Anatomie et Physiologie du Système Nerveux

Anatomie et Physiologie du Système Nerveux

AXE 1: Anatomie du Système Nerveux

1. Organisation générale du système nerveux

• Le système nerveux est un système de régulation fondamental.
• Il permet de:
  • Percevoir
  • Intégrer
  • Interpréter les informations de l'environnement externe et interne.
  • Déclencher des réponses adaptées.
• Division anatomique:
  • Système nerveux central (SNC):
    • Encéphale (cerveau, cervelet et tronc cérébral).
    • Moelle épinière.
  • Système nerveux périphérique (SNP):
    • Nerfs crâniens et rachidiens.
    • Ganglions nerveux.
• Organisation fonctionnelle:
  • Voies afférentes (sensitives):
    • Conduisent les informations des récepteurs sensoriels vers le SNC.
  • Voies efférentes (motrices):
    • Transmettent les réponses motrices du SNC vers les effecteurs (muscles, glandes).
• Rôle:
  • Maintien de l'homéostasie.
  • Interaction avec l'environnement.

2. Le système nerveux central (SNC)

• Comprend:
  • L'encéphale.
  • La moelle épinière.
• Protection:
  • Boîte crânienne (encéphale).
  • Canal rachidien (moelle épinière).
  • Méninges (dure-mère, arachnoïde, pie-mère).
  • Liquide céphalo-rachidien (LCR).
• L'encéphale:
  • Situé dans la boîte crânienne.
  • Constitué de trois grandes structures:
    • Cerveau:
      • Cortex cérébral divisé en lobes (frontal, pariétal, temporal, occipital).
      • Responsable des fonctions cognitives supérieures (langage, motricité volontaire, mémoire, etc.).
    • Cervelet:
      • Situé à l'arrière du cerveau.
      • Essentiel dans la coordination des mouvements et le maintien du tonus musculaire.
    • Tronc cérébral:
      • Relie le cerveau à la moelle épinière.
      • Régule les fonctions vitales (respiration, rythme cardiaque, vigilance).
• La moelle épinière:
  • Située dans le canal vertébral.
  • S'étend du tronc cérébral jusqu'à la deuxième vertèbre lombaire environ.
  • Transmet les informations entre le cerveau et le corps.
  • Siège des réflexes.
  • Structure:
    • Organisation centrale en substance grise (forme de H).
    • Entourée de substance blanche.
  • Donne naissance aux nerfs rachidiens.
• Méninges et liquide céphalo-rachidien
  • Méninges : Trois couches protectrices
    • Dure-mère : Couche externe rigide et résistante.
    • Arachnoïde : Couche intermédiaire, fine et avasculaire.
    • Pie-mère : Couche interne, adhérant à la surface du tissu nerveux.
  • Espace sous-arachnoïdien:
    • Situé entre l'arachnoïde et la pie-mère.
    • Rempli de liquide céphalo-rachidien (LCR).
  • Fonctions du LCR:
    • Absorbe les chocs.
    • Maintient la pression intracrânienne.
    • Transporte des nutriments.

3. Le système nerveux périphérique (SNP)

• Partie du système nerveux située en dehors du SNC.
• Constitué de:
  • Nerfs crâniens et rachidiens.
  • Ganglions nerveux.
• Assure la transmission des informations entre les organes périphériques et le SNC.
• Nerfs rachidiens et nerfs crâniens:
  • Nerfs rachidiens (spinaux):
    • 31 paires.
    • Émergent de la moelle épinière.
    • Formés par la fusion d'une racine antérieure (motrice) et d'une racine postérieure (sensitive).
    • Mixtes (transportent des fibres motrices et sensitives).
  • Nerfs crâniens:
    • 12 paires.
    • Émergent de l'encéphale.
    • Peuvent être sensitifs, moteurs ou mixtes.
• Constitution des nerfs:
  • Fibres nerveuses regroupées en faisceaux, entourés de tissu conjonctif protecteur.
  • Endonèvre: entoure chaque fibre nerveuse.
  • Périnèvre: entoure chaque faisceau.
  • Épinèvre: enveloppe l'ensemble du nerf.
  • Types de fibres nerveuses:
    • Sensitives (afférentes).
    • Motrices (efférentes).
    • Végétatives (autonomes), issues du système nerveux végétatif.
• Exemples: nerf sciatique et innervation de la main:
  • Nerf sciatique:
    • Le plus long et le plus large du corps humain.
    • Innerve la face postérieure de la cuisse, la jambe et le pied.
    • Responsable de la motricité des muscles postérieurs du membre inférieur et de la sensibilité cutanée de cette zone.
  • Innervation de la main:
    • Repose sur trois nerfs: le nerf médian (préhension fine), le nerf ulnaire (force de préhension), et le nerf radial (extension du poignet et des doigts).

4. Le système nerveux végétatif (ou autonome)

• Contrôle les fonctions involontaires de l'organisme.
• Régule l'activité:
  • Muscles lisses.
  • Muscle cardiaque.
  • Glandes.
• Maintient l'homéostasie.
• Organisation:
  • Système sympathique:
    • Prépare l'organisme à l'action (réponse "lutte ou fuite").
    • Augmente la fréquence cardiaque, dilate les pupilles, inhibe la digestion, etc.
  • Système parasympathique:
    • Favorise le repos, la digestion et l'épargne d'énergie (réponse "repos et digestion").
    • Ralentit le cœur, stimule la digestion, contracte les pupilles.
  • Action complémentaire et coordonnée.
• Neurotransmetteurs associés:
  • Système sympathique:
    • Noradrénaline (et adrénaline via la glande médullosurrénale).
  • Système parasympathique:
    • Acétylcholine (au niveau des jonctions neuroeffectrices).
  • Récepteurs spécifiques sur les organes cibles (récepteurs adrénergiques, muscariniques…).
• Fonctions principales:
  • Régulation du rythme cardiaque et de la pression artérielle.
  • Régulation de la respiration et du diamètre des bronches.
  • Contrôle de la digestion, des sécrétions glandulaires et des mouvements intestinaux.
  • Modulation de la température corporelle (via la vasodilatation et les glandes sudoripares).
  • Fonctionnement de la vessie et des organes sexuels.
  • Fonctionnement réflexe, rapide et involontaire.

AXE 2: Histologie et Physiologie du Système Nerveux

1. Le neurone: cellule nerveuse

• Unité structurale et fonctionnelle de base du système nerveux.
• Cellule spécialisée dans la réception, la conduction et la transmission de signaux électriques.
• Plusieurs types de neurones (forme, fonction, localisation).
• Structure d'un neurone typique:
  • Corps cellulaire (soma):
    • Contient le noyau, les organites cellulaires.
    • Assure le métabolisme cellulaire.
    • Riche en réticulum endoplasmique rugueux (corps de Nissl), responsable de la synthèse des protéines.
  • Dendrites:
    • Prolongements courts et ramifiés.
    • Reçoivent les signaux d'autres neurones.
  • Axone:
    • Long prolongement unique.
    • Conduit l'influx nerveux du soma vers les terminaisons axonales.
    • L'information est transmise à d'autres cellules.
  • Axolemme: membrane plasmique des neurones, contient des canaux ioniques permettant la transmission des signaux électriques.
  • Myéline: isole l'axone et augmente la vitesse de conduction.
    • Cellules de Schwann (SNP).
    • Oligodendrocytes (SNC).
• Classification selon la forme:
  • Neurones multipolaires: nombreuses dendrites et un axone.
  • Neurones bipolaires: une dendrite et un axone.
  • Neurones unipolaires: un seul prolongement.
• Classification selon la fonction:
  • Neurones afférents (sensitifs): transmettent les informations des récepteurs vers le SNC.
  • Neurones efférents (moteurs): transmettent les ordres du SNC aux effecteurs (muscles ou glandes).
  • Interneurones: relient les neurones entre eux dans le SNC (ex: réflexes).

2. Potentiel de repos et potentiel d'action

• Les neurones peuvent générer et transmettre le potentiel d'action.
• Le potentiel d'action est un signal électrique.
• Cette propriété repose sur les différences de concentrations ioniques de part et d’autre de leur membrane plasmique, maintenues par des canaux ioniques et des pompes membranaires.
• Potentiel de repos:
  • Différence de potentiel électrique mesurée entre l'intérieur et l'extérieur d'une cellule au repos.
  • Environ $-70 mV$ chez un neurone (intérieur plus négatif que l'extérieur).
  • Dû à:
    • Concentration plus élevée de $K⁺$ à l'intérieur et de $Na⁺$ à l'extérieur.
    • Perméabilité sélective de la membrane (plus perméable au $K⁺$ qu'au $Na⁺$).
    • Action de la pompe sodium-potassium ($Na⁺/K⁺$ ATPase) qui expulse $3 Na⁺$ hors de la cellule et fait entrer $2 K⁺$.
• Potentiel d'action:
  • Inversion temporaire et brutale du potentiel de membrane qui se propage le long de l'axone.
  • Généré lorsqu'un stimulus dépolarise la membrane jusqu'à atteindre un seuil critique ($\approx -55 mV$).
  • Phases du potentiel d'action:
    1. Potentiel de repos: Les canaux sont fermés.
    2. Dépolarisation: ouverture des canaux $Na⁺$ voltage-dépendants → entrée massive de $Na⁺$ → inversion du potentiel.
    3. Repolarisation: fermeture des canaux $Na⁺$, ouverture des canaux $K⁺$ → sortie de $K⁺$.
    4. Hyperpolarisation: sortie prolongée de $K⁺$ → potentiel plus négatif que le repos.
    5. Retour au repos par la pompe $Na⁺/K⁺$.
• Propagation de l'influx nerveux:
  • Continue dans les neurones non myélinisés.
  • Saltatoire dans les neurones myélinisés (d'un nœud de Ranvier à l'autre).
  • Conduction plus rapide et économie d'énergie.

3. La synapse

• Structure spécialisée qui permet la transmission de l'influx nerveux d'un neurone à une autre cellule (neurone, fibre musculaire, ou cellule glandulaire).
• Deux grands types de synapses:
  • Synapses électriques (rares chez l'humain).
  • Synapses chimiques (les plus fréquentes).
• Organisation d'une synapse chimique:
  • Élément présynaptique: terminaison axonale contenant des vésicules synaptiques remplies de neurotransmetteurs.
  • Fente synaptique: espace étroit entre les deux cellules.
  • Élément postsynaptique: membrane de la cellule cible contenant des récepteurs spécifiques aux neurotransmetteurs.
• Mécanisme de transmission synaptique:
  • Le potentiel d'action atteint la terminaison axonale et provoque l'ouverture des canaux calciques voltage-dépendants.
  • L'entrée de $Ca^{2+}$ déclenche la fusion des vésicules synaptiques avec la membrane présynaptique et la libération du neurotransmetteur dans la fente synaptique.
  • Le neurotransmetteur se fixe sur des récepteurs spécifiques de la membrane postsynaptique, provoquant l'ouverture de canaux ioniques et une réponse électrique locale.
  • Cette réponse peut être:
    • Excitatrice (dépolarisation locale: potentiel postsynaptique excitateur, PPSE).
    • Inhibitrice (hyperpolarisation locale: potentiel postsynaptique inhibiteur, PPSI).
• Exemples de neurotransmetteurs:
  • Acétylcholine: impliquée dans les synapses neuromusculaires et dans le système parasympathique.

4. La plaque motrice (jonction neuromusculaire)

• Synapse particulière qui relie un neurone moteur (motoneurone) à une fibre musculaire squelettique.
• Permet la transmission de l'influx nerveux à la cellule musculaire et déclenche sa contraction.
• Structure:
  • La terminaison axonale du neurone moteur, contenant des vésicules synaptiques remplies d’acétylcholine (ACh).
  • La fente synaptique : espace étroit entre le neurone et la fibre musculaire.
  • La membrane post-synaptique de la fibre musculaire, formant la plaque motrice, riche en récepteurs à l’acétylcholine.
• Mécanisme de transmission neuromusculaire:
  1. Le potentiel d’action atteint la terminaison axonale.
  2. Ouverture des canaux calciques → entrée de $Ca^{2+}$.
  3. Libération d’acétylcholine dans la fente synaptique.
  4. Fixation de l’ACh sur les récepteurs de la plaque motrice.
  5. Dépolarisation locale (potentiel de plaque motrice).
  6. Génération d’un potentiel d’action musculaire.
  7. Contraction du sarcomère via libération de calcium intracellulaire.
• L’acétylcholine est ensuite dégradée par l’acétylcholinestérase pour stopper la stimulation.
• Blocages pharmacologiques et pathologies:
  • Le curare: bloque les récepteurs à l’acétylcholine → empêche la contraction.
  • Le botulisme: inhibe la libération d’acétylcholine → paralysie musculaire.
  • La myasthénie grave: maladie auto-immune contre les récepteurs à l’ACh → faiblesse musculaire progressive.