Cours 1 physio neurone 2016

Mme SENOUCI S

Physiologie du Neurone I-Introduction Le système nerveux est le centre de régulation et le réseau de communication pour les informations concernant l'ensemble de l'organisme. sur le plan anatomique on peut distinguer un système nerveux central (le névraxe) et un système nerveux périphérique (les nerfs et leurs ganglions).

- le système nerveux central, constitué par l'encéphale comprenant le cerveau, le tronc cérébral, et le cervelet situés dans la boîte crânienne, et la moelle épinière située dans le canal rachidien. Son rôle est de recevoir, enregistrer,interpréter les signaux qui parviennent de la périphérie, et l'organiser la réponse à envoyer.

- le système nerveux périphérique, constitué par les nerfs crâniens et les nerfs spinaux qui sont rattachés au système nerveux central. Son rôle est de conduire jusqu'au système nerveux central les informations issues des récepteurs périphériques de la sensibilité ou de la douleur, et de transmettre les ordres moteurs émis par les centres nerveux.

II-Tissu nerveux Le tissu nerveux est composé de deux types de cellules : les neurones et les gliocytes. Les neurones accomplissent la plupart des fonctions propres au système nerveux, soit la détection des stimulus, l’élaboration de la pensée, l’apprentissage et la mémoire, la régulation de l’activité musculaire et la régulation de l’activité.

Les gliocytes soutiennent, nourrissent et protègent les neurones ; ils maintiennent aussi en état d’équilibre les substances présentes dans le liquide interstitiel qui baigne les neurones.

1- Les neurones -Morphologie Les neurones, ou cellules nerveuses, sont les éléments de base de la construction du système nerveux Les neurones (ou cellules nerveuses) hautement différenciées et spécialisées dans la communication intercellulaire reçoivent, traitent et transmettent des informations codées sous la forme de signaux ou influx nerveux Tous les neurones ont un corps cellulaire (ou soma) d’où partent deux types de prolongements, les dendrites ou arbre dendritique d’une part, l’axone et ses prolongements (collatérales et arborisation terminale) d’autre part. Chacun d’entre eux reçoit de multiples afférences . L'arbre somatodendritique représente le pôle récepteur du neurone

son soma ou périkaryon est étoilé ; Le corps cellulaire Centre vital de la cellule, il contient le noyau et les organites. Il est de dimension très variable (entre 5 et 120 μm) Le noyau des neurones est, comme celui de toutes les cellules de l’organisme, le dépositaire de la totalité du patrimoine génétique de l’individu ( l’ADN des chromosomes).

Leur cytoplasme contient tous les composants habituels de la cellule.

La fabrication des protéines a lieu dans le corps cellulaire du neurone et ne peut se produire dans l'axone.

Les produits nouvellement synthétisés doivent donc cheminer le long de l'axone pour permettre le maintien de l'intégrité de la terminaison nerveuse, parfois très éloignée du corps cellulaire ses dendrites sont courtes, nombreuses et très ramifiées ; Les dendrites (dendron : arbre) constituent les parties réceptrices du neurone, c’est-à-dire qu’ils reçoivent l’information d’entrée. Ils sont généralement courts, effilés et très ramifiés. Dans de nombreux neurones, les dendrites forment une arborisation qui émerge du corps cellulaire. Leur cytoplasme contient des corps de Nissl, des mitochondries et d’autres organites. d'entre elles présentent parfois à leur surface des milliers d' épines dendritiques dont la taille n'excède pas 2 μm, qui sont généralement le siège d'un contact synaptique Son axone prend naissance au niveau du cône d'implantation situé à la base du soma, il est long et se termine par une arborisation terminale où s'effectue la transmission synaptique L’axone se différencie des dendrites par son aspect lisse, son diamètre uniforme le long de son trajet et son ultrastructure.

Il conduit l'influx nerveux à partir du corps cellulaire jusqu'à ses cibles.

Son cytoplasme (parfois dénommé axoplasme) est dépourvu de ribosomes. Il contient un peu de réticulum endoplasmique lisse, des mitochondries, des microtubules et de nombreux neurofilaments . Ses extrémités se terminent par des boutons synaptiques sécrètent des neurotransmetteurs à l'origine de la transmission synaptique.

Certains axones sont entourés par une gaine de myéline qui les isole électriquement et augmente considérablement la vitesse de propagation de l’influx nerveux . Il peut se diviser en une ou plusieurs collatérales. L’axone et les collatérales peuvent être recouverts d’une gaine de myéline. La longueur de l’axone est variable. L’axone et les collatérales se terminent généralement par une arborisation terminale dont chaque extrémité, renflée, établit des contacts synaptiques avec la cellule cible.

2-Les cellules gliales Les cellules gliales ou gliocytes soutiennent, nourrissent et protègent les neurones ; ils maintiennent aussi en état d’équilibre les substances présentes dans le liquide interstitiel qui baigne les neurones . La névroglie Neuf fois plus nombreuses que les cellules nerveuses, les cellules gliales constituent la névroglie Contrairement aux neurones, les gliocytes ne produisent ni ne transmettent de potentiels d’action, et ils peuvent se multiplier et se diviser dans le système nerveux de l’adulte. a-Au niveau central Les gliocytes forment la névroglie (="colle nerveuse").

- Les oligodendrocytes Se trouvent le long des axones assurent la myélinisation des fibres nerveuses et leur permettent ainsi d'augmenter la vitesse de conduction des signaux électriques qu'elles véhiculent.

- Les astrocytes Permettent les échanges entre les capillaires et les neurones , régulent la composition du liquide extracellulaire qui baigne les neurones et jouent également un rôle de soutien en participant à leur migration et à leur croissance au cours de leur développement.

- Les cellules microgliales qui sont en fait des macrophages chargés de nettoyer le tissu nerveux et de le débarrasser d'éventuels intrus.

Elles phagocytent les micro-organismes ou les déchets de neurones • Elles ont un rôle protecteur du systeme nerveusx central Ependymocytes • Tapissent les cavités centrales de l ’encéphale et de la moelle épinière • Ils font office de barrière perméable entre le liquide cérébro-spinal et les neurones b- Au niveau périphérique, on en connaît un seul type représenté par les cellules de Schwann (du nom du physiologiste allemand Théodor Schwann qui les a observées à la fin du dix-neuvième siècle). Elles assurent la myélinisation à l'intérieur des nerfs et servent de support aux fibres dépourvues de myéline.

Récemment les physiologistes ont constatés que les cellules gliales participent à la formation des synapses et qu'elles sont capables de renforcer ou d'affaiblir les mécanismes de la transmission synaptique au cours du temps.

Caractéristiques a- des neurones: Ne se reproduisent pas et ne sont pas remplacés lorsqu'ils sont détruit Grand longévité. Cellules excitables.

Métabolisme est tres elevé necéssitent une quantité importante d'oxygène et de glucose

b-des cellules gliales ne forment aucune synapse chimique contrairement aux neurones, les cellules gliales peuvent se reproduire par mitose.

III-Phénomène électrique: propagation de l'influx nerveux La membrane plasmique: • est une frontière physique entre les milieux intra- et extracellulaire; • assure, dans les transferts de substances ou d’informations de cellule à cellule La membrane plasmique des neurones présente une perméabilité sélective aux différents ions chargés + ou - (Na+, sodium, K+, potassium, Cl-, chlorure et Ca++, calcium) grâce à la présence de nombreux pores et canaux plus ou moins sélectifs aux cations et aux anions. L’ouverture (ou la fermeture) des ces canaux ioniques, résultant de cette perméabilité plus ou moins grande face à tel ou tel ion, provoque une différence de concentration ionique de part et d’autre de la membrane et donne la valeur locale du potentiel transmembranaire

1-potentiel de repos Les neurones, comme toutes les cellules de l’organisme, sont soumise à une différence de potentiel

membranaire (ddp) due aux différences de concentration ioniques de part et d’autre de la membrane. Du côté extracellulaire ce sont surtout les ions Na+ et Cl– qui sont présents, et du côté intracellulaire ce sont surtout les ions K+ et les protéines qui sont présents.

Le déplacement des ions suit un gradient de concentration, qui va du plus concentré vers le moins concentré, et un gradient de potentiel qui va du plus chargé vers le moins chargé.

La distribution des ions est également le résultat de l'ouverture,et de la fermeture de canaux ioniques, que l'on constate à l'intérieur de la membrane du neurone

On note que les ions K+ sont ceux qui possèdent la plus grande conductance au sein de la membrane (5 fois plus élevé que les autres ions), il attire donc le potentiel de membrane vers son potentiel d’équilibre (-80 mV) donné par l’équation de Nernst. Le gradient de concentration des ions potassique les pousse à sortir de la cellule, mais l’existence de charge positive dans le milieu extracellulaire créé un gradient électrique de sens contraire au gradient de concentration des ions K+. Autrement dit le potentiel de repos est atteint à l’équilibre, lorsque les forces dues au gradient électrique (qui poussent à faire rentrer les ions K+ dans la cellule) sont égales aux forces dues au gradient de concentration (qui poussent à faire sortir les ions K + de la cellule).

Quand un neurone est au repos, le côté intracellulare, c'est-à-dire à l'intérieur du neurone, de la membrane, possède une charge électrique d'environ - 70 mV par rapport au côté extracellulaire, c'est-à-dire par rapport à l'autre face de la membrane du neurone.Cette charge porte le nom de potentiel de repos. Elle est le résultat d'une distribution inégale des ions d'un côté de la membrane, et de l'autre côté de la membrane du neurone Les grosses protéines qui sont chargées négativement, sont trop importantes pour pouvoir sortir de la cellule. Le neurone, en se servant d'une pompe, expulse des ions sodium chargés positivement.

D'autre part une distribution inégale des ions potassium, et des ions chlore, contribuent également au potentiel de repos

2-potentiel d'action Sur un plan fonctionnel, les caractéristiques de la membrane du neurone peut émettre et conduire l'influx nerveux qualifier de potentiel d'action.

Le potentiel d’action est une variation transitoire du potentiel membranaire déclenchée suite à une stimulation, formée au niveau du cône d’implantation et dont la propagation est axonique Quand un potentiel d'action se déclenche au niveau de l'axone il est susceptible de se propager le long de l'axone. On appelle influx nerveux le déplacement d'un potentiel d'action le long de l'axone.

Donc quand un neurone est stimulé, les canaux ioniques de la membrane viennent modifier leur état, ce qui aboutit à un changement de la distribution des ions autour de la membrane, et qui augmente ou qui diminue brutalement le voltage à travers la membrane, de quelques millivolts

Ce potentiel, qui correspond à une modification temporaire de la polarité membranaire comprend trois phases : - une phase de dépolarisation extrêmement brève puisqu'elle ne dure qu'une fraction de milliseconde et qui se traduit par une brusque inversion du potentiel de membrane (on passe en moyenne de – 70 mV à + 35mV) ; - une seconde phase de repolarisation un peu plus lente qui permet au potentiel de membrane de revenir à son niveau de repos ; -une troisième phase de post-hyperpolarisation encore plus lente (plusieurs millisecondes) et de très faible amplitude pendant laquelle les concentrations ioniques intracellulaires retrouvent leurs valeurs initiales.

Ce sont en effet des mouvements de sodium et de potassium qui sont à l'origine des différentes phases du potentiel d'action.

Le potentiel d'action dure de 2-3milliseconde

a-Dépolarisation de la cellule (>-40mv) •Ouverture des canaux Na+ voltage dépendant •Entrée massive de Na+ = potentiel d’action

b-Reconstitution du potentiel de membrane –Inactivation des canaux Na+ –Ouverture des canaux K+

c-la pompe Na-K qui transporte activement, contre leurs gradients, trois ions Na+ du milieu intracellulaire vers le milieu extracellulaire en échange de deux ions K+ du milieu extracellulaire vers le milieu intracellulaire

3-La myélinisation Les fibres nerveuses sont parfois recouvertes d'une gaine de myéline isolante constituée ; cette gaine presente par place des etranglements appeles noeuds de Ranvier. elle est elle-meme entouree de cellules de Schwann, a l'origine de la myeline. La myeline donne aux fibres qu'elle recouvre un aspect blanchatre. Les fibres myeliniques constituent la substance blanche du tissu cerebral.

La conduction peut se faire soit de proche en proche le long de l'axone lorsque ce dernier est nu :fibre amyelinique Conduction saltatoire au niveau des noeuds de Ranvier, lorsque l'axone possède une gaine de myéline. L'influx nerveux saute alors (saltatoire) de noeud de Ranvier en noeud de Ranvier, car la myéline joue le rôle d'isolant électrique ce qui permet une conduction beaucoup plus rapide (jusqu'à plus de 100 m/s, au lieu d'environ 1 m/s).

4-Vitesse de conduction − Vitesse de conduction : la vitesse de conduction ou de propagation de l'influx nerveux est fonction de :

→ Le diamètre des fibres nerveuses : plus le diamètre est important, plus la vitesse est rapide. → La présence ou non de myéline : la myéline est une gaine isolante. La dépolarisation ne peut se faire qu'au niveau des noeuds de ranvier. Cette progression par saut d'un nœud à l'autre est dite saltatoire (ex : myélinisé = 120m/s alors que non myélinisé = 1m/s) → La température : le froid diminue la vitesse de conduction.

L'influx nerveux chemine toujours dans le même sens : des dendrites vers l'axone en passant par le corps cellulaire La conduction saltatoire

IV-La synapse et la transmission synaptique.

Définition : une synapse est une jonction spécialisée à travers laquelle l'influx nerveux est transmis d'un neurone à l'autre (transmission synaptique) via des messagers chimiques, les neurotransmetteurs.

Le cycle fonctionnel de tous les neurotransmetteurs est identique : 1) ils sont synthétisés dans la cellule présynaptique; 2) ils sont libérés par la cellule présynaptique et se lient aux récepteurs postsynaptiques; 3) après avoir été libérés dans la fente synaptique, ils sont éliminés ou dégradés.

Les étapes de la transmission synaptique : Le neurone présynaptique synthétise les molécules de neurotransmetteurs qui sont stockées dans les vésicules synaptiques au niveau des boutons terminaux.

L’arrivée de l’influx nerveux (potentiel d’action) au niveau de la terminaison présynaptique provoque la dépolarisation de la terminaison axonale.

La dépolarisation entraîne l’entrée d’ion calcium (Ca2+) dans la terminaison axonale, grâce à l’ouverture de canaux calcique voltage dépendant présent en grande concentration au niveau des boutons synaptiques.

Le calcium permet le mécanisme de fusion de la membrane des vésicules synaptiques à la membrane présynaptique.

Le neurotransmetteur est alors libéré par exocytose dans la fente synaptique. Cette exocytose nécessite de l’énergie fournie par les mitochondries de la terminaison présynaptique.

Le neurotransmetteur se fixe à ses récepteurs spécifiques localisés sur la membrane postsynaptique.

Cette fixation entraîne, selon la nature du neurotransmetteur, du récepteur et de la chaîne de transduction, l’ouverture ou la fermeture de canaux ioniques post-synaptique.

Les variations de conductances ioniques modifient alors la polarisation électrique de cette membrane de façon plus ou moins importante. On parle de potentiel post-synaptique (PPS). La naissance de ce courant post-synaptique modifie le signal électrique du neurone post-synaptique.

Le potentiel post-synaptique peut-être de deux types : · Il peut être excitateur grâce à l’entrée d’ions sodium Na+, on parle de potentiel postsynaptique excitateur (PPSE). Le PPSE n’est créé que si la dépolarisation dépasse le seuil permettant la formation d’un potentiel d’action et donc la propagation de l’influx nerveux. · Il peut être inhibiteur, on parle de potentiel post-synaptique inhibiteur (PPSI). Le PPSI est créé par l’entré d’ion chlorure Cl– ou la sortie d’ion potassique K+ qui permettent une hyperpolarisation diminuant l’excitabilité neuronale

Un neuromédiateur d’excitation induit une dépolarisation (PPSE=potentiel postsynaptique excitateur)

Un neuromédiateur inhibiteur induit une hyperpolarisation (PPSI=potentiel postsynaptique inhibiteur)

Après action, les neurotransmetteurs doivent être éliminés de la fente synaptique par un ou plusieurs des moyens suivants: - Dégradation par des enzymes présents dans la fente synaptique.

-Recaptage par le bouton synaptique.

-Diffusion hors de la fente synaptique -Elimination par les astrocytes (cellules gliales) présentes autour de la synapse

Exemple de la recapture du neurotransmetteur glutamate par l’intermédiaire des astrocytes

Les neurotransmetteurs l'acétylcholine (Ach), une amine quaternaire excitatrice qui est dégradée dans la fente synaptique par l'acétylcholinestérase ; � l'aspartate et le glutamate, deux acides aminés excitateurs qui sont recaptés ; � le GABA (acide γ amino-butyrique), un acide γ aminé (qui n'entre donc pas dans la composition des protéines) qui est le principal inhibiteur du système nerveux et qui est recapté ; � la glycine, un autre acide aminé inhibiteur également recapté ; � l'adrénaline, la noradrénaline et la dopamine, trois catécholamines synthétisées à partir de la tyrosine qui peuvent être excitatrices ou inhibitrices et qui sont en grande partie recaptées ; � la sérotonine, une indolamine synthétisée à partir du tryptophane qui peut être excitatrice ou inhibitrice et qui est recaptée ; � la substance P, un petit peptide de onze acides aminés excitateur qui fut le premier neuropeptide découvert et qui est dégradé dans la fente synaptique

Mme SENOUCI S Responsable du module de physiologie