02-11-19 Physiologie Duriez

publicité
2018-2019
Neurophysiologie
Physiologie
– UE 7 : –
Neurophysiologie (suite)
Semaine : n°4 (du 11/02/19 au
15/02/19)
Date : 11/02/2019
Heure : de 10h30 à
12h30
Binôme : n°15
Professeur : Pr. Duriez
Correcteur : 8
Remarques du professeur :
PA = potentiel d'action
PM = potentiel membranaire
PLAN DU COURS
TABLE DES MATIÈRES
I)Neurophysiologie......................................................................................................................................2
C) Potentiel d'action ..............................................................................................................................2
1)Dépolarisation..................................................................................................................................2
2)Repolarisation .................................................................................................................................3
3)Hyper-polarisation ...........................................................................................................................4
4)Patch-clamp .....................................................................................................................................4
D)Structure d'un canal sodique ............................................................................................................5
E) Propagation du PA dans les cellules nerveuses ...............................................................................7
1) Axone sans gaine de myéline.........................................................................................................7
2) Axone avec gaine de myéline ........................................................................................................7
1/12
2018-2019
I)
Neurophysiologie
Neurophysiologie
C) Potentiel d'action
Le potentiel d'action est le support de l'influx nerveux.
Comment l'enregistrer ? Même technique que pour le potentiel de repos : une microélectrode reliée à un
oscilloscope, plantée dans une seule cellule : c'est l'électrophysiologie unicellulaire.
On a placé un stimulateur électrique (qui envoie une décharge sous forme de différence de potentiel
rectangulaire), avec une vitesse d'installation de durée et d'intensité contrôlable.
→ On a un créneau de stimulation.
1)
Dépolarisation
Quand il y a suffisamment de charges négatives, il se fait une dépolarisation rapide < 0,1ms + inversion
du potentiel (membrane chargée négativement à l'extérieur) suivi d'une repolarisation plus lente puis une
courte phase d’hyper-polarisation : de façon transitoire et inférieur à -80 millivolts.
2/12
2018-2019
Neurophysiologie
Overshoot : pointe du potentiel :
On trouve ensuite une pointe de +35mv c'est l'overshoot, c'est à dire l'inversion de potentiel ou pointe de
la décharge.
Par la suite, on observe une hyperpolarisation pendant 1 à 2ms à -82mV.
L'influx nerveux => succession de PA (train de PA) qui se succèdent avec des fréquences variables. Plus
la fréquence de ce train de PA est élevée, plus l'intensité de l'influx nerveux est importante.
Il y a un codage en fréquence d'intensité de l’influx nerveux.
A quoi est due la dépolarisation rapide ?
La dépolarisation rapide est due à l'ouverture soudaine de canaux sodiques voltages dépendants. Lors
du potentiel de repos, tous les canaux sodiques sont fermés.
Sur un micro-fragment de membrane d’environ 100 canaux sodiques :
– potentiel de repos : 99 canaux fermés
– 50 canaux ouverts lors de la phase de dépolarisation de 2 ou 3 millivolts.
→ En dépolarisant la membrane, on augmente la probabilité d'ouverture des canaux sodiques.
En quelque millisecondes : 100% des canaux sodiques s'ouvrent.
Pourquoi le sodium s'engouffre dans la cellule et provoque cette dépolarisation ?
Na+ apporte des charges positives à l'intérieur de la cellule ce qui diminue le potentiel de membrane car
la différence de charge entre intérieur et extérieur sera moins grande.
Les ions sodiums se déplacent en suivant leur gradient de concentration et leur gradient électrique.
Gradient de concentration : va du compartiment le plus concentré vers le compartiment le moins
concentré. Donc le Na+ va de l'extérieur vers l'intérieur.
Gradient électrique : le Na+ entre dans la cellule car il est attiré par les charges négatives situées à
l'intérieur de la cellule ( sur la face interne de la membrane).
Les charges positives arrivent dans la cellule. A un moment donné, le sodium va être repoussé par les
charges positives en excès : gradient électrique en sens opposé que le Na+ a créé.
De ce fait, un équilibre s'installe entre les deux gradients.
→ La pointe du PA correspond au potentiel d’équilibre du sodium.
2)
Repolarisation
La repolarisation de la cellule est due à la fermeture des canaux sodiques :
– rapidement en quelques millisecondes (0,1 ms) les canaux sodiques se referment en conformation
fermée inactivable, il n'y a plus de transfert de Na+. Il ne reste que le K+ qui peut encore passer.
– On a donc un retour à la situation de départ
Les canaux sodiques ont une cinétique rapide.
→ C'est le premier mécanisme qui provoque la repolarisation.
Repolarisation : canaux potassiques dépendants du voltage
Dans la membrane, il y a des canaux potassiques ouverts en permanence = canaux de fuite responsables
du potentiel de repos.
D'autres canaux perméables au K+ voltages dépendants sont fermés quand la membrane est au potentiel
de repos.
Il suffit de dépolariser la membrane de quelques millivolts pour les ouvrir. Mais ils ont une cinétique
d'ouverture et de fermeture lente : 1 milliseconde, 1,5 millisecondes. Plus le temps passe, plus le nombre
de canaux voltages dépendants augmente.
→ c'est le deuxième mécanisme.
3/12
2018-2019
Neurophysiologie
Que se passe t-il ?
Au niveau de la pointe du PA : tendance importante à la sortie de K+ car la membrane est chargée
négativement sur la face externe donc les ions K+ sortent selon leur gradient électrique.
Il y a également une sortie de K+ selon le gradient de concentration (plus concentré à l'intérieur de la
cellule).
A un certain moment, le gradient électrique va s'inverser : le K+ va rentrer dans la cellule en se faisant
repousser par les charges positives en excès à l'extérieur de la cellule.
→ On a donc un retour au potentiel d'équilibre qui amène à la repolarisation.
3)
Hyper-polarisation
Hyper-polarisation transitoire : les canaux de fuites qui sont ouverts + des canaux potassiques voltages
dépendants ouverts ( de cinétique lente). Donc 2 à 3 millisecondes après le PA, les canaux K+ sont
encore ouverts donc, la perméabilité est assez forte pour le K+ et on se rapproche de l'équilibre général
pour le K+. Ces ouvertures de canaux K+ provoquent l’hyper-polarisation.
L’hyper-polarisation est brève car les canaux K+ voltages dépendants finissent par se refermer, il ne reste
plus que les canaux de fuite au K+ et on revient au potentiel de repos...
→ il s'agit d'un double cycle :
→ Un cycle rapide : courant sodique transitoire très rapide
→ Un cycle lent : disparition du courant sodique et augmentation du courant potassique (il est maximum
quand on atteint les 2/3 de la phase de repolarisation.
4)
Patch-clamp
Avant 1980, on modélisait les canaux comme des portes, on avait donc une impression de courant global
rapide.
Aujourd'hui, on utilise une technique de l'ordre du picoampère, le patch-clamp en configuration outsideout.
Cela permet d'enregistrer un courant à travers un seul canal. Une microélectrode plantée dans préparation
par aspiration puis, on laisse accrocher à l'extrémité de la microélectrode un fragment de membrane.
Dans ce fragment : quelque canaux ioniques.
4/12
2018-2019
Neurophysiologie
Dépolarisation de ce fragment tout en mesurant le courant électrique qu'il faut envoyer en sens inverse.
Le modèle de la porte ne fonctionne pas : quand un canal s'ouvre c'est avec une vitesse infinie, son
ouverture a une durée qui est donnée en fonction du canal, et sa fermeture se fait avec une vitesse infinie.
→ Courants qui correspondent à l'ouverture et la fermeture du canal.
1) Fragment de membrane mis en contact avec une substance : TEA (triéthylamine) qui se colle
dans le canal potassique pour le bloquer.
Dépolarisation de membrane : 1 ouverture du canal sodique voltage dépendant.
Le canal sodique ne s’ouvrira plus malgré le maintien de la stimulation.
2) Même chose mais avec ajout de TTX (tétrodotoxine) qui se met dans le canal sodique pour le
bloquer.
Créneau en sens inverse : ouverture du canal potassique voltage dépendant. Ce phénomène dure
quelques millisecondes avec une vitesse infinie.
Ici, si on maintient la stimulation, on voit réapparaître une seconde ouverture du canal.
→ Loi du tout ou rien.
3) Aucune substance donc deux types de courant liés au canal K+ et Na+
D) Structure d'un canal sodique
C'est une protéine qui traverse la membrane avec 4 domaines identiques et 6 sous-unités.
Cette protéine est disposée en rosace, avec au centre le canal qui selon la conformation de la protéine
peut être ouvert ou fermé.
Si un de ces domaines bougent légèrement, cela change la conformation de la protéine.
Il existe un potentiel de membrane où statistiquement, la probabilité de bonne position des domaines
permet l'ouverture du canal.
La sous-unité S4 qu'on retrouve dans les 4 domaines est chargée. C'est cette sous-unité qui bouge lorsque
le potentiel de membrane varie, ce qui va entraîner une déformation complète de la protéine.
5/12
2018-2019
Neurophysiologie
Période réfractaire absolue et relative
Après le 1er stimulus, (déclenchement PA) il existe 2 périodes réfractaires :
– période réfractaire absolue : si on envoie un 2e stimulus (extra-stimulus). S'il est trop proche du
1er, il n'y aura aucune modification du tracé du PA (aucun signal malgré stimulation). Période
qui sépare le premier PA du moment où on voit apparaître la plus petite modification du
PM.
– période réfractaire relative : si on envoie un 2e stimulus (plus éloigné) on a une modification
du potentiel de membrane qui s'ajoute au potentiel initial mais l’installation est lente et faible (50mV). Période qui sépare la PRA du moment où on a un potentiel identique au premier.
Si le stimulus est encore retardé, on aura un signal qui ressemble plus au PA initial.
Quand on sort de ces périodes, après un stimuli le PA est identique à l'initial.
→ Les périodes réfractaires sont liées à la nature des canaux sodiques voltages dépendants.
La période réfractaire absolue correspond à la durée pendant laquelle les canaux Na+ sont ouverts + la
durée où ils sont dans la position fermée in-activable.
Les canaux sodiques redeviennent activables progressivement. Le début de la période réfractaire relative
correspond à environ 10 canaux fermés mais activables d’où le courant faible en intensité.
Puis 20 canaux de nouveaux activables
Puis 30 ….
Jusqu'à 100% des canaux sodiques qui redeviennent activables d’où la récupération d'un PA identique au
1er.
Cycle des canaux sodiques
1) Dépolarisation de la membrane
2) augmentation de la probabilité d'ouverture des canaux sodiques
3) ouverture des canaux sodium
4) entrée d'ions sodium dans la cellule
5) fermeture des canaux sodium en conformation non activable
6) canaux sodique fermés en conformation activable
Entre 4 et 5 : période réfractaire absolue
Entre 5 et 6 : période réfractaire relative
6/12
2018-2019
Neurophysiologie
E) Propagation du PA dans les cellules nerveuses
Sur une fibre sans gaine de myéline, le PA se propage identique À lui même, le long des axones avec
une vitesse donnée.
Expérience : tous les millimètres, on met une électrode puis stimulation. On enregistre sur un
oscilloscope le passage d'un PA. On connaît le temps et la distance donc on peut calculer la vitesse de
conduction le long de l'axone.
Ou le long du nerf qui correspond à la moyenne des vitesses de conductions des différentes fibres qui le
constituent.
Localement on créé une modification du PM donc on augmente la probabilité d'ouverture des canaux
voisins = mode de déplacement.
Le PA se déplace de proche en proche tout le long de la membrane, de façon continue.
1)
Axone sans gaine de myéline
Le PA se propage sur toute la longueur = désavantage :
– vitesse de propagation lente
– Entrée de sodium sur toute la longueur, sortie de K+ sur toute la longueur
– Les entrées et sorties sont permises par pompe Na+/K+ donc consommation de beaucoup d'ATP
2)
Axone avec gaine de myéline
Manchons de gaines de myéline = imperméable aux ions.
Le PA se propage de nœud de Ranvier en nœud de Ranvier = conduction saltatoire.
Au niveau des nœuds de Ranvier : présence de beaucoup de canaux sodiques donc la dépolarisation créée
une forte entrée de Na+ dans la cellule : accumulation de charges + au niveau de la membrane.
Les charges + sont mobiles et diffusent latéralement en intracellulaire jusqu'au nœud de Ranvier suivant.
Au niveau du nœud suivant : ces charges créent une nouvelle dépolarisation qui ouvre de nouveaux
canaux Na+. Ce qui génère un PA.
Le PA est régénéré à chaque nœud.
Avantages : Mouvements d'ions dans le liquide intracellulaire est plus rapide que la somme de
l'ouverture/ fermeture des canaux sodiques entraînants le PA.
De plus, on a besoin de pompe Na+/K+ uniquement au niveau des nœuds de Ranvier : donc économie
d'énergie et de temps.
La vitesse de propagation du potentiel d'action est fonction :
– De la présence ou non de la gaine de myéline
– Diamètre de l'axone : plus c'est épais, plus la vitesse est grande donc la résistance est plus faible.
Pour les fibres de motricité et les infos sensitives (100m/s) → utilisation de fibres épaisses avec gaine de
myéline. Donc la vitesse de conduction est élevée.
Quand le message n'est pas urgent, les fibres sont fines, sans gaine de myéline (ex : douleur pour rage de
dents).
7/12
2018-2019
Neurophysiologie
Neurophysiologie
– UE VII : Physiologie–
Synapse
PLAN DU COURS
TABLE DES MATIÈRES
I)Potentiel post-synaptique excitateur .....................................................................................................2
II)Les potentiels post-synaptiques inhibiteurs ........................................................................................3
III)synthèse et catabolisme de l'ACH .......................................................................................................4
8/12
2018-2019
Neurophysiologie
L'influx nerveux porte les informations qui doivent être transmises à d'autres cellules nerveuses ou effectrices par
des jonctions = synapses.
Il existe 2 types de synapses :
–
–
Synapses électriques : on a un contact physique entre l'extrémité axonale du 1er neurone et d'autres
cellules. Des canaux permettent le passage d'ions et donc de courants électriques. Cette synapse est
minoritaire chez les mammifères.
Synapses chimiques : les membranes ne se touchent pas, on a un espace synaptique. Le 1er neurone
libère une substance chimique dans cet espace, substance qui entre en contact avec la membrane du second
neurone. Cette substance va stimuler chimiquement des influx nerveux sur le second neurone.
Ce sont les synapses les plus présentes chez les mammifères.
La substance libérée par le 1er neurone = neuromédiateur.
Ex : La synapse qui fonctionne avec le récepteur nicotinique ayant comme neuromédiateur l'ACH.
Le récepteur nicotinique est le 1er récepteur isolé dans les années 1970 en France à l'institut Pasteur à Paris à partir
d'un poisson torpille. Ce poisson présente sur le ventre une plaque électrique. Quand il entre en contact avec un
autre poisson, il envoie une décharge électrique violente et peut ainsi manger sa proie. La décharge est liée à la
présence de récepteurs nicotiniques.
Pourquoi on l'appelle le récepteur nicotinique : lorsque qu'on fume, la nicotine se fixe sur ce récepteur et provoque
son ouverture et entraine les effets addictifs du tabac.
II)
Potentiel post-synaptique excitateur
Influx nerveux arrive le long de l'axone sous forme de PA. Ce PA se propage sur la membrane au niveau de
l'extrémité axonale. Sur cette membrane, il y a des canaux calciques voltages dépendants. Quand la membrane est
au niveau de son potentiel de repos, ces canaux sont fermés.
Quand il y a l'arrivée d'un influx nerveux → dépolarisation de la membrane qui augmente la probabilité
d'ouverture des canaux calciques.
Extérieur de la cellule
Cytoplasme
[Ca2+] = 10-3
[Ca2+] = 10-9
On a donc un gradient de 106 entre extérieur et intérieur, donc le flux est entrant.
Le calcium est soumis au gradient de concentration et électrique : il entre massivement dans la cellule.
Dans le cytoplasme, le calcium se fixe sur des
protéines qui entrent en contact avec des vésicules
de stockage qui sont entourées d'une membrane qui
contient l'Acétylcholine (ACH).
Dès que le Ca2+ complexé aux protéines entre en
contact avec ces vésicules : migration des
vésicules qui entrent en fusion avec la membrane
de l'extrémité axonale.
→ ACH envahit l'espace synaptique.
9/12
2018-2019
Neurophysiologie
Le second neurone possède les récepteurs nicotiniques, récepteur canaux et sans nicotine, le canal est fermé.
Dès que la nicotine se fixe sur un site de réception du canal : changement de conformation → ouverture du canal,
le canal est perméable aux ions sodium.
Donc il y a entrée de sodium dans le 2e neurone : accumulation de Na+, donc de charges positives, sur un
fragment de membrane, sur la face interne, donc diminution de différence de charges + entre intérieur et extérieur
de la cellule.
Puis, apparition de dépolarisation locale sur la membrane du 2e neurone → PPSE : potentiel post-synaptique
excitateur.
→ PPSE correspond à une faible différence de potentiel de membrane au niveau du corps cellulaire.
Chaque PPSE pris isolément est incapable à lui seul d’amener le potentiel de membrane au seuil du seuil de
déclenchement de PA au niveau du cône d'émergence (zone entre le corps cellulaire et l'axone). Il y a des milliers
de synapses autour du neurone, on a donc un chevauchement entre ces PPSE.
L'addition des PPSE dans l'espace peut être suffisant pour amener la membrane du 2e neurone au niveau
du seuil de déclenchement des PA.
→ On a une synapse excitatrice qui fonctionne grâce aux PPSE.
Une faible dépolarisation espacée dans le temps est insuffisante pour déclencher un PA, mais si l'action est
répétitive et rapprochée, la sommation de ces PPSE amène à un PA.
→ On a un phénomène de sommation dans l'espace et dans le temps.
Mais si la sommation est trop faible, il n'y a pas d'influx nerveux.
III)
Les potentiels post-synaptiques inhibiteurs
Il existe d'autres canaux ioniques qui ne sont pas perméables au sodium mais qui vont être perméables au Cl- :
Récepteurs GABA.
Les récepteurs GABA permettent l'entrée ions Cl- dans la cellule, or il sont chargés négativement donc,
augmentation de charges négatives à l'intérieur, la différence s’accroît entre intérieur et extérieur → hyperpolarisation locale de la membrane = PPSI
→ Ce sont des potentiels locaux qui ne se propagent pas.
Ils ont les mêmes propriétés que le PPSE : addition des PPSI dans l'espace et le temps.
NB : si 3 synapses fonctionnent en même temps, le PM est de -80 à -85mV.
Pourquoi cela créé une inhibition de la synapse ?
A partir du moment où notre membrane est de -80 à -85mV, si on veut exciter le second neurone, il faudra que les
10/12
2018-2019
Neurophysiologie
neurones excitateurs soient très actifs pour envoyer suffisamment de neuromédiateurs capables d'activer les
récepteurs afin de dépolariser la membrane et l'emmener au seuil de déclenchement.
Dans la plupart du temps, un corps cellulaire est entouré de milliers de synapses ( excitatrices + inhibitrices). Ce
corps cellulaire intègre en permanence les PPSE + PPSI. Il faut que la somme soit suffisante pour amener le PM au
seuil d'excitation.
Il existe un autre moyen de provoquer le PPSI : c'est la sortie de K+
Cela consiste à faire sortir du K+, grâce à des récepteurs muscariniques à l'ACH.
Ces récepteurs possèdent 7 domaines trans membranaires et quand ils sont stimulés, ils envoient un message dans
la cellule, c'est ce type de récepteur qui ouvre des canaux K+.
Le K+ diffuse vers l'extérieur et amène des charges + à l'extérieur provoquant une hyper-polarisation → PPSI.
PPSI c'est soit :
– entrée d'ions chlorure
– sortie d'ions potassium
Inhibition pré synaptique : système qui fonctionne avec 3 neurones
1) neurone excitateur
2) neurone effecteur
3) neurone inhibiteur : il établit une synapse avec l'extrémité axonale du neurone 1
ce qui empêche le fonctionnement de la synapse entre 1 et 2 en agissant par création de synapse entre 1 et 3.
Quand le neurone inhibiteur ne fonctionne pas, on stimule le neurone excitateur ce qui libère un neuromédiateur,
11/12
2018-2019
Neurophysiologie
qui stimule le neurone effecteur → création d'un PA et d'influx nerveux.
Quand le neurone inhibiteur est stimulé, il libère le neuromédiateur (GABA) et le récepteur GABA est sur le
neurone excitateur. Donc il y a fixation de GABA qui créé l'ouverture du canal et l'entrée de Cl- qui aboutit à une
hyper-polarisation.
L'influx arrive sur le neurone excitateur bute sur une membrane hyper-polarisée.
Le courant local de l'influx n'est donc plus suffisant pour dépolariser la membrane (seuil de déclenchement plus
fort du à l'hyper-polarisation). Donc pas de transmission car il n'y pas d'ouverture des Ca 2+ → La synapse est
bloquée.
Pour éviter qu'un système s'emballe, on utilise des cellules inhibitrices pré-synaptiques et post-synaptiques.
IV)
Synthèse et catabolisme de l'Acétycholine
Acétylcholine= AcétylCoA + choline (alcool estérifié).
La synthèse biochimique se fait sous le contrôle de la choline acétyltransférase. Si l'ACH stagne, on a une
paralysie du système. Dès qu'elle est libérée, elle est éliminée par l'ACH estérase en acétate+ choline.
Beaucoup d'insecticides sont des inhibiteurs à estérase donc capables de bloquer les cholines estérases des
insectes.
Les armes chimiques sont des inhibiteurs des cholines estérases humaines → paralysie du SN, donc mort
instantanée car ça paralyse les centres respiratoire et cardio-vasculaire du à un excès d'ACH dans l'organisme.
Certains médicaments sont des inhibiteurs de choline estérases utilisés dans le traitement de l’Alzheimer, cela
retarde la dégradation de l'ACH et retarde la maladie mais l'effet est discuté.
Le récepteur à l'ACH est un assemblage de protéines composées de 5 sous unités (2 su alpha, bêta, gamma, delta).
Pour que le canal s'ouvre, il faut la fixation d'ACH sur deux sous unité alpha.
Le récepteur à l'ACH fonctionne exactement pareil que les canaux voltages dépendants, avec la même cinétique
d'ouverture . Quand le récepteur nicotinique s'ouvre, le signal en Patch Clamp en créneau avec ouverture et entrée
de sodium instantanée pendant un certain temps puis fermeture.
De façon statistique, sur des fragments de membrane, on aura une sommation des courants avec une courbe
amortie de cinétique d'ouverture et de fermeture apparente. Quand on inverse le courant entrant de sodium, on
obtient alors le courant de potentiel de membrane : c'est la dépolarisation = PPSE.
Les récepteurs nicotiniques ne sont pas tous les mêmes au niveau des muscles, du cerveau...
Ils sont présents à la jonction des motoneurones et des muscles → Le mouvement de contraction musculaire est
déclenché par l'influx nerveux provenant de fibres motrices : il y a une synapse neuromusculaire entre les fibres
motrices et le muscle dont le neuromédiateur est ACH et le récepteur est nicotinique.
Le récepteur au GABA laisse passer les ions chlorures : ce sont des protéines formants un canal. Quand le
neuromédiateur se fixe sur la protéine, il y a ouverture ou pas du canal.
12/12
Téléchargement
Random flashcards
Commune de paris

0 Cartes Edune

Ce que beaucoup devaient savoir

0 Cartes Jule EDOH

aaaaaaaaaaaaaaaa

4 Cartes Beniani Ilyes

Anatomie membre inf

0 Cartes Axelle Bailleau

Créer des cartes mémoire