6.3- Cours

CHAPITRE 6.3 :
TRANSMISSION ET INTÉGRATION DU MESSAGE NERVEUX
Le cerveau humain est constitué d’environ 10 11 neurones, de plusieurs centaines ou milliers de types
différents, connectés par approximativement 10 14 contacts synaptiques.
1. Structure et ultrastructure des synapses
Planche 1 chapitre 6.3 : paragraphe 1. Exploration cytologique des synapses
1.1. Une synapse, contact entre deux cellules excitables
Une synapse est une zone de contact entre deux neurones, ou entre un neurone et une cellule
effectrice (musculaire ou glandulaire) ou une cellule sensorielle, par laquelle s’effectue la transmission
électrique ou chimique de l’influx nerveux.
Élément présynaptique
Élément postsynaptique
Toujours un axone de neurone
(bouton synaptique de l’arborisation terminale)
Espace synaptique
Autre neurone ou cellule effectrice
(cellule musculaire, glande endocrine)
(bouton synaptique de l’arborisation terminale)
Complexes synaptiques neuroneuroniques et neuromusculaires
L’espace ou la fente synaptique est l’espace compris entre les membranes des deux éléments
synaptiques. Il est large d’environ 10 à 50 nm.
Dans l’élément présynaptique, se trouvent des vésicules d’exocytose ou vésicules présynaptiques
remplies de neurotransmetteurs prêts à être libérés dans la fente synaptique.
La membrane plasmique de l’élément postsynaptique est épaissie du fait de la présence de
nombreuses protéines membranaires (récepteurs).
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1.2. Diversité de synapses :
* Les synapses à transmission électrique (très rares)
* Les synapses à transmission chimique : intervention de neurotransmetteurs.
apple Entre deux neurones : synapse neuroneuronique ou interneuronale.
apple Entre neurone et cellule effectrice : synapse neuroeffectrice
Exemple : motoneurone et fibre musculaire = plaque motrice = synapse neuromusculaire
2. Transmission synaptique du message nerveux par voie chimique
Planche 1 chapitre 6.3 : paragraphe 2. Exploration biochimique d’une synapse
Planche 1 chapitre 6.3 : paragraphe 3. Étapes du fonctionnement d’une synapse
2.1. Libération du neurotransmetteur
L’arrivée d’un message nerveux (train de PA) provoque une entrée d’ions Ca 2+ , ce qui déclenche
l’exocytose, dans l’espace synaptique, de vésicules présynaptiques contenant un neurotransmetteur (un
seul type par synapse).
Un neurotransmetteur est un molécule chimique assurant exclusivement la transmission synaptique
de l’influx nerveux.
Dans le cas de la plaque motrice, le neurotransmetteur est l’acétylcholine.
2.2. Fixation du neurotransmetteur
Le neurotransmetteur se fixant sur des récepteurs protéiques de la membrane postsynaptique
provoque une modification du potentiel de membrane : c’est le potentiel postsynaptique ou PPS.
Le récepteur peut être couplé à un canal ionique ou à une protéine.
Dans le cas de la plaque motrice, le récepteur à l’acétylcholine de type nicotinique est couplé à
un canal à Na + .
2.3. Inactivation rapide du neurotransmetteur
La dégradation enzymatique ou la recapture par la terminaison axonique du neurotransmetteur rend
très fugace l’action de celui-ci, ce qui limite l’existence du PPS et ce qui autorise une modulation très fine
de l’activité du neurone postsynaptique.
Dans le cas de la plaque motrice, l’enzyme est l’acétylcholine estérase.
Conclusion : le message nerveux présynaptique, codé en fréquence de PA, est traduit en message
chimique codé en amplitude de concentration de neurotransmetteur, lui-même traduit en message codé en
amplitude de PPS (pouvant déclencher la naissance d’un message nerveux postsynaptique codé en fréquence
de PA). Il existe donc une relation directe entre la fréquence des PA présynaptiques et la quantité de
neurotransmetteur libéré.
3. Intégration cellulaire de l’information
Planche 2 chapitre 6.3 : Intégration cellulaire de l’information
3.1. Les neurotransmetteurs
Un neurotransmetteur est une molécule chimique assurant exclusivement la transmission synaptique
de l’influx nerveux.
Chaque synapse libère un seul de type de neurotransmetteurs.
• Acétylcholine
• Amines : catécholamines (dopamine, adrénaline, noradrénaline), sérotonine, histamine
• Acides aminés : GABA (acide gamma aminobutyrique), glycine, glutamate
• Neuropeptides : endorphine, ocytocine
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3.1.1. L’acétylcholine
a. Structure
b. Mode d’action :
Pour expliquer la diversité de ses effets, il convient de préciser que l'acétylcholine se
fixe sur deux types de récepteurs postsynaptiques.
apple Récepteurs nicotiniques : récepteur couplé à un canal perméable aux cations (cas
de la cellule musculaire striée, neurones postsynaptiques du SN autonome).
apple Récepteurs muscariniques : récepteur couplé à une protéine G avec souvent une
activation de la cellule postsynaptique (organes cibles du SN parasympatique)
3.1.2. La noradrénaline
a. Structure
Adrénaline avec « no radical » : noradrénaline
b. Mode d’action
Les catécholamines se fixent sur différents récepteurs postsynaptiques qui modulent
l’ouverture de canaux ioniques.
C’est la diversité des récepteurs qui explique la diversité des effets de la noradrénaline
(récepteurs α1, α2, β1, β2, β3).
3.2. Les potentiels postsynaptiques excitateur ou inhibiteur (PPSE et PPSI)
Il existe deux types de synapses classées en fonction de l’effet du NT sur la polarité de la
membrane postsynaptique :
3.2.1. Synapse activatrice
Ex : R nicotinique à l’Ach : entrée de Na + d’où dépolarisation = PPSE
3.2.2. Synapse inhibitrice
Ex : R au GABA (Gamma amino butyrique acide) : entrée de Cl – ou sortie de K + d’où
hyperpolarisation = PPSI
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3.3. Le traitement postsynaptique de l’information : les sommations
Les dendrites collectent les informations au niveau des boutons synaptiques et les acheminent vers
le corps cellulaire sous forme de PPS (remarque : PA au niveau des axones, PPS au niveau des dendrites).
Dans un centre nerveux, chaque neurone reçoit donc au niveau de ses dendrites et du corps
cellulaire de multiples afférences, les unes excitatrices, les autres inhibitrices, provenant de très nombreux
neurones.
Seule l’arrivée de plusieurs PA présynaptiques déclenchent (ou non) l’apparition d’un PPS. Dans
tous les cas, le PPS résultant a une amplitude égale à la somme des différents PPS unitaires.
3.3.1. La sommation spatiale
Addition de PPS (PPSE + PPSI) provenant de plusieurs synapses.
PPS
I
PPS
E
3.3.2. La sommation temporelle
Addition de PPS provenant d’une même synapse (c’est-à-dire la libération répétée de
neurotransmetteur par un même bouton synaptique).
3.4. Intégration par le neurone des divers PPS
3.4.1. La zone d’intégration = le “segment initial” de l’axone
Les PPSE et PPSI naissent sur la membrane du corps cellulaire et des dendrites.
Les divers PPS (PPSE+PPSI) se propagent à la surface des dendrites et des corps cellulaires
des motoneurones en subissant un phénomène d’amortissement.
Ils atteignent la zone du « segment initial » qui est une zone d’intégration spatio-temporelle
(phénomène de sommation).
Le potentiel transmembranaire qui apparaît au niveau du segment initial est la somme
algébrique de l’ensemble des PPS qui l’atteignent.
3.4.2. Initiation d’un potentiel d’action
Si le PPS global dépasse le seuil de dépolarisation (au niveau du segment initial) il naît un
message codé en fréquence de PA.
L’amplitude de la somme des PPS (PPS global) est alors codée en fréquence de PA.
L’axone conduit alors le message nerveux sans atténuation.
3.4.3. Conséquences sur la cellule post-synaptique
Contraction ou relâchement d’un muscle (codage en amplitude)
Génération ou non d’un potentiel d’action (codage en fréquence)
Conclusion :
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Le neurone est une cellule qui conduit des messages électriques grâce aux propriétés de sa membrane.
Les messages afférents, codés en fréquence de PA, entraînent au niveau synaptique, une libération de NT
codée en amplitude de concentration qui engendre, à son tour, un nouveau message nerveux codé en fréquence
de PA. Du fait de sa structure polarisée et régionalisée, le neurone assure la réception, l’émission, la conduction
et la transmission des messages nerveux dont il conserve les caractéristiques.
Cela conduit à un fonctionnement adapté et coordonnée des organes.
4. Importance des synapses dans la maturation du cerveau du fœtus et de l’enfant
Le système nerveux se développe à partir du tube neural et des crêtes neurales, formées par l’ectoderme
superficiel. Dès la quatrième semaine de la vie intra-utérine, des cellules neuroépithéliales se spécialisent en
trois phases :
• une phase de prolifération, qui conduit au nombre de cellules définitif indispensable au
développement du système nerveux,
• une phase de migration, jusqu’à leur localisation définitive,
• une phase de différenciation des neuroblastes, cellules nerveuses embryonnaires.
À la naissance, le cerveau du nouveau-né, formé d’environ 10 milliards de neurones, pèse 340 grammes.
À l’âge de deux ans, il atteint environ 1 100 grammes et 1 400 grammes à 20 ans. Le nombre de neurones
restant inchangé, les connexions entre les différents neurones se poursuivent pendant les deux premières années
de la vie, au cours de la myélinisation des fibres nerveuses. Chaque neurone peut avoir jusqu’à 100 000
contacts avec les neurones voisins. Le cervelet, qui à la naissance n’est qu’une ébauche, achève sa croissance
au douzième mois.
5. Facteurs modulant les synapses
5.1. Les facteurs de croissance
Des molécules particulières, les facteurs de croissance, interviennent dans la mise en place des
relations entre les différents neurones. Le facteur de croissance des cellules nerveuses ou NGF (en
anglais : Nerve Growth Factor) peut stimuler les neurones dans la formation de nouvelles connexions.
La découverte du NGF est un espoir pour les malades atteints de maladie dégénérative, telle que la
maladie de Parkinson.
5.2. Les substances hormonales
Les hormones thyroïdiennes, sécrétées à partir du quatrième mois de la vie fœtale, sont
indispensables pour assurer le développement du système nerveux. Une insuffisance en hormones
thyroïdiennes chez l’enfant est responsable d’un ralentissement ou d’une déficience du développement
cérébral : l’enfant est alors atteint d’arriération mentale.
5.3. Les stimulations environnementales
Pendant les premiers mois qui suivent la naissance, le très jeune enfant développe de nombreuses
capacités liées à son environnement : la tétée (réflexe de succion), tenir sa tête, se redresser, tenir un
objet, sourire,...
À un an environ, il se tient debout, en liaison avec son développement psychomoteur. Vers l’âge de
2 ans, il commence à dominer ses sphincters. Durant toute sa période de croissance, son milieu affectif et
son milieu environnemental influent sur son développement.
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5.4. Les facteurs toxicologiques
Planche 3 chapitre 6.3 : « Différents types de perturbations pathologiques du fonctionnement d’une synapse ».
Polycopié : « Les liaisons fortes de la nicotine »
Polycopié : « Action de l’ectasy sur nos synapses »
Certaines substances augmentent la vitesse de transmission de l’influx nerveux, ou au contraire la
ralentissent, et l’inhibent :
5.4.1. Augmentation de la transmission synaptique
Par augmentation de la synthèse des neurotransmetteurs
Par augmentation de la libération des NT
Par inhibition de la dégradation enzymatique des NT
Par inhibition de la recapture des NT
5.4.2. Diminution de la transmission synaptique
Par blocage de la synthèse des NT
Par inhibition de la libération des NT
Par dégradation des NT
Par blocage des récepteurs postsynaptiques
Exemple : le curare est une substance toxique, extraite de diverses plantes, avec laquelle les
indigènes de l’Amérique du Sud imprègnent l’extrémité de leurs flèches. Ce poison dangereux se
fixe à la place de l’acétylcholine. L’influx nerveux ne peut alors plus être transmis au muscle : il en
résulte une paralysie des muscles respiratoires et la mort. Les curares sont utilisés en anesthésie
pour provoquer un relâchement musculaire en vue de la réalisation d’une opération chirurgicale.
Mais ces substances exposent à un grand risque de réaction allergique grave. L’utilisation de ces
médicaments est réservée aux praticiens ayant reçu une formation en anesthésie et en réanimation.
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