Fiche de révision : Bases de la physiologie neuronale

📋 Plan du Cours

1. Principes de l’homéostasie
2. Communication endocrine
3. Régulation hypothalamo-hypophysaire
4. Rythmes biologiques et horloge interne
5. Régulation du système endocrinien
6. Thermorégulation et métabolisme
7. Compartiments liquidiens et échanges
8. Compartiments liquidiens corporels
9. Bilan hydrique et électrolytique
10. Osmolalité et équilibre acido-basique
11. Échanges capillaires et œdèmes
12. Organisation et fonctions du système nerveux
13. Potentiel membranaire de repos
14. Potentiels gradués et potentiel d’action
15. Propagation et modulation du potentiel d’action
16. Muscle strié squelettique
17. Muscle strié cardiaque
18. Muscle lisse et système autonome

📖 1. Principes de l’homéostasie

🔑 Notions clés & Définitions

• Homéostasie : Maintien dynamique de la composition et des propriétés physico-chimiques du milieu intérieur malgré les variations de l’environnement.

★ À maîtriser

📌 Les organismes vivants sont des systèmes ouverts qui échangent de la matière, de l’énergie et de l’information avec leur environnement.

📌 Dans une boucle de rétrocontrôle négatif, une variation de la variable contrôlée est détectée, comparée à un point de consigne, puis un effecteur corrige cette variation jusqu’à une valeur proche de la référence.

• Une boucle de rétrocontrôle positif amplifie progressivement une réponse jusqu’à un événement terminal, comme la naissance lors de l’accouchement.

📌 Le rein est le principal organe effecteur de l’homéostasie de l’eau et des électrolytes en permettant leur sortie et l’ajustement du bilan hydrique.

Compléments

• Les composés organiques représentent 96 % de la composition chimique du corps humain, tandis que les électrolytes en représentent 4 %.

💡 Astuce mémo

Variation détectée → intégration → réponse adaptative → retour vers le point de consigne

📖 2. Communication endocrine

★ À maîtriser

• Le système nerveux diffuse son message en quelques millisecondes à quelques secondes et produit une réponse brève, tandis que le système endocrinien agit en quelques minutes à quelques heures et produit une réponse durable.

• Une cellule endocrine ne répond à une hormone que si elle exprime le récepteur correspondant à cette hormone.

• Les hormones hydrophiles agissent depuis l’extérieur de la cellule via des récepteurs transmembranaires et des seconds messagers, tandis que les hormones liposolubles traversent la membrane et agissent via des récepteurs intracellulaires ou nucléaires.

• En communication autocrine, l’hormone agit sur la cellule qui l’a sécrétée ; en communication paracrine, elle agit sur des cellules voisines ; en communication endocrine, elle atteint des cellules éloignées par le sang.

Compléments

• Les hormones lipophiles ont généralement une demi-vie plasmatique de plusieurs heures à plusieurs jours, tandis que celle des hormones hydrophiles varie de quelques secondes à quelques heures.

• Les hormones peuvent être sécrétées par une glande endocrine, par des neurones, par des cellules endocrines disséminées ou par des cellules non endocrines comme les adipocytes et les fibroblastes.

💡 Astuce mémo

Nerveux : rapide et bref ; endocrinien : lent et durable

📖 3. Régulation hypothalamo-hypophysaire

🔑 Notions clés & Définitions

• Système hypothalamo-hypophysaire : Contrôle de la sécrétion de la plupart des glandes ainsi que des fonctions de croissance et de lactation.

★ À maîtriser

• L’hypothalamus intègre des signaux chimiques, physiques, psychiques et hormonaux, puis ses neurones neurosécréteurs libèrent des hormones dans le système porte hypothalamo-hypophysaire afin de stimuler ou d’inhiber l’antéhypophyse.

📌 Les libérines hypothalamiques stimulent l’hypophyse, les inhibines hypothalamiques l’inhibent, et les stimulines hypophysaires agissent sur les glandes périphériques.

• La boucle longue correspond au rétrocontrôle exercé par l’hormone ou l’effet de l’organe cible sur l’hypothalamus ou l’hypophyse, et constitue le niveau de rétrocontrôle le plus puissant.

Compléments

📌 Lorsqu’une glande périphérique est défaillante, les concentrations de libérines et de stimulines augmentent par perte du rétrocontrôle négatif exercé par l’organe cible.

💡 Astuce mémo

Hypothalamus → hypophyse → organe cible

📖 4. Rythmes biologiques et horloge interne

🔑 Notions clés & Définitions

• Horloge interne : Mécanisme biologique endogène situé dans les noyaux suprachiasmatiques et influencé par des facteurs exogènes.

★ À maîtriser

📌 Les rythmes ultradiens ont une période inférieure à 24 heures, les rythmes circadiens une période de 20 à 28 heures, et les rythmes infradiens une période supérieure à 28 heures, notamment circannuelle.

• Le balancier moléculaire de l’horloge circadienne repose sur l’alternance d’expression des couples de protéines Clock/Bmal1 et Per 1,2,3/Cry 1,2.

📌 La lumière est le principal synchroniseur de l’horloge biologique, tandis que la mélatonine transmet à l’organisme l’information sur l’heure sans constituer l’horloge interne.

Compléments

• La mélatonine est sécrétée par la glande pinéale, présente à un niveau bas et stable le jour, puis augmente au crépuscule jusqu’à un maximum au milieu de la nuit avant de diminuer au lever du jour.

📌 En cas de cécité totale ou d’isolement hors du temps, l’horloge interne persiste mais se désynchronise progressivement et adopte un rythme endogène appelé free running rhythm.

💡 Astuce mémo

La lumière synchronise ; les noyaux suprachiasmatiques chronomètrent

📖 5. Régulation du système endocrinien

🔑 Notions clés & Définitions

• Rétrocontrôle négatif : Tend à ramener une variable physiologique vers son point de consigne en diminuant la sécrétion hormonale lorsque la réponse augmente.
• Homéostasie : Correspond au maintien d’une variable physiologique autour d’une valeur de consigne, avec de petites fluctuations normales.

📝 Points essentiels

• Après une ovariectomie, la diminution des œstrogènes lève le rétrocontrôle négatif exercé sur l’axe hypothalamo-hypophysaire, ce qui augmente notamment la concentration circulante de FSH.

• Une corticothérapie prolongée par prednisone inhibe directement la sécrétion hypothalamique de CRH et diminue secondairement la stimulation de l’axe corticotrope.

• Dans la maladie d’Addison, la destruction du cortex surrénalien diminue le cortisol et lève le rétrocontrôle négatif, ce qui augmente les sécrétions de CRH et d’ACTH.

• Dans la maladie de Basedow, les anticorps stimulants du récepteur de la TSH provoquent une hyperthyroïdie, tandis que le rétrocontrôle des hormones thyroïdiennes diminue la sécrétion hypophysaire de TSH et hypothalamique de TRH.

💡 Astuce mémo

Hormone périphérique basse → rétrocontrôle levé → sécrétions hypothalamo-hypophysaires augmentées

📖 6. Thermorégulation et métabolisme

★ À maîtriser

📌 Les ectothermes ont une température centrale dépendante de l’environnement et de faibles dépenses énergétiques, tandis que les endothermes maintiennent une température centrale stable grâce à une thermogenèse énergivore.

• Chez l’Homme, la température centrale normale est comprise entre 36,0 et 37,5 °C, la fièvre débute au-dessus de 37,8 °C, le risque de convulsions apparaît au-dessus de 41 °C et une température supérieure à 43 °C peut être mortelle.

📌 Le métabolisme basal est mesuré chez un sujet éveillé, au repos, à jeun depuis 12 heures et placé à température neutre, soit 22 °C habillé ou 25 °C nu.

• Lors d’une fièvre, les macrophages sécrètent de l’interleukine 1, qui stimule la synthèse de prostaglandines dans le système nerveux central et élève le point de consigne, déclenchant une réponse au froid puis une augmentation de la température.

Compléments

• Au repos, les pertes thermiques se répartissent ainsi:

  • radiation à 60 %
  • évaporation à 22 %
  • convection à 15 %
  • conduction à 3 %

• Le métabolisme basal vaut en référence 42 W/m² chez la femme et 45 W/m² chez l’homme, augmente avec le poids et la taille et diminue avec l’âge.

💡 Astuce mémo

Froid → thermogenèse et vasoconstriction ; chaud → thermolyse et vasodilatation

📖 7. Compartiments liquidiens et échanges

🔑 Notions clés & Définitions

• Œdème : Accumulation cliniquement perceptible de liquide dans le secteur interstitiel lorsque le volume interstitiel augmente de plus de 30 %.

📝 Points essentiels

• La répartition de l’eau corporelle est la suivante:
  • eau corporelle totale : 60 % du poids du corps
  • compartiment intracellulaire : 40 %
  • compartiment extracellulaire : 20 %
  • volume plasmatique : 4 %
  • volume interstitiel : 16 %

📐 Formule — Le volume plasmatique est estimé par $V_P = V_{ST} \times (1-Ht)$, où $V_{ST}$ est le volume sanguin total et $Ht$ l’hématocrite.

📐 Formule — La pression osmotique totale est approximativement $2[Na^+] + [urée] + [glucose] \approx 290\ mOsm/kg\ d’eau$, tandis que la pression osmotique efficace est $2[Na^+] \approx 280\ mOsm$.

📐 Formule — Le trou anionique se calcule par $TA = [Na^+] - ([Cl^-] + [HCO_3^-])$ et sa valeur normale est de 12 ± 3 mEq/L.

📌 L’osmolarité régit les mouvements d’eau entre les compartiments intracellulaire et extracellulaire, tandis que les forces de Starling régissent les échanges entre les capillaires sanguins et l’interstitium.

💡 Astuce mémo

Osmolarité : VIC/VEC ; Starling : capillaires/interstitium

📖 8. Compartiments liquidiens corporels

★ À maîtriser

• Chez un adulte de morphologie normale pesant 70 kg, le volume liquidien extracellulaire représente environ 20 % du poids corporel, soit 14 L, dont environ 80 % sont interstitiels.

📌 Le sodium est principalement extracellulaire, tandis que le potassium est beaucoup plus concentré dans le compartiment intracellulaire.

Compléments

• Le volume plasmatique peut être estimé par dilution d’un traceur intravasculaire, tandis que le volume intracellulaire est calculé indirectement par la différence entre l’eau totale et le volume extracellulaire.

💡 Astuce mémo

Le sodium domine l’extracellulaire, le potassium domine l’intracellulaire.

📖 9. Bilan hydrique et électrolytique

★ À maîtriser

📌 Chez un sujet sain, le rein adapte les excrétions urinaires afin de maintenir un bilan hydrique, sodique et potassique nul en régime stable.

📌 Même lorsque les pertes hydriques sont réduites au minimum, l’excrétion urinaire ne peut pas être inférieure à environ 0,5 L par 24 heures chez l’adulte sain.

• Lors d’une diarrhée ou de vomissements importants, le rein diminue l’excrétion d’eau et de sodium afin de préserver le volume plasmatique, mais cette adaptation ne suffit pas toujours à compenser les pertes digestives.

Compléments

• L’eau endogène produite par le métabolisme représente environ 0,4 L par jour.

📐 Formule — Pour un sujet sain, l’excrétion urinaire d’un électrolyte correspond aux apports diminués des pertes digestives et sudorales : $E_{urinaire}=apports-pertes_{digestives\ et\ sudorales}$.

💡 Astuce mémo

Pertes supérieures aux apports → bilan négatif → déshydratation.

📖 10. Osmolalité et équilibre acido-basique

★ À maîtriser

📐 Formule — L’osmolalité efficace plasmatique est approximativement calculée par $2\times[Na^+]$ lorsque le sodium est l’osmole active principale.

📐 Formule — Le trou anionique plasmatique se calcule par $TA=[Na^+]-([Cl^-]+[HCO_3^-])$.

📌 Une diminution des bicarbonates avec un trou anionique normal correspond typiquement à une acidose métabolique hyperchlorémique, tandis qu’un trou anionique augmenté traduit l’accumulation d’anions indosés.

Compléments

📌 Le glucose est une osmole efficace chez un patient diabétique lorsqu’il reste dans le compartiment extracellulaire faute d’entrée cellulaire suffisante.

💡 Astuce mémo

Osmolalité totale inclut l’urée ; osmolalité efficace retient surtout les osmoles actives.

📖 11. Échanges capillaires et œdèmes

★ À maîtriser

• Les échanges capillaires résultent de l’équilibre entre les pressions hydrostatiques et oncotiques, avec une filtration légèrement supérieure à la réabsorption et un drainage de l’excédent par les lymphatiques.

📌 Une augmentation de la pression hydrostatique capillaire, une augmentation de la perméabilité capillaire ou une diminution de la pression oncotique plasmatique favorisent la formation d’œdèmes.

Compléments

📌 La formation des œdèmes est limitée par l’augmentation de la pression hydrostatique interstitielle, la dilution des protéines interstitielles et l’augmentation du débit lymphatique.

• Les œdèmes deviennent cliniquement décelables lorsque le volume interstitiel augmente d’environ 10 %.

💡 Astuce mémo

Pression hydrostatique capillaire augmentée ou pression oncotique plasmatique diminuée → filtration → œdèmes.

📖 12. Organisation et fonctions du système nerveux

🔑 Notions clés & Définitions

• Neurone : Unité fonctionnelle du système nerveux : il capte et intègre les informations reçues afin de générer une réponse adaptée.

★ À maîtriser

• 🔄 Le fonctionnement du système nerveux suit trois étapes:
  1. Acquisition des données par les récepteurs sensoriels
  2. Traitement des informations par intégration
  3. Émission d’une réponse adaptée

📌 La moelle épinière assure une fonction conductrice par sa substance blanche et une fonction active par sa substance grise, notamment dans la marche et certains réflexes spinaux.

📌 Le potentiel d’action est une dépolarisation de grande amplitude et constante qui se propage sur de longues distances, tandis que le potentiel gradué a une amplitude variable, s’atténue et se transmet sur de courtes distances.

Compléments

• Seul 1 % des informations reçues par le système nerveux donne lieu à une réponse, tandis que 99 % sont écartées et constituent le bruit de fond.

• Le cerveau inférieur comprend:

  • le bulbe rachidien
  • la protubérance annulaire
  • le mésencéphale
  • le cervelet
  • le thalamus
  • l’hypothalamus
  • les noyaux gris centraux

💡 Astuce mémo

Réception → intégration → réponse

📖 13. Potentiel membranaire de repos

🔑 Notions clés & Définitions

• Potentiel de membrane : Différence entre le potentiel électrique intracellulaire et le potentiel électrique extracellulaire à proximité de la membrane.

★ À maîtriser

📌 Toutes les cellules sont polarisées, mais seules les cellules neuronales et musculaires sont excitables et possèdent un potentiel de repos au sens physiologique.

• Les concentrations ioniques extracellulaire et intracellulaire sont respectivement de 150 et 15 mM pour Na+, de 108 et 10 mM pour Cl−, et de 5 et 150 mM pour K+.

📌 Le potentiel de membrane neuronal vaut environ −70 mV et dépend des différences de concentration, des perméabilités membranaires et de l’activité de la pompe Na+/K+ ATPase.

Compléments

• La Na+/K+ ATPase expulse 3 Na+ de la cellule et fait entrer 2 K+, ce qui entretient les gradients ioniques nécessaires aux flux membranaires.

📐 Formule — Le potentiel d’équilibre d’un ion est calculé par l’équation de Nernst : $E_{ion}=\frac{61}{Z}\times\log\left(\frac{[ion]_{ext}}{[ion]_{int}}\right)$.

💡 Astuce mémo

Gradient ionique → flux de K+ → intérieur négatif

📖 14. Potentiels gradués et potentiel d’action

★ À maîtriser

📌 Une dépolarisation rend le potentiel membranaire moins négatif et le rapproche de 0, tandis qu’une hyperpolarisation le rend plus négatif et l’éloigne de 0.

📌 Un potentiel gradué inférieur au seuil ne déclenche pas de potentiel d’action, tandis qu’un potentiel gradué atteignant le seuil de −55 mV ouvre les canaux Na+ voltage-dépendants de la zone gâchette.

• Les potentiels gradués ont une amplitude proportionnelle à l’intensité du stimulus, sont décrémentiels, peuvent se sommer temporellement ou spatialement et naissent dans la région postsynaptique.

• 🔄 La formation d’un potentiel d’action suit ces étapes:

  1. Entrée massive de Na+ et dépolarisation
  2. Fermeture des canaux Na+ et ouverture des canaux K+
  3. Sortie de K+ et repolarisation
  4. Hyperpolarisation
  5. Retour au potentiel de repos

• Le potentiel d’action neuronal va d’environ −70 mV à +30 mV, possède une amplitude constante de 100 mV et dure environ 1 ms.

Compléments

📌 La période réfractaire absolue dure environ 2 ms et interdit tout nouveau potentiel d’action, tandis que la période réfractaire relative permet un potentiel d’action seulement avec un stimulus plus intense et d’amplitude réduite.

💡 Astuce mémo

Potentiel gradué variable et décrémentiel, potentiel d’action constant et propagé

📖 15. Propagation et modulation du potentiel d’action

★ À maîtriser

• La propagation du potentiel d’action repose sur des courants ioniques locaux qui activent successivement les régions adjacentes de l’axone, tandis que la région située en arrière reste inexcitable pendant sa période réfractaire.

📌 Dans une fibre amyélinique, le potentiel d’action progresse de proche en proche, tandis que dans une fibre myélinisée il progresse de manière saltatoire entre les nœuds de Ranvier.

📌 L’hyperkaliémie réduit le gradient de K+ et provoque une hyperexcitabilité, tandis que l’hypokaliémie hyperpolarise la membrane et provoque une hypoexcitabilité.

Compléments

• La vitesse de conduction des fibres myélinisées de gros calibre peut atteindre 100 m/s, avec une plage indiquée de 0,25 à 100 m/s.

📌 La démyélinisation expose des canaux K+, favorise la sortie de K+, hyperpolarise la membrane et rend plus difficile l’atteinte du seuil d’activation.

• La plasticité cérébrale permet de remodeler les connexions synaptiques, de fabriquer de nouveaux neurones et de remodeler certaines aires cérébrales en fonction de l’environnement et des expériences, à tout âge.

💡 Astuce mémo

Fibre amyélinique de proche en proche, fibre myélinisée par sauts entre les nœuds

📖 16. Muscle strié squelettique

🔑 Notions clés & Définitions

• Élasticité musculaire : Capacité d’un muscle à résister à une force puis à reprendre sa forme lorsque cette force est supprimée, mais sa relation entre étirement et tension n’est pas linéaire.
• Contractilité musculaire : Propriété d’un muscle de développer une force, appelée tension musculaire active, au niveau de ses tendons lors de sa contraction.

★ À maîtriser

• Le muscle strié squelettique représente environ 40 % de la masse corporelle et assure principalement la motricité somatique et la régulation thermique.

• 🔄 Le fonctionnement de la jonction neuromusculaire suit ces étapes:

  1. Un potentiel d’action présynaptique ouvre les canaux calciques.
  2. L’entrée de Ca2+ provoque l’exocytose d’acétylcholine.
  3. L’acétylcholine se lie aux récepteurs nicotiniques postsynaptiques.
  4. Un potentiel de plaque motrice est généré.
  5. Le potentiel de plaque motrice déclenche un potentiel d’action musculaire.

📐 Formule — La tension musculaire totale vérifie $T_{totale}=T_{passive}+T_{active}$.

• La pré-charge détermine la longueur initiale et la tension passive du muscle, tandis que la post-charge correspond à la charge que le muscle doit mobiliser pendant la contraction.

• Si le muscle peut soulever la post-charge, la contraction est isotonique et le muscle se raccourcit ; s’il ne peut pas la soulever, la contraction est isométrique et sa longueur ne change pas.

• Les unités motrices de petite taille sont recrutées en premier pour assurer la précision et le tonus, tandis que les unités motrices de grande taille sont recrutées ensuite pour les mouvements.

• Les principaux types de fibres musculaires sont:

  • type I : lentes oxydatives et résistantes à la fatigue
  • type IIa : rapides oxydatives
  • type IIb : rapides glycolytiques et très fatigables

Compléments

• La plaque motrice contient 15 à 40 millions de récepteurs nicotiniques à l’acétylcholine, tandis que le neurone présynaptique possède environ 300 000 vésicules.

• Une secousse musculaire développe une force 3 à 5 fois inférieure à celle d’une tension tétanique maximale.

💡 Astuce mémo

Pré-charge = étirer avant ; post-charge = charge à mobiliser

📖 17. Muscle strié cardiaque

★ À maîtriser

📌 Les fibres myocardiques représentent 99 % des fibres cardiaques et assurent la contraction responsable de la circulation du sang, tandis que les fibres nodales représentent 1 % et se dépolarisent spontanément pour produire l’activité cardiaque automatique.

• Le système parasympathique, d’origine crânio-sacrée, utilise l’acétylcholine sur ses deux neurones et s’active au repos ; le premier neurone est long et le second court.

• Le système orthosympathique, d’origine thoraco-lombaire, possède un premier neurone court libérant de l’acétylcholine et un second neurone long libérant de la noradrénaline ; il s’active plutôt pendant l’activité physique.

Compléments

• Le muscle cardiaque n’est pas tétanisable dans les conditions physiologiques.

💡 Astuce mémo

Fibres myocardiques = contraction ; fibres nodales = automatisme

📖 18. Muscle lisse et système autonome

🔑 Notions clés & Définitions

• Plasticité musculaire : Propriété par laquelle la plupart des fibres musculaires lisses ne retrouvent pas une longueur donnée après la suppression de la force qui les a étirées.
• Capillaires : Relient le système artériel au système veineux et permettent les échanges entre le sang et les organes ou les poumons.

📝 Points essentiels

• Le muscle lisse est fusiforme, innervé par le système nerveux végétatif, et ses fibres mesurent environ 2 à 10 μm de diamètre.

📌 Le muscle lisse développe une tension moindre et une contraction plus lente que le muscle strié squelettique, mais il peut développer une tension pour tout étirement.

• L’orthosympathique augmente la fréquence cardiaque, la pression sanguine et le diamètre pupillaire, relaxe le muscle bronchique et produit une action longue, tandis que le parasympathique exerce les effets opposés avec une action courte.

• Les vaisseaux sanguins assurent principalement: le transport du sang, les échanges gazeux entre les poumons ou les organes et le sang, la communication endocrine par les hormones

📌 Les artères partent toujours du cœur vers les organes ou les poumons, tandis que les veines partent des organes ou des poumons vers le cœur.

📌 La petite circulation relie le cœur droit aux poumons puis les poumons au cœur gauche, tandis que la grande circulation relie le cœur aux autres organes.

• 🔄 La paroi artérielle comprend successivement:

  1. l’intima
  2. la média
  3. l’adventice

• Dans l’aorte, les fibres d’élastine représentent les deux tiers du volume de la média et les fibres musculaires lisses un tiers, ce qui permet d’amortir la pression systolique et de maintenir une pression diastolique minimale.

📐 Formule — La pression sanguine artérielle vérifie $P = R \times D$, où P est la pression, R la résistance et D le débit.

📐 Formule — Selon la loi de Poiseuille, le débit vérifie $D = \frac{P\pi r^4}{8\eta L}$ ; lorsque le rayon double, le débit est multiplié par 16.

📌 La vasoconstriction diminue le diamètre vasculaire et augmente la résistance, tandis que la vasodilatation augmente le diamètre et diminue la résistance.

• 🔄 Lors d’un effort:

  1. diminution de la pO2
  2. augmentation de la pCO2 et diminution du pH
  3. augmentation de la kaliémie
  4. vasodilatation des artérioles musculaires

• Lors d’une activité physique, le débit cardiaque total est multiplié par 4 et le débit d’irrigation des muscles squelettiques représente 75 % de ce débit.

• 🔄 La vasoconstriction résulte de: l’augmentation du calcium intracytosolique, la fixation de quatre ions Ca2+ à la calmoduline, l’activation de la kinase de la chaîne légère de la myosine, la phosphorylation de la chaîne légère de la myosine, l’interaction avec l’actine

💡 Astuce mémo

Orthosympathique stimule ; parasympathique ralentit

📊 Tableaux de synthèse

Comparaison des communications nerveuse et endocrine

Comparaison des compartiments liquidiens