• Comportement du chien et
    du chat
  • Celui qui connait vraiment les animaux est par là même capable de comprendre pleinement le caractère unique de l'homme
    • Konrad Lorenz
  • Biologie, neurosciences et
    sciences en général
  •  Le but des sciences n'est pas d'ouvrir une porte à la sagesse infinie,
    mais de poser une limite à l'erreur infinie
    • La vie de Galilée de Bertold Brecht

Potentiels membranaires : potentiel de membrane
Phénomènes électriques au niveau membranaire : résistance

Sommaire
  1. Électricité
    1. Notions succinctes
      1. Intensité du courant
      2. Différence de potentiel
      3. Résistance et conductance
      4. Loi d'Ohm
    2. Condensateurs
      1. Notion de condensateur
      2. Circuit avec un condensateur
      3. Résistances et condensateurs en série et en parallèle
      4. Circuit avec une résistance et un condensateur en parallèle
  2. Potentiels membranaires
    1. Vue d'ensemble
    2. Techniques de mesure
    3. Potentiel de membrane
      1. Première mesures
      2. Voltage clamp
      3. Patch-clamp
    4. Potentiel de membrane
      1. Rôles de la membrane
        1. Vue d'ensemble des phénomènes électriques
        2. Capacité de la membrane
        3. Résistance de la membrane
          1. Propagation électrotonique du potentiel
          2. Résistance d'entrée neuronale
      2. Rôles de milieux intra et extracellulaires
        1. Répartition des concentrations ioniques
        2. Équation de Nernst
        3. Potentiels d'équilibre des ions incriminés
    5. Potentiel de repos
      1. Mesure
      2. Ions mis en jeu
        1. Ions K+
        2. Ions Cl-
        3. Ions Na+
    6. Potentiel d'action
      1. Décours
      2. Propriétés
        1. Seuil de déclenchement
        2. Amplitude : loi du tout ou rien
        3. Période réfractaire
        4. Propagation ou conduction
      3. Mouvements ioniques lors du potentiel d'action
        1. Phases de dépolarisation
        2. Phase de repolarisation
        3. Phase d'hyperpolarisation
    7. Potentiel gradué
      1. Vue d'ensemble
      2. Techniques de mesure
      3. Potentiels postsynaptiques
        1. Potentiels postsynaptiques excitateurs (PPSE)
        2. Potentiels postsynaptiques inhibiteurs (PPSI)
          1. Mesure du PPSI
          2. Explication du phénomène
          3. Effet shunt
        3. Sommations spatiales et temporelles des PPS
          1. Types de sommations
          2. Sommation algébrique et résistance d'entrée
        4. Conclusion générale sur l'efficacité synaptique
      4. Potentiels récepteurs
  3. Synapses

Bibliographie

Les potentiels membranaires correspondent aux différence de potentiel à travers la membrane d'une cellule.

Condensateur, résistance et
            membrane
Condensateur, résistance et
membrane
(Figure : vetopsy.fr)

La membrane peut donc être représentée par un circuit comprenant une résistance placée en parallèle avec un condensateur (loupe électricité). Qui dit condensateur dit :

La membrane n'est pas imperméable au courant électrique, mais c'est un conducteur de mauvaise qualité.

Le fait que la membrane puisse être considérée comme un circuit avec des résistances en parallèle à plusieurs conséquences.

Propagation électrotonique du potentiel

La différence de potentiel est déterminée par la résistance de la membrane et non par sa capacité.

  • Si on s'éloigne du point d'application du courant, la résistance de la membrane devient de plus en plus importante.
  • D'après la loi d'Ohm ($V=RI$), la différence de potentiel diminue donc très rapidement.
attention

La résistance augmente avec la distance à parcourir, donc du rayon de l'axone.

Ce processus est défini par une fonction exponentielle :

$V_x=V_0e^{x/\lambda}$ où

  • $V_0$ est le potentiel au point d'injection,
  • $Vox$ est le potentiel à une distance $x$ du point d'injection,
  • Propagation électrotonique
    Propagation électrotonique
    (Figure : vetopsy.fr)
    $e$ est un logarithme népérien ($e\simeq 2,7$)
  • $\lambda$ est la constante d'espace (constante de longueur de l'axone)

La constante d'espace ($\lambda$) est la distance au bout de laquelle la différence de potentiel n'est plus que de 1/e, soit 37% de sa valeur initiale.

  • Plus sa valeur est faible, plus la fuite du courant est rapide.
  • Au niveau de l'axone du homard, la valeur est de 1,6 mm. En général, elle est comprise entre 0,1 et 1 mm.

$\lambda$ dépend des propriétés axonales : $\lambda=\sqrt{\dfrac{r_m}{r_{ext}+r_{int}}}$ où :

  • $r_m$ est la résistance membranaire, $r_{ext}$, celle du milieu extracellulaire et $r_{int}$ celle de l'axoplasme.
  • Pour une perte la plus faible possible, il faut donc que la résistance membranaire soit élevée et celles du milieu extracellulaire et de l'axoplasme faibles.
Résistance membranaire
Résistance membranaire
(Figure : vetopsy.fr)

Cette propagation électrotonique du potentiel, i.e. l'amplitude de la différence de potentiel, décroît exponentiellement avec la distance.

bien

Cette propriété est particulièrement importante pour les potentiels gradués : le transport du signal électrique ne peut s'effectuer que sur quelques millimètres de distance.

Résistance d'entrée d'un neurone

Entre deux somas de taille différente

Si on injecte un courant $I$ dans un neurone, on détecte une différence de potentiel $V$ qui est fonction de la loi d'ohm $V=RI$.

Le courant doit ensuite sortir du neurone en traversant le milieu intracellulaire et la membrane.

  • Or, le courant n'a pas un seul chemin de sortie (cf. figure ci-dessus).
  • Les résistances des différents chemins sont disposées en parallèle.

Ce nombre augmente en fonction de la surface de la membrane et est dépendant de la taille de l'axone.

  • La résistance d'entrée d'un neurone diminue en fonction de sa surface, donc du carré de son rayon.
  • Ce processus s'oppose à l'augmentation de la résistance en fonction de la distance donc du rayon (cf. plus haut).
Résistance d'entrée
Résistance d'entrée
(Figure : vetopsy.fr)
bien

Les neurones de fort diamètre ont une résistance d'entrée plus faible que ceux de faible diamètre.

Soit un neurone qui se divise en deux et contacte par un potentiel excitateur :

  • et un petit neurone $Pn$,
  • et un gros neurone $Gn$.

Le courant $I$ délivré à chacun est identique, mais la résistance d'entrée $R_{Pn}$ est supérieure à$R_{Gn}$, d'où d'après la loi d'Ohm,

  • $R_{Pn}I>R_{Gn}I$,
  • $V_{Pn}>V_{Gn}$, d'où le PPSE dans $Pn$ serait supérieur au PPSE dans $Gn$.
bien

Un bouton synaptique excitateur est plus efficace sur un petit neurone que sur un gros.

Entre un soma et une dendrite

D'après le paragraphe précédent, la résistance d'entrée d'une dendrite est forcément plus élevée que celle d'un soma (corps cellulaire).

attention

Ces deux phénomènes ont un effet majeur sur la sommation des potentiels (loupefacilitation neuronale) avec l'effet shunt.

Propriétés des milieux intra et extracellulaire

Bibliographie
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  • Nadeau E. - Neurosciences médicales - Elsevier, Issy-les-Moulineaux, 569 p., 2006
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  • Kolb B., Whishaw I. - Cerveau et comportement - De Boeck Université, Bruxelles, 1013 p., 2008
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  • Bossy J. - Anatomie clinique - Springer-Verlag, Paris, 475 p., 1990
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  • Gilles R. - Physiologie animale - De Boeck Université, Bruxelles, 675 p., 2006