Organisation et Fonctionnement du Système Nerveux

Organisation et Fonctionnement du Système Nerveux : La Fiche de Révision

Le système nerveux est un réseau complexe orchestrant toutes les fonctions de l'organisme. Comprendre son organisation et le fonctionnement de ses unités cellulaires est fondamental.

I. Organisation du Système Nerveux

Le système nerveux se divise en deux parties principales : le Système Nerveux Central (SNC) et le Système Nerveux Périphérique (SNP).

A. Notions de Vocabulaire et Axes de Référence

Pour localiser les structures dans le cerveau, on utilise des axes de référence :

• Antérieur (rostral) : Vers l'avant du cerveau (yeux, nez).

• Postérieur (caudal) : Vers l'arrière du cerveau (moelle épinière).

• Dorsal : Vers le haut, la partie supérieure.

• Ventral : Vers le bas, la partie inférieure.

• Médian : Proche du plan central de symétrie.

• Latéral : Éloigné du plan central, en périphérie.

• Ipsilatéral : Du même côté de l'organisme.

• Controlatéral : Du côté opposé de l'organisme.

• Afférences : Information entrante (vers le SNC).

• Efférences : Information sortante (du SNC vers les effecteurs).

B. Le Système Nerveux : Central et Périphérique

• SNC = Encéphale (cerveau) + Moelle Épinière : Centre de régulation et d'intégration.

• SNP : Transmet les informations du SNC vers le corps et inversement.

Voies de Communication :

1. Voie sensitive, sensorielle ou afférente :

   • Neurofibres sensitives somatiques et viscérales.

   • Propagation des influx des récepteurs vers le SNC.

2. Voie motrice ou efférente :

   • Neurofibres motrices (axones).

   • Propagation des influx du SNC vers les effecteurs.

Systèmes Moteurs :

• Système Nerveux Autonome (SNA) :

  • Involontaire (muscles cardiaques, muscles lisses, glandes).

  • Sympathique : Mobilise l'organisme (urgence).

  • Parasympathique : Conservation de l'énergie (fonctions habituelles).

• Système Nerveux Somatique :

  • Volontaire (muscles squelettiques).

Organisation de l'Encéphale (Développement Embryonnaire) :

L'encéphale se développe à partir de 5 vésicules secondaires :

1. Myélencéphale : Deviendra le Bulbe Rachidien (partie la plus caudale du tronc cérébral).

2. Métencéphale : Deviendra le Cervelet et le Pont de Varole (Protubérance annulaire).

3. Mésencéphale : Deviendra le Cerveau Moyen (partie dorsale = tectum).

4. Diencéphale : Deviendra le Thalamus, l'Hypothalamus, les noyaux gris centraux et l'Épithalamus.

5. Télencéphale : Deviendra le Cortex Cérébral (hémisphères cérébraux, substance blanche, structures sous-corticales) — la structure la plus récente, très développée chez les mammifères.

• Tronc Cérébral = Myélencéphale (bulbe rachidien) + Métencéphale (pont) + Mésencéphale.

II. Le Fonctionnement de l'Unité Neuronale

Le système nerveux est composé de milliards de cellules : les neurones (10%) et les cellules gliales (90%).

A. Structure du Neurone

Les neurones sont des cellules excitables spécialisées dans la réception, le traitement et la transmission de l'information via des influx nerveux.

• Cellules gliales (90%) :

  • Astrocytes : Forme étoilée, soutien, régulation du milieu extracellulaire, fonctions immunitaires, apport nutritif, détoxification (glutamate).

  • Cellules épendymaires : Tapissent les ventricules, rôle dans le liquide céphalo-rachidien.

  • Microglie : Petites cellules immunitaires (phagocytose des débris).

  • Oligodendrocytes (SNC) et Cellules de Schwann (SNP) : Forment la gaine de myéline pour accélérer la conduction nerveuse.

• Modèle de communication neuronale :

  • Émetteur-Capteur (récepteur sensoriel : extérocepteurs / intérocepteurs).

  • Transmetteur (système nerveux).

  • Récepteur-Effecteur (extérocepteurs / intérocepteurs).

Modes de Communication :

1. Communication par jonctions GAP : Contact direct intercellulaire.

2. Communication synaptique : Par neurotransmetteurs, très rapide, courte distance.

3. Communication endocrine : À distance via des molécules sécrétées dans le sang (neurohormones).

   • Paracrine : Moyenne distance via liquide interstitiel (neuromodulateurs).

Particularités Anatomiques :

Les neurones sont des cellules polarisées :

• Corps cellulaire (Soma) : Rôle métabolique, synthèse des protéines, contient le noyau.

  • Noyau : Contient l'ADN (gènes codant les protéines neuronales).

  • Réticulum endoplasmique rugueux (RER) : Synthèse des protéines.

  • Polyribosomes : Synthèse de protéines pour le cytosol.

  • Réticulum endoplasmique lisse (REL) : Synthèse de lipides, contrôle du calcium.

  • Appareil de Golgi : Tri et sélection des protéines.

  • Mitochondries : "Centrales énergétiques" (ATP).

• Dendrites :

  • Prolongements courts et multiples recevant l'information (pôle récepteur).

  • Arborisation dendritique variable.

  • Épines dendritiques : Sites de nombreuses synapses.

  • Contiennent des ribosomes libres.

• Axone :

  • Prolongement long (+1m) conduisant l'influx nerveux (potentiel d'action) du soma vers les cellules cibles.

  • Diamètre influence la vitesse de conduction.

  • Collatérales axoniques : Branches de l'axone.

  • Bouton terminal : Site de la synapse (lieu de libération des neurotransmetteurs).

  • Absence de ribosomes (protéines produites dans le soma).

  • Flux axoplasmique (bidirectionnel) :

    • Antérograde : Soma vers terminaisons (protéines, organites).

    • Rétrograde : Terminaisons vers soma (produits dégradés, recyclage).

  • Myélinisation : Gaine de myéline (oligodendrocytes ou cellules de Schwann) autour de l'axone.

    • Nœuds de Ranvier : Zones non myélinisées, riches en canaux ioniques, où le PA "saute" (conduction saltatoire).

    • La myéline augmente la vitesse de conduction et économise l'énergie.

B. Classification des Neurones

1. Selon le nombre et la disposition des neurites :

   • Multipôlaires : 1 axone + plusieurs dendrites (majorité).

   • Bipolaires : 1 prolongement afférent + 1 efférent.

   • Unipolaires : 1 prolongement unique qui se subdivise.

2. Selon les connexions :

   • Neurones sensoriels : Reçoivent les infos des récepteurs et les transmettent au SNC.

   • Neurones moteurs : Transmettent la commande motrice du SNC aux muscles/glandes (effecteurs).

   • Interneurones : Connectent différents neurones au sein du SNC.

3. Selon les neurotransmetteurs :

   • Dopaminergiques : Plaisir.

   • Cholinergiques : Mémoire, apprentissage.

   • Gabaergiques : Inhibition.

C. L'organisation neuronale

Les neurones sont des cellules post-mitotiques (ne se renouvellent pas) et fonctionnent en réseau.

Propriétés Fonctionnelles :

• Communication intercellulaire : Reçoivent, intègrent, conduisent, distribuent l'information.

• Génèrent des potentiels d'action (PA) : Modifications de l'activité électrique transmembranaire.

• Fonctionnent en réseau : Les synapses forment des réseaux neuronaux (liaisons synchroniques/génétiques, diachroniques/acquises).

Types de Circuits Neuronaux :

• Chaîne élémentaire : Information sur une voie restreinte (ex: motricité fine).

• Circuit de convergence : Un neurone reçoit de multiples afférences.

• Circuit d'inhibition récurrente : Le neurone émetteur est auto-inhibé, régulant sa propre activité.

• Circuit d'inhibition latérale : Inhibition des neurones voisins, permettant d'affiner le signal (contraste sensoriel).

• Circuit réverbérant/rétroaction positive : Maintien un niveau d'activité permanent (ex: éveil).

• Circuit amplificateur : Le signal d'un neurone est distribué à plusieurs neurones, puis à d'autres, amplifiant le message.

III. Propriétés des Tissus Excitables

Les neurones et les cellules musculaires sont des cellules excitables, capables de produire et propager des signaux électriques (potentiels d'action).

A. Potentiels de Repos des Membranes Excitables

• Potentiel de repos : Différence de potentiel entre l'intérieur et l'extérieur de la membrane cellulaire au repos.

  • -70 mV (intérieur plus négatif que l'extérieur).

  • Dû à la répartition inégale des ions (K+, Na+, Cl-) et à la perméabilité sélective de la membrane.

  • Plus grande perméabilité aux ions .

Facteurs Contrôlant le Potentiel de Repos :

1. Fluides intra- et extracellulaires : Concentrations ioniques spécifiques.

2. Membrane cellulaire : Sa perméabilité sélective.

3. Protéines transmembranaires : Canaux ioniques.

Forces Agissant sur les Ions :

• Force de diffusion : Ions du compartiment le plus concentré vers le moins concentré.

• Force électrique : Les ions de charges opposées s'attirent.

Maintien des Gradients de Concentration :

• Pompes ioniques (ATP-dépendantes) :

  • Exemple : -ATPase : Expulse 3 et fait entrer 2 .

  • Essentielles pour le potentiel de repos et d'action.

• Canaux ioniques :

  • Canaux de fuite : Toujours ouverts (participe au potentiel de repos).

  • Canaux régulés : S'ouvrent en réponse à un stimulus :

    • Voltage-dépendants : Changement de potentiel de membrane (essentiels pour le PA).

    • Ligand-dépendants : Liaison d'un neurotransmetteur.

    • Mécano-dépendants : Déformation mécanique de la membrane.

Changements de Potentiel :

• Dépolarisation : Le potentiel de membrane devient moins négatif (approche de zéro) suite à l'entrée d'ions positifs (ex: ).

• Hyperpolarisation : Le potentiel de membrane devient plus négatif (éloigne de zéro) suite à la sortie d'ions positifs (ex: ) ou l'entrée d'ions négatifs (ex: ).

• Ces changements peuvent être gradués (dépendent de l'intensité du stimulus).

B. Le Potentiel d'Action (PA)

• Si la dépolarisation atteint le seuil d'excitation, un potentiel d'action est déclenché.

• PA = "Tout ou rien" : Une fois le seuil franchi, l'amplitude est constante (+30 mV, soit un changement de 100 mV depuis ).

• Le potentiel de repos est de au repos.

Phases du Potentiel d'Action :

1. Seuil : Ouverture massive des canaux voltage-dépendants.

2. Phase ascendante : Entrée rapide de , dépolarisation rapide jusqu'à .

3. Phase du potentiel positif : Apogée du PA, perméabilité maximale au .

4. Phase descendante (Repolarisation) : Inactivation des canaux et ouverture des canaux . Sortie de , potentiel redevient négatif.

5. Hyperpolarisation : Canaux restent ouverts, rendant le potentiel plus négatif que le potentiel de repos, avant de revenir à la normale.

Périodes Réfractaires :

• Période réfractaire absolue : Impossible de générer un nouveau PA (canaux inactivés). Assure la conduction unidirectionnelle.

• Période réfractaire relative : Possible de générer un PA, mais nécessite un stimulus plus fort.

Seuil d'Excitation :

• Dépend de l'intensité, de la durée et de la rapidité du stimulus.

• Stimuli liminaires (au seuil), infraliminaires (< seuil), supraliminaires (> seuil).

• Sommation temporelle : Des stimuli infraliminaires répétés peuvent devenir efficaces.

• Rhéobase : Intensité minimale pour un stimulus de longue durée.

• Temps utile : Temps minimal pour la rhéobase.

C. Propagation de l'Excitation : La Conduction Nerveuse

Le PA parcourt l'axone de façon unidirectionnelle (orthodromique) grâce à la période réfractaire.

Facteurs influençant la Vitesse de Conduction :

1. Diamètre de l'axone : Plus le diamètre est grand, plus la vitesse est élevée.

2. Gaine de myéline : Rend la conduction saltatoire (de nœud de Ranvier en nœud de Ranvier) et rapide.

Propagation dans les Axones Non-Myélinisés (Propagation de proche en proche) :

• Le PA génère des courants locaux de charges électriques.

• Ces courants dépolarisent les zones adjacentes, déclenchant un nouveau PA.

Propagation dans les Axones Myélinisés (Conduction Saltatoire) :

• Les canaux ioniques sont concentrés au niveau des Nœuds de Ranvier.

• Le PA "saute" d'un nœud à l'autre, augmentant la vitesse par 5 à 7 fois et économisant l'énergie métabolique.

• Plus le diamètre axonal est grand, plus l'épaisseur de myéline est importante et plus la distance internodale est grande, augmentant ainsi la vitesse de conduction.