Le tissu nerveux capte, transmet et intègre des informations pour piloter des réponses rapides et coordonnées.

Le tissu nerveux et ses propriétés — Fonction de relation (Terminale)

Objectifs : Comprendre la structure du tissu nerveux, ses propriétés fonctionnelles (excitabilité, conductivité, intégration) et savoir utiliser les notions d'équilibre ionique et de potentiel de membrane pour expliquer l'activité nerveuse.

Notions clés

1. Organisation du tissu nerveux

Définition : Le tissu nerveux est composé de neurones (unités fonctionnelles) et de cellules gliales (soutien, myélinisation, métabolisme). Les neurones ont trois parties principales : dendrites (réception), corps cellulaire (intégration) et axone (conduction).

2. Propriétés fonctionnelles : excitabilité, conductivité, intégration

Excitabilité : capacité d'une cellule nerveuse à répondre à une stimulation par un changement du potentiel de membrane (dépolarisation ou hyperpolarisation).

Conductivité : capacité à propager une variation de potentiel le long de l'axone. La myéline augmente la vitesse de conduction.

Intégration : au niveau du corps cellulaire et des synapses, sommation des signaux excitateurs et inhibiteurs qui détermineront ou non le déclenchement d'un potentiel d'action.

Les propriétés électrophysiologiques reposent sur la distribution des ions et la perméabilité membranaire. Rappels utiles :

Équation de Nernst (potentiel d'équilibre d'un ion) : \(E=\dfrac{RT}{zF}\ln\dfrac{[\text{ion}]_{\text{ext}}}{[\text{ion}]_{\text{int}}}\).
Courant ionique approximatif : \(I=g\,(V-E)\) où \(g\) est la conductance, \(V\) le potentiel membranaire et \(E\) le potentiel d'équilibre de l'ion.

Quelle affirmation est correcte ?

Le potentiel d'action est une somme graduée de petits signaux.
Le potentiel d'action est un phénomène tout-ou-rien déclenché si le seuil est atteint.
La myéline ralentit la conduction le long de l'axone.

Le potentiel d'action est bien tout-ou-rien ; la myéline augmente la vitesse de conduction.

Exemples résolus

Exemple 1 — Calcul du potentiel d'équilibre du potassium (K+)

Cherchez d'abord : calculez \(E_K\) à 37 °C si \([K^+]_{\text{int}}=140\ \mathrm{mM}\) et \([K^+]_{\text{ext}}=5\ \mathrm{mM}\). (Utilisez la forme pratique en logarithme décimal : \(E=\dfrac{61.5}{z}\log_{10}\dfrac{[\text{out}]}{[\text{in}]})\).

Voir la solution

Étape 1 — Paramètres : pour \(K^+\), \(z=+1\). On utilisera \(61.5\ \mathrm{mV}\) à 37 °C.

Étape 2 — Appliquer la formule : \[ E_K=\dfrac{61.5}{1}\log_{10}\dfrac{5}{140} \]

Étape 3 — Calculer le logarithme : \(\log_{10}(5/140)=\log_{10}(0.0357)\approx -1.447\).

Étape 4 — Multiplier : \(E_K\approx 61.5\times(-1.447)\approx -89\ \mathrm{mV}\).

Conclusion — Le potentiel d'équilibre pour \(K^+\) est environ \(-89\ \mathrm{mV}\), ce qui tend à maintenir l'intérieur de la cellule négatif si la perméabilité au K+ domine.

Exemple 2 — Calcul d'un courant ionique simple

Si la conductance pour le Na+ vaut \(g_{Na}=20\ \mathrm{mS\cdot cm^{-2}}\), le potentiel membranaire actuel est \(V=-65\ \mathrm{mV}\) et le potentiel d'équilibre du Na+ est \(E_{Na}=+60\ \mathrm{mV}\), quel est le courant \(I_{Na}\) (signe conventionnel : courant sortant positif) ?

Étape 1 — Formule : \(I_{Na}=g_{Na}(V-E_{Na})\).

Étape 2 — Remplacer : \[ I_{Na}=20\times(-65-60)\ \mathrm{mS\cdot cm^{-2}}\times\mathrm{mV} \]

Étape 3 — Calcul : \(-65-60=-125\) donc \(I_{Na}=20\times(-125)=-2500\ \mu\mathrm{A\cdot cm^{-2}}\) (ou \(-2.5\ \mathrm{mA\cdot cm^{-2}}\)).

Conclusion — Le courant est négatif (entrant selon convention électrophysiologique), ce qui correspond à une entrée nette de charges positives (Na+ entrant).

À propos du potentiel d'équilibre calculé pour \(K^+\) ci-dessus, quelle affirmation est vraie ?

Un potentiel d'équilibre négatif signifie que l'ion tend à sortir pour rendre l'intérieur plus négatif.
Un potentiel d'équilibre négatif signifie que l'ion tend à entrer pour rendre l'intérieur plus positif.
Le signe du potentiel d'équilibre n'a pas de lien avec le mouvement de l'ion.

Un potentiel d'équilibre négatif pour K+ signifie que, si la membrane est perméable au K+, le flux net de K+ sortira (cations sortants) pour atteindre cet équilibre, rendant l'intérieur plus négatif.

Erreurs fréquentes

Confondre potentiel d'équilibre et potentiel de membrane : le premier est lié à un ion donné, le second est le résultat global des perméabilités et concentrations.
Oublier le signe de la valence \(z\) dans les équations (important pour ions négatifs comme Cl-).
Interpréter un courant négatif sans préciser la convention de signe.

Quelle pratique évite une erreur quand on calcule des potentiels ?

Utiliser arbitrairement les unités sans conversion.
N'utiliser que des logarithmes népériens sans raison.
Vérifier la valeur de la valence \(z\) et l'unité de température avant d'appliquer la formule.

Vérifier \(z\) et la température permet d'appliquer correctement l'équation de Nernst (ou sa forme pratique).

Récapitulatif

Le tissu nerveux est constitué de neurones et de cellules gliales. Ses propriétés principales sont l'excitabilité (réponse à un stimulus), la conductivité (propagation du signal) et l'intégration (sommation synaptique). Les phénomènes électrophysiologiques s'expliquent par la distribution ionique et la perméabilité membranaire : l'équation de Nernst et la loi \(I=g(V-E)\) sont des outils essentiels.

Neurone

Cellule excitable avec dendrites, corps et axone.

Excitabilité

Capacité à générer une variation du potentiel de membrane.

Nernst

\(E=\dfrac{RT}{zF}\ln\dfrac{[\text{out}]}{[\text{in}]}\) potentiel d'équilibre d'un ion.

Conductance

Mesure de la perméabilité ionique, apparait dans \(I=g(V-E)\).