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L2 BCP :Neurophysiologie 1

Quelques généralités sur le système nerveux :

Il se décompose en deux parties : - Le système nerveux central (encéphale et moelle épinière, vésicule télencéphale et vésicule diencéphale puis en dessous ce trouve la vésicule mésencéphale. Le mésencéphale, le bulbe rachidien et le myélencéphale forment le tronc - Le système nerveux périphérique Télencéphale : cortex cérébral + noyaux gris de la base+ hippocampe + amygdale et les bulbes olfactif Diencéphale : Thalamus, hypothalamus, épithalamus, nerf optique et rétine Mésencéphale : Colliculus inf et sup , noyau rouge, tegmentum mésencéphalique Métencéphale : Pont et cervelet « formation réticulée pontique » Myélencéphale : Bulbe rachidien « formation réticulée bulbaire » Moelle épinière Les cellules les plus nombreuses dans le cerveau sont les cellules gliales (environ 3 fois plus). Elles sont différents rôles et interagissent avec les neurones : Maintiennent l’environnement ionique des neurones Moduler la fréquence de propagation des signaux nerveux Moduler l’action synaptique par contrôle de l’absorption des neurotransmetteurs Échafauder le développement neural Faciliter (parfois empêcher) le rétablissement du tissu nerveux après lésion. Les cellules macro et micro gliales : Les cellules macro gliales sont Les astrocytes (ce sont celles qui interagissent le plus avec les neurones) Les oligodendrocyte (elle sont un rôle spécial, ce sont des cellules qui s’entourent d’axones et assurent la liaisons périphérique) Les cellules micro gliales sont : Microglies qui sont capables de libérer des substances nocives telle que la cytokine. Classification des neurones : - Taille du corps cellulaire (environ quelques microns à 0.5mm) - Longueur de leur axone (environ 1 mm à plus d’1m) - Leur forme (monopolaires, bipolaires ou multipolaires

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II/- Le neurone

Principales caractéristiques Il y a plus de 100 milliards de neurones chez l’humain. Il y a deux régions chez le neurone : Le corps cellulaire ou soma Les ramifications : dendrites et axones (ensemble appelé neutrite)

Les dendrites ont pour rôle de collecter les informations. Les cellules nerveuses peuvent recevoir des informations grâce à cette partie-là. En effet, plus cette partie est grande plus le nb d’informations peut être important. Ces parties sont des potentiels d’action : il y a deux types de potentiel : potentiels post-synaptique extracteur ou inhibiteur (PPSI ou PdSE). Le rôle du soma est d’intégrer des signaux, le soma correspond au corps cellulaire. Au sein de celui-ci se produit les actions vitales du neurone. Les cellules de Schwann (=neurolemmocytes) sont une variété de cellules gliales qui assurent principalement d’isolation myélinique des axones du système nerveux périphérique des vertébrés (=cellules gliales périphériques). La myélinisation est l’isolation électrique des axones mais dans le système périphérique. Le neurone possède un axone, cet axone émet des PA (potentiels d’action) qui vont pouvoir se régénérer, se reformer au niveau des nœuds de Ranvier. La partie terminale de l’axone permet la transmission d’information aux autres cellules. Cette partie forme une synapse et une dendrite.

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Le message nerveux

Le message nerveux est de nature électrique et est composée de potentiels d’action. Cela signifie que le neurone est dans un état actif mais qu’il serait passif à certains moments de repos. Or ce n’est pas le cas. Un neurone au repos est actif. Lorsque le neurone ne reçoit pas d’informations : pour enregistrer l’état électrique de la cellule, il faut des électrodes et un amplificateur. Les deux électrodes sont dans un espaces intracellulaire, le potentiel est de 0mV mais quand on les insère dans le soma, elles atteignent un potentiel de 60mV. La cellule est isolée de l’espace intracellulaire grâce

à

une membrane qui est liée au canaux ioniques passifs. L’idée est de savoir s’il y a un lien entre la membrane, ces canaux et les ions.

Origine du potentiel de membrane : Gradient osmotique c’est ce qui permet la force ionique, ils permettent les mouvements d’ions. Ils passent généralement de l’endroit où ils sont très présents à l’endroit où ils sont moins présents Gradient électrique  ce gradient permet la mobilité des ions. Les deux gradients combinés forment le gradient électrochimique appelé driving force. Génèse des potentiels transmembranaires et potentiels d’équilibres : On prend l’exemple du potassium qui est à la fois présent dans la partie A et dans la partie B. on place des électrodes dans chaque partie. Au bout d’un certain temps, un potentiel apparaît : la diffusion d’ion du milieu du plus concentré au moins concentré, les ions potassium quittent le milieu A, ce qui signifie que la partie A devient moins positive car elle perd des ions positifs, ce changement de « gradient » crée un potentiel électrique. Le potentiel d’équilibre de chaque ion peut être calculé grâce à la relation de NERNST. Ces courants dans notre cerveau sont donc possible grâce à des canaux passifs. Le courant va dépendre de la présence des ions, de leur canabilité et leur perméabilité (conductance). Chaque canal a une conductance différence. La conductance globale d’un ion est la conductance de chaque canal multiplié par le nombre de canaux. U=RI tout ceci est la loi d’Ohm. Il ne faut pas confondre les courants et les tensions. Le courant a pour unité l’ampère et la tension a pour unité le Volt. Sachant que dans une cellule, la concentration en ions ne varie jamais, il y a donc une compensation cad que la cellule fait sortir des ions pour en faire renter d’autres. Il faut garder ce déséquilibre entre l’intérieur et l’extérieur de la cellule car il faut maintenir le potentiel de membrane. La structure du canal Na+ dépendant du potentiel. Chaque canal est composé de 4 domaines et chaque domaine est composé de 6 segments (avec un segment s4 par domaine) chaque segment a un rôle précis. Le segment s4 joue un rôle dans le potentiel, il détecte le potentiel

Activation des canaux Na+ dépendant du potentiel. Lorsque la cellule est au repos, le corps du canal est fermé et la porte est ouverte. Il faut que le corps se dépolarise pour que les ions sodium puissent y entrer. Il y a ensuite une forme d’inactivation du canal qui correspond à la fermeture de la porte, puis après cela, la porte va revenir à son état de repos. Il est possible de bloquer grâce à des substances l’activation de ces canaux sodiques dépendants du potentiel. La TTX (tétrodotoxine) qui provient du poisson Fugu est une substance (mortelle) qui permet de bloquer l’activité de ces canaux. L’importance de la loi d’Ohm est qu’en mesurant le courant, il est possible de déterminer quels sont les ions qui agissent.

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Conduction de l’influx nerveux

La vitesse de conduction d'une fibre nerveuse dépend de son calibre : elle est proportionnelle à son calibre extérieur. Chez l'homme, les fibres motrices myélinisées de plus gros diamètre (14 µm) conduisent ainsi à environ 60 m/s (216 km/h) mais une fibre de 7 µm conduit à 30 m/s (108 km/h). Cet effet de taille tient à la fois à l'axone et à la gaine de myéline. Deux stratégies existent en effet pour accroître la vitesse de propagation des PA : L’augmentation du diamètre de l'axone. Cette augmentation diminue la résistance interne au passage passif du courant qui génère localement un second PA. Plus le calibre de l'axone est grand, plus sa résistance électrique est faible et plus sa vitesse de conduction est grande. La myélinisation des axones. Les oligodendrocytes (dans le SNC) et les cellules de Schwann (dans le SNP) entourent l'axone d'un manchon de myéline, substance formée de multiples couches de membranes gliales étroitement apposées. La myélinisation est une stratégie adoptée par les vertébrés pour permettre une conduction nerveuse rapide sans devoir augmenter de manière inconsidérée le volume du système nerveux en conséquence de l'augmentation du diamètre des axones. La myéline agit comme un isolant électrique . Cette isolation a deux conséquences : Elle limite la fuite des courants locaux passifs . Ceci permet d'augmenter la distance sur laquelle ils se propagent et donc la vitesse de propagation des PA. Surtout, la conduction électrique devient saltatoire. En effet, en l'absence de myéline, la conduction de fait de proche en proche, tout le long de l'axone et la conduction prend du temps. En présence de myéline, l'émission des PA ne se fait qu'en des points de l'axone où la gaine de myéline s'interrompt, les nœuds de Ranvier. La conduction "saute" d'un nœud à l'autre. La propagation des courants passifs locaux se fait à l'intérieur d'un segment myélinisé jusqu'au nœud de Ranvier suivant où apparaît un nouveau PA. Les nœuds de Ranvier comportent également une forte concentration de canaux sodiques voltage-dépendants au niveau de la membrane de l'axone. La résultante en termes de vitesse de conduction est considérable : les axones non myélinisés ont des vitesses de 0.5 à 1.0 m/s, les axones myélinisés ont des vitesses pouvant aller jusqu'à 120 m/s. La distance entre deux nœuds de Ranvier est comprise entre 0.2 et 2.0 mm selon la taille des axones; la distance étant plus importante dans les axones de gros diamètre. Plus la gaine de myéline est épaisse et plus les manchons de myéline sont larges, plus la vitesse de conduction est grande. Il se trouve que les fibres myélinisées

dont les axones sont les plus gros ont aussi les manchons de myéline les plus épais et les plus longs. Les fibres nerveuses les plus rapides sont donc les fibres myélinisées de gros diamètre.

Figure : Conduction saltatoire Le diamètre de l'axone et le nombre de canaux sodiques voltage-dépendants affectent également l'excitabilité des neurones. Les axones de petit diamètre nécessitent une dépolarisation plus forte pour atteindre le seuil du potentiel d'action et ils sont plus sensibles au blocage par les anesthésiques locaux comme la lidocaïne. Ces substances bloquent temporairement la propagation des PA le long des axones en agissants sur les canaux sodiques voltage-dépendants. Ils sont qualifiés de "locaux" car ils sont administrés à l'intérieur même du tissu à anesthésier. Les fibres de plus petit diamètre sont les fibres conduisant les informations nociceptives à l'origine de la sensation de douleur. En pathologie humaine, la démyélinisation des axones du système nerveux central se rencontre par exemple au cours de la sclérose en plaques et la démyélinisation du système nerveux périphérique au cours du syndrome de Guillain-Barré.

Potentiels d'action, axones et dendrites En règle générale, la membrane du soma et des dendrites ne génère pas de PA liés au sodium car leur membrane contient peu de canaux sodiques voltage-dépendants à la différence de la membrane de l'axone. La partie du neurone qui donne naissance à l'axone à partir du soma, le cône axonique est la zone d'initiation de l'influx nerveux. Dans les neurones du cerveau ou de la moelle épinière, la dépolarisation des dendrites ou du soma causée par les afférences synaptiques issues d'autres neurones entraîne le déclenchement de PA si la dépolarisation de la membrane du cône axonique dépasse le seuil. En revanche, dans la plupart des neurones, la zone d'initiation des PA se trouve en

général près des terminaisons du nerf sensoriel, où la dépolarisation provoquée par la stimulation sensorielle entraîne le déclenchement de PA se propageant ensuite le long des nerfs sensoriels. Les propriétés électriques des neurones varient d'un neurone à l'autre du fait de la variabilité par les propriétés et le nombre de canaux ioniques de la membrane. Ainsi, la réponse typique d'une cellule étoilée du cortex cérébral à l'injection dans le soma de courant dépolarisant est le déclenchement de PA à une fréquence relativement stable pendant toute la durée du stimulus. La plupart des cellules pyramidales du cortex cérébral vont plutôt réagir par une décharge rapide en début de stimulation puis ralentir leur décharge même si la stimulation reste forte. Ce ralentissement de fréquence de décharge s'appelle l'adaptation. Un autre mode de décharge est représenté par des bouffées, un ensemble rapide de PA suivi d'une pause brève. Certaines cellules, dont un soustype particulier de grand neurone pyramidal du cortex, vont même répondre à une stimulation constante par des décharges rythmées et répétées. Il existe en effet un nombre important de types de canaux ioniques et chacun a ses caractéristiques propres. Par exemple, l'activation de certains canaux potassiques est relativement lente. Un neurone qui possède une grande densité de ces canaux fera preuve d'adaptation car, durant la stimulation, les canaux potassiques s'ouvriront lentement les uns après les autres, et le courant sortant qu'ils génèrent aura tendance à hyperpolariser la membrane. Un seul neurone pouvant contenir plus d'une douzaine de canaux ioniques différents, c'est la complexité des interactions entre les canaux ioniques qui signe le type d'impulsion électrique de chaque type ne neurone

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La synapse

Les synapses chimiques :

Le motoneurone vient se brancher sur les fibres musculaires.

Mécanisme synaptique : exemple de la jonction neuromusculaire : Après l’axone présynaptique, ils y a des canaux de calcium appelés canaux calciques voltage dépendant, sous l’éffet de la polarisation, ces canaux s’ouvrent et vont ensuite actionner les canaux de sodium/potassium. L’ouverture de ces derniers canaux entraîne l’entrée de neuromédiateurs qui vont venir se fixer sur les récepteurs spécifiques du neuromédiateur. Les récepteurs laissent passer le sodium. Cela entraîne la génération d’un potentiel d’action qui va se prolonger jusqu’à la fin de ces synapses. C’est grâce à l’ouverture des canaux sodiques et calciques que le PA musculaire peut être généré. Le phénomène d’exocytose (libération des neurotransmetteurs) est assez complexe, c’est un mécanisme moléculaire :

-L’arrimage : la vésicule n’est pas encore au contact de la membrane. -L’amorçage : les protéines vésiculaires et la membrane plasmique qui interagissent. Il y a la formation d’un complexe grâce à : -La fusion des deux membranes qui permet l’entrée de calcium. Synapses au niveau du SNC : les synases les plus nombreuses sont les synapses axo-dendritiques. Les synapses axo-axoniques ont un rôle régulateur. Voyons donc ce qui se asse au niveau post synaptique (= axo – quelque chose)

PPSE : potentiel post synaptique excitateur. Synapse excitatrices.

La liaison du neurotransmetteur entraîne l’entrée d’un ion qui rentre par gradient électrochimique, l’entrée de charges négatives entraîne une fermeture des canaux. Ces un potentiel qui s’oppose à la génèse des PA. Synapse inhibitrice, le potentiel est appelée PPSI.

L’amplitude des PPSE et PPSI : pour la mesurer on branches des élecrodes à plusieurs endroits à des distance conues, et à des potentiels sont mesurés. Ainsi, il est possible de faire une courbe des potentiels et d’en ressortir une constante qui sera appelée λ. Plus le sigal est faible, plus il pourra être conduit loin. Cela signifie que les PA(les infos) créés au niveau du soma ne sont pas sûres d’être amenées jusqu’au récepteur de l’information. Plus l’axone est fin, plus le signal a de chance d’être perdu.

Phénomène d’intégration : sommation spatiale : On enregistre un PPSE au niveau su synapse qui est branché à trois cellules. On enregistre un phénomène de sommation des PPSE et PPSI. Cette sommation est susceptible d’être assez forte pour ouvrir les canaux et ainsi engendrer un PA.

Somation temporaire : On a une augmentation de la fréquence de ces PA qui va permettre une sommation des PPSE partielle.

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Les différents neurotrabsmetteurs (NT)

Un même neurone libère plusieurs catégories de neurotransmetteurs(+100ène). Le premier neurotransmetteur découvert est l’acetylcholine expérience de lewis.Ces neurotransmetteurs vont être classés en fonction de leur taille et de leur famille chimique. Les petts neurotransmetteurs interviennent dans des petites transmissions d(infos, les gros intervient plutôt dans les actions durable. Pour être qualifié de neurotransmetteur, il faut que la molécule répondent à plusieurs caractéristiques : -1) faut que le substance soit présente dans l’élément présynaptique. -2) Libération de la substance doit se faire en réponse à une dépolarisation soit que le neurone subisse une excitation dépendant du calcium. -3) Il faut que le cellule post-synaptique des récepteurs spécifiques pour la substance libérée -4) Présence d’un système de dégration ou recapture de la substance Les neurotransmetteurs subissent un cycle de vie. Les neurones sont capable de les synthétiser puis ensuite de les stocker dans les vésicules. Ils seront libérée par le calcium, ensuite il se lient aux membranes pour créer un PA, puis ils sont ensuite dégradés. Synthèse des neurotransmetteurs : Transmetteur à petite molécule Synthèse du NT dans la terminaison pré-synaptique. Enzyme de synthèse : Fabriquer dans le corps cellulaire puis transportée jusqu’au terminaison nerveuse

Transmetteur peptidiques 1- Synthèse des précurseurs du neurotransmetteur et des enzymes. 2- Transport des enzymes et polypeptides Stockage des neurotransmetteurs : Dans un même neurone, on peut trouver les deux types de vésicules. Les transmetteurs à petites molécules sont stockés dans de petites vésicules donc le centre apparaît clair en microscopie électronique : petites vésicules à centre clair. Les neuropeptides sont stockés dans les vésicules de plus gros diamètre : grandes vésicules à centre dense.

Métabolisme de acetylcholine (Ach) dans les terminaisons nerveuses Réaction de synthèse de l’acétylcholine par l’acetylcholine transférase Glucose→Pyruvate→AcetylCoA + Choline→Acetylcholine Réaction de catabolisme de l’acétylcholine en contact de l’acétylcholinestérase Acetylcholine → Acétate + choline Principales composantes des systèmes cholinergiques central : Les noyaux du Septum et le noyau basal de Meynert innervant très largement l’hippocampe et le cortex central. Ils jouent plusieurs rôles : Dans l’apprentissage, la mémorisation et les cycles veille-sommeil. 2ème neurotransmetteur : Le GABA (Acide gamma-aminobutyrique) synthétisé à partir du glutamate avec le phosphate de pyridoxal comme Coenzyme. Des transporteurs à haute affinités stop l’action et intègre le GABA dans les terminaisons synaptiques. Les voies GABAergiques : Des petits neurones GABAergiques connectés à des interneurones avec une plus grande diversité dans les neurones GABAergiques. Les principales voies glutaminergiques et Dopaminergiques Voies glutaminergiques

Voies Dopaminergiques

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La Pharmacologie

Sur quoi les produits pharmaceutique peuvent agir : Action au niveau des événements pré-synaptiques • Blocage du transport du neurotransmetteur dans l’élément pré-synaptique • Blocage des canaux Na+ / K+ dépendant du potentiel (absence de PA) • Action synthèse ou stockage des NT • Blocage des canaux Ca2+ dépendant du potentiel • Blocage ou facilite la libération de NT Action au niveau des événements post-synaptique Activation(agoniste) ou blocage(antagoniste) des récepteurs Réduction du nombre de récepteur Action sur des enzymes qui inhibent le NT : Exemple : L’utilisation d’organophosphoré (produits phyto, Gaz de combat Sarin) inhibe l’enzyme de dégradation l’acétylcholinestérase (AChE). Cela provoque une hyper activation cholinergique = provoque la mort • Blocage de la réabsorption du NT Activer ou bloquer les récepteurs • • •

Le récepteur NMDA est aussi perméable au Ca 2+ : • Neurotransmetteur : Glutamate • Canal perméable au Na+ et Ca2+ • Blocage par un ion Mg2+ : Déblocage par changement de potentiel de membrane ou en changeant le potentiel osmotique pour éliminer l’ion Mg 2+

Le récepteur GABA : 5 unités création d’un pore lié au un ion chlore (Cl -) Les drogues qui agissent sur certains processus nerveux sont : • Alcool • Analgésique • Anti-dépresseur...