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Gilles Bourbonnais
Cours compensateurs
Université Laval
Chapitre 5
Neurophysiologie
1. Système nerveux et système endocrinien
Maintien de l’homéostasie par :
Système endocrinien (hormonal) :
• Sécrétion d’hormones dans le sang
• Action lente, mais soutenue
Système nerveux :
• Influx nerveux
• Action rapide, mais brève
2. Mode d’action du système nerveux Mémoire
1. Réception de l’information
• Milieu interne
• Milieu extérieur
2. Intégration
3. Action
• Organes végétatifs
• Muscles volontaires
(comportement)
Mémorisation
3. Les grandes divisions du système
nerveux
Voir: Le système nerveux périphérique
4. La cellule nerveuse : le neurone (5-7)
• Neurones (10%)
• Cellules gliales (90%)
Caractéristiques des neurones:
•
Ne se reproduisent pas (sauf rares exceptions).
•
Grand longévité.
•
Cellules excitables.
•
Métabolisme    (5% du poids du corps, 20%
de la consommation d ’énergie)
Structure des neurones
Chaque neurone est formé :
• D’un corps cellulaire
• De prolongements
fins = axone et
dendrites
Prolongements
Dendrites
L'influx se dirige vers corps
cellulaire
Corps cellulaire
Noyau
Axone
Axone, l'influx s'éloigne du
corps cellulaire
dendrite
axone
Prolongements
peuvent être très
ramifiés
Dendrites
Axone
Axones longs souvent recouverts d’une gaine de
myéline.
Formée de cellules
gliales qui
s’enroulent autour
de l’axone.
Dendrites
Corps cellulaire
Axone recouvert de myéline
Espaces entre les cellules de Schwann
= nœuds de Ranvier
Myéline formée de:
• Cellules de Schwann (système nerveux périphérique)
• Oligodendrocytes (SNC)
Classification structurale
Neurone bipolaire
Neurone multipolaire
Neurone unipolaire
Classification fonctionnelle
Neurone sensitif
Neurone moteur
Neurone d ’association (ou interneurones)
Neurone sensitif
(neurone unipolaire)
Neurone moteur
(neurone multipolaire
La névroglie (cellules gliales) (5-17)
• Soutien
Remplissent tous
les vides entre les
neurones (tout ce
qui est en noir sur
ce dessin).
• Soutien
• Régulation de la composition
du milieu cérébral
• Phagocytose des cellules
mortes et des corps
étrangers
• Gaine de myéline
(oligodendrocytes et cellules
de Schwann)
Contrairement aux neurones, ces
cellules peuvent se reproduire
activement.
5. Les nerfs (5-19)
Axone
Les nerfs sont formés
d’axones de neurones moteur
et de neurones sensitifs
(certains ne contiennent que
des fibres sensitives).
Nerf rachidien ~ 600 000 fibres
nerveuses
Le corps cellulaire est dans (ou
tout près) du SNC.
Vaisseaux sanguins
Axone
Gaine de myéline
Endonèvre
Périnèvre
Épinèvre
Vaisseaux sanguins
On peut recoudre l'épinèvre d'un nerf sectionné
Neurone intact
Neurone sectionné
L'axone et une partie de la
gaine de myéline en aval de
la section dégénèrent
L'axone peut repousser en
empruntant le "tunnel" formé
par la gaine de myéline et
l'endonèvre (1 à 5 mm par jour)
Dans un nerf, ce ne sont pas toutes les fibres
qui parviennent à repousser correctement ou à
emprunter "le bon chemin".
• Nerfs sensitifs
Ex. nerf auditif, nerf olfactif, nerf optique
• Nerfs mixtes
La plupart des nerfs sont mixtes.
6. Substance grise et substance blanche
Substance blanche
Substance grise
Substance blanche :
• formée surtout d ’axones myélinisés
• permet la liaison nerveuse entre les
zones éloignées
Substance grise :
• formée surtout de
corps cellulaires
et de
prolongements
courts
7. Quand la myéline dégénère (5-22)
Sclérose en plaque
Syndrome de Guillain-Barré
8. Polarisation de la membrane du
neurone
Luigi Galvani
(1737 / 1798)
Un courant électrique appliqué à un nerf provoque la
contraction des muscles d'une grenouille morte. Une
électricité animale circule dans les nerfs.
L'électricité est-elle
l'explication de la vie?
Certains l'ont cru
au XIXe siècle.
1850 : l'Allemand H. von
Helmholtz (1821 - 1894) mesure
la vitesse de l'influx nerveux
dans un nerf.
Vitesse de quelques mètres par seconde seulement.
C'est donc beaucoup plus lent que l'électricité circulant
dans un fil métallique (~ vitesse de la lumière)
La cellule, une pile électrique
Andrew Fielding Huxley (1917)
Alan Hodgkin (1914 - 1998)
Axones géant de calmar
Expériences sur les neurones
géants de calmar à la fin des
années 30 et dans les années 40.
Ganglion
contenant les
corps cellulaires
Potentiel de repos : -70 mV
Concentrations en ions de chaque côté de la membrane:
Extérieur de la membrane:
• Ions positifs = Na+ surtout (un peu de K+ aussi)
• Ions négatifs = Cl- surtout
Mais y a un léger surplus d ’ions +
Intérieur du neurone:
• Ions positifs = K+ surtout (un peu de Na+ aussi)
• Ions négatifs = Protéines et ions phosphates
Mais y a un léger surplus d ’ions -
Supposons que de part et d’autre d’une membrane on ait
autant d’ions positifs que négatifs:
Potentiel nul (autant de + que de -)
10 Cl- et 10 Na+
10 K+ et 10 ions -
Potentiel nul (autant de + que de -)
Que se passe-t-il si on ajoute des canaux permettant le passage
des K+, mais pas des autres ions?
==> diffusion du potassium
13 charges + et 10 - = +3
10 Cl10 Na+
3 K+
+3
-3
10 ions 7 K+
7 charges + et 10 - = -3
La diffusion ne se fera pas jusqu’à équilibre des
concentrations du K+
Le K+ cherche à
diffuser en suivant
son gradient de
concentration
Le K+ est attiré par
les charges - de
l'intérieur et
repoussé par les
charges + de
l'extérieur
Le gradient électrique qui se forme arrête la diffusion.
À l’équilibre:
Les charges positives en surplus
s’accumulent sur la membrane
+3
Valeurs
arbitraires
-3
N.B. un peu de Na+
parvient à pénétrer
Les charges négatives en surplus
s’accumulent sur la membrane
La polarité de la membrane est donc due:
• Différence de concentration en ions entre l’intérieur
et l’extérieur.
• Perméabilité sélective de la membrane (laisse
passer le potassium, mais à peu près pas les autres
ions).
La polarité se maintient même
si du Na+ parvient à pénétrer:
pompes à sodium / potassium.
9. Le potentiel d'action
Les neurones peuvent réagir à un stimulus (excitabilité).
Réaction = ouverture de canaux à sodium de la membrane
Baisse d ’ions + à l’extérieur
Hausse d ’ions + à l’intérieur
Entrée massive de Na+ ==> baisse de la polarité là où
les canaux à sodium se sont ouverts.
- 70mV 
- 60mV

- 50 mV
Au point stimulé, la polarité s'inverse.
 ...
Le point dépolarisé reprend rapidement sa polarité:
• Fermeture des canaux à
sodium.
• Ouverture de canaux à K+
qui étaient fermés
==>  perméabilité au K+
==>  sortie de K+
= potentiel d ’action
La stimulation de
l’extrémité de
l’axone entraîne la
dépolarisation de
la membrane à
cet endroit
Le point dépolarisé va rapidement se repolariser
Après la repolarisation, la membrane demeure
inerte un certain temps (les canaux à sodium ne
peuvent pas s ’ouvrir) = période réfractaire.
10. L'influx nerveux
Potentiel d’action en un point de la membrane
==> potentiel d’action au point voisin:
Les canaux à
sodium vont
s ’ouvrir ici
Influx nerveux
=
déplacement d’un
potentiel d’action le
long de la membrane
du neurone
Même principe que la
vague dans un stade
Les anesthésiques locaux (Novocaïne ,
Xylocaïne, Marcaïne , etc. ) bloquent les canaux
à sodium.
Que se passe-t-il si on bloque ces canaux?
La tédrodoxine (ou tétrodontoxine), une neurotoxine
abondante dans les viscères (intestins, foie, ovaires
surtout) de certains poissons agit aussi en bloquant les
canaux à sodium.
Au Japon, certains restaurants servent du Fugu,
un poisson riche en tetrodoxine que seuls certains
cuisiniers certifiés peuvent apprêter (un seul
poisson contient assez de toxine pour tuer 30
personnes). Tout l'art du cuisinier consiste à servir
la chair du poisson sans la contaminer avec la
toxine.
Voir aussi: Fugu - the fatal fish
11. Vitesse de déplacement de l’influx
~ 3 Km / heure à ~ 300 Km / heure
Vitesse dépend:
• Diamètre de la fibre nerveuse :  diamètre ==>  vitesse
• Présence de myéline ==>  vitesse
La conduction saltatoire
« Une fibre non myélinisée devrait avoir un calibre de
plusieurs centimètres pour conduire l'influx à la même
vitesse (100 m/s) qu'une fibre myélinisée de 20 micromètres
de diamètre. » Le cerveau à tous les niveaux
dépolarisation
dépolarisation
repolarisation
repolarisation
dépolarisation
12. Loi du tout ou rien
Pour qu’il y ait potentiel d’action, la dépolarisation au point
stimulé doit dépasser un certain seuil (~ - 50 mV).
• Si la dépolarisation ne dépasse pas le seuil : la
membrane reprend sa polarisation normale et il n ’y a
pas d’influx.
• Si la dépolarisation dépasse le seuil ==> la
dépolarisation se poursuit jusqu’à + 40 mV :
dépolarisation et repolarisation = potentiel d’action
==> influx nerveux
• Peu importe l’intensité du stimulus, la dépolarisation
ne dépassera pas + 40 mV
Loi du tout ou rien
Pour qu’il y ait potentiel d’action, la dépolarisation au point
stimulé doit dépasser un certain seuil (~ - 40 à ~ - 50 mV ).
Le stimulus 1 (S1) est plus petit que S2 qui est plus petit que S3. Seul
S3 provoque une dépolarisation qui atteint le seuil du neurone.
Perception de l’intensité du stimulus
Le SNC peut faire la différence entre un stimulus faible
et un stimulus fort même si le potentiel d’action est le
même dans les deux cas:
1. Un stimulus fort fait réagir plus de neurones qu’un
stimulus faible
2. La fréquence des potentiels produits est plus
grande si le stimulus est fort.
13. La synapse (5-40)
Synapse = point de « connexion » entre deux neurones
1 mm3 de substance grise du cortex
peut contenir 5 milliards de
synapses.
Anatomie de la synapse
Neurone
présynaptique
Neurone postsynaptique
Neurone présynaptique
Neurone
postsynaptique
Camillo Golgi
(1843-1926)
Les neurones forment un réseau
continu dans lequel circule un
signal de nature électrique; leurs
membranes sont liées (ils
partagent le même cytoplasme) :
théorie réticulariste
Santiago Ramon y Cajal
(1853-1934)
Les neurones ne sont pas
liés physiquement les uns
aux autres; ce sont des
cellules indépendantes les
unes des autres : théorie
neuroniste
Prix Nobel conjoint de science de 1906
Dépolarisation de la membrane du bouton
synaptique
Libération par exocytose du
neurotransmetteur dans la fente synaptique
Le neurotransmetteur se fixe sur son récepteur
sur le neurone postsynaptique
La fixation du neurotransmetteur provoque
l’ouverture de canaux ioniques
Le canal à sodium
s’ouvre lorsque le
neurotransmetteur se
fixe sur le récepteur.
À lire: Le cerveau à tous les niveaux
La liaison du récepteur avec le neurotransmetteur peut
avoir deux effets (selon le neurotransmetteur):
Ouverture de canaux à sodium
==>  polarité de la membrane
==> potentiel d ’action (si la dépolarisation > seuil)
==> influx
Ouverture de canaux à Cl- ou de canaux
supplémentaires à K+
==>  polarité de la membrane (-100 à la place de -70,
par exemple)
==> neurone plus difficile à dépolariser (seuil plus
difficile à atteindre)
Le glutamate est un
neurotransmetteur
Le GABA est un
neurotransmetteur
inhibiteur
Ouverture de canaux à Cl ==> entrée de Cl- dans le neurone
==>  polarité de la membrane (l’intérieur
devient plus négatif et l’extérieur plus
positif)
Ouverture de canaux à K+ supplémentaires
==>  perméabilité au K+
==>  diffusion du K+ vers l’extérieur
==>  polarité
Un neurone hyperpolarisé est plus difficile
à dépolariser jusqu’au seuil.
Tant qu’il est hyperpolarisé, il est moins
sensible.
Effet du neurotransmetteur dépend:
• Sorte de neurotransmetteur
• Sorte de récepteur
Neurotransmetteur excitateur
==> dépolarise la membrane  le neurone est
plus sensible
Neurotransmetteur inhibiteur
==> hyperpolarise la membrane  le neurone
est moins sensible
Chaque neurone reçoit des terminaisons excitatrices
et des terminaisons inhibitrices
Ex. neurone moteur
S’il y a plus
d’excitation que
d’inhibition le
neurone moteur
est dépolarisé
au-delà du seuil
et il y a influx.
S’il y a plus d’inhibition que d’excitation le neurone moteur
ne se dépolarise pas jusqu’au seuil. Il n’y a pas d’influx.
Ex. modulation de la douleur
Si le neurone inhibiteur est actif, le neurone d’association
devient peu sensible (plus difficile à dépolariser)
14. Quelques neurotransmetteurs
• Acétylcholine
Neurotransmetteur de nombreux neurones dans le SNC.
Neurotransmetteur des jonctions neuromusculaires.
Bouton synaptique du
neurone moteur
Membrane du
bouton synaptique
Membrane de la
cellule musculaire
Cellule musculaire
Fente synaptique
Fibres contractiles
Qu'est-ce que c'est ?
Vésicules synaptiques
contenant l'acétylcholine
Jonction neuromusculaire
Si la dépolarisation de la membrane de la plaque motrice
dépasse un certain seuil, il se forme un potentiel d'action
qui se propage dans toute la membrane de la cellule
musculaire.
Cet influx qui parcourt la membrane provoque la contraction
musculaire.
• Acide gamma aminobutyrique (GABA)
• Acétylcholine
• Adrénaline et noradrénaline
• Dopamine
• Sérotonine
• Endorphines et enképhalines
15. L'élimination du neurotransmetteur
1. Dégradation par enzymes de le fente synaptique.
2. Recaptage par des cellules gliales ou par le
bouton synaptique.
3. Diffusion hors de la fente synaptique
Tous les neurones baignent dans une
« soupe » de neurotransmetteurs dont la
composition varie sans cesse
=
milieu central fluctuant
16. Mode d'action des drogues
• Effet antagoniste
La drogue bloque le récepteur du
neurotranmetteur.
• Effet agoniste
La drogue a le même effet que le
neurotransmetteur.
• Inhibiteur de recaptage
La drogue empêche le
recaptage du
neurotransmetteur.
Blocage du récepteur = Effet antagoniste
Ex. Curare ou cobratoxine aux jonctions
neuromusculaires (antagonistes de l’acétylcholine).
Antipsychotiques (antagonistes de la dopamine).
Activation du récepteur = Effet agoniste
Ex. Opiacés se fixent sur les récepteurs des
endorphines et agissent de la même façon.
Inhibiteurs du processus d’élimination (recaptage)
• Cocaïne et amphétamines = inhibiteur du
recaptage de la dopamine
• ISRS (Prozac) = inhibiteur du recaptage de
la sérotonine
• Gaz de combat (organophosphorés) =
inhibiteur de l’acétylcholinestérase,
l’enzyme qui élimine l’acétylcholine dans
les jonctions neuromusculaires.
Dopamine
Inhibition du recaptage
Recaptage
Récepteurs de la dopamine
F
I
N