Séquence 4: Les propriétés des nerfs

 

Un message nerveux MN, est une somme de potentiels d’action PA, signaux électriques régénérés de proche en proche dans les fibres nerveuses. Afin d’expliquer ces signaux, on cherche à faire le rapport entre un PA et la perméabilité de la membrane nerveuse aux ions Na⁺ et K⁺.

Analyse des enregistrements effectués grâce au dispositif expérimental  ou un patch-clamp équivalent, sur une membrane de neurone de calmar.

Avant t    la membrane est au repos : tension de – 70mV par inégale répartition des ions de part et d’autre de la membrane. La membrane semble imperméable aux Na⁺ et K⁺.

Les canaux voltage dépendants sont fermés

 

Une fraction de ms après le stimulus : début de la dépolarisation de la membrane sans ouverture des canaux.

 

Dés que la dépolarisation atteint une valeur seuil, ouverture d’un grand nombre de canaux voltage dépendants à Na⁺. De ce fait, la dépolarisation s’accélère et la polarité s’inverse. Le pic du PA est à 30mV.

 

Cependant, à partir du moment où la membrane inverse sa polarité, elle devient progressivement perméable aux K⁺ : ouverture d’un nombre croissant de canaux voltage dépendants à K⁺, jusqu’ à un maximum, temps que la polarité est inversée. Puis fermeture progressive jusqu’ au retour au potentiel de repos. A noter une hyperpolarisation ( -75mV)

 

Pourquoi l’ouverture de certains canaux dépolarisent-ils la membrane tandis que d’autres la repolarisent ? 

 

Dans le second document, la technique du patch-clamp va suggérer une explication. Elle permet d’observer des courants d’ions au niveau des canaux voltage dépendants d’un fragment de membrane de neurone, soumis à une dépolarisation imposée de – 80 mV à 0 mV.

 

Quand la membrane est rendue imperméable aux K⁺ (canaux bloqués par TEA),

1 ms après la ddp. imposée , la déflexion de 1PA. vers le bas, révèle un courant entrant dans le MIC, par les canaux voltage dépendants à Na.

Quelques ms. plus tard ,la déflexion vers le haut indique la fermeture de ces canaux.

 

La dépolarisation imposée, franchissant le seuil de déclenchement de l’ouverture, les canaux à Na s’ouvrent :

Selon leur gradient électro-chimique , les Na⁺se précipitent dans le MIC. Ces charges positives dans le milieu intérieur, modifient la polarité jusqu’ à leur potentiel d’équilibre (+30 mV chez le calmar). L’équilibre atteint, tout ces canaux se ferment et le restent .

 

Quand la membrane est rendue imperméable aux ions Na⁺ (canaux bloqués par le TTX),

2,5 ms après la ddp. imposée, la déflexion > à 1 pA vers le haut, révèle un courant sortant du MIC, par les canaux voltage dépendants à K .

Là encore, selon leur gradient électrochimique, les K⁺ sortent du milieu intérieur jusqu’ à leur potentiel d’équilibre (- 75 mV chez le calmar). Cette fuite de charges positives modifie la polarité de membrane. Dans ce cas les canaux restent ouverts temps que la ddp. est maintenue à 0 mV.

 

Quand la membrane est normale, on observe les réactions simultanées des différents canaux.

Ainsi, 1 ms après la ddp. imposée, la 1° déflexion vers le bas indique le courant entrant de Na⁺ ; puis la 1° déflexion vers le haut indique le courant sortant de K⁺, en plus du courant entrant de Na⁺ ; enfin la 2° déflexion vers le haut précise la fermeture des canaux à Na⁺, tandis que les canaux à K⁺ restent ouverts. Ceci confirme les enregistrements de la fig. 1.

Conclusion.   Un POTENTIEL D’ ACTION est une perturbation brève de la tension électrique de la  membrane . Elle résulte de la modification de sa perméabilité, en réponse à une dépolarisation. :

 ¤  ouverture unique et brève des canaux voltage dépendants à Na⁺, inversant la polarité ;  puis ouverture discontinue et prolongée des canaux voltage dépendants à K⁺, rétablissant le potentiel de repos.

 ¤  In vivo, la dépolarisation déclenchant l’ouverture des canaux voltage dépendants, est réalisée par des courants locaux régénérés de proche en proche.