Le potentiel d'action du neurone
La loi du tout ou rien - comment un signal nerveux naît, se propage et détermine toute notre activité nerveuse
§1.L'unité de base de l'information nerveuse
Le potentiel d'action (PA) est l'unité fondamentale de communication dans le système nerveux. C'est une brève inversion du potentiel de membrane - un flash électrique d'environ 1 ms qui se propage le long de l'axone à des vitesses allant de quelques m/s (fibres non myélinisées) à 120 m/s (fibres myélinisées épaisses). C'est l'équivalent nerveux du '1' binaire en informatique.
La particularité fondamentale du PA est la loi du tout ou rien : soit le stimulus dépasse un seuil précis (−55 mV) et le PA se déclenche toujours avec la même amplitude (+40 mV), soit rien ne se passe. L'intensité d'un stimulus n'est pas codée par l'amplitude du PA (toujours la même) mais par sa fréquence : un stimulus fort → PA très fréquents ; un stimulus faible → PA rares.
§2.Potentiel de membrane au repos
- Le potentiel de repos (−70 mV)
- Au repos, l'intérieur de la cellule est plus négatif que l'extérieur (−70 mV). Cette différence est maintenue par des pompes Na⁺/K⁺-ATPase qui expulsent 3 Na⁺ pour 2 K⁺ entrant, et par la perméabilité sélective de la membrane.
- Exemple. Intérieur cellulaire : riche en K⁺ et en protéines anioniques. Extérieur : riche en Na⁺ et Cl⁻. C'est comme une pile : la séparation des charges = réserve d'énergie électrochimique.
- Canaux ioniques voltage-dépendants
- Des protéines transmembranaires qui s'ouvrent ou se ferment selon le potentiel de membrane. Les canaux Na⁺ voltage-dépendants s'ouvrent rapidement à −55 mV. Les canaux K⁺ voltage-dépendants s'ouvrent plus lentement.
- Exemple. Chaque canal est comme un interrupteur : fermé à −70 mV, ouvert à des potentiels plus positifs. La densité de ces canaux est maximale aux nœuds de Ranvier pour la conduction saltatoire.
§3.Les phases du potentiel d'action
- 1
Dépolarisation (0–1 ms)
Le stimulus fait monter le potentiel au-dessus du seuil (−55 mV). Les canaux Na⁺ voltage-dépendants s'ouvrent massivement. Le Na⁺ entre (gradient de concentration + électrique tous deux favorables). Le potentiel monte jusqu'à +40 mV.
- 2
Repolarisation (1–2 ms)
Les canaux Na⁺ s'inactivent automatiquement après ~1 ms. Les canaux K⁺ voltage-dépendants s'ouvrent en retard. Le K⁺ sort (gradient de concentration + répulsion électrique). Le potentiel redescend vers −70 mV.
- 3
Hyperpolarisation (2–3 ms)
Le potentiel dépasse brièvement −70 mV (hyperpolarisation) car les canaux K⁺ se ferment lentement. Le potentiel retourne progressivement à −70 mV via la pompe Na⁺/K⁺.
- 4
Période réfractaire
Pendant et juste après la repolarisation, les canaux Na⁺ sont dans un état inactivé (réfractaire) : impossibles à rouvrir même par un fort stimulus. Durée : ~2-3 ms. C'est pourquoi les PA ne peuvent pas fusionner et se propagent dans un seul sens.
§4.Loi du tout ou rien
Le potentiel d'action est un phénomène binaire : il se déclenche entièrement ou pas du tout, toujours à la même amplitude.
Variables
- Potentiel de repos- mV−70 mV typique
- Potentiel seuil- mV−55 mV typique
- Potentiel au sommet du PA- mV+30 à +40 mV
- Amplitude du PA- mV~110 mV (de −70 à +40)
- -L'intensité du stimulus est codée par la FRÉQUENCE des PA, pas leur amplitude.
- -Un stimulus douloureux intense → 100-200 PA/s. Un stimulus faible → 1-10 PA/s.
- -Fréquence maximale ≈ 1000 PA/s (limitée par la période réfractaire de ~1 ms).
§5.Propagation du potentiel d'action
- Propagation continue (fibres amyéliniques)
- Le PA régénère point par point le long de l'axone : chaque section dépolarisée déclenche la section suivante via les courants locaux. Vitesse : 0,5–2 m/s. Énergie importante car toute la membrane doit être activée.
- Exemple. Fibres C (douleur chronique, température) : 0,5–2 m/s. C'est pour ça que la douleur brûlante profonde met parfois une seconde à être ressentie.
- Conduction saltatoire (fibres myélinisées)
- La myéline isole l'axone entre les nœuds de Ranvier. Le PA 'saute' de nœud en nœud (tous les 1-2 mm). Vitesse : 30–120 m/s. Plus rapide et moins coûteux en énergie.
- Exemple. Fibres Aα (motoneurones) : 80–120 m/s. Un signal du cortex moteur atteint les muscles du pied en ~10 ms. Sans myéline, il faudrait 1,5 s.
- Sclérose en plaques (SEP)
- Maladie auto-immune où le système immunitaire détruit la myéline. Les PA ralentissent ou ne se propagent plus. Symptômes : troubles moteurs, sensitifs, visuels. Variable selon quelles fibres sont touchées.
- Exemple. La SEP est deux fois plus fréquente chez les femmes. Elle débute typiquement entre 20 et 40 ans. Traitable mais pas guérissable actuellement.
§6.Types de fibres nerveuses
| Type | Diamètre (µm) | Myéline | Vitesse (m/s) | Fonction |
|---|---|---|---|---|
| Aα | 12-20 | Oui, épaisse | 70-120 | Motricité, proprioception |
| Aβ | 6-12 | Oui | 30-70 | Toucher fin, pression |
| Aδ | 1-5 | Oui, fine | 5-30 | Douleur rapide, froid |
| C | 0.2-1.5 | Non | 0.5-2 | Douleur chronique, chaleur |
Plus le diamètre est grand et la myéline épaisse, plus la conduction est rapide.
À retenir
- Potentiel de repos : −70 mV. Seuil : −55 mV. Pic : +40 mV. Durée totale : ~3 ms.
- Loi du tout ou rien : PA complet ou rien. Amplitude fixe. L'intensité est codée par la fréquence (1 à ~1000 PA/s).
- Dépolarisation : Na⁺ entre. Repolarisation : K⁺ sort. Pompe Na⁺/K⁺ restaure les gradients.
- Période réfractaire (~2-3 ms) : empêche la refusion, assure la propagation unidirectionnelle.
- Myéline → conduction saltatoire → 30-120 m/s (4× plus rapide que sans myéline). Nœuds de Ranvier = sites de régénération.
- Anesthésiques locaux : bloquent les canaux Na⁺ → pas de PA → pas de douleur.