Le communication nerveuse
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Partie 2 : Le communication nerveuse TP6 Chapitre 1 : Le réflexe myotatique, une réponse musculaire adaptée et coordonnée. 1. Principe et définition: Le maintien de la posture nécessite un réajustement permanent et réflexe, de l'état de contraction des muscles appelé tonus musculaire. Le réflexe myotatique est l’élément principal de ce maintien. Un coup sec porté sur le tendon d’Achille à l’aide d’un « marteau à réflexes » entraîne un mouvement involontaire d’extension du pied : on parle de réflexes achilléen. De même un coup sec porté au dessous de la rotule provoque immédiatement l’extension de la jambe… On parle dans tous ces cas de réflexe myotatique (contraction reflexe d'un muscle en réponse à son propre étirement). Contraction musculaire Contraction musculaire Comment expliquer la réponse adaptée et coordonnée des organes impliqués ? Hypothèse : Correction activité 1 TP3 : 2. Une structure nerveuse adaptée: Correction activité « Bonus » TP3 : Les récepteurs sensoriels: (activité 3 pg 345) Appelés fuseaux neuro-musculaires. Ils sont situés dans le muscle et le tendon et émettent un signal nerveux lorsqu'ils sont stimulés par un étirement (provoqué par le choc dans le cas du test du reflexe myotatique). ● ● L'organe effecteur: Le muscle, dont les fibres contractiles reçoivent le message de contraction (message nerveux moteur) et qui en se contractant produisent la réponse réflexe. Quel est le trajet des fibres nerveuses partant des fuseaux neuromusculaires ? 3 hypothèses : ● Trajet Muscle - muscle ● Trajet Muscle - moelle épinière - muscle ● Trajet muscle - cerveau - muscle Activité 2 TP6 : Délais entre la stimulation et la réponse musculaire Contraction musculaire Vitesse = 40 m/s. Temps = 0,04 s Donc distance = 1,6 m... en aller retour...donc 80 cm... ce qui correspond à la distance muscle – moelle épinière. Donc le message nerveux réflexe est traité au niveau de la moelle épinière. Correction « Bonus » TP3 : Coupe transversale de moelle épinière Correction activité 1 TP3 : On observe la présence de nombreuses fibres nerveuses dans un nerf rachidien dilacéré. Microphotographie d'un nerf rachidien dilacéré. Les fibres nerveuses issues des récepteurs sensoriels, se regroupent et constituent le nerf rachidien aux côtés d’autres fibres. Elles véhiculent jusqu’à la moelle épinière les messages sensoriels afférents. Schéma généraliste d'un neurone : ● Les fibres nerveuses (ou axones) sensitives : Situées dans un nerf rachidien. Elles correspondent à la fibre d'un neurone sensitif et conduisent le message nerveux afférent (sensitif) vers les centres nerveux. ● Les fibres nerveuses (ou axones) motrices : Situées elles aussi dans le nerf rachidien. Elles correspondent à la fibre d'un neurone moteur (ou motoneurone) et conduisent le message nerveux efférent (moteur) vers l'organe effecteur. Comment se fait la circulation de l'information dans les racines des nerfs rachidiens ? Correction activité 3 TP 6 ( et act 2 pg 343): Tandis que les fibres nerveuses véhiculant le message afférent (sensitif) semblent passer par la racine postérieure (dorsale), les fibres véhiculant le message efférent (moteur) passent par la racine antérieure (ventrale). Correction activité 3 TP6 et Act 2 pg 345: Les fibres nerveuses issues des récepteurs sensoriels, ont leur corps cellulaire qui se situe dans le ganglion de la racine dorsale du nerf rachidien. Les messages afférents sont transmis aux motoneurones qui innervent le muscle étiré. Ces motoneurones élaborent, en réponse aux messages afférents, des messages efférents qui quittent la moelle par la racine ventrale du même nerf rachidien jusqu’aux synapses neuromusculaires dont l’activation déclenche la réponse motrice musculaire. Schéma BILAN : Le centre nerveux (moelle épinière) opère donc un traitement des messages afférents et élabore en réponse un message efférent adapté. TP7 Chapitre 2 : Caractéristiques et propagation des messages nerveux. 1. Un signal nerveux élémentaire: (correction TP6 partie 1) En absence de toute stimulation, la membrane du neurone (comme celle de toutes les cellules eucaryotes) est polarisée : Ddp d'environ -70 mV To = pénétration de l'électrode Il existe une différence de potentiel permanente de 70mV (en moyenne) entre ses deux faces (l'intérieur est électronégatif par rapport à l'extérieur) en relation avec une distribution inégale des ions de part et d’autres de la membrane plasmique. Cette ddp transmembranaire est appelée potentiel de repos ou PR Correction TP6 partie 2 Suite à une stimulation de la fibre nerveuse (axone), on observe une modification de cet état électrique de repos. Peu de temps après cette stimulation, on enregistre, à distance de l'endroit où a été porté la stimulation, une série de modifications très brèves du potentiel transmembranaire : l'ensemble constitue le message nerveux, chaque signal élémentaire étant appelé un potentiel d'action. Un potentiel d'action est une inversion brusque de la polarisation membranaire. Cet événement est local (puisqu'il se propage) et très bref. Le PA traduit une succession d’évènements organisés en une séquence stéréotypée : ● Une phase de dépolarisation ● Une phase d'inversion de polarité. ● Une repolarisation. ● Une phase d'hyperpolarisation. 2. propagation du potentiel d'action: Correction TP6 partie 3 et 5 Après stimulation, le message nerveux peut être enregistré à distance, en tout point de la fibre nerveuse : il se propage de proche en proche, à une vitesse variable selon le type de fibre nerveuse. Ces PA se propagent selon une amplitude constante ( 100 mV), quelle que soit l'intensité de la stimulation et sans atténuation du signal au cours de la propagation. La présence d'une gaine de myéline entourant l'axone est un facteur qui favorise cette vitesse élevée de propagation. Il y a alors une conduction saltatoire (par saut) des PA. ● ● Question 5 pg 346 : Décrire la relation entre l'intensité du stimulus et la fréquence de PA. Expliquer comment est codé le message nerveux véhiculé par une fibre. Stimulation de plus en plus forte de a à d. Si les PA se propagent selon une amplitude constante et sans atténuation, la fréquence des PA qui constitue un message nerveux est , en revanche, variable. Le nombre de PA par unité de temps constitue donc un codage. Ex : plus la fréquence de PA du message moteur est élevée, plus la contraction musculaire effectuée en réponse sera importante. Contraction faible Contraction forte Correction TP6 partie 4 et 5 Au niveau des nerfs, qui sont constitués d'un grand nombre de fibres, il existe un codage supplémentaire : En effet, les variations d’intensité de la stimulation (stimulus) provoquent des variations du nombre de neurones (fibres) recrutés ainsi que, sur chacun, des variations de fréquence des potentiels d’action. ANIMATIONS BILAN Le message nerveux sensitif Le message nerveux moteur TP8 Comment se fait-il que le curare bloque la contraction musculaire alors qu'il n'empêche pas la propagation des PA le long de la fibre nerveuse ? Hypothèses : ● ● Il bloque peut être la transmission du message nerveux entre le neurone sensitif et le motoneurone . Il bloque peut être la transmission du message nerveux entre le motoneurone et la fibre musculaire Dans tous les cas si cela est vrai on doit pouvoir mettre en évidence l'existence de structures particulaires à ces jonctions permettant la fixation de messagers chimiques. 3. Vers une transmission chimique des messages nerveux : a. La transmission du message nerveux entre neurones : Correction TP8 question 4: Prolongement cytoplasmique = fibre nerveuse = axone du neurone 1 Vésicule synaptique Bouton synaptique Membrane pré-S Fente synaptique Membrane du neurone post-S Schéma d'une synapse Il existe un espace, ou fente synaptique ( de 20 à 50 nm), séparant la fibre nerveuse présynaptique de l'élément post-synaptique (neurone ou fibre musculaire). Arrivé à l'extrémité de l'axone du neurone sensitf ( dans substance grise de la mep) le message nerveux est transmis au neurone moteur : cete zone de connexion entre deux neurones est une synapse neuroneuronique. Question 1 pg 350 : De la même façon, lorsque le message nerveux arrive à l'extrémité de l'axone du motoneurone, il est transmis à une fbre musculaire. Cete zone de connexion est appelée jonction neuro-musculaire ou plaque motrice. La structure et le fonctonnement de ces synapses sont comparables. Question 2 pg 348 : L'observaton au microscope électronique à transmission (MET) montre que le cytoplasme situé à l'extrémité de la fbre pré-synaptque content de très nombreuses vésicules. Neurone pré-synaptique au repos (MET) Les vésicules de la fibre Pré-S sont remplies de molécules appelées neurotransmetteurs ( = neuro-médiateurs). Dans le cas du réflexe myotatique, le neuroT est l'acétylcholine (ach). L'arrivée des Pa au niveau de la terminaison pré-S déclenche l'exocytose d'un nombre plus ou moins important de vésicules qui libèrent alors l'ach dans l'espace synaptque. Neurone pré-synaptique stimulé par des PA (MET) Question 3 pg 348 : Le message nerveux pré-synaptique ne peut pas franchir directement la fente synaptique.. Ce franchissement est assuré grâce à un médiateur chimique (ou neuro-transmetteur) ici l'ach qui se fixe sur les récepteurs présents sur la membrane post-S Question 4 pg 348 : Les neuroT peuvent se fixer sur des récepteurs du neurotransmetteurs, enchâssés dans la membrane post-S de la synapse. Si la quantité d'ach libérée est suffisante, il y aura alors naissance d'un PA post-S. Donc : au niveau de la synapse, c'est la concentration en neurotransmetteur libéré dans la fente synaptique qui constitue le codage du message. Il y a ici un codage de nature chimique. Ex : Au niveau de la jonction neuromusculaire, plus la concentration en ach libérée est importante, plus la fréquence des PA musculaires sera importante et donc plus la contraction musculaire sera de forte amplitude. Question 5 pg 348 : Réalisation d'un schéma fonctionnel b. Des substances pharmacologiques qui modifient la transmission chimique du message : Question5 du TP8 : Le curare doit donc se fixer sur les récepteurs présents sur la membrane postsynaptique et empêcher la fixation d'acétylcholine … uniquement au niveau de la synapse neuro-musuclaire Si cela est vrai : ● ● Le curare doit avoir une structure relativement proche de l'Ach pour permettre sa fixation sur les mêmes récepteurs. Mais la fixation du curare ne modifie pas la configuration du récepteur, donc pas de dépolarisation. Question 7 du TP8 : CURARE ACETYLCHOLINE Les molécules d'ach et de curare ont des structures différentes mais des parties communes, ce qui pourrait expliquer leur fixation sur le même type de récepteurs. Question 8 du TP8 : Configuration fermée du récepteur quand l'ach est fixé (6,89 A) Configuration ouverte du récepteur quand le curare est fixé (11,58 A) Question 9 du TP8 : BILAN Certaines substances chimiques, naturelles ou de synthèse, peuvent perturber le fonctionnement synaptique. Le curare peut se fixer sur les récepteurs de l'ach mais ne génère pas de PA : c'est un ANTAGONISTE de l'ach. Il provoque ainsi un relâchement musculaire durable (paralysie qui peut être mortelle : relâchements des muscles respiratoires). D'autres substances peuvent se lier ET activer les récepteurs de membrane post-S. Ces molécules miment l'action du neurotransmetteur : ce sont des AGONISTES. Animations bilan : Stimulation faible. Stimulation forte. VIDEO BILAN : le réflexe myotatique TP9 Chapitre 3 : De la volonté au mouvement Un accident vasculaire cérébral (AVC) est un trouble de la circulation sanguine irriguant un territoire du cerveau. Le terme d'accident est utilisé pour souligner le caractère soudain de l'apparition des symptômes : ● ● Caillot pouvant obstruer subitement une artère (artériole) cérébrale ou paroi de vaisseau sanguin se rompant. Ceci provoque une hémorragie cérébrale. TP9 Partie 1 1. Comment expliquer la présence d'une hémiplégie alors que le réflexe myotatique est intact ? 2. On peut supposer que c'est le cerveau qui contrôle les mouvements volontaires et pas la MEP. Si cela est vrai alors monsieur X doit présenter une lésion cérébrale qui sera visible par une IRM. TP9 Partie 1 Image IRM interprétée : Phénotype clinique de monsieur X : Hémiplégie droite : paralysie du côté droit du corps (face, membres sup, membres inf) On remarque que l'AVC dont a été victime Monsieur X a causé une lésion cérébrale (lobe pariétal hémisphère gauche) , et a eu pour conséquence une hémiplégie ( côté droit). Il doit donc y avoir une commande du mouvement par le cortex des hémisphères cérébraux. Remarque : après un AVC, la partie normalement irriguée par ce cerveau dégénère alors et ne fonctionne plus. D'autre part, l'hémiplégie de Monsieur X touche la région du corps située du côté opposé à celui de l'hémisphère lésé, ce qui suggère que la commande corticale du mouvement est controlatérale. Enfin, en mettant en parallèle l'atteinte motrice de ce sujet et le fait que la zone cérébrale lésée se trouve dans le lobe pariétal, on peut imaginer que le cortex pariétal joue un rôle dans la commande des mouvements volontaires. Deux éléments à vérifier : ● ● Commande controlatérale du mouvement par le cortex. Rôle du cortex pariétal dans les mouvements volontaires. 1. L'existence d'une cartographie cérébrale: TP9 Partie 2 Coupe axiale montrant l'activité cérébrale quand activation motrice de la main gauche Coupe axiale montrant l'activité cérébrale quand activation motrice de la main droite Coupe sagitale montrant l'activité cérébrale quand activation motrice de la main gauche Coupe coronale montrant l'activité cérébrale quand activation motrice de la main gauche Coupe sagitale montrant l'activité cérébrale quand activation motrice de la main droite Coupe coronale montrant l'activité cérébrale quand activation motrice de la main droite TP9 partie 2 : Grâce aux techniques d'IRM on remarque qu'il existe des aires motrices spécialisées à l'origine des mouvements volontaires, situées dans le cortex cérébral (partie superficielle du cerveau). Il s'agit de l'aire motrice primaire, située dans le lobe pariétal en avant du sillon de Rolando, ainsi que d'autres régions, antérieures, situées dans le cortex frontal (il s'agit des aires prémotrices et motrices supplémentaires). A connaître : Les aires motrices primaires (une dans chaque hémisphère) commandent directement les mouvements. Document 2 pg 365 Dans cette aire, chaque partie du corps humain est associée à un territoire défini du cortex cérébral qui assure sa commande motrice : Les parties du corps douées d'une mobilité importante (mains, bouche...) « occupent » une surface relativement importante de cette aire motrice. Les aires prémotrices jouent un rôle dans la planification d'un mouvement. D'autres territoires du cerveau, situés plus en profondeur sont également impliqués dans la commande des mouvements volontaires. (leur dégénérescence est à l'origine des symptômes de la maladie de Parkinson). De plus, le contrôle moteur assuré par une aire motrice primaire s'effectue sur la partie controlatérale (= du côté opposé) du corps. Les axones des neurones du cortex moteur de l'hémisphère droits et gauches bifurquent donc lors de leur descente. On parle de décussation de la voie pyramidale. ● Un AVC peut entrainer une paralysie ( hémiplégie si elle ne touche qu'un seul côté). Des lésions de la moelle épinière peuvent également entrainer une paralysie. On parle de paraplégie lorsque la paralysie concerne les membres inférieurs et la partie basse du tronc. ● ● Une compression des nerfs rachidiens (hernie discale) peut aussi se traduire par des troubles moteurs... Quelle relation existe-t-il entre la commande volontaire du mouvement par le cortex, la moelle épinière et les nerfs rachidiens ? 2. Du cerveau au muscle, les voies motrices. Question 1 pg 364 : Les messages nerveux moteurs qui partent du cerveau cheminent par des faisceaux de neurones et descendent dans la moelle épinière. A différents niveaux, ces neurones sont en connexion synaptique avec les motoneurones. Ces voies motrices sont croisées, de telle sorte que la commande des mouvements volontaires est controlatérale : c’est l'aire motrice de l'hémisphère cérébral droit qui commande la partie gauche du corps (et inversement). TP10 L'amplitude de la réponse musculaire au cours du réflexe myotatique varie en fonction des conditions dans lesquelles le sujet est placé... Comment expliquer la réponse adaptée du motoneurone alors qu'il reçoit des informations contraires? 3. Le rôle intégrateur des neurones : Dans un centre nerveux, un neurone peut recevoir des informations provenant de nombreux autres neurones par des milliers de terminaisons axoniques en contact avec les dendrites ou son corps cellulaire. A tout instant, le motoneurone de la MEP est donc soumis à l'influence de plusieurs synapses. Toutes ces synapses, bien qu'ayant un principe de fonctionnement identique, peuvent avoir des effets opposés sur le neurone postsynaptique. Cela dépend en effet du neuroT qu'elles libèrent. ● ● Synapses excitatrices : Le neuroT libéré peut faire naitre un nouveau message dans le neuro post-synaptique (si concentration suffisante). Synapses inhibitrices : Le neuroT libéré empêche ou rend plus difficile l'émission de PA par le neurone post-synaptique. Le corps cellulaire du motoneurone (dans notre exemple) est donc soumis à l'influence de plusieurs salves de neuroT différents et doit faire la « somme algébrique » de ces informations qui se renforcent ou s'opposent. Il y a sommation des informations, on dit qu'il les intègre. ● ● Sommation temporelle : Intégration de messages suffisamment rapprochés (dans le temps) transmis successivement par le même neurone pré S. Sommation spatiale : Intégration de messages simultanés arrivant de différents neurones préS.. Si le résultat de cette sommation est une excitation suffisante (au dessus du seuil), des PA sont émis par le neurone postS. Sinon le neurone reste au repos. BILAN : Grâce à ses propriétés intégratrices, le motoneurone peut envoyer un message nerveux moteur unique prenant en compte les informations de diverses provenances. La fibre musculaire ne reçoit un message que d'un seul motoneurone : pas de capacités d'intégration. TP11 Chapitre 4 : Une plasticité cérébrale L'organisation du cerveau (et notamment le cortex) est globalement la même pour chaque individu : il s'agit d'un caractère propre à l'espèce. Pourtant, la comparaison de cartes motrices de plusieurs individus montre l'existence de variations : différences interindividuelles. Comment expliquer l'existence de cartes motrices différentes chez des individus alors qu'ils sont en bonne santé ? 1. Une structure cérébrale proche et pourtant différente : Contrairement à la structure globale du cerveau, les différences interindividuelles ne sont pas innées. Elles s’acquièrent au cours du développement pas apprentissage des gestes... même chez l'adulte. Une amélioration des performances se traduit par une extension de l'aire motrice concernée. Ces modifications peuvent arriver rapidement et ne sont pas forcément durables... on parle de plasticité cérébrale. 2. Des capacités de récupération surprenantes : Lors de la mise en œuvre d'une rééducation rapide la récupération peut progresser sur une durée de quelques semaines à quelques mois. Elle ne correspond cependant pas à une réparation de la zone lésée qui reste détruite... Comment expliquer qu'à la suite d'un AVC on constate, en cas de rééducation, la récupération du déficit moteur alors qu'une partie du cerveau est détruite ? Des IRM montrent que cette récupération repose sur différents remaniements des territoires situés autour de la zone initialement touchée. On parle de plasticité cérébrale. Exemple : Plusieurs années après une amputation, le cerveau du'un patient peut se réapproprier le contrôle d'une main greffée. Ceci démontre qu'au moins certaines zones du cerveau sont capables de produire de nouveaux neurones qui peuvent s'intégrer au réseau déjà existant. On peut donc envisager des possibilités (dans le futur...) de traitement des maladies neurodégénératives (destruction de neurones).
