Activité électrique du nerf

Cours de physiologie animale

SVI – S4Pr. Abdelkhaleq LEGSSYER

a.legssyer@ump.ma

Université Mohamed Premier

Faculté des Sciences

Oujda - Maroc

2013

KCl4 mM

KCl120 mM

K+

Cl-

0-+

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

A B

KCl

KCl4 mM

KCl120 mM

0-+

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

KCl

KCl4 mM

KCl120 mM

0+-

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 EK

A B

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

• EK 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

EK 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+)

EK = R . T

z . F ln

[K]e

[K]i

Application

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

EK = - 0,085 V = - 85 mV

EK = 8,32 x (273 +25) 5

1 x 96 500 140ln

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

ENa = + 0,059 V = + 59 mV

ENa = 8,32 x (273 +25) 150

1 x 96 500 15ln

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 ENa et de EK.

• La membrane de l’axone est perméable aux deux ions.

• Er est proche de EK : cela signifie que la membrane est plus pérméable au K+ qu’elle ne l’est au Na+.

-80

-60

-40

-20

0

+20

+40

+60

-100

E mV

EK

ENa

Er

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 ?

[Na+] [K+] [Cl-]

Extérieur 150 mM 5 mM 120 mM

Intérieur 15 mM 140 mM 9 mM

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+.

Origine de l’activité électrique de l’axone

Na+

K +

Canal Na+

Perméabilité : PNa

Canal K+

Perméabilité : PK

Na+

K +

La PK est supérieur à PNa : sortie de K+ plus forte que l’entrée de Na+.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.

Na+

K +

ATP ADP + Pi

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 = R . T

F ln PNa . [Na]e + PK . [K]e + PCl . [Cl]i

PNa . [Na]i + PK . [K]i + PCl . [Cl]e

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 :

Em = R . T

F ln

PNa . [Na]e + PK . [K]e + PCl . [Cl]i

PNa . [Na]i + PK . [K]i + PCl . [Cl]e

On a PK = 60 PNa = 60 PCl

On remplace PK par 60 PNa et PCl par PNa

Em = - 0,07 V = - 70 mV

Em = 8,32 x (273 +25) PNa . 140 + 60PNa . 5 + PNa . 120

96 500 PNa . 15 + 60PNa . 140 + PNa . 12 ln

Mesure expérimentaletechnique de la microélectrode

Électrode placée à la surfaceMicroélectrode

placée à l’intérieur

oscilloscope

Mesure expérimentaletechnique 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

Moment de l’introduction de la microéléctrode

0

-50

-100

+50

mV

Écran de l’oscilloscope

Er = -70 mV

Stimulation infraliminaire

variation faible de Em appelée

réponse électrotonique

Réponse de l’axone à une stimulation

Em

Seuil de potentiel

Seuil de stimulation

Stimulation infraliminaire

variation faible de Em appelée

réponse électrotonique

Réponse de l’axone à une stimulation

Em

Seuil de potentiel

Seuil de stimulation

Stimulation supraliminaire

Réponse active de l’axone

variation brusque et transitoire de Em appelée Potentiel d’action PA

Seuil de stimulation

Seuil de potentiel

PA de même amplitude

Loi de tout ou rien

Seuil de stimulation

Seuil de potentiel

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

Dépolarisation

Augmentation de la perméabilité

Na+

Repolarisation :

Diminution de la perméabilité Na+

et Augmentation de la perméabilité K+

Dépolarisation

Augmentation de la perméabilité

Na+

Repolarisation :

Diminution de la perméabilité Na+

et Augmentation de la perméabilité K+

Hyperpolarisation :

Augmentation de la perméabilité K+

Dépolarisation

Augmentation de la perméabilité

Na+

• 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

Seuil de stimulation

Seuil de potentiel

1er choc 2ème choc

Technique du double choc

Périodes réfractaires

1er choc 2ème choc

Périodes réfractaires

1er choc 2ème choc

Périodes réfractaires

1er choc 2ème choc

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

Périodes réfractaires

1er choc 2ème choc

Périodes réfractaires

1er choc 2ème choc

Période réfractaire absolue

PRA

Période réfractaire relative

PRR

• La période pendant laquelle le 2ème 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 2ème 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 gNaNaissance de PA

stimulationNaissance 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 1ère électrode

Dépolarisation au niveau de la 2ème électrode

Repolarisation au niveau de la 2ème électrode

Repolarisation au niveau de la 1ère 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

AChNa+

AChNa+

AChNa+

AChNa+

AChNa+

Potentiel de plaque motrice : ppm

Potentiel d’Action musculaire

Dégradation de l’ACh

Fermeture du Canal Na

ROC

Canal Na VOC fermé