Cours d'électrogenèse

27.9.23  Physio

CM Électrogénèse neuronale

Introduction

• Information électrique = changements du potentiel interne des neurones
• Un neurone a différentes parties qui font les transport d’informations : un corps cellulaire, des prolongements qui vont véhiculer le message électrique : des dendrites qui vont recevoir l’information
• Unique extension : l’axone sur lequel vont se propager des excitations
• C’est essentiellement sur les trajets axonaux que seront décrits les phénomènes de propagation de l’information électrique
• Propagation centrifuge (du corps cellulaire vers les périphéries), centripète (qui vient vers le neurone)
• La transmission synaptique : passage de l’information d’un neurone à l’autre, synapse = région de rencontre où le message devient chimique
• Réseaux neuronaux, on a des milliards de neurones qui font des milliards de connexions entre eux

[pic 1]

1. Réponses électriques passives du neurone

• Pour mesurer l’activité électrique : technique de mictro-électrode
• Technique qui consiste à fabriquer des électrodes à partir de petits capillaires de verres avec un diamètre de l’ordre du micro, on va faire fondre le verre et ce verre sera étiré à ses deux extrémités, on aura deux points symétriques au moment de la rupture du verre. Point la plus fine possible car cette pointe va être dans la cellule pour pouvoir mesurer à l’intérieur et mesurer la différence entre l’intérieur et l’extérieur de la cellule[pic 2]
• On prend de l’eau pure dans laquelle on met du KCl 3 M
• L’ion majoritaire à l’intérieur d’une cellule est le potassium K
• La capacité de l’électrode à conduire l’électricité est faible donc pour compenser, on rajoute dans l’eau une grande concentration d’ions car les ions conduisent le courant électrique

[pic 3]

• On utilise un système de micromanipulateur pour déplacer l’électrode
• On le relie à un voltmètre qui mesure une DDP
• Ainsi qu’une électrode de référence
• Il faut que le neurone soit baigné d’une solution extracellulaire
• Les deux électrodes à l’extérieur du neurone (milieu extracell), la différence de potentiel mesurée est de 0mV
• On descend l’électrode et quand elle va pénétrer à l’intérieur, instantanément le potentiel mesuré va passer à une valeur négative correspondant au potentiel de membrane de repos
• La valeur du potentiel de repos = -70 mV[pic 4]
• L’intérieur est chargé négativement par rapport à l’extérieur ce qui donne cette ddp de -70 Mv
• Le nombre de charges impliquées dans une ddp est extrêmement faible : ce sont des picomoles qui sont passés d’un milieu à un autre et qui ont réussi à changer cette différence de potentiel
• Un ion sur 100 000 participe à cette différence de potentiel : ce qui ne change jamais les concentrations des milieux
• La ddp est due à une existence de charge + à la face externe et de charge – à la face interne

• L’objectif sera donc de changer le potentiel de repos, dans la vie du neurone, le potentiel est très souvent exité donc il change, on va donc artificiellement déclencher des potentiel électriques

[pic 5]

• On injecte un créneau de courant

relié à un générateur de courant

réponses électriques passives du neurone

• 1  : on injecte 0.5 Na : on a une dépolarisation : on perd la valeur du ddp : on mesure -55 mV[pic 6]

                                                                                       Depolarisation[pic 7]

[pic 8]

• 3 fois plus de dépolarisation : on mesure -45 Mv : constate que la variation de potentiel est proportionnelle au courant injecté
• Si j’injecte des charges négatives, on va observer des hyperpolarisation donc le potentiel aura une valeur plus négative que celle qu’elle avait
• On a tjr la même relation avec l’injection de courant ; c’est proportionnel
• Images en miroir : dépolarisations et hyperpolarisations
• Electrotonus
• Si je mesure au plateau (quand le potentiel se stabilise) on obtient une relation linéaire
•  [pic 9]

• Une membrane biologique a un équivalent : on parle du cicruit électrique équivalent de la membrane qui sépare deux compartiments liquidiens conduisant très bien le courant tandis que la partie centrale de la membrane est isolante : equivalent d’un condensateur
• [pic 10]
• Condensateur : capable d’accumuler des charges
• Il existe dans les membranes des canaux ioniques qui traversent la membrane et qui vont faire passer les ions d’un côté à l’autre avec plus ou moins de facilité, de plus ou moins grande densité ces canaux ioniques confèrent à la membrane une certaine conductance : le courant n’a aps d’autre choix que de passer à travers les canaux ioniques ouverts
• Rm = résistance membranaire : si il y a peu de canaux ioniques, la resistance est forte et la conductance est faible et inversement[pic 11]
• Rm = 1/Cm[pic 12][pic 13]
• Cm = 1/Rm
• Les canaux ioniques sont branchés en parallèle avec la membrane
• Dernier élément du circuit : ddp
• La pile est orientée négativement à l’intérieur (cytoplasme)[pic 14]
• On reconnecte ces éléments par des fils électriques[pic 15]
• 🡪 représentation électrique d’une membrane
• L’interrupteur commande l’injection ou l’arrêt d’injection de courant
• Un voltmètre a une résistance quasi infinie donc el courant ne peut pas passer à travers le voltmètre donc il n’a aps d’uatre choix que de prendre la branche qui le dririge vers la membrane or il rencontre une autre bifurcation il va passer soit à droite (branche capacitvie = du condensateur) on la branche resisitive (de la resistance) 🡪 le courant se propage en priorité dans la branche qui bloque le mojns son passage donc ça ne va pas être la branche de gauche pou il y a la résistance
• Dans les premières secondes, le courant n’a aps d’autre choix que de se propager dans la branche du condensateur à droite puis dans les secondes d’après, il va passer par la branche resistive
• Au fur et à mesure que le courant se dvlp sur la branche capacitive, le condensateur se charge donc il accumule des charges positives à l’intérieur et une quantité équivalente de charges négatives à l’extérieur
• Plus un condensateur se charge, moins il laisse passer de courant au point que lorsqu’il est totalement chargé, il ne laisse plus passer de courant
• L’augmentation exponentielle de la ddp correspond à la charge du condensateur
• La vitesse de charge d’un condensateur est exponentielle, si elle était instantanée, ce serait rexctangulaire
• Progressivement le condensateurse charge, donc il y en aura un peu plus au fur et a mesure qui passe par la resistance
• Si on povuait mesurer séparément le courant capacitif et le courant de la resistance, on obtiendrait cela : [pic 16]

• Au moment où on n’injecte plus de courant : l’interrupteur est ouvert, les charges qui ont été accumulés par le condsateur seront redistribués : il va se comporter comme un générateur de courant qui se décharge et va restituer ses charges dans le circuit du + vers le –
• Au début, bcp de courant va passer dans la résistance car il n’a pas le choix( ne peux pas aller vers le voltmetre ni vers l’interrupteur qui est ouvert) 🡪 ca donne le courant capacitif très fort qui passe vers la resistance jusqu’au plateau et va atteindre 0 (graphe 2)
• Si les signaux deviennent rectangulaires, pas bon signe 🡪 la membrane est devenue poreuse
• La valeur de dépolarisation est
• Toute cellule animale a une valeur de condesnateur de 1µF/cm2[pic 17]

V= Q/C c’est proportionnel donc proportionnel entre le potentiel et quantité de charge

• Loi d’ohm : U= RI
• La ddp aux bornes d’une résistance

1. Propagation des réponses électriques passives du neurone

• Ce potentiel électrique se propage sur les axone
• Axone : tube avec une membrane et un milieu intra et un milieu extracelulaire 🡪 juxtaposition en parallèle de schémas électriques équivalent donc on augmente la surface de la membrane
• Ces circuits électriques sont reliés entre eux car à l’intérieur il y a un milieu conducteur donc ces qlq micro carés sont reliés les uns aux autre avec des fils dehors et a l’intérieur
• On a placé entre chaque circuit équivalent des résistances internes
• Dans le cytoplasme il n’y a aps que de l’eau et des ions, il y a des organites, des cytosquelettes donc le courant est confronté à des éléments biologiques qui s’opposent à son passage donc la conduction a l’intérieur a bcp plus de resistance à l’interieur Rint > Rext[pic 18]

Avec une microélectrode on va mesurer les ddp déclenchés, je plante l’électrode de potentiel au + près du point d’injection de courant dans l’aaxone

[pic 19]

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