« Si on pose la main sur une plaque de cuisson encore brûlante, on retire instantanément la main de la plaque : c’est un réflexe. Mais que s’est-t-il passé dans votre corps durant le laps de temps qui s’est écoulé entre la pose de la main et son retrait ? »
Regarder le réflexe rotulien à 3’00
Activité: essayer sur son camarade !
- Le camarade est assis sur la paillasse
- Sans enlever le pantalon, repérez le tendon sous la rotule
- Percuter ce tendon
- Observez le mouvement
- Recommencez… à l’infini, le mouvement sera toujours le même !
Comment peut-on expliquer le fonctionnement d’un réflexe?
- Le réflexe myotatique: un circuit de deux neurones
- Le message nerveux: deux types de codage
- La contraction musculaire: une réponse à une stimulation
1- Étude du réflexe myotatique:
Mise en évidence d’une réponse du muscle à son étirement: l’expérience de Sherrington
Trouvez le logiciel à l’adresse ci-dessous et téléchargez-le
http://elecoix.free.fr/logiciels/logiciels.htm
À retenir: un muscle que l’on étire va se contracter selon une réponse réflexe. L’étirement constitue une stimulation du muscle: c’est une information sensorielle. Il doit exister un récepteur sensoriel sensible à l’étirement.
On cherche à expliquer ce phénomène
Électromyogramme du réflexe myotatique du muscle jambier:
À retenir: cet enregistrement nous montre un décalage dans le temps entre la percussion du marteau à T0s et la réponse du muscle qui a lieu 25ms plus tard. Dit autrement, le fait d’étirer le muscle en tapant sur le tendon n’est pas suivi d’une contraction instantanée du muscle. Tout se passe comme si l’information contraction devait arriver au muscle.
Mais depuis quel organe alors ? C’est ce que nous cherchons à savoir
Comment l’information circule-t-elle entre le moment de la stimulation par l’étirement et le moment de la contraction réflexe du muscle ?
Réalisez les expériences avec une grenouille:
Vidéos sur le fonctionnement du réflexe rotulien
À retenir: Les réflexes mettent en jeu différents éléments qui constituent un arc-réflexe.
Cet arc est constitué de deux neurones seulement: un neurone sensitif conduisant une information sensorielle en direction de la moelle épinière et un neurone moteur conduisant une information motrice en direction du muscle. Le neurone sensitif est pourvu d’un récepteur sensoriel logé dans le muscle et sensible à l’étirement: on l’appelle fuseau neuro-musculaire.
La moelle épinière est donc le centre intégrant l’information qui lui parvient et produit un message en réponse qui parviendra au muscle via une plaque motrice. Ainsi, le cerveau ne joue pas de rôle dans le réflexe myotatique ce qui révèle que la moelle épinière n’est pas qu’un centre de transmission. C’est pourquoi, comme le cerveau, la moelle épinière appartient au système nerveux central. Les nerfs appartiennent quant à eux au système nerveux périphérique. Par l’absence de passage par le cerveau, les réflexes de flexion et d’extension sont particulièrement efficaces.
Cet exemple révèle de grands principes de fonctionnement du système nerveux:
- système nerveux central versus système nerveux périphérique;
- récepteur sensoriel envoyant un message nerveux sensitif vers les centres nerveux centraux;
- neurone moteur envoyant un message nerveux des centres nerveux vers la périphérie;
- circulation de l’information à sens unique dans les neurones ou fibres nerveuses.
Schéma à retenir:
Révisez avec Mr Révision:
Transition:
- un message nerveux se propage à environ 50m/s
- l’électricité dans un fil en cuivre se déplace à 200.000km/s : c’est la vitesse de déplacement des électrons
Donc, visiblement, ce ne sont pas électrons qui se déplacent en nous malgré le fait que l’information soit de nature électrique mais alors:
Comment l’information nerveuse se propage-t-elle le long du neurone sensoriel ou moteur ? et comment passe-t-elle du neurone sensoriel au neurone moteur ?
2- Le message nerveux: nature et fonctionnement
2.1 Le message nerveux au niveau du nerf
On voit que plus l’intensité de stimulation augmente, plus l’amplitude du message nerveux augmente.
On en déduit que le message nerveux au niveau d’un nerf est codé en amplitude.
Or on sait que le nerf est composé de plusieurs fibres nerveuses.
On en conclut que l’amplitude augmente lorsque le nombre de fibres recrutées augmente.
2.2 Le message nerveux au niveau du neurone
On voit que lorsque l’on abaisse les électrodes, l’une sur la membrane plasmique, et l’autre dans la cellule, on mesure une différence de potentiel (ddp) entre l’intérieur et l’extérieur de -80mV.
On en déduit que la cellule nerveuse possède une polarité électrique.
Au repos, cette polarité est de -80mV: c’est le potentiel de repos, PR.
Lorsque l’on stimule suffisamment la fibre nerveuse, la polarité s’inverse: on parle de dépolarisation.
Ce phénomène est dû à l’entrée et à la sortie d’ions: Na+ et K+
Puis, la polarité revient à son niveau de départ: on dit qu’il y a repolarisation.
Le tracé, dépolarisation/repolarisation est appelé Potentiel d’action.
C’est une unité de message nerveux.
Déclenchement d’une unité d’information par un neurone: notion de seuil d’excitation
La stimulation doit atteindre au certain niveau pour déclencher un potentiel d’action: on parle de seuil d’excitation de la fibre.
Ce mécanisme permet de faire le tri entre les stimulations, seules les plus fortes sont transmises aux centres nerveux.
On voit que lorsque l’on augmente l’intensité de la stimulation, la fréquence des potentiels d’action augmente.
On en déduit qu’au niveau du neurone, l’intensité de stimulation est codée en variation de fréquence des potentiels d’action.
Bilan: deux types de codage existe dans le système nerveux:
- un codage en amplitude au niveau du nerf
- un codage en fréquence au niveau du neurone
Or, un neurone ne touche pas physiquement le neurone suivant: il y a un espace que l’on appelle la fente synaptique.
Or, un signal électrique ne peut se propager dans le vide alors comment un message nerveux peut-il est transmis d’un neurone au suivant ?
2.3 Transmission d’une information d’un neurone au suivant
On voit que, à l’extrémité de la fibre nerveuse, des vésicules remplies de neurotransmetteurs fusionnent avec la membrane plasmique.
Cette fusion entraine la libération des neurotransmetteurs qui viennent se fixer sur les récepteurs présents sur la membrane du neurone suivant (ici la membrane plasmique d’une fibre musculaire)
Des ions entrent et déclenchent la formation d’un nouveau train de potentiel d’action.
C’est ainsi qu’un message nerveux passe d’un neurone au suivant.
Et c’est parce que ce phénomène est lent que le message nerveux se propage beaucoup lentement que l’électricité dans un fil de cuivre.
Un schéma simple à recopier et à compléter:
A retenir :
À partir d’une sensation de départ appelée stimulus, captée par un récepteur sensoriel, un message nerveux codé en fréquence de potentiels d’action, est élaboré. On appelle potentiel d’action, le signal électrique élémentaire constitué d’une dépolarisation de la membrane plasmique puis de sa repolarisation. Au repos, la membrane plasmique est polarisée à -70mV: c’est le potentiel de repos. C’est à un échange d’ions sodium et potassium que l’on doit la propagation du potentiel d’action le long de la fibre nerveuse.
Le message nerveux circule dans les neurones sensoriels jusqu’au centre nerveux, ici la moelle épinière, où se produit le relais synaptique sur le neurone-moteur. La terminaison synaptique du neurone sensoriel émet dans la fente synaptique un neurotransmetteur, ici de l’acétylcholine, une molécule qui va se fixer sur des récepteurs post-synaptiques du neurone moteur. Cette fixation va entrainer l’entrée d’ions sodium dans le neurone moteur suivie d’une dépolarisation de la membrane et par conséquent le début d’un nouveau message nerveux.
Ainsi, le message nerveux, de nature électrique dans le neurone sensoriel, est converti en message nerveux de nature chimique dans la fente synaptique: on dit que ce message est codé en amplitude de molécules libérées c’est-à-dire en un codage biochimique en concentration de neurotransmetteur. Plus il y aura de neurotransmetteurs libérés, plus le message sera fort. Et la quantité de neurotransmetteurs libérée dépend de la fréquence des potentiels d’action qui arrivent au niveau présynaptique.
Correction:
S’entrainer:
3- La contraction musculaire: une réponse à une stimulation
La structure d’un muscle squelettique:
Ouvrez ce lien puis découvrez comment l’influx nerveux arrivant au muscle permet à ce dernier de ce contracter. N’oubliez pas de zoomer.
La notion d’unités motrices
La stimulation nerveuse du muscle
La contraction musculaire
Le schéma à compléter puis à apprendre :
A retenir :
Le neurone moteur conduit alors le message nerveux jusqu’à la synapse neuromusculaire, qui met en jeu l’acétylcholine. La formation puis la propagation d’un potentiel d’action dans la cellule musculaire entraînent l’ouverture de canaux calciques à l’origine d’une augmentation de la concentration cytosolique en ions calcium, provenant du réticulum sarcoplasmique pour les muscles squelettiques.Cela induit la contraction musculaire et par conséquent la réponse motrice au stimulus
Conclusion:
Les réflexes permettent de comprendre comment fonctionne le système nerveux en dehors du cerveau. Son fonctionnement fera l’objet du chapitre suivant.
Pour s’entrainer:
https://pedagogie.ac-toulouse.fr/svt/pour-la-classe/ressources-numeriques/animations
