TS2 -Chapitre 1 : TISSU NERVEUX ET SES PROPRIETES
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TS2 -Chapitre 1 : TISSU NERVEUX ET SES PROPRIETES

  • I.  Propriétés du tissu nerveux

EXERCICE1 : maitrise des connaissances sur le PR (2005)

Par un exposé clair et illustré, décrire une expérience de mise en évidence du potentiel de repos (PR) d’une cellule nerveuse, puis expliquer son origine et son maintien

Corrigé : MAITRISE DES CONNAISSANCES SUR LE PR (2005)

Introduction

La cellule nerveuse ou neurone est une cellule hautement spécialisée tant du point de vue de son architecture que de son fonctionnement. Elle est en effet formée d’un corps cellulaire de forme étoilée, avec plusieurs prolongements courts appelés dendrite et d’un unique prolongement long appelé axone. Elle assure grâce au message nerveux qu’elle peut conduire, la communication entre les différents organes et le système nerveux central : c’est donc une cellule excitable. Elle est à l’image de la plupart des cellules de l’organisme, une cellule polarisée dans les conditions naturelles. Cette polarité correspond à une différence de potentiel (ddp) entre le milieu intracellulaire et le milieu extracellulaire, ou potentiel de repos (pr) . Comment peut-on mettre en évidence ce PR ? Qu’est-ce qui est à l’origine de ce PR ? Comment est-il maintenu au niveau du neurone ? C’est à ces trois principales questions que nous tenterons de répondre dans notre exposé.

I/ Mise en évidence de PR

Lorsqu’on place deux électrodes réceptrices à la surface de l’axone d’un neurone, le spot d’électrons de l’oscilloscope sur lequel les ER sont branchées balaie horizontalement à partir de zéro. Ce résultat ne s’explique que si l’on admet que deux point de la surface d’un axone ont la même charge : ils sont équipotentiels.

Avec le même dispositif expérimental, on constate que dès qu’on enfonce la deuxième ER, le spot d’électrons balaie horizontalement mais à partir d’une valeur négative. Compte tenu de la valeur négative des électrons et du branchement conventionnel des ER aux plaques horizontales de l’oscilloscope, nous en déduisons que l’axoplasme est négativement chargé par rapport au milieu extracellulaire correspondant au PR. Ce PR est environ de l’ordre de – 70 mv à – 60mv selon la cellule.

II/ Origine et maintien du PR

1 / Origine du PR

Les analyses chimiques ont révélé que la concentration en Na+ est plus importante dans le milieu extracellulaire que dans l’axoplasme alors que celle de K+ est plus importante dans l’axoplasme. Selon le principe de la dialyse, les ions K+ diffusent de l’axoplasme vers le milieu extracellulaire alors que les ions Na+diffusent de l’extérieur vers l’axoplasme. L’utilisation d’isotopes radioactifs de ces ions a révélé que l’axolomme est plus perméable aux ions K+qu’aux ions Na+. Il en résulte alors un excès de cation à l’extérieur et donc un déficit de ces mêmes cations de part et d’autre de la membrane axonique . Ce PR étant maintenu en permanence au niveau d’un neurone vivant, nous devons donc admettre qu’en plus de la dialyse simple, un autre type d’échange de ces cations à travers l’axolomme intervient.

 2/ Le maintient du PR.

L’utilisation d’isotopes radioactifs du sodium, a révélé que parallèlement à l’échange de ce soluté par le biais de la diffusion simple, il est également échangé contre le gradient de concentration. Ce phénomène disparaissant lorsqu’on bloque la respiration cellulaire (phénomène producteur d’énergie) à l’aide de poisons respiratoires comme le DNP ou le cyanure. Ces résultats montrent que parallèlement à l’échange passif des ions Na+ et K+ à travers l’axolomme, un échange actif de ces mêmes cations a également lieu, mais dans le sens opposé. Ce dernier correspond à la pompe Na+/K+ ATPase qui fait sortir théoriquement à chaque tour de « rotation » 3 Na+ et fait entrer 2K+ dans l’axoplasme. Au final, par la diffusion simple et l’échange actif, la quantité de cations sortant s’équilibre avec celle entrant ; d’où le maintient du déficit de cations dans l’axoplasme ; et donc du PR.

Conclusion

Le potentiel de repos correspond donc à un déséquilibre ionique de part et d’autre de la membrane axonique. C’est un phénomène purement biochimique qu’on observe d’ailleurs au niveau de la plupart des cellules vivantes. En outre, il est pour l’essentiel, à l’origine de l’excitabilité de la cellule nerveuse.

EXERCICE2 : Structure du nerf et vitesse de conduction de l’influx (02,5 points – 1997)

Les neurophysiologistes ont utilisé beaucoup de modèles expérimentaux pour déterminer la nature de l’influx nerveux ; mais également les facteurs intervenant dans sa conduction. A cet effet , des mesures de la vitesse de l’influx nerveux à 37° C pour diverses fibres isolées de mammifères ont donné les résultats du tableau du document 6.

Document 6

1)- Déterminer les facteurs agissant sur la vitesse de l’influx nerveux. ( 01 point )

2)- Exprimer vos résultats sous forme d’une relation mathématique. ( 0,5 point )

3)- L’excitation de la branche cutanée du nerf sciatique de chat a permis d’obtenir l’enregistrement du document 7 grâce à des électrodes placées à 3 cm de l’électrode

4)- excitatrice.

A partir du document 6 interpréter cet enregistrement et préciser la structure de la branche cutanée du nerf sciatique de chat . ( 01 point )

Corrigé : Structure du nerf et vitesse de conduction de l’influx (02,5 points – 1997)

1) D’après le tableau, les fibres myélinisées conduisent plus rapidement l’influx que les fibres sans myéline.

Pour les fibres myélinisées, la vitesse est d’autant plus grande que le diamètre de la fibre est important.

Conclusion : la vitesse de l’influx dépend de la myélinisation et du diamètre des fibres.

2) Pour les fibres myélinisées, le rapport entre vitesse et diamètre est constant :120/20 = 60/10 = 30/5 = 12/2 = 6

Pour les fibres amyéliniques :

3) La stimulation donne une réponse à 2 pics ; cela signifie que les influx partent en même temps mais sont conduits à des vitesses différentes. Il ya dans cette branche du nerf sciatique deux groupe de fibres : le premier groupe est constitué de fibres à grande vitesse :

t = 0,5 ms ; d=3 cm donc

Le deuxième groupe est formé de fibres à faible vitesse :

L’amplitude du premier pic étant beaucoup plus importante, le branche cutanée du nerf sciatique est constituée de nombreuses fibres myélinisées de 10 µm de diamètre et de quelques fibres de 2 µm de diamètre.

EXERCICE3 : Excitabilité et vitesse de conduction (07 points – 1998)

1) – Un nerf rachidien de vertébré est isolé de l’organisme et placé dans une cuve à nerfs. et sont les électrodes excitatrices, R1 et R2, les électrodes réceptrices.

L’observation des diamètres des fibres nerveuses de ce nerf conduit au tableau de distribution de fréquences suivant :

Construisez et complétez l’histogramme de fréquences des fibres selon leur diamètre.( 02 points )

2) On stimule le nerf avec une excitation supraliminaire et on enregistre avec la courbe ( a ) du document III.

Analysez et interprétez la courbe (a), en tenant compte du montage. ( 01 point )

3) – On applique un courant de tension supérieure, permettant la réponse de toutes les fibres du nerf. On obtient alors la courbe ( b ) , enregistrée par , et la courbe c, enregistrée par ( document III )

a) – En quoi la technique d’enregistrement des courbes (b) et ( c ) diffère–t-elle de celle de la courbe ( a ) ? ( 01 point )

b) – A quelle conclusion vous amène l’analyse comparée de l’histogramme et des courbes (b) et (c) ?( 02 points )

corrigé: Excitabilité et vitesse de conduction (07 points – 1998)

1) Construction et commentaire de l’histogramme de fréquence des fibres selon leur diamètre.

(à compléter : image)

L’histogramme, nous montre une répartition trimodale , donc trois groupes de fibres

mode 1 = 3

mode = 6

mode 3 = 15

1er groupe dont le diamètre varie autour de 3 µm

2 e groupe dont le diamètre varie autour de 6 µm

3e groupe dont le diamètre varie autour de 15 µm.

2) Analyse et interprétation de la courbe a

a = artefact de stimulation, petite déviation du spot, synchrone à la stimilution.

ab = temps de latence, temps que met l’influx pour atteindre l’électrode réceptrice.

bc = dépolarisation de l’électrode, atteinte par l’onde de négativité.

cd = repolarisation de l’électrode, dépassé par l’onde.

3) a) En quoi la technique d’enregistrement des courbes (b) et (c) diffère- t-elle de celle de la courbe (a) ?

  • Le dispositif est le même
  • Mais l’intensité de l’excitation a augmenté
  • De même que la distance entre l’électrode excitatrice et l’électrode d’enregistrement.

b) Conclusion tirée de l’analyse comparée de l’histogramme et des courbes (b) et (c) :

  • les courbes (b) et (c) montrent une succession de trois potentiels d’action, obtenus à partir d’une seule excitation du nerf.
  • On en déduit que le trois groupes de fibres qui constituent le nerf ont conduit chacun l’influx nerveux avec une vitesse différente.

· Les fibres de grand diamètre ont conduit plus vite l’influx

· Les fibres de petit diamètre ont une vitesse de conduction lente

· Les fibres de diamètre moyen ont une vitesse de conduction moyenne

  • II. Synapses :

EXERCICE 4 : Transmission et intégration des messages nerveux (05pts-2002)

Tout centre nerveux est le siège de connexions entre neurones. Montrer comment se réalise la transmission des messages et de leur intégration au niveau de ces neurones.

L’exposé s’appuiera sur des schémas clairs et soigneusement annotés.

corrigé: Transmission et intégration des messages nerveux (05pts-2002)

La connexion entre neurones se fait au niveau de synapses situées dans les centres nerveux.

La transmission des messages nerveux se fait au niveau de ces synapses.

La synapse est constituée par : la terminaison axonique du neurone présynaptique, de la membrane du neurone postsynaptique et de l’espace ou fente synaptique qui les sépare.

Il existe des synapses à transmission électrique mais la transmission synaptique par voie chimique est beaucoup plus fréquente et sera ici considérée.

L’arrivée d’un potentiel d’action dans la terminaison synaptique ( potentiel d’action pré synaptique) déclenche l’exocytose de vésicules remplies d’un neurotransmetteur après l’entrée d’ions dans le bouton synaptique (terminaison présynaptique).

Le neurotransmetteur traverse la fente synaptique et se fixe sur certains récepteurs de la membrane postsynaptique ; ce qui déclenche l’ouverture des canaux ioniques chimio-dépendants spécifiques. Le flux des ions à travers la membrane selon leurs gradients de concentration est à l’origine d’une dépolarisation ou d’une hyperpolarisation. Le potentiel postsynaptique peut ainsi être excitateur ou inhibiteur (PPSE ou PPSI).

Après la transmission du message, le neurotransmetteur est rapidement éliminé soit par sa capture par le neurone présynaptique soit par dégradation par une enzyme.

Le neurone postsynaptique est en relation avec de très nombreuses terminaisons présynaptiques, il reçoit de nombreux influx excitateurs pour les unes et inhibiteurs pour les autres. Il intégre tous ces messages et fait la somme des PPSE et PPSI. Le résultat de cette sommation est la naissance de potentiels d’action post synaptique (excitation du neurone post synaptique) ou d’une inhibition du neurone post synaptique.

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