Objectifs

• Décrire l'organisation du système nerveux et la structure du neurone.
• Expliquer le potentiel de repos, le potentiel d'action et la propagation du message nerveux.
• Calculer une vitesse de conduction à partir d'un enregistrement.
• Expliquer la transmission synaptique et l'intégration des messages par un neurone.
• Analyser un réflexe myotatique et son arc réflexe.

1. Organisation du système nerveux et neurone

Le système nerveux comprend :

• le système nerveux central (SNC) : l'encéphale (cerveau, cervelet, tronc cérébral), protégé par le crâne, et la moelle épinière, protégée par la colonne vertébrale ;
• le système nerveux périphérique : les nerfs, qui relient le SNC aux organes. Les fibres sensitives (afférentes) apportent les informations des récepteurs vers le SNC ; les fibres motrices (efférentes) portent les ordres du SNC vers les effecteurs (muscles, glandes).

L'unité de base est le neurone, une cellule spécialisée formée d'un corps cellulaire contenant le noyau, de prolongements courts qui reçoivent les messages (les dendrites) et d'un long prolongement qui les conduit (l'axone), souvent entouré d'une gaine de myéline interrompue par des nœuds de Ranvier. L'axone se termine par une arborisation terminale. Un nerf est un ensemble de nombreuses fibres nerveuses (axones) regroupées.

Légende le neurone : place chaque nom sur la bonne partie.

2. Le message nerveux : un signal électrique

a) Le potentiel de repos

Avec deux électrodes, l'une dans l'axone et l'autre à l'extérieur, on mesure au repos une différence de potentiel d'environ \(-70\ \text{mV}\) : l'intérieur est négatif par rapport à l'extérieur. C'est le potentiel de repos.

Il est dû à une répartition inégale des ions : il y a beaucoup plus d'ions potassium \(\ce{K+}\) à l'intérieur et beaucoup plus d'ions sodium \(\ce{Na+}\) à l'extérieur. La pompe sodium-potassium, qui consomme de l'ATP, maintient ces différences en faisant sortir \(3\) ions \(\ce{Na+}\) et entrer \(2\) ions \(\ce{K+}\) à chaque cycle.

b) Le potentiel d'action

Si une stimulation dépolarise la membrane jusqu'au seuil, une inversion brève de la polarité apparaît : le potentiel d'action (PA). Découvre ses phases.

c) La propagation du potentiel d'action

Le PA qui naît en un point dépolarise la zone voisine, qui produit à son tour un PA : le message se propage sans s'affaiblir, comme une rangée de dominos qui tombent les uns après les autres.

• Dans une fibre sans myéline, la propagation est continue, de proche en proche : elle est lente.
• Dans une fibre myélinisée, le PA saute d'un nœud de Ranvier au suivant : la conduction est saltatoire, beaucoup plus rapide. Elle est aussi plus rapide quand le diamètre de la fibre est plus grand.

Exemple résolu : calculer une vitesse de conduction

Cherche d'abord : on stimule un axone et on enregistre le PA avec deux électrodes R1 et R2 distantes de \(4\ \text{cm}\). Le PA arrive en R2 \(0{,}8\ \text{ms}\) après son arrivée en R1. Calcule la vitesse de conduction.

3. La transmission synaptique

Une synapse est la zone de contact entre un neurone et une autre cellule (neurone, fibre musculaire, glande). Les deux cellules sont séparées par une fente synaptique. La transmission y est chimique et se fait dans un seul sens.

Synapses excitatrices, synapses inhibitrices et intégration

• Une synapse excitatrice produit un PPSE : une petite dépolarisation qui rapproche la membrane du seuil.
• Une synapse inhibitrice produit un PPSI : une hyperpolarisation qui éloigne la membrane du seuil (par exemple avec le GABA).

Un neurone reçoit des milliers de synapses. Au niveau de son segment initial, il fait la somme des PPSE et des PPSI : c'est l'intégration. La sommation spatiale additionne des PPS venant de synapses différentes en même temps ; la sommation temporelle additionne des PPS rapprochés venant d'une même synapse. Si la somme atteint le seuil, le neurone émet des PA.

Exemple résolu : le neurone va-t-il répondre ?

Cherche d'abord : un neurone au repos à \(-70\ \text{mV}\) a un seuil de \(-50\ \text{mV}\). Il reçoit en même temps trois PPSE de \(+8\ \text{mV}\) chacun et un PPSI de \(-6\ \text{mV}\). Émet-il un potentiel d'action ? Et si le PPSI est absent ?

4. Le réflexe myotatique

Un réflexe myotatique est la contraction involontaire d'un muscle en réponse à son propre étirement. Il participe au maintien de la posture. Son trajet, l'arc réflexe, comprend :

flowchart LR
A[Etirement du muscle] --> B[Fuseaux neuromusculaires]
B --> C[Neurone sensitif]
C --> D[Moelle epiniere]
D --> E[Motoneurone]
E --> F[Contraction du muscle etire]
D --> G[Interneurone inhibiteur]
G --> H[Relachement du muscle antagoniste]

• le récepteur : les fuseaux neuromusculaires du muscle étiré ;
• la voie sensitive : le neurone sensitif, dont le corps cellulaire est dans le ganglion spinal ;
• le centre nerveux : la moelle épinière, où le neurone sensitif fait synapse directement avec le motoneurone (réflexe monosynaptique) ;
• la voie motrice : le motoneurone ;
• l'effecteur : le muscle étiré, qui se contracte.

En même temps, par un interneurone inhibiteur, le motoneurone du muscle antagoniste est inhibé : ce muscle se relâche. C'est l'innervation réciproque, qui rend le mouvement efficace.

Erreurs fréquentes

Récapitulatif

• Le système nerveux comprend le SNC (encéphale, moelle épinière) et des nerfs ; son unité est le neurone.
• Au repos, la membrane est polarisée (environ \(-70\ \text{mV}\)) ; au-delà du seuil naît un potentiel d'action par entrée de \(\ce{Na+}\) puis sortie de \(\ce{K+}\).
• Le PA obéit à la loi du tout ou rien ; l'intensité est codée en fréquence ; la conduction est saltatoire dans les fibres myélinisées, \(v = \dfrac{d}{\Delta t}\).
• À la synapse, le message est chimique : neurotransmetteur, récepteurs, PPSE ou PPSI ; le neurone intègre ces messages par sommation.
• Le réflexe myotatique est monosynaptique, avec innervation réciproque du muscle antagoniste.