Différentes synapses

En 1897, Le neurophysiologiste anglais Charles Sherrington  a constaté que la vitesse de l'influx nerveux depuis le cortex jusqu'aux membres était inférieure à celle de la propagation au niveau d'une seule fibre nerveuse. Il conclut alors qu'il devait y avoir une sorte d'interruptions qui ralentissent la transmission de l'influx. C'est ainsi qu'il apporta le concept de Synapse (du grec, syn qui signifie ensemble, haptein veut dire toucher ou saisir; c'est-à-dire connexion).

En effet, les neurones communiquent les uns avec les autres grâce aux synapses. Sur un seul neurone on peut trouver de 1000 à 10000 synapses [ (environ 300 000 au niveau des cellules de Purkinje cérébelleuses. Multipliez ce nombre par 100 milliards de neurones pour avoir une idée sur le nombre des communications au sein du système nerveux !

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Classification

Les synapses peuvent être classées selon leur localisation, leur structure leur fonction ou la nature du neurotransmetteur libéré à leur niveau.

Selon la localisation

Les terminaisons axonales peuvent être au contact des dendrites (synapse axo-dendritique), du péricaryon (synapse axo-somatique) ou même se terminer sur un axone (synapse axo-axonale).

Selon leur nature

On distingue deux grandes catégories de synapses  :

  • Les synapses électriques  qui constituent des jonctions communicantes entre certains neurones, elles jouent un rôle important lors du développement et se transforment souvent après en synapses chimiques. Chez l'adulte elles sont limitées à quelques régions de l'encéphale.
  • Les synapses chimiques sont de loin les plus répandues, le signal y circule par sécrétion de médiateurs chimiques appelés: neurotransmetteurs ou neuromédiateurs. Ces neurotransmetteurs peuvent avoir un effet excitateur (acétylcholine – glutamate) ou inhibiteur (GABA). Un neurone peut sécréter plus d'un type de neurotransmetteur .

Selon la cellule post-synaptique

Les synapses peuvent lier des neurones avec d'autres neurones ou avec des cellules effectrices [2]: glandulaires (jonction neuro-glandulaire) ou musculaires (jonction neuromusculaire).

Anatomie d’une synapse

Une synapse se constitue de trois parties  une région pré-synaptique qui correspond au bouton terminal de l'axone pré-synaptique, une région post-synaptique (la zone en regard du bouton terminal), ces deux régions quoique très rapprochées sont toujours séparées par un espace qu'on appelle (la fente synaptique).

Le bouton terminal contient des vésicules synaptiques remplies de neurotransmetteurs, et plusieurs mitochondries (source d'énergie). La partie post-synaptique ne renferme pas de vésicules synaptiques ce qui rend la propagation du signal unidirectionnelle à ce niveau.

La partie post-synaptique contient des récepteurs le plus souvent de type canalaire qui vont s'ouvrir en réponse à l'action des neurotransmetteurs libérés.

Processus

Quand un train de potentiels d'action (succession de potentiels) arrive au niveau du bouton terminal, il provoque l'ouverture des canaux calciques voltage-dépendants. Le calcium pénètre alors massivement à l'intérieur de la cellule et stimule par une cascade de réactions chimiques la fusion des vésicules synaptiques avec la membrane plasmique. En moyenne 300 vésicules synaptiques se libèrent avec chaque potentiel d'action. Plus il y a de potentiels d'action, plus le nombre de vésicules libérées augmente.

Les neurotransmetteurs diffusent vers la région post-synaptique pour activer leurs récepteurs puis sont rapidement éliminés  soit par diffusion en dehors de la fente synaptique (ils seront alors captés par les gliocytes), soit dégradés par une enzyme spécifique et réabsorbés par le bouton terminal afin de produire d'autres neurotransmetteurs (Recapture – Reupta]).

Potentiels post-synaptiques

Potentiel post-synaptique excitateur

Dans une synapse activatrice, le neurotransmetteur provoque une ouverture des canaux sodiques permettant au sodium de pénétrer à l'intérieur de la cellule créant ainsi une dépolarisation locale appelée (Potentiel Post-Synaptique Excitateur ou PPSE .

Celui-ci provoque rarement un potentiel d'action au niveau des dendrites ou du péricaryon vue que ces deux régions sont très pauvres en canaux sodiques voltage-dépendants. Il s'agit donc d'un potentiel gradué dont l'amplitude diminue avec le temps et la distance entre la synapse activatrice et le cône d'émergence (zone extrêmement riche en canaux sodiques voltage-dépendants et lieu habituel de l'initiation des potentiels d'action).

Potentiel post-synaptique Inhibiteur

Au niveau des synapses inhibitrices, le neurotransmetteur (ex : GABA) provoque dans la région post-synaptique une ouverture des canaux de chlore (qui va pénétrer à l'intérieur de la cellule) ou de potassium (qui va sortir de la cellule).

Dans ces deux, cas il y a une hyperpolarisation locale de la membrane plasmique qu'on appelle (Potentiel Post Synaptique Inhibiteur ou PPSI , cette hyperpolarisation va diffuser de la même façon que le PPSE jusqu'au cône d'émergence où elle va rendre plus difficile de produire un potentiel d'action.

Les synapses inhibitrices sont souvent situées près du cône d'émergence, c'est à ce niveau que leur action d'inhibition peut être la plus efficace.

Intégration

En temps réel, il est rare qu'une seule stimulation puisse donner lieu à un PA. Le neurone reçoit plusieurs stimulations à la fois. Le traitement de celles-ci s'effectue au niveau de la zone d'implantation de l'axone par sommation spatio-temporelle des différents potentiels recueillis .

Dans la sommation spatiale : si l'addition des potentiels excitateurs et inhibiteurs issues de différentes synapses et arrivant en même temps au cône d'émergence est supérieur à une valeur seuil elle va déclencher un potentiel d'action, sinon elle sera ignorée.

Dans la sommation temporelle : Si beaucoup de potentiels excitateurs sont rapprochés dans le temps, ils s'ajoutent et peuvent également atteindre le seuil de dépolarisation et donner lieu à un potentiel d'action.

Le cône d'émergence va jouer alors le rôle d'intégrateur nerveux  qui va décider, selon les différents potentiels recueillis à son niveau, s'il va déclencher un potentiel d'action ou pas.

Les synapses ou jonctions neuromusculaires

Les mouvements du corps sont effectués grâce aux muscles. En se contractant, le muscle se réduit en longueur et arrive ainsi à rapprocher les deux os sur lesquels il est inséré. Cependant, c'est le système nerveux qui contrôle cette contraction musculaire grâce aux nerfs.

Chaque nerf contient des milliers de fibres nerveuses  organisées en prolongements dendritiques qui acheminent les informations sensitivo-sensorielles et les axones (prolongements des motoneurones) qui véhiculent les influx moteurs.

L'unité motrice

Chaque motoneurone innerve plusieurs fibres musculaires, cette association définie ce qu'on appelle (une unité motrice

En général, moins il y a de fibres musculaires dans une unité motrice plus le mouvement est précis. Au niveau du muscle temporal par exemple, il y a environ 1000 fibres musculaires par unité motrice , alors qu'au niveau des muscles oculaires externes il n'y en a que cinq, ce qui témoigne du degré de précision des mouvements de l'œil .

Quant à l'intensité de la contraction musculaire, elle est proportionnelle au nombre des unités motrices mises en œuvre.

La jonction neuromusculaire

Un motoneurone donne plusieurs terminaisons qui s'éparpillent parfois sur toute l'épaisseur d'un muscle, chaque terminaison est destinée à stimuler une seule fibre musculaire dans un endroit bien précis: La jonction neuromusculaire

Le bouton terminal

Juste avant la terminaison axonale, le motoneurone perd sa gaine de myéline et forme un bouton terminal. Ce dernier contient beaucoup de mitochondries assurant l'apport énergétique et plusieurs vésicules synaptiques. Chaque vésicule renferme environ 10000 molécules d'acétylcholine  (le neurotransmetteur exclusif de la jonction neuromusculaire).

La plaque motrice

Du côté de la fibre musculaire, on trouve (La plaque motrice) qui est la zone directement en regard du bouton terminale. Même si ces deux régions (bouton synaptique et plaque motrice) sont très proches l'une de l'autre, il n'y a pas de véritable contact entre les deux.

La plaque motrice , épaisse et électriquement non excitable, forme des replis jonctionnels qui augmentent la surface de contact synaptique.

Processus

Une fois arrivé à la terminaison nerveuse, l'influx moteur provoque l'ouverture des canaux calciques, ce qui déclenche une entrée massive des ions de calcium à l'intérieur de la cellule. Le calcium favorise la fusion des vésicules d'acétylcholine avec la membrane cellulaire libérant ainsi toute leur teneur en ce neurotransmetteur dans la fente synaptique.

Les molécules d'acétylcholine diffusent alors de l'autre côté aux récepteurs cholinergiques accumulés essentiellement au niveau des replis.

La liaison de deux molécules d'Ach à un récepteur provoque l'ouverture d'un canal sodique ce qui favorise l'entrée des ions du sodium à l'intérieur de la fibre musculaire, dépolarisant ainsi la membrane postsynaptique et créant un potentiel de plaque .

En fonction du nombre des récepteurs activés, ce potentiel peut dépasser une valeur seuil et déclencher ainsi un potentiel d'action musculaire qui va diffuser vers l'ensemble de la membrane musculaire et provoquer une contraction de la fibre musculaire.

Il peut y avoir une libération minime d'Ach par exocytose spontanée dans l'espace synaptique en dehors de toute stimulation nerveuse. Cependant le nombre des récepteurs ainsi activés est loin de déclencher un potentiel d'action musculaire [136].

Élimination de l'acétylcholine

Les molécules d'acétylcholine sont rapidement détruites par une enzyme (l'acétylcholinestérase) présente au niveau de l'espace synaptique. Cette lyse va donner deux molécules : l'acétate, et la choline qui va rejoindre la terminaison nerveuse afin de former de nouvelles molécules d'acétylcholine.

La destruction rapide de l'acétylcholine permet ainsi d'éviter la prolongation de la contraction musculaire.

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Olivier

Professeur en lycée et classe prépa, je vous livre ici quelques conseils utiles à travers mes cours !