Les potentiels d'action se produisent lorsque le potentiel de la membrane d'un neurone passe du négatif au positif en raison du flux d'ions Na+ et K+. Les étapes d'un potentiel d'action peuvent être décrites comme une dépolarisation, une repolarisation et une hyperpolarisation.
Le potentiel de membrane d'un neurone décrit la différence de potentiel électrique entre l'intérieur et l'extérieur de la cellule. Ce potentiel électrique est influencé par la présence de plus ou moins d'ions de part et d'autre de la cellule.
Modèle stimulus-réponse dans le potentiel d'action
Tout d'abord, rappelons rapidement comment un influx nerveux se déplace pour produire une réponse dans les cellules effectrices. Un modèle stimulus-réponse peut être utilisé pour décrire cela.
Un stimulus décrit un changement détectable dans l'environnement interne ou externe, tel que la chaleur, la pression et le son. Les cellules effectrices produisent la réponse au stimulus, comme les muscles et les glandes.
- Un récepteur détecte un stimulus.
- Si le stimulus dépasse un certain seuil, le récepteur transforme le stimulus en un influx nerveux.
- L'influx nerveux se rend au SNC.
- Le SNC déclenche une réponse (involontaire ou volontaire) au stimulus, qui est transmise aux cellules effectrices.
Maintenant que tu connais bien le processus, prenons un exemple de réponse à un stimulus.
Disons que c'est une chaude journée d'été. Les récepteurs présents sur ta peau détectent cette chaleur et envoient des signaux à ton cerveau pour déclencher une réaction de refroidissement. La réaction involontaire comprend la transpiration, qui se produit lorsque tes artères se dilatent (vasodilatation) pour augmenter le taux d'évaporation de l'eau de ta peau. La réaction volontaire consiste à se mettre à l'ombre ou à s'asseoir près d'un climatiseur en bougeant consciemment tes muscles.
Étapes de la génération d'un potentiel d'action
Les potentiels d'action décrivent le passage d'un potentiel membranaire négatif à un potentiel membranaire positif. Pour que ce changement se produise, le stimulus doit dépasser la valeur seuil, qui se situe généralement entre -50 et -55 mV. Par conséquent, les potentiels d'action suivent le principe du tout ou rien, selon lequel un potentiel d'action n'est généré que lorsque la valeur seuil est atteinte. Si le stimulus atteint une valeur inférieure à ce seuil, un potentiel d'action n'est pas généré.
Le potentiel de seuil est une valeur spécifique qui doit être atteinte ou dépassée pour produire un potentiel d'action. Cette valeur se situe généralement entre -50 et -55 mV.
Après que les neurotransmetteurs ont diffusé à travers la fente synaptique et se sont liés aux récepteurs de la membrane post-synaptique, le potentiel d'action se poursuit sur le neurone suivant (celui qui reçoit/se lie aux neurotransmetteurs). Cependant, les signaux provenant d'un seul potentiel d'action ne sont généralement pas suffisants. L'addition de plusieurs potentiels d'action entrants est nécessaire, ce que l'on appelle la sommation.
Deux types de sommation peuvent entraîner la dépolarisation du neurone voisin :
- La sommationspatiale : plusieurs neurones pré-synaptiques fournissent des signaux à un neurone post-synaptique.
- La sommationtemporelle : un seul neurone pré-synaptique fournit des signaux en succession rapide à un neurone post-synaptique.
Étapes d'un potentiel d'action
Un potentiel d'action se compose de quatre étapes principales :
- Dépolarisation: le potentiel de la membrane augmente rapidement jusqu'à environ +40 mV. Cela provoque l'ouverture des canaux à tension de sodium dans la membrane et les ions sodium (Na+) pénètrent dans la cellule.
- Repolarisation: lorsque la différence de potentiel atteint +40 mV, les canaux à tension de sodium se ferment et les canaux à ions potassium s'ouvrent. Cette réaction provoque un important efflux d'ions potassium (K+) hors de la cellule, ce qui réduit le potentiel de la membrane.
- Hyperpolarisation: l'efflux de K+ provoque un dépassement de la différence de potentiel, ce qui fait que le potentiel de la membrane est plus négatif qu'à l'état de repos, qui est d'environ -75 mV.
- État de repos : le neurone revient à son potentiel membranaire de repos où aucun potentiel d'action n'est généré. Cette valeur est d'environ -70 mV.
Les potentiels d'action peuvent être générés aussi bien dans les neurones que dans les muscles squelettiques. La différence est que le potentiel de la membrane dans le muscle squelettique est plus négatif en raison d'un plus grand gradient de K+ et de Cl- et d'une plus grande perméabilité de la membrane au Cl-. Sinon, le diagramme du potentiel d'action est similaire à celui d'un neurone.
Période réfractaire
Pendant l'hyperpolarisation, il se produit une période réfractaire au cours de laquelle aucun potentiel d'action ne peut être généré. Cela se produit en raison du décalage dans la fermeture des canaux d'ions potassium et des propriétés d'inactivation des canaux sodiques voltage-gated. De cette façon, le nombre de potentiels d'action est limité.
Ceci est important car les ions sodium diffusent dans une direction le long du neurone pour dépolariser la région suivante. Cela permet une transmission discrète et unidirectionnelle du potentiel d'action.
Il existe deux types de périodes réfractaires :
- Lapériode réfractaire absolue: cette période se produit pendant la dépolarisation et la repolarisation. De nouveaux potentiels d'action ne peuvent pas être générés pendant ces étapes car les canaux sodiques sont inactifs.
- Période réfractairerelative: cette période se produit pendant l'hyperpolarisation. Un deuxième potentiel d'action peut être initié ; cependant, un stimulus plus important est nécessaire, c'est-à-dire une valeur seuil plus élevée.
Le potentiel de repos et la pompe sodium-potassium
Le potentiel de repos décrit la différence entre les concentrations d'ions Na+ et K+ de part et d'autre de la membrane du neurone lorsqu'aucun potentiel d'action n'est généré. Ce potentiel est généralement de -70 mV, ce qui signifie que lorsque le neurone est au "repos", l'intérieur est plus négatif que l'extérieur. Cela s'explique par le fait que la membrane du neurone est naturellement plus perméable au K+ en raison de l'ouverture des canaux K+ qui permettent au K+ de s'échapper du neurone plus rapidement que le Na+ ne peut y entrer !
Ce potentiel de repos est également maintenu par la pompe Na+/K+ ATPase. Cette protéine transmembranaire utilise le transport actif pour pomper 3 ions Na+ hors du neurone pour chaque 2 ions K+ pompés dans le neurone. Comme davantage de cations sont maintenus à l'extérieur du neurone, cela maintient un potentiel de repos négatif. Il ne faut pas croire que le neurone est simplement au "repos" lorsqu'il est à son potentiel de repos. Le neurone est toujours très actif en raison de l'activité de lapompe Na+/K+ ATPase, qui est un processus très actif puisqu'il nécessite de l'ATP !
Lapompe Na+/K+ ATPase est une protéine transmembranaire qui utilise le transport actif pour pomper 3 Na+ hors du neurone pour chaque 2 K+ pompés dans le neurone .
La génération d'un potentiel d'action cardiaque
Dans les neurones, les potentiels d'action sont générés par l'activité nerveuse. Cependant, les cellules cardiaques sont légèrement différentes car elles possèdent des cellules spécialisées qui génèrent des potentiels d'action sans stimulus ! Ces cellules spécialisées sont appelées cellules pacemaker, et les potentiels d'action qu'elles génèrent se propagent à d'autres cellules cardiaques pour permettre au cœur de se contracter.
Les cellules pacemaker se trouvent dans :
- Le nœud sino-atrial (SAN)
- Le nœud auriculo-ventriculaire (NVA)
Le nœud sino-atrial est le principal emplacement des cellules pacemaker. Contrairement aux potentiels d'action neuronaux caractérisés par un mouvement de Na+, les cellules pacemaker du SAN utilisent le Ca2+ pour générer des potentiels d'action ! Les cellules situées dans le NVA, en revanche, sont décrites comme des cellules pacemaker secondaires car elles sont utilisées en cas de défaillance du SAN.
Types de transmission des potentiels d'action
La propagation des potentiels d'action à travers un axone peut se faire de deux manières :
- Conduction continue
- Conduction saltatoire
La conduction continue se produit dans les axones non myélinisés, tandis que la conduction saltatoire se produit dans les axones myélinisés.
Conduction continue
Dans les axones non myélinisés, le potentiel d'action se déplace sur toute la longueur de l'axone en conduction continue. Il s'agit d'un mécanisme plus lent qui nécessite plus d'énergie car il emploie un plus grand nombre de canaux ioniques pour modifier l'état de repos du neurone. Ces canaux ioniques mettent du temps à s'ouvrir et à se fermer !
Conduction saltatoire
Les sites où les cellules de Schwann sont absentes dans les axones myélinisés sont connus sous le nom de nœuds de Ranvier. La présence de ces nœuds permet au potentiel d'action de "sauter" d'un nœud à l'autre. Grâce à cette myélinisation, la propagation du potentiel d'action est plus rapide car moins de canaux ioniques sont nécessaires.
Potentiel d'action - Points clés
- Les potentiels d'action se produisent lorsque le potentiel de la membrane d'un neurone passe du négatif au positif en raison du flux d'ions en réponse à un stimulus.
- Un potentiel d'action n'est généré que lorsque le stimulus dépasse la valeur seuil de -50 à -50 mV.
- Les étapes d'un potentiel d'action comprennent la dépolarisation, la repolarisation, l'hyperpolarisation et l'état de repos.
- Les périodes réfractaires (absolues et relatives) permettent une transmission discrète et unidirectionnelle du potentiel d'action.
- Les potentiels d'action cardiaques sont générés par les cellules pacemaker situées dans le SAN et le AVN. Ces cellules n'ont pas besoin de stimulus pour générer un potentiel d'action.
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