Activité électrique du nerf

Cours de physiologie animale

SVI – S4

Pr. Abdelkhaleq LEGSSYER

a.legssyer@ump.ma

Université Mohamed Premier

Faculté des Sciences

Oujda - Maroc

2013

KCl

4 mM

KCl

120 mM

K⁺

Cl^-

Les deux compartiments sont séparés par une membrane perméable uniquement aux ions K⁺.

A

B

K

Cl

KCl

4 mM

KCl

120 mM

0

-

+

Le K⁺ passe de B vers A sous l’effet du gradient chimique.

Le Cl^- a tendance à se déplacer vers A mais ne peut pas traverser la membrane, il reste dans B.

Il se produit alors un gradient électrique entre A et B.

A

B

K

Cl

KCl

4 mM

KCl

120 mM

0

+

-

Sous l’effet du gradient électrique, le K⁺ se déplace vers B

Le K⁺ continue à se déplacer vers A sous l’effet du gradient chimique

Il se produit alors un état d’équilibre. La ddp correspondant à cet état est appelée potentiel d’équilibre de K⁺ noté E_K

A

B

Calcul du potentiel d’équilibre d’un ion cas du K⁺ : E_K

• E_K est calculé par l’équation de Nernst
• Cette équation prend en considération uniquement la concentration de l’ion à l’intérieur et à l’extérieur de la cellule
• Le rapport des concentrations est toujours ext / int

E_K est exprimé en V et doit être transformé en mV

T : Température en °K : 273 + t en °C R : Constante des gaz parfaits = 8,32 J/ mol.° K

F : Constante de Faraday = 96500 C z : charge de l’ion (+1 pour le K⁺)

Application

• On veut calculer le E_K dans le cas d’un axone placé à 25°C ;
• On a : [K]e = 5 mM et [K]i = 140 mM.

E_K = - 0,085 V = - 85 mV

Cas du K⁺

Si la membrane de l’axone était perméable uniquement au K⁺, le potentiel de la membrane serait égal à - 85 mV.

Application

• On veut calculer le E_Na dans le cas d’un axone placé à 25°C ;
• On a : [Na]e = 150 mM et [Na]i = 15 mM.

E_Na = + 0,059 V = + 59 mV

Cas du Na⁺

Si la membrane de l’axone était perméable uniquement au Na⁺, le potentiel de la membrane serait égal à + 59 mV.

Potentiel de repos de l’axone

• L’axone au repos a un potentiel Er = -70 mV.
• Ce potentiel est différent de E_Na et de E_K.
• La membrane de l’axone est perméable aux deux ions.
• Er est proche de E_K : cela signifie que la membrane est plus pérméable au K⁺ qu’elle ne l’est au Na⁺.

Origine de l’activité électrique de l’axone

• A l’état de repos l’axone est chargé positivement à l’extérieur et négativement à l’intérieur. Cette répartition des charges entre extérieur et intérieur est à la base de l’activité électrique de l’axone. Elle donne naissance à une ddp entre l’extérieur et l’intérieur appelée potentiel de membrane.

• Qu’elle est l’origine de ce potentiel de membrane ?

Origine de l’activité électrique de l’axone

Il existe un gradient de concentration pour le sodium et le potassium. Le sodium est plus concentré à l’extérieur et le potassium est plus concentré à l’intérieur.

• Le Na⁺ a tendance à quitter l’axone et le K⁺ a tendance à entrer dans l’axone.
• La membrane de l’axone est plus perméable au K⁺ qu’elle ne l’est au Na⁺.

K

Canal Na⁺

Perméabilité : P_Na

​

Canal K⁺

Perméabilité : P_K

K

Puisque chaque ion porte une charge positive, il se produit une accumulation de charges positives à l’extérieur et de charges négatives à l’intérieur.

Ces charges migrent les unes vers les autres mais restent séparées par la membrane.

Création d’une ddp entre l’intérieur et l’extérieur appelée potentiel de membrane. Au repos ce potentiel est de -70 mV.

Mouvements des ions Na⁺ et K⁺ au repos

• Au repos, il y a un mouvement continue de Na⁺ vers l’intérieur et de K⁺ vers l’extérieur à travers des canaux ouverts appelés canaux de fuite.
• Ces mouvements ont tendance à équilibrer les concentrations des deux ions entre l’intérieur et l’extérieur.
• Afin de maintenir un gradient de concentration, un transport actif de Na⁺ vers l’extérieur et de K⁺ vers l’intérieur s’effectue grâce à une pompe appelée pompe Na-K. Cette pompe utilise l’ATP.

K

Canaux de fuite ouverts au repos

Pompe Na-K

Calcul du potentiel de membrane : Em

• Em est calculé par l’équation de Goldmann
• Cette équation prend en considération la concentration des ions à l’intérieur et à l’extérieur et la perméabilité de la membane vis-à-vis des ions Na⁺, K⁺ et Cl^-

Em est exprimé en V et doit être transformé en mV

T : Température en °K : 273 + t en °C R : Constante des gaz parfaits = 8,32 J/ mol.° K

F : Constante de Faraday = 96500 C P : perméabilité de la membrane pour l’ion X

Application

• On veut calculer le Em d’un axone au repos sachant que sa membrane est 60 fois plus perméable au K⁺ qu’elle ne l’est au Na⁺ et au Cl^-.
• L’axone est placé à une température de 25°C :

On a P_K = 60 P_Na = 60 P_Cl

On remplace P_K par 60 P_Na et P_Cl par P_Na

Em = - 0,07 V = - 70 mV

Mesure expérimentale�technique de la microélectrode

Mesure expérimentale�technique de la microélectrode

Avant introduction de la microéléctrode

La ddp entre les 2 électrodes = 0 mV

Après introduction de la microéléctrode

On observe la naissance d’une ddp

0

-50

-100

+50

mV

Écran de l’oscilloscope

Réponse de l’axone à une stimulation

Em

Réponse de l’axone à une stimulation

Em

Stimulation supraliminaire

PA de même amplitude

Loi de tout ou rien

L’axone obéit à la loi de tout ou rien :

Soit il n’y a pas de PA

Soit il y a un PA d’amplitude maximale

• L’axone obéit à la loi de tout ou rien :
• Soit il n’y a pas de PA
• Soit il y a un PA d’amplitude maximale

Périodes réfractaires

1^er choc

2^ème choc

Technique du double choc

Périodes réfractaires

1^er choc

2^ème choc

Périodes réfractaires

1^er choc

2^ème choc

Périodes réfractaires

1^er choc

2^ème choc

Le 2^ème choc ne donne pas de PA car le canal sodique se trouve dans un état inactivé

Périodes réfractaires

1^er choc

2^ème choc

Périodes réfractaires

1^er choc

2^ème choc

• La période pendant laquelle le 2^ème choc ne donne pas de réponse s’appelle période réfractaire absolue (PRA). Elle correspond à la durée du PA qui est de l’ordre de 2 ms.

​

• La période pendant laquelle le 2^ème choc donne un PA d’amplitude plus faible s’appelle période réfractaire relative (PRR). Elle est de l’ordre de 10 ms.

Propagation du PA le long de l’axone

stimulation

dépolarisation

stimulation

stimulation

Courants locaux

stimulation

Courants locaux

Stimulation de la zone voisine

Ouverture de gNa

Naissance de PA

stimulation

Naissance de PA

stimulation

repolarisation

stimulation

repolarisation

stimulation

repolarisation

Activité électrique du nerf

axones

nerf

L’activité électrique du nerf est la somme de l’activité électrique des axones qui le composent

Mesure expérimentale de �l’activité électrique du nerf

2 électrodes de surface

Les électrodes mesurent la ddp entre 2 zones situées à la surface : électrodes de surface PA de surface

Dépolarisation au niveau de la 1^ère électrode

Dépolarisation au niveau de la 2^ème électrode

Repolarisation au niveau de la 2^ème électrode

Repolarisation au niveau de la 1^ère électrode

4

0

1

2

3

stimulation

1

2

3

4

PA de surface biphasique

4

0

1

2

3

stimulation

Synapse neuromusculaire

• C’est une jonction entre deux cellules :
• La cellule présynaptique est une cellule nerveuse toujours.
• La cellule post synaptique est une cellule musculaire

​

Membrane post synaptique

Récepteur ACh

Canal Na ROC

Canal Na VOC

ACh

Na+

ACh

Na+

ACh

Na+

ACh

Na+

ACh

Na+

Potentiel de plaque motrice : ppm

Potentiel d’Action musculaire

Dégradation de l’ACh

Fermeture du Canal Na ROC

Canal Na VOC fermé