Système nerveux central : Introduction et principes d'organisation PDF

Système nerveux central : introduction et principes d\'organisation Organisation générale du système nerveux ======================================== Fonctions du système nerveux ---------------------------- - **Traiter des informations sensorielles** - **Intégrer ces informations** (mettre...

Système nerveux central : introduction et principes d\'organisation Organisation générale du système nerveux ======================================== Fonctions du système nerveux ---------------------------- - **Traiter des informations sensorielles** - **Intégrer ces informations** (mettre ensemble des informations de différents organes des sens) - **Donner une réponse** en fonction du contexte presque tous types de réponse se font d'une manière musculaire (contraction musculaire) (sauf les larmes par exemple) Type de stimuli et type d'action (reçoit info et donner réponse) ---------------------------------------------------------------- - **Types de stimuli** : - **Extéroception** (détection de l'environnement externe) - **Mécanique** : pression (qqch nous tape), vibration, température - **Optique** : vision - **Chimique** : olfaction(odeur) et gout - **Proprioception** (détéction de la position du corps) - **Mécanique** : savoir où sont les différentes parties de notre corps dans l'espace - **Intéroception** (détection de l'environnement interne, viscéral) - **Digestif, repiratoire, cardiovasculaire et urogénitale** - **Sensation profonde, douleurs** (ex : appendicite) - **Types d'action** : - **Contraction musculaire (volontaire)** - **Sécrétions (involontaire)** (ex : larmes, sueur, etc) Afférences et efférences ------------------------ - **Afférence** : l'information que notre corps reçoit (photoception, chemoception, mécanoception) **- \> sensitif** - **Efférance** : la réponse rendu (somatomoteurmuscles, viscéromoteurex : larmes) Organisation anatomique du système nerveux  ------------------------------------------- - **Coupe sagittale :** sépare côté droit et côté gauche - **Coupe coronale (frontale) :** sépare l'avant et l'arrière - **Coupe horizontale :** sépare le dessus (face supérieure/dorsale) et le dessous (face inférieure/ventrale) Anatomie cérébrale --------------------------------------- - Le cortex cérébral(cerveau) est séparé par plusieurs lobes différents qui ont chacun des fonctions différentes - **Lobe frontal, temporal, pariétal et occipital** Cartes cérébrales (liens avec cartes géographiques) ------------------------------------------------------------------------  - Le cerveau a **différentes parties physiques**, qui peuvent communiquer entre eux, tout en ayant des fonctions différentes Quelques chiffres  ------------------ - Dans le cerveau humain : 100×109 neurones (abeille 950 000) - **2% du poids** du corps mais **20% de la consommation énergétique** - **Cellules gliales** = 1 à 50 fois plus nombreuses que de neurones - Chaque neurone est connecté à 1000 - 10 000 de ses voisins (1000 à 10 000 synapses par neurone). - Vitesse de conduction variable (max = 100 m/s) Système nerveux Central (SNC) et Périphérique (SNP) --------------------------------------------------- Le système nerveux inclut toutes les cellules nerveuses du corps. Il contient deux grandes divisions anatomiques : - **Système Nerveux Central SNC :** - Cerveau et moelle épinière - **Intégration et traitement de l'information** (efférence) - **Système Nerveux Périphérique SNP :** - Nerfs périphériques, **ganglions, récepteurs** - Réception et transmission de l'information **destinée au SNC** (information afférentequi va vers le cerveau) - Transmission de l'information provenant du SNC aux **parties périphériques** (information efférante)  Les cellules du système nerveux =============================== Composition cellulaire du système nerveux ----------------------------------------- Le tissu nerveux contient **deux grandes classes de cellules** : - Les **neurones** : transmission et traitement de l'information - Les **cellules gliales** : soutien métabolique, structurel et fonctionnel des neurones - Ex : Astrocytes, oligodendrocytes et cellules de Schwann, microglies Les neurones ============ Propriétés fondamentales des neurones ------------------------------------- - **Excitabilité** : capable de réagir à un stimulus (Ex : Na+ qui entre dans cell) - **Conductivité** : capable de produire et transmettre des signaux électriques - **Sécrétion** : capable de transformer les signaux électriques en signaux chimiques (sécrétion de neurotransmetteur) - **Métabolisme basal élevé** - **Longévité** (ne meurt jms) - **Perte de la capacité de division** (sauf certaines parties qui peuvent tjr) Polarité du neurone (partie de gauche pas égale à partie de droite) ------------------------------------------------------------------- Un neurone est **polarisé**, du point de vue fonctionnel et physique. Il contient 4 compartiments principaux : - **Corps cellulaire (soma),** avec noyau et péricaryon (région autour du noyau) - **Les neurites** (prolongement du soma) 1. **Dendrites (plusieurs par neurone) :** partie de **réception de l'information** des autres neurones. Naissent du soma et forment des branches parsemées d'aspérités (épines dendritiques qui reçoivent le contact synaptique). Les épines post-synaptiques permettent de former un « compartiment » isolé pour avoir un micro-métabolisme avec la traduction de certaines protéines etc. 2. **Axone (1 seul par neurone) :** processus allongé attaché au soma - **Terminaux synaptiques (ou pré-synaptique)** : au bout de l'axone, en contact avec une cellule post-synaptique Anatomie du neurone ------------------- **Substance chromatophile** = reticulum endoplasmique **Synapse** = région de contact entre deux neurones ou un neurone et une autre cellule **Soma :** - Noyau souvent assez gros, avec gros nucléole - Le **péricaryon (cytoplasme des neurones)** contient les organelles nécessaires à la production énergétique et aux activités biosynthétiques. - Nombreuses mitochondries et ribosomes libres et en amas - **Les amas de ribosomes** sur le RE rugueux sont appelés **corps de Nissl** (substance chromatophile) et sont responsables de la couleur de la **« matière grise »** - Le soma est donc le siège d'une activité transcriptionnelle et translationnelle intense - La translation n'est cependant pas limitée au soma : les terminaux pré- et post synaptiques peuvent **contenir de l'ARN** =\> synthèse protéique (car le trajet serait trop long de parcourir tout le chemin du soma vers les synapses) **Neurites = dendrites et axones ** - L'axone est un long processus cytoplasmique qui peut propager un potentiel d'action - Le "**hillock**" de l'axone est en contact avec le soma et est suivi du **segment initial** (AIS). - **L'axoplasme** est le cytoplasme de l'axone. - L'axone peut produire des branches, ou "collatérales". Ces collatérales peuvent se terminer en arborisations terminales. - Les **arborisations** forment des terminaux pré- synaptiques, où un neurone contacte un autre neurone, ou un effecteur (muscle, glande, etc). - Le **transport axoplasmique** est le mouvement des organelles, nutriments, molécules et déchets au sein de l'axone. ### Hillock, segment initial de l'axone potentiel d'action **Hillock / segment initial de l'axone au sein du Hillock** : C'est **là qu'est décidé si le potentiel d'action est transmis ou pas.** Cytosquelette neural (microtubule, neurofilament, microfilament) --------------------------------------------------------------------------------------- - **Microtubules** : gros, dans axones, dendrites, filopodes. Polymères d'alpha et béta tubuline - **Neurofilaments (filaments intermédiaires):** très nombreux, présents également dans astrocytes (ex. GFAP). Déterminent diamètre de l'axone - **Microfilaments (filaments d'actine) :** Dans cône de croissance (vont chercher leur point de synapse pendant la croissance) Transport axonal ---------------- Des microtubules sont présents tout le long de l'axone. De nombreuses protéines synthétisées dans le soma doivent être transportées dans l'axone et les terminaux synaptiques. - **Transport antérograde :** soma les terminaux pré-synaptiques - **Transport rétrograde :** terminaux pré-synaptiques le soma La **dynéine** (- = soma) et **kinésine** (+ = périphérie) permettent le transport le long des microtubules de **« cargos »** car de nombreuses protéines sont synthétisées dans le soma et doivent être transportées dans l'axone et les terminaux synaptiques. - **Transport rapide :** - **Antérograde:** 50-400 mm/j, pour **organelles, enzymes, vésicules & petites molécules** - **Rétrograde:** pour **matériel recyclé et pathogènes** (ex :virus rage, polio, herpès); 200-300 mm/j - **Transport lent (flux axoplasmique) :** - **antérograde :** Déplacement du **cytosquelette et nouvel axoplasme,** 10 mm/j, réparation & régénération des axones endommagés. Exemple : La maladie d'Alzheimer (microtubules) ---------------------------------------------------------------------- Protéines synthétisées dans le soma sont transportées par vésicules (**sur les microtubules**). **La protéine TAU** régule la vitesse de transport de ces vésicules ce qui régule le passage de certains produits le long du microtubule. Si **TAU** est phosphorylé il se décroche et laisse passer les vésicules. Dans la maladie d'Alzheimer, **trop de TAU phosphorylé** : les microtubules se désagrègent, ce qui affecte le fonctionnement de neurone. Marquage neuronaux antérograde et rétrograde (et trans-synaptique) ------------------------------------------------------------------ Marquage de transport antérograde et rétrograde : on peut observer par **immunofluorescence** où sont projetés les axones des soma (transport antérograde) ou alors où sont les somas de certains axones (transport rétrograde). Mais le colorant ne passe pas de neurone en neurone car il **n'y a pas de continuité physique** (sauf pour marquage rétrograde trans-synaptique) - **Marquage antérograde :** on va voir ces axones colorés et où ils se trouvent (on sait où on a injecté et on voit déplacement grâce au colorant) - - **Transport rétrograde :** on injecte au niveau du pied un colorant, va être transporté (transport rétrograde actif) voir plus tard dans le cerveau où sont les somas colorés - **Marquage rétrograde trans-synaptique :** permet d'isoler différents réseaux et comprendre au sein d'une structure complexe qui interagit avec qui (on a trouvé un moyen de seulement voir deux neuronnes connectés entre eux Diversité neuronale  ------------------------------------------ Les neurones ont **différentes formes** Mais la classification peut se faire par rapport à la forme, les neurotransmetteurs émis, la localisation du neuronne, l'excitabilité et les gènes qui sont exprimés - Forme, physiologie, signature et connectivité Classification moléculaire des neurones --------------------------------------- - **Séquençage à cellule unique :** On peut isoler **chaque cellule du cerveau**. Différentes sortes de neurones vont exprimer de manière différente leurs gènes. On prend chacune de ces cellules et **on regarde à quel point chacune de ces cellules exprime chaque gène** (nombre de copies d'ARN d'un gène) on peut **classer les cellules sur l'expression combinatoire des gènes qui la composent** Types de neurones : classification morphologique ------------------------------------------------ - **Neurones multipolaires :** Le type le plus fréquent du SNC Ils ont classiquement **plusieurs dendrites et 1 seul axone**. Le corps cellulaire est situé entre les 2 **Neurones moteurs** (ME) - **Neurones bipolaires :** Les dendrites **fusionnent en un seul segment** qui rejoint le soma. Il a 1 axone **Neurones olfactifs, de la rétine, auditifs** - **Neurones pseudo-unipolaires :** neurones dont le corps cellulaire n'a pas bcp d'importance (= bypass somatique). Son but est juste de faire transiter l'info. **Le soma n'a pas 2 branches** qui s'éloignent de lui, **mais 1** qui se ramifie ensuite **Neurone sensitif du SNP**. **L'info ne passe pas** par le soma, celui-ci sert juste pour garder le « cable » en vie. - **Neurones pyramidaux :** Constituent **70% des neurones du cortex cérébral**. Les neurones pyramidaux moteurs dégénèrent dans la **sclérose latérale amyotrophique** (SLA)(maladie du ice bucket challenge). Ce sont les neurones que l'on représente généralement. neurones spécialisés qui **consomment bcp d'énergie et dépendent des microfilament (actine)** sont **corticaux spinaux** (vont du cortex juqu'a la moelle épinière) Les cellules gliales (=neuroglie) ================================= Généralités ----------- - **4 grands types : astrocytes, oligodendrocytes, microglies et cellules épendymaires** - On les distingue sur la base de leur **aspect**, **localisation**, **marqueurs spécifiques**, **origine embryonnaire** et **fonction**. - Il y a environ **5 x plus de "glies"** que de neurones. - Elles ont des **fonctions multiples** : - - Cadre structurel pour neurones et circuits - Maintien de l'environnement extracellulaire - Phagocytose - Modulation synaptique Astrocytes (ressembles à des astres) ------------------------------------ - Neuroglie **la plus abondante** - Processus radiaux qui adhèrent aux **neurones et aux capillaires** avoisinants (guidage) - Contrôlent les **échanges entre les capillaires et les neurones** - Recapture de **glutamate (excitateur) et K+ extracellulaire** - Recapturent les **neurotransmetteurs** - Nécessaires au métabolisme neuronal **-\> lactate** - **Rôle de soutien** dans la transmission synaptique (tripartite = trois parties grâce à l'intervention de l'astrocyte). -\> récepteur de neurotransmetteur - **Gliose post lésionnelle** : **cicatrisation des neurones** par prolifération d'astrocytes (ici : gliose fait référence aux astrocytes) - Car les **astrocytes peuvent eux se diviser** ### **Barrière hémato-encéphalique (vaisseau sanguin dans cerveau)** - Formée par les **podocytes (prolongements) astrocytaires** et les cellules **endothéliales** (du vaisseau) - Perméable aux substances liposolubles : OH, O2, CO2, nicotine, anesthésiques, corps cétonique, glucose et **l'alcool** - D'autres substances ne passent pas (certains médicaments) ou doivent être **transportées activement** Cellules épendymaires  ----------------------  - Tapisse la **membrane de tout le cerveau**, forment la paroi des ventricules dans le SNC - Barrière **perméable** entre le liquide céphalo-rachidien (LCR) et le parenchyme cérébral (matière grise et blanche) - Typiquement **ciliées** - Donc entre le **cerveau et le LCR** (liquide céphalo-rachidien), il y a ces cellules épendymaires. - **Permettent le** **déplacement -\> ciliées** - Traumatisme -\> le liquide s'accumule **en amont** - **Effets compressifs** ### **Le liquide céphalo-rachidien** \- notre cerveau est **au sein d\'un liquide** (cephalo-rachidien) \- pour lutter contre les chocs (amortissement) \- rôle de **nutrition** \- le cerveau n'est pas posé -\> **il flotte dans le LCR** \- aussi au sein du cerveau dans les ventricules -\> secrété par **le plexus choroïde**  ### **Les méninges : plr couches de membrane** ### Peau : **scalp** **Périoste** **Dure mère / Arachnoïde / Pie-mère** - **LCR prélevé** : compliqué au cerveau -\> **ponction de la moelle** -\> observer - **Prendre où ME n'est pas là donc vers L3 ou L4** Cellules myélinisantes (isolation électrique de l'axone) -------------------------------------------------------- Il existe deux types de **cellules myélinisantes** : les oligodendrocytes dans le SNC et les cellules de Schwann dans le SNP. **1)Oligodendrocytes ** Ils sont présents dans le **SNC**. - Ils s'enroulent (prolongements) autour des axones pour produire la **gaine de myéline** (membrane + plasma de l'oligodendrocyte) - Un oligodendrocyte peut entourer **plusieurs axones** - Permet **la meilleure diffusion** du potentiel d'action 2)Les cellules de Schwann (même fonction que les oligodendrocytes mais dans le SNP) ----------------------------------------------------------------------------------- Elles sont présentes dans le **SNP**. - Elles s'enroulent autour des axones et produisent la **gaine de myéline**. - Une cellule de Schwann **peut enrouler un seul axone.** - La myélinisation commence **chez le fœtus et continue jusqu\'à l'adolescence.** La myéline : ------------ - C'est la couche isolante autour de la membrane de certains axones - Augmente la **vitesse de conduction nerveuse** (empêche court-circuit) - **Par les oligodendrocytes (SNC) et cellules de Schwann (SNP)** - Processus long qui **se finit à l'adolescence (20 ans)** - Dans le SNP, l'axone est enroulé par des centaines de couches de membrane - La couche **la plus externe est la cellule de Schwann** (neurilemme) - Recouvert par la **lame basale et l'endonèvre** (le plus profond) - Lien entre **prendre des risques** chez les jeunes et la région frontal pas 100% myélinisé ? ### **La sclérose en plaque (démyélination) touche seulement les oligodendrocytes** Maladie **démyélinisante** : la sclérose en plaques est une atteinte inflammatoire de la gaine de myéline **dans le SNC** (signaux imprécis dû à la dégradation de la myéline qui expose les axones aux courts-circuits). Les olygodendrocites **peuvent se diviser** pour réparer les lésions de la gaine de myéline en général. - **Maladie évolutive et démyelinisante** ### **Axones non-myélinisées dans le SNP** Les axones véhiculant la douleur ne sont pas myélinisés mais seulement entouré d'un peu de cytoplasme - Explique toucher une plaque - **D'abord on sent le toucher puis la douleur** ### **Membranes entourant les axones** **Endonèvre -\> périnèvre -\> épinèvre** ### **Propagation du potentiel d'action (nœuds de Ranvier)** La conduction d'une fibre myélinisée est appelée **saltatoire**. Il y a la présence de canaux sodiques en grande quantité seulement au niveau des **nœuds de Ranvier (des endroits entre la myéline où il y a des canaux Na+)**. Ils sont **nécessaires à la propagation des PA**. La diffusion rapide du Na^+^ **entre les nœuds** permet de passer d'un nœud à l'autre très rapidement et de régénérer un PA à chaque nœud. Il y a une **distance clé** entre ces nœuds de Ranvier, sinon la gaine de myéline ne serait pas rentable. Ce sont les des **canaux sodiques voltages dépendants** qui assurent la propagation du potentiel d'action. - Dépolarisation **ressentie au nœud de ranvier suivant** - Sauter entre les cellules **Transport régénéré pas transmis** Microglie --------- **La microglie **: c'est une forme particulière **de macrophages** (**même origine embryonnaire** que ceux-ci, mêmes cellules souches) - En cas de lésion ou infection, les microglies **migrent vers les neurones affectés**. C'est d'abord la microglie qui nettoie les déchets (neurones morts), puis astrocytes **font une structure** qui permet au cerveau de ne pas s'affaisser sur ce trou (soutien). - La microglie est impliquée **dans de nombreuses pathologies** - Déblayer -\> les détritus - Attaquer les choses gentilles -\> pathologies **Homme de ménage + réparation mais peut aussi être toxique si attaque les gentils**