Le fonctionnement du réflexe myotatique
Le réflexe myotatique se définit par la contraction d'un muscle en réponse à son propre étirement. Ce processus est permis par une boucle réflexe dans laquelle interviennent des récepteurs, un centre nerveux et des effecteurs, reliés par des neurones dans lesquels circulent des messages nerveux. Il n'y a pas intervention de la volonté.
Les éléments nécessaires au message nerveux et à la boucle du réflexe myotatique
Les fuseaux neuromusculaires, récepteurs sensoriels du réflexe myotatique
Le fuseau neuromusculaire est composé de cellules musculaires modifiées présentes dans le muscle et les tendons. Il enregistre l'étirement du muscle et appartient au groupe des mécanorécepteurs.
Le fuseau neuromusculaire
Les voies nerveuses sensorielles ou afférentes
La voie nerveuse sensorielle, ou voie nerveuse afférente, est composée des neurones qui vont transmettre le message issu du récepteur, c'est-à-dire du fuseau neuromusculaire jusqu'au centre nerveux (la moelle épinière). Il s'agit d'un neurone sensitif, ou neurone afférent. Le neurone sensoriel est un neurone en T, avec son corps cellulaire dans le ganglion spinal ou rachidien qui se trouve dans la racine dorsale de la moelle épinière.
Un neurone est composé :
- De dendrites qui sont des prolongements cellulaires partant du corps cellulaire.
- D'un corps cellulaire, contenant le noyau et les différents organites nécessaires au fonctionnement de la cellule. Dans notre cas, il est situé dans le ganglion spinal de la moelle épinière.
- D'un axone, par lequel le message transite.
La transmission de l'information dans un neurone en T
Intégration des messages nerveux dans la moelle épinière
La moelle épinière appartient au système nerveux central, elle est le prolongement anatomique du cerveau dans les vertèbres.
C'est dans la moelle épinière que le message transmis par le neurone afférent va être intégré et transmis au neurone efférent, par le biais d'une synapse.
Au niveau de la moelle épinière, il est possible de distinguer deux structures que sont la substance grise et la substance blanche. La substance grise est constituée des corps cellulaires des neurones alors que la substance blanche est formée des axones des neurones.
Dans le prolongement de la substance blanche, on retrouve pour chaque vertèbre :
- Une racine dorsale (droite et gauche) amenant les messages sensitifs et sur laquelle se trouve le ganglion spinal ou rachidien qui renferme les corps cellulaires des neurones sensitifs.
- Une racine ventrale permettant le passage des motoneurones.
Coupe de la moelle épinière
Les voies nerveuses motrices ou efférentes
La voie nerveuse motrice, ou voie nerveuse efférente, est constituée d'un neurone efférent ou neurone moteur. Ce neurone débute par un corps cellulaire se situant dans la moelle épinière, et se termine au niveau du muscle, en empruntant la racine ventrale de la moelle épinière. Ce neurone moteur ou motoneurone va se terminer au niveau du muscle par une jonction neuromusculaire.
Schématisation d'un neurone moteur
La synapse neuromusculaire
La jonction neuromusculaire, aussi appelée plaque motrice, est la jonction entre le neurone efférent et le muscle, elle permet la contraction du muscle en réponse à une stimulation. Il s'agit d'une synapse classique libérant un neuromédiateur : l'acétylcholine.
La jonction neuromusculaire ou plaque motrice
Le potentiel d'action et sa propagation
La propagation du message à l'intérieur des neurones est électrique et se réalise grâce au potentiel d'action (PA). Quand aucun message ne parcourt la fibre, elle a un potentiel de repos (PR) qui est de -70 mV. Quand un message est transporté dans le neurone, la fibre est stimulée, il y a apparition du potentiel d'action. Le potentiel d'action est une dépolarisation temporaire de la membrane du neurone.
Lors de la stimulation, si elle est assez forte pour atteindre le seuil de stimulation, le potentiel d'action se forme, il est constitué :
- D'une dépolarisation de la membrane
- D'une repolarisation
- D'une hyperpolarisation
- D'un retour au potentiel de repos
L'amplitude des potentiels d'action ne varie pas, elle obéit à la loi du tout ou rien : soit le seuil est atteint et il y a formation d'un message, soit le seuil n'est pas atteint et il n'y a pas de message.
Les potentiels d'action sont produits de manière successive. Plus la stimulation est forte, plus la fréquence des potentiels d'actions sera importante, c'est-à-dire plus les potentiels seront nombreux et rapprochés.
Le potentiel d'action a une durée moyenne de 2 millisecondes.
Les trains de potentiels d'action progressent le long de la membrane de l'axone sans atténuation jusqu'à la transmission du message au travers des synapses.
Il existe deux types d'axones.
Les axones avec gaine de myéline et les axones sans gaine de myéline. La myéline est une substance riche en lipides, formée par un enroulement cellulaire autour de l'axone, elle est imperméable et permet d'accroître la vitesse de conduction de l'influx nerveux.
Schématisation du potentiel d'action
La transmission synaptique du message nerveux
Une synapse est la jonction entre deux neurones (synapse neuroneuronale) ou un neurone et un muscle (neuromusculaire). Elle permet la transmission d'un message par voie chimique par le biais de neuromédiateurs ou neurotransmetteurs.
L'acétylcholine est le neuromédiateur de la plaque motrice.
Les étapes de la transmission synaptique
- Des potentiels d'action arrivent dans le neurone pré-synaptique (neurone avant la synapse).
- Les potentiels d'action entraînent l'exocytose (libération) des vésicules de neuromédiateurs dans la fente synaptique (espace entre deux neurones).
- Fixation des neuromédiateurs sur les récepteurs spécifiques à ces derniers présents sur la membrane du neurone post-synaptique.
- Création de potentiels post-synaptiques dans le neurone qui pourront générer un nouveau potentiel d'action.
La transmission synaptique
La modification du fonctionnement synaptique
Il existe des substances pharmacologiques ayant des analogies de structure avec les neuromédiateurs. Elles peuvent se fixer sur les récepteurs post-synaptiques à la place des neuromédiateurs. Selon la substance, les effets peuvent varier, soit empêcher la transmission de l'influx nerveux, soit le diminuer, ou encore l'augmenter.
Le fonctionnement général de la motricité volontaire et de la plasticité corticale
Les zones corticales spécialisées dans la motricité volontaire
Le mouvement volontaire est commandé par le cerveau, grâce au fonctionnement du cortex moteur. Il est possible d'étudier son fonctionnement grâce à l'utilisation de l'Imagerie par Résonance Magnétique (IRM).
Chaque zone du corps a une zone dédiée dans le cortex moteur. La taille de la zone dans le cortex n'est pas proportionnelle à la taille de la zone du corps, mais elle dépend des capacités de mouvement de la zone. Il est possible de représenter la taille de ces aires en fonction de la zone en mouvement grâce à l'homonculus moteur.
La correspondance des zones du cortex moteur avec les parties de l'organisme
La modification du cortex moteur
La structure générale du cortex est identique chez tous les individus, mais la répartition des aires motrices n'est pas identique d'un individu à l'autre et varie dans le temps.
Ces variations s'expliquent par différents paramètres :
Le développement spécifique de chaque individu : la mise en place des connexions neuronales dépend du développement de chacun.
Les apprentissages, l'entraînement : certains mouvements demandent un apprentissage, comme apprendre à jouer d'un instrument. Les zones du cortex moteur correspondant aux muscles nécessaires au maniement de cet instrument vont être développées. Si l'entraînement est continu, les modifications corticales sont maintenues, alors qu'elles disparaissent si l'entraînement s'arrête. Ces variations sont le fait de la plasticité cérébrale.
La plasticité cérébrale dépend avant tout de l'âge. Durant la croissance, la plasticité est très importante, les cartes motrices varient plus avec des apprentissages démarrant dans l'enfance que durant l'âge adulte.
Cette plasticité cérébrale est très importante dans le cas de l'AVC, accident vasculaire cérébral, qui induit la mort des neurones dans la zone touchée. Après une importante mort neuronale, la plasticité permet de réorganiser la carte motrice de l'individu et d'utiliser des connexions existantes pour compenser les dommages.
Ainsi, avec le temps et de la rééducation, il est possible de récupérer en partie ou en totalité les capacités perdues.
L'intégration des informations au niveau des neurones
Le cortex moteur envoie la commande du mouvement à des neurones qui se connectent dans la moelle épinière. Ces neurones transmettent leur message aux motoneurones (ou neurones moteurs) qui innervent le muscle concerné.
Le motoneurone reçoit de ce fait deux types de messages qu'il va intégrer afin que le mouvement se réalise ou non.
Des messages excitateurs, par le biais de synapses excitatrices, vont former des PPSE (Potentiels Post-Synaptiques Excitateurs) qui vont entraîner une dépolarisation et favoriser l'apparition d'un potentiel d'action.
Des messages inhibiteurs, par le biais de synapses inhibitrices, vont former des PPSI (Potentiels Post-Synaptiques Inhibiteurs) qui vont entraîner une hyperpolarisation et défavoriser l'apparition d'un potentiel d'action. Le GABA est un neurotransmetteur inhibiteur présent au niveau de ces synapses inhibitrices.
Ces messages seront plus ou moins rapprochés dans le temps ou pourront apparaître sur plusieurs neurones à la fois. Cela définit la sommation temporelle et la sommation spatiale.
En combinant ces deux types de sommation, le motoneurone pourra ou non déclencher des potentiels d'action qui vont induire la contraction musculaire.
Schématisation de la sommation temporelle
Schématisation de la sommation spatiale
Les lésions de la moelle
La moelle épinière peut être rompue. Dans ce cas, la transmission des messages nerveux va être altérée, les motoneurones ne seront plus stimulés et la contraction musculaire ne se réalisera pas. Le lieu de la paralysie dépend de l'endroit abîmé : plus la lésion est haute, plus la paralysie sera importante.