donc d une étape chimique 2- A partir de la photographie suivante et du document 2 p16, légender la photo suivante avec les termes suivants : Vésicule pré-synaptique, fente synaptique, neurone post-synaptique, neurone pré-synaptique, neurotransmetteur 3- Dans la 1ere colonne du tableau bilan, compléter et légender le schéma d interprétation d une synapse. La transmission synaptique 1- A partir du logiciel Synapse (site Internet Jussieu remettre dans l ordre, les principales étapes (A à F) de la transmission synaptique. Coller ces étapes dans l ordre dans la deuxième colonne du tableau bilan A noter qu il existe des synapses excitatrices c'est-à-dire qu elles favorise la création de potentiels d action et d autres inhibitrices donc qui inhibe la création de potentiels d action dans le neurone post-synaptique 2- Expliquer comment se fait le codage du message au niveau de la synapse en fonction de la variation de l intensité du stimulus : Entre 2neurones la transmission du message nerveux se fait par des molécules chimiques (neurotransmetteurs) dont la concentration varie en fonction de l intensité du stimulus. Le codage se fait donc en concentration de molécules chimiques 3- A l aide du logiciel (ou du doc projeté), démontrer que la propagation du message nerveux dans une synapse neuroneuronique est unidirectionnelle. Expliquer comment la synapse permet cette propagation unidirectionnelle. Le sens de propagation unidirectionnel du message nerveux (allant du neurone pré au neurone post-synaptique) dans une synapse neuro-neuronique est donc imposé par : - la structure de la membrane de neurone post synaptique qui seule comporte des récepteurs spécifiques qui peuvent fixer les neurotransmetteurs - et par la nature de la terminaison synaptique du neurone post synaptique dont la stimulation entraîne la libération des neurotransmetteurs accumulés dans les vésicules. L entretien de ce système est assuré par des enzymes dégradant les neurotransmetteurs afin de libérer les récepteurs membranaires pour qu ils soient rapidement disponibles pour un autre message. 4- D après les documents 2,3 et 4 p de votre livre, préciser quels sont les neurotransmetteurs impliqués dans la transmission du message nociceptif au niveau de la moelle épinière? Comment agissent-ils sur les neurones post-synaptiques? La perception de la douleur a pour origine une stimulation de récepteurs nociceptifs situés dans la peau, les µ La substance P et le glutamate sont des neurotransmetteurs situés dans les vésicules pré-synaptiques de la terminaison nerveuse du neurone C (neurone nociceptif périphérique). - Le message nerveux (PA) élaboré par les récepteurs est propagé par la fibre nociceptive (C) jusqu à la moelle épinière où elle fait synapse avec un neurone nociceptif médullaire (N) - La fibre C libère des nt : substance P et glutamate, qui vont se fixer sur leurs récepteurs spécifiques situés au niveau du neurone N : ce qui va l activer - Le neurone nociceptif médullaire élabore alors un message nerveux qui est conduit au niveau du cortex cérébral qui perçoit alors la douleur.

12 Schéma fonctionnel d une synapse Etapes Nature du message Codage 1 C Arrivée de potentiels d actions dans la terminaison pré-synaptique Electrique Fréquence de PA 2- D- Rapprochement des vésicules synaptiques vers la fente et Fusion de quelques vésicules de neurotransmetteur avec la membrane pré-synaptique 3- B- Libération par exocytose du neurotransmetteur dans la fente synaptique Message de nature chimique Concentration de nt 4- F- Fixation du neurotransmetteur sur les récepteurs spécifiques de la membrane postsynaptique 5- E- Modification de l état électrique de la membrane post-synaptique qui peut dans certains cas aboutir à la naissance de potentiels d action dans le neurone postsynaptique 6- A- Destruction ou recapture du neurotransmetteur ou des produits de dégradation Electrique Nombre de nt fixés Fréquence de PA Ainsi, les neurones communiquent entre eux par des synapses, où l association NT-R assure la transmission des messages. Dans la corne dorsale de la moelle épinière, c est la fixation, au niveau de la synapse, de la substance P sur les récepteurs du neurone postsynaptique qui permet la transmission du message nerveux jusqu au cerveau.