Le message nerveux se transmet le long des axones des neurones à partir des récepteurs sensoriels stimulés jusqu'au centre nerveux. Nous allons voir dans ce cours la nature et les caractéristiques de ce message nerveux et comment il est transmis entre les neurones par l'intermédiaire des synapses. Un schéma bilan est présent en fin de cours.
Naissance et propagation du message nerveux au sein du neurone
Le potentiel de repos
La membrane d’une cellule est polarisée, c’est-à-dire qu’il existe une répartition différente des charges électriques (+ et -) dans le milieu extérieur par rapport au milieu intérieur de la cellule. Cela induit une différence de potentiel électrique de la membrane qui, en l’absence de stimulus, est nommé potentiel de repos. En plaçant une électrode à l’extérieur de la cellule et une autre à l’intérieur, il est possible de visualiser ce potentiel de repos sur un oscilloscope, il vaut -70mV.
Potentiel de repos et polarisation de la membrane
Le potentiel d’action
Lorsque des neurones sont soumis à une stimulation (par exemple un choc mécanique ou électrique), on observe des signaux électriques émis par les neurones qu’on nomme potentiels d’action. Ils correspondent à des modifications soudaines et localisées des charges électriques dues à des courants ioniques (entrée d’ion Na+ et sortie d’ion K+).
Il est possible de visualiser à l’aide d’un oscilloscope ces potentiels d’action qui ont toujours le même aspect:
- Une phase de dépolarisation : la face interne de la membrane (qui était au repos chargé négativement) se charge positivement. La tension passe de -70 mV à 0mV pour atteindre un maximum de +30 mV. On observe une entrée d’ion Na+ dans la cellule.
- Une phase de repolarisation : la face interne de la membrane se décharge en ion positif (les ions K+ sortent de la cellule) pour retrouver une tension égale à celle du potentiel de repos (-70 mV).
- Une phase d’hyperpolarisation : la tension est inférieure à celle de repos à cause d’une sortie excessive d’ion K+.
Ces 3 phases se succèdent pendant 3 millisecondes.
Le potentiel d'action et son aspect
Caractéristique du potentiel d’action
On note trois caractéristiques fondamentales du potentiel d’action :
- Un potentiel d’action est engendré si et seulement si le potentiel de la membrane dépasse le seul de dépolarisation de -50 mV. Si le potentiel de la membrane n’atteint pas ce seul, il n’y aura pas de potentiel d’action. Par contre, si le seul de dépolarisation est atteint, alors il y aura forcément un potentiel d’action qui aura toujours les mêmes caractéristiques vues précédemment. C’est la loi du tout ou rien.
- Le potentiel d’action est invariant. Son amplitude est toujours la même à 100mV (de -70 à +30 mV) ainsi que sa durée (3ms) quelles que soient la durée et l’intensité de la stimulation.
- La propagation du PA est unidirectionnelle et ses caractéristiques (amplitude et durée) ne varient pas au cours du temps.
Le message nerveux est codé en fréquence de potentiel d’action et de la durée de stimulation. On parle de train de potentiel d'action. Plus la stimulation est forte, plus la fréquence des potentiels d'action sera élevée.
Fréquence de potentiels d'action et intensité de stimulus
Transmission du message nerveux
La synapse
C’est au niveau de la synapse que le message nerveux est transmis entre deux neurones (synapse neuro-neuronique) ou entre un neurone et une fibre musculaire (synapse neuromusculaire).
Cette transmission est unidirectionnelle, à partir d’un neurone présynaptique (terminaison d’un axone/bouton synaptique) vers un élément postsynaptique (une dendrite d’un autre neurone ou une cellule musculaire). Entre ces deux éléments, il y a une fente synaptique de 20 à 50 nm qui empêche la propagation des potentiels d’action. Au niveau de la fente synaptique, la nature du message change, passant d'un message électrique (potentiel d'action) à un message chimique.
La transmission synaptique
L’arrivée du potentiel d’action au niveau du bouton synaptique provoque l’ouverture des vésicules synaptiques (exocytose) dont le contenu (les neurotransmetteurs ou neuromédiateurs) va être libéré dans la fente synaptique.
Les neurotransmetteurs libérés vont ensuite se fixer sur des récepteurs spécifiques présents sur la membrane de l’élément postsynaptique. Les récepteurs sont des canaux qui vont s’ouvrir et laisser passer un courant ionique dans l’élément postsynaptique ce qui à son tour, va entraîner la naissance d’un potentiel d’action si l’élément postsynaptique est un neurone ou la contraction de la fibre musculaire dans le cas où l’élément postsynaptique est une cellule musculaire.
Le devenir des neurotransmetteurs est variable, ils pourront être dégradés dans la fente synaptique ou bien recaptés et recyclés par l’élément présynaptique.
La synapse entre deux neurones
Codage de l’information
Le message nerveux codé par la fréquence des potentiels d’action (message électrique) est traduit au niveau de la synapse en un message chimique codé selon la concentration de neurotransmetteurs. Une fréquence élevée de potentiels d’action entraînera une concentration élevée de neurotransmetteurs dans la fente synaptique.
Il existe une grande variété de neurotransmetteurs parmi lesquels l’acétylcholine, l’adrénaline, le GABA, les endomorphines, etc. L’acétylcholine est celui impliqué dans l’arc myotatique.
Intégration des messages nerveux
Au niveau de la moelle épinière, les motoneurones reçoivent différents messages nerveux provenant de plusieurs neurones. C’est ce qu’on appelle la sommation. Cela consiste à additionner l’ensemble des messages nerveux reçus et à générer une réponse unique et adaptée.
La sommation est spatiale lorsqu’elle intègre différents messages nerveux (fréquence de potentiel d’action différent) provenant de plusieurs neurones.
La sommation est aussi temporelle lorsqu’elle intègre la répétition d’un message nerveux d'un seul neuronedans le temps.
L’action de certaines substances sur les synapses
Il existe des substances pharmacologiques qui peuvent perturber le fonctionnement des synapses en se substituant aux neurotransmetteurs sur les récepteurs.
Certaines substances peuvent avoir un rôle agoniste, c’est-à-dire qu’elles engendreront la même réponse que les neurotransmetteurs substitués. C’est le cas de la nicotine, agoniste de l’acétylcholine qui va stimuler la contraction musculaire.
D’autres substances auront un effet antagoniste, c’est-à-dire qu’elles engendreront une réponse opposée à celle du neurotransmetteur substitué : le curare se fixe à la place de l’acétylcholine mais empêche la contraction musculaire. Il est utilisé comme myorelaxant (relaxant musculaire) en médecine.
Le botox va inhiber la libération des neurotransmetteurs en empêchant l’exocytose des vésicules des éléments présynaptiques. Cela prévient la contraction musculaire et donc entraine une paralysie.
Le sarin enfin inhibe la dégradation de l’acétylcholine. C’est une substance qui a été utilisée comme arme de guerre chimique avant d’être interdite de production et de conservation.
Bilan général
Schéma bilan de la genèse et de la transmission du message nerveux