Thème 3B : Corps humain et santé Chapitre 1 : LE RÉFLEXE MYOTATIQUE, UN EXEMPLE DE COMMANDE RÉFLEXE DU MUSCLE 1- RAPPELS ET DEFINITIONS Cortex cérébral Cervelet Moelle épinière Nerfs Tronc cérébral Schéma de l organisation du système nerveux humain On appelle centres nerveux l encéphale et la moelle épinière ; Les centres nerveux sont reliés aux différents organes par des nerfs. Le réflexe myotatique est un outil diagnostique utilisé par les médecins pour vérifier le bon fonctionnement du système neuromusculaire : par un choc léger sur un tendon, on provoque la contraction du muscle étiré (exemple du réflexe rotulien ou achilléen). La station debout engendre l'étirement de certains muscles sous l'effet de la pesanteur. Les réflexes myotatiques participent ainsi au tonus musculaire nécessaire au maintien de la posture. 2- Étude expérimentale du réflexe myotatique TP 1 Activité 1 Caractéristiques du reflexe myotatique Doc. 1 p. 343 : mesure du reflexe Un réflexe est une réaction motrice involontaire et stéréotypée (toujours la même) en réponse à une stimulation. Le réflexe myotatique permet la contraction involontaire d'un muscle en réponse à son étirement. C est un réflexe d étirement, inné, involontaire, automatique et stéréotypé. L électromyogramme (EMG) montre que le temps entre le signal et la contraction est d environ 30 ms. Ce temps très court ne permet d envisager un passage du message par le cerveau. On peut penser que le centre nerveux impliqué est la moelle épinière.
3- Les circuits cellulaires du réflexe myotatique. TP1 support anatomiques du réflexe myotatique + Doc. 1B p. 344 (nerf dissocié) Un nerf est un assemblage de fibres nerveuses Doc. 2 p. 342 : Expérience de sections et de stimulations La section du nerf rachidien entraîne la perte de toute sensibilité et de toute motricité de la région innervée, les messages nerveux, sensitif et moteur, empruntent donc ce nerf. La section de la racine dorsale entraîne une perte de la sensibilité mais pas de la motricité, ainsi, seul le message sensitif qui va du capteur à la moelle passe par la racine dorsale. Inversement, la section de la racine ventrale, provoque uniquement la perte de la motricité, le message moteur est véhiculé par cette racine ventrale. Lorsqu on stimule la racine dorsale, un message est enregistré dans la racine ventrale alors que lors d une stimulation de la racine ventrale, aucun message ne circule sur la racine dorsale.
Le neurone sensitif afférent : Doc. 2 p. 345 section 1 et 3 : Expérience magendie Doc.2b p.345 : corps cellulaire neurone afférent dans ganglions spinal Doc. 3 p. 345 : fuseau neuromusculaire Ce neurone est enroulé autour du récepteur : le fuseau neuro-musculaire (récepteur sensoriel du muscle sensible à l étirement). Lorsque le muscle est étiré, les fibres musculaires du fuseau neuromusculaire le sont aussi et entraînent la création de nombreux message nerveux le long de la fibre nerveuse. Quand le muscle est au repos, la fréquence des messages nerveux est faible. Le corps cellulaire des neurones afférents sont situés dans les ganglions rachidiens placés sur les racines dorsales qui émanent de la partie dorsale de la moelle épinière. Le neurone efférent, le motoneurone Doc. 2 p. 345 : section 2 Expérience magendie Doc.2a p.345 : corps cellulaire motoneurone Doc. 1 p. 350 : plaque motrices Les corps cellulaires des motoneurones sont situés dans la substance grise de la moelle épinière. Leurs fibres nerveuses s'associent pour former un nerf rachidien : le nerf sciatique. Il innerve le muscle en réalisant des synapses neuromusculaires ou plaques motrices avec lui. Les neurones : Un Neurone est une cellule spécialisée dans la réception, la genèse, la propagation et la transmission de messages nerveux. Les neurones possèdent : - des dendrites, ramifications secondaires responsables de la réception des messages nerveux - un corps cellulaire où se trouvent le noyau et l essentiel de la machinerie cellulaire, lieu d intégration et de genèse des messages nerveux - un axone, ramification principale du neurone, assurant dans la propagation du message nerveux. Les axones recouverts de myéline sont les fibres nerveuses Le nerf est formé par un ensemble de fibres nerveuses nommées axones.
Schéma bilan réflexe myotatique Le réflexe myotatique est un réflexe monosynaptique présentant 2 composantes : un neurone sensitif afférent qui transmet l information depuis le récepteur vers la moelle épinière et un neurone moteur efférent qui renvoie l information de la moelle épinière vers le muscle.
4- Fonctionnement coordonné des réflexes : les muscles antagonistes http://www.biologieenflash.net/animation.php?ref=bio-0027-3 Deux muscles sont antagonistes quand ils permettent des mouvements opposés et contradictoires (exemple : le biceps et le triceps). Il y a un contrôle qui évite la contraction simultanée des muscles et permet le maintien correct de la posture. Ce système est permis par la présence d une deuxième boucle neuronique. Le neurone sensitif afférent va stimuler un interneurone inhibiteur. L activation de cet interneurone inhibiteur va induire l inhibition du neurone moteur efférent du muscle antagoniste qui ne doit pas se contracter. Fonctionnement général du réflexe 1- L'étirement d'un muscle stimule les fuseaux neuromusculaires qui sont des récepteurs sensoriels localisés dans le muscle. 2- La fibre nerveuse afférente sensitive reliée au récepteur stimulé, conduit des messages vers la moelle épinière. Elle est le prolongement d'un neurone dont le corps cellulaire est dans le ganglion de la racine dorsale d'un nerf rachidien. 3- Dans la moelle épinière, des réseaux neuroniques (corps cellulaires des motoneurones) reçoivent les messages afférents sensitifs et donnent naissance à des messages efférents moteurs. 4- Les messages efférents suivent un trajet spécifique jusqu'aux effecteurs musculaires. Les fibres efférentes sont les axones des motoneurones. Elles conduisent les messages efférents par la racine ventrale du nerf rachidien. Elles sont en connexion avec les fibres musculaires effectrices du muscle étiré. 5- Le même message afférent active les motoneurones du muscle qui se contracte et inhibe les motoneurones innervant le muscle antagoniste. Cette inhibition est due à l'excitation d'un interneurone inhibiteur et provoque le relâchement du muscle antagoniste.
5- Transmission de l information nerveuse dans le circuit neuronique Mesure du potentiel de membrane d une fibre nerveuse (axone) après stimulation La différence de potentiel de part et d autre de la membrane plasmique d une fibre nerveuse au repos est de -70 mv. La face interne de la membrane est donc polarisée négativement par rapport à la face externe. Cette DDP est appelée potentiel de repos. Lorsqu une fibre nerveuse est stimulée, elle répond par une diminution de la DDP dont l amplitude est proportionnelle à l intensité de stimulation. Lorsque la stimulation dépasse une valeur seuil, elle déclenche une réponse électrique de la fibre nerveuse qui est un potentiel d action. Il s agit d une inversion provisoire de la polarisation membranaire qui se propage le long de l axone sans qu il en soit modifié. Quel que soit l intensité de la stimulation, le PA est constitué d une phase de dépolarisation jusqu à + 30 mv, d une repolarisation et d une hyperpolarisation. Une fibre nerveuse répond à la loi du tout ou rien : si l intensité est supérieure à une valeur seuil on observe d emblée la naissance d un potentiel d action, en dessous de cette valeur seuil, le PA n apparait pas. L intensité de la stimulation est transmise le long de la fibre nerveuse grâce au codage électrique en fréquence de potentiels d action. Plus l intensité de stimulation sera élevée, plus la fréquence sera grande. Un nerf est un ensemble de fibres nerveuses. Lorsque le nerf est stimulé il est possible de mesurer à sa surface une DDP appelée potentiel global du nerf. L amplitude du potentiel global de nerf augmente avec l intensité de stimulation jusqu à une amplitude maximale. Plus le nombre de fibres nerveuses stimulées est grand, plus l amplitude du potentiel global du nerf est importante.
6- Transmission du message d un neurone à une autre cellule. Les potentiels d action se propagent le long de fibres nerveuses. La connexion entre deux neurones ou entre un neurone et une cellule musculaire est une synapse. Au niveau d une synapse, le message nerveux doit franchir une fente ou espace synaptique qui sépare l'axone du neurone présynaptique de la dendrite ou au corps cellulaire d un neurone postsynaptique ou à la cellule effectrice musculaire (au niveau d une plaque motrice = synapse neuromusculaire). La transmission a lieu dans un seul sens. 2 1- Les neurotransmetteurs sont synthétisés puis stockés dans les vésicules 1 2- Arrivée d un potentiel d action au niveau de la terminaison présynaptique 3- Migration et fusion des vésicules remplies de médiateurs chimiques (neurotransmetteurs) avec la membrane présynaptique (exocytose) 4- Libération du neurotransmetteur dans la fente synaptique 3 8 4 5- Liaison du neurotransmetteur au récepteur spécifique situé sur la membrane postsynaptique 6- Ouverture des canaux postsynaptiques 7- Naissance de potentiels d action postsynaptiques qui se propagent le long du neurone postsynaptique 7 6 5 Schéma du fonctionnement d une synapse 8- Formation de nouvelles vésicules prêtes à stocker le neurotransmetteur
La quantité de neurotransmetteurs dans la fente synaptique traduit l intensité du message nerveux : Message faible (faible fréquence de PA) faible concentration de NT (peu de vésicules en exocytose) Message faible au niveau de l élément postsynaptique Message fort (fréquence élevée de PA) forte concentration de NT (beaucoup de vésicules en exocytose) Message fort au niveau de l élément postsynaptique On distingue 2 type de synapse : excitatrice et inhibitrice. Son action dépend du type de neurotransmetteurs émis. Au niveau de la synapse neuromusculaire, le neurotransmetteur est l'acétylcholine. 7- Action de certaines substances sur les synapses. Certaines substances sont capables de modifier le fonctionnement de la synapse en se fixant sur les récepteurs de la membrane du neurone post-synaptique. Doc. 3 p. 351 : action du curare - le curare (utilisé dans les myorelaxants) se fixe à la place de l acétylcholine et bloque les synapses musculaires entraînant le relâchement des muscles. C est un antagoniste car son action est inverse à celle de l acétylcholine. - La nicotine est quant à elle un agoniste de l acétylcholine et a donc la même action qu elle mais pas au niveau des muscles.