| Les organismes pluricellulaires survivent dans des conditions qui tueraient leurs cellules prises individuellement. Par exemple, les organismes marins ou encore ceux qui peuvent supporter un pH variant de 3 à 10. Ces organismes sont donc capables de régulariser leur milieu interne pour atteindre l'homéostasie par des réactions physiologiques et des adaptations évolutives. Mis à part les Spongiaires (ou Porifères) et les Cnidaires les autres animaux possèdent un milieu extracellulaire dans lequel baignent les cellules. Les variations dans ce milieu sont modérées grâce aux systèmes de régulation comme le système nerveux et le système endocrinien. Cependant, même les Cnidaires possèdent un embryon de système nerveux. Par exemple, la méduse possède des neurones à la marge de l'ombrelle, ce qui lui permet de coordonner la nage. Toutefois, on ne voit apparaître la céphalisation qu'à partir des Plathelminthes. | |
Le système nerveux est un système régulateur. Il permet, par exemple, la coordination des différentes parties de l'organisme ou encore l'adaptation face à un changement du milieu. C'est donc un système important dans le maintien de l'homéostasie. Pour être efficace, le système nerveux doit percevoir et réagir à des variations. Trois grandes fonctions sont reliées au système nerveux: la réception, l'intégration et l'action.
La réception est assurée par les divers récepteurs. Les informations sont ensuite acheminées au système nerveux central (SNC) par les neurones afférents. Le SNC intègre les diverses informations et décide de l'action à poser. Il commande aux effecteurs (glandes et muscles), via les neurones efférents, une action appropriée.
Le système nerveux est anatomiquement divisé en deux grandes catégories:
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Figure 1: Divisions du système nerveux |
L'unité de base du système nerveux est le neurone. Le corps humain en contient plus de 100 milliards. C'est le neurone qui transporte l'influx nerveux d'un point à un autre.
Le neurone type est toujours représenté par le neurone multipolaire. Il est composé d'un corps cellulaire présentant des prolongements cytoplasmiques: un long nommé axone et plusieurs plus courts nommés dendrites. Au bout de l'axone il y a une ramification, c'est l'arborisation terminale. Chacun des rameaux se nomme terminaison axonale et présente un renflement appelé bouton synaptique.
Figure 2: Structure du neurone
Autour de l'axone de certains neurone, on peut trouver la gaine de myéline. Cette gaine est fabriquée par les cellules de Schwann dans le SNP ou par les oligodendrocytes dans le SNC. Elle isole l'axone et augmente la vitesse de propagation de l'influx. Les neurones qui ne possèdent pas cette gaine sont dits amyélinisés.
Figure 3: Enroulement de la cellule de Schwann et formation de la gaine de myéline
Figure 4: Axone amyélinisés
Lorsque le neurone est au repos il n'est pas à l'état d'équilibre avec le liquide extracellulaire. Les ions ne sont pas répartis également de chaque côté de sa membrane. On trouve plus d'ions sodium, calcium et chlore à l'extérieur qu'à l'intérieur du neurone et les ions potassium sont plus nombreux à l'intérieur qu'à l'extérieur. La répartition inégale des ions sodium et potassium est due à l'action de la pompe sodium-potassium enchâssée dans la membrane neuronale. La pompe retourne les ions Na+ vers l'extérieur et ramène les ions K+ à l'intérieur du neurone. Ce déséquilibre entraîne une différence de potentiel entre le milieu interne et le milieu externe. De façon générale, l'intérieur du neurone au repos est chargé négativement alors que l'extérieur est chargé positivement. La différence s'évalue à -70 mV en faveur de l'intérieur du neurone. On le dit polarisé.
Figure 6: Répartition des ions et des charges dans un neurone au repos
Dans la membrane neuronale, en plus des pompes à sodium-potassium, on trouve aussi des canaux ioniques. Ces canaux sont spécifiques, c'est-à-dire qu'ils ne laissent passer qu'une sorte d'ion. La membrane contient donc des canaux à sodium, à potassium, à calcium et à chlore. Un stimulus provoque l'ouverture des canaux à sodium et à potassium. Toutefois, les canaux à sodium s'ouvrent plus rapidement que les canaux à potassium. Il s'ensuit donc une entrée massive des ions sodium à l'intérieur du neurone. Cette entrée massive de cations débalance les charges momentanément. L'intérieur du neurone devient donc positif tandis que l'extérieur devient négatif. Ce renversement des charges se nomme dépolarisation. Les canaux à sodium se referment pendant que les canaux à potassium s'ouvrent. Le potassium, chargé positivement, quitte l'intérieur du neurone ce qui renverse à nouveau les charges. Le neurone se repolarise, c'est-à-dire que l'intérieur redevient chargé négativement. Cependant, les canaux à potassium restent longtemps ouverts. Il y a donc beaucoup plus de K+ qui quittent le neurone que cela est nécessaire. La potentiel descend donc à moins de -70 mV. C'est l'hyperpolarisation. Puis, le potentiel de repos est rétabli par les pompes sodium-potassium qui retournent le Na+ à l'extérieur et ramènent le K+ à l'intérieur.
Figure 7: Potentiel d'action
Il faut noter que, pour qu'il y ait production d'un potentiel d'action, l'entrée de Na+ doit élever suffisamment le potentiel pour atteindre un seuil généralement égal à -55 mV. Autrement dit, si le stimulus ne permet pas d'atteindre -55 mV, il n'y aura pas de production d'un potentiel d'action dans le neurone. L'amplitude du potentiel d'action est toujours la même. Cela veut dire que le neurone produit toujours des potentiels d'action d'égales intensités. Ou bien il en produit un, ou bien il n'en produit pas du tout. C'est la loi du tout ou rien.
Par ailleurs, lorsque les canaux à sodium sont ouverts, le neurone ne peut répondre à un nouveau stimulus. La période qui s'étend de l'ouverture des canaux à sodium jusqu'à leur fermeture complète correspond à la période réfractaire absolue. Durant l'hyperpolarisation, il est possible de déclencher un nouveau potentiel d'action à condition que le stimulus soit plus fort car le seuil d'excitation est alors très élevé. C'est la période réfractaire relative.
Dans un neurone amyélinisé, le potentiel d'action se propage tout le long de la membrane neuronale. L'ouverture des canaux à sodium d'un endroit donné engendre l'ouverture des canaux à sodium adjacents. L'influx ne peut pas revenir en arrière car, comme nous l'avons vu, il existe une période réfractaire absolue pour les canaux qui viennent de s'ouvrir. La direction générale de la propagation est donc du corps cellulaire vers les terminaisons axonales.
Dans un neurone myélinisé, l'influx se déplace beaucoup plus rapidement parce que la dépolarisation se fait uniquement aux noeuds de Ranvier. Le courant saute donc d'un noeud de Ranvier à un autre. Cette propagation se nomme conduction saltatoire; elle est beaucoup plus rapide que la propagation dans un neurone amyélinisé.
Figure 8: Conduction saltatoire
Les neurones communiquent entre eux grâce à des synapses. Il existe 2 types de synapses: la synapse électrique et la synapse chimique.
Synapse électrique
Figure 9: Synapse électrique |
Dans une synapse électrique, 2 neurones sont reliés par des jonctions ouvertes permettant le passage des ions du neurone présynaptique au neurone postsynaptique. Ce genre de synapse synchronique l'activité des neurones qui assurent les mouvements rapides stéréotypés. Cependant, les synapses chimiques sont beaucoup plus répandues. |
Deux neurones peuvent aussi communiquer par une synapse chimique. Dans ce cas, le neurone présynaptique est séparé du neurone postsynaptique par une fente synaptique. Pour que le message se rende du neurone présynaptique au neurone postsynaptique, un neurotransmetteur chimique doit servir de messager. Selon la réaction provoquée dans le neurone postsynaptique, la synapse chimique peut être ionotrope ou métabotrope.
Synapse ionotrope L'influx nerveux arrive dans le bouton synaptique provoquant l'ouverture des canaux à calcium. Le calcium entre dans le bouton entraînant l'exocytose des vésicules synaptiques. Celles-ci libèrent leur contenu dans la fente synaptique. Le neurotransmetteur se fixe au récepteur situé sur la membrane postsynaptique. Ce récepteur est couplé à un canal ionique. Le canal s'ouvre alors et laisse passer les ions. Le canal est spécifique à un type d'ions mais il y a plus d'un type de canal. Ainsi, il peut s'agir d'un canal à sodium, à potassium ou à chlore. Dans le premier cas (canal à sodium) le sodium entre dans le neurone postsynaptique et provoque une dépolarisation. S'il s'agit d'un canal à potassium, ce dernier sortira du neurone et entraînera une hyperpolarisation. La même chose se produira s'il s'agit d'un canal à chlore. Le chlore, chargé négativement, entrera dans le neurone et l'hyperpolarisera.
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Figure 10: Synapse chimique ionotrope |
Synapse métabotrope
Le récepteur postsynaptique peut être couplé à une enzyme (adénylate-cyclase). Dans ce cas, la fixation du neurotransmetteur sur le récepteur active l'adénylate-cyclase, qui transforme l'ATP en AMP cyclique. L'AMP cyclique devient second messager et active, à son tour, des enzymes déjà présentes dans la cellule. Ces enzymes peuvent activer des gènes ou encore modifier la perméabilité membranaire.
Figure 11: Neurotransmetteurs métabotropes et seconds messagers |
1: L'arrivée de l'influx nerveux dans le bouton synaptique provoque l'exocytose des vésicules synaptiques et la libération des neurotransmetteurs dans la fente synaptique. 2: Fixation des neurotransmetteurs aux récepteurs de la membrane post-synaptique. 3: Activation de l'adénylate cyclase (enzyme) et transformation de l'ATP en AMP cyclique (second messager). 4: Activation d'enzymes par l'AMPc. 5: Réponse du neurone post-synaptique.
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Les neurotransmetteurs ne peuvent demeurer dans la fente synaptique indéfiniment. Le système doit donc les éliminer soit:
Les stimuli qui provoquent la dépolarisation dans le neurone postsynaptique sont dits excitateurs (potentiel postsynaptique excitateur [PPSE]) tandis que ceux qui provoquent l'hyperpolarisation se nomment inhibiteurs (PPSI). Toutefois, un seul stimulus n'est jamais assez puissant pour atteindre le seuil. Donc, pour qu'il y ait une dépolarisation, plusieurs PPSE doivent arriver simultanément. Le neurone postsynaptique est capable de totaliser les PPSE dans l'espace, c'est-à-dire sur sa membrane, à un moment donné. C'est la sommation spatiale. D'autre part, il peut aussi additionner les PPSE rapprochés dans le temps; c'est la sommation temporelle. Dans un cas comme dans l'autre, si la somme des PPSE atteint le seuil, il y aura production d'un potentiel d'action dans le neurone postsynaptique.
Figure 12: Sommation spatiale |
Figure 13: Sommation temporelle |
Le système nerveux central comprend l'encéphale et la moelle épinière.
L'encéphale est constitué du cerveau, du cervelet, du diencéphale (thalamus et hypothalamus) et du tronc cérébral (mésencéphale, protubérance annulaire, bulbe rachidien).
Figure 14: Encéphale
Le cerveau est divisé anatomiquement en lobes et physiologiquement en aires. Il y a 5 lobes dans chaque hémisphère: frontal, pariétal, occipital, temporal et insulaire.
Figure 15: Lobes du cerveau
Le lobe insulaire ne se voit pas de l'extérieur. Il est placé sous le lobe temporal.
Figure 16: Coupe transversale de l'encéphale
La substance grise du cerveau, formée des corps cellulaires, des dendrites, des terminaisons axonales et des axones amyélinisés des neurones, se trouve en surface alors que la substance blanche, formée des axones myélinisés, est plus profonde. Toutefois, on trouve des noyaux de matière grise isolés au centre de la matière blanche; ce sont les noyaux gris centraux.
Les neurones servant à interpréter les informations sont regroupés en zones fonctionnelles nommées aires. De façon générale, les aires sont divisées en 3 groupes: les aires motrices, les aires sensitives primaires et les aires sensitives associatives. Les aires motrices commandent des actions. Elles se trouvent dans le lobe frontal. Les aires sensitives primaires reçoivent des informations en provenance de la périphérie et les traitent sommairement tandis que les aires sensitives associatives intègrent les différentes informations sensorielles. Les aires sensitives sont situées dans les lobes pariétal, temporal. occipital et insulaire.
Figure 17: Aires fonctionnelles du cerveau
L'aire motrice primaire commande les mouvements des muscles squelettiques. Elle est divisée en régions selon la partie du corps qu'elle coordonne (Figure 18). Le même travail a été fait pour l'aire somesthésique primaire (Figure 19).
Figure 18: Homunculus moteur |
Figure 19: Homunculus sensitif |
Outre le cerveau, les autres parties de l'encéphale ont aussi des fonctions précises.
| Région | Fonctions |
Tronc cérébral Bulbe rachidien |
Lien entre les centres cérébraux supérieurs et la moelle épinière. Site de la décusssation des faisceaux. Centre cardiaque, centre vasomoteur, centres respiratoires, centres de la déglutition, du vomissement, de la toux, du hoquet et de l'éternuement. |
Protubérance annulaire |
Relais entre le cerveau et le cervelet. Centres de la respiration. |
Mésencéphale |
On y trouve les tubercules quadrijumeaux qui commandent les réflexes visuels (mouvements de la tête et des yeux), et qui servent de relais auditif (réflexe de tressaillement). |
Formation réticulée |
Système fonctionnel du tronc cérébral qui assure la vigilance du cortex cérébral (système réticulé activateur ascendant) et filtre les stimuli répétitifs. Ses noyaux concourent à la régulation de l'activité des muscles squelettiques, des muscles lisses des viscères et du muscle cardiaque. |
Diencéphale Thalamus |
Relais des influx sensitifs dirigés vers les aires corticales pour y être interprétés. Relais des influx dirigés vers l'aire motrice et les centres moteurs inférieurs y compris le cervelet, et de ceux qui en proviennent. Il intervient aussi dans la mémorisation d'informations. |
Hypothalamus |
Régit la température corporelle, l'apport alimentaire, l'équilibre hydrique et la soif. Régularise les sécrétions hormonales de l'adénohypophyse. Synthétise les hormones ocytocine et ADN (hormone antidiurétique). |
| Cervelet | Traite l'information reçue de l'aire motrice, des propriocepteurs ainsi que des voies de l'équilibre et de la vision. Maintient l'équilibre et la posture. Produit des mouvements coordonnés. |
La moelle épinière fait aussi partie du système nerveux central. On y trouve, comme dans l'encéphale, une substance blanche et une substance grise. La substance blanche transmet l'influx nerveux de haut en bas et de bas en haut. La substance grise transmet l'influx d'un côté à l'autre du corps. Contrairement au cerveau, la substance grise se trouve au centre de la moelle épinière tandis que la substance blanche se trouve à la périphérie.
Figure 20: Moelle épinière et arc réflexe
La moelle épinière est aussi le centre d'intégration des réflexes. Tout le long de la moelle épinière se trouvent des nerfs rachidiens. Chaque nerf comprend une partie motrice et une partie sensitive. L'influx arrive donc à la moelle par les neurones de la branche sensitive du nerf rachidien. Ces neurones font synapse avec un interneurone situé dans la substance grise de la moelle. Cet interneurone renvoie l'influx vers un neurone moteur qui quitte la moelle par la branche motrice du nerf rachidien pour se diriger vers un effecteur.
Comme nous l'avons vu précédemment, le système nerveux périphérique comprend les divisions sensitive et motrice. La division motrice est subdivisée en 2 parties: le système nerveux somatique (SNS) et le système nerveux autonome (SNA).
Le SNS amène l'influx jusqu'aux muscles squelettiques. On le dit volontaire parce qu'il fonctionne souvent de façon consciente.
Le SNA transmet l'influx aux muscles lisses, au muscle cardiaque et aux glandes. Il est involontaire. Le SNA comprend, lui aussi, 2 subdivisions qui agissent de façon antagoniste. Il s'agit des systèmes nerveux sympathique et parasympathique.
De façon générale, le système nerveux sympathique augmente la dépense énergétique. C'est notre système d'alerte. Lorsqu'il est activé, il augmente le rythme cardiaque, augmente la respiration, augmente la sécrétion d'adrénaline, etc.
Le système nerveux parasympathique provoque des réactions contraires au sympathique. Il ramène l'organisme à l'état de calme.
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Effets des stimulants (animation)
Effet de la nicotine (animation)
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Dernière mise à jour le 5 mai, 2008
