L’apparition de PA résultant de l’effet dépolarisant artificiel du courant électrique a été discutée ci-dessus. Naturellement, dans des conditions réelles, la PD est générée à la suite de certains processus physiologiques. Ces processus se déroulent dans les synapses. Lorsque le PA, se propageant à travers la membrane, atteint la terminaison présynaptique, cela entraîne la libération du transmetteur dans la fente synaptique.
Sur la membrane postsynaptique se trouvent récepteurs- des molécules protéiques complexes avec lesquelles le médiateur est capable de se connecter. Le complexe qui en résulte est le « maillon déclencheur » de la chaîne de réactions biochimiques menant à l’ouverture canaux ioniques chimiosensibles. Grâce à ces canaux - sodium, potassium, chlorure, calcium - des potentiels postsynaptiques (PSP), à la fois excitateurs et inhibiteurs, sont générés. Les canaux ioniques chimiosensibles s'ouvrent généralement pendant 3 à 5 ms.
Différents médiateurs provoquent l’ouverture de différents canaux. L'ouverture des canaux sodiques ou calciques sur la membrane postsynaptique provoque l'entrée d'ions Na + (Ca 2+) dans la cellule et une légère dépolarisation du neurone. Lors de cette dépolarisation, la différence de potentiel à travers la membrane est plus proche du seuil de déclenchement AP. Par conséquent, un stimulus plus petit que d’habitude peut provoquer une réponse du neurone, c’est-à-dire que la cellule nerveuse est dans un état relativement excité. À cet égard, la dépolarisation locale de la membrane sous l'influence d'un médiateur a été appelée potentiel postsynaptique excitateur(EPSP).
L'ouverture des canaux Cl - chimiosensibles conduit à l'entrée d'ions chlore dans la cellule ; ouverture des canaux K + – à la sortie des ions potassium. Dans les deux cas, une légère hyperpolarisation se produit et la différence de potentiel à travers la membrane neuronale augmente en valeur absolue. Dans ce contexte, un stimulus plus important que d’habitude est nécessaire pour déclencher la MP. La cellule nerveuse se trouve donc dans un état relativement inhibé. À cet égard, l'hyperpolarisation locale de la membrane sous l'influence d'un médiateur a été appelée potentiel post-synaptique inhibiteur(TPSP).
Contrairement au potentiel d'action, les potentiels postsynaptiques (PSP) ne se développent pas selon la loi du « tout ou rien », mais progressivement, c'est-à-dire peut être plus ou moins. L'ampleur de la PSP est proportionnelle à la quantité d'émetteur libérée dans la fente synaptique. Le médiateur est libéré de la présynapse en petites portions - quanta, correspondant au volume de la vésicule. Chaque vésicule contient plusieurs milliers de molécules médiatrices. En conséquence, un quantum du médiateur provoque une petite PSP (PSP miniature), d'une valeur de 0,1 à 0,6 mV. Une autre différence entre la PSP et l'AP est que la PSP ne se propage pas à travers la membrane neuronale.
Les paramètres moyennés de l'EPSP et de l'IPSP sont proches. Leur durée est généralement d'environ 10 ms (parfois 50 à 100 ms), ce qui est nettement plus long que dans le cas de la PD. L'amplitude des EPSP et IPSP est déterminée par la durée et la pente de leur première phase. Cela dépend à son tour de la quantité et de la durée de présence de l’émetteur dans la fente synaptique. L'amplitude des potentiels post-synaptiques uniques dans le système nerveux central est de 1 à 5 mV. Dans une grande synapse neuromusculaire, un analogue de l'EPSP, appelé potentiel de plaque terminale, atteint 40 mV ou plus . Le temps nécessaire pour conduire l’excitation à travers la fente synaptique est appelé délai synaptique. C'est environ 1 ms.
Il est clair que dans l’écrasante majorité des cas (à l’exception du potentiel de la plaque d’extrémité), un seul EPSP n’est pas capable de provoquer un AP. L'excitation provoquée par le médiateur n'atteint tout simplement pas le niveau seuil. Par conséquent, pour atteindre le seuil de déclenchement de PD, il faut addition(superposition) de plusieurs EPSP. Il existe deux options de sommation - temporel et spatial. Dans le premier cas, il y a une superposition des effets de stimuli arrivant à une synapse avec une fréquence élevée . En effet, si un deuxième, puis un troisième, etc., s'ajoute à un EPSP qui n'est pas encore éteint. – il y aura une réelle opportunité de lancer le PD. Dans des situations réelles, cela signifie que le signal arrivant à la synapse est suffisamment intense et « mérite » d’être transmis plus loin dans le réseau de neurones. La sommation spatiale consiste à superposer les EPSP des synapses voisines les unes sur les autres dans une région de la membrane électrosensible qui leur est adjacente. Une membrane dotée de canaux ioniques dépendants du potentiel est dite électrosensible. Une membrane possédant des canaux ioniques ligand-dépendants est dite chimiosensible.
Dans le cas d’une activité neuronale réelle, les effets de sommation spatiale et temporelle se combinent. Et plus les synapses participent à ce processus (c'est-à-dire qu'elles se déclenchent relativement simultanément), plus la probabilité d'atteindre le seuil de déclenchement d'un potentiel d'action est grande. Dans ce cas, certaines synapses peuvent avoir des propriétés inhibitrices et provoquer l’IPSP. Par conséquent, leurs effets seront soustraits à la somme des influences excitantes. De manière générale, en première approximation, la condition de lancement d'un PD à chaque instant peut être déterminée comme suit :
å EPSP - å IPSP ³ Seuil de déclenchement PD
Cependant, évaluer la contribution de potentiels postsynaptiques spécifiques à ce résultat est assez difficile. Le fait est que leur influence s’estompe rapidement à mesure qu’ils s’éloignent de leur lieu d’origine. De plus, l'atténuation dans les processus se produit plus rapidement que dans le corps du neurone, et plus le processus est rapide, plus il est mince. Enfin, la membrane électrosensible d’un neurone a une excitabilité légèrement différente selon les endroits. Il est maximum dans la butte de l'axone (l'endroit où l'axone s'écarte du corps du neurone) et aux endroits de la première ramification des grosses dendrites. En conséquence, il s’avère que plus une synapse particulière est proche de ces points, plus sa contribution au contrôle de la génération des AP est importante. Un IPSP apparaissant près de la butte de l'axone peut suffire à arrêter la transmission du signal.
Le processus de sommation des EPSP et des IPSP qui surviennent au niveau de différentes synapses est, en fait, la principale opération informatique effectuée sur les neurones du système nerveux central. Lorsqu'ils sont mis en œuvre, les signaux ont la possibilité de « confirmer » leur signification, peuvent se combiner avec d'autres signaux et former une « image d'information », peuvent être bloqués (en présence de certaines conditions - signaux via des canaux inhibiteurs), etc. Il s'ensuit que l'unité structurelle et fonctionnelle la plus élémentaire du système nerveux central n'est pas un neurone, mais une synapse. La capacité du système nerveux central à effectuer des opérations informatiques complexes n’est donc pas déterminée par son poids total ni même par le nombre de neurones, mais par le nombre de synapses. Cette quantité dans le cerveau humain se mesure apparemment en dizaines de milliards. De plus, à mesure que l’ontogenèse individuelle progresse, le cerveau est capable de former des synapses supplémentaires, augmentant ainsi son potentiel. Ce processus est particulièrement intense au début de la période postnatale, lorsque le système nerveux s'adapte au niveau de charge d'informations à venir.
Ainsi, les informations dans le réseau neuronal sont transmises comme suit : un émetteur excitateur (provoquant l'EPSP) est libéré du terminal présynaptique, un AP se produit dans le neurone postsynaptique, il se propage le long de l'axone jusqu'à son extrémité, là l'émetteur est à nouveau libéré, etc. Chaque PD nouvellement formé a la même taille (la loi du « tout ou rien »). Le signal circule ainsi rapidement et sans atténuation.
Cependant, la propagation de l’information dans le système nerveux doit avoir un point de départ. À cet égard, la question se pose : d’où vient le premier EPSP ? La réponse est la suivante : il apparaît dans des formations sensorielles spéciales qui perçoivent les influences du monde extérieur ou de l'environnement interne du corps. Il en résulte des modifications de la perméabilité des membranes cellulaires. Ils conduisent au développement de potentiels de récepteurs spéciaux, aux propriétés similaires à celles de la PSP, et finalement à la génération de PA dans le nerf sensoriel. Essentiellement, des formations sensorielles de différents types traduisent de nombreuses formes d’énergie (chimique, mécanique, lumineuse, thermique) en un seul langage de signaux nerveux que le cerveau comprend.
Médiateurs du système nerveux
Cycle de vie du médiateur
Cette section et les suivantes de ce manuel sont consacrées aux aspects chimiques du système nerveux, à une description de divers systèmes médiateurs et de médicaments psychotropes. Cependant, avant de passer à des substances spécifiques qui réalisent et régulent la transmission synaptique, il convient de considérer le cycle de vie d'un émetteur « généralisé ». Il comprend les étapes suivantes : synthèse, chargement dans la vésicule et transport vers la terminaison présynaptique ; libération dans la fente synaptique ; se lier à un récepteur sur la membrane postsynaptique ; inactivation.
La formation de l'émetteur se produit souvent directement au niveau du terminal présynaptique. Cela est possible lorsque le processus de synthèse est chimiquement relativement simple et ne nécessite aucun précurseur difficile à trouver. Si ces conditions ne sont pas remplies, la formation d'un émetteur se produit dans le corps du neurone. Cela est particulièrement vrai pour les médiateurs peptidiques résultant de la « coupure » de molécules protéiques plus grosses. La synthèse de chaque médiateur spécifique est associée à des enzymes spécifiques qui réalisent les réactions correspondantes. L'activité du système médiateur dépend en fin de compte de leur quantité et de leur activité.
Les molécules de neurotransmetteurs synthétisées dans le corps neuronal sont transférées d'abord vers le réticulum endoplasmique puis vers l'appareil de Golgi. Cet organite assure l'exocytose des médiateurs, en les pré-conditionnant dans des vésicules membranaires - vésicules. Les vésicules résultantes sont transportées vers les terminaisons présynaptiques par transport axonal rapide.
Dans le cas où l'émetteur est synthétisé immédiatement au niveau de la terminaison présynaptique, l'appareil de Golgi est capable de former des vésicules vides. Ils sont également transportés le long de l’axone. Les vésicules sont remplies d'émetteur directement au niveau du terminal présynaptique (grâce au travail de pompes moléculaires spéciales). Le nombre de vésicules accumulées dans la terminaison présynaptique se mesure en milliers. L'épuisement des réserves de médiateurs, même en cas de transmission intensive d'informations, se produit très rarement (généralement en raison de l'action d'agents pharmacologiques spéciaux).
Chaque neurone ne produit qu'un seul transmetteur principal (acétylcholine, dopamine, etc.). Cependant, d’autres substances capables de transmettre des signaux nerveux peuvent souvent être trouvées dans la terminaison présynaptique. Ce sont ce qu'on appelle des comédiateurs (par exemple des peptides). On les trouve en très petites quantités et se trouvent généralement dans des vésicules qui diffèrent par leur forme et leur taille des vésicules contenant l'émetteur principal.
La libération du contenu des vésicules est déclenchée au moment où le potentiel d'action arrive à la terminaison présynaptique (Fig. 10). Dans ce cas, le signal électrique est essentiellement converti en signal chimique. Une telle transformation est une tâche assez complexe et s'effectue en plusieurs étapes. La première est d'ouvrir Canaux Ca 2+ dépendants du potentiel.
Les canaux de ce type sont répandus dans le système nerveux. Dans ce cas, ils sont situés dans la membrane de la terminaison présynaptique et s'ouvrent lors de sa dépolarisation, provoquée par l'arrivée de AP. En conséquence, une certaine partie des ions Ca 2+ pénètre dans la cellule et leur contenu à l'intérieur du terminal augmente de 10 à 100 fois. Il est clair que plus la concentration de Ca 2+ dans l'environnement extérieur est élevée, plus le nombre d'ions entrants sera élevé.
Le but principal des ions Ca 2+ dans la terminaison présynaptique est d'influencer le complexe protéique complexe intégré dans la membrane de la vésicule. Ce complexe comprend des protéines responsables de la fixation (« ancrage ») de la vésicule dans le cytoplasme du terminal présynaptique et de son contact avec la membrane présynaptique. Sous l'influence de Ca 2+ (on suppose que cela nécessite quatre ions), la vésicule commence à se déplacer. En atteignant la membrane présynaptique, la vésicule y « colle », ce qui fait que l'émetteur pénètre dans la fente synaptique. L'ensemble de ce processus se produit très rapidement - en 1 à 5 ms. Fait intéressant, après environ 10 s, le processus de restauration des vésicules peut être observé : elles sont séparées de la membrane présynaptique et renvoyées vers le terminal présynaptique. À l’avenir, ces bulles vides pourront être à nouveau remplies à l’aide d’un médiateur.
Il est intéressant de noter que les ions Mg 2+ sont également capables de pénétrer à travers les canaux calciques, en compétition avec le calcium. Par conséquent, l’apparition de magnésium dans le milieu intercellulaire réduit la quantité totale de calcium entrant dans le terminal. Par conséquent, l'introduction d'une grande quantité de Mg 2+ (par exemple, sous forme de magnésium - MgSo 4) entraîne une diminution de la libération de l'émetteur et, par conséquent, un affaiblissement de la transmission du signal synaptique.
Une fois dans la fente synaptique, le transmetteur interagit avec des récepteurs protéiques spécialisés intégrés à la membrane présynaptique en moins de 1 ms. L'organisation spatiale d'un tel récepteur prévoit l'existence d'un « centre actif » - un site dans une molécule protéique qui a une certaine forme et une certaine répartition des charges. Cette région correspond strictement à la configuration spatiale du médiateur et à la répartition des charges sur sa molécule. Le centre actif du récepteur et le médiateur sont capables de former un complexe (selon le principe de la « clé de la serrure »). La conséquence immédiate en est l'activation du récepteur, et la conséquence relativement lointaine est le développement de potentiels postsynaptiques et l'initiation de potentiels d'action.
Le contact entre un émetteur et un récepteur peut entraîner des conséquences différentes selon le type de récepteur auquel appartient le récepteur. Dans le cas le plus général, il existe deux types de ces récepteurs : les récepteurs ionotropes et métabotropiques.
Activation récepteur métabotropique(Fig. 11) entraîne des modifications du métabolisme intracellulaire, c'est-à-dire le déroulement de certaines réactions biochimiques. Sur la face interne de la membrane, un certain nombre d'autres protéines sont attachées à un tel récepteur, remplissant en partie des fonctions enzymatiques, en partie de transmission (« intermédiaires »). Les protéines médiatrices appartiennent au groupe des protéines G. Sous l'influence d'un récepteur activé, la protéine G agit sur la protéine enzymatique, la transférant à un état actif « de travail ». Cela signifie qu'une certaine réaction chimique est déclenchée. Son essence est qu'une certaine molécule précurseur est convertie en une molécule de signalisation - un deuxième messager.
Intermédiaires secondaires- ce sont de petites molécules ou ions capables de mouvements rapides qui transmettent un signal à l'intérieur de la cellule. C’est en cela qu’ils diffèrent des « messagers primaires » – médiateurs et hormones qui transmettent l’information de cellule à cellule. Le deuxième messager le plus connu est l’AMPc (acide adénosine monophosphorique cyclique), formé à partir de l’ATP par l’enzyme adénylate cyclase. Le GMPc (acide guanosine-mono-phosphorique) lui ressemble. D’autres seconds messagers importants sont l’inositol triphosphate et le diacylglycérol, formés à partir de composants de la membrane cellulaire. Le rôle du Ca 2+, qui pénètre dans la cellule de l'extérieur par les canaux ioniques ou est libéré à partir de sites de stockage spéciaux à l'intérieur de la cellule (« dépôt » de calcium), est extrêmement important. Récemment, une grande attention a été accordée au deuxième messager à très courte durée de vie, le NO (oxyde nitrique). Il a été démontré que le NO est capable de transmettre un signal non seulement au sein d'une cellule, mais également entre cellules (y compris d'un neurone postsynaptique à un neurone présynaptique).
La dernière étape de la transduction du signal chimique est l’action du deuxième messager sur le canal ionique chimiosensible. Cet effet se produit soit directement, soit via des liens intermédiaires supplémentaires (par exemple des enzymes). Dans tous les cas, le canal ionique s’ouvre et un EPSP ou IPSP se développe. La durée et l'amplitude de leur première phase seront déterminées par la quantité de messager secondaire, qui, à son tour, dépend de la quantité de médiateur libéré et de la durée de son interaction avec le récepteur.
Ainsi, le mécanisme de transmission du stimulus nerveux utilisé par les récepteurs métabotropiques comprend plusieurs étapes successives. A chacun d'eux, une régulation (affaiblissement ou renforcement) du signal est possible, ce qui rend la réaction de la cellule postsynaptique plus flexible et adaptée aux conditions actuelles. Dans le même temps, cela entraîne également un ralentissement du processus de transfert d’informations. C'est pourquoi, au cours de l'évolution, le besoin d'une voie de signal plus rapide s'est fait sentir, ce qui a conduit à l'émergence de récepteurs ionotropes.
Dans le cas d'un récepteur ionotrope (voir Fig. 13), la molécule sensible contient non seulement un site actif de liaison au médiateur, mais également un canal ionique. L'effet du médiateur sur le récepteur conduit à l'ouverture quasi instantanée du canal et au développement du potentiel postsynaptique. Par exemple, les synapses neuromusculaires fonctionnent selon ce principe.
L'inactivation est la dernière étape du cycle de vie du médiateur. Le but de cette étape est d'arrêter son action sur le récepteur (interruption du signal). En effet, les PA se propageant le long de la membrane des cellules nerveuses sont des événements discrets et limités dans le temps. Pour une transmission adéquate du signal d’un neurone à l’autre, cette discrétion doit être préservée. En conséquence, la transmission synaptique doit également être limitée dans le temps et disposer de mécanismes non seulement d’initiation, mais également de terminaison.
Dans le cas le plus simple, l’inactivation se produit directement au niveau de la cible synaptique. Dans ce cas, l’enzyme détruit efficacement toutes les molécules médiatrices flottantes. Bien entendu, certains d’entre eux parviennent tout de même à atteindre la membrane postsynaptique. Cependant, leur connexion avec les centres actifs des récepteurs n'est pas absolument stable. Le fait est que l’interaction ligand-récepteur est généralement probabiliste. Cela signifie qu'en réalité, la molécule émettrice est en connexion avec le centre actif, disons 2/3 du temps, mais 1/3 flotte librement dans la fente synaptique. C'est à ce moment qu'il peut être inactivé.
La deuxième méthode d'inactivation implique l'absorption du transmetteur depuis la fente synaptique à l'aide de protéines de pompe spéciales. Ces protéines peuvent être localisées soit sur les membranes des cellules gliales, soit sur la membrane présynaptique. Dans le premier cas, le médiateur est rapidement transféré à l'intérieur des cellules gliales, après quoi il est détruit par une enzyme spécialisée. Dans le second cas, l'émetteur retourne vers la borne présynaptique ( reprise). À l’avenir, il pourra également être détruit, mais il pourra également être rechargé dans des vésicules vides. Cette dernière option permet l'utilisation la plus économique des médiateurs dont la synthèse est associée à certains problèmes pour le neurone (peu de précurseur, longue chaîne de réactions, etc.).
La vitesse du processus d'inactivation détermine la durée totale d'exposition du médiateur au récepteur. C'est de cela que dépend en fin de compte l'amplitude des potentiels post-synaptiques et, par conséquent, l'initiation des PA et la poursuite de la transmission du signal à travers le réseau neuronal. Lorsque des éléments du système d’inactivation sont endommagés, on observe une augmentation significative de l’efficacité de la transmission synaptique. En effet, dans ce cas, l'émetteur libéré agira sur les récepteurs beaucoup plus longtemps, et l'amplitude de l'EPSP ou de l'IPSP augmentera sensiblement.
Tous les neurones sont divisés en types en fonction de l'émetteur qu'ils produisent. Dans ce cas, « -ergic » est ajouté au nom du médiateur. Ainsi, les neurones acétylcholinergiques qui synthétisent l'acétylcholine forment le système acétylcholinergique, les neurones qui synthétisent l'acide glutamique forment le système glutamatergique, etc.
Un neurone peut être connecté aux neurones de son système émetteur et à d’autres systèmes. La question est compliquée par le fait qu'en règle générale, il n'existe pas un type de récepteur pour un médiateur, mais deux ou plusieurs, et pour un médiateur, il peut y avoir à la fois des récepteurs ionotropes et métabotropiques.
Les substances qui influencent différentes étapes du cycle de vie des médiateurs sont d'une grande importance pour la vie humaine. Ils forment un groupe de ce qu'on appelle médicaments psychotropes– des composés qui affectent divers aspects de l'activité cérébrale : le niveau général d'activité, la mémoire, les expériences émotionnelles, etc. Dans ce cas, les substances les plus couramment utilisées sont celles qui modifient l'interaction entre le récepteur et le médiateur, ainsi que celles qui affecter les canaux ioniques chimiosensibles.
En introduisant dans le corps des molécules de structure similaire à celle du médiateur, on peut observer comment elles se connectent aux centres actifs des récepteurs correspondants et les excitent. En conséquence, l’effet du médicament utilisé sera similaire à celui du médiateur lui-même. Les substances de ce type sont appelées agonistes médiateur. L’effet des agonistes sur la synapse est souvent très durable et efficace. Cela s'explique par le fait que la force de leur liaison aux récepteurs est souvent supérieure à celle du médiateur et que les systèmes d'inactivation ne sont pas capables de retirer rapidement l'agoniste de la fente synaptique.
Dans un cas plus complexe, les molécules introduites de l’extérieur ne sont que partiellement similaires au médiateur. Ensuite, en se connectant aux centres actifs des récepteurs, ils les occuperont (c'est-à-dire empêcheront le médiateur d'y accéder ; entreront en compétition avec lui), mais n'exciteront pas le récepteur. En conséquence, l’effet du médicament utilisé sera opposé à celui du médiateur. Les substances de ce type sont dites compétitives antagonistes(bloqueurs) du médiateur. Il existe également le concept d'antagoniste non compétitif. Dans ce mode de réalisation, le médicament administré perturbe l'action du médiateur en bloquant les canaux ioniques chimiosensibles.
Certains agonistes et antagonistes des médiateurs sont des substances d'origine naturelle. Leur existence est le résultat de longs processus évolutifs au cours desquels certains organismes vivants (principalement des plantes) ont « inventé » des substances qui les protégeaient d’être mangés par d’autres organismes. Les poisons provenant des animaux de chasse (serpents, araignées, etc.) sont également des médicaments psychotropes naturels.
La deuxième partie des agonistes et antagonistes est constituée de composés synthétiques créés par l'homme. Lors de leur développement, les chimistes et pharmacologues doivent prendre en compte un certain nombre d'exigences. Premièrement, la structure d’une telle substance doit contenir une région « clé » correspondant à la molécule médiatrice. Deuxièmement, un tel médicament doit être résistant aux systèmes d'inactivation. Troisièmement, il doit pénétrer les barrières de l’organisme – hémato-encéphalique et, de préférence, intestinales. Ce n’est que dans ce cas qu’il peut atteindre le cerveau lorsqu’il est introduit dans l’organisme sous forme de comprimé ou d’injection. Actuellement, les agonistes et antagonistes des neurotransmetteurs (ainsi que les composés qui affectent la transmission synaptique par d'autres moyens) sont largement utilisés en clinique. Dans le même temps, à fortes doses, beaucoup d'entre eux sont des médicaments et des poisons, ce qui indique également la nécessité de les étudier sérieusement.
Les médiateurs sont très divers dans leur structure chimique. À cet égard, il existe parmi eux des groupes de monoamines (dérivés d'acides aminés), d'acides aminés, de peptides (chaînes d'acides aminés). L'acétylcholine a une nature chimique particulière, par laquelle nous commencerons notre examen des principaux systèmes médiateurs et des médicaments psychotropes qui leur sont associés.
Acétylcholine
L'acétylcholine a été le premier neurotransmetteur découvert. Selon sa structure chimique, il s'agit d'une combinaison de deux molécules : la choline contenant de l'azote et un résidu d'acide acétique. La synthèse de l'acétylcholine se produit principalement dans les terminaisons présynaptiques en utilisant l'enzyme choline acétyltransférase. L'émetteur est ensuite transféré dans des vésicules vides et y est stocké jusqu'à sa libération.
L'acétylcholine agit comme médiateur dans trois blocs fonctionnels du système nerveux. Ce sont les synapses neuromusculaires, la partie périphérique du système nerveux autonome et relativement peu de zones du système nerveux central.
L'acétylcholine est un transmetteur des motoneurones du système nerveux, localisé dans les cornes antérieures de la substance grise de la moelle épinière et les noyaux moteurs des nerfs crâniens. Leurs axones sont dirigés vers les muscles squelettiques et, en se ramifiant, forment avec eux des synapses neuromusculaires. Dans ce cas, un axone peut établir un contact avec 5 à 5 000 fibres musculaires ; mais chaque fibre musculaire est contrôlée par une seule synapse. La taille des synapses neuromusculaires est des dizaines de fois plus grande que celle des synapses du système nerveux central. Même un seul PA arrivant le long de l’axone d’un motoneurone provoque la libération d’une quantité très importante d’acétylcholine au niveau de la synapse. De ce fait, la dépolarisation qui se développe sur la membrane postsynaptique est si importante qu’elle déclenche toujours l’action de la cellule musculaire. Cet AP, à son tour, conduit à la libération de Ca 2+ par les canaux du réticulum endoplasmique, à l'activation des protéines motrices et à la contraction de la fibre striée.
Dans le système nerveux autonome, l'acétylcholine, en tant que médiateur, est produite par les neurones situés dans le système nerveux central, ainsi que par les cellules ganglionnaires de la partie parasympathique. Par conséquent, à l'aide de ce médiateur, des signaux sont transmis au sein des ganglions autonomes, ainsi que des influences parasympathiques directement sur les organes internes.
Dans le système nerveux central, l'acétylcholine est produite par une partie des neurones des noyaux réticulaires du pont, des interneurones des noyaux gris centraux (plus précisément du striatum) et de certaines autres zones locales. Le rôle de ce médiateur dans la régulation du niveau d'éveil, des systèmes de mémoire et des systèmes moteurs est envisagé.
Libérée du terminal présynaptique, l'acétylcholine agit sur les récepteurs postsynaptiques. Ces récepteurs ne sont pas homogènes et diffèrent à la fois par leur emplacement et par un certain nombre de propriétés essentielles. Il en existe deux types, nommés d'après leurs agonistes. Le premier type, en plus de l'acétylcholine, est excité par l'action de la nicotine, un alcaloïde du tabac (récepteurs nicotiniques ou récepteurs H-cholinergiques). Le deuxième type est activé par l’acétylcholine et la toxine muscarine de l’agaric de mouche (récepteurs muscariniques ou récepteurs M-cholinergiques). Regardons-les de plus près.
Récepteurs nicotiniques sont un exemple classique de récepteurs ionotropes, c'est-à-dire leur canal ionique fait partie du récepteur et s'ouvre immédiatement après l'ajout d'acétylcholine. Ce canal se caractérise par une perméabilité universelle aux ions chargés positivement. Cependant, dans des conditions normales (lors de l'ouverture sur fond de PP), on observe principalement un courant Na + entrant à travers leurs canaux, provoquant une dépolarisation de la membrane et une excitation du neurone.
Les récepteurs N-cholinergiques sont situés sur la membrane postsynaptique des fibres striées des muscles squelettiques (synapses neuromusculaires), dans les synapses des ganglions autonomes et en plus petit nombre que les récepteurs muscariniques du système nerveux central. La zone la plus sensible à la nicotine est les ganglions autonomes (notamment les sympathiques). Ainsi, les premières tentatives de fumer entraînent des perturbations importantes du fonctionnement des organes internes, des augmentations de la tension artérielle, des nausées, etc. Au fur et à mesure qu'on s'y habitue, la composante sympathique de l'action est principalement conservée - c'est-à-dire La nicotine commence à agir principalement comme stimulant pour de nombreux systèmes corporels. Il existe également un effet activateur central (sur le cerveau) de l'acétylcholine. Les surdoses de nicotine (50 mg ou plus) provoquent une forte augmentation de la fréquence cardiaque, des convulsions et un arrêt respiratoire.
Lorsqu'elle est utilisée pendant le tabagisme comme stimulant narcotique faible, la nicotine provoque le développement non seulement d'une dépendance, mais également d'une dépendance - une situation dans laquelle le corps inclut dans son métabolisme une drogue venant de l'extérieur, c'est-à-dire « compte » sur son afflux constant. Lorsque vous arrêtez de prendre le médicament, une perturbation se produit dans les systèmes cérébraux qui l'utilisent. Il en résulte une forte détérioration du bien-être, une dépression, etc. (syndrome de sevrage ou syndrome de sevrage). Ainsi, une personne devenue dépendante a besoin d’une drogue non pas tant pour ressentir de la gaieté et de l’euphorie, mais pour revenir au moins à un niveau de fonctionnement relativement « normal ».
L'antagoniste des récepteurs nicotiniques le plus connu est la d-tubocurarine, principe actif d'un poison préparé à partir de certaines plantes sud-américaines. Son principal site d'application sont les synapses neuromusculaires. Dans ce cas, il y a une relaxation séquentielle des muscles des doigts, puis des yeux, des bras et des jambes, du cou, du dos et enfin des muscles respiratoires. La durée d'action de la d-tubocurarine est relativement courte - 30 à 60 minutes. Si vous maintenez la respiration artificielle pendant tout ce temps, après la fin de l'action de la tubocurarine, le corps ne subira aucun dommage significatif.
Les neurotoxines du serpent ont un effet encore plus fort sur la jonction neuromusculaire. Par exemple, le venin de cobra contient une neurotoxine a, qui se lie de manière presque irréversible au récepteur nicotinique et le bloque. Le venin contient également une neurotoxine B, qui inhibe la libération du transmetteur par la terminaison présynaptique.
Les antagonistes des récepteurs nicotiniques du cerveau, le cyclodol et l'akineton, sont utilisés pour réduire les symptômes du parkinsonisme. Leur introduction réduit les manifestations des troubles moteurs caractéristiques de cette maladie.
Récepteurs muscariniques sont métabotropiques. Ils sont associés aux protéines G et leur ajout d'acétylcholine conduit à la synthèse de seconds messagers.
Ces récepteurs se trouvent à la fois dans le système nerveux central et en périphérie, où ils sont localisés sur les organes cibles du système nerveux parasympathique. Les conséquences ioniques de l'excitation des récepteurs muscariniques sont très diverses. Ainsi, dans le cœur, il y a une augmentation de la conductivité des ions K +, ce qui entraîne une hyperpolarisation et une diminution de la fréquence des contractions. Dans le cas des muscles lisses, des changements de conductivité sont notés à la fois pour K + et Na + ; En conséquence, une hyper- ou une dépolarisation est possible, selon l'organe spécifique.
Dans le système nerveux central, il y a une diminution de la conductivité pour le K+ (dépolarisation, effet excitateur). Dans le même temps, des synapses contenant des récepteurs muscariniques peuvent être localisées à la fois sur les neurones inhibiteurs et excitateurs du cortex, des noyaux gris centraux, etc. À cet égard, les conséquences du blocage ou de l'activation des récepteurs muscariniques au niveau comportemental sont très individuelles.
Dans le système nerveux périphérique, les effets de la muscarine sont majoritairement parasympathiques. En cas d'empoisonnement à l'agaric de mouche, on observe des nausées, une augmentation de la transpiration et de la salivation, des larmoiements, des douleurs abdominales, une diminution de la pression artérielle et de l'activité cardiaque. La quantité de muscarine qui provoque le coma et la mort est de 0,5 g.
L'antagoniste classique des récepteurs muscariniques est l'atropine, un alcaloïde de la jusquiame et du datura. Ses effets périphériques sont exactement opposés à ceux de la muscarine. Sous l'influence de l'atropine, le tonus musculaire du tractus gastro-intestinal diminue, la fréquence cardiaque augmente et la salivation s'arrête (« bouche sèche »). La dilatation des pupilles est extrêmement caractéristique. Des effets centraux (médiatisés par le système nerveux central) sont également observés : excitation motrice et vocale, hallucinations.
Dans le même temps, un certain nombre d’antagonistes des récepteurs muscariniques ont un effet calmant. Par exemple, un médicament tel que l'amizil est classé comme tranquillisant et est utilisé pour les troubles du mouvement.
L'inactivation de l'acétylcholine se produit directement dans la fente synaptique. Elle est réalisée par une enzyme acétylcholinestérase, décomposant le médiateur en résidus de choline et d'acide acétique. Par la suite, la choline est absorbée dans la terminaison présynaptique et peut à nouveau être utilisée pour la synthèse de l'acétylcholine.
L'acétylcholinestérase possède un site actif qui reconnaît la choline et un autre site actif qui extrait un groupe acétyle de la molécule mère. C’est cette dernière qui est le plus souvent le lieu d’attaque de bloqueurs spécifiques. Un exemple est l'ésérine (physostigmine), un alcaloïde d'un type de légumineuses africaines qui provoque une constriction de la pupille, de la bave et un ralentissement du rythme cardiaque.
Un analogue synthétique de l'ésérine est la prosérine (néostigmine), utilisée pour la myasthénie grave. Ses symptômes comprennent une fatigue musculaire rapide, un affaissement involontaire des paupières et une mastication lente. L'introduction d'inhibiteurs de l'acétylcholinestérase affaiblit les manifestations pathologiques. Il a été démontré que chez une proportion significative de patients atteints de myasthénie grave, le nombre de récepteurs nicotiniques est inférieur d'environ 70 % à la normale. La raison en est que le système immunitaire du patient produit des anticorps contre les récepteurs nicotiniques. Ces anticorps accélèrent la destruction des récepteurs membranaires, affaiblissant la transmission au niveau de la jonction neuromusculaire. Les maladies de ce type sont dites auto-immunes.
La prozerine et les médicaments similaires sont appelés bloqueurs réversibles de l'acétylcholinestérase et leur effet cesse quelques heures après l'administration. De plus, il existe des bloqueurs irréversibles de la même enzyme. Dans ce cas, la substance qui perturbe le fonctionnement de l'acétylcholinestérase entre dans une liaison chimique stable avec la protéine et la désactive. Ces agents bloquants sont divers gaz neurotoxiques (sarin, etc.). Pénétrant facilement toutes les barrières corporelles, ils provoquent des convulsions, des pertes de conscience et des paralysies. La mort survient par arrêt respiratoire. Pour réduire immédiatement les effets des gaz, l’utilisation d’atropine est recommandée ; pour restaurer l'activité de l'acétylcholinestérase - substances réactivatrices spéciales qui séparent le bloqueur de l'enzyme.
Monoamines
Les médiateurs monoamines comprennent les catécholamines, la sérotonine et l'histamine. Tous sont des dérivés de divers acides aminés.
Catécholamines
Les catécholamines comprennent trois neurotransmetteurs : la noradrénaline, l'adrénaline et la dopamine. Tous sont formés à partir de l’acide aminé tyrosine, un acide aminé essentiel que nous obtenons uniquement à partir de l’alimentation.
Tyrosine ® L-DOPA ® dopamine ® noradrénaline ® adrénaline
L'étape clé et la plus lente est la première réaction de conversion de la tyrosine en L-DOPA (dioxyphénylalanine). Et l’enzyme qui catalyse cette réaction, la tyrosine hydroxylase, revêt une importance particulière. La synthèse des catécholamines se produit principalement dans les terminaisons présynaptiques. Ils sont ensuite transférés dans des vésicules vides, où ils sont stockés jusqu'à leur libération.
Norépinéphrine
Catécholamine adrénaline est une hormone surrénalienne. Norépinéphrine joue un rôle important de médiateur dans les systèmes nerveux central et périphérique.
En périphérie, la noradrénaline est un transmetteur au niveau de la plupart des synapses postganglionnaires du système nerveux sympathique. En agissant sur les organes internes, elle a un effet opposé à celui de l'acétylcholine.
Libérée du terminal présynaptique, la noradrénaline agit sur les récepteurs postsynaptiques. Ces récepteurs sont divisés en deux types, appelés récepteurs adrénergiques alpha et bêta. Tous deux sont métabotropiques. La différence est que les récepteurs alpha-adrénergiques utilisent les ions inositol triphosphate, diacylglycérol et Ca 2+ comme seconds messagers. Les récepteurs bêta-adrénergiques sont connectés à l'enzyme adénylate cyclase, qui est impliquée dans la synthèse de l'adénosine monophosphate cyclique (AMPc). C'est l'étude des récepteurs bêta-adrénergiques qui a permis pour la première fois d'identifier l'existence d'un système de seconds messagers et de décrire ses principales propriétés. La conséquence de l'activation des récepteurs adrénergiques peut être une modification de la conductivité du sodium et du potassium, c'est-à-dire des effets excitateurs ou inhibiteurs en fonction de l'emplacement spécifique des récepteurs.
L'agoniste classique des récepteurs alpha-adrénergiques est le médicament féthanol et l'antagoniste est la phentolamine. Dans le cas des récepteurs bêta-adrénergiques, l'agoniste le plus connu est l'adrine et l'antagoniste du propranolol (synonymes - anapriline, obzidan).
Chaque organe interne contient des récepteurs adrénergiques alpha ou bêta, ou les deux types.
Synapses excitatrices
Dans ces synapses de la membrane postsynaptique, lorsque le médiateur interagit avec les récepteurs membranaires, la perméabilité membranaire aux ions potassium et sodium augmente. En raison des courants ioniques, une dépolarisation locale se développe, appelée potentiel post-synaptique excitateur (EPSP). L'EPSP possède toutes les propriétés de l'excitation locale. Il a une petite amplitude, c'est-à-dire qu'il est inférieur au seuil, et la sommation de l'EPSP est nécessaire pour déplacer le MPP du neurone vers le CUD. La sommation EPSP peut se présenter sous deux formes : temporelle et spatiale. Lors de la sommation temporelle, une augmentation de l'amplitude de l'EPSP se produit en raison d'une augmentation de la fréquence AP dans la fibre afférente. La sommation des EPSP se produit dans une synapse. Lors de la sommation spatiale, une augmentation de l'amplitude de l'EPSP se produit avec l'apparition simultanée d'une excitation dans les synapses proches.
Synapses inhibitrices
Ils sont généralement situés sur le soma des neurones. Lorsqu'un médiateur agit sur les récepteurs membranaires de la membrane postsynaptique, des canaux potassiques et (ou) chlorure s'y ouvrent, ce qui provoque une hyperpolarisation, appelée potentiel postsynaptique inhibiteur (IPSP). Dans ce cas, l'excitabilité du neurone diminue puisque le MPP s'éloigne du CUD.
Ainsi, l’activité intégrative d’un neurone est la somme des IPSP et des EPSP dans le temps et dans l’espace. Lorsque l'activité des synapses excitatrices augmente, le neurone augmente la fréquence AP, et lorsque les synapses inhibitrices sont activées, il la diminue.
Activité intégrative d'un neurone
Le centre nerveux est un ensemble de neurones situés à différents niveaux du système nerveux central, dont l'activité régule les fonctions. Il s'agit d'une formation fonctionnelle et non anatomique, et son activité repose sur des réseaux neuronaux excitateurs et inhibiteurs. Les principes de fonctionnement des réseaux nerveux sont les mêmes dans tous les centres nerveux.
L'un des principes généraux est la sommation. La sommation de l'excitation dans le centre nerveux est une manifestation de l'activité intégrative du neurone.
Sommation temporelle (séquentielle)- augmentation de l'influx synaptique le long d'une entrée afférente. Les EPSP se développant sur un court intervalle sont résumés, ce qui provoque un changement de seuil dans le MPP et la génération d'AP. Ce type de sommation s'observe avec une augmentation de la force du stimulus et une augmentation de la fréquence des potentiels d'action dans les fibres afférentes.
Sommation spatiale (simultanée)- augmentation de l'influx synaptique avec activation simultanée de plusieurs entrées synaptiques. Les EPSP apparaissent simultanément au niveau d'un grand nombre de synapses rapprochées. Ce type de sommation s'observe avec une augmentation du champ récepteur du réflexe, ce qui entraîne une réduction du temps de latence du réflexe.
L'effet de l'émetteur est déterminé par le type de canaux ioniques ouverts. Si ces canaux sont sélectivement perméables uniquement au K+ ou au Cl-, alors le courant ionique résultant peut déplacer le potentiel de membrane au repos existant vers une région plus négative et ainsi contrecarrer l'excitation. Ce potentiel inhibe l’excitation cellulaire et est appelé potentiel post-synaptique inhibiteur (IPSP).
L'ampleur de son potentiel et le nombre de canaux ioniques ouverts sont déterminants pour l'apparition d'un courant ionique dans la membrane. Par exemple, si le composé émetteur n’ouvrait pas le canal ionique du récepteur nicotinique ACh, mais ouvrait un canal spécifique pour d’autres ions, alors différents courants apparaîtraient avec un effet final différent. Le facteur déterminant est le type de protéine canal sur laquelle agit le transmetteur. Ainsi, certaines synapses ont des canaux pour K+, tandis que d’autres ont des canaux pour Cl-. Ces derniers sont beaucoup plus courants. Prenons comme exemple le récepteur synapse métabotropique, qui augmente la conductivité des ions K+ suite à leur liaison au transmetteur. À un potentiel de membrane normal, cela conduit à un courant sortant supplémentaire d'ions K+ conformément à l'équation de Goldmann et à une hyperpolarisation du potentiel de membrane due à une perméabilité accrue aux ions K+ (Fig. 21.7). IPSP apparaît. Ce potentiel est ainsi nommé car l’apparition de l’hyperpolarisation contrecarre la dépolarisation et donc l’excitation, de sorte que la cellule inhibe son activité. Une situation fondamentalement similaire se produit si le courant hyperpolarisant membranaire est associé à des ions Cl-. Puisque le potentiel d'équilibre des ions Cl- se situe entre -70 et -75 mV, Cl- circule dans la cellule et l'hyperpolarise si le potentiel membranaire existant est moins négatif que cette valeur.
Une image similaire est typique pour de nombreuses cellules.
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inhibition postsynaptique .
inhibition présynaptique .
Fonctions du thalamus.
Le thalamus est une formation paire massive contenant environ 120 noyaux de matière grise.
L'activité du thalamus est étroitement liée à l'analyse des signaux afférents et à la régulation de l'état fonctionnel de l'organisme. Il interagit avec le cortex du pb.
Le thalamus comprend le thalamus optique lui-même, puis le métathalamus (corps géniculés médial et latéral) et l'oreiller.
Selon des critères morphologiques, tous les noyaux du thalamus sont regroupés en 6 groupes :
groupe antérieur ;
noyaux médians (noyau paraventriculaire, matière grise centrale) ;
groupe médial;
groupe latéral (noyau réticulaire) ;
groupe postérieur (corps genouillés latéraux et médiaux, coussin) ;
groupe prétectal.
spécifique;
non spécifique;
associatif.
Chaque noyau exprime une organisation thématique, c'est-à-dire chaque zone de la peau, de la rétine, etc. correspond à une certaine zone du thalamus.
Le système auditif se projette vers le corps géniculé médial, qui est le niveau précortical d'analyse des signaux auditifs. Les excitations de nombreux neurones du colliculus postérieur du mésencéphale peuvent converger vers les mêmes neurones du corps géniculé médial.
Le système sensoriel visuel au niveau du thalamus est représenté par les corps géniculés latéraux. Ils sont considérés comme les noyaux spécifiques du thalamus les plus complexes. À partir d'elles, les fibres vont vers les 17e et 18e champs du cortex (région occipitale).
En plus des noyaux sensoriels, les noyaux relais du thalamus comprennent également les noyaux moteurs et les noyaux du groupe antérieur. Il s'agit d'un seul complexe. DANS noyaux moteurs les commutateurs d'afférentation, provenant des noyaux cérébelleux, du globus pallidus, des vestibulaires et des propriocepteurs, se dirigent vers le cortex moteur.
Fonction relais noyaux du groupe antérieur consiste à faire passer les impulsions des corps mamillaires de l'hypothalamus vers le système limbique. Parfois, les noyaux du groupe antérieur sont appelés système limbique (cercle de Papets).
Ainsi, les noyaux spécifiques représentent la partie la plus importante des systèmes sensoriels et moteurs de base, et la destruction des noyaux relais entraîne une perte complète et irréversible de la sensibilité ou des troubles du mouvement correspondants (Physiologie du système central..., 2000).
Noyaux non spécifiques du thalamus. Ils n'appartiennent pas à un système sensoriel ou moteur spécifique ; morphologiquement et fonctionnellement ils sont associés à de nombreux systèmes et participent avec le RF à la mise en œuvre de fonctions non spécifiques. Les réseaux neuronaux de ces noyaux ont une structure réticulaire : un réseau dense de neurones avec de longues dendrites faiblement ramifiées.
La connexion entre les noyaux non spécifiques et le cortex est principalement polysynaptique, les fibres vont dans toutes les couches du cortex. Ils sont projetés dans le cortex de manière plus diffuse que les spécifiques. Les informations afférentes leur parviennent principalement de la Fédération de Russie, ainsi que de l'hypothalamus, du système limbique, des noyaux gris centraux et des noyaux spécifiques du thalamus. Les noyaux non spécifiques reçoivent également des signaux provenant de noyaux spécifiques.
En règle générale, une seule stimulation électrique de ces noyaux ne provoque pas une seule réponse du cortex. La stimulation rythmique à basse fréquence conduit à une réaction de synchronisation de l'activité bioélectrique du cerveau, et la stimulation à haute fréquence conduit à une désynchronisation (réaction d'activation corticale). Cette réaction est enregistrée dans des zones non spécifiques du cortex, car dans certains cas, il est supprimé par des impulsions spécifiques.
Les noyaux non spécifiques du thalamus ont un effet modulateur sur le cortex, c'est-à-dire réguler son état fonctionnel. Ils modifient sa réactivité à des signaux spécifiques. Tout comme dans le cas du RF, l'activité du système thalamique non spécifique est étroitement liée aux mécanismes de développement du sommeil, à l'autorégulation de l'état fonctionnel et à l'IRR.
Les systèmes spécifiques et non spécifiques du thalamus interagissent les uns avec les autres. Il s'est avéré que si le système non spécifique améliore le système spécifique, alors le système spécifique supprime le système non spécifique (Physiologie du système central..., 2000).
Noyaux d'association du thalamus. Ce sont les dernières divisions du thalamus à se différencier au cours de l'évolution, mais aussi celles qui se développent le plus activement.
Les fibres de ces noyaux sont dirigées principalement vers les zones associatives du cortex et, en partie, vers des zones de projection spécifiques. Les connexions avec le cortex sont principalement monosynaptiques. Les principaux signaux afférents proviennent d’autres noyaux du thalamus, et non de la périphérie.
La stimulation électrique des noyaux associatifs du thalamus provoque des réponses dans les zones associatives du cortex. Beaucoup de ces noyaux sont capables de répondre à la stimulation de différents signaux sensoriels ; certains ne répondent généralement qu’à des stimuli complexes. Les excitations de différents systèmes sensoriels peuvent y interagir, c'est-à-dire ils intègrent les impulsions de tous les systèmes sensoriels.
En plus de transmettre les influences de projection au cortex, les neurones thalamiques eux-mêmes peuvent fermer les voies réflexes sans la participation du cortex et ainsi remplir indépendamment des fonctions réflexes complexes (Physiologie du système central..., 2000).
Autres caractéristiques du thalamus. Des IPSP assez longues (environ 100 ms) ont été enregistrées dans les neurones thalamiques. L'inhibition aide à créer un contraste spatial autour du foyer excité et assure également la synchronisation de l'activité neuronale car l'excitabilité de nombreux neurones est immédiatement affectée par les processus inhibiteurs.
Le thalamus est le centre le plus élevé de sensibilité à la douleur. Il analyse les signaux de douleur et organise les réponses à la douleur. Les impulsions allant aux neurones du thalamus depuis les zones endommagées du corps activent ces neurones et provoquent de la douleur. Ainsi, les sensations douloureuses sont associées à l'excitation de neurones non spécifiques du thalamus ; la participation du cortex n'est pas nécessaire pour cela. Dans le cortex, une attitude subjective face à un stimulus douloureux est déjà formée (Human Physiology, 1996) (Lecteur 10.1).
Fonctions de l'hypothalamus.
Il s'agit d'une structure assez ancienne, donc sa structure est à peu près la même chez tous les vertébrés terrestres. Il n’y a pas de frontières claires. C'est la partie centrale du diencéphale. Dans l'hypothalamus, on distingue trois zones : périventriculaire (une fine bande adjacente au troisième ventricule), médiale (elle contient la région hypophysiotrope, région préoptique), latérale (il n'y a pas de formations nucléaires claires).
L'hypothalamus régule tous les processus nécessaires au maintien de l'homéostasie. Il constitue un centre d'intégration important pour les fonctions somatiques, autonomes et endocriniennes.
Hypothalamus latéral forme des connexions bilatérales avec le thalamus, le système limbique et la région limbique du mésencéphale. Les signaux provenant des récepteurs et de la surface du corps pénètrent dans l'hypothalamus par les voies spinoréticulaires, qui l'atteignent par le thalamus ou la région limbique du mésencéphale. Les voies descendantes (efférentes) de l'hypothalamus sont formées par des voies polysynaptiques faisant partie de la formation réticulaire.
Hypothalamus médial connecté au côté latéral, et reçoit également des signaux de nombreuses autres parties du cerveau, du sang et du liquide céphalo-rachidien, et transmet des signaux à l'hypophyse.
Dans la partie médiale de l'hypothalamus se trouvent des neurones spéciaux qui répondent à la composition du sang et du liquide céphalo-rachidien et forment plusieurs centres importants (Human Physiology, 1996).
Centre de faim et de satiété. Cette région (noyaux externe et intermédiaire) régule un comportement alimentaire complexe. Les neurones du centre de la faim sont des glucorécepteurs qui sont activés lorsque la concentration de glucose et d'autres nutriments (acides aminés, acides gras) dans le sang diminue, et les neurones du centre de la satiété, au contraire, sont activés lorsque la teneur de ces substances dans le sang augmente.
Le centre de la soif et sa satisfaction. Le Drinking Behaviour Center est organisé de la même manière. La stimulation des structures situées en dehors du noyau supraoptique entraîne une forte augmentation de la consommation de liquide, et la destruction de ces structures conduit à un refus complet de l'eau. Les neurones du centre de la soif réagissent aux changements de pression osmotique (avec un manque d'eau, la pression osmotique du sang augmente, ce qui provoque l'activation des neurones hypothalamiques). Ce processus déclenche un certain nombre de réactions comportementales complexes visant à rechercher de l'eau et à réduire l'excrétion de liquide du corps, ce qui devrait entraîner une diminution de la pression osmotique.
Centre de thermorégulation. Les neurones de ce centre de l'hypothalamus sont des thermorécepteurs qui répondent à la température du sang qui les lave. L'irritation du groupe postérieur de noyaux entraîne une augmentation de la température corporelle en raison d'une production accrue de chaleur due à une augmentation des processus métaboliques et à des tremblements des muscles squelettiques (thermogenèse frissonnante). La stimulation des noyaux paraventriculaires entraîne une diminution de la température due à une transpiration accrue, une expansion de la lumière des vaisseaux cutanés et une inhibition des tremblements musculaires.
Centre pour le comportement sexuel. Ce centre est impliqué dans la régulation d'un ensemble de fonctions associées à la reproduction. La destruction isolée de la zone de la tubérosité grise entraîne une atrophie des gonades, et avec une tumeur dans cette zone, une puberté accélérée est souvent observée. Des cas de transformation des caractéristiques sexuelles masculines en caractéristiques féminines en raison de lésions des zones médianes de l'hypothalamus ont été décrits. Environ la moitié des patients présentant une pathologie hypothalamique présentaient des dysfonctionnements du système reproducteur. Des expériences ont montré que les structures des parties antérieures de l'hypothalamus ont un effet accélérateur sur le développement sexuel et que les parties postérieures ont un effet inhibiteur.
Le centre de l'agressivité, de la rage et du plaisir. Des expériences avec des animaux sur l'auto-irritation, lorsqu'ils avaient la possibilité d'envoyer des impulsions électriques à certaines zones de l'hypothalamus, ont montré qu'il y avait là des centres dont l'irritation provoquait des sensations agréables. Le centre du plaisir, localisé dans l'hypothalamus postérieur, en interaction avec d'autres structures du système limbique, participe à l'organisation de la sphère émotionnelle et du comportement sexuel.
Centre de régulation du cycle veille-sommeil. L'hypothalamus contient des structures qui participent à la régulation de l'alternance veille et sommeil. Ainsi, l'irritation de la partie latérale de la zone préoptique basale chez les animaux provoque le sommeil et les modifications qui l'accompagnent dans l'activité bioélectrique du cerveau. Chez l'homme, les lésions de l'hypothalamus s'accompagnent souvent de troubles du sommeil et de modifications EEG caractéristiques du sommeil. Le noyau suprachiasmatique de l'hypothalamus est le maillon le plus important dans l'organisation des biorythmes, le mécanisme central de « l'horloge biologique » qui organise les cycles quotidiens (Physiologie de l'organisme central..., 2000).
Par des mécanismes neuronaux, la partie médiale de l'hypothalamus contrôle la neurohypophyse et par des mécanismes humoraux, l'adénohypophyse. Ainsi, cette zone constitue un lien intermédiaire entre les systèmes nerveux et endocrinien, jouant un rôle essentiel dans la régulation neurohumorale de toutes les fonctions corporelles.
Sérotonine : sites de synthèse et fonctions.
Inhibition postsynaptique et présynaptique.
L'action d'un médiateur sur la membrane postsynaptique d'une synapse chimique conduit à l'apparition d'un potentiel postsynaptique dans celle-ci. Les potentiels post-synaptiques peuvent être de deux types :
dépolarisant (stimulant);
hyperpolarisant (inhibiteur).
En conséquence, le potentiel de membrane se déplace vers zéro (devient moins négatif). En fait, l’ampleur de l’EPSP dépend des ions qui ont traversé la membrane et du rapport de perméabilité de ces ions. Les mouvements de divers ions se produisent simultanément et leur intensité dépend de la quantité de médiateur libéré.
Ainsi, les potentiels post-synaptiques sont des réactions graduelles (leur amplitude dépend de la quantité d'émetteur libéré ou de la force du stimulus). En cela, ils se distinguent des potentiels d’action, qui obéissent à la loi du « tout ou rien ».
L'EPSP est nécessaire à la génération d'un influx nerveux (NP). Cela se produit si l'EPSP atteint la valeur des pores. Après cela, les processus deviennent irréversibles et une maladie de Parkinson se produit.
Si des canaux s'ouvrent dans la membrane, fournissant un courant total sortant de charges positives (ions potassium) ou un courant entrant de charges négatives (ions chlore), alors la cellule se développe potentiel post-synaptique inhibiteur (IPSP). De tels courants conduiront à une rétention du potentiel de membrane au niveau du potentiel de repos ou à une certaine hyperpolarisation (Shepherd G., 1987).
L'inhibition synaptique chimique directe se produit lorsque les canaux pour les ions chlorure chargés négativement sont activés. La stimulation des intrants inhibiteurs provoque une légère hyperpolarisation de la cellule - potentiel post-synaptique inhibiteur (IPSP). La glycine et l'acide gamma-aminobutyrique (GABA) ont été trouvés comme médiateurs à l'origine de l'IPSP ; leurs récepteurs sont associés à des canaux chlore, et lorsque ces médiateurs interagissent avec leurs récepteurs, les ions chlore pénètrent dans la cellule et le potentiel membranaire augmente (jusqu'à -90 ou -100 mV). Ce processus est appelé inhibition postsynaptique .
Cependant, dans un certain nombre de cas, l’inhibition ne peut s’expliquer uniquement en termes de modifications post-synaptiques de la conductivité. J. Eccles et ses collègues ont découvert un mécanisme d'inhibition supplémentaire dans la moelle épinière des mammifères - inhibition présynaptique . En raison de l'inhibition présynaptique, la libération du transmetteur par les terminaisons excitatrices diminue. Lors de l'inhibition présynaptique, les axones inhibiteurs établissent un contact synaptique avec les terminaisons des axones excitateurs. Le GABA est le plus souvent trouvé comme médiateur de l'inhibition présynaptique. Du fait de l'action du GABA sur la terminaison présynaptique, il y a également une augmentation significative de la conductivité du chlore et, par conséquent, une diminution de l'amplitude des AP dans la terminaison présynaptique.
La signification fonctionnelle de ces deux types d’inhibition dans le système nerveux central est très différente. L'inhibition postsynaptique réduit l'excitabilité de la cellule entière, la rendant moins sensible à toutes les entrées excitatrices. L'inhibition présynaptique est beaucoup plus spécifique et sélective. Il est dirigé vers une entrée spécifique, permettant à la cellule d'intégrer des informations provenant d'autres entrées (Human Physiology, 1996).
Critères (signes) d'un médiateur.
1. Critères du médiateur :
la substance doit être présente dans le corps du neurone et en concentration plus élevée dans la terminaison synaptique ;
dans le corps ou dans la terminaison synaptique, il doit y avoir un système pour la synthèse et la dégradation de cette substance ;
cette substance doit être libérée de la terminaison synaptique dans la fente synaptique lors d'une excitation naturelle ou d'une stimulation artificielle ;
lorsqu'elle est introduite dans la fente synaptique, cette substance devrait avoir exactement les mêmes effets que lorsqu'elle est libérée naturellement par la terminaison ;
Il doit y avoir des récepteurs spécifiques pour cette substance sur la membrane postsynaptique.
2. Caractéristiques des neuromodulateurs:
les neuromodulateurs n'ont pas d'effet physiologique indépendant, ils modifient seulement l'effet du médiateur ;
l'action du modulateur se développe plus lentement que l'action du médiateur, mais dure plus longtemps ;
les neuromodulateurs se forment non seulement dans le neurone, mais peuvent également être libérés par les cellules gliales ;
l'action du modulateur n'est pas nécessairement programmée pour coïncider avec l'apparition d'un stimulus nerveux ;
La cible du modulateur peut être non seulement les récepteurs postsynaptiques, il peut agir sur diverses parties du neurone et également influencer les processus intracellulaires (Lecteur 5.1).
Fonctions de la moelle épinière.
La moelle épinière est la partie la plus simplement organisée du système nerveux central, remplissant des fonctions de réflexe et de conduction. Fonction de conducteur consiste à conduire les signaux des récepteurs et des muscles vers les parties supérieures du cerveau, et réflexe- dans la mise en œuvre des réflexes. En plus de ces deux fonctions, les centres du système nerveux autonome (autonome) sont situés dans la moelle épinière. Dans les parties thoracique, lombaire supérieure et sacrée de la moelle épinière, la matière grise forme les cornes latérales, dans lesquelles se trouvent les corps des premiers neurones autonomes (préganglionnaires).
Un réflexe est une réponse stéréotypée du corps à toute influence (externe ou interne). Le substrat anatomique du réflexe est l'arc réflexe. Schéma général de la structure de l'arc réflexe : récepteurs ? voie afférente ? SNC ? voie efférente ? effecteur (muscle squelettique, cellules musculaires lisses, cellules glandulaires).
Le réflexe est caractérisé par le temps réflexe - le temps écoulé entre le moment de l'action du stimulus et l'apparition de la réponse, qui comprend les processus suivants :
temps de conduction le long des fibres afférentes et efférentes ;
moment de transformation du stimulus dans le récepteur ;
temps de transfert d'informations au niveau des synapses vers le système nerveux central (délai synaptique) ;
temps de transmission du signal des voies efférentes vers l'effecteur (génération d'EPP) ;
activation de l'effecteur (couplage électromécanique).
Selon les caractéristiques structurelles de l'arc réflexe, les réflexes sont monosynaptiques et polysynaptiques (plusieurs interneurones dans le système nerveux central) (Human Physiology, 1996).
Exemples de réflexes monosynaptiques et polysynaptiques
| Réflexes monosynaptiques | Réflexes polysynaptiques |
| Genou | Succion |
| Fermer la bouche | Avaler |
| Entorses du biceps brachial (coude) | Éternuements |
| Réflexe du tendon d'Achille | cardage |
| Réflexe Chvostek (joue) | Pupillaire |
| Abdominale (irritation striée de la peau abdominale) | Retrait manuel |
| Plantaire (irritation de la plante) |
L'action d'un médiateur sur la membrane postsynaptique d'une synapse chimique conduit à l'apparition d'un potentiel postsynaptique dans celle-ci. Les potentiels postsynaptiques peuvent être de deux types : dépolarisants (excitants) et hyperpolarisants (inhibiteurs) (Fig. 5.5).
Potentiels post-synaptiques excitateurs(EPSP) sont provoqués par le courant total entrant de charges positives dans la cellule. Ce courant peut résulter d'une conductivité accrue de la membrane vers le sodium, le potassium et éventuellement d'autres ions (tels que le calcium).
Riz. 5.5.
UN - activation uniquement de la synapse excitatrice ; b- activation uniquement de la synapse inhibitrice ; V- activation des synapses excitatrices et inhibitrices
En conséquence, le potentiel de membrane se déplace vers zéro (devient moins négatif). En fait, la valeur de SISI dépend des ions qui ont traversé la membrane et du rapport des perméabilités pour ces ions. Les mouvements de divers ions se produisent simultanément et leur intensité dépend de la quantité de médiateur libéré.
Ainsi, les potentiels post-synaptiques sont des réactions graduelles (leur amplitude dépend de la quantité d'émetteur libéré ou de la force du stimulus). En cela, ils se distinguent des potentiels d’action, qui obéissent à la loi du « tout ou rien ».
VESI est nécessaire à la génération d'un influx nerveux (NI). Cela se produit si le VSI atteint la valeur des pores. Après cela, les processus deviennent irréversibles et une maladie de Parkinson se produit. Ainsi, l'excitation dans les cellules peut se produire pour diverses raisons (Fig. 5.6), mais dans tous les cas, pour son développement, une modification de la perméabilité de la membrane aux ions doit se produire. L'inhibition se développe également par des mécanismes similaires.
Riz. 5.6.
Si des canaux s'ouvrent dans la membrane, fournissant un courant total sortant de charges positives (ions potassium) ou un courant entrant de charges négatives (ions chlore), alors la cellule se développe potentiel post-synaptique inhibiteur(TPSP). De tels courants entraîneront le maintien du potentiel de membrane au niveau du potentiel de repos ou une certaine hyperpolarisation.
L'inhibition synaptique chimique directe se produit lorsque les canaux pour les ions chlorure chargés négativement sont activés. La stimulation des intrants inhibiteurs provoque une légère hyperpolarisation de la cellule - potentiel post-synaptique inhibiteur. La glycine et l'acide gamma-aminobutyrique (GABA) ont été trouvés comme médiateurs responsables du TGTS ; leurs récepteurs sont associés à des canaux chlore, et lorsque ces médiateurs interagissent avec leurs récepteurs, les ions chlore pénètrent dans la cellule et le potentiel membranaire augmente (jusqu'à -90 ou -100 mV). Ce processus est appelé inhibition post-synaptique.
Cependant, dans un certain nombre de cas, l’inhibition ne peut s’expliquer uniquement en termes de modifications post-synaptiques de la conductivité. J. Eccles et ses collègues ont découvert un mécanisme d'inhibition supplémentaire dans la moelle épinière des mammifères : inhibition présynaptique. En raison de l'inhibition présynaptique, la libération du transmetteur par les terminaisons excitatrices diminue. Lors de l'inhibition présynaitique, les axones inhibiteurs établissent un contact synaptique avec les terminaisons des axones excitateurs. Le GABA est le plus souvent trouvé comme médiateur de l'inhibition présynaptique. En raison de l'action du GABA sur la terminaison présynaptique, il existe également une augmentation significative de la conductivité du chlore et, par conséquent, une diminution de l'amplitude AP dans la terminaison présynaptique.
La signification fonctionnelle de ces deux types d’inhibition dans le système nerveux central est très différente. L'inhibition postsynaptique réduit l'excitabilité de la cellule entière, la rendant moins sensible à toutes les entrées excitatrices. L'inhibition présynaptique est beaucoup plus spécifique et sélective. Il est dirigé vers une entrée spécifique, permettant à la cellule d'intégrer des informations provenant d'autres entrées.
