Le potentiel d'action - Tout ou rien

Comme nous l'avons décrit dans nos précédents blogs (les nerfs, la transmission de la douleur), des signaux tels que la douleur sont générés et transmis par nos cellules nerveuses, puis interprétés par le cerveau. Mais comment fonctionne exactement la genèse de ce signal, et comment notre corps s'y prend-il ?

Ce processus fascinant et palpitant se produit grâce à des différences de tension électrique :

Le potentiel de membrane de repos

Dans l'environnement aqueux de notre corps se trouvent des ions (atomes chargés). Ceux-ci peuvent se former spontanément lorsque des sels (par exemple le sel de cuisine : chlorure de sodium NaCl) sont dissous dans des solvants polaires (comme l'eau H2O). On obtient ainsi des anions positifs (dans le cas du sel de table NaCl, d'une part des ions sodium Na+) et des cations négatifs (d'autre part des ions chlorure Cl-). Les protéines se transforment également en cations chargés négativement dans un milieu aqueux.

Nous portons donc en nous des charges électriques positives et négatives.

Pour faire simple et rapide, voici quelques ions essentiels et les faits marquants concernant leur répartition dans le corps humain :

• Les ions de protéines négatifs se trouvent principalement À L'INTÉRIEUR de la cellule

• Les ions de potassium positifs Ka+ se trouvent également principalement À L'INTÉRIEUR de la cellule

• Les ions de sodium positifs Na+ se trouvent principalement À L'EXTÉRIEUR de la cellule

C'est notamment ce qui crée, dans toutes les cellules, une différence de tension avec une charge négative entre le milieu intracellulaire (espace situé à l'intérieur de la cellule) et extracellulaire (espace situé à l'extérieur de la cellule).

C'est ce que l'on appelle le potentiel de repos de la membrane (ou potentiel d'équilibre).

Ce potentiel de repos varie selon les cellules. Pour les cellules nerveuses et musculaires, il est d'environ -70 à -90 mV.

Auteur de Action_potential.svg : Original par en:User:Chris 73, mis à jour par en:User:Diberri, converti en SVG par tiZom, Copyright (C) 2000, 2001, 2002 Free Software Foundation, Inc. 51 Franklin St, Fifth Floor, Boston, MA 02110-1301 USA. Chacun est autorisé à copier et distribuer des copies textuelles de ce document de licence, mais sa modification n'est pas autorisée.

Le potentiel d'action

Sous l'effet d'un stimulus externe (neurotransmetteur ou signal électrique vers les dendrites), la perméabilité de la membrane cellulaire d'un neurone est modifiée d'abord pour le sodium, puis peu après pour les ions potassium ; des canaux s'ouvrent et des processus de diffusion se mettent en place :

Comme il n'y a presque pas d'ions de sodium dans la cellule, ces ions Na+ positifs foncent (en premier) vers le milieu intracellulaire, ce qui modifie la polarité intracellulaire. Il en résulte une dépolarisation de la cellule. Si le stimulus est suffisant et dépasse le seuil d'excitation (seuil de stimulation) d'environ -55 mV, une dépolarisation complète de la cellule nerveuse se produit : un potentiel d'action se déclenche (avec une inversion de polarité ou « over-shoot ») selon la loi du tout ou rien de la cellule nerveuse, ce qui fait brièvement grimper la tension à environ +20 mV entre le milieu intracellulaire et extracellulaire !

Les canaux sodiques permettant l'influx de Na+ se referment ensuite.

Le signal électrique du potentiel d'action est ainsi propagé le long de l'axone de la cellule nerveuse.

N.B. : ce potentiel d'action, c'est-à-dire le déclenchement du signal d'une cellule nerveuse, ne se produit que si le seuil d'excitation (environ -55 mV) du neurone est franchi. Si le seuil n'est pas atteint, il se produit tout de même une légère dépolarisation, mais elle ne suit pas la loi du tout ou rien et ne génère donc aucun potentiel d'action ! Aucun signal n'est alors déclenché ni transmis. 

La repolarisation avec hyperpolarisation

Dans la phase de repolarisation qui suit, les nombreux ions potassium continuent de sortir de la cellule (où la concentration en Ka+ est faible) par les canaux restés ouverts plus longtemps (que ceux du sodium), ce qui provoque une hyperpolarisation (jusqu'à environ -100 mV) après le potentiel d'action.

Ensuite, des processus actifs à l'aide des pompes Na-K rétablissent les répartitions initiales (c'est-à-dire le Na+ dans le milieu extracellulaire et le Ka+ dans le milieu intracellulaire), permettant de retrouver très rapidement la tension de repos d'origine de -60 à -90 mV.

Cette hyperpolarisation rend plus difficile une nouvelle stimulation directe déclenchant un potentiel d'action (N.B. : le seuil d'excitation devrait être atteint pour déclencher un potentiel d'action) ; un nouveau stimulus éventuel devrait donc être plus intense qu'un stimulus normalement suffisant, ce qui est quasi impossible par voie anatomique standard ! Aucun stimulus propre à l'organisme ne peut exciter une telle cellule en état d'hyperpolarisation.

Cela garantit qu'une membrane ne puisse pas être immédiatement réexcitée et permet au signal électrique de ne se propager que dans une seule direction (unidirectionnelle) le long de l'axone ! C'est également une protection contre le rétrocontrôle. Le potentiel d'action doit être et sera ainsi propulsé dans une direction unique.

Tout cela se produit à une vitesse fulgurante de 1 à 2 ms. En effet, un nerf doit être à nouveau excitable le plus vite possible pour pouvoir transmettre d'autres signaux. Et cela n'est possible que si le potentiel d'action, tout comme l'hyperpolarisation, se déroule à toute vitesse !

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