La communication nerveuse (1°ES)

La communication nerveuse (1°ES)
Les objectifs
Il s’agit de faire acquérir à l’élève des connaissances de base sur différents composants du système
nerveux (neurones et synapses, modulation de l’activité synaptique) afin d’envisager une approche
rationnelle des problèmes soulevés par l’utilisation de molécules exogènes (médicaments et drogues).
Les conséquences de l’activité de ces molécules sont différentes selon leur nature et leur utilisation.
Ainsi, la morphine peut agir
- sur les voies sensitives nociceptives : elle est alors utilisée comme l’analgésique ou
- sur d’autres centres cérébraux du plaisir : elle peut alors conduire à l’état de dépendance.
Les acquis de 3ème
Relations à l’environnement et activité nerveuse
L’activité des récepteurs sensoriels, dispersés ou groupés en organes des sens, est déclenchée par un
stimulus spécifique, provoquant la naissance de messages nerveux.
La propagation des messages nerveux vers le cerveau se fait le long de fibres nerveuses en relation
avec les récepteurs sensoriels.
La perception de l’environnement et la commande motrice sont des phénomènes cérébraux, elles
s’élaborent au niveau du cortex cérébral.
Elles mettent en jeu des aires cérébrales localisées, ou aboutissent et d’ou partent les messages
nerveux.
Elles supposent des communications entre les différentes régions du cerveau et la mise en jeu de la
mémoire.
Les organes effecteurs reçoivent des messages nerveux venant du cerveau, la propagation des
messages nerveux se fait le long de fibres nerveuses en relation avec des aires spécialisées du cortex
cérébral.
Le cerveau est un organe fragile, soumis pour son fonctionnement à des exigences strictes. La mort du
cerveau signifie la mort de l’individu. Il est particulièrement sensible aux insuffisances de
l’approvisionnement en dioxygène et glucose. Certaines substances chimiques , des agressions
lumineuses ou sonores perturbent son fonctionnement.
Les messages nerveux sont élaborés et transmis par des cellules spécialisées : les neurones. Les
neurones communiquent entre eux au niveau de dispositifs spécialisés appelés synapses par
l’intermédiaire de messages chimiques.
Les médicaments (tranquillisants, antidépresseurs) agissent à ce niveau. Ils modifient l’humeur et les
comportements. Les drogues ont également à ce niveau une action qui les rend dangereuses, car elles
perturbent les relations de l’homme avec son environnement.
Introduction du thème (semaine 1)
Evaluation diagnostique des acquis de la classe de troisième
constat : Les effets de la morphine
La morphine est la substance active du pavot.
La morphine est à l’origine d’une puissante activité analgésique qui
n’entraîne pas de dépendance : c’est un analgésique ou antalgique (=
molécule qui réduit la douleur).
La morphine prise de manière répétée au cours du temps peut entraîner le
développement d’une toxicomanie, elle procure une sensation de plaisir
éphémère, dans un tel contexte, c’est une molécule dangereuse parce que le
plaisir qu’elle procure génère un besoin irrépressible de rechercher encore
et encore cette sensation.
La morphine prise de façon répétée au cours du temps engendre :
- La tolérance qui résulte de la nécessité pour obtenir le même effet
(analgésique ou sensation de plaisir ) d’augmenter continuellement les
doses prises
- La dépendance physiologique qui résulte de l’apparition après arrêt de
la prise de la drogue (= sevrage) d’un syndrome d’abstinence
physiologique caractérisé par de nombreux symptômes : diarrhée,
sudation, lacrymation, tremblements, agitation….
- La dépendance psychologique caractérisée par l’état de manque, c’est à
dire un besoin irrépressible de reprendre de la drogue, qui est une
souffrance psychologique très difficile à supporter.
C’est cet état de manque qui est à l’origine de la toxicomanie.
Activité
La morphine, ses effets :
mettre en évidence les
deux effets de la
morphine
Supports
Documents sur
l’origine, l’utilisation et
les risques de la
morphine :
Manuel Bordas p.27
doc.4, p.30 doc.1 , p.36
doc.1 et doc.2
Pour la Science n° 128
juin 88 : morphine et
douleur rebelles
Problème
Comment expliquer les différents effets de la morphine ?
Hypothèses :
Elle agit :
- Au niveau de récepteurs de la douleur
- Au niveau des synapses dans les centres nerveux
Stratégie :
-
Déterminer les voies de la douleur, la nature du message nerveux (chapitre 1)
Rechercher l’action de la morphine (chapitre 2)
Chapitre 1 : Circuit et message à l’origine de la sensation
douloureuse
1. Les voies nerveuses du message nociceptif
(semaine 2 – semane3)
1.1 Les organes mis en jeu
Les récepteurs de la douleur sont
des terminaisons sensorielles
disséminées par millions dans tous
les organes.
Ces récepteurs sont appelés
nocicepteurs car ils réagissent aux
stimulus nocifs, c’est à dire tout ce
qui peut endommager
l’organisme.
Les nocicepteurs donnent
naissance à des messages nerveux
qui sont d’abord transmis à la ME,
puis de la ME vers le cerveau ou
s’établit la sensation de douleur.
Activité
Le circuit de la douleur : Identifier les organes de la naissance et
de la conduction du message nerveux nociceptif et réaliser un
schéma fonctionnel
Supports
Matériel pour localiser les organes mis en jeu :
Ecorché, Planche du SN, Moulage de l’encéphale humaine
Documents pour rechercher les organes mis en jeu :
Données cliniques et expérimentales sur la moelle épinière
(Manuel Bordas p.10 et p.11)
Exercice type Bac : les mécanismes de la douleur (Manuel
Bordas p.24)
1.2 Les cellules mises en jeu
1.2.1 Le neurone
Le neurone est une cellule spécialisée, constituée d’un corps
cellulaire contenant le noyau et de prolongements cytoplasmiques
plus ou moins longs, dendrites et axones.
Les corps cellulaires des neurones sont regroupés dans les
ganglions nerveux (ganglion rachidien) et dans la substance grise
des centres nerveux .
Dans la moelle épinière la substance grise est interne (figure en
forme de papillon dont les ailes correspondent aux cornes dorsales
et ventrales).
Dans le cerveau, la substance grise forme le cortex cérébral et des
noyaux à la base de l’encéphale (fig.2 p.26 manuel Bordas).
Les axones, prolongements des neurones constituent des fibres
nerveuses qui permettent les communications : chaque neurone
reçoit des informations par ses dendrites et émet des messages par
son axone.
Ces prolongements, dépourvus de myéline dans la substance grise,
sont généralement myélinisés dans la substance blanche.
Activité
Les cellules du circuit nociceptif :
Identifier les cellules qui
conduisent le message nerveux
nociceptif.
Supports
Dilacération d’un nerf de cuisse
de grenouille : patte de
grenouille lame, lamelle, aiguille
lancéolée
Observation microscopique de
lames histologiques : coupes de
moelle épinière, d’encéphale, de
peau, de nerf.
1.2.2 Les voies nerveuses de la douleur
Les fibres nociceptives afférentes, qui conduisent les messages des
récepteurs vers la moelle, sont des fibres nerveuses dépourvues de
myéline nommées fibres de type C.
Ces fibres sont des prolongements de neurones dont le corps cellulaire
est localisé dans les ganglions rachidiens. Elles pénètrent toutes dans
la ME en empruntant les racines dorsales des nerfs rachidiens.
Dans la ME, les fibres nociceptives afférentes entrent en contact
synaptiques avec d’autres neurones nociceptifs dont le corps cellulaire
est situé dans la corne dorsale de la substance grise et dont les axones
remontent par la substance blanche de la ME en direction du cerveau.
Les cornes dorsales représentent donc un relais sur les voies
nerveuses de la douleur.
Au niveau du cerveau : les fibres nociceptives ascendantes effectuent
un dernier relais avec les neurones dont les corps cellulaires sont
situés dans des noyaux gris localisés à la base du cerveau.
Les axones de ces neurones se terminent dans le cortex cérébral, lieu
ou s’élabore la sensation douloureuse.
Activité
Le circuit à l’échelle
cellulaire : Extraire les
informations d’un texte et
réaliser un schéma
fonctionnel du circuit
nociceptif
Supports
Document permettant
d’établir les voies nerveuses
de la douleur
PLS n° 128 Juin 88 :
Morphine et douleur (texte à
extraire )
Document 4 p.24 Bordas 1ère
ES
Schéma bilan
2. La conduction du message nerveux le long des neurones (semaine 4)
La communication nerveuse se manifeste par des
combinaisons de signaux électriques enregistrables
constituants des messages.
Au niveau de la cellule :
La membrane d’une cellule nerveuse au repos présente
une différence de potentiel permanente de -70mV entre
ces deux faces, où l’intérieur est électronégatif par
rapport à l’extérieur : c’est le potentiel de repos.
Chaque signal ou potentiel d’action est une inversion
brutale de la polarisation de la membrane. Le neurone
code l’intensité du stimulus en fréquence de
potentiels d’action (nombre de PA par unité de temps).
Les PA sont tous identiques d’une amplitude de
100mV et d’une durée de 1 ms.
Au niveau du nerf on enregistre un potentiel global qui
est la somme des signaux bioélectriques des fibres.
Ces messages nerveux sont rapidement propagés
sans atténuation le long d’un neurone
dans un seul sens le long d’une chaîne de neurones,
cellules spécialisées connectées entre elles.
La vitesse de la propagation dépend du calibre des
fibres et de la présence de myéline : de 1 à 100ms.
Schéma bilan d’un message nerveux.
Activité
Nature du message nerveux : Rechercher la
nature du message nerveux au niveau de la
fibre nerveuse et du nerf
Supports
Séquences filmées d’enregistrement du
message nerveux et explications
Film : la communication nerveuse (Jeulin)
Logiciels de simulation du Message
nerveux :
Logiciels Neurostim ou Nerf (à télécharger :
http://svt.framanet.free.fr)
Activité
La propagation du message nerveux :
Rechercher les caractéristiques de la
propagation du message nerveux
Supports
Logiciels de simulation de la propagation
du message nerveux
Logiciels Nerf et Synapse (à télécharger :
http://svt.framanet.free.fr)
3. Le message nerveux : sa transmission au niveau synaptique
(semaine 5 – semaine 6)
Les neurones communiquent entre eux par des synapses.
Chaque synapse est caractérisée par l’existence d’une fente ( 20
à 30 nm) synaptique qui sépare la cellule pré- de la cellule postsynaptique
Le principe de la transmission synaptique :
- production de neurotransmetteurs pré-synaptiques stockés
dans des vésicules pré-synaptiques à l’extrémité de l’axone.
- arrivée de PA au niveau de la terminaison pré-synaptique
déclenchant la libération de neurotransmetteurs dans la fente
synaptique (plus le nombre de PA est important plus la
libération de neurotransmetteur est grande )
- fixation des neurotransmetteurs sur des récepteurs postsynaptiques
- genèse d’un message post-synaptique.
L’association neurotransmetteur récepteur assure la transmission
des messages. Selon le neurotransmetteur libéré, il peut y avoir
deux effets opposés sur le neurone post- synaptique :
- Naissance d’un nouveau message = synapse excitatrice
- Empêchement de l’émission de message = synapse
inhibitrice.
Schéma bilan de la synapse
Supports
Logiciels de simulation
Synapse et nerf
Electronographies de synapses
doc.2 p.16 et doc.3 p.17 Bordas
1èreES
Activité
Le codage de l’information par les
neurotransmetteurs : rechercher les
étapes et le principe de la
transmission synaptique et réaliser
un schéma fonctionnel.
Activité
Action des neurotransmetteurs sur
le neurone post synaptique :
Découvrir les deux actions
possibles des neurotransmetteurs
sur les neurones post-synaptiques
Evaluation sommative
Chapitre 2 : Les mécanismes d’action de la morphine
Problèmes
Comment la morphine modifie-t-elle les sensations de douleur et comment peut elle être à l’origine de
sensation de plaisir ? Comment expliquer la dépendance ?
Retour aux hypothèses, modification, amélioration de celles ci
Stratégies
-
Injecter de la morphine radioactive pour localiser les lieux ou elles se fixent
Enregistrer l’activité nerveuse des neurones post synaptiques après injection
1. Les lieux d’action de la morphine (semaine 7)
La morphine se fixe sur les
récepteurs opioïdes localisés
sur les neurones de la corne
dorsale de la ME et dans
certaines régions du cerveau
(thalamus).
Cette propriété a permis de
localiser et marquer les
récepteurs opiacés des
membranes neuroniques.
Activité
Lieux d’action de la morphine : Localiser la morphine dans
l’organisme pour ensuite comprendre son mode d’action
Support
Matériel pour localiser les récepteurs opioïdes
Moulage d’encéphale
Photos d’imagerie médicale visualisant la localisation des récepteurs
(Manuel Bordas doc.3 p.31, doc.3 p.33 ; Pour la Science « le
cerveau » n°181 Novembre 92 ; La recherche n°309 Mai 98)
2. Les modes d’action de la morphine
2.1. Au niveau de la moelle épinière (semaine 8)
La transmission du message nerveux nociceptif au niveau
du relais synaptique de la ME
- Arrivée du message nerveux nociceptif par les neurones
pré-synaptiques
- Libération de 2 neurotransmetteurs : substance P et
glutamate
- Fixation des neurotransmetteurs sur les récepteurs
spécifiques des neurones post-synaptiques
- Naissance d’un nouveau message dans le neurone postsynaptique codé en fréquence de PA (synapse excitatrice)
Modulation du fonctionnement du relais synaptique par
des substances endogènes
Des interneurones spécialisés, situés dans la corne dorsale de
la ME libèrent des neurotransmetteurs : les enképhalines. Ces
neurotransmetteurs se fixent sur des récepteurs spécifiques (=
opioïdes) situés dans la membrane des neurones postsynaptiques nociceptifs.
La fixation des enképhalines sur ces récepteurs entraîne une
inhibition des neurones post-synaptiques qui sont moins
excitables, de ce fait les messages nociceptifs sont freinés. La
fréquence des PA émis est plus faible. Elles inhibent ainsi la
transmission des messages nociceptifs vers le cerveau : la
douleur ressentie sera moins violente (= effet analgésique).
L’effet de la morphine, substance exogène
La morphine possède une structure qui présente une région
semblable aux enképhalines. Elle se fixe sur les récepteurs
opioïdes localisés sur les neurones de la corme dorsale de la
moelle. Elle est à l’origine d’une puissante activité
analgésique qui n’entraîne pas de dépendance, d’où un
blocage presque total de l’émission de messages nerveux
nociceptifs par les neurones post-synaptiques médullaires.
Son effet est durable du fait que contrairement aux
enképhalines, la morphine n’est pas rapidement dégradée.
Activité
La transmission du message
nociceptif au niveau médullaire :
expliquer le mécanisme de la
transmission du message nerveux
nociceptif au niveau de la ME ;
expliquer le rôle analgésique des
enképhalines
Supports
Documents sur la transmission du
message nociceptif et sa modulation
par les enképhalines
Documents p.28 et 29, doc.3 p.31,
doc.1 p.32, doc.2 p.43, Bordas 1ère
ES
Activité
Mode d’action analgésique de la
morphine : expliquer les effets de la
morphine comme analgésique et les
différences avec les enképhalines.
Supports
Enregistrements de l’activité des
neurones nociceptifs de la ME sous
l’effets de la morphine
(Pour la Science n° 128 Juin
88 « Morphine et douleur » ; Docs p
28 à 33 du manuel Bordas 1èreES)
Photographies des modèles
moléculaires de l’enképhaline et de
la morphine
Logiciel RASTOP : molécules de la
douleur (à télécharger :
Schéma bilan.
douleur (à télécharger :
http://www.inrp.fr/Acces/biotic//accu
eil.htm)
doc.2 p.32 Bordas 1èreES
2.2. Au niveau du cerveau (semaine 9)
Action des enképhaline endogènes
Dans le cerveau la fixation des enképhalines sur les
récepteurs opioïdes des neurones modulateurs
provoque la levée de l’inhibition qu’ils exercent sur
l’activité des neurones dopaminergiques. Par voie
de conséquence, cette levée d’inhibition entraîne la
sécrétion accrue de dopamine qui contribue à la
sensation de plaisir.
Action de la morphine exogène
La morphine et ses dérivés de synthèse comme
l’héroïne peuvent être à l’origine d’une sensation
de plaisir. La genèse de cette sensation de plaisir
résulte de la fixation de la morphine sur les
récepteurs opioïdes du cerveau mimant l’action des
morphines endogènes.
Activité
Mécanisme d’action de la morphine au niveau
du cerveau : extraire des données de textes
scientifiques
Supports
Documents sur le mode d’action de la
morphine et de l‘héroïne
Pour la Science n°181 Novembre 92 et n°163
Mai 91 ; La recherche n°309 Mai 98
Les circuits cérébraux de récompense (p.34
Manuel Bordas 1ère ES)
Les effets de l’héroïne sur le circuit de
récompense (doc.4 p.35 manuel Bordas 1ère ES)
Schéma bilan
3. Les mécanismes de la dépendance (semaine 10)
3.1. Morphine et dépendance
Contrairement aux enképhalines, la morphine n’est pas
rapidement dégradée.
La morphine (ou l’héroïne) prise de façon répétée au cours
du temps engendre tolérance, dépendance physiologique, et
dépendance psychique (= état de manque). C’est ce dernier
qui est à l’origine de la toxicomanie.
Activité
Morphine et dépendance :
Expliquer la dépendance
Supports
Documents sur drogue et dépendance
Pour la Science n°163 Mai 91 ;
Manuel Bordas 1ère ES p.44
3.2. Action et dépendance des autres drogues
La plupart des drogues (héroïne, nicotine, alcool, cocaïne,
principe actif du cannabis, ecstasy) agissent, par des
mécanismes différents, sur les neurones dopaminergiques
des systèmes de récompense.
La dépendance aux drogues est un phénomène complexe qui
est tributaire de facteurs psychologiques, mais aussi de
facteurs environnementaux. L'arrêt de la prise de toute
drogue nécessite la mise en application d'un protocole de
sevrage qui implique un suivi médical prolongé et une aide
psychologique.
Conclusion : Réponse au problème
Evaluation sommative type bac
Activité
Mode d’action des drogues autres que
la morphine : Comprendre les
mécanismes d’action d’autres drogues
Supports
Documents drogue et dépendance
Manuel Bordas 1ère ES p.44