Année universitaire 2008-2009

S2 - UNITE 3

PHY O52

Anatomie fonctionnelle du système nerveux et production motrice

-14CM + 8h TD-

LICENCE STAPSMarseille/Gap

Enseignante pour les CM: Joëlle Barthèlemy

���� Anatomie et physiologie humainesElaine N. MARIEBPearson Education

���� Physiologie humaine - Une approche intégrée -

Dee Unglaub SilverthornPearson Education

La majorité des illustrations proviennent de ces 2 ouvrages ou de sites web faisant référence à ces ouvrages.

���� Physiologie du sport et de l’exercice physiqueWilmore et CostillHuman kinetics

���� Biologie humaine – Principes d’anatomie et de physiologie -Elaine N. MARIEBPearson Education

Principales références bibliographiques

CHAPITRE ICHAPITRE I

GENERALITES SUR LE GENERALITES SUR LE

SYSTEME NERVEUXSYSTEME NERVEUX

Le Système Nerveux (SN) est le centre de régulation et de

communication de l’organisme.

Il nous permet de:

I. INTRODUCTIONI. INTRODUCTION

���� Bouger, danser,���� Rêver,���� Parler, chanter���� Nous nourrir,���� Réfléchir, raisonner …

Le SN est un ensemble d’organes:organes des sens, nerfs, cerveau, moelle

épinière…qui travaillent ensemble pour contrôler et

coordonner des réponses rapides de l’organisme.

Il détecte les modifications de l’environnement et assure les réponses à ces modifications.

Il assure l’Homéostasie de l’organisme.

Neurones sensitifs afférents

Interneurones

Neurones moteurs efférents

effecteur

PERCEPTION INTEGRATION

REPONSEMOTRICE

LE SN REMPLIT 3 FONCTIONS

ETROITEMENT LIEES

II. MODE GENERAL DII. MODE GENERAL D’’ACTION DU SNACTION DU SN

UN FONCTIONNEMENT PAR RETROACTION

III. ORGANISATION GENERALE DU SNIII. ORGANISATION GENERALE DU SN

SYSTEME NERVEUX

SNCEncéphale et moelle épinière

Centre de régulation et d’intégration

SNPNerfs crâniens et rachidiens

Voies de communicationSNC Organisme

SNSympathique SNParasympathique

Voie sensitiveNeurones sensitifs

somatiques et viscérauxRécepteurs SNC

Voie motriceNeurones moteurs

SNC Effecteurs

SNAutonome : “ involontaire ”Muscle cardiaque, Muscles lisses, Glandes

SNC

SNSomatique :“ volontaire ”Muscles squelettiques

SNC

Encéphale

Moelle épinière

Neurofibre sensitive somatique

Neurofib

remotric

e

somatiq

ueMuscle

squelettique

Peau

Viscère

SNP : système nerveux périphérique

SNC : système nerveux central

Neurofibre sensitive viscérale

Neurofibre motrice para sympathique

Neurofibre motrice sympathique

CHAPITRE IICHAPITRE II

STRUCTURE ET PHYSIOLOGIE STRUCTURE ET PHYSIOLOGIE

DU TISSU NERVEUXDU TISSU NERVEUX

Le tissu nerveux comporte 2 types de cellules :

I. Les cellules du systI. Les cellules du systèème nerveuxme nerveux

Elles remplissent tous les vides

entre les neurones(tout ce qui est en noir sur ce dessin).

1. 1. Les cellules gliales : la nLes cellules gliales : la néévroglievroglie

Il y a différents types de cellules gliales���� différentes fonctions:

2.2. Les neuronesLes neurones

a/ Principales caractéristiques des neurones

Les neurones sont les unités fonctionnelles du SN.

1. 1. Les cellules glialesLes cellules gliales

Cellule bipolaire (rétine)

Cellule amacrine(rétine)

Cellule ganglionnaire (rétine)

Cellules pyramidale (cortex)

Neurones du noyau du nerf V (trijumeau)

Neurone étoilée du cortex

moteur

Cellule de Purkinje (cervelet)

Dendrites très

ramifiées

Les neurones peuvent avoir des formes très différentes.

b/ Structure des neurones

a/ Principales caractéristiques des neurones

Corps cellulaire

Noyau

Axone

Dendrites

Les prolongements sont comme des rues à sens unique.

Chaque ramification terminale de l’axone

présente une extrémitébulbeuse:

c’est la terminaison axonaleou bouton terminal ou bouton synaptique

c/ Organisation fonctionnelle du neurone

Noyau

Dendrites

Axone

Corps cellulaire

Arborisation terminale

a/ Principales caractéristiques des neuronesb/ Structure des neurones

d/ L’axone et la gaine de myéline

c/ Organisation fonctionnelle du neurone

a/ Principales caractéristiques des neuronesb/ Structure des neurones

Certains axones ont une gaine de couleur blanchâtre:la gaine de myéline

Espaces entre les cellules

� axones myélinisés.

• De protection• À isoler les neurones électriquement les uns des autres• À optimiser la conduction

La gaine de myéline sert:

e/ Classification des neurones

Les neurones ont une même structure de base mais ils présentent des différences importantes de morphologie ou

dans la disposition de leurs prolongements.

On les classe souvent selon 2 critères :

- en fonction de leur morphologie ���� classification structurale

- en fonction de leur rôle ���� classification fonctionnelle

a/ Principales caractéristiques des neurones

b/ Structure des neurones

c/ Organisation fonctionnelle du neurone

d/ La gaine de myéline

dendrites

axoneClassification structurale

Neurone bipolaire

Neurone multipolaire

Neurone unipolaire

Sens de propagation de l’influx

� Neurone sensitif

Classification fonctionnelle

Neurone unipolaire

� Neurone moteur

neurone multipolaire

� Neurone sensitif

� Neurone d’association ou interneurone

� Neurone moteur

� Neurone sensitif

Substance blanche

Substance grise

3. 3. Point dPoint d’’anatomie anatomie

Les nerfs : des regroupements d’axones

Les neurones sont excitables donc ils peuvent réagir à une modification de leur

environnement: « un stimulus » en générant un courant électrique: « un influx nerveux » capable de se propager

le long de l’axone.

II. Les signaux II. Les signaux éélectriques des neuroneslectriques des neurones

I. Les cellules du systI. Les cellules du systèème nerveuxme nerveux

11-- Polarisation de la membrane du neuronePolarisation de la membrane du neurone

Toutes les cellules vivantes présentent une polarisation de leur membrane appelée:

potentiel de repos membranaire

On place les bornes d’un voltmètre de part et d’autre

de la membrane d’un neurone isolé

�enregistrement d’un voltage de -70mV.

150mmol/l

150mmol/l5mmol/l

15mmol/l

MECMEC MICMIC

110mmol/l 10mmol/l

65mmol/l0,2mmol/l

Ce PR (Vm) résulte de 2 facteurs:

a) Les gradients de concentration ionique à travers la membrane

Pourquoi les cellules possèdent-elles une charge électrique?

liés à l’inégalité de répartition des ions à travers la membrane

b/ La perméabilité sélective de la membrane à ces ions

de nombreux canaux K+ sont ouverts

150mmol/l

5mmol/l

110mmol/l

150mmol/l

15mmol/l

10mmol/l

peu de canaux Cl-sont ouverts

peu de canaux Na+ sont ouverts

+

+

+

-

-

-

���� Courant

MECMEC MICMICAu repos

Il y a un léger surplus d’ions «+»

Il y a un léger surplus d’ions «-»

c/ Les pompes Na+/K+

Na+

K+

Cl-

Prot-

PO4-

MIC

MEC

MIC

MEC

Transport actif

Les neurones peuvent réagir à un stimulus (excitabilité).� Réaction = ouverture, par exemple, de canaux sodium de la membrane

Baisse d’ions + à l’extérieur

Hausse d’ions + à l’intérieur

2. 2. Les potentiels membranairesLes potentiels membranaires

a/ Dépolarisation et Hyperpolarisation

Gradient de concentration

du Na+

Le Potentiel de repos devient moins négatif

(����- 0mV : la ddp����) :

���� Dépolarisation

Le Vm devient plus négatif (-70 � -90mV : la ddp�)

���� Hyperpolarisation

b/ Les potentiels gradués

���� Leur voltage est fonction de l’intensité de la stimulation qui les provoque.

���� Leur voltage diminue avec la distance donc le courant s’amortit.

S = Stimulus

1, 2, 3 = Intensité faible, modérée, élevée

(≈-50mV )

c/ Les potentiels d’action

Les potentiels gradués qui ont assez d’énergie peuvent atteindre la «zone gâchette» du neurone et

déclencher un potentiel d’action (PA).

«Zone gâchette»

Sa particularité:

elle comporte un nombre très important de canaux Na+ voltage-dépendants.

Neurone unipolaire

neurone multipolaire

Notion de seuil « critique »

- 70mV →→→→ - 60mV →→→→- 50 mV →→→→ +30mV

Dépolarisation très rapide, environ 1ms

Le point dépolariséreprend rapidement sa

polarité Potentiel d’action

c’est la repolarisation

Hyperpolarisation

A la fin du PA,

150mmol/l

150mmol/l5mmol/l

15mmol/l

MEC MIC

Les pompes Na/K vont rétablir les conditions ioniques en faisant sortir les ions Na+ et entrer les ions K+

MIC

MEC

d/ Périodes réfractaires

Période réfractaire absolue

Période réfractaire relative

���� Si la dépolarisation ne dépasse pas le seuil : pas de PA.

���� Les potentiels d'action prennent toujours naissance au niveau du cône d’implantation de l’axone.

���� Si la polarité de la membrane du corps cellulaire dépasse le seuil d ’excitation : PA qui se propage

3. La propagation des potentiels d3. La propagation des potentiels d’’actionaction

CC’’est la loi du tout ou rienest la loi du tout ou rien

a/ Propagation des PA le long des axones amyéliniques

Fibre nerveuse

dépolarisation

1. dépolarisation

2. dépolarisation de la zone voisine…

même principe que la vague dans un stade

déplacement d’un potentiel d’action le long de la membrane du neurone:

La gaine de myéline accélère la vitesse de propagation de l’influx nerveux

grâce grâce àà la la conduction saltatoireconduction saltatoire

b/ Propagation des PA le long des axones myélinisés

T=1

T=2

Conduction saltatoire

Elle dépend de 2 facteurs =

• Diamètre de la fibre nerveuse

• Présence de myéline

c/ Vitesse de déplacement de l’influx nerveux

Les fibres nerveuses les plus rapides:les grosses fibres myélinisées

Les fibres nerveuses les plus lentes:les petites fibres non myélinisées

Un stimulus fort fait réagir plus de neurones qu’un stimulus faible

4. Codage du message nerveux4. Codage du message nerveux

ce qui augmente la probabilité de générer un PA

La fréquence des potentiels produits est plus grande si le stimulus est fort.

L ’intensité du stimulus est donc codée en fréquence de PA

III. La communication intercellulaire dans III. La communication intercellulaire dans le systle systèème nerveuxme nerveux

I. Les cellules du systI. Les cellules du systèème nerveuxme nerveux

II. Les signaux II. Les signaux éélectriques des neuroneslectriques des neurones

1 mm3 de substance grise du cortex peut contenir 5

milliards de synapses.

Dendrites

Corps Cellulaire

Axone

Synapse

Une fois à l’extrémité de l’axone, le signal nerveux est transmissible à d’autres neurones ou à des

effecteurs.

Ces points de «connexion» entre deux neurones sont situés majoritairement:

Neurone présynaptique : transmet l’information

Neurone postsynaptique: reçoit l’information

Neurone présynaptique

Neurone postsynaptique

Quel que soit le type de synapse neuronale, il y a toujours

1. La synapse 1. La synapse éélectriquelectrique

Permet le passage direct des courants électriques d’un neurone à l’autre

Dans les synapses électriques,appelées aussi : jonctions ouvertes, jonctions communicantes, gap junction, nexus …

il y a passage direct des ions par les canaux � modification de la polarité de la membrane post-synaptique

1. La synapse 1. La synapse éélectriquelectrique

Permet le passage direct des courants électriques d’un neurone à l’autre

2. La synapse chimique2. La synapse chimique

Permet le passage indirect de l’influx nerveux via des molécules chimiques : les neurotransmetteurs.

Dans les synapses chimiques (majoritaires),

fente synaptique

neurotransmetteur

En résumé ����

Le type de canal qui s’ouvre suite à la fixation du neurotransmetteur

sur son récepteur conditionne:

- le type d’ions qui traverse la membrane post-synaptique

- et donc le sens de la modification de la polarisation de cette

membrane.

Que provoque l’ouverture de canaux ioniques?

Le passage d’ions � courants ioniques qui modifient le potentiel de membrane.

Selon le type de neurotransmetteur et le type de récepteurs sur lequel il agit, il y a :

PPSEPPSI

exemples

Dans une synapse donnée, un neurotransmetteur donné cause toujours un PPSE ou un PPSI.

Les effets du neurotransmetteurs ne s’exercent que pendant quelques millisecondes car il est rapidement

éliminé

IV. IntIV. Intéégration des messages nerveuxgration des messages nerveux

Chaque neurone peut recevoir des milliers de

synapses qui peuvent fonctionner en même temps, les

unes étant excitatrices, les autres inhibitrices.

Comment réagit le neurone face à tous ces influx?

Les PPS se somment au niveau du cône Les PPS se somment au niveau du cône axonalaxonal

1. Sommation temporelle1. Sommation temporelle

� : fréquence des influx

1 synapse (1) excitatrice active

2. Sommation spatiale2. Sommation spatiale

4 synapses (1, 2, 3, 4) excitatrices actives

Mais un neurone donné reçoit généralement des « terminaisons PPSE » et des « terminaisons PPSI » !

Ex. neurone moteur

CalculSomme des PPSE

etSomme des PPSI

V. Organisation des neurones et V. Organisation des neurones et traitement de ltraitement de l’’informationinformation

1. Les neurones sont organis1. Les neurones sont organiséés en rs en rééseauxseaux

Réseaux divergents

Un stimulus déclenche des réponses dans un nombre croissant de neurones, dans une ou plusieurs voies.

Réseaux convergents

Diverses informations (de sources différentes ou d’une même source) convergent sur un même neurone

pour engendrer une réponse.

Réseaux réverbérants

Le message entrant franchit une chaîne de neurones qui établissent, par des collatérales, des synapses avec les

neurones précédents dans la chaîne

Réseau parallèle post décharge

Un stimulus est transmis à des réseaux parallèles qui convergent sur un même neurone

2. Traitement de l2. Traitement de l’’informationinformation

���� En série :

un neurone stimule un neurone qui stimule un neurone...�réponse spécifique et prévisible.

C ’est le cas des réflexes spinaux.

���� En parallèle :

diverses informations sont réparties entre différentes voies et traitées simultanément par des réseaux différents.

Dans le cas des réflexes par exemple, le traitement en parallèle permet la perception de l’événement.