Le potentiel d'action - Tout ou rien

Comme décrit dans nos blogs précédents (Nerfs, Transmission de la douleur), des signaux comme la douleur sont générés et transmis par nos cellules nerveuses et interprétés dans le cerveau. Mais comment cette génération de signaux fonctionne-t-elle exactement, comment notre corps fait-il cela ?

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

Le potentiel de membrane de repos

Dans le milieu aqueux de notre corps, il y a des ions (atomes chargés). Ils peuvent se former spontanément lorsque des sels (comme le sel de cuisine : chlorure de sodium NaCl) se dissolvent dans des solvants polaires (comme l'eau H2O). Il en résulte 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 des particules électriquement chargées positivement et négativement en nous.

Pour abréger et simplifier un peu, voici quelques ions importants et des faits sur leur répartition dans le corps humain :

• Les ions protéines négatifs se trouvent principalement DANS la cellule

• Les ions potassium positifs Ka+ se trouvent également principalement DANS la cellule

• Les ions sodium positifs Na+ se trouvent principalement HORS de la cellule

Cela provoque notamment, dans toutes les cellules, une différence de tension avec une charge négative entre l'espace intracellulaire (IZR, à l'intérieur de la cellule) et l'espace extracellulaire (EZR, à l'extérieur de la cellule).

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

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

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Le potentiel d'action

Par un stimulus externe (neurotransmetteur ou signal électrique vers les dendrites), la perméabilité (la soi-disant perméabilité) de la membrane cellulaire d'un neurone change d'abord pour les ions sodium, puis peu après pour les ions potassium; des canaux s'ouvrent et des processus de diffusion s'appliquent :

Comme il n'y a presque pas d'ions sodium dans la cellule, ces ions Na+ positifs (en premier) entrent dans l'IZR, modifiant ainsi la polarité intracellulaire. Cela entraîne une dépolarisation de la cellule. Si le stimulus est suffisamment grand et dépasse le seuil de potentiel de -55mV, une dépolarisation complète de la cellule nerveuse se produit : il y a un potentiel d'action (avec un dépassement) et une réponse tout ou rien de la cellule nerveuse, ce qui amène la tension à augmenter brièvement à environ +20mV entre l'IZR et l'EZR!

Les canaux de sodium pour l'influx de Na + se ferment ensuite à nouveau.

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

NB: Ce potentiel d'action, ou déclenchement d'un signal d'une cellule nerveuse, n'est déclenché que si le seuil de stimulus (environ -55 mV) d'un neurone est dépassé. Si le seuil n'est pas atteint, il y a malgré tout une légère dépolarisation, mais pas selon le principe du tout ou rien et donc sans potentiel d'action !! Aucun signal n'est donc déclenché et transmis. 

La repolarisation avec hyperpolarisation

Dans la phase de repolarisation suivante, de nombreux ions potassium traversent les canaux qui restent ouverts plus longtemps (que ceux pour le sodium) hors de la cellule (là où il y a peu de Ka+), menant à une hyperpolarisation (à environ -100 mV) après un potentiel d'action.

Ensuite, à l'aide des pompes Na-Ka, les répartitions d'origine sont restaurées grâce à des processus actifs (donc Na+ dans l'EZR et Ka+ dans l'IZR) et ainsi, relativement rapidement, la tension de repos d'origine de -60 à -90 mV est rétablie.

Grâce à cette hyperpolarisation, une nouvelle stimulation immédiate avec déclenchement d'un potentiel d'action est compliquée (NB : Le seuil de stimulus doit être atteint pour déclencher un potentiel d'action) ; un stimulus éventuellement entrant devrait donc être plus fort qu'un stimulus normal suffisant et est presque impossible par des moyens anatomiques normaux ! Il n'existe pas de stimuli corporels susceptibles d'exciter une telle cellule en hyperpolarisation.

Cela garantit qu'une membrane n'est pas immédiatement réactivable, ce qui permet au signal électrique de ne se propager que dans une direction (unidirectionnelle) le long de l'axone !! C'est aussi une protection contre le feedback. Le potentiel d'action doit et sera conduit dans une seule direction.

Tout cela se produit en environnements incroyablement rapides de 1-2 mS. Car un nerf doit être prêt à être stimulé aussi rapidement que possible pour transmettre d'autres signaux. Et cela n'est possible que si le potentiel d'action et l'hyperpolarisation se produisent rapidement !

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