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Acétylcholine et muscles - excitateur ou inhibiteur ? (atonie musculaire et myasthénie grave)

Acétylcholine et muscles - excitateur ou inhibiteur ? (atonie musculaire et myasthénie grave)


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J'ai entendu dire que l'acétylcholine peut être excitatrice ou inhibitrice, mais je ne sais pas ce qu'il en est lorsqu'il s'agit de muscles. D'une part, je pense que l'atonie musculaire pendant le sommeil paradoxal est associée à une abondance d'acétylcholine dans le tronc cérébral, suggérant qu'elle a une réponse inhibitrice sur les motoneurones. D'un autre côté, je sais que la maladie myasthénie est causée par des anticorps bloquant les récepteurs de l'acétylcholine, ce qui me suggère que l'acétylcholine est excitatrice. Se pourrait-il qu'avec la myasthénie grave, l'effet se produise à la jonction neuromusculaire où l'acétylcholine est excitatrice, mais il a un effet inhibiteur sur les motoneurones du tronc cérébral ?

Merci en avance.


Un récepteur neuronal de l'acétylcholine régule l'équilibre de l'excitation et de l'inhibition musculaires dans Caenorhabditis elegans

Affiliations Department of Biology, University of Utah, Salt Lake City, Utah, États-Unis d'Amérique, Physiologie Intégrative Cellulaire et Moléculaire, UMR CNRS 5123, Université Lyon 1, Villeurbanne, France

A contribué également à ce travail avec : Yingchuan B. Qi, Tamara M. Stawicki, Thomas Boulin

Affiliations Howard Hughes Medical Institute, Université de Californie San Diego, San Diego, Californie, États-Unis d'Amérique, Division des sciences biologiques, Section de neurobiologie, Université de Californie San Diego, San Diego, Californie, États-Unis d'Amérique

A contribué également à ce travail avec : Yingchuan B. Qi, Tamara M. Stawicki, Thomas Boulin

Affiliation Division of Biological Science, Section of Neurobiology, University of California San Diego, San Diego, California, États-Unis d'Amérique

A contribué également à ce travail avec : Yingchuan B. Qi, Tamara M. Stawicki, Thomas Boulin

Affiliation Ecole Normale Supérieure, Département de Biologie INSERM U789, Biologie Cellulaire de la Synapse, Paris, France

Affiliation Département de biologie, Université de l'Utah, Salt Lake City, Utah, États-Unis d'Amérique

Affiliations Howard Hughes Medical Institute, Massachusetts Institute of Technology, Cambridge, Massachusetts, États-Unis d'Amérique, Département de biologie, McGovern Institute for Brain Research, Massachusetts Institute of Technology, Cambridge, Massachusetts, États-Unis d'Amérique

Affiliation Ecole Normale Supérieure, Département de Biologie INSERM U789, Biologie Cellulaire de la Synapse, Paris, France

Affiliations Département de biologie, Université de l'Utah, Salt Lake City, Utah, États-Unis d'Amérique, Howard Hughes Medical Institute, Université de l'Utah, Salt Lake City, Utah, États-Unis d'Amérique

Affiliations Howard Hughes Medical Institute, Université de Californie San Diego, San Diego, Californie, États-Unis d'Amérique, Division des sciences biologiques, Section de neurobiologie, Université de Californie San Diego, San Diego, Californie, États-Unis d'Amérique


Acétylcholine

Stephen D. Meriney , Erika E. Fanselow , dans Transmission synaptique , 2019

Libération d'acétylcholine

L'acétylcholine peut être libérée des vésicules dans la fente synaptique au niveau des synapses avec une organisation synaptique typique, comme c'est le cas au niveau des synapses neuromusculaires décrites au chapitre 8 . Cependant, dans le système nerveux central, l'acétylcholine peut être libérée à la fois au niveau des synapses typiques et également à partir de varicosités (gonflements) sur les axones (voir Fig. 16.9). Ces varicosités ne sont pas situées directement au niveau des synapses et libèrent plutôt de l'acétylcholine dans l'espace extracellulaire dans la zone locale à proximité des varicosités (Allen et Brown, 1996). De là, les molécules d'acétylcholine diffusent à travers l'espace extracellulaire vers leurs récepteurs sur les cellules voisines. A cet égard, l'acétylcholine libérée par les varicosités signale dans un paracrine manière.

Graphique 16.9 . Libération d'acétylcholine par les varices axonales.

Vésicules contenant de l'acétylcholine (points verts) sont libérés d'une varicosité sur l'axone d'un neurone cholinergique (vert). L'acétylcholine peut diffuser et activer les récepteurs extrasynaptiques de l'acétylcholine (violet) sur les neurones voisins (bleu).


Acétylcholine et muscles - excitateur ou inhibiteur ? (atonie musculaire et myasthénie grave) - Biologie

7. Neurones : la question de l'esprit

Dans le chapitre précédent, nous avons appris comment les muscles se contractent lorsqu'ils reçoivent des messages des cellules nerveuses. Dans ce chapitre, nous découvrirons comment les cellules nerveuses communiquent avec les cellules musculaires et entre elles. Au chapitre 8, « Le système nerveux », nous explorerons les parties et les fonctions du cerveau et de la moelle épinière.

Cellules du système nerveux

Le système nerveux intègre et coordonne toutes les activités variées du corps. Ses deux divisions principales, qui font l'objet du chapitre 8, sont (1) le système nerveux central, constitué du cerveau et de la moelle épinière et (2) le système périphérique, constitué de tout le tissu nerveux du corps à l'extérieur du cerveau et moelle épinière. Ces deux divisions majeures du système nerveux sont composées de deux types de cellules spécialisées. Les neurones (cellules nerveuses) sont des cellules excitables qui génèrent et transmettent des messages. Plus nombreuses que les neurones d'environ 10 à 1, les cellules névroglies (également appelées cellules gliales) soutiennent et protègent les neurones.

Le système nerveux possède plusieurs types de cellules gliales, chacune ayant un travail différent à faire. Certaines cellules gliales fournissent un support structurel aux neurones du cerveau et de la moelle épinière. Les cellules gliales fournissent également un apport constant de produits chimiques, appelés facteurs de croissance nerveuse, qui stimulent la croissance nerveuse. Sans facteurs de croissance nerveuse, les neurones meurent. D'autres cellules gliales forment des gaines isolantes autour des axones qui, comme décrit brièvement, sont les longues projections s'étendant de certains neurones. Cette gaine, appelée gaine de myéline, a plusieurs fonctions importantes qui sont également décrites brièvement. Les scientifiques savent maintenant que les cellules gliales peuvent communiquer entre elles et avec les neurones.

· Les cellules cérébrales que nous utilisons pour tracer et planifier notre chemin vers la victoire dans un match d'échecs ont la même conception et le même mode de fonctionnement que les cellules qui disent à nos muscles de se contracter ou qui transportent les informations de nos organes sensoriels vers notre cerveau. Ce sont des neurones, les unités fonctionnelles de base du système nerveux.

L'unité de base du système nerveux est le neurone, ou cellule nerveuse. Les neurones, qui sont responsables d'une étonnante variété de fonctions, peuvent être regroupés dans les trois catégories générales illustrées à la figure 7.1.

• Les neurones sensoriels (ou afférents) conduisent l'information vers le cerveau et la moelle épinière. Ces neurones s'étendent généralement des récepteurs sensoriels, qui sont des structures spécialisées pour recueillir des informations sur les conditions à l'intérieur et autour de notre corps.

• Les neurones moteurs (ou efférents) transportent l'information du cerveau et de la moelle épinière vers un effecteur—soit un muscle, qui se contractera, soit une glande, qui sécrètera son produit, en réponse à l'information d'un sensoriel ou d'un interneurone.

• Les neurones d'association, communément appelés interneurones, sont situés entre les neurones sensoriels et moteurs. Ils ne se trouvent que dans le cerveau et la moelle épinière, où ils intègrent et interprètent les signaux sensoriels, "décidant" ainsi de la réponse appropriée. Les interneurones sont de loin les cellules nerveuses les plus nombreuses dans le corps, ils représentent plus de 99% des neurones du corps.

FIGURE 7.1. Les neurones peuvent être des neurones sensoriels, des interneurones ou des motoneurones. Ce diagramme retrace le trajet d'une impulsion d'un récepteur sensoriel à un interneurone et de là à un motoneurone et à son effecteur. Les récepteurs sensoriels détectent les changements dans l'environnement externe ou interne. Un interneurone reçoit généralement l'entrée de nombreux neurones sensoriels, intègre cette information et, si l'entrée est appropriée, stimule un motoneurone. Le motoneurone fait alors réagir un muscle ou une glande (un effecteur).

Nous pouvons apprécier les rôles spécifiques de chaque type de neurone en considérant les symptômes d'une maladie évolutive appelée sclérose latérale amyotrophique (SLA), également connue sous le nom de maladie de Lou Gehrig. Dans la SLA, les motoneurones du cerveau et de la moelle épinière meurent et cessent d'envoyer des messages aux muscles squelettiques. Sans stimulation des motoneurones, les muscles s'affaiblissent progressivement et la personne perd le contrôle de ses bras, de ses jambes et de son corps. La cause du décès est une insuffisance respiratoire, car les muscles qui contrôlent la respiration (le diaphragme et les muscles des côtes) finissent par mourir. Les neurones sensoriels et les interneurones ne sont pas affectés par la SLA, donc la conscience et le raisonnement ne se détériorent pas.

Structure des neurones

La forme d'un neurone typique est spécialisée pour communiquer avec d'autres cellules (figure 7.2).

FIGURE 7.2. La structure d'un neurone

Un neurone a de nombreuses projections courtes et ramifiées appelées dendrites, qui fournissent une surface énorme pour recevoir des signaux d'autres cellules. De tels signaux voyagent vers une région centrale agrandie appelée corps cellulaire, qui contient tous les organites normaux, y compris un noyau, pour maintenir la cellule. Lorsqu'un neurone répond à un signal entrant, il transmet son message le long de l'axone, une seule longue extension du neurone. L'axone transporte les messages du corps cellulaire vers un autre neurone ou vers un effecteur, qui peut être un muscle ou une glande. Dans certains cas, l'axone permet au neurone de communiquer sur de très longues distances. Par exemple, un motoneurone qui vous permet de remuer votre gros orteil a son corps cellulaire dans la moelle épinière et son axone s'étend jusqu'aux muscles de votre orteil. L'extrémité de l'axone a de nombreuses branches spécialisées pour libérer un produit chimique, appelé neurotransmetteur, qui modifie l'activité de l'effecteur. L'axone est la partie émettrice du neurone, tandis que les dendrites et le corps cellulaire sont généralement les parties réceptrices.

Pour apprécier les dimensions d'un neurone, imaginez un motoneurone "typique", celui qui transmet un message de la moelle épinière à un muscle. Imaginez maintenant le corps cellulaire de ce neurone comme ayant la taille d'une balle de tennis. À cette échelle, l'axone de ce neurone mesurerait environ 1,6 km de long et seulement 1,3 cm de diamètre. A la même échelle, les dendrites – les projections plus courtes mais plus nombreuses du neurone – rempliraient un salon de taille moyenne.

Un nerf est un faisceau d'axones parallèles, de dendrites ou des deux provenant de nombreux neurones. Chaque nerf est recouvert de tissu conjonctif et, selon le type de neurones qu'il contient, peut être classé comme sensoriel, moteur ou mixte (un nerf mixte est composé à la fois de neurones sensoriels et moteurs).

La plupart des axones à l'extérieur du cerveau et de la moelle épinière, et certains de ceux à l'intérieur, ont une couche externe isolante appelée gaine de myéline (figure 7.3), qui augmente le taux de conduction d'une impulsion nerveuse et aide à sa réparation. La gaine de myéline est composée des membranes plasmiques des cellules gliales. En dehors du cerveau et de la moelle épinière, par exemple, les cellules gliales appelées cellules de Schwann forment les gaines de myéline des neurones. Une membrane plasmique des cellules de Schwann s'enroule plusieurs fois autour de l'axone pour fournir un revêtement qui ressemble un peu à un rouleau de gelée. Ce revêtement, la gaine de myéline, sert en quelque sorte de ruban électrique vivant, isolant les axones individuels et empêchant les messages de court-circuiter entre les neurones. La gaine de myéline est maintenue en vie par le noyau et le cytoplasme de la cellule de Schwann, qui sont comprimés vers la périphérie au fur et à mesure que la gaine se forme.

ILLUSTRATION 7.3. La gaine de myéline, (a) Un axone protégé par une gaine de myéline. Les cellules de Schwann qui forment la gaine de myéline sont séparées par des nœuds de Ranvier-zones d'axones exposés qui permettent la conduction saltatoire, (b) La gaine de myéline se forme à partir de plusieurs enveloppes de membranes plasmiques des cellules de Schwann, (c) Une micrographie électronique de la coupe extrémité d'un axone myélinisé.

Les axones longs sont myélinisés, mais les axones courts peuvent ne pas l'être. Pourquoi?

La conduction saltatoire, qui augmente la vitesse de conduction, n'est possible que sur les axones myélinisés. L'augmentation de la vitesse est importante lorsque les impulsions nerveuses doivent parcourir de longues distances.

Une seule cellule de Schwann renferme seulement une petite portion, d'environ 1 mm de long, d'un axone. Les espaces entre les cellules de Schwann adjacentes, où l'axone est exposé à l'environnement extracellulaire, sont appelés nœuds de Ranvier. Leur présence est cruciale pour la rapidité avec laquelle un neurone transmet des messages. Avec la gaine de myéline en place, une impulsion nerveuse "saute" successivement d'un nœud de Ranvier à l'autre dans un type de transmission appelé conduction saltatoire (saltare, sauter), qui est jusqu'à 100 fois plus rapide que la conduction du signal le serait sur un amyélinisé. axone de même diamètre. Sans surprise, les axones responsables de la conduite des signaux sur de longues distances sont généralement myélinisés.

Pour avoir une idée de la façon dont ce mode de transmission "sautant" augmente la vitesse à laquelle un message se propage, pensez aux différentes façons dont une balle peut être déplacée sur le terrain pendant un match de basket-ball. Lorsqu'il ne reste que quelques secondes au jeu, dribbler le ballon sur toute la longueur du terrain prendrait trop de temps. Passer le ballon à travers une série de joueurs est plus rapide. De même, une impulsion transmise d'un nœud à l'autre, comme cela se produit dans les nerfs myélinisés, se déplace plus rapidement qu'une impulsion se déplaçant uniformément sur toute la longueur de l'axone, comme cela se produit dans les nerfs non myélinisés.

L'importance de la gaine de myéline devient dramatique chez les personnes atteintes de sclérose en plaques, une maladie dans laquelle les gaines de myéline du cerveau et de la moelle épinière sont progressivement détruites. Les régions endommagées de la myéline deviennent des cicatrices durcies appelées scléroses (d'où le nom de la maladie) qui interfèrent avec la transmission de l'influx nerveux. Le court-circuit entre des chemins de conduction normalement non connectés retarde ou bloque les signaux allant d'une région du cerveau à une autre. Selon la partie du système nerveux touchée, le résultat peut être une paralysie ou une perte de sensation, y compris une perte de vision.

Impulsions nerveuses

La membrane neuronale est spécialisée dans la communication. Le message d'un nerf, appelé influx nerveux ou potentiel d'action, est un signal électrochimique provoqué par les ions sodium (Na+) et les ions potassium (K+) traversant la membrane du neurone pour entrer et sortir de la cellule.

Membrane plasmique d'un neurone

Comme la plupart des membranes vivantes, la membrane plasmique d'un neurone est sélectivement perméable, elle laisse passer certaines substances mais pas d'autres. La membrane contient de nombreux pores, appelés canaux ioniques, que les ions peuvent traverser sans utiliser l'énergie cellulaire. Chaque canal ionique est conçu pour ne laisser passer que certains ions. Par exemple, les canaux sodium ne permettent le passage que des ions sodium et les canaux potassium ne permettent le passage que des ions potassium. De cette façon, les canaux ioniques fonctionnent comme des tamis moléculaires. Certaines chaînes sont ouvertes en permanence. D'autres sont régulés par une "porte" - une protéine qui change de forme en réponse à des conditions changeantes, soit en ouvrant le canal, ce qui permet aux ions de passer à travers, soit en le fermant, ce qui empêche les ions de traverser la membrane.

La membrane cellulaire contient également des pompes sodium-potassium, qui sont des protéines spéciales dans la membrane cellulaire qui transportent activement les ions sodium et potassium à travers la membrane. Ces pompes utilisent l'énergie cellulaire sous forme d'ATP pour déplacer les ions contre leurs gradients de concentration. Chaque pompe éjecte des ions sodium (Na+) de l'intérieur de la cellule tout en amenant des ions potassium (K+).

Il sera plus facile de comprendre le mouvement des ions au cours d'un potentiel d'action si l'on considère d'abord un neurone qui ne transmet pas de potentiel d'action, c'est-à-dire un neurone au repos. Comme nous le verrons, cependant, le repos n'est pas le mot pour décrire ce qui se passe à ce stade. La membrane d'un neurone au repos maintient une différence dans les charges électriques près des deux surfaces membranaires (la surface tournée vers l'intérieur de la cellule et la surface tournée vers l'extérieur de la cellule), maintenant la surface intérieure plus négative que l'extérieure. Cette différence de charge à travers la membrane, appelée potentiel de repos, résulte de la répartition inégale des ions à travers la membrane.

Dans un neurone au repos, les ions sodium et potassium sont inégalement répartis à travers la membrane plasmique. Il y a plus d'ions sodium à l'extérieur de la membrane qu'à l'intérieur. De plus, il y a plus d'ions potassium à l'intérieur qu'à l'extérieur. Les ions potassium ont tendance à s'échapper car ils sont plus concentrés à l'intérieur de l'axone. (Rappelez-vous du chapitre 3 que les substances ont tendance à passer d'une zone de concentration plus élevée à une zone de concentration plus faible.) Dans une moindre mesure, les ions sodium s'infiltrent. Cependant, les pompes sodium-potassium maintiennent le potentiel de repos d'un neurone en pompant du sodium. tout en déplaçant les ions potassium vers l'intérieur. La cellule contient également des ions chargés négativement qui sont trop gros pour traverser la membrane.

Le résultat de cette distribution inégale des ions est que la surface interne de la membrane d'un neurone au repos est typiquement d'environ 70 mV (millivolts) plus négative que la surface externe. Cette tension est le potentiel de repos, et c'est environ 5% de la force d'une pile de lampe de poche de taille AA.

Bien que les pompes sodium-potassium du neurone consomment beaucoup d'énergie pour maintenir le potentiel de repos, l'énergie n'est pas gaspillée. Le potentiel de repos permet au neurone de répondre plus rapidement qu'il ne le pourrait si la membrane était électriquement neutre dans son état de repos. Cette situation est un peu analogue à garder la batterie de votre voiture chargée afin que la voiture démarre dès que vous tournez la clé.

Nous sommes maintenant prêts à considérer ce qui se passe lorsqu'un neurone est stimulé, c'est-à-dire lorsqu'il reçoit une sorte de signal excitateur. Le potentiel d'action, ou influx nerveux, résultant d'une telle stimulation peut être décrit brièvement comme une inversion soudaine de la différence de charge à travers la membrane, suivie par la restauration de la différence de charge d'origine. Examinons de plus près ces deux parties d'un influx nerveux.

1. Les ions sodium (Na+) pénètrent dans l'axone. Un stimulus excitateur provoque l'ouverture des portes des canaux sodiques. Les ions sodium pénètrent ensuite dans le neurone et leur charge positive commence à réduire la charge négative à l'intérieur. La réduction de la différence de charge à travers la membrane est appelée dépolarisation. Le potentiel d'action commence lorsque la dépolarisation membranaire atteint une certaine valeur appelée seuil. Lorsque le seuil est atteint, les portes de plusieurs canaux sodiques s'ouvrent. Assez d'ions sodium entrent par les grilles ouvertes pour créer une charge positive nette dans cette région (environ +30 mV), comme le montre la figure 7.4.

2. Les ions potassium (K+) quittent l'axone. Vers la moitié du potentiel d'action, les portes des canaux potassiques s'ouvrent. Les ions potassium quittent maintenant la cellule. L'exode des ions potassium avec leur charge positive fait que l'intérieur du neurone redevient négatif par rapport à l'extérieur. Le flux sortant d'ions potassium ramène le potentiel membranaire proche de sa valeur de repos.La restauration de la différence de charge à travers la membrane est appelée repolarisation.

Comme indiqué, à la fin d'un potentiel d'action, la distribution de charge à travers la membrane revient au potentiel de repos. Cependant, il y a un peu plus d'ions sodium et un peu moins d'ions potassium à l'intérieur de la cellule qu'auparavant. Cette altération est corrigée par la pompe sodium-potassium, qui rétablit la répartition originale des ions sodium et potassium. L'action de la pompe sodium-potassium est lente. Par conséquent, il ne contribue pas directement aux événements du potentiel d'action.

Pour résumer, le potentiel d'action est une inversion de la différence de charge à travers la membrane causée par le flux entrant d'ions sodium, suivie immédiatement par la restauration de la différence de charge d'origine causée par le flux sortant d'ions potassium (Figure 7.5). Ces changements se produisent séquentiellement le long de l'axone, comme une onde qui s'éloigne du corps cellulaire.

FIGURE 7.5. Une représentation graphique d'un potentiel d'action. La tension à travers la membrane peut être mesurée par des électrodes placées à l'intérieur et à l'extérieur de l'axone. Le graphique montre les changements de tension qui accompagnent un potentiel d'action.

Le potentiel d'action est décrit comme une vague de changements qui se déplace le long de la membrane plasmique du neurone parce que les événements que nous venons de décrire ne se produisent pas simultanément sur toute la longueur de l'axone. Au lieu de cela, lorsque les ions sodium pénètrent dans la cellule à un endroit le long de la membrane et que la charge à l'intérieur de la membrane devient moins négative dans cette région de la cellule, le changement de charge provoque l'ouverture des portes des canaux sodiques dans une partie adjacente de la membrane. . En raison de cette ouverture séquentielle des portes, le changement de charge se déplace le long de l'axone. Une fois démarré, les potentiels d'action ne diminuent pas, tout comme le dernier domino d'une rangée tombante tombe avec la même énergie que le premier. De plus, l'intensité de l'influx nerveux ne varie pas avec la force du stimulus qui l'a déclenché. Si un potentiel d'action se produit, il est toujours de la même intensité que tout autre potentiel d'action. Cet aspect "tout ou rien" de la conduction des cellules nerveuses est similaire au tir d'une arme à feu en ce sens que la force de la balle n'est pas modifiée par la force avec laquelle vous appuyez sur la gâchette.

Immédiatement après l'apparition d'un potentiel d'action, le neurone ne peut plus être stimulé pendant un bref instant appelé période réfractaire. Pendant la période réfractaire, les canaux sodiques sont fermés et ne peuvent être rouverts. Par conséquent, un nouveau potentiel d'action ne peut pas encore être généré. En raison de la période réfractaire, un stimulus prolongé au-dessus du seuil ne peut provoquer qu'une série d'impulsions nerveuses discrètes, pas une seule impulsion soutenue plus importante. Pour cette raison, augmenter la force d'un stimulus augmentera la fréquence des impulsions. Par exemple, la fréquence des impulsions nerveuses augmente avec la chaleur d'un objet touché. Cependant, la fréquence ne peut augmenter que jusqu'à un certain point. L'incapacité des portes de sodium à s'ouvrir pendant la période réfractaire est également la raison pour laquelle les impulsions nerveuses ne peuvent pas s'inverser et revenir en arrière vers le corps cellulaire.

Les « marées rouges » dans l'océan sont causées par la prolifération des dinoflagellés. Ces algues marines unicellulaires contiennent une substance chimique appelée saxitoxine (STX), dont les concentrations extrêmement faibles empêchent l'ouverture des canaux sodiques des neurones des mammifères. Les palourdes, les pétoncles et les moules qui consomment les dinoflagellés sont insensibles à la toxine, mais le STX s'accumule dans leurs tissus. Quel effet attendez-vous du STX sur la transmission nerveuse chez les humains qui consomment accidentellement des mollusques et crustacés contaminés ?

Transmission synaptique

Lorsqu'une impulsion nerveuse atteint la fin d'un axone, dans presque tous les cas, le message doit être transmis à la cellule adjacente à travers un petit espace que l'impulsion ne peut pas franchir. Transmettre le message à la cellule adjacente nécessite un bref changement de moyen de communication d'un signal électrochimique à un signal chimique. Par conséquent, lorsqu'un potentiel d'action atteint la fin de l'axone, un produit chimique est libéré de la pointe de l'axone. Ce produit chimique, appelé neurotransmetteur, diffuse à travers l'espace et transmet le message à la cellule adjacente.

La jonction entre un neurone et une autre cellule s'appelle une synapse. La structure d'une synapse entre deux neurones est illustrée à la figure 7.6. L'espace entre les cellules s'appelle la fente synaptique. Rappelons que l'axone se ramifie vers la fin de sa longueur. Chaque branche se termine par un petit renflement en forme de bulbe appelé bouton synaptique. Le neurone qui envoie le message est le neurone présynaptique (c'est-à-dire "avant la synapse"). Le neurone recevant le message est le neurone postsynaptique ("après la synapse").

ILLUSTRATION 7.6. Structure d'une synapse. (a) Le bouton synaptique à l'extrémité de l'axone sur le neurone présynaptique est séparé de la dendrite ou du corps cellulaire du neurone postsynaptique par un petit espace appelé fente synaptique. À l'intérieur du bouton synaptique se trouvent de petits sacs, appelés vésicules synaptiques, remplis de molécules de neurotransmetteurs, (b) Une micrographie électronique d'une synapse.

Libération du neurotransmetteur et ouverture des canaux ioniques

Considérons les événements qui se produisent dans la synapse lorsque le message est envoyé d'un neurone à l'autre (Figure 7.7).

1. L'influx nerveux atteint la terminaison axonale du neurone présynaptique.

2. Les boutons synaptiques libèrent des paquets de neurotransmetteurs.

Dans les boutons synaptiques du neurone présynaptique, le neurotransmetteur est contenu dans de minuscules sacs appelés vésicules synaptiques. Lorsqu'un influx nerveux atteint le bouton synaptique, les portes des canaux ioniques calcium de la membrane s'ouvrent. Les ions calcium se déplacent dans le bouton, provoquant la fusion des membranes des vésicules synaptiques avec la membrane plasmique au niveau du bouton synaptique et le déversement du neurotransmetteur inclus dans la fente synaptique.

3. Le neurotransmetteur diffuse à travers la fente synaptique.

4. Le neurotransmetteur se lie aux récepteurs sur la membrane du neurone postsynaptique. Un récepteur est une protéine qui reconnaît un neurotransmetteur particulier, tout comme un verrou "reconnaît" une clé. Les seules cellules qu'un neurotransmetteur peut stimuler sont les cellules qui ont des récepteurs spécifiques pour ce neurotransmetteur particulier. Ainsi, seuls certains neurones peuvent être affectés par un neurotransmetteur donné.

5. Lorsqu'un neurotransmetteur se lie à son récepteur, un canal ionique s'ouvre. La liaison du neurotransmetteur à un récepteur provoque l'ouverture d'un canal ionique dans le neurone postsynaptique. La réponse qui en résulte dépend du type de canal ionique que le récepteur ouvre. C'est le récepteur qui détermine quels canaux ioniques s'ouvriront et quel sera l'effet d'un neurotransmetteur donné.

FIGURE 7.7. Transmission à travers une synapse excitatrice

Une synapse excitatrice est une synapse où la liaison du neurotransmetteur au récepteur ouvre les canaux sodiques, permettant aux ions sodium d'entrer et augmentant la probabilité qu'un potentiel d'action commence dans la cellule postsynaptique. En revanche, une synapse inhibitrice est une synapse où la liaison du neurotransmetteur ouvre différents canaux ioniques, ce qui diminue la probabilité qu'un potentiel d'action soit généré dans le neurone postsynaptique. Dans ce cas, l'intérieur de la cellule devient plus chargé négativement que d'habitude. En conséquence, la cellule aura besoin de quantités plus importantes que d'habitude d'un neurotransmetteur excitateur afin d'atteindre le seuil.

Somme des entrées des synapses excitatrices et inhibitrices

Un neurone peut avoir jusqu'à 10 000 synapses avec d'autres neurones en même temps (figure 7.8). Certaines de ces synapses auront des effets excitateurs sur la membrane postsynaptique. D'autres auront des effets inhibiteurs. La sommation (effets combinés) des effets excitateurs et inhibiteurs sur un neurone à un moment donné détermine si un potentiel d'action est généré. Cette intégration d'entrées provenant d'un grand nombre de différents types de synapses donne au système nerveux un contrôle fin sur les réponses neuronales, tout comme le fait d'avoir à la fois un accélérateur et un frein vous donne un contrôle plus fin sur le mouvement d'une voiture.

FIGURE 7.8. Un neurone peut avoir jusqu'à 10 000 synapses au cours desquelles il reçoit des informations d'autres neurones. Certaines synapses ont un effet excitateur sur la membrane du neurone postsynaptique et augmentent la probabilité que le neurone se déclenche. D'autres synapses ont un effet inhibiteur et réduisent la probabilité que le neurone postsynaptique se déclenche. L'effet net de toutes les synapses détermine si un potentiel d'action est généré dans le neurone postsynaptique. (La forme des boutons synaptiques montrés dans cette micrographie électronique est déformée à la suite du processus de préparation.)

Neurotransmetteurs et maladie

Les neurotransmetteurs affectent nos mouvements, notre mémoire et nos émotions. Il ne faut donc pas s'étonner que des changements dans le niveau des neurotransmetteurs puissent provoquer des troubles.

La maladie d'Alzheimer et l'acétylcholine

La maladie d'Alzheimer est évolutive et se traduit par des pertes de mémoire, notamment pour les événements récents, suivies de changements de personnalité parfois sévères. Dans la maladie d'Alzheimer, les parties du cerveau importantes pour la mémoire et le fonctionnement intellectuel (hippocampe et cortex cérébral voir chapitre 8) perdent un grand nombre de neurones. Certains des neurones de ces régions utilisent le neurotransmetteur acétylcholine, dont le niveau peut diminuer jusqu'à 90 % chez une personne atteinte de la maladie d'Alzheimer et peut expliquer la perte de mémoire et de capacité mentale. De plus, un cerveau atteint de la maladie d'Alzheimer est rempli d'amas de protéines, certaines entre les neurones (plaques amyloïdes) et d'autres à l'intérieur des neurones (enchevêtrements neurofibrillaires). Les plaques amyloïdes et les enchevêtrements neurofibrillaires sont les principaux suspects à l'origine de la mort des neurones producteurs d'acétylcholine.

En émettant l'hypothèse que la perte d'acétylcholine est responsable de certains des symptômes de la maladie d'Alzheimer, les chercheurs et les médecins ont tenté de traiter la maladie d'Alzheimer avec des médicaments destinés à augmenter ou au moins maintenir les niveaux d'acétylcholine. Bien que ces médicaments (Aricept, Exelon et Reminyl) améliorent la mémoire et les capacités intellectuelles de certaines personnes atteintes de la maladie d'Alzheimer, ils n'aident pas dans tous les cas. De plus, toute amélioration est rapidement perdue lorsqu'une personne arrête de prendre les médicaments.

Dépression, sérotonine, dopamine et noradrénaline

Nous nous décrivons tous comme étant parfois déprimés. Cependant, plus de 19 millions d'Américains souffrent de dépression qui dure des semaines, des mois ou des années et interfère avec leur capacité à fonctionner dans la vie quotidienne. Cette condition est considérée comme une dépression clinique, et elle peut affecter n'importe qui. On pense qu'il est lié d'une manière ou d'une autre à des niveaux insuffisants de neurotransmetteur sérotonine ainsi que de dopamine et de noradrénaline. Les signes de dépression peuvent inclure une perte d'intérêt et de plaisir pour les activités et les passe-temps qui étaient auparavant agréables anxiété problèmes de sommeil diminution de l'énergie et sentiments de tristesse, de désespoir, de dévalorisation et de culpabilité. La dépression enlève la joie de vivre et complique certaines conditions médicales telles que les maladies cardiaques, le cancer, le diabète, l'épilepsie et l'ostéoporose.

La dépression peut être traitée avec succès. Malheureusement, peu des millions de personnes souffrant de dépression reconnaissent les symptômes et demandent de l'aide. Les antidépresseurs affectent le fonctionnement des neurotransmetteurs responsables du problème : la noradrénaline et la sérotonine. Les médicaments plus anciens affectaient les deux neurotransmetteurs simultanément. Les plus récents, notamment le Prozac, le Zoloft et le Paxil, affectent spécifiquement le fonctionnement de la sérotonine, augmentant le niveau de sérotonine dans la synapse en réduisant son taux d'élimination. D'autres antidépresseurs (tels que Welbutrin) augmentent le fonctionnement de la norépinéphrine et de la dopamine en réduisant leurs taux d'élimination de la synapse.

Maladie de Parkinson et dopamine

L'acteur Michael J. Fox et l'ancien champion des poids lourds Muhammad Ali souffrent de la maladie de Parkinson (Figure 7.A), un trouble progressif qui résulte de la mort de neurones producteurs de dopamine au plus profond du centre de contrôle des mouvements du cerveau. Une personne atteinte de la maladie de Parkinson se déplace lentement, généralement avec une démarche traînante et une posture voûtée, et peut souffrir de contractions musculaires involontaires qui peuvent provoquer des tremblements (secousses rythmiques involontaires) des mains ou de la tête, à cause des muscles qui se contractent et se relâchent alternativement ou qui peuvent provoquer une rigidité musculaire, en raison de la contraction continue des muscles. Cette rigidité musculaire peut provoquer un « gel » soudain au milieu d'un mouvement.

Au fur et à mesure que les neurones producteurs de dopamine meurent dans le centre de contrôle des mouvements du cerveau, les niveaux de dopamine commencent à chuter. Au départ, les symptômes sont subtils et sont souvent effacés dans le cadre du processus de vieillissement. Au moment où le diagnostic de Parkinson est apparent, 80 % des neurones de cette petite zone du cerveau sont peut-être déjà morts.

Les tentatives de traitement de la maladie de Parkinson se sont concentrées sur le remplacement de la dopamine ou sur l'aide au cerveau à se débrouiller avec la dopamine restante. Malheureusement, avaler des pilules contenant de la dopamine n'aide pas, car la dopamine est empêchée d'atteindre le cerveau par la barrière hémato-encéphalique que vous lirez au chapitre 8. Au lieu de cela, les patients reçoivent d'autres substances qui peuvent atteindre le cerveau. Le traitement le plus courant et le plus efficace associe deux médicaments : la l-dopa, un acide aminé que le cerveau convertit en dopamine, et la carbidopa, qui empêche la dopamine de se former à l'extérieur du cerveau et de provoquer des effets secondaires indésirables. Cependant, ce traitement n'arrête pas la perte régulière de neurones producteurs de dopamine, il perd donc de son efficacité à mesure que la maladie progresse. Certains patients sont traités avec des médicaments qui augmentent leurs niveaux de dopamine en inhibant l'enzyme qui décompose la dopamine.

• Peu de gens remettraient en question le bien-fondé de fournir des médicaments qui améliorent la fonction des neurotransmetteurs à une personne déprimée ou suicidaire afin de l'aider à mener une vie normale. Cependant, les chercheurs pensent que les niveaux de neurotransmetteurs clés affectent également les traits de personnalité, tels que la timidité ou l'impulsivité. Si tel est le cas, nous pourrons peut-être un jour créer notre propre personnalité. Les problèmes mineurs de personnalité doivent-ils être traités avec des médicaments ? Faut-il traiter un « défaut » de personnalité comme la timidité ou l'impulsivité ?

• La schizophrénie, une maladie mentale caractérisée par des hallucinations et des pensées et émotions désordonnées, est causée par un déséquilibre entre les neurotransmetteurs dopamine et glutamate dans une partie du cerveau (le mésencéphale). Pour vérifier qu'un médicament est utile dans le traitement de la schizophrénie, des expériences contrôlées doivent être effectuées. Dans certaines expériences, cela signifie donner aux patients des médicaments antipsychotiques puissants avec des effets secondaires inconnus. Dans d'autres expériences, cela signifie que les patients ne prennent plus de médicaments pour voir s'ils subiraient une rechute psychotique. La participation à de telles expériences nécessite désormais un consentement écrit et éclairé. Chaque détail de l'expérience et ses risques potentiels doivent être présentés par écrit. Pensez-vous qu'une personne atteinte de schizophrénie comprendra le formulaire de consentement? Les chercheurs devraient-ils être tenus responsables s'ils ne connaissaient pas certains risques ? La recherche doit-elle être publiée si les participants n'ont pas donné leur consentement éclairé ?

FIGURE 7.A. L'acteur Michael J. Fox et l'ancien champion des poids lourds Muhammad Ali souffrent de la maladie de Parkinson, une maladie débilitante progressive caractérisée par des mouvements lents, des tremblements et une rigidité musculaire. Les symptômes résultent de quantités insuffisantes de neurotransmetteur dopamine, causées par la mort des cellules nerveuses productrices de dopamine dans un centre de contrôle des mouvements du cerveau. La Fondation Michael J. Fox pour la recherche sur la maladie de Parkinson (www.michaeljfox.org) finance la recherche sur le diagnostic précoce et le traitement de la maladie de Parkinson.

Retrait du neurotransmetteur

Après avoir été libérés dans une synapse, les neurotransmetteurs sont rapidement éliminés de sorte que leurs effets sont temporaires. S'ils n'étaient pas retirés, ils continueraient à exciter ou à inhiber la membrane postsynaptique indéfiniment. Selon le neurotransmetteur, l'élimination s'effectue de deux manières. Premièrement, les enzymes peuvent désactiver un neurotransmetteur. Par exemple, l'enzyme acétylcholinestérase élimine le neurotransmetteur acétylcholine des synapses où il a été libéré. Deuxièmement, le neurotransmetteur peut être activement renvoyé dans le bouton présynaptique.

Les insecticides organophosphorés Malathion, Parathion et Diazinon sont des poisons qui tuent les insectes en augmentant excessivement l'activité de certaines synapses dans le corps de l'insecte. Ils agissent en inhibant l'acétylcholinestérase. En conséquence, l'acétylcholine s'accumule dans les synapses et a un effet continu. Parce qu'ils ont le même effet sur le corps humain, ces insecticides empoisonnent accidentellement environ 500 000 personnes dans le monde chaque année, principalement des ouvriers agricoles. En tant que consommateur, êtes-vous prêt à payer plus cher pour des aliments qui ne sont pas aspergés de pesticides pour protéger la vie des ouvriers agricoles ?

Rôles des différents neurotransmetteurs

Comme nous l'avons vu, les neurotransmetteurs sont les moyens chimiques de communication au sein du système nerveux. Il existe des dizaines de neurotransmetteurs, transportant des messages entre les neurones et entre les neurones et les muscles ou les glandes. Les activités des neurotransmetteurs produisent nos pensées et nos sentiments et nous permettent d'interagir de manière appropriée avec le monde qui nous entoure. Certains neurotransmetteurs produisent des effets différents sur différents types de cellules.

L'acétylcholine et la noradrénaline sont des neurotransmetteurs qui agissent à la fois dans les systèmes nerveux périphérique et central. Les deux ont des effets excitateurs ou inhibiteurs, selon l'endroit où ils sont libérés. Comme nous le voyons au chapitre 8, la plupart des organes internes reçoivent des informations de neurones qui libèrent de l'acétylcholine et des neurones qui libèrent de la noradrénaline. La norépinéphrine stimule la plupart des organes mais en inhibe certains autres. Quel que soit l'effet de la noradrénaline sur un organe particulier, l'acétylcholine aura l'effet inverse.

L'acétylcholine est également le neurotransmetteur libéré à chaque jonction neuromusculaire (la jonction d'un motoneurone et d'une cellule du muscle squelettique), où elle déclenche la contraction des muscles volontaires (squelettiques). Nous pouvons voir à quel point l'activation nerveuse du muscle est importante chaque fois que l'interaction du nerf et du muscle est interrompue. Un exemple d'une telle interruption est la myasthénie grave, une maladie auto-immune dans laquelle les mécanismes de défense de l'organisme attaquent les récepteurs de l'acétylcholine au niveau des jonctions neuromusculaires. Avec tout mouvement répété, la quantité d'acétylcholine libérée avec chaque influx nerveux diminue après que les neurones se soient déclenchés plusieurs fois de suite. Le faible nombre de récepteurs de l'acétylcholine chez les personnes atteintes de myasthénie grave rend ces personnes extrêmement sensibles à la moindre baisse de la disponibilité de l'acétylcholine. En conséquence, une personne atteinte de myasthénie a peu de force musculaire et ses mouvements répétés s'affaiblissent assez rapidement. Les médicaments qui inhibent l'acétylcholinestérase sont prescrits pour empêcher la dégradation de l'acétylcholine, en élevant le niveau d'acétylcholine dans la jonction neuromusculaire.

Environ 50 neurotransmetteurs sont utilisés par le système nerveux central pour la communication entre les neurones de notre cerveau. Pourquoi autant ? L'une des raisons semble être que différents neurotransmetteurs sont impliqués dans différents systèmes comportementaux. La norépinéphrine, par exemple, est importante dans la régulation de l'humeur, dans le système de plaisir du cerveau et dans l'excitation. On pense que la norépinéphrine produit une sensation « bonne » énergisante. On pense également qu'il est essentiel dans la faim, la soif et la libido. On pense que la sérotonine favorise un sentiment généralisé de bien-être. La dopamine aide à réguler les émotions. Il est également utilisé dans les voies qui contrôlent des mouvements complexes. Un changement dans le niveau d'un neurotransmetteur affecte les comportements contrôlés par les neurones qui communiquent à l'aide de ce neurotransmetteur (voir Problème de santé, Neurotransmetteurs et maladie).

Dans ce chapitre, nous avons examiné la structure et la fonction des neurones. Dans le prochain chapitre, nous verrons comment les neurones s'organisent pour former un système nerveux fonctionnel.

Mettre en valeur les concepts

Cellules du système nerveux (p. 116-117)

• Le système nerveux comprend deux types de cellules spécialisées : les neurones (cellules nerveuses) et les cellules névrogliales.

• Les cellules névroglies sont plus nombreuses que les neurones. Ils fournissent un support structurel aux neurones, fournissent des facteurs de croissance nerveuse et forment des gaines de myéline autour de certains axones.

• Il existe trois catégories générales de neurones. Les neurones sensoriels (ou afférents) conduisent les informations des récepteurs sensoriels vers le système nerveux central. Les neurones moteurs (ou efférents) conduisent les informations du système nerveux central vers un effecteur. Les neurones d'association (interneurones) sont placés entre les neurones sensoriels et moteurs et sont situés dans le système nerveux central.

Structure des neurones (pp. 117-119)

• Les neurones sont spécialisés pour communiquer avec d'autres cellules. Un neurone typique a un corps cellulaire contenant les organites qui maintiennent la cellule. De nombreuses fibres ramifiées appelées dendrites transmettent des messages vers le corps cellulaire. Un seul axone long conduit les impulsions loin du corps cellulaire.

• Un axone peut être enfermé dans une couche isolante appelée gaine de myéline. Les neuroglies appelées cellules de Schwann forment la gaine de myéline en enroulant leurs membranes plasmiques à plusieurs reprises autour de l'axone. La gaine de myéline augmente considérablement la vitesse à laquelle les impulsions sont conduites le long d'un axone, elle joue également un rôle dans la régénération des axones coupés dans le système nerveux périphérique.

• Le message transmis par un neurone, appelé influx nerveux ou potentiel d'action, est provoqué par des ions sodium (Na+) et des ions potassium (K+) traversant la membrane plasmique du neurone pour entrer et sortir de la cellule.

• Les canaux ioniques de la membrane plasmique sont de petits pores à travers lesquels les ions se déplacent sans utiliser l'énergie cellulaire. Les canaux ioniques sont généralement spécifiques à un ou plusieurs types d'ions.

• La pompe sodium-potassium utilise l'énergie cellulaire sous forme d'ATP pour pomper les ions sodium hors de la cellule et les ions potassium dans la cellule contre leurs gradients de concentration.

• À l'état de repos, un neurone a une différence de potentiel électrique, appelée potentiel de repos, à travers sa membrane plasmique. Le potentiel de repos est généré par une répartition inégale des charges à travers la membrane qui rend le neurone plus négatif à l'intérieur qu'à l'extérieur, il y a de nombreuses protéines chargées négativement à l'intérieur de la cellule. Les ions sodium sont plus concentrés à l'extérieur du neurone et les ions potassium sont plus concentrés à l'intérieur.

• Le potentiel d'action commence lorsqu'une région de la membrane devient soudainement perméable aux ions sodium. Si suffisamment d'ions sodium entrent pour atteindre un seuil, un potentiel d'action est généré. Les portes des canaux sodium s'ouvrent et de nombreux ions sodium pénètrent dans la cellule, rendant son intérieur dans cette région de la membrane temporairement positif (dépolarisation). Les ions potassium quittent alors la cellule, rendant cette région à l'intérieur à nouveau plus négative que l'extérieur (repolarisation). Les mêmes événements se répètent tout le long de l'axone dans une vague de dépolarisation et de repolarisation appelée potentiel d'action.

• À la fin d'un potentiel d'action, la pompe sodium-potassium déplace les ions sodium hors du neurone et les ions potassium vers le neurone, rétablissant la distribution ionique d'origine.

• Une fois initié, un potentiel d'action balaie jusqu'à l'extrémité de l'axone sans diminuer en force.

• Pendant la brève période réfractaire qui suit immédiatement un potentiel d'action, le neurone ne peut pas être stimulé.

Transmission synaptique (p. 122-126)

• Le point où un neurone rencontre un autre s'appelle une synapse. Le neurone qui envoie le message (le neurone présynaptique) et le neurone qui reçoit le message (le neurone postsynaptique) sont séparés par un petit espace appelé fente synaptique.

• L'arrivée d'un influx nerveux à l'extrémité de l'axone provoque l'entrée des ions calcium dans la cellule présynaptique. Ces ions provoquent la fusion des vésicules synaptiques qui stockent les neurotransmetteurs avec la membrane plasmique du neurone présynaptique et la libération de leur contenu dans la fente synaptique. Le neurotransmetteur diffuse alors à travers l'espace et se lie aux récepteurs sur la membrane du neurone postsynaptique.

• Si la synapse est excitatrice, les ions sodium pénètrent dans la cellule postsynaptique et augmentent la probabilité qu'elle génère une impulsion nerveuse. Si la synapse est inhibitrice, la différence de charge à travers la membrane du neurone récepteur est augmentée, réduisant la probabilité que le neurone postsynaptique génère une impulsion nerveuse.

• Les cellules postsynaptiques intègrent les entrées excitatrices et inhibitrices de nombreuses cellules. Si le seuil est atteint, un potentiel d'action est généré dans la cellule postsynaptique.

• Le neurotransmetteur est rapidement retiré de la synapse soit par dégradation enzymatique, soit par transport de retour dans le neurone présynaptique.

• L'acétylcholine, l'épinéphrine et la norépinéphrine sont des neurotransmetteurs utilisés à la fois dans les systèmes nerveux périphérique et central.

• De nombreux neurotransmetteurs se trouvent dans le cerveau. Différents sont actifs dans différents systèmes comportementaux. Les troubles de la chimie du cerveau affectent l'humeur et le comportement.

1. Quelles sont les fonctions des cellules neurogliales ? p. 116

2. Énumérez les trois types de neurones et donnez leurs fonctions générales. p. 117

3. Dessinez un neurone typique et nommez les éléments suivants : corps cellulaire, noyau, dendrites et axone. p. 118

4. Expliquez comment se forme une gaine de myéline. Quelles sont les fonctions de la gaine de myéline ? pages 118-119

5. Décrire la distribution des ions sodium et des ions potassium pendant l'état de repos d'un neurone. Expliquez comment les mouvements de ces ions affectent la différence de charge à travers la membrane. p. 119-120

6. Pourquoi le potentiel de repos est-il important ? p. 120

7. Qu'arrive-t-il aux ions sodium au début d'un potentiel d'action ? p. 120

8. Décrire les événements qui provoquent la restauration de la différence de charge à travers la membrane (repolarisation). p. 120

9. Comment la distribution ionique d'origine des ions sodium et potassium est-elle restaurée ? p. 120

10. Quelle est la période réfractaire ? p. 120

11. Dessinez une synapse entre deux neurones. Étiquetez les éléments suivants : neurone présynaptique, neurone postsynaptique, fente synaptique, vésicules synaptiques, molécules de neurotransmetteur et récepteurs. р. 122

12. En quoi les événements d'une synapse excitatrice diffèrent-ils de ceux d'une synapse inhibitrice ? p. 123

13. Comment se termine l'action d'un neurotransmetteur ? p. 125

14. Choisissez la déclaration incorrecte :

une. Les neurotransmetteurs diffusent à travers la gaine de myéline.

b. Dans une synapse inhibitrice, le neurotransmetteur rend moins probable qu'un potentiel d'action soit généré dans le neurone postsynaptique (après la synapse).

с. Les neurotransmetteurs sont stockés dans des vésicules synaptiques.

ré. La plupart des interneurones se trouvent dans le système nerveux central.

15. Dans le botulisme, un type d'intoxication alimentaire, le poison produit par les bactéries dans la nourriture avariée empêche les vésicules synaptiques de la personne de fusionner avec la membrane du neurone. Vous vous attendriez à ce que cet effet

une. provoquer une destruction excessive du neurotransmetteur dans la fente synaptique.

c. empêcher le message de la cellule présynaptique d'atteindre la cellule postsynaptique.

ré. provoquer l'obstruction de la fente synaptique par le neurotransmetteur.

une. les ions potassium sont plus concentrés à l'extérieur de la membrane qu'à l'intérieur.

b. l'intérieur est plus négatif que l'extérieur.

c. les ions sodium sont plus concentrés à l'intérieur qu'à l'extérieur.

ré. des potentiels d'action sont générés.

17. Vous êtes un neurophysiologiste essayant d'identifier la fonction d'une cellule nerveuse particulière. Vous remarquez que cette cellule nerveuse se déclenche juste avant que le petit doigt d'une personne ne se plie. Vous concluez correctement que cet axone

une. peut faire partie d'un neurone sensoriel transportant des informations du doigt vers le cerveau.

b. peut faire partie d'un motoneurone transportant des informations du cerveau vers le petit doigt.

c. fait sans aucun doute partie d'un interneurone.

une. est un produit chimique qui permet à deux neurones de communiquer entre eux.

b. est un espace entre deux neurones.

c. est un espace entre deux cellules de Schwann formant la gaine de myéline.

ré. permet la conduction saltatoire.

19. Le _____ est une couche isolante formée de cellules de Schwann qui augmente le taux d'un potentiel d'action.

20. Le _____ utilise l'énergie cellulaire pour déplacer les ions sodium de l'axone et les ions potassium dans l'axone.

1. Indira a pris le sédatif Valium, un médicament qui a une forme moléculaire similaire à celle du neurotransmetteur GABA (un neurotransmetteur inhibiteur). Lorsque le Valium se lie aux récepteurs GABA, il provoque les mêmes effets que la liaison du GABA lui-même. Sur la base de ces informations, expliquez pourquoi le Valium a un effet calmant sur le système nerveux.

2. Un gaz neurotoxique (le fluorophosphate de diisopropyle) qui était autrefois utilisé dans la guerre chimique bloque l'action de l'acétylcholinestérase, l'enzyme qui décompose l'acétylcholine dans la synapse. Quels effets attendez-vous de ce gaz sur les synapses qui utilisent l'acétylcholine ?

3. Mohammed a une maladie rénale qui augmente le niveau d'ions potassium dans le liquide extracellulaire qui baigne les cellules. Quel effet attendez-vous de cette condition sur sa capacité à générer des impulsions nerveuses (potentiels d'action) ?

4. Kerry a une faiblesse dans les jambes. Un médecin lui dit qu'elle souffre du syndrome de Guillain-Barre, qui est une maladie progressive mais réversible dans laquelle la gaine de myéline est perdue dans certaines parties du système nerveux. Expliquez pourquoi la perte de myéline entraînerait une faiblesse dans les jambes de Kerry.

5. L'ouabaïne est un médicament qui fait perdre à un neurone son potentiel de repos. Quel effet l'ouabaïne aurait-elle sur la capacité d'un neurone à générer des potentiels d'action ?

Maîtriser l'information

Le trouble déficitaire de l'attention/hyperactivité (TDAH) est causé par un déséquilibre des neurotransmetteurs. Rédigez un court article pour la section santé d'un journal local décrivant les symptômes, les causes et le traitement du TDAH. Utilisez au moins trois sources fiables (livres, revues ou sites Web). Énumérez chaque source que vous avez considérée et expliquez pourquoi vous avez choisi les trois sources que vous avez utilisées.

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Acétycholine

L'acétylcholine, le premier neurotransmetteur découvert, a été décrit à l'origine comme « truc du nerf vague » par Otto Loewi en raison de sa capacité à imiter la stimulation électrique du nerf vague. Il est maintenant connu pour être un neurotransmetteur de tous les ganglions autonomes, de nombreux organes innervés de manière autonome, de la jonction neuromusculaire et de nombreuses synapses du SNC.

Dans ce chapitre, nous discuterons de l'anatomie de l'acétylcholine, de la biologie cellulaire, des effets physiologiques, du rôle dans le comportement et des applications cliniques.

11.2 L'acétylcholine dans le système nerveux autonome

Dans le système nerveux autonome, l'acétylcholine ( Ach ) est le neurotransmetteur dans le préganglionnaire sympathique et parasympathique neurones. L'ACh est également le neurotransmetteur au surrénal moelle et sert de neurotransmetteur à tous les organes innervés parasympathiques. L'ACh est également le neurotransmetteur transpiration glandes , et à la piloérecteur muscle de l'ANS sympathique.

11.3 ACh dans le système nerveux périphérique

Dans le système nerveux périphérique, l'ACh est le neurotransmetteur au jonction neuromusculaire entre le nerf moteur et le muscle squelettique.

11.4 ACh dans le système nerveux central

Dans le système nerveux central, l'ACh se trouve principalement dans les interneurones. Quelques voies cholinergiques importantes des axones longs ont également été identifiées. Il convient de noter la projection cholinergique du noyau basalis de Meynert (dans le cerveau antérieur basal) au néocortex du cerveau antérieur et aux structures limbiques associées. La dégénérescence de cette voie est l'une des pathologies associées à maladie d'Alzheimer . Il existe également une projection de la région septale médiale et de la bande diagonale vers les structures limbiques. La plupart des aires sous-corticales sont innervées par des neurones de la région ponto-mésencéphalique.

11.5 Introduction à la biologie cellulaire de la synapse cholinergique

La figure 11.4 est un résumé des mécanismes biologiques impliqués dans la synthèse, la sécrétion de stockage, l'interaction avec les récepteurs et la terminaison de l'acétylcholine. Cliquez sur la région de la cellule décrivant ces processus pour en savoir plus sur chacun d'eux.

11.6 Synthèse de l'ACh

Diagramme montrant le rôle de l'acétyl-CoA du métabolisme du glucose et de la choline de l'absorption de haute affinité dans la biosynthèse de l'ACh.

Choline acétyltransférase (CAT) : Comme le montre la figure 11.5, l'ACh est synthétisée par une réaction en une seule étape catalysée par l'enzyme biosynthétique choline acétyltransférase. Comme c'est le cas pour toutes les protéines terminales nerveuses, la CAT est produite dans le corps cellulaire cholinergique et transportée le long de l'axone jusqu'aux terminaisons nerveuses. CAT et ACh peuvent être trouvés dans tout le neurone, mais leur concentration la plus élevée se trouve dans les terminaisons axonales. La présence de CAT est le "marqueur" qu'un neurone est cholinergique, seuls les neurones cholinergiques contiennent de la CAT.

Les étapes limitantes de la synthèse de l'ACh sont la disponibilité de la choline et acétyl-CoA . Au cours de l'augmentation de l'activité neuronale, la disponibilité de l'acétyl-CoA des mitochondries est régulée à la hausse, tout comme l'absorption de la choline dans la terminaison nerveuse à partir de la fente synaptique. Ca 2+ semble être impliqué dans ces deux mécanismes de régulation. Comme cela sera décrit plus loin, l'inactivation de l'ACh est convertie par métabolisme en choline et en acide acétique. Par conséquent, une grande partie des choline utilisé pour la synthèse de l'ACh provient du recyclage de la choline à partir de l'ACh métabolisée. Une autre source est la dégradation du phospholipide, phosphatidylcholine . L'une des stratégies pour augmenter la neurotransmission de l'ACh est l'administration de choline dans l'alimentation. Cependant, cela n'a pas été efficace, probablement parce que l'administration de choline n'augmente pas la disponibilité de la choline dans le SNC.

11.7 Stockage de l'ACh

La majorité de l'ACh dans les terminaisons nerveuses est contenue dans des vésicules claires (comme on le voit au microscope électronique) de 100 um. Une petite quantité est également libre dans le cytosol. L'ACh liée aux vésicules n'est pas accessible à la dégradation par acétylcholinestérase (voir ci-dessous).

L'absorption d'ACh dans la vésicule de stockage se fait par une pompe dépendante de l'énergie qui acidifie la vésicule. La vésicule acidifiée utilise alors un transporteur ACh vésiculaire (VAChT) pour échanger des protons contre des molécules d'ACh. Aucun agent pharmacologique utile n'est disponible pour modifier la fonction cholinergique par interaction avec le stockage de l'ACh.

Fait intéressant, le gène de VAChT est contenu dans le premier intron du choline acétyltransférase gène. Cette proximité implique que les deux protéines cholinergiques importantes sont probablement régulées de manière coordonnée.

L'absorption d'ACh par VAChT et le stockage dans les vésicules de neurotransmetteurs impliquent l'échange de H + pour l'ACh.

11.8 Libération de l'ACh

La libération d'ACh se produit par l'amarrage, la fusion et la fission stimulés par Ca 2+ de la vésicule avec la membrane terminale nerveuse, comme discuté précédemment.

Vous vous souviendrez que le potentiels de plaque d'extrémité miniatures et le libération quantique en réponse aux potentiels d'action à la jonction neuromusculaire sont dus à la libération de paquets d'ACh à partir de vésicules de stockage individuelles (chapitre 5). De nombreux toxines sont connus qui interfèrent avec ces processus et sont efficaces pour empêcher la sécrétion d'ACh. Les exemples de la figure 11.6 montrent toxine botulique l'inhibition et venin d'araignée veuve noire (BWSV) stimulation de la libération d'ACh.

11.9 Récepteurs ACh

Il existe deux grandes classes de récepteurs cholinergiques : nicotinique et muscarinique . Cette classification est basée sur deux agents chimiques qui imitent les effets de l'ACh au niveau du site récepteur de la nicotine et de la muscarine.

Le tableau I résume certaines des propriétés des récepteurs nicotiniques et muscariniques.

Récepteurs nicotiniques et muscariniques et leurs actions

Nicotinique muscarinique

Lier la nicotine Lier la muscarine

Bloqué par le curare (tubocurarine) I Bloqué par l'atropine

Lié aux canaux ioniques I Lié au 2e système de messagerie

Protéines I à G (voir ci-dessous)

La réponse est brève et rapide La réponse est lente et prolongée

Situé aux jonctions neuromusculaires, je

et dans une faible mesure dans le CNS I

J'ai trouvé sur le muscle myocardique,

I certain muscle lisse, et dans des régions discrètes du SNC

Médiation de l'excitation dans les cellules cibles I Médiation de l'inhibition et de l'excitation dans les cellules cibles

Postsynaptique I À la fois pré- et post-synaptique

11.10 Le récepteur nicotinique est un canal ionique

Schéma des cinq sous-unités du récepteur nicotinique de l'ACh dans la membrane postsynaptique au NMJ. ACh se lie aux deux sous-unités a. La moitié inférieure montre la structure moléculaire de chaque sous-unité du récepteur nicotinique basée sur la séquence d'acides aminés dérivée de l'ADNc. Les ?? , ?? et ?? les sous-unités ont une structure analogue à la ?? sous-unité.

Comme indiqué dans le tableau I, les récepteurs nicotiniques sont localisés au niveau du NMJ, des ganglions autonomes et de manière clairsemée dans le SNC.

Les Récepteur ACh nicotinique NMJ se compose de cinq sous-unités polypeptidiques : deux sous-unités et une de chacune des , et (voir la figure 11.8). Un canal ionique interne en forme d'entonnoir est entouré par les cinq sous-unités. La surface de liaison du récepteur semble être principalement sur les sous-unités , près de la surface externe de la molécule. Les sous-unités contiennent des sites de reconnaissance pour les agonistes, les antagonistes réversibles et ?? -toxines ( cobra ?? -toxine et ?? -bungarotoxine ).

Alors que le récepteur nicotinique NMJ est composé de quatre espèces différentes de sous-unités (2 , , , δ ), le récepteur nicotinique neuronal est également composé de seulement deux types de sous-unités (2 et 3 β ).

11.11 Le récepteur muscarinique est couplé aux protéines G

L'ACh libérée dans l'espace extracellulaire interagit avec les récepteurs muscariniques de la cellule innervée et de la terminaison nerveuse ACh.

Les récepteurs muscariniques, classés comme Récepteurs couplés aux protéines G (RCPG) , sont localisés au niveau des organes viscéraux parasympathiques à innervation autonome, sur les glandes sudoripares et les muscles pilo-érecteurs et à la fois post-synaptiquement et pré-synaptiquement dans le SNC (voir Tableau I). Le récepteur muscarinique est composé d'un seul polypeptide.Sept régions du polypeptide sont constituées de 20 à 25 acides aminés disposés en hélice . Parce que chacune de ces régions de la protéine est nettement hydrophobe, elles traversent la membrane cellulaire sept fois, comme le montre la figure 11.9. On pense que la cinquième boucle interne et la queue carboxy-terminale du récepteur polypeptidique sont le site de l'interaction du récepteur muscarinique avec les protéines G (voir à droite). Le site de liaison de l'agoniste est une poche circulaire formée par les parties supérieures des sept régions s'étendant sur la membrane.

L'ACh a des actions excitatrices à la jonction neuromusculaire, au ganglion autonome, à certains tissus glandulaires et dans le SNC. Il a des actions inhibitrices sur certains muscles lisses et sur le muscle cardiaque.

Les récepteurs muscariniques sont sept protéines transmembranaires qui transmettent leurs signaux par l'intermédiaire des protéines G.

Les réponses biochimiques à la stimulation du récepteur muscarinique impliquent l'occupation du récepteur provoquant une modification de la conformation d'une protéine associée de liaison au GTP ( protéine G ). La protéine G est constituée des trois sous-unités α , et . En réponse à la conformation altérée du récepteur muscarinique, la sous-unité a de la protéine G libère des liaisons diphosphate de guanosine (PIB) et lie simultanément guanosine triphosphate (GTP) . La liaison de GTP "active" la protéine G, permettant la dissociation de la sous-unité du complexe trimérique et pour qu'elle interagisse avec les systèmes effecteurs pour médier des réponses spécifiques. Un inhérent GTPase l'activité catalytique de la protéine G hydrolyse le GTP en GDP. Cette hydrolyse met fin à l'action de la protéine G. La vitesse d'hydrolyse du GTP dicte ainsi la durée pendant laquelle la protéine G reste activée.

Les réponses médiées par les récepteurs muscariniques via les protéines G comprennent :

La protéine G activée interagit avec l'adénylyl cyclase pour activer ou inhiber son activité.

Inhibition de l'adénylate cyclase : Le récepteur muscarinique, par interaction avec une protéine inhibitrice de liaison au GTP, agit pour inhiber l'adénylyl cyclase. Une production réduite d'AMPc conduit à une activation réduite de protéine kinase dépendante de l'AMPc , fréquence cardiaque réduite et force de contraction.

Stimulation de la protéine G du PLC ?? génère DAG et IP 3 . Le DAG stimule PKC et IP 3 libère Ca 2+ de l'ER lisse.

Stimulation de la propriété intellectuelle 3 récepteurs par quatre molécules stimule la libération de Ca 2+ de l'ER lisse.

Stimulation de la Phospholipase C : Le récepteur muscarinique active la phospholipase C spécifique du phosphoinositide (PLC ?? ) par interaction avec une protéine de liaison au GTP. Comme le montre la figure 11.12a, l'hydrolyse de bisphosphate de phosphatidylinositol donne deux seconds messagers inositol triphosphate (IP 3 ) et diacylglycérol (DAG). Le DAG s'active protéine kinase C (pas montré). Les réponses cellulaires sont influencées par la phosphorylation PKC des protéines cibles. Comme le montre la figure 11.12b, le IP 3 diffuse à la réticulum endoplasmique lisse (ER) où il interagit avec IP 3 récepteurs pour augmenter la libération de Ca 2+ à partir du site de stockage intracellulaire.

La protéine G augmente directement le K + conductance en interagissant avec le K + canaux.

Activation de K + Canaux : En réponse à la stimulation des récepteurs cholinergiques muscariniques, une protéine de liaison au GTP peut également interagir directement avec les canaux K + pour augmenter la conductance K + (Figure 11.13). Cette augmentation de la conductance augmente le potentiel membranaire au repos dans le myocarde et d'autres membranes cellulaires, entraînant une inhibition.

11.12 Résiliation de l'action ACh

Hydrolyse de l'ACh en acétate et choline au niveau des synapses NMJ et cholinergiques.

L'ACh ne se lie que brièvement aux récepteurs pré- ou postsynaptiques. Après dissociation du récepteur, l'ACh est rapidement hydrolysée par l'enzyme acétylcholinestérase (AChE) . Cette enzyme a un taux de catalyse très élevé, l'un des plus élevés connus en biologie. L'AChE est synthétisée dans le corps cellulaire neuronal et distribuée dans tout le neurone par transport axoplasmique. L'AChE existe sous forme d'isoformes à épissage alternatif dont la composition en sous-unités varie. La variation au NMJ est une protéine hétéromère composée de quatre sous-unités couplées à une queue de collagène qui ancre l'enzyme multi-sous-unités à la membrane cellulaire de la cellule postsynaptique. Cette forme à quatre sous-unités est maintenue ensemble par des liaisons sulfhydryle et la queue ancre l'enzyme dans le matrice extracellulaire au NMJ. D'autres isoformes sont homomères et librement solubles dans le cytoplasme de la cellule présynaptique. L'AChE, contrairement à la ChAT, se trouve également dans les neurones non cholinergiques. De plus, d'autres cholinestérases existent dans tout le corps, qui sont également capables de métaboliser l'acétylcholine. Celles-ci sont appelées pseudocholinestérases.

Les médicaments qui inhibent la dégradation de l'ACh sont efficaces pour modifier la neurotransmission cholinergique. En effet, l'inhibition irréversible de l'AChE par esters d'isopropyle sont si toxiques qu'ils peuvent être incompatibles avec la vie, inhibant les muscles pour la respiration. Cette inhibition est produite parce que les molécules d'ACh s'accumulent dans l'espace synaptique, maintiennent les récepteurs occupés et provoquent une paralysie. Deux exemples notables sont insecticides et les gaz utilisés dans guerre biologique . Le mécanisme d'action de ces inhibiteurs irréversibles de l'AChE est qu'ils carbamylent l'AChE, la rendant inactive. La carbamylation inactive à la fois les domaines de liaison à l'acétyle et à la choline. Un antidote récemment mis au point contre ces inhibiteurs clive le gaz neurotoxique afin qu'il se dissocie de l'AChE.

Contrairement aux inhibiteurs irréversibles, le inhibiteurs réversibles de l'AChE sont efficaces pour augmenter de manière transitoire le niveau d'ACh et sont efficaces dans les maladies et les conditions où un niveau accru d'ACh est souhaité. Le composé cliniquement important, ésérine (physostigmine) , inhibe de manière réversible l'AChE.

11.13 Physiologie

Récepteur nicotinique l'activation provoque l'ouverture du canal formé par le récepteur. Cela augmente le mouvement de Na+ dans la cellule cible, entraînant une dépolarisation et la génération du potentiel d'action. Ce changement en évolution rapide, appelé EPSP , est illustré aux figures 4.3 et 6.2 .

Dépolarisation rapide de la cellule par activation des récepteurs nicotiniques.

Récepteur muscarinique l'activation des cellules postsynaptiques peut être soit excitatrice soit inhibitrice et est toujours d'apparition lente et de longue durée (tableau I). illustrent un potentiel postsynaptique excitateur et inhibiteur dans le ganglion sympathique. Comme décrit précédemment, l'activation de la protéine G sous-tend toutes les actions des récepteurs muscariniques, expliquant ainsi leur lente apparition.

L'EPSP lente et l'IPSP forment le ganglion sympathique du rat.

11.14 Comportement

La nature rapide de la transmission synaptique médiée par le récepteur nicotinique est cohérente avec son rôle au niveau du NMJ et dans le ganglion du SNA. On sait peu de choses sur le rôle du récepteur nicotinique dans le comportement du SNC. De toute évidence, la stimulation nicotinique est liée d'une certaine manière au renforcement, comme l'indique la prévalence de la dépendance à la nicotine chez les humains.

Les récepteurs muscariniques, en revanche, sont d'importants médiateurs du comportement dans le SNC. Un exemple est leur rôle dans la modulation des circuits de contrôle moteur dans les noyaux gris centraux. Un deuxième exemple est leur participation à l'apprentissage et à la mémoire. Cette dernière se déduit de deux types d'observations : 1) les antagonistes muscariniques sont des agents amnésiques, et 2) la détérioration de l'innervation cholinergique du néocortex est associée à des pertes de mémoire dans la maladie d'Alzheimer.

11.15 Clinique

maladie d'Alzheimer : Maladie caractérisée par une détérioration marquée du SNC, caractérisée par une démence progressive. Une des caractéristiques de cette maladie est une diminution marquée des concentrations d'ACh dans le cortex cérébral et le noyau caudé.

Myasthénie grave : Une maladie de la jonction neuromusculaire dans laquelle les récepteurs de l'ACh sont détruits par l'action des propres anticorps du patient.

Pharmacologie cholinergique : De nombreux médicaments sont utilisés en clinique pour interagir avec les systèmes cholinergiques. Le tableau II résume les principales utilisations des médicaments cholinergiques.

11.16 Agents pharmacologiques cholinergiques

Agents pharmacologiques cholinergiques

Médicament action

Atropine (et autres anticholinergiques) Bloque les récepteurs muscariniques

Détend les muscles de l'œil provoquant la dilatation de la pupille. Utilisé lorsque l'œil est enflammé et lors d'examens de la vue.

Ralentit l'activité de l'estomac et des voies intestinales et réduit la sécrétion d'acide. Par conséquent, utilisé pour les crampes d'estomac, la diarrhée, la diverticulite, la pancréatite, l'énurésie nocturne, le mal des transports.

Il y a eu une indication de ce médicament pour La maladie de Parkinson .

Scopolamine Bloque les récepteurs muscariniques du SNC

Utilisé par voie topique pour prévenir les étourdissements, les nausées et d'autres aspects du mal des transports.

Amantadine (Symmetrel) Bloque les récepteurs muscariniques

Antidyscinétiques utilisées pour traiter la maladie de Parkinson et la dyskinésie associée aux médicaments antipsychotiques

Béthanéchol Imite ACh

Utilisé pour traiter la rétention urinaire et stimuler le mouvement du tractus intestinal.


Méthodes

L'expression de surface d'AChR a été mesurée en utilisant le dosage de liaison 125I-α-BuTx. Des enregistrements électrophysiologiques ont été réalisés sur des cellules HEK293 transfectées de manière transitoire. Les simulations USMD étaient basées sur la structure de microscopie électronique cryogénique du récepteur de la glycine α1 à l'état ouvert qui a été utilisée comme structure de modèle pour générer un modèle comparatif de l'AChR du muscle adulte. Le consentement pour l'étude sur les syndromes myasthéniques congénitaux au Royaume-Uni a été approuvé par l'Oxfordshire Research Ethics Committee (REC) B : 04.OXB.017 et Oxfordshire REC C : 09/H0606/74, et le consentement éclairé a été donné par le patient dans cette étude. étudier. Tous les matériaux et méthodes sont disponibles dans Annexe SI, Matériaux et méthodes.


Synthèse et dégradation

L'acétylcholine est synthétisée dans certains neurones par l'enzyme choline acétyltransférase à partir des composés choline et acétyl-CoA. Les neurones cholinergiques sont capables de produire de l'ACh. Un exemple d'une zone cholinergique centrale est le noyau Basilis de Meynert dans le cerveau antérieur basal. [ citation requise ]

L'enzyme acétylcholinestérase convertit l'acétylcholine en métabolites inactifs choline et acétate. Cette enzyme est abondante dans la fente synaptique et son rôle dans l'élimination rapide de l'acétylcholine libre de la synapse est essentiel au bon fonctionnement musculaire. Certaines neurotoxines agissent en inhibant l'acétylcholinestérase, entraînant ainsi un excès d'acétylcholine au niveau de la jonction neuromusculaire, provoquant une paralysie des muscles nécessaires à la respiration et à l'arrêt des battements cardiaques.


Chimie

L'acétylcholine est synthétisée dans certains neurones par l'enzyme choline acétyltransférase à partir des composés choline et acétyl-CoA. Les neurones cholinergiques sont capables de produire de l'ACh. Un exemple d'une zone cholinergique centrale est le noyau basal de Meynert dans le cerveau antérieur basal.

L'enzyme acétylcholinestérase convertit l'acétylcholine en métabolites inactifs choline et acétate. Cette enzyme est abondante dans la fente synaptique et son rôle dans l'élimination rapide de l'acétylcholine libre de la synapse est essentiel au bon fonctionnement musculaire. Certaines neurotoxines agissent en inhibant l'acétylcholinestérase, entraînant ainsi un excès d'acétylcholine à la jonction neuromusculaire, provoquant une paralysie des muscles nécessaires à la respiration et à l'arrêt des battements cardiaques.


Acétylcholine et muscles - excitateur ou inhibiteur ? (atonie musculaire et myasthénie grave) - Biologie

L'acétylcholine (ACh) est un produit chimique organique qui fonctionne dans le cerveau et le corps de nombreux types d'animaux (y compris les humains) en tant que neurotransmetteur - un message chimique libéré par les cellules nerveuses pour envoyer des signaux à d'autres cellules, telles que les neurones, les cellules musculaires et les glandes cellules. Son nom est dérivé de sa structure chimique : c'est un ester d'acide acétique et de choline. Les parties du corps qui utilisent ou sont affectées par l'acétylcholine sont appelées cholinergiques. Les substances qui augmentent ou diminuent l'activité globale du système cholinergique sont appelées respectivement cholinergiques et anticholinergiques. L'acétylcholine est le neurotransmetteur utilisé à la jonction neuromusculaire, c'est-à-dire le produit chimique que les motoneurones du système nerveux libèrent pour activer les muscles. Cette propriété signifie que les médicaments qui affectent les systèmes cholinergiques peuvent avoir des effets très dangereux allant de la paralysie aux convulsions. L'acétylcholine est également un neurotransmetteur dans le système nerveux autonome, à la fois en tant que transmetteur interne pour le système nerveux sympathique et en tant que produit final libéré par le système nerveux parasympathique. L'acétylcholine est le principal neurotransmetteur du système nerveux parasympathique. Dans le cerveau, l'acétylcholine fonctionne comme un neurotransmetteur et comme un neuromodulateur. Le cerveau contient un certain nombre de zones cholinergiques, chacune avec des fonctions distinctes telles que jouer un rôle important dans l'éveil, l'attention, la mémoire et la motivation. L'acétylcholine a également été retrouvée dans des cellules d'origine non neuronale et des microbes. Récemment, des enzymes liées à sa synthèse, sa dégradation et son absorption cellulaire ont été retracées jusqu'aux premières origines des eucaryotes unicellulaires. Le pathogène protiste ''Acanthamoeba'' spp. a montré la présence d'ACh, qui fournit des signaux de croissance et de prolifération via un homologue du récepteur M1-muscarinique situé dans la membrane. En partie à cause de sa fonction d'activation musculaire, mais aussi à cause de ses fonctions dans le système nerveux autonome et le cerveau, de nombreux médicaments importants exercent leurs effets en modifiant la transmission cholinergique. De nombreux venins et toxines produits par les plantes, les animaux et les bactéries, ainsi que les agents neurotoxiques chimiques tels que le sarin, causent des dommages en inactivant ou en hyperactivant les muscles par leurs influences sur la jonction neuromusculaire. Les médicaments qui agissent sur les récepteurs muscariniques de l'acétylcholine, comme l'atropine, peuvent être toxiques en grande quantité, mais à plus petites doses, ils sont couramment utilisés pour traiter certaines maladies cardiaques et oculaires. La scopolamine, qui agit principalement sur les récepteurs muscariniques du cerveau, peut provoquer le délire et l'amnésie. Les qualités addictives de la nicotine proviennent de ses effets sur les récepteurs nicotiniques de l'acétylcholine dans le cerveau.

L'acétylcholine est une molécule de choline qui a été acétylée au niveau de l'atome d'oxygène. En raison de la présence d'un groupe ammonium chargé hautement polaire, l'acétylcholine ne pénètre pas dans les membranes lipidiques. De ce fait, lorsque la molécule est introduite à l'extérieur, elle reste dans l'espace extracellulaire et ne traverse pas la barrière hémato-encéphalique.

L'acétylcholine est synthétisée dans certains neurones par l'enzyme choline acétyltransférase à partir des composés choline et acétyl-CoA. Les neurones cholinergiques sont capables de produire de l'ACh. Un exemple d'une zone cholinergique centrale est le noyau basal de Meynert dans le cerveau antérieur basal. L'enzyme acétylcholinestérase convertit l'acétylcholine en métabolites inactifs choline et acétate. Cette enzyme est abondante dans la fente synaptique et son rôle dans l'élimination rapide de l'acétylcholine libre de la synapse est essentiel au bon fonctionnement musculaire. Certaines neurotoxines agissent en inhibant l'acétylcholinestérase, entraînant ainsi un excès d'acétylcholine à la jonction neuromusculaire, provoquant une paralysie des muscles nécessaires à la respiration et à l'arrêt des battements cardiaques.

L'acétylcholine fonctionne à la fois dans le système nerveux central (SNC) et le système nerveux périphérique (SNP). Dans le SNC, les projections cholinergiques du cerveau antérieur basal vers le cortex cérébral et l'hippocampe soutiennent les fonctions cognitives de ces zones cibles. Dans le SNP, l'acétylcholine active les muscles et est un neurotransmetteur majeur du système nerveux autonome.

Comme de nombreuses autres substances biologiquement actives, l'acétylcholine exerce ses effets en se liant et en activant des récepteurs situés à la surface des cellules. Il existe deux classes principales de récepteurs de l'acétylcholine, nicotiniques et muscariniques. Ils sont nommés pour des produits chimiques qui peuvent activer sélectivement chaque type de récepteur sans activer l'autre : la muscarine est un composé présent dans le champignon ''Amanita muscaria'' la nicotine se trouve dans le tabac. Les récepteurs nicotiniques de l'acétylcholine sont des canaux ioniques ligand-dépendants perméables aux ions sodium, potassium et calcium. En d'autres termes, ce sont des canaux ioniques noyés dans les membranes cellulaires, capables de passer d'un état fermé à un état ouvert lorsque l'acétylcholine s'y lie à l'état ouvert qu'ils laissent passer les ions. Les récepteurs nicotiniques sont de deux types principaux, connus sous le nom de type musculaire et de type neuronal. Le type musculaire peut être bloqué sélectivement par le curare, le type neuronal par l'hexaméthonium. L'emplacement principal des récepteurs de type musculaire se trouve sur les cellules musculaires, comme décrit plus en détail ci-dessous. Les récepteurs de type neuronal sont situés dans les ganglions autonomes (à la fois sympathiques et parasympathiques) et dans le système nerveux central. Les récepteurs muscariniques de l'acétylcholine ont un mécanisme plus complexe et affectent les cellules cibles sur une période plus longue. Chez les mammifères, cinq sous-types de récepteurs muscariniques ont été identifiés, étiquetés M1 à M5. Tous fonctionnent comme des récepteurs couplés aux protéines G, ce qui signifie qu'ils exercent leurs effets via un second système messager. Les sous-types M1, M3 et M5 sont Gq- couplés ils augmentent les niveaux intracellulaires d'IP3 et le calcium en activant la phospholipase C. Leur effet sur les cellules cibles est généralement excitateur. Les sous-types M2 et M4 sont Gje/Go- couplés, ils diminuent les niveaux intracellulaires d'AMPc en inhibant l'adénylate cyclase. Leur effet sur les cellules cibles est généralement inhibiteur. Les récepteurs muscariniques de l'acétylcholine se trouvent à la fois dans le système nerveux central et dans le système nerveux périphérique du cœur, des poumons, du tractus gastro-intestinal supérieur et des glandes sudoripares.

L'acétylcholine est la substance que le système nerveux utilise pour activer les muscles squelettiques, une sorte de muscle strié. Ce sont les muscles utilisés pour tous les types de mouvements volontaires, contrairement au tissu musculaire lisse, qui est impliqué dans une gamme d'activités involontaires telles que le mouvement des aliments dans le tractus gastro-intestinal et la constriction des vaisseaux sanguins. Les muscles squelettiques sont directement contrôlés par les motoneurones situés dans la moelle épinière ou, dans quelques cas, le tronc cérébral. Ces neurones moteurs envoient leurs axones à travers les nerfs moteurs, d'où ils émergent pour se connecter aux fibres musculaires au niveau d'un type spécial de synapse appelée jonction neuromusculaire. Lorsqu'un motoneurone génère un potentiel d'action, il se déplace rapidement le long du nerf jusqu'à ce qu'il atteigne la jonction neuromusculaire, où il initie un processus électrochimique qui provoque la libération d'acétylcholine dans l'espace entre la terminaison présynaptique et la fibre musculaire. Les molécules d'acétylcholine se lient ensuite aux récepteurs nicotiniques des canaux ioniques sur la membrane cellulaire musculaire, provoquant l'ouverture des canaux ioniques. Les ions sodium s'écoulent ensuite dans la cellule musculaire, initiant une séquence d'étapes qui produisent finalement une contraction musculaire.Facteurs diminuant la libération d'acétylcholine (et affectant ainsi les canaux calciques de type P) : # Antibiotiques (clindamycine, polymyxine) # Magnésium : antagonise les canaux calciques de type P # Hypocalcémie # Anticonvulsivants # Diurétiques (furosémide) # Syndrome d'Eaton-Lambert : inhibe P -type canaux calciques # Toxine botulique : inhibe les protéines SNARE Les bloqueurs des canaux calciques (nifédipine, diltiazem) n'affectent pas les canaux P. Ces médicaments affectent les canaux calciques de type L.

Le système nerveux autonome contrôle un large éventail de fonctions corporelles involontaires et inconscientes. Ses branches principales sont le système nerveux sympathique et le système nerveux parasympathique. D'une manière générale, la fonction du système nerveux sympathique est de mobiliser le corps pour l'action. L'expression souvent invoquée pour le décrire est la lutte ou la fuite. La fonction du système nerveux parasympathique est de mettre le corps dans un état propice au repos, à la régénération, à la digestion et à la reproduction. Ces deux systèmes susmentionnés utilisent l'acétylcholine, mais de différentes manières. À un niveau schématique, les systèmes nerveux sympathique et parasympathique sont tous deux organisés essentiellement de la même manière : les neurones préganglionnaires du système nerveux central envoient des projections aux neurones situés dans les ganglions autonomes, qui envoient des projections de sortie à pratiquement tous les tissus du corps. Dans les deux branches, les connexions internes, les projections du système nerveux central vers les ganglions autonomes, utilisent l'acétylcholine comme neurotransmetteur pour innerver (ou exciter) les neurones des ganglions. Dans le système nerveux parasympathique, les connexions de sortie, les projections des neurones ganglionnaires vers les tissus qui n'appartiennent pas au système nerveux, libèrent également de l'acétylcholine mais agissent sur les récepteurs muscariniques. Dans le système nerveux sympathique, les connexions de sortie libèrent principalement de la noradrénaline, bien que l'acétylcholine soit libérée à quelques points, tels que l'innervation sudomotrice des glandes sudoripares.

Effets vasculaires directs

L'acétylcholine dans le sérum exerce un effet direct sur le tonus vasculaire en se liant aux récepteurs muscariniques présents sur l'endothélium vasculaire. Ces cellules réagissent en augmentant la production d'oxyde nitrique, qui signale au muscle lisse environnant de se détendre, entraînant une vasodilatation.

Dans le système nerveux central, l'ACh a une variété d'effets sur la plasticité, l'excitation et la récompense. L'ACh joue un rôle important dans l'amélioration de la vigilance au réveil, dans le maintien de l'attention, dans l'apprentissage et la mémoire. Il a été démontré que les dommages au système cholinergique (producteur d'acétylcholine) dans le cerveau sont associés aux déficits de mémoire associés à la maladie d'Alzheimer. Il a également été démontré que l'ACh favorise le sommeil paradoxal. Dans le tronc cérébral, l'acétylcholine provient du noyau pédonculopontin et du noyau tegmental latéro-odorsal collectivement connus sous le nom de zone tegmentale mésopontine ou complexe pontomésencéphalotegmental. Dans le prosencéphale basal, il provient du noyau basal de Meynert et du noyau septal médial : noyau et olive inférieure. Il se projette également sur le thalamus, le tectum, les noyaux gris centraux et le cerveau antérieur basal. *Le noyau basal de Meynert agit principalement sur les récepteurs M1 du néocortex. *Le noyau septal médial agit principalement sur les récepteurs M1 de l'hippocampe et de certaines parties du cortex cérébral. De plus, l'ACh agit comme un important transmetteur interne dans le striatum, qui fait partie des noyaux gris centraux. Il est libéré par les interneurones cholinergiques. Chez les humains, les primates non humains et les rongeurs, ces interneurones répondent aux stimuli environnementaux saillants avec des réponses qui sont temporellement alignées avec les réponses des neurones dopaminergiques de la substance noire.

L'acétylcholine a été impliquée dans l'apprentissage et la mémoire de plusieurs manières. Le médicament anticholinergique, la scopolamine, entrave l'acquisition de nouvelles informations chez les humains et les animaux. Chez les animaux, la perturbation de l'approvisionnement en acétylcholine du néocortex altère l'apprentissage de tâches de discrimination simples, comparables à l'acquisition d'informations factuelles et la perturbation de l'approvisionnement en acétylcholine de l'hippocampe et des zones corticales adjacentes produit un oubli, comparable à l'amnésie antérograde chez l'homme. .

La myasthénie grave, caractérisée par une faiblesse musculaire et une fatigue, survient lorsque le corps produit de manière inappropriée des anticorps contre les récepteurs nicotiniques de l'acétylcholine et inhibe ainsi la bonne transmission du signal de l'acétylcholine. Au fil du temps, la plaque d'extrémité du moteur est détruite. Les médicaments qui inhibent de manière compétitive l'acétylcholinestérase (par exemple, la néostigmine, la physostigmine ou principalement la pyridostigmine) sont efficaces dans le traitement de ce trouble. Ils permettent à l'acétylcholine libérée de manière endogène d'interagir avec son récepteur respectif avant d'être inactivée par l'acétylcholinestérase dans la fente synaptique (l'espace entre le nerf et le muscle).

Bloquer, entraver ou imiter l'action de l'acétylcholine a de nombreuses utilisations en médecine. Les médicaments agissant sur le système acétylcholine sont soit des agonistes des récepteurs, stimulant le système, soit des antagonistes, l'inhibant. Les agonistes et antagonistes des récepteurs de l'acétylcholine peuvent soit avoir un effet directement sur les récepteurs, soit exercer leurs effets indirectement, par exemple en affectant l'enzyme acétylcholinestérase, qui dégrade le ligand du récepteur. Les agonistes augmentent le niveau d'activation des récepteurs, les antagonistes le réduisent. L'acétylcholine elle-même n'a pas de valeur thérapeutique en tant que médicament pour administration intraveineuse en raison de son action multiforme (non sélective) et de son inactivation rapide par la cholinestérase. Cependant, il est utilisé sous forme de collyre pour provoquer une constriction de la pupille lors d'une chirurgie de la cataracte, ce qui facilite une récupération post-opératoire rapide.

La nicotine se lie aux récepteurs nicotiniques de l'acétylcholine et les active, imitant l'effet de l'acétylcholine sur ces récepteurs. Lorsque l'ACh interagit avec un récepteur nicotinique de l'ACh, il ouvre un canal Na + et les ions Na + s'écoulent dans la membrane. Cela provoque une dépolarisation et se traduit par un potentiel post-synaptique excitateur. Ainsi, l'ACh est excitatrice sur le muscle squelettique, la réponse électrique est rapide et de courte durée. Les curares sont des poisons de flèche, qui agissent sur les récepteurs nicotiniques et ont été utilisés pour développer des thérapies cliniquement utiles.

L'atropine est un antagoniste compétitif non sélectif avec l'acétylcholine au niveau des récepteurs muscariniques.

De nombreux agonistes des récepteurs ACh agissent indirectement en inhibant l'enzyme acétylcholinestérase. L'accumulation d'acétylcholine qui en résulte provoque une stimulation continue des muscles, des glandes et du système nerveux central, ce qui peut entraîner des convulsions mortelles si la dose est élevée. Ce sont des exemples d'inhibiteurs d'enzymes, et augmentent l'action de l'acétylcholine en retardant sa dégradation. Certains ont été utilisés comme agents neurotoxiques (gaz neurotoxiques Sarin et VX) ou pesticides (organophosphates et les carbamates). De nombreuses toxines et venins produits par les plantes et les animaux contiennent également des inhibiteurs de la cholinestérase. En utilisation clinique, ils sont administrés à faibles doses pour inverser l'action des relaxants musculaires, pour traiter la myasthénie grave et pour traiter les symptômes de la maladie d'Alzheimer (rivastigmine, qui augmente l'activité cholinergique dans le cerveau).

Les composés mercuriels organiques, tels que le méthylmercure, ont une affinité élevée pour les groupes sulfhydryle, ce qui provoque un dysfonctionnement de l'enzyme choline acétyltransférase. Cette inhibition peut conduire à un déficit en acétylcholine, et peut avoir des conséquences sur la fonction motrice.

La toxine botulique (Botox) agit en supprimant la libération d'acétylcholine, alors que le venin d'une araignée veuve noire (alpha-latrotoxine) a l'effet inverse. L'inhibition de l'ACh provoque une paralysie. Lorsqu'on est mordu par une araignée veuve noire, on éprouve un gaspillage de réserves d'ACh et les muscles commencent à se contracter. Si et quand l'approvisionnement est épuisé, la paralysie se produit.

Biologie comparée et évolution

L'acétylcholine est utilisée par les organismes dans tous les domaines de la vie à diverses fins. On pense que la choline, un précurseur de l'acétylcholine, a été utilisée par des organismes unicellulaires il y a des milliards d'années pour synthétiser les phospholipides de la membrane cellulaire. Suite à l'évolution des transporteurs de choline, l'abondance de choline intracellulaire a ouvert la voie à l'incorporation de la choline dans d'autres voies de synthèse, notamment la production d'acétylcholine. L'acétylcholine est utilisée par les bactéries, les champignons et une variété d'autres animaux. De nombreuses utilisations de l'acétylcholine reposent sur son action sur les canaux ioniques via les GPCR comme les protéines membranaires. Les deux principaux types de récepteurs de l'acétylcholine, les récepteurs muscariniques et nicotiniques, ont évolué de manière convergente pour répondre à l'acétylcholine. Cela signifie qu'au lieu d'avoir évolué à partir d'un homologue commun, ces récepteurs ont évolué à partir de familles de récepteurs distinctes. On estime que la famille des récepteurs nicotiniques remonte à plus de 2,5 milliards d'années. De même, on pense que les récepteurs muscariniques ont divergé des autres GPCR il y a au moins 0,5 milliard d'années. Ces deux groupes de récepteurs ont développé de nombreux sous-types avec des affinités de ligand et des mécanismes de signalisation uniques. La diversité des types de récepteurs permet à l'acétylcholine de créer des réponses variables selon les types de récepteurs activés, et permet à l'acétylcholine de réguler dynamiquement les processus physiologiques.


Neurotransmetteurs et système nerveux

La production et la synthèse de Neurotransmetteurs est un processus vital pour la santé humaine car ces minuscules molécules sont les messagers entre le système nerveux central et tous les systèmes du corps, y compris le cerveau et l'intestin.

Un microbiome intestinal sain est nécessaire à la production de nos neurotransmetteurs, ce qui explique en grande partie pourquoi la santé intestinale a un impact sur la concentration, l'humeur, le sommeil, la coordination et même le QI. Résoudre et prévenir gu qui fuit t et dysbiose gastro-intestinale est essentiel pour la santé physique et mentale.

Les neurotransmetteurs font la différence

Un neurotransmetteur est un messager chimique qui transporte et équilibre les signaux entre les cellules nerveuses (neurones) et d'autres cellules dans tout le corps. Les scientifiques ont, à ce jour, identifié plus de 100 de ces messagers chimiques. Les neurotransmetteurs ont un large éventail de fonctions physiques et psychologiques, notamment l'appétit, l'humeur, la concentration, le sommeil et la fréquence cardiaque (pour n'en nommer que quelques-unes). Des milliards de ces minuscules molécules travaillent sans arrêt pour maintenir le fonctionnement de notre cerveau et de notre corps.

Certains neurotransmetteurs provoquent la transmission d'un signal électrique dans la cellule (« excitateur ») tandis que d'autres peuvent bloquer le signal (inhibiteur). Ils peuvent être affectés par les médicaments, les maladies et les autres étant donné leur réseau hautement interconnecté. Lorsqu'elles sont affectées, elles peuvent 1) être réabsorbées trop rapidement 2) en produire trop peu 3) en produire trop 4) être désactivées

Alors que nous entendons souvent parler d'activités pour exercer et maintenir un cerveau sain (par exemple, apprendre des langues, jouer d'un instrument, s'adonner à des loisirs, méditer et socialiser), nous entendons moins parler du fonctionnement des neurotransmetteurs ou de la façon de les aider à influencer positivement les perspectives, la mémoire, appétit, mouvement, addictions, migraines, performances intellectuelles et bien plus encore.

Comment votre système nerveux utilise les neurotransmetteurs

Chaque jour, le système nerveux reçoit des millions de signaux des organes sensoriels : yeux, oreilles, peau, nez et langue. Ces signaux nous permettent de lire, d'écouter de la musique ou de goûter à la nourriture. Il contrôle également le mouvement de chaque fibre musculaire du corps (y compris le muscle cardiaque du cœur et le muscle lisse de tout votre tube digestif).

Le système nerveux réagit également à l'environnement chimique en constante évolution de votre corps, comme les fluctuations de l'humeur, l'acidité/l'alcalinité ou l'inflammation, pour n'en nommer que quelques-unes. Les neurones communiquent entre eux en transmettant des signaux d'une cellule à une autre à travers le synapse (un petit espace au bout de chaque neurone). Cette communication à travers la synapse est appelée neurotransmission où le neurotransmetteur se fixe à un « site récepteur » sur l'autre neurone où il excite ou inhibe selon le type de neurotransmetteur.

En examinant les neurotransmetteurs individuels, nous pouvons commencer à apprécier les actions minuscules et uniques de ces messagers chimiques. Vous trouverez ci-dessous un résumé des principaux neurotransmetteurs et du rôle qu'ils jouent dans l'activation des fonctions corporelles.

Chiffre un : Schéma d'un neurone typique (cellule nerveuse). Les neurotransmetteurs sont produits dans le corps cellulaire des neurones, avant d'être libérés à l'extérieur de la cellule, selon les besoins.
Crédit image : Neuroscience News. http://neurosciencenews.com/fluid-flow-neuron-growth-1402/neuron-diagram/

Acétylcholine

L'acétylcholine (ACh) a été le premier neurotransmetteur jamais découvert. De tous les neurotransmetteurs, l'ACh est probablement le plus important. Il est impliqué dans la transmission de l'influx nerveux dans les réponses sympathiques (stress) et parasympathiques (repos/digeste) dans chaque cellule et organe du corps.

Son nom vient simplement de sa structure chimique « acétyle » est une minuscule espèce chimique qui ne contient que peu de carbone et d'hydrogène (C 3 H 6 ), tandis que la choline ressemble plus à un lipide (graisse). Nous fabriquons notre propre Ach et n'avons pas besoin de l'obtenir à partir d'aliments ou de suppléments. Sans ACh, notre système nerveux cesserait de fonctionner. Des maladies comme la maladie d'Alzheimer montrent une réduction marquée des concentrations d'ACh dans des zones spécifiques du cerveau, tandis que la myasthénie grave est une maladie auto-immune affectant le rôle de l'ACh dans la contraction musculaire.

Histamine

Généralement peu apprécié comme neurotransmetteur, l'histamine est bien connue pour son rôle dans l'allergie et l'inflammation. Cependant, son rôle de neurotransmetteur est essentiel pour nous maintenir éveillés (d'où la raison pour laquelle les antihistaminiques nous rendent généralement somnolents). Il est synthétisé dans le corps via l'acide aminé, l'histidine. Encore une fois, l'histidine est facilement fournie par la plupart des aliments de notre alimentation.

Les praticiens fonctionnels recommandent des régimes pauvres en histamine dans le traitement des allergies et des intolérances alimentaires qui peuvent réduire avec succès l'urticaire, les éruptions cutanées, les éternuements et les douleurs intestinales. Les avantages supplémentaires d'un régime pauvre en histamine comprennent une réduction des migraines, de la somnolence et des sautes d'humeur.

Adrénaline et noradrénaline

L'adrénaline (épinéphrine) est à la fois un neurotransmetteur et une hormone. Il est synthétisé dans les glandes surrénales et certains neurones. C'est un neurotransmetteur excitateur, dont les faibles niveaux sont associés à la fatigue, à l'incapacité de se concentrer, à une capacité d'attention réduite, à des difficultés à dormir et à perdre du poids. Il est intéressant de noter qu'il s'agit souvent de symptômes décrits par des individus soumis à un stress élevé, avec épuisement des surrénales.

La noradrénaline (norépinéphrine) est liée à l'adrénaline, mais elle est beaucoup plus répandue dans tout le corps. Comme l'adrénaline, elle est excitatrice et augmente donc l'éveil, la vigilance et la vigilance. Il est élevé pendant le stress, entraînant la réponse «combat ou fuite» qui nous permet de nous concentrer et de récupérer des souvenirs. Il augmente également l'agitation et peut favoriser l'anxiété. Généralement, des niveaux élevés sont associés à un stress prolongé et au TDAH.

Sérotonine

La sérotonine est régulièrement désignée par son nom plus chimique, la 5-hydroxytryptamine (5-HT). La sérotonine est un autre de nos neurotransmetteurs dérivés d'un acide aminé dans ce cas, le tryptophane. Le tryptophane est un acide aminé essentiel que nous devons fournir à notre corps via notre alimentation.

90% de la sérotonine dans le corps humain se trouve dans le tractus gastro-intestinal (GI), ce qui rend ce neurotransmetteur extrêmement intéressant pour la science médicale. Non seulement la sérotonine régule la motilité du tractus gastro-intestinal, mais elle est également impliquée dans les fonctions du système nerveux central telles que le sommeil, l'appétit, l'humeur, l'apprentissage et la mémoire. Cliniquement, des anomalies de la fonction sérotoninergique ont été liées à un éventail de problèmes de santé allant de la suralimentation et de l'obésité à la dépression majeure, aux troubles obsessionnels compulsifs (TOC) et à l'anxiété. Les preuves scientifiques émergentes établissant un lien entre la santé intestinale et la santé mentale sont dues en partie à l'activité de la sérotonine dans ces deux organes anatomiquement distincts, mais biochimiquement liés.

Glycine

La glycine est un neurotransmetteur d'acides aminés, qui n'est pas essentiel dans l'alimentation. Il peut être synthétisé dans le foie humain, mais cela dépend d'un apport adéquat en vitamine B9 activée provenant de notre alimentation.

La glycine est simple dans sa structure moléculaire (c'est le plus petit acide aminé). Il fonctionne principalement dans la moelle épinière, ayant des effets inhibiteurs sur l'information qui coordonne le mouvement, la vision et l'audition. Il aide à réduire l'hyperexcitabilité du système nerveux, certaines études établissant un lien entre de faibles niveaux de glycine et l'hyperactivité, la schizophrénie, le trouble bipolaire et l'épilepsie. Il joue également un rôle dans la réduction de l'inflammation systémique, y compris dans l'intestin où il joue un rôle cicatrisant à l'aide de bouillon d'os et d'autres sources animales comme la viande et le collagène.

Glutamate

Le glutamate est le principal neurotransmetteur excitateur de notre système nerveux. Il est lié aux voies de nombreux autres neurotransmetteurs. Les récepteurs répondant au glutamate sont situés dans tout notre cerveau et notre moelle épinière.

Le glutamate provient de l'acide aminé, l'acide glutamique (c'est la paire de bases de cet acide). Les humains synthétisent du glutamate dans nos cellules nerveuses à partir d'une gamme de substances précurseurs, dont la glutamine. Comme le glutamate est excitateur dans son rôle, il est responsable de la cognition, de la mémoire et de l'apprentissage. Dans les maladies impliquant le glutamate, ce neurotransmetteur peut s'accumuler à l'extérieur des cellules nerveuses, les stimulant continuellement et entraînant une excitotoxicité. Cela peut éventuellement conduire à la destruction du tissu nerveux fonctionnel. Les exemples incluent la maladie d'Alzheimer et la cascade de destruction qui suit un accident vasculaire cérébral.

Acide gamma-aminobutyrique (GABA)

Le GABA est le partenaire neurotransmetteur inhibiteur du glutamate excitateur. Ces deux neurotransmetteurs travaillent ensemble pour équilibrer l'activité cérébrale. Bien qu'il puisse sembler négatif d'avoir des effets inhibiteurs sur le système nerveux, le GABA est vital pour la sédation qui précède le sommeil, et il est impératif pour la relaxation. Il prend également en charge la vision et le contrôle moteur.

Les humains synthétisent le GABA dans le cerveau à partir de son partenaire excitateur, le glutamate. Encore une fois, la vitamine B6 est nécessaire pour cette conversion biochimique. Des suppléments de GABA existent, principalement pour le traitement de l'hyperactivité et du manque de sommeil. Cependant, il n'y a aucune preuve que le GABA pris par voie orale traversera la barrière hémato-encéphalique pour atteindre les cellules nerveuses cibles du GABA dans le cerveau. De plus, le corps humain est très compétent dans la régulation du GABA, ce qui signifie que la supplémentation est probablement inefficace.