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Université Mohamed Premier Faculté des Sciences Oujda - Maroc. Activité électrique du nerf. Cours de physiologie animale SVI – S4. Pr. Abdelkhaleq LEGSSYER [email protected]. 2013. 0. +. -. K + Cl -. A. B. KCl 4 mM. KCl 120 mM. - PowerPoint PPT Presentation
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Activité électrique du nerf
Cours de physiologie animale
SVI – S4Pr. Abdelkhaleq LEGSSYER
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