Communication nerveuse et hormonale : exercices progressifs et étude de cas du réflexe d'éjection du lait

On s'entraîne à lire un message nerveux, à localiser l'action d'une substance sur une synapse, puis on suit une réponse où un message nerveux déclenche un message hormonal : la tétée et l'éjection du lait.

Objectifs

Expliquer comment l'intensité d'une stimulation est codée dans un message nerveux et dans un message hormonal.
Calculer une fréquence de potentiels d'action à partir d'un enregistrement.
Exploiter une expérience pour localiser l'effet d'une substance sur la transmission neuromusculaire.
Analyser un réflexe neuroendocrinien, où les deux modes de communication s'enchaînent.
Repérer et corriger les confusions les plus fréquentes.

Notions clés à mobiliser

	Communication nerveuse	Communication hormonale
Support	Neurones, de cellule à cellule par les synapses	Sang, de la glande à toutes les cellules qui ont le récepteur
Nature du message	Électrique dans la fibre (potentiels d'action), chimique à la synapse (neurotransmetteur)	Chimique (hormone)
Codage de l'intensité	Fréquence des potentiels d'action ; concentration du neurotransmetteur à la synapse	Concentration de l'hormone dans le sang
Rapidité et durée	Très rapide, effet bref et localisé	Plus lente, effet plus durable et souvent diffus

Sur une même fibre nerveuse, que devient le potentiel d'action quand la stimulation devient plus forte (au-dessus du seuil) ?

Son amplitude augmente.
Son amplitude reste la même, mais les potentiels d'action sont plus fréquents.
Il devient plus lent.

Le potentiel d'action d'une fibre obéit à la loi du tout ou rien : son amplitude est constante. L'intensité est codée par la fréquence.

Exercices progressifs corrigés

Niveau 1 : calculer une fréquence de potentiels d'action

Pendant 100 ms, on compte 4 potentiels d'action pour la pression légère et 10 potentiels d'action pour la pression forte. Tous ont la même amplitude. Calcule les deux fréquences et conclus. Cherche d'abord.

On convertit la durée : \(100 \text{ ms} = 0{,}1 \text{ s}\).

Pression légère : \(f = \dfrac{4}{0{,}1 \text{ s}} = 40 \text{ Hz}\). Pression forte : \(f = \dfrac{10}{0{,}1 \text{ s}} = 100 \text{ Hz}\).

L'amplitude ne change pas, la fréquence augmente avec l'intensité de la stimulation : le message nerveux est codé en fréquence de potentiels d'action.

Niveau 2 : localiser l'action d'une substance

On prépare un muscle de grenouille relié à son nerf, puis on le baigne dans du curare. Résultats : stimuler le nerf ne fait plus contracter le muscle ; des potentiels d'action sont pourtant toujours enregistrés dans le nerf ; stimuler directement le muscle le fait contracter. Où agit le curare ? Cherche d'abord.

Le nerf transmet encore des potentiels d'action : le curare n'empêche pas la conduction nerveuse.

Le muscle stimulé directement se contracte : le muscle reste capable de répondre.

Le message ne passe donc plus à la jonction entre le nerf et le muscle, la synapse neuromusculaire.

Explication : le curare se fixe sur les récepteurs de l'acétylcholine de la membrane du muscle et empêche le neurotransmetteur d'agir.

Quel résultat aurait montré que le curare agit sur le muscle lui-même ?

Le nerf ne conduit plus de potentiels d'action.
Le muscle se contracte quand on stimule le nerf.
Le muscle ne se contracte pas, même stimulé directement.

Si le muscle ne répondait plus à une stimulation directe, c'est l'effecteur lui-même qui serait atteint.

Niveau 3 : distinguer un message nerveux d'un message hormonal

Une substance libérée par un organe agit sur un autre organe éloigné. On relie la circulation sanguine de deux animaux et on observe que l'effet apparaît aussi chez le second, alors qu'aucun nerf ne relie les deux animaux. Que peut-on conclure ? Cherche d'abord.

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Le seul lien entre les deux animaux est le sang. Le message est donc transporté par voie sanguine : il s'agit d'un message hormonal. Pour le confirmer, on injecterait l'extrait de l'organe producteur à un animal et on vérifierait que l'effet apparaît.

Étude de cas : la tétée et l'éjection du lait

La succion stimule des récepteurs sensoriels du mamelon : un message nerveux afférent monte jusqu'à l'hypothalamus.

Des neurones hypothalamiques qui fabriquent l'ocytocine sont activés ; leurs axones libèrent l'hormone dans le sang au niveau de la posthypophyse : c'est une neurosécrétion.

Transportée par le sang, l'ocytocine atteint les cellules musculaires qui entourent les alvéoles de la glande mammaire. Elles possèdent le récepteur de l'ocytocine : elles se contractent et le lait est éjecté.

Analyse guidée

Réponds aux questions avant d'ouvrir la correction.

Quelle partie du réflexe est nerveuse, quelle partie est hormonale ?
Pourquoi l'ocytocine n'agit-elle que sur certaines cellules alors qu'elle circule dans tout le corps ?
Comment expliquer que les pleurs du bébé suffisent parfois à déclencher l'éjection ?

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La voie qui va du mamelon à l'hypothalamus est nerveuse (voie afférente). La voie qui va de la posthypophyse à la glande mammaire est hormonale (voie efférente, par le sang). On parle de réflexe neuroendocrinien.
Seules les cellules qui portent le récepteur spécifique de l'ocytocine sont des cellules cibles. Les autres ne répondent pas.
Le cerveau associe les pleurs à la tétée : un message nerveux venu des centres de l'audition et de l'émotion peut activer les mêmes neurones de l'hypothalamus, sans succion. Le centre intégrateur reçoit donc plusieurs informations.

Si l'on anesthésie les récepteurs du mamelon, puis qu'on injecte de l'ocytocine dans le sang, que se passe-t-il ?

Le lait est éjecté, car la voie hormonale et les cellules cibles fonctionnent.
Rien, car la voie nerveuse est bloquée.
La production de lait s'arrête.

L'injection remplace la partie nerveuse du réflexe : l'hormone arrive directement aux cellules cibles, qui se contractent.

Erreurs fréquentes

« Une stimulation forte donne des potentiels d'action plus grands. » Sur une fibre, l'amplitude est constante ; c'est la fréquence qui augmente.
« Le message électrique traverse la synapse. » À la synapse chimique, le message devient chimique : le neurotransmetteur libéré dans la fente synaptique se fixe sur les récepteurs de la cellule suivante.
« Une hormone agit sur toutes les cellules. » Elle circule partout, mais n'agit que sur les cellules cibles qui portent son récepteur.
Confondre nerf et neurone. Un neurone est une cellule ; un nerf est un ensemble de fibres nerveuses (prolongements de neurones).
« Les hormones sont lentes, donc moins importantes. » Leur action est plus lente à s'installer, mais plus durable : les deux systèmes sont complémentaires.
Oublier le sens du message. Dans un réflexe, il faut nommer la voie afférente (vers le centre) et la voie efférente (vers l'effecteur).

Récapitulatif

Dans une fibre, le message nerveux est codé en fréquence de potentiels d'action d'amplitude constante ; à la synapse, en concentration de neurotransmetteur.
Le message hormonal est codé en concentration d'hormone dans le sang et n'agit que sur les cellules cibles.
Pour localiser l'effet d'une substance, on teste chaque maillon : nerf, synapse, effecteur.
Dans le réflexe d'éjection du lait, la voie afférente est nerveuse et la voie efférente hormonale (ocytocine) : c'est un réflexe neuroendocrinien.
Les neurohormones relient les deux systèmes de communication.

Codage en fréquence

Plus la stimulation est forte, plus les potentiels d'action d'une fibre sont nombreux par seconde.

Synapse neuromusculaire

Jonction entre un neurone moteur et une fibre musculaire, où l'acétylcholine transmet le message.

Cellule cible

Cellule qui possède le récepteur spécifique d'une hormone et répond à celle-ci.

Neurohormone

Hormone produite par un neurone et libérée dans le sang, comme l'ocytocine ou l'ADH.

Réflexe neuroendocrinien

Réflexe dont la voie afférente est nerveuse et la voie efférente hormonale.