Le potentiel d'action - Tout ou rien

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

Ce processus fascinant et captivant repose sur des différences de tension électrique :

Le potentiel de membrane au repos

Le milieu aqueux de notre corps contient 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). Cela génère des anions positifs (dans le cas du sel NaCl, il s'agit d'une part d'ions sodium Na+) et des cations négatifs (d'autre part d'ions chlorure Cl-). Dans un milieu aqueux, les protéines se transforment également en cations chargés négativement.

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

Pour faire simple et aller droit au but, voici quelques ions clés et faits essentiels sur leur répartition dans le corps humain :

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

• Les ions potassium positifs Ka+ 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 cela qui crée, pour toutes les cellules, une différence de tension avec une charge négative entre le milieu intracellulaire (IZR, à l'intérieur de la cellule) et extracellulaire (EZR, à l'extérieur de la cellule).

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

Ce potentiel de repos varie selon le type de 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 Tout le monde est autorisé à copier et à 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 envoyé aux 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 alors et des processus de diffusion se mettent en place :

Comme il n'y a presque pas d'ions sodium dans la cellule, ces ions positifs Na+ se ruent (en premier) vers l'intérieur (IZR), ce qui modifie la polarité intracellulaire. Cela provoque une dépolarisation de la cellule. Si le stimulus est assez puissant et dépasse le seuil d'excitation (seuil de tension) d'environ -55 mV, une dépolarisation complète de la cellule nerveuse se produit : il en résulte un potentiel d'action (avec un dépassement, ou « over-shoot ») et une réponse de type « tout ou rien » de la cellule nerveuse, faisant grimper brièvement la tension à environ +20 mV entre l'intérieur et l'extérieur de la cellule !

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

Le signal électrique du potentiel d'action se propage alors 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 s'active que si le seuil d'excitation (environ -55 mV) d'un neurone est dépassé. Si le seuil n'est pas atteint, il se produit tout de même une légère dépolarisation, mais elle ne suit pas le principe du tout ou rien et n'engendre donc pas de potentiel d'action ! Aucun signal n'est alors déclenché ni transmis. 

La repolarisation et l'hyperpolarisation

Pendant la phase de repolarisation qui suit, les nombreux ions potassium continuent de s'échapper de la cellule (vers l'extérieur où le Ka+ est rare) à travers les canaux qui restent ouverts plus longtemps que ceux du sodium. Après un potentiel d'action, on assiste ainsi à une hyperpolarisation (atteignant environ -100 mV).

Ensuite, des processus actifs soutenus par les pompes Na-K rétablissent la distribution initiale (le Na+ vers l'extérieur de la cellule et le Ka+ vers l'intérieur), permettant de retrouver très rapidement la tension de repos d'origine de -60 à -90 mV.

Cette hyperpolarisation rend plus difficile une nouvelle stimulation immédiate qui déclencherait un potentiel d'action (N.B. : le seuil d'excitation doit être atteint pour déclencher un potentiel d'action). Un éventuel nouveau stimulus devrait donc être bien plus puissant qu'à la normale, ce qui est presque impossible par les voies anatomiques habituelles ! Il n'existe aucun stimulus propre à l'organisme capable d'exciter une telle cellule en phase d'hyperpolarisation.

Ce mécanisme garantit qu'une membrane ne peut pas être réexcitée instantanément et force le signal électrique à ne se propager que dans une seule direction (unidirectionnelle) le long de l'axone ! C'est également une protection contre les retours de signal. Le potentiel d'action doit avancer, et avancera, dans une seule direction.

Tout cela se produit à une vitesse fulgurante d'environ 1 à 2 ms. Un nerf doit en effet redevenir excitable le plus vite possible pour transmettre les signaux suivants. Et cela n'est possible que si le potentiel d'action et l'hyperpolarisation se déroulent de manière ultrarapide !

Si vous avez besoin de nous, nous sommes à votre entière disposition !

Votre équipe BodyLab, vos spécialistes des troubles corporels

Ostéopathie et physiothérapie | Rééducation et entraînement

Zurich Altstetten

Source de l'image de couverture

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 Tout le monde est autorisé à copier et à distribuer des copies textuelles de ce document de licence, mais sa modification n'est pas autorisée.