L'électrophysiologie

Résumé du document

Il existe au niveau des membranes des cellules des mouvements d'ions qui, en la traversant, génèrent des phénomènes électriques. L'électrophysiologie en biologie et en médecine s'intéresse à ces phénomènes électriques. Lorsque la cellule n'est pas stimulée, c'est-à-dire au « repos », il existe de part et d'autre de la membrane cellulaire un gradient des charges portées par certains types d'ions, appelé potentiel de membrane de repos (E0).

Ce gradient existe au niveau de toutes les membranes et cette répartition est particulière à chaque espèce et à chaque cellule dans un environnement donné. Au niveau de certaines cellules dites « excitables », la répartition des ions peut varier brutalement sous l'action d'une stimulation, créant une brutale variation de potentiel (inversion du potentiel) appelée potentiel d'action.

L'activité bioélectrique est importante pour le fonctionnement de toutes les cellules mais en particulier pour les cellules neuronales, cardiaques et musculaires. En effet au niveau de ces cellules, le déclenchement de potentiels d'actions permet de transmettre la stimulation initiale à l'ensemble de l'organe (nerf ou muscle squelettique ou cardiaque) afin d'obtenir un effet physiologique (transmission de l'information pour le nerf, contraction pour le muscle). Il existe, de plus, des pathologies spécifiquement liées à des troubles de ces phénomènes électriques.

L'enregistrement des signaux bioélectriques est couramment réalisé en médecine. Il a été rendu possible par le développement d'appareils électroniques permettant une amplification du signal. Le potentiel de membrane de repos qui est stable peut être modifié par une stimulation. Cette stimulation peut être d'origine électrique externe ou interne ou liée à un stimulus chimique ou sensoriel (neurotransmetteurs, stimulation lumineuse de la rétine…). Les modifications de potentiel sont liées à des modulations de l'activité de certains canaux ioniques sensibles au voltage, d'autres canaux étant sensibles à d'autres stimuli.

Les modifications d'activité des canaux ioniques sont responsables d'une augmentation de transfert des ions à travers la membrane. L'entrée de certains ions (calcium ++) est importante sur le plan physiologique car elle entraîne la mise en jeu d'autres « messagers » intracellulaires qui constituent des signaux physiologiques pour la cellule. Cette libération de calcium est très importante lors de potentiels d'action musculaire. Elle peut exister également en dehors du déclenchement d'un potentiel d'action.

Extraits

[...] La conduction intramyocardique se fait par des gaps jonctions de cellule en cellule. L'influx est distribué rapidement par le tissu nodal puis la transmission se fait de proche en proche au niveau des cellules musculaires cardiaques. Au niveau de la jonction neuromusculaire, l'élément post-synaptique rencontre la plaque motrice. Le principal neurotransmetteur mis en jeu est l'acétylcholine. Il existe des canaux sodiques sensibles à l'acétylcholine. Le potentiel local positif (potentiel de plaque) déclenche ainsi un potentiel d'action qui est ensuite transmis de cellule en cellule au niveau de la fibre musculaire. [...]

[...] II-Les phases du Potentiel d'Action d'une cellule nerveuse On distingue trois phases : 1. prépotentiel potentiel de pointe postpotentiel. La phase de prépotentiel peut avoir une forme variable alors que le potentiel de pointe et les postpotentiels sont identiques et correspondent à proprement parler au potentiel d'action. A-Le prépotentiel Il faut une dépolarisation initiale liée par exemple à une sortie de charges négatives (établissement= fermeture d'un courant électrique externe entrant). Avant d'obtenir une stimulation il faut décharger la capacité membranaire (déplacement des charges accumulées). [...]

[...] Les modifications d'activité des canaux ioniques sont responsables d'une augmentation de transfert des ions à travers la membrane. L'entrée de certains ions (calcium est importante sur le plan physiologique car elle entraîne la mise en jeu d'autres messagers intracellulaires qui constituent des signaux physiologiques pour la cellule. Cette libération de calcium est très importante lors de potentiels d'action musculaire. Elle peut exister également en dehors du déclenchement d'un potentiel d'action. Le potentiel d'action correspond à une inversion brutale du potentiel de membrane de repos lié à l'ouverture brutale de certains canaux ioniques. [...]

[...] La bande passante doit correspondre aux fréquences contenues dans le signal pour obtenir une amplification correcte du signal. Le test de la bande passante permet de définir les bornes de fréquence de cette bande passante. Expérimentalement un signal rectangulaire est amplifié. Les défauts d'amplification font apparaître en sortie un front de montée trop progressif correspondant à la fréquence supérieure de la bande passante (les changements brutaux correspondent à des hautes fréquences) et un défaut de maintien du plateau correspondant à la fréquence inférieure de la bande passante. [...]

[...] Le sodium s'entoure de plus de molécules d'eau que le potassium et diffuse moins facilement que le laisse prévoir la loi de Fick et son gradient de concentration. Les protéines chargées négativement au pH physiologique du milieu cellulaire gênent la diffusion de certains ions, contribuant à l'hétérogénéité de composition du milieu intracellulaire par rapport au milieu extracellulaire. Les ions subissent également des attractions électrostatiques liées à leur charge. Le déplacement des ions, notamment à travers la membrane, génère un potentiel électrique qui s'oppose à ce déplacement. [...]