POTENTIEL D'ACTION: PROPAGATION ET PHASES - GEOGRAFÍA - 2025

Le potentiel d'action 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 qu'un neurone transmet à d'autres neurones.

Le potentiel d'action est produit dans le corps cellulaire (noyau), également appelé soma. Il parcourt tout l'axone (extension neuronale, semblable à un fil) jusqu'à ce qu'il atteigne son extrémité, appelée bouton terminal.

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

Lorsque le potentiel d'action atteint les boutons terminaux du neurone, ils sécrètent des produits chimiques appelés 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 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 à ce que l'animal puisse bouger.

Potentiel de membrane neuronale

A. Vue schématique d'un potentiel d'action idéal. B. Enregistrement réel d'un potentiel d'action. Source: en: Memenen / CC BY-SA (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/)

Les neurones ont une charge électrique différente à l'intérieur qu'à l'extérieur. Cette différence s'appelle le potentiel de membrane.

Lorsqu'un neurone est au potentiel de repos, cela signifie que sa charge électrique n'est pas altérée par des potentiels synaptiques excitateurs ou inhibiteurs.

D'autre part, lorsque d'autres potentiels l'influencent, le potentiel de membrane peut être réduit. C'est ce qu'on appelle la dépolarisation.

Au contraire, lorsque le potentiel de la membrane augmente par rapport à son potentiel normal, un phénomène appelé hyperpolarisation se produit.

Lorsqu'une inversion très rapide du potentiel de membrane se produit soudainement, un potentiel d'action se produit. 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.

L'influx nerveux se déplace le long de l'axone

Surtout, 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.

Schéma d'une synapse chimique

Potentiels d'action et changements des niveaux d'ions

Perméabilité membranaire d'un neurone lors d'un potentiel d'action. L'état de repos (1), les ions sodium et potassium ne peuvent pas traverser la membrane et le neurone a une charge négative à l'intérieur. La dépolarisation (2) du neurone active le canal sodium, permettant aux ions sodium de passer à travers la membrane du neurone. La repolarisation (3), où les canaux sodium se ferment et les canaux potassiques s'ouvrent, les ions potassium traversent la membrane. Dans la période réfractaire (4), le potentiel membranaire revient à l'état de repos lorsque les canaux potassiques se ferment. Source: Perméabilité membranaire d'un neurone pendant un potentiel d'action.pdf et potentiel d'action, CThompson02

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

De plus, les «transporteurs sodium-potassium» bien connus ont une protéine présente dans la membrane cellulaire qui est responsable de l'élimination des ions sodium et de l'introduction d'ions potassium dans celle-ci. Plus précisément, pour 3 ions sodium qu'il extrait, il introduit deux ions potassium.

Ces transporteurs maintiennent les niveaux de sodium bas dans la cellule. Si la perméabilité de la cellule augmentait et que plus de sodium y pénétrait soudainement, le potentiel de membrane changerait radicalement. Apparemment, c'est ce qui déclenche un potentiel d'action.

Plus précisément, la perméabilité de la membrane au sodium serait augmentée, ceux-ci entrant dans le neurone. Alors que, en même temps, cela permettrait aux ions potassium de quitter la cellule.

Comment ces changements de perméabilité se produisent-ils?

Les cellules ont intégré dans leur membrane de nombreuses protéines appelées canaux ioniques. Celles-ci ont des ouvertures par lesquelles les ions peuvent entrer ou sortir des cellules, bien qu'elles ne soient pas toujours ouvertes. Les canaux sont fermés ou ouverts en fonction de certains événements.

Il existe plusieurs types de canaux ioniques, et chacun est généralement spécialisé pour conduire exclusivement certains types d'ions.

Par exemple, un canal sodium ouvert peut laisser passer 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 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).

Modifications du potentiel membranaire

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

Plus précisément, il y a une réduction du potentiel de membrane, qui s'appelle la dépolarisation.

Ouverture des canaux sodiques

En conséquence, les canaux sodiques intégrés dans la membrane s'ouvrent, permettant au sodium de pénétrer massivement dans le neurone. Ceux-ci sont entraînés par les forces de diffusion et la pression électrostatique.

Puisque les ions sodium sont chargés positivement, ils provoquent un changement rapide du potentiel de membrane.

Ouverture du canal potassique

La membrane axonale possède des canaux sodiques et potassiques. Cependant, ces derniers sont ouverts plus tard, car ils sont moins sensibles. Autrement dit, ils ont besoin d'un niveau plus élevé de dépolarisation 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. A partir de cette période, les canaux sodiques sont bloqués et fermés.

Ils ne peuvent plus s'ouvrir jusqu'à ce que la membrane atteigne à nouveau son 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 circuler à travers la cellule.

En raison de la diffusion et de la pression électrostatique, comme l'intérieur de l'axone est chargé positivement, les ions potassium sont poussés hors de la cellule. Ainsi, le potentiel membranaire retrouve sa valeur habituelle. Petit à petit, les canaux potassiques se ferment.

Cette sortie de cations amène le potentiel membranaire à retrouver sa valeur normale. Lorsque cela se produit, les canaux potassiques recommencent à se fermer.

Dès que le potentiel membranaire atteint sa valeur normale, les canaux potassiques se ferment complètement. Un peu plus tard, les canaux sodiques sont réactivés en vue d'une autre dépolarisation pour les ouvrir.

Enfin, les transporteurs sodium-potassium sécrètent le sodium qui était entré et récupèrent le potassium qui en était auparavant sorti.

Comment l'information se propage-t-elle à travers l'axone?

Parties d'un neurone. Source: Aucun auteur lisible par machine fourni. NickGorton ~ commonswiki supposé (basé sur les revendications de droits d'auteur)

L'axone est constitué d'une partie du neurone, une extension en forme de câble du neurone. Ils peuvent être trop longs pour permettre à des neurones physiquement éloignés de se connecter et de s’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 du tout ou rien

Cela se produit parce que la conduction axonale suit une loi fondamentale: la loi du tout ou rien. Autrement dit, un potentiel d'action est donné ou non. Une fois qu'il commence, il parcourt tout l'axone jusqu'à sa fin, en conservant toujours la même taille, il n'augmente ni ne diminue. De plus, si un axone se ramifie, le potentiel d'action se divise, mais il conserve sa taille.

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

Potentiels d'action et de comportement

Vous vous demandez peut-être à ce stade: si le potentiel d'action est un processus tout ou rien, comment se produisent certains comportements tels que la contraction musculaire qui peuvent varier entre différents niveaux d'intensité? Cela se produit par la loi de la fréquence.

Loi de fréquence

Ce qui se passe, c'est qu'un seul potentiel d'action ne fournit pas directement d'informations. Au lieu de cela, les informations sont déterminées par la fréquence de décharge ou le taux de tir d'un axone. Autrement dit, la fréquence à laquelle les potentiels d'action se produisent. Ceci est connu sous le nom de «loi de fréquence».

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

La même chose est vraie de la perception. Par exemple, un stimulus visuel très brillant, pour être capturé, doit produire une "cadence de tir" élevée 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 du 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 seules classes de signaux électriques qui se produisent dans les neurones. Par exemple, l'envoi d'informations à travers une synapse donne une petite impulsion électrique dans la membrane du neurone qui reçoit les données.

Schéma d'une synapse. Source: Thomas Splettstoesser (www.scistyle.com)

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

Cependant, cette altération diminue progressivement à mesure qu'elle traverse l'axone. Dans ce type de transmission d'informations, ni les canaux sodium ni potassium ne s'ouvrent ou ne se ferment.

Ainsi, l'axone agit comme un câble sous-marin. Au fur et à mesure que le signal y est transmis, son amplitude diminue. Ceci est connu sous le nom de conduction vers le bas, et cela se produit en raison des caractéristiques de l'axone.

Potentiels d'action et myéline

Les axones de presque tous les mammifères sont couverts de myéline. Autrement dit, 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, appelés gaines de myéline, sont séparés les uns des autres par des zones nues de l'axone. Ces zones sont appelées nodules de Ranvier et elles sont en contact avec le fluide extracellulaire.

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

Le potentiel d'action peut voyager à travers la membrane axonale recouverte de myéline par les propriétés du fil. L'axone de cette manière, conduit le changement électrique de l'endroit où le potentiel d'action se produit au nœud suivant de Ranvier.

Ce changement diminue légèrement, mais est suffisamment fort pour provoquer un potentiel d'action dans le nœud suivant. Ce potentiel est ensuite déclenché ou répété dans chaque nœud de Ranvier, se transportant dans toute la zone myélinisée jusqu'au nœud suivant.

Ce type de conduction des potentiels d'action est appelé conduction saltatoire. Son nom vient du latin «saltare», qui signifie «danser». Le concept est dû au fait que l'impulsion semble sauter d'un nœud à l'autre.

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

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

Ces transporteurs sodium-potassium sont situés dans des zones de l'axone qui ne sont pas couvertes par la myéline. Cependant, dans un axone myélinisé, le sodium ne peut pénétrer que dans les nœuds de Ranvier. Pour cette raison, beaucoup moins de sodium entre, et pour cette raison, moins de sodium doit être pompé, de sorte que les transporteurs sodium-potassium doivent travailler moins.

Un autre avantage de la myéline est la vitesse. Un potentiel d'action est conduit plus rapidement dans un axone myélinisé, puisque l'impulsion "saute" d'un nœud à un autre, sans avoir à traverser l'axone entier.

Cette augmentation de vitesse pousse les animaux à réfléchir et à réagir plus rapidement. D'autres êtres vivants, comme le calmar, ont des axones sans myéline qui gagnent en vitesse en raison de leur augmentation de taille. Les axones du calmar ont un grand diamètre (environ 500 µm), ce qui leur permet de voyager plus rapidement (environ 35 mètres par seconde).

Cependant, à la même vitesse, les potentiels d'action se déplacent dans les axones des chats, bien que ceux-ci aient un diamètre de seulement 6 µm. Ce qui se passe, c'est que ces axones contiennent de la myéline.

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

Références

1. Potentiels d'action. (sf). Récupéré le 5 mars 2017 de Hyperphysics, Georgia State University: hyperphysics.phy-astr.gsu.edu.
2. Carlson, NR (2006). Physiologie du comportement 8e éd. Madrid: Pearson.
3. Chudler, E. (sd). Lumières, caméra, potentiel d'action. Récupéré le 5 mars 2017 de l'Université de Washington: faculty.washington.edu.
4. Étapes du potentiel d'action. (sf). Récupéré le 5 mars 2017 de Boundless: boundless.com.