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NCHARE Samuel Fabrice PLEG
Famille de situation : Problèmes liés aux dysfonctionnement ou structures intervenant dans la
réalisation des réflexes.
SEQUENCE 6 : ACTIVITES REFLEXES
Situation problème :
Au bout du fil, ton meilleur ami est en pleurs. Il a du mal à te parler, les mots étant noyés dans
ses émotions. Lorsque tu réussis à le calmer, il affirme qu’il a été victime d’un accident de
moto. Il dit aussi qu’il ne comprend pas pourquoi il n’arrive plus à bouger ses jambes, alors
que la voiture a juste percuté son dos. Selon le médecin, il ne marchera probablement plus. Tu
essaies de le réconforter, mais au fond, tu comprends que sa carrière de footballeur est peut-
être achevée.
1) Identifie le problème dans le texte, ainsi que sa cause ;
2) Détermine l’organe ou la structure qui a été touché, provoquant la paralysie, étant
donné que les jambes n’ont subies aucun traumatisme ;
3) Propose des solutions, s’il en existe.
Compétence visée : Sensibiliser sur les dysfonctionnements des structures intervenant dans la
réalisation des réflexes.
Leçon 18 : Structure du tissu nerveux
Prérequis : Chaque fois que le professeur balance un morceau de craie sur l’élève Zouma
parce que ce dernier est distrait, l’élève en question adopte une posture de défense et éloigne
son visage comme par peur, alors que la craie n’est pas sensée lui faire mal.
Donne un nom à la réaction de ZOUMA, puis identifie les caractéristiques de cette réaction.
OPI : -réaliser la dissection et l’observation de l’encéphale d’un mammifère ;
Activité : Structure des centres nerveux
Les documents 1 et 2 illustrent les centres nerveux chez un mammifère.
1) Nomme le centre nerveux des mouvements volontaires, et précise sa localisation.
2) Nomme le centre nerveux des mouvements involontaires ainsi que sa localisation.
3) Détermine les actions à réaliser pour les observer à l’œil nu.
4) Un centre nerveux est protégé par un ensemble d’enveloppes, appelés méninges.
Nomme-les et précises leurs positions relatives par rapport au centre nerveux.
5) L’observation de la moelle épinière laisse apparaitre une structure de couleur blanche.
Nomme la partie de ce centre nerveux responsable de cette couleur. Puis, détermine la
couleur externe de l’encéphale, si la disposition des parties principales étaient
inversées, par rapport à celle de la moelle épinière.
Activité : structure des nerfs
Le document 3 met en évidence l’anatomie d’un nerf.
1) Identifie les éléments constitutifs d’un nerf, ainsi que leur rôle probable ;
2) Un nerf permet de rendre possible la communication entre un centre nerveux et un
organe (effecteur)
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Détermine les parties qui permettent au nerf rachidien d’être en contact avec la moelle
épinière, en te servant aussi du document 2 ;
3) Le document 5 met en évidence l’unité anatomique de la cellule nerveuse. Identifie les
parties que tu reconnais.
Résumé :
Chez les animaux, les fonctions de relation sont les différentes fonctions permettant à
l’individu d’interagir avec son environnement. Il s’agit entre autre, des fonctions sensorielles
(faisant intervenir les organes de sens), les fonctions motrices (contraction des muscles pour
mouvements) et les fonctions du système nerveux (commande et communication nerveuse).
Le système nerveux est un système biologique présents chez les animaux (Eumétazoaires),
leur permettant de réagir avec leur environnement, et d’assurer la coordination rapide entre les
différentes parties du corps.
Le système nerveux est constitué par deux sous-ensembles : le système nerveux central ou
SNC, constitué par les centres nerveux (Encéphale et moelle épinière), et le système nerveux
périphérique ou SNP, constitué par les nerfs.
1) Les grandes lignes de la structure des centres nerveux.
Les centres nerveux forment le système de commande et de coordination des
mouvements. On distingue :
-L’encéphale, centre nerveux responsable des mouvements volontaires. Il est logé dans la
boite crânienne, et formé de 5 étages :
* le télencéphale, partie antérieure de l’encéphale comprenant essentiellement les deux
hémisphères cérébraux, communément appelés cerveau. Sa surface extérieure appelée cortex
cérébral ou écorce grise est constituée de la substance grise, plissée en de nombreuses
circonvolutions cérébrales qui multiplient cette surface par trois;
* le diencéphale ou cerveau intermédiaire : son toit s’évagine pour donner naissance aux
yeux ; ses parois contiennent le thalamus et son plancher forme l’hypothalamus (centre des
comportements, de l’alimentation, de la thermorégulation et de la reproduction), auquel est
relié l’hypophyse ;
* le mésencéphale ou isthme du cerveau qui contient le centre de l’alternance
veille/sommeil ;
* le métencéphale formé de la protubérance annulaire et du cervelet.
* le myélencéphale, formé par le bulbe rachidien, responsable du maintien des fonctions
végétatives.
-La moelle épinière, centre nerveux des mouvements involontaires, est logé dans le creux des
vertèbres constituants la colonne vertébrale. Elle est essentiellement formée de substance
grise, interne, (contenant les corps cellulaires des motoneurones), et d’une substance blanche,
externe.
En plus de la protection osseuse, les centres nerveux sont également protégés par des
enveloppes, appelées méninges :
- la dure-mère, enveloppe externe fibreuse plaquée contre la paroi crânienne, joue le
rôle protecteur ;
- la pie-mère, enveloppe interne qui adhère étroitement à l’encéphale, joue le rôle
nourricier ;
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- l’arachnoïde, réseau lâche dont les espaces sont remplis de liquide céphalo-
rachidien ; ce liquide rempli aussi les cavités de l’encéphale. Il allège l’encéphale (en
flottant, il perd 97 % de sa masse) et lui assure une suspension hydraulique, le
protégeant contre les chocs et les déplacements brutaux.
Document 1 + document 2
2) Notion de nerfs
Les nerfs forment le système nerveux périphérique. Ce sont des tissus qui assurent la
conduction des messages nerveux, entre les centres nerveux, les organes de sens et les organes
effecteurs (muscles, glandes).
L’encéphale est reliés à douze paires de nerfs (crâniens), alors que la moelle épinière est reliée
à 31 paires de nerfs rachidiens.
Un nerf rachidien entre en contact avec son centre nerveux, via deux racines : une racine
ventrale ou antérieure, et une racine dorsale ou postérieure, remarquable par la présence d’un
ganglion spinal.
La coupe transversale d’un nerf montre que ce dernier a une organisation hiérarchisée, et
stabilisée par un tissu conjonctif appelée névroglie, constitué de :
- L’épinèvre qui entoure tout le nerf entier ;
- Le périnèvre qui entoure chaque fascicule (un fascicule est un ensemble formé par
plusieurs neurones) ;
- L’endonèvre qui entoure chaque neurone.
On observe également des vaisseaux sanguins, entre les fascicules du nerf.
Document 3 + Document 4
3) Notion de neurone.
Le neurone est l’unité anatomique du tissu nerveux C’est une cellule spécialisée dans la
génération, la conduction et la transmission du message nerveux. Il est formé par trois parties
principales : le corps cellulaire ou péricaryon ou soma, contenant le noyau et les autres
organites ; la fibre nerveuse, prolongement allongé du cytoplasme, recouverte de myéline ou
non ; l’arborisation terminale, munie de boutons synaptiques.
Document 5
4) Les types de neurones
En réalité, il existe plusieurs formes de de neurones dans l’organisme :
Dans les tissus nerveux, on distingue plusieurs types de neurones en fonction de leur
structure :
- les neurones multipolaires (moelle épinière) ;
- les neurones bipolaires (rétine) ;
- les neurones unipolaires (motoneurones médullaires) ;
- les neurones en T (ganglion spinal) ;
- les neurones pyramidaux (cortex cérébral) ;
- les neurones de Purkinje (cervelet).
Document 6
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Leçon 19 : Réflexes innés ou inconditionnels
OPI : -réaliser l’étude expérimentale des réflexes médullaires chez les batraciens ;
- Réaliser l’étude expérimentale des réflexes myotatiques.
Activité : expérience de Pluger.
Soit le schéma du document 8. Analyser et interpréter chaque image. On rappelle :
-la grenouille est décérébrée (on a détruit son encéphale), mais elle est spinale (sa moelle
épinière n’est pas détruite) ;
-Pour chaque arrêt d’image, on a plongé un doigt de la patte postérieure droite, dans une
solution d’acide, dont le niveau de concentration est symbolisé à la première ligne du tableau ;
-après chaque test, on a rincé la peau de l’animal, afin d’éviter l’effet d’addition de l’acide.
1) Détermine le type de mouvement (volontaire ou involontaire) réalisé par une grenouille
spinale ;
2) Pour chaque arrêt d’image, identifie la partie du corps de la grenouille qui réagit à la
stimulation.
3) conclut, à travers l’établissement d’un lien entre la réaction de l’animal et l’intensité de la
stimulation.
Activité : expérience de Bell et Magendie.
Soit le document 7 de la planche :
1) Nomme le nerf sur lequel les auteurs font l’expérience ;
2) Identifie les racines ventrales et dorsales, puis justifie ta réponse ;
3) Interprète les résultats du tableau ;
4) Si en plus, on démedulle l’animal, elle ne réagira plus à aucune stimulation. Détermine
les différents éléments intervenants dans la réalisation d’un acte réflexe en te servant
des documents 7 et 8.
Activité : réflexe achilléen
On percute avec un marteau réflexe, le tendon d’Achille d’un individu. On observe
l’extension du pied. On répète l’action plusieurs fois, et on obtient la même réponse. On
rappelle que le tendon d’Achille est l’extrémité du triceps sural (muscle du mollet).
1) En te servant du document 10, Identifie dans ce réflexe, les éléments qui
correspondent : le stimulus, le centre nerveux, les voix sensitives, les voies motrices,
l’organe effecteur, la réponse réflexe, le récepteur sensoriel.
2) Identifie la différence entre ce réflexe, et celui de flexion de la jambe de la grenouille.
Activité : Innervation réciproque
Analyse le schéma en dessous du document 10.
1) Identifie le nombre de fibres sensitives et fibres motrices intervenant ;
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2) Détermine la fonction de chaque fibre motrice.
3) Relève la condition de réalisation coordonnée du mouvement d’extension du pied, en
rapport avec la réponse du soléaire et du jambier antérieur.
4) Déduit la notion de muscles antagonistes, et cite d’autres exemples de ce type de
muscles.
Résumé :
Un réflexe est une réaction involontaire, stéréotypée et prévisible, en réponse à une
stimulation. Pour un réflexe inné, ce dernier existe dès la naissance. Par contre, il existe des
réflexes qu’on développe grâce à nos apprentissage et expérience : ce sont des réflexes acquis
ou conditionnels, qui ne rentrent pas dans le cadre de ce cours.
1. Réflexes médullaires chez la grenouille 1.1 Mise en évidence de l’expérience de PFLUGER
Pour mener à bien cette expérience, le chercheur a manipulé une grenouille spinale (on a
détruit son encéphale, mais sa moelle épinière est intacte). Il a aussi utilisé des solutions
d’acide chlorhydrique de concentration progressivement élevée.
Document 8.
Au terme de cette expérience, il ressort que pour toute stimulation de la peau d’intensité
supérieure au seuil, la réponse réflexe intéresse un nombre de muscles d’autant plus élevé que
l’intensité de la stimulation est plus grande.
1.2. Mise en évidence de l’expérience de Waller, Bell et Magendie
Document 7. ( A compléter par des interprétations)
1.3. Eléments intervenants dans un acte réflexe.
Si nous trempons l’extrémité du doigt de la patte de la grenouille avant de la mettre au contact
de l’acide chlorhydrique concentrée, on n’observera aucune réponse, preuve que les
terminaisons nerveuses qui détectent la stimulation ne sont plus sensibles. L’éther a permet
d’anesthésier localement la grenouille.
Les éléments qui interviennent dans la réalisation d’un acte réflexe sont :
- Un récepteur sensoriel. C’est une structure (terminaison nerveuse ou partie de toute
autre cellule) capable de détecter une stimulation et de la convertir en influx nerveux.
En général, le récepteur sensoriel est situé dans l’organe de sens, à la périphérie de
l’organisme. Pour ce fait, le réflexe est qualifié d’extéroceptif. Lorsque le récepteur
sensoriel est situé dans les viscères, on parle de réflexe intéroceptif ou végétatif. Si
par contre, le récepteur sensoriel est situé dans l’organe même qui va réagir à la
stimulation, on parlera de réflexe proprioceptif ;
- Des conducteurs centripètes qui véhiculent le message nerveux, du récepteur sensoriel
vers le centre nerveux. Ex : fibres sensitives du nerf sciatique ;
- Des conducteurs centrifuges ou moteurs, qui transportent l’influx nerveux, du centre
nerveux, vers l’organe effecteur. Ex : fibres motrices du nerf sciatique.
- Un centre nerveux, qui traite le message nerveux, et identifie la nature de la réponse,
ainsi que l’organe qui va réagir éventuellement. Ex : la moelle épinière;
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- Un organe effecteur, qui reçoit le message nerveux provenant du centre nerveux à
travers le conducteur moteur. Ex : le soléaire (muscle).
Exercice : Dans le réflexe inné de salivation, si on dépose une goutte de solution salée sur la
langue, l’individu va saliver. Identifie pour chacun des 5 éléments précédents, la structure
responsable, pour ce réflexe.
1.4. Arc réflexe
L’arc réflexe est le chemin suivi par l’influx nerveux, du point d’excitation, jusqu’à l’organe
effecteur. Ce chemin correspond à l’itinéraire : récepteur sensoriel, conducteur sensitif, centre
nerveux, conducteur moteur, organe effecteur.
Document 9
2. Réflexe myotatique
2.1. Exemple de réflexe myotatique : le réflexe Achilléen
Lorsqu’on percute avec un marteau réflexe, le tendon d’Achille d’un individu, on observe
l’extension de son pied. Cette extension est rendue possible grâce à la contraction du soléaire,
muscle du mollet. Ce muscle est donc qualifié d’extenseur. Au cours de ce réflexe, la
percussion du tendon d’Achille a étiré (ou stimulé) des récepteurs sensoriels, situés dans le
soléaire.
Un réflexe myotatique correspond à la contraction d’un muscle, en réponse à son propre
étirement (sa propre excitation). Dans un tel réflexe, on retrouvera toujours un arc réflexe,
constitué du récepteur sensoriel (fuseau neuromusculaire), les conducteurs sensitifs (ceux du
nerf sciatique), le centre nerveux (moelle épinière), les conducteurs moteurs (du nerf
sciatique), l’organe effecteur (le soléaire). On remarque que le nerf sciatique est un nerf
mixte, possédant les fibres sensitives et motrices.
Document 10
2.2. Innervation réciproque des muscles antagonistes
Le mouvement d’extension observé lors du réflexe achilléen résulte non seulement de la
contraction des muscles extenseurs, mais aussi du relâchement des muscles fléchisseurs
(jambier antérieur). En effet, un muscle au repos, présente un certain tonus qui est la
conséquence de l’arrivée permanente des messages nerveux moteurs lui imposant une faible
contraction. Le relâchement musculaire signifie que le muscle ne reçoit plus d’influx nerveux
moteur venant du centre nerveux contrôlant le réflexe.
Pour expliquer cette coordination musculaire, c'est-à-dire le fait que le muscle extenseur se
contracte pendant que le muscle fléchisseur se relâche lors du réflexe, il faut admettre une
double action des messages nerveux afférents provenant des fuseaux neuromusculaires :
- une activation des motoneurones du muscle étiré déclenchant ainsi sa contraction ;
- une inhibition des motoneurones du muscle antagoniste provoquant une chute de
son tonus.
Ce traitement médullaire du message sensitif suppose l’intervention « d’aiguillage »
neuronique complexe avec une voie excitatrice simple monosynaptique et une voie
inhibitrice plus complexe et disynaptique ; la présence de l’interneurone étant indispensable
pour assurer l’inhibition du motoneurone relié au muscle fléchisseur.
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Les muscles antagonistes reçoivent donc une innervation particulière appelée innervation
réciproque ,c'est-à-dire un dispositif assurant l’inhibition des motoneurones innervant un des
muscles antagonistes alors que l’autre doit se contracter.
Document 10 bis.
2.3. Importance physiologique des réflexes myotatiques.
Les réflexes myotatiques sont impliqués dans le maintien de la posture. En effet, dans un
environnement où les individus sont soumis à des forces (pesanteur, vent, poussée
d’Archimède, etc.), la position du corps dans l’espace est soumise en permanence à ces
forces, qui tendent à modifier la posture. Le maintien de la posture est assuré par le tonus
musculaire, réponse des muscles étirés par l’action de ces forces extérieures, pour assurer le
maintien du tonus musculaire indispensable à la réalisation du phénotype.
Ainsi, certains individus, après certaines pathologies, traumatismes, états physiologiques ou
de façon congénitale, peuvent manifester certaines anomalies (absences de réflexes ou
paralysies). On peut citer entre autres :
- Les fractures (touchant la colonne vertébrale par exemple) qui sont paralysés des
jambes ;
- La névralgie sciatique (compression physique, lésion ou inflammation du nerf
sciatique), entrainant la paralysie de la jambe ou la perte du réflexe achilléen ou
rotulien) ;
- La syphilis tertiaire ou Tabès, entrainant une destruction neurologique ;
- Un accident vasculaire, etc.
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SEQUENCE 7 : FONCTIONNEMENT DES NEURONES
Situation problème : La légende raconte qu’il y a 2 siècles, des indiens de l’Amazonie ont
constaté qu’un aigle enfonçait ses serres dans la tige d’une plante particulière avant de foncer
sur sa cible. En enduisant la pointe de leurs flèches avec la sève de cette même plante, des
chasseurs réussissent à paralyser le gibier, même par simple égratignure. Des années plus tard,
des chercheurs comprirent que la molécule active est le curare, et permet d’empêcher la
communication nerveuse entre les fibres nerveuses et musculaires (squelettiques, cardiaques,
respiratoires, etc.). Par ailleurs, il existe d’autres molécules connues, avec par contre des
actions amplificatrices sur la communication nerveuse.
1) Identifie les potentiels problèmes liés à l’utilisation des molécules concernées dans le
texte, pouvant modifier la communication nerveuse.
2) Propose des applications possibles liées à l’utilisation de ces molécules.
Compétence visée : Préserver le fonctionnement des neurones, et sensibiliser sur les effets de
certaines substances sur la transmission synaptique.
Leçon 20 : Le potentiel de repos
Prérequis : Rappeler la notion de dialyse ; rappeler les différentes modalités d’échanges des
substances dissoutes à travers une membrane.
OPI : - mettre en évidence le potentiel de repos, à travers un schéma de montage
expérimental ;
- Faire une interprétation ionique du P.R.
Activité 1 : Soit le document 11, illustrant le potentiel membranaire de cellule nerveuse non
stimulée.
Au temps T0, les bornes de l’oscilloscope sont dans le liquide physiologique ; Au temps T1,
on introduit la borne S3 de l’oscilloscope dans l’axone.
1) Interprète la variation de la tension électrique enregistrée sur l’oscilloscope à t0, puis à
t1.
2) Propose la manipulation réalisée avec l’électrode S3, expliquant la valeur de la tension
au temps t2.
3) Déduit la valeur du potentiel de la membrane d’une cellule nerveuse au repos, appelée
potentiel de repos.
Activité 2 : Soit le document 12. Réponds aux questions 1, 2 et 3 du guide d’exploitation
Résumé
1. Etude expérimental du potentiel de repos
Document 11 ;
A t0, l’électrode d’enregistrement S3 est dans le même milieu (physiologique) que l’électrode
de référence R. Il n’existe aucune différence de charge entre les 2 bornes (tension=0mV).
A t1, l’électrode d’enregistrement S3 est dans le milieu intracellulaire, alors que l’électrode de
référence R est dans le milieu physiologique. L’oscilloscope affiche une différence de charge
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de -75mV, preuve que le milieu intracellulaire est plus électronégatif que le milieu
extracellulaire.
A t2, on retire l’électrode S3 du milieu intracellulaire et il est remis dans le liquide
physiologique.
A travers cette expérience, on constate que les deux faces de la membrane d’un neurone au
repos n’ont pas la même charge électrique.
Le potentiel de repos est la différence de charge existant de part et d’autre de la membrane au
repos, de toute cellule vivante. Il a une valeur moyenne de -70mV.
2. Mécanismes ioniques à l’origine du potentiel de repos
Document 12
La différence de charge de part et d’autre de la membrane neuronique est la preuve de
l’inégale répartition de certains ions : Les ions Na+, Cl- et K+. En effet, la loi de diffusion
voudrait que la répartition des différents ions soit égale de part et d’autres de la membrane. Si
ces ions sont inégalement répartis, cela signifie qu’il existe un autre type d’échange cellulaire
qui impose un mouvement d’ions contre le gradient de concentration décroissant : la pompe à
NA+/K+. Cette pompe fait sortir 3 Na+, contre 2K+ entrants. De cette façon, le milieu
extracellulaire est plus concentré en Na+, et l’intérieur de la cellule est plus concentré en K+.
Etant donné que les ions Na+ sont naturellement plus électropositifs que les K+, le milieu
intracellulaire est donc plus électronégatif que le milieu extracellulaire, et la ddp est de -
70mV.
Leçon 21 : Le potentiel d’action
OPI : -réaliser le schéma de montage permettant de mettre en évidence le Potentiel d’action ;
- Schématiser et décrire la courbe du potentiel d’action ;
- Interpréter les courbes montrant la variation de la perméabilité membranaire aux ions
Na+ et K+ sur les neurones stimulés.
Activité : mise en évidence du potentiel d’action
Soit le document 13, mettant en évidence le potentiel d’action :
1) Décris les différentes phases du potentiel d’action.
Le potentiel d’action est la conséquence d’une perturbation de l’état électrique (et donc
ionique) de la membrane. Cette perturbation est causée par la stimulation de la membrane par
les électrodes stimulatrices
2) A l’aide du document 14, décris les phénomènes ioniques expliquant les phases du
potentiel d’action.
Résumé
1) Etude expérimentale du potentiel d’action
Document 12
On rappelle que l’oscilloscope enregistre les variations électriques existantes entre les bornes
réceptrice R1 et l’électrode de référence :
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-la 1ère section de la courbe matérialise le PR ;
-la légère perturbation du PR est appelée artefact de stimulation, et matérialise la période
exacte correspondant à la stimulation de la membrane neuronique par les électrodes
stimulatrices ;
-la 2nde section correspond au temps de latence. En effet, c’est le temps nécessaire pour que la
perturbation électrique parcourt l’électrode stimulatrice, jusqu’à l’électrode réceptrice de
l’oscilloscope ;
-la phase de dépolarisation, correspond à l’augmentation de la charge électrique dans le milieu
intracellulaire. On observe l’augmentation de la ddp, jusqu’à +30 à +40mV ;
-la phase de repolarisation, correspond au rabaissement de la ddp vers une valeur négative ;
-l’hyperpolarisation. C’est une portion de la courbe, où la différence de charge est encore plus
négative que celle caractérisant le potentiel de repos ;
A travers cette expérience, il apparait que le potentiel d’action est une brève perturbation
électrique du potentiel de repos, caractérisée par une dépolarisation, une repolarisation et une
hyperpolarisation de la membrane plasmique d’une cellule excitable.
2) Mécanismes ioniques à l’origine du potentiel d’action
Document 13
Selon la nature des ions considérés, l’observation de la membrane plasmique d’une cellule
neuronique au microscope électronique laisse voir deux types de canaux :
- Des canaux à K+ voltage dépendant moins nombreux ;
- Des canaux à Na + voltage dépendant plus nombreux.
L’ouverture ou la fermeture de ces canaux dépend d’une perturbation de l’état de repos de la
membrane : on dit que ce sont des canaux ioniques voltage dépendant.
Au repos, ces deux types de canaux sont fermés. Il n’y a que des canaux de fuite de K+ qui
sont ouverts en permanence.
Document 14 A
Après une stimulation d’intensité suffisante, il y a d’abord ouverture des canaux à Na+,
permettant l’entrée massive des Na+ dans le milieu intracellulaire, d’où la dépolarisation
(augmentation de la charge électrique à l’intérieur).
Document 14 B
Ensuite, les canaux Na+ se referment. Il s’en suit l’ouverture des canaux à K+, permettant la
sortie des ions K+, avec pour conséquence la repolarisation de la membrane.
Document 14 C
Enfin, la pompe à Na+/K+ prend le relai pour imposer le retour des k+ à l’intérieur (d’où
l’hyperpolarisation, puis le retour des Na+ à l’extérieur, à l’origine de la restauration du
potentiel de repos.
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Document 14 D
Leçon 22 : Naissance du message nerveux.
OPI : - expliquer le codage du potentiel de récepteur ;
- Expliquer le passage du potentiel de récepteur au potentiel d’action ;
- Expliquer la naissance du potentiel d’action au niveau du neurone ;
Activité 1:
Soit le document 16, illustrant l’enregistrement de la ddp au niveau d’un récepteur sensoriel
(corpuscule de Pacini, sensible à la pression).
1) Décris le comportement des réponses au niveau du récepteur sensoriel, correspondant
aux différentes stimulations ;
2) Décris les enregistrements mesurés au niveau du premier nœud de Ranvier de la fibre
nerveuse.
3) Décris les enregistrements mesurés plus loin sur l’axone.
Analyse le document 15, puis détermine la condition de naissance d’un PA sur un neurone ;
Lorsqu’on mesure la ddp plutôt au niveau du nerf, on se rend compte l’amplitude de la
dépolarisation augmente avec l’intensité de la stimulation (Document 18). Explique cette
réponse au niveau du nerf, qui est différente de celle du neurone.
Activité 2:
Pour 2 fibres de calmar I et II, on applique à chacune, des intensités de plus en plus
croissantes, dans le but d’étudier leur seuil d’excitabilité. Les résultats sont consignés dans les
tableaux du document 17. La courbe su seuil d’excitabilité est donnée par le graphe du même
document (document 17). R=rhéobase, Ch= chronaxie, Tu= temps utile.
1) Construis la courbe d’excitabilité de la fibre II, en indiquant R, Ch et Tu, la zone des
excitations efficaces, et la zone des excitations inefficaces ;
2) Explique pourquoi le point a est placé dans la zone des excitations efficace, alors que
le point e est placé dans l’autre zone.
Résumé
1. Naissance du message nerveux au niveau du récepteur sensoriel.
Le récepteur sensoriel est une structure nerveuse sensible aux variations de l’environnement.
Lorsque le récepteur sensoriel reçoit une stimulation, il répond en émettant une dépolarisation
locale (au niveau du site transducteur), avec une amplitude qui dépend de l’intensité de la
stimulation : c’est le potentiel de récepteur. On dit que l’influx nerveux est codé en
modulation d’amplitude des potentiels de récepteur. Ce potentiel ne va pas au-delà du premier
nœud de Ravier (site générateur).
A partir du site générateur, il peut naitre des potentiels d’action qui vont se propager le long
de la fibre nerveuse. Ceci est possible, si l’amplitude du potentiel de récepteur qui arrive au
niveau du site générateur atteint une valeur seuil. Sinon, la dépolarisation va disparaitre et il
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ne naitra aucun potentiel d’action : On dit que le potentiel d’action obéit à la loi du tout ou
rien. Autrement, il n’y a ni de petit, ni de grand potentiel d’action : soit la dépolarisation
atteint le seuil, et il y a PA, ou alors la dépolarisation n’atteint pas le seuil, et il n’y a pas de
PA.
Document 16
Par ailleurs, si l’amplitude du potentiel de récepteur est assez élevée, le site générateur va
plutôt générer un train de PA de même amplitude. La fréquence des PA émis sera d’autant
plus élevée que l’amplitude du PR : A partir du site générateur, le message nerveux est codé
en modulation de fréquence des potentiels d’action.
2. Naissance du message nerveux au niveau du neurone
Le dispositif expérimental ci-contre montre que la stimulation d’un neurone ne génère pas
automatiquement un PA. Il nait une dépolarisation de faible amplitude, qui ne se propage pas,
si l’intensité de la stimulation n’atteint pas un seuil. Mais si l’intensité de la stimulation atteint
une valeur seuil, il naitra un PA, avec une amplitude d’emblée maximale et qui se propagera
le long de la fibre nerveuse. Autrement dit, à partir du seuil, l’augmentation de la valeur de
l’intensité de la stimulation produit des PA de même amplitude.
Document 15
Il existe une relation entre l’intensité de la stimulation et la durée de son application. En effet,
une stimulation, pour être efficace, doit avoir un temps d’application suffisant, en relation
avec son intensité. Plus une stimulation a une intensité élevée, plus son efficacité est atteinte
rapidement, et inversement. Toutefois, il existe des valeurs trop faibles, qui ne seront jamais
efficaces, quelle que soit la durée d’application.
Document 17
Par ailleurs, si les stimulations sont réalisées sur un nerf, on observera l’augmentation de
l’amplitude de la dépolarisation. Ceci est possible car, un nerf est formé par plusieurs
neurones, et plus la valeur de la stimulation augmente, plus le nombre de neurones stimulés
augmentent : le nerf échappe à la loi du tout ou rien. Il obéit plutôt à la loi de recrutement,
conduisant un message nerveux dont l’amplitude globale dépend du nombre de neurones
stimulés.
Document 18.
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Leçon 23 : Propagation du potentiel d’action le long de la fibre nerveuse.
OPI : - Expliquer les propriétés d’un neurone ;
- Interpréter le schéma de mise en évidence de la période réfractaire ;
- Mesurer la vitesse de propagation de l’influx nerveux.
Activité : Propriétés des fibres nerveuses
Soient les images du document 19.
1) Donne un titre à ce document ;
2) Identifie la condition du déplacement du courant local sur la première image du
document;
3) Pour une fibre possédant la gaine de myéline, cette dernière rend certaines zones de la
membrane imperméable au déplacement des ions. Détermine le moyen de propagation
de l’influx nerveux à travers ce type fibre. Propose la conséquence de ce type de
propagation, sur la vitesse de propagation ;
4) Au cours de l’établissement du PA, il existe une brève période pendant laquelle la
membrane n’est pas excitable.
a. Etant donné les 3 phases principales du PA, identifie la phase pendant laquelle la
membrane n’est pas excitable.
b. Détermine la conséquence de ce comportement sur le sens de propagation de
l’influx nerveux.
5) Le tableau du document 20 présente deux conditions qui influencent la vitesse de
propagation de l’influx nerveux. Identifie ces conditions.
Résumé
1. Sens de propagation de l’influx nerveux
Lorsqu’on porte une stimulation sur une fibre nerveuse isolée, l’influx nerveux se déplace
dans les deux sens. Si la stimulation est portée sur une fibre nerveuse dans les conditions
physiologiques normales de l’organisme, on constate que l’influx nerveux se déplace toujours
dans le sens dendrites, corps cellulaire, axone, axone, arborisation terminale.
Par contre, si la stimulation est portée sur un nerf dans les conditions physiologiques, le sens
de déplacement de l’influx nerveux va dépendre de la nature des fibres (sensitives ou
motrices) qui le constituent.
2. Mode de propagation du potentiel d’action.
Lorsqu’un PA nait sur une fibre nerveuse, l’existence des charges de signe opposé à proximité
les unes des autres créé des courants locaux de faible amplitude. Ces courants se déplacent,
des cations vers les anions, provoquant une dépolarisation de proche en proche, dans le cas
d’une fibre amyélinisée (sans gaine de myéline) et parcourant toute la fibre nerveuse.
Dans le cas d’une fibre nerveuse myélinisée, la gaine de myéline recouvre des portions de
l’axone, laissant nus les nœuds de Ranvier. Les déplacements des ions Na+ et K+ ne peuvent
se faire qu’au niveau de ces nœuds. Le déplacement des courants locaux va donc se réaliser
par des sauts, de nœud en nœud. Cette propagation est dite saltatoire, et non de proche en
proche.
3. Période réfractaire
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La période réfractaire est un laps de temps qui suit immédiatement le potentiel d’action,
durant lequel la membrane n’est pas excitable. On distingue principalement deux types de
période réfractaire :
- La période réfractaire absolue, durant laquelle les canaux sodiques voltage dépendant
sont complètement inactifs, du fait que les canaux potassiques soient ouverts ;
- La période réfractaire relative, au cours de laquelle les canaux sodiques voltage
dépendant transitent de la forme inactive vers la forme active. Durant cette période,
une forte stimulation peut exciter la membrane.
4. Vitesse de propagation de l’influx nerveux
Plusieurs facteurs influencent la vitesse de propagation de l’influx nerveux :
- La structure de la fibre nerveuse. Une fibre nerveuse myélinisée conduit le message
nerveux plus rapidement qu’une fibre nerveuse amyélinisée, du fait de la conduction
saltatoire ;
- Le diamètre (ou calibre) de la fibre nerveuse. Plus une fibre nerveuse est grosse, plus
rapide est sa vitesse de conduction de l’influx nerveux ;
- La température : le froid diminue la vitesse de conduction du message nerveux,
contrairement à la chaleur.
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Leçon 24 : Les synapses
OPI : - schématiser la structure et l’ultrastructure d’une synapse ;
- Identifier les différents types de synapse ;
- Expliquer les mécanismes de fonctionnement des différents types de synapse ;
- Identifier les types de sommation sur les documents ;
- Expliquer les effets de certaines substances sur la transmission synaptique.
Activité : Structures synaptiques
La zone de contact entre une terminaison nerveuse et une structure excitable est appelée une
synapse.
1) Le document 21 montre les différentes structures synaptiques. Identifie celle qui peut
être qualifiée d’axo-axonique, axodendritique et axosomatique. Justifie ton choix ;
2) Selon la nature des éléments qui constituent une synapse, on distingue les synapses
neuro-neuroniques, les synapses neuromusculaires et les synapses neuro-glandulaires.
Identifie à quelle structure, les modèles synaptiques de la question précédente
appartiennent.
3) On peut aussi classer les synapses en fonction de l’étroitesse du contact entre les
structures. Identifie à travers le document 22, le type de synapse qui peut laisser
passer directement l’influx nerveux. L’autre synapse est qualifiée de chimique.
Propose une justification à ce qualificatif.
Activité : transmission synaptique chimique
Le document 23 illustre le mécanisme de transmission de l’influx nerveux à travers une
synapse chimique. En te servant de ce document, décrit ce mécanisme. On précise que b=ions
calciums, c=vésicules de neurotransmetteurs.
Activité : Expérience de LOEWI
Le document 24 présente le dispositif expérimental utilisé par LOEWI, pour mettre en
évidence les mécanismes d’un type de transmission synaptique. Il a prélevé les cœurs de 2
grenouilles. Le cœur de la grenouille 1 est prélevé avec un des nerfs cardiaques. Le cœur de la
grenouille 2 est prélevé sans aucun nerf.
Lorsque l’on prélève le cœur d’une grenouille, celui-ci peut continuer à battre pendant
plusieurs minutes, lorsqu’il est placé dans un liquide convenable (milieu physiologique).
L’auteur a placé les cœurs, chacun dans un bécher. Les deux béchers sont reliés de façon à
permettre au liquide du becher 1 d’être transféré dans le bécher 2.
Pendant l’expérience, il a stimulé le cœur électriquement le nerf associé au cœur de la
grenouille 1. Puis il a enregistré la fréquence cardiaque des deux cœur (simultanément).
Chaque contraction est représentée sur l’électromyogramme par une barre verticale. Répond
par vrai ou faux :
1) La stimulation du nerf du cœur 1 entraine :
a. une diminution de la fréquence du cœur 1 ;
b. une accélération de la fréquence du cœur 2, provoquée indirectement par le liquide ;
2) le liquide baignant les cœurs propage l’information :
a. en transmettant les PA issus des neurones du nerf cardiaque ;
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b. en transmettant certaines molécules libérées par les fibres nerveuses du nerf cardiaque
3) la transmission s’effectue par :
a. par un mécanisme de nature électrique ;
b. par libération des molécules appelées neurotransmetteurs.
Activité : Notions de sommations et d’intégration
Analyse les images du document 25.
1) On stimule une seule soie de l’un des cerques d’une blatte. Le neurone sensitif situé à
la base de la soie émet alors un message conduit par son axone qui est une fibre du nerf
cercal. Un dispositif permet d’enregistrer l’activité électrique de la fibre excitée et l’état
électrique du neurone géant. Document 25 A. Interprète le résultat.
2) On stimule l’ensemble du nerf cercal, en portant à chaque fois, un seul choc électrique
d’intensité croissante i1, i2 et i3. Interprète le résultat du document 25B.
3) Interprète les images du document 25C.
Résumé
1. Structure des synapses
Une synapse est la jonction entre une terminaison nerveuse, et une autre structure permettant
le passage de l’influx nerveux. Les structures synaptiques varient en fonction de la nature des
éléments qui constituent la synapse. On distingue :
- La synapse neuroneuronique, point de jonction entre deux neurones. Cette synapse fait
intervenir le bouton synaptique avec soit la dendrite d’un autre neurone (21a), soit le
corps cellulaire d’un autre neurone (21b), soit l’axone de d’un autre neurone (21c) ;
Document 21
- La synapse neuromusculaire, encore appelée plaque motrice. C’est le point de contact
entre une terminaison nerveuse, et une fibre musculaire ;
- La synapse neuroglandulaire. C’est la zone de jonction entre une terminaison
neuronique, et une cellule d’une glande.
2. Les différents types de synapse
Selon l’étroitesse des éléments constituant la synapse, on distingue deux types de
synapse :
- Les synapses à transmission électrique. Ce type de synapse est caractérisé par la
proximité des structures synaptiques. L’influx nerveux se propage du neurone
présynaptique vers la structure post-synaptique, sans aucun délai ;
- Les synapses à transmission chimique. Ici, les structures synaptiques sont assez
distantes, et séparées par une fente synaptique, où l’influx nerveux ne peut pas
traverser directement.
Document 22
3. Fonctionnement des types de synapse
a) Fonctionnement des synapses à transmission électrique
Il n’y a pas de fente synaptique, et les membranes des structures synaptiques sont très
proches. Ces dernières sont reliées par des jonctions communicantes (nexus), ou Gap junction.
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L’influx nerveux se propage directement d’une cellule à une autre, de proche en proche, sans
délai.
b) Fonctionnement des synapses à transmission chimique
L’expérience de LOEWI montre que certaines synapses fonction grâce à l’action de certaines
substances chimiques appelées neurotransmetteurs. Ces substances, produites par le bouton
présynaptique, agissent sur les structures postsynaptiques, pouvant provoquer des réponses.
C’est le cas du cœur 2 de la grenouille, qui réagit à la stimulation sur le nerf du cœur 1, car
ayant reçu les neurotransmetteurs produit par le nerf du cœur 1, via le liquide physiologique.
Document 24
Vu qu’il existe une fente synaptique dans la synapse chimique, le PA ne peut pas passer
directement d’une membrane à une autre, par des courants locaux.
En effet, l’arrivée du PA au niveau de la synapse favorise l’ouverture des canaux à Ca2+, et
permet l’entrée des ions calcium dans le bouton synaptique. L’augmentation de la
concentration en calcium dans le bouton synaptique provoque la libération par exocytose, du
contenu des vésicules : les neurotransmetteurs (médiateurs chimiques) sont donc déversés
dans la fente synaptique. Les neurotransmetteurs se fixe sur leurs récepteurs spécifiques,
présents sur la membrane postsynaptique. Il s’en suit l’ouverture des canaux ioniques chimio-
dépendant, dont la spécificité ionique dépend de la nature du neurotransmetteur : si le
neurotransmetteur est excitateur, on aura l’ouverture des canaux sodiques, puis une
dépolarisation passagère de la membrane postsynaptique, appelée potentiel postsynaptique
excitateur (PPSE). Si le neurotransmetteur est inhibiteur, on aura l’ouverture des canaux
potassiques, suivie d’une hyperpolarisation passagère de la membrane postsynaptique,
Appelée potentiel postsynaptique inhibiteur (PPSI).
La fixation du neurotransmetteur est assez brève. Il se décroche de son récepteur spécifique,
et est débarrassé de la fente synaptique, soit par inactivation enzymatique, soit par recapture
dans les vésicules présynaptiques.
Document 23
c) Sommations spatiale, temporelle et spatio-temporelle.
Il est rare, que l’arrivée d’un seul PA, arrivé dans la synapse (surtout chimique) génère une
dépolarisation suffisante pour engendrer un Potentiel d’action. Le potentiel postsynaptique qui
en résulte finit par s’annuler.
En général, ce sont plusieurs cellules présynaptiques qui sont qui sont en contact avec la
structure postsynaptique.
- On parle de sommation temporelle, lorsque plusieurs PA, à une fréquence élevée,
arrivent au niveau d’une fente synaptique, le long de la même fibre nerveuse ; Au
niveau de la membrane postsynaptique, si le neurotransmetteur est excitateur, des
PPSE qui vont s’additionner, et donc l’amplitude pourra atteindre le seuil d’un
potentiel d’action ;
Document 25A
- On parle de sommation spatiale, lorsque plusieurs fibres présynaptiques conduisent
chacune un PA simultanément, vers une structure postsynaptique. Le PPS aura une
amplitude globale, résultat des actions combinées. Si ce PPS est excitateur et
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d’amplitude supérieur ou égal au seuil, il naitra des PA sur la membrane
postsynaptique, dont la fréquence dépendra de l’amplitude du PPS global.
Document 25B
d) Rôle intégrateur des neurones
Une synapse est soit excitatrice, soit inhibitrice. Mais dans la réalité, la structure
postsynaptique est soumise le plus souvent à l’action combinée des synapses excitatrices et
inhibitrices. La structure postsynaptique réalise dans ce cas, la somme algébrique des
différents PPS. Si le résultat est une dépolarisation suffisante, des PA seront émis au niveau
de la membrane postsynaptique, avec une fréquence d’autant plus importante que la
dépolarisation de la membrane est forte. Dans le cas contraire (le résultat de la somme des
PPS est, soit un PPSE n’atteignant pas le seuil d’un PA, ou un PPSI), la membrane de la
structure postsynaptique reste au repos.
Document 25 C
e) Effets de certaines substances sur la transmission synaptique
Les neurotransmetteurs naturels sont nombreux. Certains sont excitateurs (acétylcholine,
dopamine, sérotonine, noradrénaline, glutamate.) et d’autres sont inhibiteurs (Acide Gamma
amino-butyrique ou GABA).
Par ailleurs, il existe des substances exogènes, qui peuvent modifier le fonctionnement normal
des synapses chimiques. Ces substances agissent de plusieurs façons :
- Lors du dopage, les amphétamines induisent la sécrétion d’une plus grande quantité de
neurotransmetteurs excitateurs ;
- d’autres substances opiacées agissent par mimétisme car ayant une structure proche de celle
des neurotransmetteurs. Elles se fixent sur les mêmes récepteurs, et provoquent une action
similaire, ou exagérée, ou contraire (inhibiteurs compétitifs, comme le curare ou encore
l’atropine) ;
- D’autres substances encore, agissent en empêchant la recapture ou l’inactivation du
neurotransmetteur dans la fente synaptique. L’action du neurotransmetteur est alors
prolongée.
Document