Action potentielle le message des neurones

Le potentiel d'action c'est un phénomène électrique ou chimique de courte durée qui se produit dans les neurones de notre cerveau. On peut dire que c'est le message qui sera transmis aux autres neurones.

Il est produit dans le corps de la cellule (noyau), également appelé soma. Il traverse l'axone (prolongement du neurone, similaire à un câble) jusqu'à la fin, appelé bouton terminal.

Les potentiels d'action dans un axone donné ont toujours la même durée et la même intensité. Si l'axone se ramifie en d'autres extensions, le potentiel d'action est divisé, mais son intensité n'est pas réduite.

Lorsque le potentiel d'action atteint les boutons terminaux du neurone, ils sécrètent des substances chimiques appelées neurotransmetteurs. Ces substances excitent ou inhibent le neurone qui les reçoit, pouvant générer un potentiel d'action dans ledit neurone.

Une grande partie de ce que l'on sait sur les potentiels d'action des neurones provient d'expériences réalisées avec des axones de calmar géant. Il est facile à étudier en raison de sa taille, car il s'étend de la tête à la queue. Ils servent pour que l'animal puisse bouger.

Potentiel membranaire du neurone

Les neurones ont des charges électriques différentes à l'intérieur de ceux-ci. Cette différence s'appelle potentiel membranaire.

Quand un neurone est en potentiel de repos, signifie que sa charge électrique n'est pas altérée par les potentiels synaptiques excitateurs ou inhibiteurs.

D'un autre côté, lorsque d'autres potentiels l'influencent, le potentiel de membrane peut être réduit. Ceci est connu comme dépolarisation.

Ou, au contraire, lorsque le potentiel membranaire augmente par rapport à son potentiel normal, un phénomène appelé hyperpolarisation.

Lorsqu'une inversion très rapide du potentiel membranaire se produit soudainement, une potentiel d'action. Cela consiste en une brève impulsion électrique, qui se traduit par le message qui traverse l'axone du neurone. Il commence dans le corps de la cellule, atteignant les boutons terminaux.

Il est important de souligner que pour qu'un potentiel d'action se produise, les changements électriques doivent atteindre un seuil, appelé seuil d'excitation. C'est la valeur du potentiel de membrane qui doit nécessairement être atteinte pour que le potentiel d'action se produise.

Potentiel d'action et modifications des niveaux d'ions

Dans des conditions normales, le neurone est préparé à recevoir du sodium (Na +) à l'intérieur. Cependant, sa membrane n'est pas très perméable à cet ion.

En outre, il possède les fameux "transporteurs sodium-potassium", une protéine présente dans la membrane des cellules, qui est chargée d'en éliminer les ions sodium et d'y introduire des ions potassium. En particulier, pour 3 ions de sodium extraits, introduisez deux potassium.

Ces transporteurs maintiennent un faible niveau de sodium dans la cellule. Si la perméabilité de la cellule augmentait et qu'une plus grande quantité de sodium y entrait soudainement, le potentiel de la membrane changerait radicalement. Apparemment, c'est ce qui déclenche un potentiel d'action.

En particulier, la perméabilité de la membrane au sodium serait augmentée, les pénétrant à l'intérieur du neurone. En même temps, cela permettrait aux ions potassium de quitter la cellule.

Comment se produisent ces changements de perméabilité?

Les cellules ont de nombreuses protéines incorporées dans leur membrane canaux ioniques. Ceux-ci ont des ouvertures à travers lesquelles les ions peuvent entrer ou sortir des cellules, bien qu'ils ne soient pas toujours ouverts. Les chaînes sont fermées ou ouvertes en fonction de certains événements.

Il existe plusieurs types de canaux ioniques, chacun étant généralement spécialisé dans la conduite exclusive de certains types d'ions.

Par exemple, un canal sodique ouvert peut transmettre plus de 100 millions d'ions par seconde.

Comment les potentiels d'action sont-ils produits?

Les neurones transmettent des informations par voie électrochimique. Cela signifie que les produits chimiques produisent des signaux électriques.

Ces produits chimiques ont une charge électrique, c'est pourquoi ils sont appelés des ions. Les plus importants dans le système nerveux sont le sodium et le potassium, qui ont une charge positive. En plus du calcium (2 charges positives) et du chlore (une charge négative).

Changements de potentiel membranaire

La première étape pour qu'un potentiel d'action se produise est un changement du potentiel de membrane de la cellule. Ce changement doit dépasser le seuil d’excitation.

En particulier, il existe une réduction du potentiel membranaire, appelée dépolarisation.

Ouverture des canaux sodium

En conséquence, les canaux sodiques intégrés dans la membrane s’ouvrent, permettant au sodium d’entrer massivement dans l’intérieur du neurone. Celles-ci sont entraînées par des forces de diffusion et de pression électrostatique.

Comme les ions sodium sont chargés positivement, ils produisent un changement rapide du potentiel membranaire.

Ouverture des canaux potassiques

La membrane axonale possède à la fois des canaux sodium et potassium. Cependant, ces derniers sont ouverts plus tard, car ils sont moins sensibles.C'est-à-dire qu'ils ont besoin d'un niveau de dépolarisation plus élevé pour s'ouvrir et c'est pourquoi ils s'ouvrent plus tard.

Fermeture des canaux sodiques

Il arrive un moment où le potentiel d'action atteint sa valeur maximale. Après cette période, les canaux de sodium sont bloqués et fermés.

Ils ne peuvent plus être ouverts à nouveau jusqu'à ce que la membrane atteigne à nouveau le potentiel de repos. En conséquence, plus de sodium ne peut pénétrer dans le neurone.

Fermeture des canaux potassiques

Cependant, les canaux potassiques restent ouverts. Cela permet aux ions potassium de traverser la cellule.

En raison de la diffusion et de la pression électrostatique, alors que l'intérieur de l'axone est chargé positivement, les ions potassium sont expulsés de la cellule.

Ainsi, le potentiel membranaire retrouve sa valeur habituelle. Petit à petit, les canaux potassiques se ferment.

Cette sortie de cations fait que le potentiel de la membrane récupère sa valeur normale. Lorsque cela se produit, les canaux potassiques commencent à se refermer.

Au moment où le potentiel membranaire atteint sa valeur normale, les canaux potassiques se ferment complètement. Un peu plus tard, les canaux sodiques sont réactivés, se préparant à une autre dépolarisation pour les ouvrir.

Enfin, les transporteurs de sodium et de potassium sécrètent le sodium qui est entré et récupèrent le potassium qui était parti plus tôt.

Comment l'information se propage-t-elle par l'axone?

L'axone est constitué d'une partie du neurone, prolongement de celui-ci similaire à un câble. Ils peuvent être très longs pour permettre aux neurones physiquement éloignés de se connecter et d'envoyer des informations.

Le potentiel d'action se propage le long de l'axone et atteint les boutons du terminal pour envoyer des messages à la cellule suivante.

Si nous mesurions l'intensité du potentiel d'action à partir de différentes zones de l'axone, nous constaterions que son intensité reste la même dans toutes les zones.

Loi de tout ou rien

Cela se produit parce que la conduction axonale suit une loi fondamentale: la loi de tout ou rien. C'est-à-dire qu'un potentiel d'action est donné ou non. Une fois qu'il commence, il voyage à travers l'axone jusqu'à son extrême, maintenant toujours la même taille, n'augmente ni ne diminue. De plus, si un axone se divise, le potentiel d'action est divisé, mais conserve sa taille.

Les potentiels d'action commencent à la fin de l'axone attaché au soma du neurone. Normalement, ils voyagent généralement dans une seule direction.

Potentiel d'action et de comportement

À ce stade, il est possible que vous vous posiez la question suivante: si le potentiel d'action est un processus tout ou rien, comment certains comportements, comme la contraction musculaire, peuvent-ils varier entre différents niveaux d'intensité? Cela se produit par la loi de fréquence.

Loi de fréquence

Ce qui se passe, c'est qu'un potentiel d'action unique ne fournit pas d'informations directement. Au lieu de cela, les informations sont déterminées par la fréquence de décharge ou la cadence de tir d'un axone. C'est-à-dire la fréquence à laquelle les potentiels d'action se produisent. C'est ce qu'on appelle la "loi de fréquence".

Ainsi, une fréquence élevée de potentiels d'action entraînerait une contraction musculaire très intense.

La même chose arrive avec la perception. Par exemple, un stimulus visuel très brillant, à capturer, doit produire un «taux de tir» élevé dans les axones attachés aux yeux. De cette manière, la fréquence des potentiels d’action reflète l’intensité d’un stimulus physique.

Par conséquent, la loi de tout ou rien est complétée par la loi de la fréquence.

Autres formes d'échange d'informations

Les potentiels d'action ne sont pas les seuls types de signaux électriques qui apparaissent dans les neurones. Par exemple, l'envoi d'informations à travers une synapse donne une petite impulsion électrique à la membrane du neurone qui reçoit les données.

À certaines occasions, une légère dépolarisation trop faible pour produire un potentiel d'action peut légèrement altérer le potentiel membranaire.

Cependant, cette altération est réduite peu à peu lorsqu’elle traverse l’axone. Dans ce type de transmission d'informations, ni les canaux sodium ni potassium ne sont ouverts ou fermés.

Ainsi, l'axone agit comme un câble sous-marin. Lorsque le signal est transmis par celui-ci, son amplitude diminue. Ceci est connu sous le nom de conduction décroissante, et il se produit en raison des caractéristiques de l'axone.

Potentiels d'action et myéline

Les axones de presque tous les mammifères sont recouverts de myéline. C'est-à-dire qu'ils ont des segments entourés d'une substance qui permet la conduction nerveuse, la rendant plus rapide. La myéline s'enroule autour de l'axone sans laisser le liquide extracellulaire l'atteindre.

La myéline est produite dans le système nerveux central par des cellules appelées oligodendrocytes. Alors que, dans le système nerveux périphérique, il est produit par les cellules de Schwann.

Les segments de myéline, connus sous le nom de gaines de myéline, sont divisés par des zones non couvertes de l'axone.Ces zones sont appelées nodules de Ranvier et sont en contact avec le liquide extracellulaire.

Le potentiel d'action est transmis différemment dans un axone non myélinisé (qui n'est pas couvert par la myéline) que dans un axone myélinisé.

Le potentiel d'action peut traverser la membrane axonale recouverte de myéline par les propriétés du câble. De cette manière, l'axone conduit le changement électrique de l'endroit où le potentiel d'action se produit au nodule suivant de Ranvier.

Ce changement est légèrement réduit, mais il est suffisamment intense pour provoquer un potentiel d'action dans le nodule suivant. Ensuite, ce potentiel est à nouveau déclenché ou répété dans chaque nodule de Ranvier, transporté dans toute la zone myélinisée jusqu'au nodule suivant.

Ce type de potentiel d'action est appelé saltatoria. Son nom vient du latin "saltare", qui signifie "danser". Le concept est que l'impulsion semble sauter du nodule au nodule.

Avantages de la conduction saltatoire pour transmettre des potentiels d'action

Ce type de conduite a ses avantages. Tout d'abord, pour économiser de l'énergie. Les transporteurs de sodium et de potassium dépensent beaucoup d'énergie pour extraire l'excès de sodium de l'axone pendant les potentiels d'action.

Ces transporteurs sodium-potassium sont situés dans des zones de l'axone non recouvertes de myéline. Cependant, dans un axone myélinisé, le sodium ne peut pénétrer que dans les nœuds de Ranvier. Par conséquent, beaucoup moins de sodium entre et, à cause de cela, moins de sodium doit être pompé. Les transporteurs sodium-potassium doivent donc travailler moins.

Un autre avantage de la myéline est sa rapidité. Un potentiel d'action est entraîné plus rapidement dans un axone myélinisé, puisque l'impulsion «saute» d'un nodule à un autre sans avoir à traverser tout l'axone.

Cette augmentation de vitesse amène les animaux à penser et à réagir plus rapidement. D'autres êtres vivants, tels que le calmar, ont des axones sans myéline qui prennent de la vitesse en raison d'une augmentation de leur taille. Les axones du calmar ont un grand diamètre (environ 500 µm), ce qui leur permet de voyager plus vite (environ 35 mètres par seconde).

Cependant, à cette même vitesse, les potentiels d'action dans les axones des chats voyagent, bien qu'ils aient un diamètre de seulement 6 μm. Qu'est-ce qui se passe est que ces axones contiennent de la myéline.

Un axone myélinisé peut entraîner des potentiels d'action à une vitesse d'environ 432 kilomètres à l'heure, avec un diamètre de 20 µm.

Références

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2. Carlson, N.R. (2006). Physiologie du comportement 8ème édition Madrid: Pearson.
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