Maintien de l’homéostasie

(1)

Neurophysiologie

Nicolas DARD

Adapté de Gilles Bourbonnais UFR SMBH

1

Cours - TD

6 séances de 2H de CM

Attention : Retard de 15min toléré 4 séances de 2H de TD : obligatoires !

Attention : Retard de 15min toléré

1 absence non justifiée tolérée 2 contrôles continus en TD (cours/TD) : TD2 et TD4

Kiné : 3 contrôles continus :

- mercredis 12/11, 19/11, et 3/12 à 13h30

2

Documents - Références

https://campusvirtuel.smbh.univ-paris13.fr/index.php

-> L1 STAPS UE Savoir Fondamental 1

http://lecerveau.mcgill.ca

http://neurobranches.chez-alice.fr/

- Anatomie et physiologie humaines par E. MARIEB

- Structure et fonctions du corps humain par B.J. COHEN

3

Plan du cours

I – Organisation générale du système nerveux (SN)

II – Histologie du SN : les neurones et cellules gliales

III – Anatomie du système nerveux central (SNC)

IV – Activité électrique des neurones - le potentiel de membrane - le potentiel d’action (PA) - la synapse

- les neurotransmetteurs

4

(2)

Maintien de l’homéostasie

Système nerveux :

•!Influx nerveux : signaux électrochimiques

•!Action rapide, mais brève

Système endocrinien (hormonal) :

•!Sécrétion d’hormones dans le sang

•!Période de latence, mais action qui perdure

5

Mode d!’action du système nerveux

1. Réception de l’information sensorielle

2. Intégration: traitement des informations, mémorisation et prise de décision

3. Action : réponse motrice

6

Pour qu'une sensation soit perçue, on doit avoir:

•! Un stimulus

•! Un récepteur nerveux sensible à ce stimulus

5 types de récepteurs nerveux:

•! Mécanorécepteurs (étirement, pression, vibration)

•! Thermorécepteurs (température)

•! Photorécepteurs (lumière)

•! Chimiorécepteurs (molécules)

•! Nocicepteurs (douleur)

Réception de l’information sensorielle

7

Environnement froid

Activation des thermorécepteurs cutanés

SNC

Information sensorielle

Stimulation des muscles cutanés Réponse motrice

FRISSONEMENT (libération de chaleur)

Exemple

8

(3)

Organisation générale du système nerveux

(spinaux)"

9

Voie sensitive

(afférente) Voie motrice

(efférente) Encéphale (SNC)

Moelle épinière (SNC)

Organisation générale du système nerveux

10

Organisation générale du système nerveux

Système nerveux central (SNC) encéphale & moelle épinière

Voie sensitive (afférente)

influx des récepteurs vers SNC Voie motrice (efférente) influx du SNC vers effecteurs

Système nerveux somatique = volontaire

(muscles squelettiques) Système nerveux

autonome = involontaire (muscles lisses, cœur, glandes) Système nerveux

sympathique Système nerveux parasympathique

Système nerveux périphérique (SNP)

11

Histologie du système nerveux

Neurones : - unité structurale et fonctionnelle du SN - cellules nerveuses excitables

- produisent, conduisent et transmettent l’influx - ne se divisent pas, mais longévité extrême - apport abondant en glucose et O₂ essentiel

Cellules gliales : - 6 types différents

- soutien et protection des neurones - non excitables

- se divisent (névroglie)

12

(4)

Un neurone est constitué :

- d’un corps cellulaire (noyau et autres organelles) - de prolongements neuronaux : dendrites et axone

Prolongements Corps cellulaire

Le neurone : une cellule polarisée

13

Réception, conduction et transmission de l’influx

Corps cellulaire Noyau

Axone = struct. conductrice Dendrites = struct. réceptrice

l'influx se dirige vers corps

cellulaire

l'influx s'éloigne du corps cellulaire

Cône d’implantation

Corpuscules nerveux terminaux = struct. sécrétrice ₁₄

Axone recouvert de myéline Dendrites

Corps cellulaire

Gaine de myéline

•! Isole électriquement les axones

•! Accroît la vitesse de conduction de l’influx le long de l’axone ¹⁵

•! Neurolemmocytes ou Cellules de Schwann (SNP)

•! Oligodendrocytes (SNC)

Gaine de myéline

Axone Axone

16

(5)

Espaces entre chaque segment de myéline

Nœuds de Ranvier

17

Neurone sensitif (afférent)

Neurone moteur (efférent)

Neurone d!’association (ou interneurones)

Classification fonctionnelle des neurones

corps cellulaire à l’extérieur du SNC : ganglions

multipolaire; corps cellulaire à l’intérieur du SNC

relais entre n. sensitifs et n. moteur; multipolaire;

confinés dans le SNC ^(SNC)

18

Classification fonctionnelle des neurones

corps cellulaire à l’intérieur du SNC (substance grise)

19

Neurone d!’association (ou interneurones)

Classification fonctionnelle des neurones

corps cellulaire à l’intérieur du SNC (substance grise)

relais entre n. sensitifs et n. moteur; confinés dans le SNC

20

(6)

Diencéphale Hémisphère cérébral cerveau

Cervelet

coordination des mouvements équilibre

Mésencéphale Pont Bulbe rachidien Tronc cérébral

Centre cardiaque Centre vasomoteur

Centre respiratoire ₂₁

Sillons Circonvolutions

22

Lobe occipital Lobe temporal

Lobe frontal

Lobe pariétal

Cinq lobes : frontal, pariétal, temporal, occipital, insulaire

23

Lobe occipital Lobe temporal

Lobe frontal

Lobe pariétal

" ! Frontal : raisonnement, planification, modulation des émotions, la personnalité, initiation des mouvements volontaires, transformation des idées en mots.

" ! Pariétal : perception sensorielle

(goût, toucher, température, douleur), intégration des signaux auditifs et visuels en relation avec nos souvenirs, compréhension du langage parlé et écrit.

" ! Temporal : écoute de la musique

(tonalité des sons), compréhension du sens des mots, mémoire visuelle et verbale.

" ! Occipital: décodage

de l’information visuelle (forme, couleur, mouvement).

24

(7)

Cortex = Substance grise Substance blanche

(fibres nerveuses)

(corps cellulaires)

Noyaux gris centraux

Lobe insulaire

25

Le diencéphale

Thalamus

Hypothalamus

- Contrôle du SNA - émotions - T=°, appétit, soif - sommeil - régule le système hormonal (contrôle de l'hypophyse) - Centre de relais des

infos sensorielles destinées au cortex - Tri de l!’information

Épiphyse

Régulation du sommeil

26

Anatomie de la moelle épinière

Substance

blanche Racine

dorsale

Racine ventrale Ganglion

spinal

Nerf spinal Substance grise

--> s’étend de l’extrémité inférieure du bulbe rachidien jusqu’aux 1^ères vertèbres lombaires

27

Organisation de la moelle épinière

Racine dorsale

Racine ventrale Ganglion

spinal

Nerf spinal Neurones

sensitifs

Neurones moteurs

28

(8)

Activité électrique des cellules nerveuses

En réponse à un stimulus, le neurone produit un signal électrique (potentiel d’action) et le conduit jusqu’à sa cible.

29

Neurone : potentiel de membrane au repos = -70 mV

Potentiel de membrane

30

Concentrations ioniques de part et d’autre de la membrane plasmique

Milieu extracellulaire :

•! Ions positifs = beaucoup Na⁺ (peu K⁺)

•! Ions négatifs = Cl^- surtout Cytoplasme :

•! Ions positifs = beuaocup K⁺ (peu Na⁺)

•! Ions négatifs = Protéines (A^-) ₃₁

9 Na⁺ 1 K⁺ 10 Cl^-

9 K⁺ 1 Na⁺ 10 ions ^–

Cytoplasme Prot. - -

- Prot. - -

-

Prot. - - - Na⁺

Na⁺ K^+!

Na⁺

Milieu extracellulaire

Concentrations ioniques

de part et d’autre de la membrane plasmique

32

(9)

Na⁺

[K

⁺

]

[Na

⁺

]

[K⁺]

[Na⁺]

Transport d’ions à travers la membrane (perméabilité)

[K

⁺

]

[K⁺]

[Na

⁺

]

[Na⁺]

Transport Passif

Diffusion selon le gradient de concentration pas besoin d’énergie

Transport Actif

Passage contre le gradient de []

--> Consommation d’ATP Milieu

extracellulaire

Cytoplasme

33

Perméabilité de la membrane aux ions K

⁺

et Na

⁺

10 charges + et 10 -

K^+!

K^+! K^+!

Prot. - - - Prot. - -

-

Prot. - - - K^+!

Na⁺ Prot. - -

- Cl^- Cl^-

9 Na⁺ 1 K⁺ 10 Cl^-

9 K⁺ 1 Na⁺ 10 ions -

Canal K⁺ Canal Na⁺

Cytoplasme

34

8 Na⁺ 4 K⁺ 10 Cl^-

6 K⁺ 2 Na⁺ 10 ions -

12 charges + et 10 - = +2

8 charges + et 10 - = -2 Canal K⁺

==> il se crée un gradient électrique

Cytoplasme Prot. - -

- Prot. - -

-

Prot. - - - K^+!

Cl^- Cl^-

Na⁺ Prot. - -

- Na⁺

Canal Na⁺

Perméabilité de la membrane aux ions K

⁺

et Na

⁺

+2

-2

35

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

La diffusion ne se fait pas jusqu’à équilibre des concentrations du K⁺ car le gradient électrique qui se forme arrête la diffusion

Prot."-! -!

-! Prot."-! -!

-!

Prot."-! -!

-!

K^+! K^+!

36

(10)

Equilibre : potentiel de membrane au repos

Les charges positives en excès s!’accumulent à la membrane

Les charges négatives en excès s!’accumulent à la membrane

37

Potentiel de membrane au repos

La polarité de la membrane est donc due:

•! Différence de concentration en ions entre le cytoplasme et le milieu extracellulaire

•! Perméabilité sélective de la membrane (laisse passer le K⁺, mais très peu les autres ions)

[Na

⁺

] [Cl

^-

] [K

⁺

]

^[K⁺^]

[Na⁺] [Cl^-] cytoplasme

Milieu extracellulaire

38

Le potentiel d'action

Le neurone est une cellule excitable : il change de potentiel de membrane en réponse à un stimulus.

Hyperpolarisation Repolarisation

Dépolarisation

Retour au potentiel de repos

39

Stimulus : ouverture de canaux à Na⁺ de la membrane

Baisse d’ions Na⁺ à l’extérieur

Hausse d’ions Na⁺ à l’intérieur

Le potentiel d'action : la dépolarisation

PA = changement de perméabilité de la membrane à Na⁺ et K⁺

entrée d’ions Na⁺ selon le gradient de concentration

40

(11)

Entrée d’ions 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 potentiel d'action : la dépolarisation

Ouverture de canaux Na⁺ voltage-dépendants

Temps (msec) Potentiel de

membrane (mV)

41

•! Fermeture des canaux Na⁺ voltage-dépendants

•! Ouverture de canaux à K⁺ voltage-dépendants

==> " perméabilité au K⁺ " sortie de K⁺

Le point dépolarisé reprend rapidement sa polarité car à +40 mV :

Le potentiel d'action : la repolarisation

Repolarisation

Dépolarisation

+40

mV +!

+!+!

+!

+!+!

+!+!+!+!

+!+!+!+!+!+!+!+!+!+!+!+!+!

-!-!-!-!

-!-!

-!-!-!-!

-!-!+!-!-!-!-! -!-!

membrane (mV)

42

•! Fermeture des canaux Na⁺ voltage-dépendants

•! Ouverture de canaux à K⁺ voltage-dépendants

==> " perméabilité au K⁺ " sortie de K⁺

Le point dépolarisé reprend rapidement sa polarité car à +40 mV :

Le potentiel d'action : l’hyperpolarisation

Repolarisation

Dépolarisation

+40

mV +!

+!+!

+!

+!+!

+!+!+!+!+!+!+!+!+!+!+!+!+!+!+!+!+!

-!-!-!-!

-!-!

-!-!-!-!-!-!+!-!-!-!-!-!-!

membrane (mV)

•! à -70 mV : Fermeture lente des canaux K+ voltage-dép.

==> sortie excessive de K⁺

Hyperpolarisation Retour au potentiel de repos

43

Le potentiel d'action

Période réfractaire absolue : période pendant laquelle le neurone ne peut répondre à aucun autre stimulus.

Période réfractaire relative : période pendant laquelle les canaux à Na⁺ restent fermés sauf si stimulus très intense.

1

1 2

2 ₄₄

(12)

La stimulation de l’extrémité de l’axone entraîne la dépolarisation de la membrane à cet endroit

Propagation d’un potentiel d’action (influx nerveux)

45

Potentiel d’action en un point de la membrane

==> potentiel d’action au point voisin:

Les canaux à sodium vont s ’ouvrir ici

Propagation d’un potentiel d’action (influx nerveux)

46

Les anesthésiques locaux bloquent la propagation des PA en agissant sur les canaux à sodium : la sensation de douleur diminue voire disparaît.

Influx nerveux

47

~ 3 Km / heure à ~ 300 Km / heure

Vitesse dépend:

•! Diamètre de la fibre nerveuse : " diamètre ==> " vitesse

•! Présence de myéline ==> " vitesse

Vitesse de propagation de l!’influx

48

(13)

dépolarisation

repolarisation dépolarisation

La conduction saltatoire

100 m/s : vitesse dans fibre myélinisée de ø " 20#m

vitesse dans fibre non myélinisée de ø " plusieurs cm ⁴⁹

Loi du tout ou rien

•! Si la dépolarisation ne dépasse pas le seuil : la

membrane revient à son potentiel de repos = pas d’influx

•! Si la dépolarisation dépasse le seuil : la dépolarisation se poursuit jusqu’à + 40 mV = potentiel d’action

==> influx nerveux

La dépolarisation au point stimulé doit atteindre un seuil d’excitation (! - 50 mV) pour déclencher un PA.

50

Stimulus 1 (S1) < S2 < S3.

Loi du tout ou rien

Seul S3 provoque une dépolarisation qui atteint le seuil d’excitation.

La dépolarisation au point stimulé doit atteindre un seuil d’excitation (! - 50 mV) pour déclencher un PA.

51

Loi du tout ou rien

S4

Une fois produits, tous les PA sont identiques : même amplitude quelque soit l’intensité du stimulus

Stimulus 1 (S1) < S2 < S3 < S4

52

(14)

Perception de l’intensité du stimulus

Une fois produits, tous les PA sont identiques, ils

présentent la même amplitude quelque soit l’intensité du stimulus

Plus un stimulus sera fort

! plus le nombre de fibres stimulées sera élevé

53

Perception de l’intensité du stimulus

Plus un stimulus sera fort

! plus la fréquence des potentiels produits sera grande

54

La synapse

Point de « connexion » entre deux neurones ou entre un neurone et une cellule effectrice

1 mm³ de substance grise du cortex peut contenir 5 milliards de

synapses. ⁵⁵

- Synapse électrique : peu abondante, passage direct des courants ioniques, transmission (directe)

électrique de l’influx nerveux

- Synapse chimique : intervention de molécules chimiques (neurotransmetteur), transmission chimique de l’influx nerveux

Nature des synapses

56

(15)

Anatomie de la synapse chimique

Vésicules synaptiques

Boutons synaptiques

57

Dépolarisation de la membrane du bouton synaptique

Fixation sur son récepteur sur le neurone post-synaptique

Ouverture de canaux ioniques

Transmission chimique de l’influx nerveux

Libération du neurotransmetteur dans la fente synaptique Entrée de calcium Exocytose

Production d’un signal e- 58

Dépolarisation de la membrane du bouton synaptique

Libération du neurotransmetteur dans la fente synaptique

Fixation sur son récepteur sur le neurone post-synaptique

Ouverture de canaux ioniques

Perception de l’intensité du stimulus

59

Récepteur du neurotransmetteur : récepteur canal

Le canal ionique s’ouvre lorsque le neurotransmetteur

se fixe sur le récepteur ₆₀

(16)

La liaison du neurotransmetteur avec son récepteur peut avoir 2 effets:

- Ouverture de canaux à Na⁺:

==> entrée de Na⁺ : dépolarisation

==> potentiel d!’action (si la dépolarisation > seuil)

==> influx

-! Ouverture de canaux à Cl^- (ou de canaux à K⁺):

==> entrée de Cl^- (ou sortie de K⁺) : hyperpolarisation ==> neurone plus difficile à exciter (seuil d’excitaton

plus difficile à atteindre)

PPSE

(Potentiel Post-synaptique Excitateur)

PPSI

(Potentiel Post-synaptique Inhibiteur)

Potentiel post-synaptique

61

Le glutamate est un neurotransmetteur excitateur

Le GABA est un neurotransmetteur inhibiteur

Exemples

-70 mV

62

Chaque neurone reçoit des terminaisons excitatrices et des terminaisons inhibitrices

Ex : neurone moteur

Sommation et intégration des potentiels post-synaptiques

Si la sommation excitations + inhibitions dépasse le seuil : ==> il y a influx ==> contraction

Si la sommation excitations + inhibitions ne dépasse pas le seuil : ==> pas d’influx, pas de contraction ₆₃

Ex : modulation de la douleur

Si le neurone inhibiteur est actif, le neurone d’association devient peu sensible (plus difficile à dépolariser)

Sommation et intégration des potentiels post-synaptiques

64

(17)

Acétylcholine

1^er Neurotransmetteur découvert rôle dans la contraction musculaire

65

Fibres sympathiques:

émergent de la moelle épinière Neurotransmetteur =

noradrénaline

Fibres parasympathiques:

surtout dans le nerf vague Neurotransmetteur = acétylcholine

Neurotransmetteurs du système nerveux

autonome

66