Le potentiel d'action - Tout ou rien

Comme décrit dans nos précédents articles de blog (Nerfs, Transmission de la douleur), des signaux tels que les douleurs sont générés et transmis par nos cellules nerveuses, puis interprétés dans le cerveau. Mais comment cette genèse du signal fonctionne-t-elle exactement, comment notre corps s'y prend-il?

Cela se produit grâce à des différences de potentiel électrique et c'est un processus passionnant et fascinant:

Le potentiel de repos de la membrane

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

Nous avons donc en nous des particules chargées électriquement de manière positive et négative.

Pour faire court et simple, voici quelques ions importants et faits sur leur répartition dans le corps humain:

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

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

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

C'est notamment pour cette raison qu'il existe dans toutes les cellules une différence de potentiel avec une charge négative entre l'espace intracellulaire (espace intracellulaire, à l'intérieur de la cellule) et l'espace extracellulaire (espace extracellulaire, à l'extérieur de la cellule).

C'est ce qu'on appelle le potentiel de repos membranaire (ou encore 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.

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Le potentiel d'action

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

Comme il n'y a pratiquement pas d'ions sodium dans la cellule, ces ions Na+ positifs se précipitent (en premier) dans l'espace intracellulaire, modifiant ainsi la polarité intracellulaire. Cela entraîne 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: il en résulte un potentiel d'action (avec un dépassement, «over-shoot») et une réponse en tout ou rien de la cellule nerveuse, faisant monter brièvement la tension à environ +20 mV entre l'espace intracellulaire et extracellulaire!

Les canaux sodium pour l'influx de Na+ se referment ensuite.

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

NB: Ce potentiel d'action, c'est-à-dire le déclenchement d'un signal par une cellule nerveuse, n'est déclenché que si le seuil d'excitation (env. -55 mV) d'un neurone est franchi. Si le seuil n'est pas atteint, il se produit tout de même une légère dépolarisation, mais pas selon le principe du tout ou rien et donc sans potentiel d'action!! Aucun signal n'est donc déclenché ni transmis. 

La repolarisation avec hyperpolarisation

Pendant la phase de repolarisation qui suit, les nombreux ions potassium continuent de sortir de la cellule (où il y a peu de K+) par les canaux ouverts plus longtemps (que ceux pour le sodium), ce qui entraîne une hyperpolarisation (à env. -100 mV) après un potentiel d'action.

Ensuite, des processus actifs à l'aide des pompes Na-K rétablissent les répartitions d'origine (c'est-à-dire Na+ vers l'extérieur et K+ vers l'intérieur), permettant ainsi de retrouver relativement vite la tension de repos initiale de -60 à -90 mV.

Cette hyperpolarisation rend plus difficile une réexcitation directe avec déclenchement d'un potentiel d'action (NB: le seuil d'excitation devrait être atteint pour déclencher un potentiel d'action); une éventuelle stimulation arrivant devrait donc être plus forte qu'une stimulation normalement suffisante, ce qui est quasi impossible par voie anatomique normale! Il n'existe aucun stimulus propre à l'organisme capable d'exciter une telle cellule en phase d'hyperpolarisation.

Cela garantit qu'une membrane ne soit pas immédiatement réexcitable et fait en sorte que le signal électrique sur la membrane ne puisse être transmis que dans une seule direction (unidirectionnel), le long de l'axone!! C'est aussi une protection anti-rétroaction. Le potentiel d'action doit être et est propagé dans une seule direction.

Tout cela se produit en un temps incroyablement rapide d'environ 1-2 ms. Car un nerf doit pouvoir redevenir excitable le plus vite possible pour transmettre d'autres signaux. Et cela n'est possible que si le potentiel d'action et l'hyperpolarisation se déroulent rapidement!

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Tu trouveras plus d'informations à ce sujet sur notre page douleurs chroniques.

Crédit de l'image de couverture

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