neurone et fibre musculaire : la communication nerveuse

Chap 14 TS Thème 2
NEURONE ET FIBRE MUSCULAIRE : LA COMMUNICATION NERVEUSE
Phot mouvement lâche une casserole
http://4.bp.blogspot.com/-qYLExtg-t1Y/UXcXP8pAlSI/AAAAAAAADAQ/77ZP1AEAzIw/s1600/DSC_0163.JPG
Photo examen clinique : réflexe rotulien
http://www.neuro-club.info/img/examen/29.jpg
-
Trajet du message quand on lâche une casserole ?
Organes intervenants ?
Photo muscle
Photo squelette
http://www.mon-instit.fr/wp-content/cours/Sciences/CM1%20-%20Corps%20humain/squelette_muscle.jpg
1
Photo tendon
Photo mouvement
http://static1.assistancescolaire.com/4/images/5smc03i05.png
Les muscles sont les moteurs du mouvement. Lorsqu’ils se contractent, la force produite tire sur les tendons
attachés au squelette ce qui déclenche un mouvement
2
-
Qu’est-ce qui commande les mouvements ?
-
Est – ce que le système nerveux intervient ?
Notion réflexe myotatique
La commande des mouvements volontaires est assurée par le système nerveux. D’autres contractions
musculaires ne naissent pas d’une volonté, ce sont des contractions réflexes.
Problème :
Comment les réflexes myotatiques commandent-ils certains muscles ?
I- LE REFLEXE MYOTATIQUE UN EXEMPLE DE COMMANDE REFLEXE DU MUSCLE
Activité 1 chap 14 TS : mise en évidence du réflexe myotatique
Raisonner et adopter une démarche scientifique pour mettre en évidence les éléments de l’arc réflexe
3
Belin Edition 2012

Montrer qu’un réflexe myotatique est sous contrôle nerveux
Belin Edition 2012

4
Montrer que le circuit n’est pas le même lors d’un mouvement réflexe et lors d’un mouvement volontaire
Document 2 p 352
Le document 2 présente une activité expérimentale désormais très classique, que les élèves pourront réaliser euxmêmes. En s’appuyant sur les connaissances de la classe de Seconde (fragilité du système tendineux), on ne manquera
pas de recommander aux élèves de n’appliquer qu’un choc modéré.

Donnez quelques caractéristiques de la réponse réflexe
La réponse réflexe du muscle se manifeste par une modification de l’état électrique du muscle qui consiste en une seule
oscillation traduisant une contraction unique et brève du muscle. Cette contraction est involontaire. Elle se produit
après un bref délai qui suit l’application du stimulus (ici 25 ms). La répétition du même test montre que la réponse
réflexe est stéréotypée, tant en ce qui concerne l’amplitude de la réponse (à la condition quand même que l’intensité
du stimulus soit la même), qu’en ce qui concerne le temps de latence.
Belin Edition 2012
5

Déterminer le centre nerveux responsable d’un réflexe myotatique et formuler une hypothèse quant aux voies
empruntées par le message nerveux

Réaliser un premier schéma fonctionnel d’un réflexe myotatique
Belin Edition 2012
http://files.tpe-sprint.webnode.fr/200000022-4e3a94f349/arc-reflexe.jpg
Le réflexe myotatique sert d’outil diagnostique pour apprécier l’intégrité du système neuro musculaire : par
un choc léger sur un tendon on provoque la contraction du muscle étiré (exemple réflexe rotulien ou
achiléeen)
Pb : quels sont les éléments de l’arc réflexe ?
Activité 2 chap 14 TS : les éléments de l’arc réflexe
Observer et comparer des préparations microscopiques pour comprendre l’organisation des composants de l’arc réflexe
1. La moelle épinière
Document 1 p 354
6
http://t1.gstatic.com/images?q=tbn:ANd9GcQtSuOsIp12enJf4crQnLUpJb2aFoPYVzjZ5zJCrBRBBo860pNZ7bJfWNqoOQ
7
2. Les neurones :
Livre p 355
Le document 3 permet de passer à l’échelle cellulaire : les observations microscopiques sont replacées à l’échelle de
l’organe sur une reproduction de la photographie étudiée précédemment. C’est à cette occasion que l’on pourra mettre
en place le vocabulaire scientifique indispensable concernant le neurone et que les élèves n’ont pas acquis au cours des
classes précédentes. Le schéma proposé aidera l’élève à se représenter ce qu’est un neurone. Un aperçu historique sur
l’établissement du concept de neurone est proposé page 369 ( « Des clés pour… mieux comprendre l’histoire des
sciences »).
L’existence de la gaine de myéline n’est pas une connaissance exigible, mais elle est ici mentionnée car elle sera très
probablement observée sur une coupe transversale de nerf. De plus, dans le cadre d’une éducation à la santé, son rôle
dans la conduction nerveuse pourra être souligné, en lien avec des troubles comme la sclérose en plaques.
On pourra d’ailleurs à cette occasion établir une relation avec la partie immunologie (exemple de maladie autoimmune).
8

Expliquer pourquoi il est pratiquement impossible d’observer un neurone en entier ?
Il est pratiquement impossible d’observer un neurone en entier car un neurone est une cellule qui possède de longs
prolongements cytoplasmiques filamenteux, les dendrites et l’axone. Or, les observations microscopiques sont réalisées
sur des coupes très fines de moelle épinière qui ne contiennent pas ces fibres nerveuses sur toute leur longueur. Sur
une coupe de nerf, seules les fibres sont observables, les corps cellulaires des neurones étant situés dans les centres
nerveux.

En quoi le neurone est –il une cellule singulière ?
Le neurone comporte les éléments caractéristiques de toute cellule eucaryote : membrane cellulaire, cytoplasme, noyau
et autres organites. Cependant, c’est une cellule très particulière car elle possède des prolongements cytoplasmiques
très fins pouvant atteindre une grande longueur
9

Quelles structures nerveuses sont nécessaires à la réalisation du réflexe myotatique ?
La réalisation du réflexe myotatique implique des structures nerveuses, nerfs et centres nerveux (moelle épinière), qui,
à l’échelle cellulaire, sont constituées de cellules spécialisées, les neurones.
10
3. La synapse neuro musculaire
Livre p 356
Les différents intervenants dans le réflexe myotatique sont :
→ des mécanorécepteurs, ici des fuseaux neuromusculaires, stimulés par l'étirement: éléments constitués
d'une capsule fibreuse contenant des fibres musculaires entourées des terminaisons de fibres. Ils sont
placés en parallèle des fibres musculaires. Les fuseaux neuromusculaires détectent la longueur des muscles
et leur tension et transmettent cette information par les fibres afférentes
→des fibres nerveuses sensitives, logées dans le nerf rachidien sciatique, qui conduisent à la moelle les
messages afférents ou centripètes,
→des fibres nerveuses motrices du nerf sciatique, transmettant les messages efférents ou centrifuges aux
effecteurs "muscles".
→la moelle épinière lombaire, centre nerveux réflexe. Son organisation anatomique et notamment ses
relations avec chacun des nerfs rachidiens pairs, auxquels elle est reliée par deux racines, l'une dorsale,
comportant un ganglion rachidien et l'autre ventrale, peut être observée sur une coupe transversale
observée à la loupe ou au très faible grossissement du microscope.
→les muscles eux-mêmes, dont les myofibres avec leur plaque motrice individuelle, constituent les
effecteurs. Il est ainsi possible de définir ce qu'est une unité motrice: c'est l'ensemble constitué par un
neurone et ses ramifications, assurant la commande synchrone d'un certain nombre de fibres musculaires.
Le microscope électronique permet de comprendre l'intimité de la jonction neuro-musculaire (synapse).
Tous ces éléments sont intégrés dans un circuit constituant l'arc réflexe, de type médullaire ici, dont nous
allons justifier de l'intervention.
Pb : quels sont les circuits nerveux réflexes ?
Activité 3 chap 14 : les circuits nerveux du réflexe :
Saisir des informations et interpréter des expériences historiques
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1. Les expériences de dégénérescence Wallerienne :
Ces expériences historiques ont été réalisées par Augustus Desiré WALLER en 1850.
Lorsque le corps cellulaire d'un neurone est détruit, la fibre nerveuse dégénère totalement. Lorsque la fibre nerveuse
est sectionnée, la partie distale, c'est à dire la partie qui est séparée du corps cellulaire, dégénère. C'est le phénomène
de la dégénérescence wallérienne. Par contre la partie proximale, c'est à dire celle qui est restée en rapport avec le
corps cellulaire, peut régénérer.
→
expériences , résultats, conclusion
2. Les expériences de Bell Magendie :
Charles BELL, dès 1811, entreprit de définir le rôle
des racines rachidiennes dans la conduction
nerveuse.
C'est François MAGENDIE en 1822 qui précisa le rôle
des racines antérieures et postérieures des nerfs
rachidiens, Charles BELL le confirma en 1824.
→ Expérience, résultats, conclusion
Il est à présent possible d'identifier les deux types de neurones intervenant obligatoirement dans un
réflexe:
- les neurones sensitifs afférents dont les influx centripètes cheminent des récepteurs musculaires à la
moelle en passant par les racines dorsales des nerfs rachidiens: ils ont leurs péricaryons (corps cellulaires
nucléés) dans les ganglions rachidiens.
- les motoneurones efférents dont les influx centrifuges empruntent les racines ventrales des nerfs
rachidiens et parviennent aux muscles: leurs péricaryons se situent dans les cornes antérieures de la moelle
(neurones multipolaires).
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3. Les connexions entre les neurones afférents et efférents :
La connexion entre ces neurones se fait directement par des contacts synaptiques entre les axones des neurones en T et
les dendrites ou les péricaryons des motoneurones: circuits monosynaptiques.
Il est possible de les mettre en évidence par des expériences d'enregistrements de potentiels.
Celles-ci consistent, après sections des racines rachidiennes et stimulation électrique, de rechercher le passage éventuel
d'un message nerveux sur l'autre racine grâce à des électrodes réceptrices reliée à un oscilloscope ou un dispositif
d'ExAO
Analysez ces expériences et émettez des hypothèses sur les variantes des réponses obtenues, notamment en vous
interrogeant sur les raisons du délai obtenu dans les deux premiers enregistrements.
Le réflexe monosynaptique est le plus simple des réflexes, comme le montre le document "réflexe
rotulien", auquel vous pouvez accéder en cliquant sur son icône ci-contre à gauche: les mécanorécepteurs à
l'intérieur des fuseaux sont activés par l'allongement du muscle, provoquant une augmentation de la
fréquence de décharge des fibres sensorielles Ces fibres font jonction directement avec les motoneurones.
Il y a donc une voie monosynaptique mise en œuvre. Le réflexe myotatique permet ainsi un premier
contrôle musculaire et joue un rôle fondamental dans les processus antigravitaires.
Pb : Quelle est la nature du message nerveux et comment s’effectue sa propagation ?
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II- LA NATURE ET LA PROPAGATION DU MESSAGE NERVEUX :
Activité 4 chap 14 TS : la nature du message nerveux :
Recenser et organiser des informations pour comprendre la nature du message nerveux.
Document 1 et 2 p 358
En rapprochant deux illustrations séparées par trois siècles, le document 1 montre, bien entendu, l’écart entre les
moyens expérimentaux mis en œuvre. On ne prétend cependant pas détailler les étapes de l’histoire qui a conduit à
déterminer la nature du message nerveux, mais on comprend cependant que le message nerveux se traduit par des
manifestations de nature électrique, que l’on peut enregistrer.
Le document 2 permet très classiquement de définir potentiel de repos et potentiel d’action. Cependant, comme le
précise le programme « les mécanismes ioniques des potentiels membranaires » sont hors programme. La modification
de la base de temps permet de comprendre qu’un potentiel d’action, qui se présente comme une brève dépolarisation,
est en fait constitué d’une phase de dépolarisation suivie d’une phase de repolarisation. On pourra négliger la période
d’hyperpolarisation.

Montrer que les observations apportées par les documents 1 et 2 permmettent de déterminer la nature du
message nerveux.
Ces observations et expérimentations montrent que le message nerveux est de nature électrique et se manifeste par
une variation de la différence de potentiel transmembranaire du neurone.

Justifier les expressions : »ptentiel de repos » et de « potentiel d’action » et proposer une définition
Le potentiel de repos est la différence de potentiel transmembranaire du neurone qui existe en permanence, en dehors
de toute stimulation (d’où le terme de repos).
Les enregistrements montrent en effet qu’il existe au repos une différence de potentiel de 70 mV environ entre la face
interne de la membrane du neurone et la face externe, l’intérieur étant polarisé négativement.
À la suite d’une stimulation, on constate une série d’inversions très brèves du potentiel membranaire. Ce potentiel
d’action, d’une amplitude de 100 mV environ (variation de – 70 à + 30 mV) est de durée très brève : 1 à 1,5 ms. Le terme
de potentiel d’action est justifié, dans le sens où il s’agit d’une réponse à une stimulation, signe de l’activité du neurone.

14
Déterminer les caractéristiques de la réponse d’un neurone à une stimulation
Pb : comment s’effectue la propagation du message nerveux ?
Activité 5 chap 14 TS : La propagation du message nerveux :
Document 3 p 359
L’intérêt du document 3 est de monter que le potentiel d’action se propage : pour comprendre ce document, il faut bien
mettre en relation l’emplacement de la microélectrode d’enregistrement et le moment précis d’enregistrement du
passage d’un potentiel d’action. Un schéma simple permet de bien comprendre que si le potentiel d’action est
effectivement de nature électrique, il ne s’agit pas d’un courant se propageant dans un fil conducteur mais peut être
assimilé à une onde de dépolarisation qui naît et se déplace au niveau de la membrane du neurone.

Expérience, résultats, conclusion

Justifier l’expression suivante : « au niveau d’un neurone, le message nerveux est codé en fréquence de
potentiels d’action »

Quelles sont alors les propriétés du message nerveux mises en évidence dans ces expériences
On constate que le potentiel d’action peut être enregistré en tout point de la surface du neurone. Son passage est
d’autant plus tardif que l’enregistrement est éloigné de l’endroit de la stimulation, où a pris naissance le signal. On
constate donc que le potentiel d’action se propage à la surface de la membrane du neurone, sans s’atténuer, à partir de
son point de naissance.

Etablissez la relation entre l’intensité d’une stimulation et les caractéristiques du message nerveux enregistré au
niveau de la fibre
Un message nerveux est constitué par une succession rapprochée de plusieurs potentiels d’action qui ont tous la même
amplitude. Cependant, le nombre de potentiels d’action par unité de temps (c’est-à-dire la fréquence) qui constituent
un message nerveux augmente en fonction de l’intensité du stimulus. Il existe donc un système de codage de
l’information sous la forme de variations de la fréquence des potentiels d’action constitutifs d’un message nerveux
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
Récapitulez la nature et les caractéristiques du message nerveux qui se propage le long d’un neurone
Belin Edition 2012
La différence de potentiel entre le cytoplasme et la face externe de la membrane plasmique du neurone
définit le potentiel de membrane.
En l’absence de stimulation, ce potentiel est de -70mV et constitue le potentiel de repos. Lors d’une
stimulation du neurone ce potentiel peut varier transitoirement c’est le potentiel d’action qui est observé
que si l’intensité de la stimulation est suffisante. Au-delà du seuil de stimulation ce PA gardera toujours la
même valeur. La succession des PA qui se propagent le long de l’axone du neurone constitue le message
nerveux.
Pb : comment s’effectue la transmission du message nerveux au niveau de la synapse ?
Activité 6 chap 14 : la transmission synaptique :
Recenser, extraire et exploiter des informations, afin de caractériser le fonctionnement d’une synapse chimique.
http://www.udel.edu/biology/Wags/histopage/colorpage/cne/cnemep.GIF
16
http://static1.assistancescolaire.com/ele/images/10595.png
http://www.biodeug.com/cours/neuro/101.gif
Belin Edition 2012

17
Les PA se propagent à la vitesse de 50m/s. Calculez la distance parcourue par le message nerveux entre
l’électrode de stimulation et celle d’enregistrement ? Concluez.
Belin Edition 2012
Document 3 p 361
Le document 3 présente un ensemble documentaire permettant de comprendre le fonctionnement synaptique. Là
encore, on pourra laisser une grande autonomie aux élèves et les laisser élaborer eux-mêmes une démarche de
résolution (tâche complexe).

Quelles sont les conditions nécessaires à la genèse d’ un PA musculaire ?
La genèse d’un potentiel d’action musculaire nécessite l’arrivée d’un message nerveux à l’extrémité du neurone présynaptique, l’ouverture par exocytose des vésicules présynaptiques qui libèrent alors une substance chimique,
l’acétylcholine, qui imprègne la membrane post-synaptique. C’est cette substance chimique, qualifiée de
neurotransmetteur, qui permet la genèse des potentiels d’action musculaires.

Comment le message nerveux peut-il être codé au niveau d’une synapse ? proposer une explication.
Au niveau d’une synapse, le message nerveux ne peut plus être codé par la fréquence des potentiels d’action du
message. Cependant, on constate une relation entre la quantité d’acétylcholine et les caractéristiques du message
nerveux post-synaptique : plus la quantité d’acétylcholine présente dans la fente synaptique est importante, plus la
fréquence des potentiels d’action du message nerveux post-synaptique est importante. Ainsi, au niveau d’une synapse,
le message nerveux est codé chimiquement, en concentration de neurotransmetteur
http://static1.assistancescolaire.com/t/images/t_svt_15i05.png
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
Comment le message nerveux est –il transmit d’un neurone à l’autre neurone ou d’un neurone à une fibre
musculaire ?
Au niveau d’une synapse, entre deux neurones ou entre un neurone et une fibre musculaire, le message nerveux est
transmis chimiquement grâce à une substance, le neurotransmetteur, qui est produite par le neurone pré-synpatique
puis libérée dans l’espace séparant les deux cellules, engendrant ainsi la naissance d’un message nerveux postsynaptique.
Pb : comment s’effectue la transmission du message nerveux au muscle ?
Activité 7 chap 14 TS : la transmission du message nerveux au muscle :
Interpréter des résultats expérimentaux pour comprendre l’effet de différentes substances sur le fonctionnement de la
synapse neuromusculaire.
Belin Edition 2012
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
Mettre en relation les documents pour déterminer la séquence des évènements depuis l’arrivée du message
nerveux dans la terminaison synaptique du motoneurone jusqu’à la contraction musculaire

Justifier l’expression suivante : « au niveau d’une synapse neuromusculaire, le message nerveux est codé en
concentration de neuromédiateur »
Belin Edition 2012
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Au niveau d’une synapse neuro musculaire la terminaison synaptique du motoneurone contient des
vésicules renfermant de l’acétylcholine. Cette molécule est un neuromédiateur.
La stimulation du motoneurone entraine la libération d’acétylcholine dans la fente synaptique (exocytose),
la fixation du neuromédiateur sur des récepteurs situés sur la membrane post synaptiquece qui entraine la
formation d’un PA musculaire qui déclenche la contraction musculaire.
La quantité du neuromédiateur dans la fente est proportionnelle à l’intensité de la stimulation du
motoneurone. Au niveau d’une synapse neuromusculaire, le message nerveux est donc codé chimiquement
par la concentration du neuromédiateur.
Animation synapse
http://www.ac-nancy-metz.fr/enseign/svt/program/fichacti/fich1s/synap2/pages/synap.htm
http://www.biologieenflash.net/animation.php?ref=bio-0033-2
Le réflexe myotatique est un réflexe monosynaptique. Il met en jeu différents éléments qui constituent l’arc
réflexe. Le neurone moteur conduit un message nerveux codé en fréquence de potentiel d’action.
La commande de la contraction met en jeu le fonctionnement de la synapse neuro musculaire.
Belin Edition 2012
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Pour aller plus loin :
-
Le réflexe pupillaire
Des neurones sensibles à la lumière
Une maladie neuromusculaire : la myasthénie
La hernie discale
Le mystère de la toxine botulique
Les effets de substances pharmacologiques sur le fonctionnement synaptique
Santiago Ramon y Cajal fondateur de la théorie neuronale
La chimie de la communication nerveuse
La transmission synaptique
Le réflexe myotatique
Les expériences de Magendie
La vitesse de propagation du message nerveux
Perturbations dans les contractions musculaires
Les travaux de sherington
Douleur et morphine
Action du botox
Logiciel nerf
Logiciel synapse
Animation synapse
Animation réflexe myotatique
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