UE SNEC – Physiologie Pr. Bouhaddi 06/09/2022 Binôme n°3 : d’or et d’alu Physiologie des neurones et transmission synaptique I. Introduction 1. Deux systèmes de contrôle (communication intercellulaire) Toutes les grandes fonctions de l’organisme sont régulées par deux systèmes de contrôle : • Système nerveux = assure ses fonctions par une transmission nerveuse : régule, coordonne les activités par des signaux électriques et des neurotransmetteurs (substance chimique au niveau du SN) : c’est la tour de contrôle, il régit toutes les activités rapides de l’organisme. Il est câblé et fonctionne par l’intermédiaire de synapses, où se fait la régulation. La transmission nerveuse est assurée par les signaux électriques (Potentiel Post synaptiques PPS) et Potentiel d’action (PA) et les neurotransmetteurs ou neuromédiateurs (molécules informatives qui modulent ou modifient l’activité du SN). Il possède un champ d’action très court et rapide, il va gérer la motricité par exemple. Les signaux électriques sont détectés par l’EEG (électroencéphalogramme). • Système endocrine = transmission hormonale (ou humorale) : hormones, glandes endocrines notamment les glandes périphériques avec un chef d’orchestre qui est l’hypophyse, lui-même contrôlé par l’hypothalamus. Il possède une action dans la durée et va donc plutôt gérer les actions métaboliques et endocriniennes (reproduction, croissance, régulation…). Ces 2 systèmes vont interagir, en des actions réciproques, l’objectif étant de maintenir l’homéostasie. Ces 2 systèmes interagissent via le système hypothalamo-hypophysaire : l’hypothalamus contrôle les glandes endocrines en libérant des hormones qui circulent dans le sang. Homéostasie (d’après Claude Bernard) : « capacité de l’organisme à maintenir un état de stabilité relative des différents composants de son milieu interne (variables biologiques) malgré les changements constants de l’environnement externe ou interne ». Elle consiste à maintenir les variables physiologiques et biologiques autour de leur valeur consigne et avec un intervalle de référence (la pression ou le pH par exemple). C’est un état dynamique et non statique, les variables peuvent varier mais doivent rester compatibles avec la vie. 2. Interaction entre l’environnement (intérieur et extérieur) et l’organisme. La vie de relation correspond à l’interaction avec l’environnement externe, assurer des mouvements volontaires (marcher… = apraxie : mouvement réalisé dans un but bien précis) et permet la perception (càd la compréhension, interprétation de manière consciente d’une sensation) du monde extérieur grâce à des récepteurs sensoriels : somesthésie (sensibilité du corps), vision, audition, équilibre, goût, olfaction. Il correspond au système nerveux somatique. 3. Du point de vue anatomique le SN comprend : • Le SNC (système nerveux central) : encéphale et moelle spinale (tissu nerveux enfermé dans la boite crânienne et dans la colonne vertébrale et qui vont communiquer via le SNP pour agir sur les organes cibles). • Le SNP (système nerveux périphérique) : nerfs et ganglions (voie de communication via un réseau de nerf accompagné par des amas de cellules nerveuses qui permettent aux nerfs de faire relai avec l’extérieur du SNP, au niveau des noyaux/ganglions, ils sont situés à l’extérieur du SNC). Nerfs : ensemble de fibres nerveuses qui vont innerver une région précise avec un trajet définit et précis. Page 1 sur 6 UE SNEC – Physiologie 06/09/2022 Pr. Bouhaddi Binôme n°3 : d’or et d’alu o 12 paires de nerfs crâniens : sortent au niveau du tronc cérébral, et desservent la tête et le cou et vont assurer toutes les fonctions sensorielles, la motricité faciale, à l’exception du nerf vague/pneumogastrique (X) qui lui va s’étendre pour traverser la cavité thoracique et abdominale et pour contrôler les viscères (utile dans la fonction cardiaque, respi, dig,…). La plupart de ces nerfs sont des nerfs mixtes (sensitifs et moteurs) à l’exception de certains comme le nerf optique. Innervation sensitive : transmission de l’info vers le centre Innervation motrice : transmission vers l’organe effecteur. o 31 paires de nerfs spinaux rachidiens : ils émergent de la moelle spinale et chaque nerf va suivre un trajet bien particulier, ce sont des nerfs mixtes. Dans ce SNP on distingue : • SN somatique : contrôle l’activité du muscle strié squelettique. • Perception du monde environnant, motricité, praxie • Réponse volontaire • SN végétatif (= SN autonome) : gère l’activité viscérale : muscle lisse (tous les organes creux, les vaisseaux), cardiaque, et les glandes • Contrôle du monde intérieur (maintien homéostasie) • Fonctionnement autonome 4. Du point de vue fonctionnel le SNC comprend : 3 parties qui ont des fonctions complémentaires, différentes et fondamentales : • Une partie sensitive : fonction sensorielle, récepteurs sensoriels, elle nous permet une représentation de l’environnement (milieu extérieur) et de notre organisme. Elle assure l’entrée de l’information pour permettre la perception (chaud/froid, etc..). • Une partie motrice : fonction motrice : assurée par les motoneurones situés dans la corne antérieure de la moelle spinale et au niveau du tronc cérébral (qui innervent les muscles striés) + interneurones (neurones d’association, partout dans le SN, les plus répandus). Cette activité motrice va organiser et permettre la réalisation du mouvement • Une partie d’intégration : la plus complexe, encore peu comprise, qui assure fonction d’intégration grâce aux interneurones, à la base des fonctions cérébrales dites « supérieures » : les fonctions cognitives (intellectuelles comme le langage, la pensée, la conscience, l’apprentissage...). Cette fonction relie l’activité sensorielle et l’activité motrice pour coordonner l’activité. Schéma : Les récepteurs sont situés au niveau de l’environnement ou du milieu intérieur et sont sensibles aux modifications, cela entraine un stimulus au niveau d’un récepteur sensoriel, qui va être transmis par des voies afférentes vers le SNC où chaque étage traite une fonction particulière, qui va traiter cette info, la coder, l’emmagasiner, et il va assurer la fonction motrice en agissant par la voie efférente sur les organes internes ou bien sur les muscles striés squelettiques pour rétablir l’homéostasie. On parle de rétroaction. II. Neurone : unité fonctionnelle polarisée Le neurone est une unité fonctionnelle polarisée, unidirectionnel et hautement spécialisée, avec une forte activité métabolique car elle a besoin d’énergie pour entretenir le maintien d’un potentiel de repos et assurer des transports membranaires. Page 2 sur 6 UE SNEC – Physiologie 06/09/2022 Pr. Bouhaddi Binôme n°3 : d’or et d’alu Ces cellules sont très vulnérables, elles sont sensibles à l’hypoxie et à l’hypoglycémie car la cellule nerveuse ne peut utiliser que le glucose comme réserve d’énergie. Ces réserves en glucose sont d’ailleurs faibles car elle ne dispose pas de l’équipement de dégradation du glycogène, elle a donc très peu de réserve d’énergie et de moyens de stockage comparé à d’autres tissus. La structure est composée d’un ensemble somatodendritique (dendrites + corps cellulaire ou soma) et d’un axone (= fibre nerveuse) qui peut être myélinisé ou non (influe sur la vitesse de conduction). Il va se terminer par une arborisation terminale et chaque branche se termine en un bouton synaptique où l’information sera transmise à d’autres neurones. Donc l’information qui nait au niveau d’un neurone sera transmise vers la terminaison pour aller ensuite vers le réseau neuronal. Le signal électrique part toujours de la dendrite ou du corps cellulaire vers l’axone. Cela n’est pas un fonctionnement normal quand le trajet est en sens inverse. Le neurone est une cellule particulière qui a plusieurs fonctions : • Réception de l’information au niveau de l’ensemble somatodendritique avec une hétérogénéité des canaux ioniques et des récepteurs • Intégration pour avoir un message unique • Conduction via les fibres nerveuses (axone) et dépendante de la myélinisation • Distribution dans des réseaux neuronaux Cette diversité impose à la cellule nerveuse une activité métabolique très importante pour assurer toutes ces fonctions. III. Cellules gliales La névroglie représente 90 % des cellules du système nerveux. Les neurones occupent seulement les 10 % restant. Les cellules gliales = névroglie = glie = « colle » = tissu conjonctif du système nerveux /!\ Ce ne sont pas des cellules nerveuses, ce ne sont donc pas des cellules excitables. Elles accompagnent les cellules nerveuses et leur sont indispensables car elles ont un rôle de soutien : nutrition, support mécanique… Au niveau du SNC on retrouve 4 types de cellules gliales : • Astrocytes : ce sont des cellules étoilées qui ont un rôle mécanique (tuteur de cellules nerveuses), elles permettent l'organisation spatiale des neurones. Elles aident à la formation de la barrière hémato-encéphalique (pour que les cellules du sang ne passent pas dans le LCR). Leurs pieds adhèrent aux capillaires et sécrètent une substance qui diminue la diffusion des substances à travers les jonctions. Homéostasie électrolytique : Elles ont un rôle tampon (régulation des mouvements d'ions pour éviter l'hyper/hypoexcitabilité) car elles capturent le potassium (ions K+) en excès. Rappel : au niveau intracellulaire le K+ est majoritaire alors qu’au niveau extracellulaire c’est le Na+. Elles interviennent aussi dans la transmission synaptique (signalisation chimique). • Oligodendrocytes : servent d'isolant (formation de la myéline) ce qui permet une transmission rapide des informations le long des axones. La formation de la myéline se fait par un prolongement qui s’enroule autour de l’axone et forme ainsi des couches lipidiques isolantes pour les fibres ce qui empêche la déperdition des Page 3 sur 6 UE SNEC – Physiologie 06/09/2022 Pr. Bouhaddi Binôme n°3 : d’or et d’alu ions et induit ainsi une transmission plus rapide. Elles ont de nombreux prolongements. Un oligodendrocyte peut myéliniser plusieurs axones. Destruction de la gaine de myéline dans le cas de la sclérose en plaque, ce qui diminue la rapidité de la transmission le long des axones engendrant une faiblesse musculaire. • Cellules épendymaires (cellules épithéliale): elles synthétisent le LCR (liquide céphalo-rachidien ou cérébrospinal, spécifique du SN) au niveau des plexus choroïdes (microvaisseaux sanguins dans la cavité du système nerveux) qui sont des cavités cérébrales. Ce sont des cellules épithéliales spécialisées dans le transport, elles présentent une bordure en brosse. Les plexus choroïdes sont des structures vasculaires (amas de micro-vaisseaux) au niveau des cavités cérébrales, tapissés par des cellules épendymaires ce qui permet la filtration du sang pour former le LCR. Le sang va passer à travers plusieurs cavités qui vont effectuer la filtration : • 2 ventricules latéraux au niveau des hémisphères cérébraux • 3 ventricule au niveau diencéphalique (vers thalamus et hypothalamus) • 4 ventricule au niveau mésencéphalique (entre le cervelet et le tronc cérébral), communique avec le canal épendymaire qui longe la moelle spinale e e • Microglie : rôle de défense immunitaire, elle protège le SNC, aussi appelée « éboueur du cerveau », capable de synthétiser des substances signal libérées lors de réactions inflammatoires, petites cellules semblables aux macrophages. La plupart des tumeurs cérébrales résultent d’un développement anarchique de ces cellules gliales car elles gardent leur capacité à se diviser même à l’âge adulte. Au niveau des nerfs périphériques, on retrouve des cellules de Schwann qui assurent la myélinisation entraînant une conduction saltatoire du potentiel d’action. Ces cellules sont l’équivalence des oligodendrocytes dans le SNC. Schéma : On aperçoit une cavité au-dessus, tapissée de cellules épendymaires qui filtrent et synthétisent le LCR, présence de mécanismes de transport Les oligodendrocytes qui myélinisent les axones et relient les neurones entre eux. C'est par leurs pieds (pieds astrocytaires) que les astrocytes entrent en contact avec les vaisseaux participant à la barrière hémato-encéphalique. IV. Système de protection du SN Les cellules nerveuses adultes ne se régénèrent plus. Elles composent un tissu nerveux qui lui est très fragile. Une simple petite pression peut entrainer des dégâts irréversibles. C’est pour cela qu’on retrouve 4 systèmes de protection : 1. Os protecteurs La structure osseuse (boite crânienne, colonne vertébrale) protège le SN vis-à-vis de l'extérieur. 2. Méninges C'est une membrane protectrice et nourricière qui stabilise la matière cérébrale. Il y en a 3 types (de l’extérieur vers l’intérieur) : • La dure-mère : c'est la plus externe, c’est le seul type de feuillet doté de récepteurs à la douleur. Elle est épaisse et la plus solide, elle possède 2 feuillets (interne et externe) soudés qui peuvent être séparés pour Page 4 sur 6 UE SNEC – Physiologie 06/09/2022 Pr. Bouhaddi Binôme n°3 : d’or et d’alu former les sinus veineux (qui permettent de drainer le sang veineux du cerveau vers la circulation sanguine (jugulaire)). • L'arachnoïde (méninge intermédiaire) : elle a une forme de toile d'araignée, ses filaments constitués de fibre de collagène amarrent la substance cérébrale à la dure-mère et au crâne, le LCR se trouve et est drainé dans l'espace sousarachnoïdien (entre l’arachnoïde et la pie-mère) par les villosités arachnoïdiennes. Elle présente les villosités arachnoïdiennes (sorte de soupape de la membrane) qui drainent le LCR des sinus de la duremère pour permettre son renouvellement et participe au maintien de la pression intracrânienne. Elle abrite quelques veines et artères. • La pie-mère : elle entoure intimement la substance cérébrale, elle est très fine et très fragile. 3. Liquide cérébro-spinal (LCS) ou liquide céphalo-rachidien (LCR) C'est le véritable 2 milieu intérieur spécifique du tissu cérébral. C'est un filtrat du sang par les cellules épendymaires dans les plexus choroïdes des ventricules cérébrales. Dans sa composition c'est un liquide qui est semblable au plasma mais avec une composition ionique différente. De plus il possède PEU de protéines. Donc si l'on détecte des globules rouges ou des protéines, c'est qu'il y a un souci. e • Les plexus choroïdes des ventricules cérébraux renouvellent 0,4 mL/min, ce qui assure un renouvellement du LCR toutes les 6 à 8 heures. • C’est un liquide clair d'environ 150 mL, avec un pH de 7,32 environ (à titre indicatif) (volume et pH doivent rester à peu près constants). • Il est sécrété par les mécanismes de transport à travers la membrane de cellules épithéliales des plexus choroïdes (le transport actif de Na+ via la pompe Na+/K+ ATPase est le moteur de la sécrétion du LCR). • 65 % de ce LCR est produit par les ventricules latéraux (V1 et V2) et par le 4 ventricule (V4). ème Le LCR circule des ventricules latéraux vers le 3 ventricule avant de rejoindre le 4 ventricule par l’aqueduc cérébral (aqueduc de Silvius) pour enfin être drainé passivement vers le canal épendymaire de la moelle spinale, cependant la majeure partie pénètre dans l’espace sous arachnoïdien depuis le 4 ventricule (le seul à communiquer avec cet espace via des orifices) pour être drainé par les villosités arachnoïdiennes vers les sinus veineux dans la dure-mère et participer au renouvèlement permanent du LCR. Régulation de la production du LCR : ème ème ème - Innervation cholinergique et noradrénergique - Stimulation des fibres beta adrénergiques peut augmenter sa sécrétion - Absence d’effet de l’aldostérone (capital sodique) et l’ADH (capital hydrique) Le LCR est donc un deuxième milieu intérieur qui assure donc une : • Protection physique : rôle d'amortisseur liquide car permet la flottaison du cerveau (baisse du poids cerveau et donc de la pression du tissu cérébral sur les vaisseaux et les nerfs crâniens). L’encéphale pèse dans l’air environ 1,5kg mais grâce au LCR qui joue le rôle de coussin aqueux le poids apparent peut être diminué de 30 à 40x donc la pression qu’exerce l’encéphale sur les nerfs crâniens et les vaisseaux est moindre. Page 5 sur 6 UE SNEC – Physiologie 06/09/2022 Pr. Bouhaddi Binôme n°3 : d’or et d’alu • Protection chimique : tampon biochimique (équilibre ionique), élimination des déchets cellulaires Le LCR est un liquide biologique que l’on peut prélever = ponction lombaire du LCR de l'espace sous-arachnoïdien. On ponctionne en dessous de L1 car il n’y a pas de moelle spinale puisqu’elle arrête son développement à 4/5 ans alors que la croissance de la colonne vertébrale continue (queue de cheval). On peut aussi y injecter des choses (antibiotiques, chimiothérapies ou anesthésiques). • Toute variation de la composition, du volume ou de la pression du LCR atteste un trouble cérébral. → Une augmentation du volume du LCR (= hydrocéphalie) en cas de tumeur augmente la pression intracrânienne par exemple. • Le LCR participe aux échanges métaboliques via la barrière hémato-encéphalique → Le SNC possède de puissants systèmes de protection, et possède une homéostasie indispensable à l’activité cérébrale. 4. Barriere hémato-encéphalique : C'est la barrière sang/liquide interstitiel ou sang/tissu nerveux. Ce n'est pas une barrière au sens physique mais elle apparaît comme une interface d’échange sélective en bloquant des substances du sang et protégeant ainsi le cerveau des substances potentiellement nocives (ex : bactéries). Les capillaires cérébraux sont moins perméables : • Endothélium étanche : les cellules endothéliales des capillaires cérébraux sont liées par des jonctions serrées qui empêchent la diffusion des molécules, entourés par des astrocytes. • Couche basale • Les pieds astrocytaires participent aussi à cette étanchéité via libération paracrine (agissent directement sur la barrière) de sécrétions entraînant la synthèse de jonctions serrées. Les substances hydrophiles (eau, glucose, AA essentiels) passent la barrière par des transporteurs (ex aquaporines) ainsi que les substances liposolubles (lipide, alcool, nicotine, anesthésiques, …). Mais certains médicaments ne peuvent pas passer (grosses taille, chimie particulière ex : dopamine) ainsi que les déchets métaboliques (urée). Ex : la maladie de Parkinson est une altération du système dopaminergique. On peut apporter de la dopamine mais la barrière hématoencéphalique empêche son passage, donc traitement par la L-dopa (précurseur) qui elle peut passer pour être transformée en dopamine dans le cerveau. Page 6 sur 6
