Thème 2La communication nerveuse

Thème 2 – La communication nerveuse (Chapitre III) 1/14

Chapitre IIIAspects fondamentaux de la communication nerveuse

Acquis

Le système nerveux de l'homme est constitué de centres nerveux (encéphale et moelle épinière) et de nerfs qui relient ces centres à la périphérie.

Grâce aux différents organes des sens, l'organisme capte en permanence des informations variées en provenances de son environnement.

Le fonctionnement du système nerveux repose sur la circulation de signaux dans un réseau complexe de neurones..

Problématiques

Quels sont les composants du système nerveux ?

Comment l'activité nerveuse est-elle modulée ?

Comment le système nerveux réagit-il à l'utilisation de molécules exogènes (drogues et médicaments ?

* Conséquences sur l'activité du système nerveux selon leur nature et leur composition* Incidences sociales (exemple : héroïne)

I. Le système nerveux : quelques rappels

A. Généralités

1. Système nerveux et système endocrinien

L'intégrité d'un organisme vivant nécessite l'activité coordonnée des cellules qui le composent. Cette coordination est assurée par des mécanismes de communication intercellulaire impliquant

✔ des cellules d'un même tissu✔ des cellules très éloignées, appartenant à des tissus différents

La communication intracellulaire est assurée par deux grands systèmes ➢ Le système endocrinien ou hormonal

* Sécrétion d'hormones dans le sang* Action lente mais soutenue

➢ Le système nerveux qui transmet l'information au moyen de prolongements cellulaire* Influx nerveux (message électrique)* Action rapide mais brève

Ces deux systèmes sont étroitement liés.

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2. Mode d'action du système nerveux

Activité 8 - Anatomie et histologie du système nerveux de l'homme

Q1 – Quels sont les fonctions du système nerveux ?

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B. Organisation du système nerveux

Activité 8 - Anatomie et histologie du système nerveux de l'homme

Q2 – On peut scinder le système nerveux en 2 parties : lesquelles ?

On distingue le SNC (cerveau + moelle épinière) et le SNP (ganglions, nerfs, récepteurs sensoriels...).

Activité 8 - Anatomie et histologie du système nerveux de l'homme

Q3 – Le tissu nerveux est formé de combien de grands types cellulaires ? Lesquels ?

On trouve dans le SN deux populations de cellules• Les neurones (environ 10G dans le cerveau, 100G en tout) => 10%• Les cellules gliales (ou glyocytes) qui sont des cellules de soutien du SN => 90%

II. Les neurones : unité fonctionnelle du SN

A. Quelques caractéristiques

Activité 8 - Anatomie et histologie du système nerveux de l'homme

Q4 – Les neurones d'un embryon peuvent-ils se diviser ? Et ceux d'un très jeune enfant ? Et ceux d'un adulte ?

➔ Ne se reproduisent pas = amitotiques (sauf en de rares exceptions)

➔ Grande longévité

➔ Cellules excitables : transmet des signaux électriques en fonction des informations reçues

➔ Métabolisme très élevé (5% du poids du corps, 20% de la consommation d'énergie)

➔ Mort cérébrale en quelques minutes en cas d'anoxie cérébrale

➔ Secrète des neurotransmetteurs, molécule qui agit uniquement sur les neurones connectés à proximité (pas de libération de neurotransmetteurs dans le sang, pas comme les cellules endocrines)

➔ Formes et morphologies très diverses jouant un rôle important dans l'intégration et le traitement des informations

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B. Structure des neurones

Activité 8 - Anatomie et histologie du système nerveux de l'homme

Q5 – Faire et légender un schéma d'un neurone théorique : il doit comporter un titre, une échelle, des légendes (corps cellulaire, dendrites, axone, noyau, cytoplasme, bouton synaptique).

Un neurone comprend typiquement :

Un corps cellulaire contenant le noyau (diamètre < 100 µm)

Des prolongements (- 10 µm de diamètre, jusqu'à plusieurs mètres de long)➢ Les axones : conduction verveuse du corps cellulaire vers la terminaison

axonique (conduction centrifuge)➢ Les dendrites : souvent très ramifiées, message nerveux est propagé vers le

corps cellulaire (conduction centripète)

Une terminaison axonique, qui correspond à l'arborisation terminale de l'axone

Les prolongements des neurones permettent d'établir des contacts avec d'autres neurones ou d'autres cellules de l'organisme (récepteurs sensoriels, cellules musculaires...).

Les dendrites peuvent se diviser un grand nombre de fois et donner un arbre dendritique, caractéristique d'une population neuronale.

Les dendrites et le corps neuronal reçoivent de très nombreux contacts venant d'autres neurones. Ils intègrent les messages afférents et génèrent des signaux électriques.

C. Les cellules de soutien ou glyocytes

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Q6 – Dans un nerf y-a-t-il des noyaux de cellules nerveuses? Si non, y en a-t-il d'autres cellules ? Lesquelles ?

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Influx nerveux

Rôle :➔ Soutien (remplir les vides)➔ Régulation de la composition du milieu cérébral➔ Phagocytose des cellules mortes et des corps étrangers➔ Gaine de myéline

Contrairement aux neurones, elles peuvent se reproduire activement.

Elles peuvent recouvrir les axones longs. Elles s'enroulent un très grand nombre de fois autour de l'axone : ce sont les cellules de Schwann.

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Activité 8 - Anatomie et histologie du système nerveux de l'homme

Q7 – Les cellules de Schwann qui composent la gaine de myéline font-elles partie du tissu nerveux ?

Les membranes des cellules de Schwann se rapprochent et fusionnent quasiment. Le neurone est alors isolé, et les messages nerveux sont conduits plus rapidement.

Le segment non myélinisé entre deux cellules de Schwann s'appelle le noeud de Ranvier (ces noeuds sont plus écartés dan le SNC que le SNP).

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D. Les classes fonctionnelles de neurones

Les neurones sont regroupés en fibres nerveuses, regroupées elles-mêmes en nerfs (8c). Ils sont assemblés généralement en chaînes ou réseaux, permettant ainsi une conduction plus rapides des messages nerveux.

On trouve trois types de neurones :

➔ Les neurones sensitifs

On les trouve surtout dans les organes des sens (oeil, peau...) et il conduisent les influx nerveux le long des voies afférentes jusqu'au SNC où ils seront interprétés.

➔ Les neurones moteurs

Ils conduisent les influx le long des voies efférentes, c'est-à-dire qui partent du SNC vers les organes effecteurs (muscles, glandes).

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➔ Les interneurones

Ils conduisent les influx nerveux à l'intérieur du SNC et relient les neurones sensitifs aux neurones moteurs.

III. La moelle épinière et le cerveau

A. Généralités

Elle est enfermée dans la colonne vertébrale (8c). Elle achemine les influx nerveux provenant de l'encéphale et ceux qui se dirigent vers lui et constitue un important centre réflexe.

Elle permet aussi le déclenchement d'activités motrices complexes tel que l'alternance de flexions / extensions lors de la marche.

B. Structure de la moelle épinière

L'observation d'une coupe de moelle épinière montre deux zones distinctes :➢ La substance blanche externe➢ La substance grise interne (~ forme d'un papillon)

La substance grise renferme les corps cellulaires des neurones, la substance blanche correspond à leurs prolongements (axones) souvent entourés d'une gaine de myéline.

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C. Structure du cerveau

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IV. La conduction et la transmission du message nociceptif

A. Les récepteurs de la douleur dont disséminés dans tous les organes

Différents stimuli mécaniques, chimiques ou thermiques sont susceptibles d'exciter les terminaisons sensorielles des récepteurs de la douleur. On les appelle des nocicepteurs car ils réagissent à des stimuli nocifs.

Ils donnent naissance à des messages nerveux propagés par des fibres nociceptives.

Ces fibres sont dépourvues de myéline et constituent les prolongements des neurones dont le corps cellulaire est localisé dans le ganglion rachidien ou ganglion spinal. Elles pénètrent ensuite dans la moelle épinière par les racines dorsales des nerfs rachidiens.

B. Les messages afférents transitent par la moelle épinière et gagnent l'encéphale

Au niveau de la moelle épinière, les axones de ces neurones établissent des contacts avec d'autres neurones nociceptifs, dont le corps cellulaire est situé dans les cornes postérieurs (ou dorsales) de la substance grise de la moelle épinière.

Les axones de ces neurones gagnent le côté opposé de la moelle épinière et remontent en empruntant la substance blanche de la moelle épinière jusqu'à l'encéphale où naît la sensation de douleur.

La sensation de douleur naît donc de la stimulation des nocicepteurs et de la propagation des messages nerveux le long d'une chaîne de neurones. Ces derniers empruntent des voies particulières jusqu'à l'encéphale où s'élabore cette sensation.

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V. Le message nerveux : un message enregistrable

A. La fibre nerveuse possède un potentiel de membrane pouvant être enregistré

On peut mesurer de part et d'autre de la membre de toutes les cellules une différence de potentiel ou ddp, c'est-à-dire une tension électrique provoquée par une inégale répartition de charges (+) et (-) entre le milieu intracellulaire et extracellulaire.

Extracellulaire = (+)Intracellulaire = (-)

ddp = -70 mV

On peut observer sur un oscilloscope des déviations très brèves qui démontrent que le message nerveux est constitué par une série de signaux électriques.

Les messages nerveux qui cheminent le long des fibres nerveuses sont constitués par des « salves » de signaux bioélectriques tous identiques, d'une amplitude de 100 mV environ.

B. Le message nerveux est un message codé

Le potentiel d'action, noté PA, est une modification provoquée et passagère du potentiel de repos en un point de la fibre. Il est caractérisé par une inversion de la polarité membranaire, le compartiment intracellulaire devenant positif par rapport à l'extérieur.

Il se caractérise par une séquence stéréotypée : dépolarisation, repolarisation et hyperpolarisation rapide de la membrane. Sa durée est brève, de l'ordre du milliseconde.

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Le potentiel d'action présente un caractère invariant. Pour traduire les caractéristiques du stimulus, la fibre nerveuse émet un nombre plus ou moins important de PA, constituant de véritables « trains » de PA. Le message nerveux est codé en modulation de fréquence des potentiels d'action.

Dans l'organisme, les signaux nerveux ne prennent naissance qu'au niveau de certaines structures neuroniques précises. Par exemple, lorsqu'un nocicepteur (qui est un récepteur sensoriel) est excité, il émet un message en direction d'un centre nerveux et il code l'intensité du stimulus par la fréquence d'émission des signaux : plus l'intensité du stimulus augmente, plus la fréquence des potentiels d'action est élevée.

La vitesse de propagation d'un message nerveux va de 1m/s à plus de 100 m/s. Cette vitesse dépend du calibre des fibres et surtout de la présence ou non de myéline.

VI. La transmission synaptique

A. Les synapses, zones de contact entre neurones

Les neurones impliqués dans un réseau ne communiquent pas physiquement les uns avec les autres. Il existe un intervalle au point de contact entre deux neurones : cette zone de rapprochement est appelée synapse.

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Au niveau d'une synapse, on distingue la terminaison pré-synaptique, caractérisée par la présence de vésicules, et la membrane post-synaptique. Les deux parties sont séparées par une fente ou espace synaptique d'environ 20 à 30 nm.

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La terminaison pré-synaptique est toujours un axone, tandis que la partie post-synaptique peut correspondre soit à une dendrite, soit à un corps cellulaire.

B. Un message nerveux chimique dans l'espace synaptique

L'existence d'un espace entre deux neurones implique un changement de nature du message nerveux.

Les vésicules du neurone post-synaptique, qualifiée vésicules d'exocytose, renferment des molécules chimiques appelées neurotransmetteurs ou neuromédiateurs. Ces molécules vont diffuser dans la fente synaptique jusqu'à la membrane post-synaptique.

La membrane post-synaptique possèdes des récepteurs spécifiques de neurotransmetteurs : la formation d'un complexe neurotransmetteur / récepteur va modifier l'état électrique de la membrane post-synaptique.

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L'arrivée d'un signal (2) déclenche la migration (3) des vésicules synaptiques (1) vers la membrane du neurone présynaptique(4).

La membrane des vésicules fusionne avec la membrane cytoplasmique (4). Il y a alors exocytose (5) des neurotransmetteurs.

Les neurotransmetteurs sont libérés dans la fente synaptique (6), c'est à dire dans l'espace qui existe entre le neurone présynaptique et le neurone post-synaptique.

Les neurotransmetteurs sont captés par des récepteurs spécifiques situés dans la membrane du neurone post-synaptique (6).

La pénétration des neurotransmetteurs dans ces récepteurs spécifiques déclenche un signal électrique qui se propage le long du neurone post-synaptique : l'information a ainsi été transmise (7).

Les neurotransmetteurs sont alors éjectés hors des récepteurs spécifiques et en partie recaptés par le neurone présynaptique (8).

La synapse est à nouveau au repos.

Le temps de passage de l'influx à travers la synapse a duré 0,5 milliseconde : c'est le délai synaptique. Un message nerveux est donc transmis depuis un neurone vers un autre neurone, ou vers une cellule effectrice, par des synapses.

Au niveau d'une synapse, le message nerveux présynaptique, codé en fréquence de potentiels d'action, est traduit en message chimique, codé en concentration de neurotransmetteurs. L'activité du neurone post-synaptique est modifiée en fonction de la quantité de neurotransmetteurs captés.

Les synapses ne fonctionnent que dans un seul sens ; elles empêchent donc le message de " revenir ".

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C. Les propriétés liées aux synapses

L'existence de synapses dans les réseaux implique certaines propriétés du fonctionnement nerveux. Au niveau synaptique, le message nerveux est codé par la variation de la concentration de neurotransmetteurs. La quantité libérée dépend en effet de la fréquence des potentiels d'action véhiculés par le neurone pré-synaptique.

La présence de vésicules d'un seul côté de la synapse impose au message nerveux un sens de propagation unidirectionnel.

Deux catégories de synapses peuvent être distinguées :✔ Certains neurotransmetteurs entraînent l'excitation du neurone post-synaptique puis la naissance

d'un message nerveux : on les qualifie de synapses excitatrices✔ D'autres neurotransmetteurs inhibent le neurone post-synaptique en empêchant la naissance d'un

message nerveux : ce sont les synapses inhibitrices

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BILAN

La transmission du message nerveux d'un neurone à l'autre s'effectue au niveau d'une synapse. La nature et le codage du message sont alors modifiés.

Une substance chimique, le neurotransmetteur ou neuromédiateur, libérée en quantité plus ou moins importante va assurer la transmission du message dans l'espace synaptique.

L'existence de synapses excitatrices et inhibitrices permettent un fonctionnement cohérent du système nerveux.

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