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Comment les électrons de l'électrode jouent-ils un rôle dans la stimulation du neurone ?


J'essaie de comprendre comment un neurone déclenche un potentiel d'action après avoir été stimulé via une électrode (stimulation extracellulaire). L'équation GHK donne le potentiel membranaire, qui est de -70 mV lorsque le neurone est au repos. Lorsque le potentiel membranaire augmente à -55 mV, il déclenche AP. Mais alors une électrode donne des électrons, qui n'apparaissent pas dans l'équation. Alors comment les électrons de l'électrode jouent-ils un rôle dans la stimulation du neurone ? De plus, existe-t-il un moyen de calculer combien d'électrons ou combien de courant seraient nécessaires pour stimuler un neurone ?


Combien de protons, de neutrons et d'électrons dans un atome ?

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    • Ph.D., Sciences biomédicales, Université du Tennessee à Knoxville
    • B.A., Physique et Mathématiques, Hastings College

    Les trois parties d'un atome sont les protons chargés positivement, les électrons chargés négativement et les neutrons neutres. Suivez ces étapes simples pour trouver le nombre de protons, de neutrons et d'électrons pour un atome de n'importe quel élément.

    Points clés à retenir : nombre de protons, de neutrons et d'électrons

    • Les atomes sont constitués de protons, de neutrons et d'électrons.
    • Les protons portent un changement électrique positif, tandis que les électrons sont chargés négativement et les neutrons sont neutres.
    • Un atome neutre a le même nombre de protons et d'électrons (les charges s'annulent).
    • Un ion a un nombre inégal de protons et d'électrons. Si la charge est positive, il y a plus de protons que d'électrons. Si la charge est négative, les électrons sont en excès.
    • Vous pouvez trouver le nombre de neutrons si vous connaissez l'isotope de l'atome. Soustrayez simplement le nombre de protons (le numéro atomique) du nombre de masse pour trouver les neutrons restants.

    Au milieu des années 1980, à l'Université de Californie à Berkeley, la biochimiste Judith Klinman était convaincue que l'explication traditionnelle de la catalyse enzymatique était incomplète. Les théories contemporaines soutenaient que les enzymes interagissent avec les substrats sur la base de la forme et de la mécanique classique, rassemblant physiquement les substrats sur leurs sites actifs et stabilisant les états de transition de la structure moléculaire pour accélérer les vitesses de réaction jusqu'à un trillion de fois ou plus. Mais Klinman avait obtenu des résultats étranges d'expériences in vitro avec une enzyme extraite de levure.

    En catalysant l'oxydation de l'alcool benzylique en benzaldéhyde, l'enzyme alcool déshydrogénase déplace un atome d'hydrogène d'une position à une autre. De manière inattendue, lorsque Klinman et ses collègues ont remplacé des atomes d'hydrogène spécifiques dans le substrat par les isotopes plus lourds deutérium et tritium, la réaction s'est considérablement ralentie. Bien que les explications classiques de la catalyse enzymatique aient permis des effets isotopiques modestes, elles ne pouvaient pas expliquer la forte baisse de taux observée par Klinman. "Ce que nous avons vu, ce sont des écarts par rapport aux théories existantes", dit-elle.

    Son équipe a continué à enquêter et, en 1989, a publié une explication s'appuyant sur des idées qui circulaient déjà parmi les chercheurs en enzymes : cette catalyse implique une astuce quantique appelée tunnellisation. 3 Le tunnel quantique, c'est comme lancer un ballon de football à travers une colline, explique Al-Khalili, où le ballon de football est un électron ou une autre particule, et la colline est une barrière énergétique empêchant une réaction de se produire. « Dans le monde classique, il faut le frapper assez fort pour le faire monter et descendre de l'autre côté », dit-il. « Dans le monde quantique, vous n'êtes pas obligé de le faire. Il peut monter à mi-hauteur, disparaître et réapparaître de l'autre côté.

    L'équipe de Klinman a avancé dans cet article et dans les articles suivants que, lors de la catalyse de l'oxydation de l'alcool benzylique et de nombreuses autres réactions, le transfert d'hydrogène a lieu avec l'aide du tunneling. Cela aide à expliquer pourquoi le deutérium et le tritium retardent souvent les réactions – les particules plus lourdes sont moins efficaces pour le tunneling et peuvent rendre le tunneling plus difficile pour d'autres particules de la même molécule. Les effets observés par le groupe de Klinman ont depuis été reproduits par d'autres laboratoires pour plusieurs enzymes et fournissent certaines des preuves les plus solides des effets quantiques dans les systèmes biologiques, dit Al-Khalili. (Voir infographie.)

    Mais s'il est maintenant généralement admis que le tunnel se produit dans la catalyse biologique, les chercheurs sont divisés sur son importance et s'il pourrait être soumis à la sélection naturelle. Le chimiste Richard Finke de la Colorado State University, par exemple, a montré que certaines réactions présentent des effets isotopiques à un degré similaire, qu'une enzyme soit présente ou non, suggérant qu'il est peu probable que les enzymes soient particulièrement adaptées pour renforcer les effets tunnel dans les réactions qu'elles catalysent. 4 On ne sait pas non plus dans quelle mesure l'effet tunnel accélère les réactions, certains chercheurs soutiennent que l'effet ne contribue généralement qu'à une petite impulsion aux processus régis principalement par la mécanique classique.


    5 fonctions importantes des cellules nerveuses (avec schéma)

    Certaines des fonctions les plus importantes des cellules nerveuses sont les suivantes :

    1. Conduction des impulsions nerveuses 2. Gradients ioniques à travers la membrane 3. Initiation du potentiel d'action 4. Conduction du potentiel d'action 5. Transmission synaptique.

    Les tissus du système nerveux contiennent une variété de cellules, mais l'une des plus différenciées et spécialisées est le neurone ou la fibre nerveuse elle-même. Les fonctions primaires et spécialisées de ces cellules sont la conduction et la transmission d'impulsions d'une partie d'un organisme à une autre. Dans certains cas, l'impulsion peut parcourir plusieurs mètres et un seul neurone peut couvrir toute la distance.

    À certains égards, les neurones sont similaires à la plupart des autres cellules (Fig. 24-21) et le corps cellulaire contient le spectre typique des organites. Ce sont les processus ou les extensions qui rendent les neurones facilement distinguables des autres cellules. Les processus qui reçoivent les impulsions transmises et les conduisent vers le corps cellulaire sont appelés dendrites et les processus qui conduisent les impulsions loin du corps cellulaire sont appelés axones.

    Les axones se terminent par une structure spéciale appelée plaque terminale, qui est responsable de l'initiation de la transmission de l'impulsion à la cellule suivante. Les jonctions entre des cellules nerveuses successives ou entre une cellule nerveuse et une cellule effectrice (telle qu'une glande ou une cellule musculaire) sont appelées synapses. À chaque synapse, les deux cellules sont séparées par un espace étroit appelé fente synaptique. Un nerf est formé d'un faisceau de plusieurs neurones.

    Les neurones se développent à partir du tube neural de l'embryon précoce et, chez de nombreux animaux, continuent leur développement jusqu'à un certain temps après la naissance. Le développement des motoneurones qui ont des axones allongés est mieux compris. Ces cellules sont dérivées du tissu de la face ventrale du tube neural. Dans une action rappelant le mouvement amiboïde, le cytoplasme de ces cellules s'écoule vers l'extérieur à la manière d'un brin avec une activité de type amiboïde progressive et continue à l'extrémité du brin.

    Le brin long et mince devient l'axone du neurone et peut donner naissance à plusieurs branches plus petites. Au moment où la croissance est terminée, l'axone peut contenir des milliers de fois plus de matériel cytoplasmique que le corps cellulaire et peut s'étendre sur des milliers de diamètres de corps cellulaire. La croissance d'un axone est maintenue par le flux continu de cytoplasme provenant du corps des cellules nerveuses. Même après la fin de la croissance, le flux axoplasmique continue et sert à transporter les substances produites dans le corps cellulaire vers les terminaisons axonales.

    Les cellules nerveuses matures présentent également une deuxième forme de transport intracellulaire appelée transport axonal. Le transport axonal est plus rapide que le flux axoplasmique et transporte les matériaux dans les deux sens le long du processus des cellules nerveuses. En effet, c'est le mouvement rétrograde par lequel les virus de l'herpès et de la rage se frayent un chemin jusqu'aux corps cellulaires des cellules nerveuses.

    Le transport axonal transporte des éléments membraneux et de petites vésicules remplies de neurotransmetteurs ou de leurs précurseurs vers les terminaisons nerveuses. Une grande partie du matériau membraneux est incorporée dans la membrane plasmique ou l'axolemme en cours de route, mais le reste atteint la terminaison nerveuse. L'axoplasme des cellules nerveuses contient un grand nombre de filaments d'actine et de mysosine ainsi que des microtubules (Fig. 24-21). On pense que ceux-ci jouent un rôle à la fois dans le flux axoplasmique et le transport axonal.

    1. Conduction des impulsions nerveuses:

    Les neurones conduisent des signaux ou des impulsions d'une partie du corps à une autre. Dans des circonstances normales, chaque impulsion commence au niveau des dendrites (parfois au niveau du corps cellulaire) et se propage à travers la cellule jusqu'aux terminaisons axonales. Expérimentalement, une impulsion peut être initiée n'importe où sur la surface cellulaire et peut être déclenchée en appliquant une variété de stimuli, notamment un choc électrique, une pression (pincement), la chaleur, le froid et les changements de pH.

    L'impulsion résulte de changements physico-chimiques transitoires se produisant dans la membrane plasmique de la cellule, et une fois initiée, elle se propage le long de la membrane sans dépendre d'un stimulus continu. La vitesse à laquelle l'impulsion se déplace le long de la fibre ne dépend pas de la force du stimulus, c'est-à-dire qu'elle ne se déplace pas plus rapidement si elle est initiée par un stimulus plus fort.

    La vitesse de déplacement d'une impulsion varie selon le type de neurone, mais est de l'ordre de 2 à 100 ml sec, une vitesse bien trop lente pour comparer l'impulsion au mouvement d'un électron à travers un fil pendant le flux électrique. Lorsque l'impulsion passe le long de la membrane plasmique, deux changements majeurs se produisent. L'un est un changement de potentiel électrique à travers la membrane et le second est un changement de perméabilité membranaire.

    Potentiels de repos et potentiels d'action :

    Le cytoplasme ou l'axoplasme dans l'axone et le liquide extracellulaire contiennent un certain nombre d'ions et sont de bons conducteurs électriques. D'autre part, l'axolemme agit comme un isolant, bien que faible. Lorsqu'un membre d'une paire de microélectrodes connectées à un voltmètre est inséré dans l'axoplasme et que l'autre électrode est placée dans le liquide extracellulaire, un potentiel électrique à travers la membrane est mesuré (Fig. 24-22).

    Lorsque la cellule ne conduit pas d'impulsion, le potentiel est appelé potentiel de repos et maintient une valeur constante. Pour la plupart des cellules nerveuses, le potentiel de repos est de 50 à 90 mV, la surface interne (axoplasmique) de la membrane étant négative par rapport à l'extérieur. Lorsqu'un neurone est stimulé et que l'impulsion passe dans la région des électrodes, un bref changement de potentiel est enregistré. Ce changement transitoire de potentiel est appelé potentiel d'action. En plaçant des électrodes à plusieurs endroits le long de l'axone, il est possible de suivre le potentiel d'action tout au long du processus.

    Lorsque le potentiel d'action passe par chaque électrode d'enregistrement (Fig. 24-23), la tension interne passe rapidement de – 90 mV à 0 mV à + 20 ou + 30 mV. En 0,5 à 1,0 ms, la membrane récupère et le potentiel de repos de – 90 mV est rétabli. L'impulsion balayant l'axone représente un changement transitoire net de potentiel de 110-120 mV.

    2. Gradients ioniques à travers la membrane:

    Le potentiel de repos de la membrane des cellules nerveuses provient d'une répartition inégale des ions entre l'axoplasme et le liquide extracellulaire. Le fluide baignant la surface de la membrane contient du Na + , du Cl – et du HCO3 – à des concentrations plus élevées que l'axoplasme, alors que l'axoplasme contient des concentrations plus élevées de K + et d'anions organiques que le liquide extracellulaire. En plus des différences de concentration à travers la membrane pour les espèces ioniques individuelles, il existe également une concentration relativement plus élevée d'ions négatifs à l'intérieur de la cellule qu'à l'extérieur. De ce fait, la surface extérieure de l'axolemme est positive par rapport à la surface intérieure.

    La membrane des cellules nerveuses est perméable aux ions sodium et potassium et ces ions diffusent en continu du côté de la membrane où ils sont à concentration plus élevée vers le côté où ils sont à concentration plus faible. Pour maintenir les différences de concentration de ces deux cations, l'énergie métabolique est utilisée pour pomper le Na + diffusant vers l'intérieur hors de la cellule et diffusant vers l'extérieur le K + dans la cellule.

    Le mécanisme proposé pour expliquer une telle pompe à sodium/potassium est illustré à la figure 15-40 et implique des changements cycliques dans la structure tertiaire d'un transporteur enzymatique situé dans l'axolemme. Les ions sodium ainsi que l'ATP sont liés à un site enzymatique exposé à la surface interne de la membrane et K + est lié à la surface externe. La liaison provoque un changement de conformation dans le support qui déplace les ions à travers la membrane. L'ATP est hydrolysé et les ions sont libérés.

    3. Initiation du potentiel d'action:

    Une grande partie de ce que nous savons aujourd'hui sur la base moléculaire de la conduction des impulsions par les cellules nerveuses est basée sur les études pionnières de A. Hodgkin, A. Huxley et J. Eccles, qui ont reçu le prix Nobel en 1963 pour leurs travaux. Selon le modèle actuellement accepté, l'application d'un stimulus au neurone est suivie de la diffusion rapide de Na + à travers l'axolemme de l'extérieur vers l'axoplasme. La diffusion vers l'intérieur inhabituellement rapide du Na + est apparemment due à une augmentation transitoire de la taille des pores ou des "portes" de la membrane plasmique perméable au Na + . La ruée vers l'intérieur de Na + inverse le potentiel électrique à travers la membrane.

    Ceci est suivi presque immédiatement par une ouverture des portes de potassium de la membrane et un efflux rapide de K + le dernier flux d'ions restaure le premier potentiel. Seul un faible pourcentage du Na + et du K + initialement présents à l'extérieur et à l'intérieur de la cellule a besoin de traverser la membrane pour provoquer l'inversion de polarisation suivie de la repolarisation.

    En effet, la fibre nerveuse peut conduire une impulsion plusieurs fois de suite sans diminuer sensiblement les gradients de concentration à travers la membrane. Entre les conductions successives, les portes Na + /K + se ferment et la pompe Na + /K + restaure les concentrations ioniques d'origine. On estime que la distribution normale de Na + et K + à travers la membrane peut être restaurée en moins de 5 x 10 -3 s.

    Si le stimulus appliqué atteint le niveau seuil du neurone, un potentiel d'action est initié. Tout stimulus au-dessus du niveau seuil initie également un potentiel d'action, mais si l'intensité du stimulus est inférieure au seuil (c'est-à-dire sous le seuil), la membrane récupère de sa dépolarisation transitoire sans initier le potentiel d'action.

    4. Conduite du potentiel d'action:

    Une fois que la polarité en un point donné de la membrane des cellules nerveuses a été inversée, le courant circule entre celui-ci et les régions adjacentes de la membrane. Le flux de courant vers la région voisine sert à y ouvrir les portes Na +, inversant la polarité dans cette région. Le cycle se répète à mesure que le potentiel d'action se déplace de plus en plus le long de la membrane des cellules nerveuses.

    La vitesse à laquelle l'influx se propage le long de la fibre nerveuse dépend directement du diamètre de l'axone (fig. 24-24). Un axone de grand diamètre offre moins de résistance électrique qu'un axone plus petit et se dépolarise donc plus facilement et conduit plus rapidement. La vitesse de conduction rapide observée dans les axones de calmar (25 m/sec) est due au grand diamètre des axones (1 mm ou plus !).

    Le taux de conduction des impulsions dans les fibres nerveuses des mammifères dépasse celui du calmar, mais l'augmentation de la vitesse est obtenue par un changement de capacité et non par une augmentation du diamètre des axones. La capacité est modifiée par la présence de myéline (un bon isolant) dans les cellules appelées cellules de Schwann, qui s'enroulent autour de l'axone en formant une gaine (Fig. 24-25).

    La surface externe de la membrane axonale n'est exposée au liquide extracellulaire qu'au niveau des nœuds de Ranvier (Figs. 24-21 et 24-24), qui sont distants d'environ 2 mm. En effet, l'impulsion saute de nœud en nœud, un phénomène appelé conduction saltatoire, et se déplace considérablement plus rapidement.

    5. Transmission synaptique:

    La transmission d'une impulsion d'un neurone à un autre ou à une cellule effectrice peut être médiée électriquement ou chimiquement. La transmission électrique se produit lorsque les terminaisons axonales du neurone forment des jonctions lacunaires avec la cellule suivante (c'est-à-dire que les membranes plasmiques des deux cellules sont reliées par des connexons).

    Dans une telle disposition, le potentiel d'action passe directement et sans délai d'une cellule à la suivante. La transmission chimique est plus courante, ce qui implique une communication entre des cellules séparées par un espace étroit rempli de liquide. Lorsqu'une impulsion ou un potentiel d'action atteint les terminaisons axonales d'un neurone, des neurotransmetteurs sont libérés dans cet espace (la fente synaptique) et diffusent à travers la fente vers la cellule suivante (p. cellule glandulaire).

    Les terminaisons axonales, la fente synaptique et la région spécialisée de la cellule répondant au neurotransmetteur constituent une synapse. Le neurotransmetteur le plus courant est l'acétylcholine, d'autres incluent la norépinéphrine, la dopamine et la sérotonine. Les neurotransmetteurs sont spécifiques aux synapses, c'est-à-dire qu'ils sont libérés au niveau de certaines synapses mais pas à d'autres. De plus, certains neurotransmetteurs agissent pour stimuler la cellule postsynaptique et d'autres sont inhibiteurs (certains peuvent même être stimulants lorsqu'ils sont libérés à une synapse et inhibiteurs à une autre).

    Les mieux comprises sont les synapses au niveau desquelles l'acétylcholine est le neurotransmetteur. Jusqu'à tout récemment, on pensait que l'acétylcholine était libérée dans la fente synaptique à partir de vésicules axoplasmiques riches en acétylcholine (appelées vésicules synaptiques) qui peuplent les terminaisons axonales des neurones. On pensait que ces vésicules fusionnaient avec l'axolemme, déchargeant ainsi leur contenu.

    Cependant, cela semble maintenant ne pas être le cas et les vésicules synaptiques jouent un rôle différent (voir ci-dessous).L'acétylcholine est plutôt libérée de l'axoplasme de la cellule présynaptique par de petits canaux formés dans la membrane en réponse à l'arrivée du potentiel d'action et à l'entrée d'ions calcium dans l'axoplasme à partir de la fente synaptique (Fig. 24-26). L'acétylcholine libérée diffuse à travers la fente synaptique et se fixe momentanément aux récepteurs de l'acétylcholine dans la membrane de la cellule postsynaptique, provoquant une réponse de cette cellule (par exemple, la conduction d'un autre potentiel d'action dans les jonctions nerf-nerf).

    Toute l'acétylcholine libérée dans la fente synaptique par la cellule présynaptique est décomposée en choline et en acétate par l'enzyme acétylcholinestérase trouvée à la surface de la cellule postsynaptique et libérée dans la fente. La nouvelle acétylcholine est synthétisée dans la cellule présynaptique par le transfert d'acétate de l'acétyl-CoA à la choline par l'enzyme cytoplasmique choline acétyltransférase (Fig. 24-27). L'acétate et la choline produits dans la fente synaptique par la dégradation de l'acétylcholine peuvent être retransférés dans le cytoplasme de la cellule présynaptique et recyclés (Fig. 24-27).

    Quel est alors le rôle des vésicules synaptiques riches en acétylcholine ? Au cours de la stimulation prolongée d'un nerf, l'acétylcholine axoplasmique en diminution rapide est remplacée par la libération du neurotransmetteur nécessaire dans le cytoplasme à partir des vésicules synaptiques.


    Méthodes

    Déclaration d'éthique

    Toutes les procédures animales ont été approuvées par notre comité institutionnel de soin et d'utilisation des animaux conformément aux directives de l'AAALACI.

    Matériaux

    Sauf indication contraire, tous les réactifs et tests cellulaires ont été achetés auprès d'Invitrogen. Tous les autres matériaux et produits chimiques sont de qualité réactif. Les cellules B65 ont été obtenues auprès de l'ECACC. L'anticorps polyclonal de lapin anti-hDNSP-11 a été produit par Alpha Diagnostic (San Antonio, Texas).

    DNSP-11 et DNSP-11 biotinylé

    DNSP-11 (séquence : PPEAPAEDRSL-amide) et DNSP-11 biotinylé (séquence bDNSP-11 : biotine-PPEAPAEDRSL-amide) ont été synthétisés et purifiés par RP-HPLC à 㺘% par AC Scientific (Duluth, GA) et le MW Laboratoire de ressources en biotechnologie de la Fondation Keck à l'Université de Yale. Les peptides ont été caractérisés pour la pureté et la séquence correcte par MALDI-TOF LC-MS et dégradation d'Edman. DNSP-11 a été déterminé comme étant stable, in vitro, à une variété de concentrations et de températures expérimentalement pertinentes, y compris 37ଌ dans un tampon citrate stérile pH 5 pendant 31 jours.

    Préparation des tissus pour la coloration DNSP-11 dans la substance noire au jour postnatal 10 (PN10)

    Le tissu a été préparé à partir de chiots Sprague Dawley (SD). Les cerveaux ont été rincés dans une solution saline tamponnée au phosphate de Dulbecco (DPBS, Gibco) et immergés dans du paraformaldéhyde 4&# à pH 7,4 pendant 48 heures. Après immersion dans du saccharose 30 x 00025, les cerveaux ont été sectionnés par voie coronale (40 µm) et stockés dans une solution cryoprotectrice à 𶁖ଌ jusqu'à ce qu'ils soient traités pour l'immunohistochimie.

    Traitement DNSP-11 des cellules mésencéphaliques

    Des rats SD gravides chronométrées (Harlan) ont été utilisés pour obtenir le mésencéphale ventral à partir de fœtus E14. Le tissu disséqué a été collecté dans du milieu froid Neurobasal® et rincé deux fois avec du PBS froid. Les cellules ont été chimiquement (TrypLE®) et dissociées mécaniquement pour donner une suspension cellulaire unique. La solution a été centrifugée à 169 g pendant 6 minutes et le culot a été remis en suspension dans du milieu Eagle modifié de Dulbecco (DMEM). Les cellules ont été étalées dans un micro-îlot de 25 µL à une densité de 4000 cellules/µL sur des plaques à 24 puits revêtues de poly-D-lysine (Sigma). Après l'adhésion, les cellules ont été complétées par un milieu chaud Neurobasal® contenant 2 mM de glutamine et 100 unités de pénicilline/streptomycine. Des composés neurotrophiques ont été ajoutés à chaque ajout de milieu, y compris le placage initial et DIV 2. Des peptides (0,03 ng à 10 ng/mL) ont été ajoutés à une plaque de 24 puits après la supplémentation du milieu.

    Cultures cellulaires MN9D et B65

    Les cellules MN9D [16] et B65 [17] ont été cultivées dans du DMEM additionné de 10 sérum bovin fœtal (FBS, Hyclone), 50 U/mL de pénicilline et de streptomycine. Pour les expériences, les cellules ont été étalées sur de la poly-D-lysine à 24 puits dans du DMEM avec 1 (v/v) de pénicilline-streptomycine. Les cellules ont été cultivées à 37ଌ dans 5% CO2.

    Test d'activité de la caspase-3 dans les cellules MN9D

    Les cellules MN9D ont été étalées à 100 000 cellules/puits. Les cultures cellulaires ont été exposées au DNSP-11 (1 ng/mL) ou à un tampon pendant 1 heure avant une exposition de 15 min 100 µM 6-OHDA. L'activité de la caspase-3 a été surveillée après 3 heures par fluorescence (λexem 496/520 nm) en utilisant le kit Enz Chek Caspase-3. Les niveaux de protéines des cellules lysées ont été mesurés par dosage BCA (BioRad) et normalisés pour chaque expérience. Les données sont exprimées en tant que contrôle % et ont été répétées au moins 3 fois.

    Test d'étiquetage terminal dUTP Nick-End (TUNEL) dans les cellules MN9D

    Après traitement avec DNSP-11, les cellules MN9D ont été fixées et marquées pour évaluer les changements nucléaires dégénératifs comme indiqué par l'étendue des cassures des brins d'ADN de poids moléculaire élevé. La fragmentation de l'ADN a été détectée en utilisant un conjugué streptavidine-peroxyde de raifort suivi du substrat diaminobenzidine (DAB) générant un précipité coloré. Les rapports entre les cellules apoptotiques et totales ont été déterminés (4 champs aléatoires/puits 4 puits/groupe). Les expériences ont été répétées 3 fois.

    LIVE/DEAD® Calcéine AM/Ethidium homodimer (EthD-1) Dosage

    Les cellules B65 ont été cultivées dans des plaques 96 puits pendant 24 h puis incubées avec 2 µM calcéine AM et 4 µM EthD-1 dans du PBS, à TA pendant 60 min (LIVE/DEAD® Viability/Cytotoxicity Assay Kit) . L'hydrolyse de la calcéine AM dans le cytoplasme des cellules vivantes a été surveillée par fluorescence (λexem 485 nm/530 nm). La liaison d'EthD-1 aux acides nucléiques dans les cellules endommagées a été surveillée par fluorescence (λexem 530 nm/645 nm). Les lectures de fluorescence de fond (témoin acellulaire) ont été soustraites de toutes les valeurs avant le calcul des résultats. Les données ont été normalisées par rapport à la fluorescence dans les cellules traitées avec le véhicule et exprimées en pourcentage du contrôle ±S.E.M. de trois à quatre expériences indépendantes.

    Immunomarquage du cytochrome C

    Les cellules B65 ont été étalées sur des lamelles couvre-objet dans une plaque à 24 puits. Les cellules ont été incubées pendant 30 min avec Mitotracker™ Red 0,1 µg/ml pour colorer les mitochondries avec une fluorescence rouge. Après 30 min, le milieu a été remplacé par du milieu DMEM (pas de FBS) et traité avec de la staurosporine (1 &# 000b5M), DNSP-11 (10 ng/ml) et GDNF (1 ng/ml) pendant 6 h. Chaque expérience a été réalisée dans des puits en triple. Les cellules ont été fixées dans du paraformaldéhyde 4&#, perméabilisées avec 0,1&# triton-x100 et immunocolorées avec des antisérums monoclonaux contre le cytochrome C à une dilution de 1�. L'IgG anti-souris de chèvre conjugué Alexa-488 (1�) a été utilisé comme antisérum secondaire. Les lamelles ont été montées sur des lames avec un support de montage contenant du DAPI (VECTOR) pour colorer les noyaux avec une fluorescence bleue.

    Immunomarquage double fluorescent du DNSP-11

    Les sections flottantes ont été prétraitées avec 0,2 & x00025 H2O2 dans une solution saline tamponnée au phosphate de potassium (KPBS) pendant 10 minutes et bloquée avec du sérum de chèvre normal 4% dans du KPBS pendant 1 heure. Ensuite, les coupes ont été incubées pendant la nuit avec à la fois un anticorps polyclonal de lapin anti-hDNSP-11 (1'x022362000, Alpha Diagnostic) et un anticorps anti-TH de souris (1'x022361000, Chemicon) dans du KPBS à 4°C. Après lavage avec du KPBS, les coupes ont été incubées avec des IgG de chèvre anti-lapin conjuguées Alexa-488 (1�, Molecular Probes) et des IgG de chèvre anti-souris conjuguées Alexa-568 (1�, Molecular Probes) pendant 3 heures. Les coupes ont été lavées abondamment et visualisées avec un microscope à fluorescence Nikon.

    Animaux et procédures chirurgicales pour les rats normaux et les rats atteints de 6-OHDA

    Des rats Fischer 344 ont été utilisés pour toutes les expériences et maintenus sous un cycle lumière/obscurité de 12 heures avec de la nourriture et de l'eau fournis ad libitum. Toutes les procédures animales ont été approuvées par notre comité institutionnel de soin et d'utilisation des animaux conformément aux directives de l'AAALACI.

    Livraison par perfusion de DNSP-11 ou véhicule

    Des rats Fischer 344 anesthésiés à l'isoflurane (1,5𠄲,5%) ont reçu 5 µl de 6 µg/µL de solution DNSP-11 ou de solution de véhicule tampon citrate en aveugle. Le traitement a été administré aux corps cellulaires nigériens en utilisant les mêmes coordonnées stéréotaxiques et le même protocole d'administration de la solution que dans les études sur le GDNF [16].

    Microdialyse inversée

    La microdialyse in vivo inverse a été réalisée en utilisant des méthodes et des coordonnées cérébrales précédemment publiées [18]. Des sondes de microdialyse CMA 11 avec une longueur de membrane de 4,0 mm et un seuil de poids moléculaire de 6 kDa ont été placées dans le striatum du rat.

    Lésions unilatérales 6-OHDA

    La solution de 6-OHDA a été délivrée à deux sites d'injection le long du faisceau médial du cerveau antérieur (MFB) en utilisant un protocole précédemment publié [19]. Cinq semaines après la procédure unilatérale de lésion 6-OHDA MFB, les animaux ont été regroupés en fonction du comportement de rotation induit par l'apomorphine (0,05 mg/kg, s.c.) : des animaux avec des rotations de 𾌀 par 60 minutes ont été sélectionnés. Les animaux lésés ont reçu 5 µL d'une solution de 20 µg/µL DNSP-11 ou d'une solution de véhicule tampon citrate d'une manière similaire à l'administration par perfusion chez les animaux normaux.

    Contenu neurochimique du tissu

    Les animaux lésés ont été euthanasiés 5 semaines après la perfusion de DNSP-11 ou de véhicule. Les cerveaux ont été découpés en tranches de 1 mm d'épaisseur. Des punchs tissulaires ont été prélevés dans le striatum et la substantia nigra et ils ont été pesés, surgelés et stockés à -70°C jusqu'à ce qu'ils soient dosés par chromatographie liquide haute performance avec détection électrochimique [20].

    Test de comportement rotationnel induit par l'apomorphine

    La gravité de la lésion a été évaluée avant le traitement par DNSP-11 en utilisant un comportement de rotation induit par l'apomorphine (0,05 mg/kg, s.c.). À partir d'une semaine après le traitement par DNSP-11, le comportement rotationnel induit par l'apomorphine a été surveillé chaque semaine pendant quatre semaines [7], [21].

    Essai DNSP-11 Pull-down avec l'homogénat de substance nigra de rat

    La substance noire du rat Fischer 344 a été homogénéisée dans un tampon d'homogénéisation (modifié à partir de [22] avec 20 mM HEPES, pH 7,4) et la fraction cytosolique (surnageant) a été collectée après 30 minutes à 100 000 g. 50 µg de bDNSP-11 ont été incubés avec une fraction pendant 15 minutes sur de la glace. L'échantillon a été ajouté à des billes magnétiques de streptavidine (New England Biolabs), sédimenté et lavé quatre fois dans un tampon d'homogénéisation. Les protéines liées ont été éluées par une solution de solubilisation/réhydratation (7 M d'urée, 2 M de thiourée, 50 mM de DTT, 4% CHAPS, 1% NP-40, 0,2% Carrier ampholytes, 0,0002% bleu de bromophénol), et analysé par 2D-PAGE (BioRad) et identifié plus tard par MALDI-TOF MS/MS. Les données MS ont été comparées à la base de données Uniprot [23] en utilisant l'algorithme Paragon™ [24] dans ProteinPilot Version 2.0 (Applied Bioscience).


    Des chercheurs stimulent des zones vitales pour la conscience dans le cerveau des singes – et cela les réveille

    L'une des questions centrales des neurosciences est de clarifier où dans le cerveau la conscience, qui est la capacité d'expérimenter des sensations internes et externes, apparaît. Le 12 février dans le journal Neurone, les chercheurs rapportent qu'une zone spécifique du cerveau, le thalamus latéral central, semble jouer un rôle clé. Chez les singes sous anesthésie, la stimulation de cette zone était suffisante pour réveiller les animaux et susciter des comportements de veille normaux.

    Des études antérieures, y compris des études EEG et IRMf chez l'homme, avaient suggéré que certaines zones du cerveau, y compris le cortex pariétal et le thalamus, semblent être impliquées dans la conscience. "Nous avons décidé d'aller au-delà de l'approche classique consistant à enregistrer une zone à la fois", explique l'auteur principal Yuri Saalmann, professeur adjoint à l'Université du Wisconsin, Madison. "Nous avons enregistré à partir de plusieurs zones en même temps pour voir comment l'ensemble du réseau se comporte."

    Les enquêteurs ont utilisé des macaques comme modèle animal. En étudiant des animaux éveillés, endormis et anesthésiés, ils ont pu réduire la région du cerveau impliquée dans la conscience à une zone beaucoup plus spécifique que d'autres études ne l'ont fait. Ils ont également pu exclure certains domaines qui avaient été proposés dans des études neurocorrélatives précédentes de la conscience. Ils se sont finalement concentrés sur le thalamus latéral central, qui se trouve profondément dans le cerveau antérieur.

    Une fois que les chercheurs ont localisé cette zone, ils ont testé ce qui se passait lorsque le thalamus latéral central était activé pendant que les animaux étaient sous anesthésie, stimulant la région avec une fréquence de 50 Hz. "Nous avons découvert que lorsque nous stimulions cette toute petite zone cérébrale, nous pouvions réveiller les animaux et rétablir toute l'activité neuronale que vous verriez normalement dans le cortex pendant l'éveil", explique Saalmann. "Ils ont agi comme ils le feraient s'ils étaient éveillés. Lorsque nous avons coupé la stimulation, les animaux sont redevenus inconscients."

    Un test d'éveil était leurs réponses neuronales à une stimulation auditive bizarre - une série de bips entrecoupés d'autres sons aléatoires. Les animaux ont répondu de la même manière que les animaux éveillés répondraient.

    "Nos électrodes ont une conception très différente", explique Saalmann. "Ils sont beaucoup plus adaptés à la forme de la structure du cerveau que nous voulons stimuler. Ils imitent également plus étroitement l'activité électrique observée dans un système sain et normal."

    "La motivation primordiale de cette recherche est d'aider les personnes atteintes de troubles de la conscience à vivre une vie meilleure", déclare la première auteure Michelle Redinbaugh, étudiante diplômée au Département de psychologie de l'Université du Wisconsin, Madison. "Nous devons commencer par comprendre le mécanisme minimum qui est nécessaire ou suffisant pour la conscience, afin que la bonne partie du cerveau puisse être ciblée cliniquement."

    « Il y a de nombreuses implications passionnantes pour ce travail », dit-elle. "Il est possible que nous puissions utiliser ce type d'électrodes de stimulation cérébrale profonde pour sortir les gens du coma. Nos résultats peuvent également être utiles pour développer de nouvelles façons de surveiller les patients sous anesthésie clinique, pour s'assurer qu'ils sont inconscients en toute sécurité. "

    Cette étude a été financée par les National Institutes of Health, une fondation scientifique binationale États-Unis-Israël et une subvention pilote du Wisconsin National Primate Research Center.


    Cellules neurogliales

    Les cellules neurogliales sont les cellules de soutien présentes dans le cerveau. Elles sont dix fois plus abondantes que les cellules neuronales du cerveau humain. Les cellules gliales fournissent un soutien et une nutrition aux cellules neuronales. Ils jouent également un rôle dans la survie ou la protection des neurones présents dans le cerveau. Ils peuvent être considérés comme un substitut du tissu conjonctif dans le cerveau.

    Les types

    Différents types de cellules gliales sont présents dans le cerveau. Les cellules gliales les plus importantes sont mentionnées ci-dessous.

    • Oligodendrocytes : Ils forment la gaine de myéline autour des axones présents dans le cerveau. Un oligodendrocytes peut former une gaine de myéline autour des axones de plus de 10 neurones différents.
    • Astrocytes : Ce sont les cellules gliales les plus abondantes. les astrocytes sont les cellules en forme d'étoile ayant des processus minces. Ils fournissent un soutien structurel et métabolique aux neurones. Ils sont également un composant de la barrière hémato-encéphalique.
    • Cellules épendymaires : Ces cellules tapissent les ventricules du cerveau et le canal central de la moelle épinière. Ils jouent un rôle dans la synthèse et le mouvement du liquide céphalo-rachidien (LCR).
    • Cellules microgliales : Ces cellules protègent les neurones de l'attaque des agents pathogènes. Ces cellules gliales ont des activités de défense et liées au système immunitaire. Leur fonction est similaire aux macrophages présents dans d'autres parties du corps.

    Comment fonctionnent les nerfs

    Considère ceci. Vous touchez un objet chaud et le laissez tomber immédiatement ou retirez votre main de la source de chaleur. Tu fais ça si vite que tu n'y penses même pas. Comment cela peut-il arriver? Ton système nerveux tout coordonné. Il a détecté l'objet chaud et a signalé à vos muscles de le laisser partir. Votre système nerveux, qui se compose de votre cerveau, de votre moelle épinière, de vos nerfs périphériques et de vos nerfs autonomes, coordonne tous les mouvements, pensées et sensations que vous ressentez. Dans cet article, nous examinerons la structure et les fonctions de votre système nerveux, comment les cellules nerveuses communiquent entre elles et avec divers tissus et ce qui peut mal se passer lorsque les nerfs sont endommagés ou malades.

    • Détecte votre environnement extérieur et intérieur
    • Communique des informations entre votre cerveau et votre moelle épinière et d'autres tissus
    • Coordonne les mouvements volontaires
    • Coordonne et régule les fonctions involontaires comme la respiration, la fréquence cardiaque, la pression artérielle et la température corporelle.

    Le cerveau est le centre du système nerveux, comme le microprocesseur d'un ordinateur. La moelle épinière et les nerfs sont les connexions, comme les portes et les fils de l'ordinateur. Les nerfs transportent des signaux électrochimiques vers et depuis différentes zones du système nerveux ainsi qu'entre le système nerveux et d'autres tissus et organes. Les nerfs sont divisés en quatre classes :

    1. Nerfs crâniens connectez vos organes des sens (yeux, oreilles, nez, bouche) à votre cerveau
    2. Nerfs centraux connecter des zones dans le cerveau et la moelle épinière
    3. Nerfs périphériques connecter la moelle épinière avec vos membres
    4. Nerfs autonomes connecter le cerveau et la moelle épinière avec vos organes (cœur, estomac, intestins, vaisseaux sanguins, etc.)

    Les système nerveux central comprend le cerveau et la moelle épinière, y compris les nerfs crâniens et centraux. Les système nerveux périphérique se compose des nerfs périphériques, et le système nerveux autonome est constitué de nerfs autonomes. Les réflexes rapides, comme retirer rapidement votre main d'une source de chaleur, impliquent les nerfs périphériques et la moelle épinière. Les processus de pensée et la régulation autonome de vos organes impliquent diverses parties du cerveau et sont transmis aux muscles et aux organes par la moelle épinière et les nerfs périphériques/autonomes.

    La moelle épinière et les neurones

    La moelle épinière s'étend à travers des ouvertures creuses dans chaque vertèbre de votre dos. Il contient divers corps de cellules nerveuses (matière grise) et processus nerveux ou axones (matière blanche) qui vont vers et depuis le cerveau et vers l'extérieur vers le corps. Les nerfs périphériques entrent et sortent par des ouvertures dans chaque vertèbre.Dans la vertèbre, chaque nerf se sépare en racines dorsales (processus des cellules nerveuses sensorielles et corps cellulaires) et racines ventrales (processus des cellules nerveuses motrices). Les corps des cellules nerveuses autonomes se trouvent le long d'une chaîne parallèle à la moelle épinière et à l'intérieur des vertèbres, tandis que leurs axones sortent dans les gaines des nerfs rachidiens.

    Cellules nerveuses

    Le cerveau, la moelle épinière et les nerfs sont constitués de plus de 100 milliards de cellules nerveuses, appelées neurones. Les neurones rassemblent et transmettent des signaux électrochimiques. Ils ont les mêmes caractéristiques et parties que les autres cellules, mais l'aspect électrochimique leur permet de transmettre des signaux sur de longues distances (jusqu'à plusieurs pieds ou quelques mètres) et de se transmettre des messages.

    Les neurones ont trois parties de base :

    • Corps cellulaire: Cette partie principale contient tous les composants nécessaires de la cellule, tels que le noyau (qui contient de l'ADN), le réticulum endoplasmique et les ribosomes (pour construire les protéines) et les mitochondries (pour produire de l'énergie). Si le corps cellulaire meurt, le neurone meurt. Les corps cellulaires sont regroupés en grappes appelées ganglions, qui sont situés dans diverses parties du cerveau et de la moelle épinière.
    • Axones : Ces projections longues et minces en forme de câble de la cellule portent des messages électrochimiques (impulsions nerveuses ou Potentiels d'action) sur toute la longueur de la cellule. Selon le type de neurone, les axones peuvent être recouverts d'une fine couche de myéline, comme un fil électrique isolé. La myéline est constituée de graisse et aide à accélérer la transmission de l'influx nerveux dans un long axone. Les neurones myélinisés se trouvent généralement dans les nerfs périphériques (neurones sensoriels et moteurs), tandis que les neurones non myélinisés se trouvent dans le cerveau et la moelle épinière.
    • dendrites ou terminaisons nerveuses : Ces petites projections en forme de branche de la cellule établissent des connexions avec d'autres cellules et permettent au neurone de parler avec d'autres cellules ou de percevoir l'environnement. Les dendrites peuvent être situées à une ou aux deux extrémités de la cellule.

    Les neurones existent en plusieurs tailles. Par exemple, un seul neurone sensoriel du bout de votre doigt a un axone qui s'étend sur toute la longueur de votre bras, tandis que les neurones dans le cerveau peuvent s'étendre sur quelques millimètres seulement. Les neurones ont des formes différentes selon ce qu'ils font. Motoneurones qui contrôlent les contractions musculaires ont un corps cellulaire à une extrémité, un long axone au milieu et des dendrites à l'autre extrémité les neurones sensoriels ont des dendrites aux deux extrémités, reliées par un long axone avec un corps cellulaire au milieu.

    Les neurones varient également en ce qui concerne leurs fonctions :

    • Les neurones sensoriels transporter des signaux des parties externes de votre corps (périphérie) dans le système nerveux central.
    • Motoneurones (motoneurones) transportent des signaux du système nerveux central vers les parties externes (muscles, peau, glandes) de votre corps.
    • Récepteurs sentir l'environnement (produits chimiques, lumière, son, toucher) et coder cette information en messages électrochimiques qui sont transmis par les neurones sensoriels.
    • interneurones connecter divers neurones dans le cerveau et la moelle épinière.

    Dans les nerfs périphériques et autonomes, les axones sont regroupés en groupes, en fonction de leur provenance et de leur destination. Les faisceaux sont recouverts de diverses membranes (fascicule). De minuscules vaisseaux sanguins traversent les nerfs pour alimenter les tissus en oxygène et éliminer les déchets. La plupart des nerfs périphériques se déplacent à proximité des artères principales au plus profond des membres et à proximité des os.

    Ensuite, nous allons en apprendre davantage sur les voies neuronales.

    Voies neuronales et potentiels d'action

    Voies neuronales

    Le type le plus simple de voie neuronale est un monosynaptique (connexion unique) voie réflexe, comme dans le réflexe rotulien. Lorsque le médecin tape un certain endroit sur votre genou avec un marteau en caoutchouc, les récepteurs envoient un signal dans la moelle épinière via un neurone sensoriel. Le neurone sensoriel transmet le message à un motoneurone qui contrôle les muscles de vos jambes. Les impulsions nerveuses descendent le motoneurone et stimulent la contraction du muscle de la jambe approprié. Les influx nerveux se déplacent également vers le muscle de la jambe opposée pour inhiber la contraction afin qu'il se détende (cette voie implique des interneurones). La réponse est une secousse musculaire rapide qui n'implique pas votre cerveau. Les humains ont beaucoup de réflexes câblés comme celui-ci, mais à mesure que les tâches deviennent plus complexes, la voie "circuits" devient plus compliquée et le cerveau s'implique.

    Nous avons parlé des signaux nerveux et mentionné qu'ils sont de nature électrochimique, mais qu'est-ce que cela signifie ?

    Pour comprendre comment les neurones transmettent des signaux, nous devons d'abord regarder la structure du membrane cellulaire. La membrane cellulaire est constituée de graisses ou de lipides appelés phospholipides. Chaque phospholipide a une tête chargée électriquement qui colle près de l'eau et deux queues polaires qui évitent l'eau. Les phospholipides s'organisent dans un sandwich lipidique à deux couches avec les têtes polaires collées dans l'eau et les queues polaires collées les unes à côté des autres. Dans cette configuration, ils forment une barrière qui sépare l'intérieur de la cellule de l'extérieur et qui ne permet pas aux particules hydrosolubles ou chargées (comme les ions) de la traverser.

    Alors, comment les particules chargées pénètrent-elles dans les cellules ? Nous le découvrirons à la page suivante.

    Parce que les ions sont chargés et solubles dans l'eau, ils doivent se déplacer dans de petits tunnels ou chaînes (protéines spécialisées) qui s'étendent sur la bicouche lipidique de la membrane cellulaire. Chaque canal est spécifique à un seul type d'ion. Il existe des canaux spécifiques pour les ions sodium, les ions potassium, les ions calcium et les ions chlorure. Ces canaux rendent la membrane cellulaire sélectivement perméable à divers ions et autres substances (comme le glucose). La perméabilité sélective de la membrane cellulaire permet à l'intérieur d'avoir une composition différente de l'extérieur.

    Aux fins des signaux nerveux, nous nous intéressons aux caractéristiques suivantes :

    • Le fluide extérieur est riche en sodium, une concentration environ 10 fois plus élevée que le fluide intérieur
    • Le liquide intérieur est riche en potassium, une concentration environ 20 fois plus élevée à l'intérieur de la cellule qu'à l'extérieur.
    • Il y a de grosses protéines chargées négativement à l'intérieur de la cellule qui sont trop grosses pour traverser la membrane. Ils confèrent à l'intérieur de la cellule une charge électrique négative par rapport à l'extérieur. La charge est d'environ 70 à 80 millivolts (mV) -- 1 mV correspond à 1/1000e de volt. À titre de comparaison, la charge dans votre maison est d'environ 120 V, soit environ 1,2 million de fois plus.
    • La membrane cellulaire est légèrement « perméable » aux ions sodium et potassium, de sorte qu'une pompe sodium-potassium est située dans la membrane. Cette pompe utilise de l'énergie (ATP) pour pomper les ions sodium de l'intérieur vers l'extérieur et les ions potassium de l'extérieur vers l'intérieur.
    • Étant donné que les ions sodium et potassium sont chargés positivement, ils transportent de minuscules courants électriques lorsqu'ils traversent la membrane. Si des nombres suffisants se déplacent à travers la membrane, vous pouvez mesurer les courants électriques.

    Lorsque les nerfs se développent, ils sécrètent une substance appelée facteur de croissance nerveuse (NGF). Le NGF attire d'autres nerfs à proximité pour se développer et établir des connexions. Lorsque les nerfs périphériques sont sectionnés, les chirurgiens peuvent placer les extrémités sectionnées l'une près de l'autre et les maintenir en place. Les extrémités nerveuses blessées stimuleront la croissance des axones dans les nerfs et établiront des connexions appropriées. Les scientifiques ne comprennent pas entièrement ce processus.

    Pour des raisons inconnues, la régénération nerveuse apparaît le plus souvent dans les systèmes nerveux périphérique et autonome mais semble limitée au sein du système nerveux central. Cependant, une certaine régénération doit pouvoir se produire dans le système nerveux central, car certaines lésions de la moelle épinière et des traumatismes crâniens montrent un certain degré de récupération.

    Le signal nerveux, ou potentiel d'action, est un mouvement coordonné des ions sodium et potassium à travers la membrane des cellules nerveuses. Voilà comment cela fonctionne:

    1. Comme nous l'avons vu, l'intérieur de la cellule est légèrement chargé négativement (potentiel membranaire au repos de -70 à -80 mV).
    2. Une perturbation (mécanique, électrique ou parfois chimique) provoque l'ouverture de quelques canaux sodiques dans une petite partie de la membrane.
    3. Les ions sodium pénètrent dans la cellule par les canaux sodium ouverts. La charge positive qu'ils portent rend l'intérieur de la cellule légèrement moins négatif (dépolarise la cellule).
    4. Lorsque la dépolarisation atteint une certaine valeur seuil, de nombreux autres canaux sodiques s'ouvrent dans cette zone. Plus de sodium entre et déclenche un potentiel d'action. L'afflux d'ions sodium inverse le potentiel de la membrane dans cette zone (le rendant positif à l'intérieur et négatif à l'extérieur - le potentiel électrique atteint environ +40 mV à l'intérieur)
    5. Lorsque le potentiel électrique atteint +40 mV à l'intérieur (environ 1 milliseconde plus tard), les canaux sodium se ferment et ne laissent plus entrer d'ions sodium (inactivation du sodium).
    6. Le développement d'un potentiel membranaire positif provoque l'ouverture des canaux potassiques.
    7. Les ions potassium quittent la cellule par les canaux potassiques ouverts. Le mouvement vers l'extérieur des ions potassium positifs rend l'intérieur de la membrane plus négatif et renvoie la membrane vers le potentiel membranaire de repos (repolarise la cellule).
    8. Lorsque le potentiel membranaire revient à la valeur de repos, les canaux potassiques se ferment et les ions potassium ne peuvent plus quitter la cellule.
    9. Le potentiel membranaire dépasse légèrement le potentiel de repos, qui est corrigé par la pompe sodium-potassium, qui rétablit l'équilibre ionique normal à travers la membrane et ramène le potentiel membranaire à son niveau de repos.
    10. Or, cette séquence d'événements se produit dans une zone locale de la membrane. Mais ces changements sont transmis à la zone suivante de la membrane, puis à la zone suivante, et ainsi de suite sur toute la longueur de l'axone. Ainsi, le potentiel d'action (influx nerveux ou signal nerveux) est transmis (propagé) le long de la cellule nerveuse.

    Il y a quelques choses à noter sur la propagation du potentiel d'action.

    Lorsqu'une zone a été dépolarisée et repolarisée et que le potentiel d'action est passé à la zone suivante, il s'écoule un court laps de temps avant que cette première zone puisse être à nouveau dépolarisée (période réfractaire). Cette période réfractaire empêche le potentiel d'action de reculer et maintient tout en mouvement dans une direction.

    • Le potentiel d'action est une réponse "tout ou rien". Une fois que la membrane atteint un seuil, elle se dépolarise à +40 mV. En d'autres termes, une fois que les événements ioniques sont mis en mouvement, ils continueront jusqu'à la fin.
    • Ces événements ioniques se produisent dans de nombreuses cellules excitables en plus des neurones (comme les cellules musculaires).
    • Les potentiels d'action se propagent rapidement. Les neurones typiques conduisent à 10 à 100 mètres par seconde. La vitesse de conduction varie avec le diamètre de l'axone (plus gros = plus rapide) et la présence de myéline (myélinisée = plus rapide). Les conductions nerveuses rapides à travers les circuits neuronaux vous permettent de répondre aux stimuli en quelques fractions de seconde.
    • Les canaux peuvent être empoisonnés et empêchés de s'ouvrir. Diverses toxines (toxine du poisson-globe, venin de serpent, venin de scorpion) peuvent empêcher l'ouverture de canaux spécifiques et fausser le potentiel d'action ou l'empêcher complètement de se produire. De même, de nombreux anesthésiques locaux (par exemple la lidocaïne, la novocaïne, la benzocaïne) peuvent empêcher les potentiels d'action de se propager dans les cellules nerveuses d'une zone et vous empêcher temporairement de ressentir de la douleur.
    • La propagation du potentiel d'action est également sensible à la température en milieu expérimental. Des températures plus froides ralentissent le potentiel d'action, mais cela ne se produit généralement pas chez un individu. Cependant, vous pouvez utiliser des techniques de blocage à froid pour anesthésier temporairement une zone (comme mettre de la glace sur un doigt blessé).

    Donc, si la taille du potentiel d'action ne varie pas, comment un potentiel d'action code-t-il les informations ? L'information est codée par la fréquence des potentiels d'action, un peu comme la radio FM. Un petit stimulus déclenchera un train basse fréquence de quelques potentiels d'action. À mesure que l'intensité du stimulus augmente, la fréquence des potentiels d'action augmente également.

    À la page suivante, nous verrons comment les nerfs communiquent entre eux.

    Comme les fils du système électrique de votre maison, les cellules nerveuses établissent des connexions entre elles dans des circuits appelés voies neuronales. Contrairement aux fils dans votre maison, les cellules nerveuses ne se touchent pas, mais se rapprochent à synapses. Au niveau de la synapse, les deux cellules nerveuses sont séparées par un petit espace, ou fente synaptique. Le neurone émetteur est appelé le présynaptique cellule, tandis que celle qui reçoit s'appelle la postsynaptique cellule. Les cellules nerveuses envoient des messages chimiques avec neurotransmetteurs dans une direction à sens unique à travers la synapse de la cellule présynaptique à la cellule postsynaptique.

    Regardons ce processus dans un neurone qui utilise le neurotransmetteur sérotonine :

    1. La cellule présynaptique (cellule émettrice) fabrique de la sérotonine (5-hydroxytryptamine, 5HT) à partir de l'acide aminé tryptophane et la conditionne dans des vésicules à ses extrémités.
    2. Un potentiel d'action passe de la cellule présynaptique à ses extrémités terminales.
    3. La sérotonine traverse la fente synaptique, se lie à des protéines spéciales appelées récepteurs sur la membrane de la cellule postsynaptique (cellule réceptrice) et met en place une dépolarisation dans la cellule postsynaptique. Si les dépolarisations atteignent un seuil, un nouveau potentiel d'action se propagera dans cette cellule. Certains neurotransmetteurs provoquent une hyperpolarisation de la cellule postsynaptique (le potentiel membranaire devient plus négatif, ce qui inhiberait la formation de potentiels d'action dans la cellule postsynaptique). La sérotonine s'adapte à son récepteur comme une serrure et une clé.
    4. Les molécules de sérotonine restantes dans la fente et celles libérées par les récepteurs après utilisation sont détruites par les enzymes de la fente (monoamine oxydase (MAO), catéchol-o-méthyl transférase (COMT)). Certains sont absorbés par des transporteurs spécifiques sur la cellule présynaptique (reprise). Dans la cellule présynaptique, la MAO et la COMT détruisent les molécules de sérotonine absorbées. Cela permet de désactiver le signal nerveux et de préparer la synapse à recevoir un autre potentiel d'action.
    5. Il existe plusieurs types de neurotransmetteurs en plus de la sérotonine, notamment l'acétylcholine, la noradrénaline, la dopamine et l'acide gamma-amino butyrique (GABA). Un neurone donné ne produit qu'un seul type de neurotransmetteur. N'importe quelle cellule nerveuse peut avoir sur elle des synapses provenant de neurones présynaptiques excitateurs et de neurones présynaptiques inhibiteurs. De cette façon, le système nerveux peut transformer diverses cellules (et les voies neurales ultérieures) en "" et " " et " hors ". Enfin, les cellules nerveuses se synapsent sur les cellules effectrices (muscles, glandes, etc.) pour évoquer ou inhiber des réponses.

    Ensuite, nous découvrirons les différents types de neurones sensoriels.

    L'activité neurologique est une phase importante dans la coordination de la digestion. Le neurobiologiste Dr Michael Gershon de l'Université Columbia a écrit sur une couche de 100 milliards de cellules nerveuses dans l'estomac. Ce « second cerveau » coordonne la digestion, travaille avec le système immunitaire pour vous protéger des bactéries nocives dans l'intestin, utilise le neurotransmetteur sérotonine et peut être impliqué dans le syndrome du côlon irritable et les sentiments d'anxiété (comme des papillons dans l'estomac) [source : Psychology Today] .

    Le système nerveux possède de nombreux types de neurones sensoriels. Les terminaisons nerveuses à une extrémité de chaque neurone sont enfermées dans une structure spéciale pour détecter un stimulus spécifique.

    • Chémorécepteurs sentir les produits chimiques. Le bulbe olfactif qui surveille votre odorat possède des chimiorécepteurs qui détectent les odeurs (produits chimiques dans l'air). Les papilles gustatives ont des chimiorécepteurs pour détecter les produits chimiques dissous dans les liquides. Les chimiorécepteurs du cerveau surveillent également la concentration de dioxyde de carbone dans le sang et le liquide céphalo-rachidien pour aider à contrôler votre rythme respiratoire.
    • Mécanorécepteurs sentir le toucher, la pression et la distorsion (étirement). Les récepteurs d'étirement de vos tendons musculaires sont le premier maillon du réflexe rotulien.
    • Photorécepteurs, qui détectent la lumière, se trouvent dans la rétine de vos yeux.
    • Thermorécepteurs sont des terminaisons nerveuses libres qui détectent la température, mais nous ne savons pas exactement comment elles le font. Les changements de température pourraient affecter les mouvements des ions à travers la membrane cellulaire et ainsi influencer les potentiels d'action.
    • Nocicepteurs sont des terminaisons nerveuses libres qui ressentent la douleur. Ils répondent à une variété de stimuli (chaleur, pression, produits chimiques) et détectent les lésions tissulaires.
    • Récepteurs auditifs dans l'oreille interne, détecte les vibrations des ondes sonores.

    Typiquement, un stimulus provoque des changements ioniques dans les dendrites du neurone récepteur, ce qui conduit à la formation de potentiels d'action dans les neurones récepteurs. Ces potentiels d'action parcourent le neurone sensoriel, qui se connecte à un neurone moteur (et éventuellement à un neurone ascendant) dans la moelle épinière. Le potentiel d'action provoque la libération de neurotransmetteurs dans la cellule présynaptique. Le neurotransmetteur se lie à la cellule postsynaptique et y déclenche un potentiel d'action. Le potentiel d'action parcourra la longueur de la cellule postsynaptique jusqu'à une autre synapse de la cellule effectrice (comme une cellule musculaire, une peau, un vaisseau sanguin, une glande), où son neurotransmetteur provoquera une réponse dans la cellule effectrice (comme une contraction musculaire). Alternativement, la cellule postsynaptique peut être un autre neurone qui transmet le signal à un autre neurone du cerveau ou de la moelle épinière.

    Que se passe-t-il lorsque les nerfs sont endommagés ou malades? Nous le découvrirons à la page suivante.

    Un médecin peut évaluer vos nerfs en testant votre perception du toucher, de la douleur ou de la position lorsqu'un membre est manipulé. Cette information peut lui indiquer qu'une connexion fonctionnelle existe. Dans certains cas, il peut procéder à une test de vitesse de conduction nerveuse pour évaluer dans quelle mesure le nerf conduit une impulsion. Dans ce test, deux petites électrodes sont placées à une distance fixe l'une de l'autre sur la surface de la peau au-dessus d'un nerf. Une électrode stimule électriquement le nerf sous-jacent tandis que l'autre enregistre l'activité électrique correspondante dans le nerf. L'enregistrement montre le temps qu'il faut au nerf pour conduire l'impulsion électrique à travers la distance. En divisant la distance par le temps, le médecin (ou la machine) calcule la vitesse de conduction. Le test est souvent effectué lorsqu'un bloc de conduction ou une maladie démyélinisante (comme la sclérose en plaques) est suspecté.


    3. Débat

    Jusqu'à présent, l'importance physiologique et les effets possibles sur la santé de la stabilisation de l'environnement bioélectrique interne d'un organisme n'ont pas été un sujet de recherche important. Cependant, certains aspects sont relativement évidents. En l'absence de contact avec la Terre, la distribution de charge interne ne sera pas uniforme, mais sera plutôt soumise à une variété de perturbations électriques dans l'environnement. Il est bien connu que de nombreuses régulations et processus physiologiques importants impliquent des événements se déroulant à la surface des cellules et des tissus. En l'absence d'un point de référence commun, ou “ground, des gradients électriques, dus à une répartition inégale des charges, peuvent s'accumuler le long des surfaces des tissus et des membranes cellulaires.

    Nous pouvons prédire que de telles différences de charge influenceront les processus biochimiques et physiologiques. Premièrement, la structure et le fonctionnement de nombreuses enzymes sont sensibles aux conditions environnementales locales. Chaque enzyme a un pH optimal qui favorise une activité maximale. Un changement dans l'environnement électrique peut modifier le pH des fluides biologiques et la répartition des charges sur les molécules et ainsi affecter les vitesses de réaction. L'effet du pH résulte des acides aminés chargés critiques au site actif de l'enzyme qui participent à la liaison au substrat et à la catalyse. De plus, la capacité d'un substrat ou d'une enzyme à donner ou à accepter des ions hydrogène est influencée par le pH.

    Un autre exemple est fourni par les canaux ioniques voltage-dépendants, qui jouent des rôles biophysiques critiques dans les cellules excitables telles que les neurones.Des altérations locales des profils de charge autour de ces canaux peuvent conduire à une instabilité électrique de la membrane cellulaire et à l'activité spontanée inappropriée observée lors de certains états pathologiques [31].

    La recherche sur la mise à la terre offre un aperçu du potentiel clinique du contact pieds nus avec la Terre, ou du contact pieds nus simulé à l'intérieur via des systèmes conducteurs simples, sur la stabilité de la fonction bioélectrique interne et de la physiologie humaine. Les premières expériences ont abouti à des rapports subjectifs d'amélioration du sommeil et de réduction de la douleur [10]. Des recherches ultérieures ont montré qu'une amélioration du sommeil était corrélée à une normalisation du profil jour-nuit du cortisol [13]. Les résultats sont significatifs à la lumière des recherches approfondies montrant que le manque de sommeil stresse le corps et contribue à de nombreuses conséquences néfastes pour la santé. Le manque de sommeil est souvent le résultat de la douleur. Par conséquent, la réduction de la douleur pourrait être l'une des raisons des avantages qui viennent d'être décrits.

    La réduction de la douleur due au sommeil mis à la terre a été confirmée dans une étude contrôlée sur DOMS. La mise à la terre est la première intervention connue pour accélérer la récupération de DOMS [21]. Les conditions douloureuses sont souvent le résultat de divers types d'inflammations aiguës ou chroniques causées en partie par les ROS générés par le métabolisme normal et également par le système immunitaire dans le cadre de la réponse à une blessure ou à un traumatisme. L'inflammation peut causer de la douleur et une perte d'amplitude de mouvement dans les articulations. Un gonflement inflammatoire peut exercer une pression sur les récepteurs de la douleur (nocirécepteurs) et peut compromettre la microcirculation, entraînant une douleur ischémique. L'inflammation peut provoquer la libération de molécules toxiques qui activent également les récepteurs de la douleur. La recherche biomédicale moderne a également documenté une relation étroite entre l'inflammation chronique et pratiquement toutes les maladies chroniques, y compris les maladies du vieillissement, et le processus de vieillissement lui-même. La forte augmentation des maladies inflammatoires, en fait, a été récemment appelée «cinflamm-aging» pour décrire un état inflammatoire progressif et une perte de capacité à faire face au stress en tant que composants majeurs du processus de vieillissement [32].

    La réduction de l'inflammation due à la mise à la terre a été documentée avec l'imagerie médicale infrarouge [28] et avec des mesures de la chimie du sang et du nombre de globules blancs [21]. L'explication logique des effets anti-inflammatoires est que la mise à la terre du corps permet aux électrons antioxydants chargés négativement de la Terre d'entrer dans le corps et de neutraliser les radicaux libres chargés positivement sur les sites d'inflammation [28]. Le flux d'électrons de la Terre vers le corps a été documenté [15].

    Une étude pilote sur l'électrodynamique des globules rouges (potentiel zêta) a révélé que la mise à la terre réduit considérablement la viscosité du sang, un paramètre important mais négligé dans les maladies cardiovasculaires et le diabète [29], et la circulation en général. Ainsi, l'amincissement du sang peut permettre un apport accru d'oxygène aux tissus et favoriser davantage la réduction de l'inflammation.

    La réduction du stress a été confirmée par diverses mesures montrant des changements rapides dans le SNA de dominance sympathique à parasympathique, une amélioration de la variabilité de la fréquence cardiaque et une normalisation de la tension musculaire [19, 20, 27].

    Non rapporté ici, de nombreuses observations sur plus de deux décennies par Ober et al. [12] et K. Sokal et P. Sokal [11] indiquant qu'une mise à la terre régulière peut améliorer la pression artérielle, les arythmies cardiovasculaires et les maladies auto-immunes telles que le lupus, la sclérose en plaques et la polyarthrite rhumatoïde. Certains effets de la mise à la terre sur les médicaments sont décrits par Ober et al. [12] et sur le site : http://www.earthinginstitute.net/. À titre d'exemple, la combinaison de mise à la terre et de coumadin a le potentiel d'exercer un effet anticoagulant composé et doit être supervisée par un médecin. De multiples anecdotes d'INR élevé ont été rapportées. L'INR (rapport international normalisé) est une mesure largement utilisée de la coagulation. L'influence de la mise à la terre sur la fonction thyroïdienne et les médicaments a été décrite précédemment.

    D'un point de vue pratique, les cliniciens pourraient recommander des séances aux pieds nus en plein air aux patients, si la météo et les conditions le permettent. Ober et al. [12] ont observé que marcher pieds nus aussi peu que 30 ou 40 minutes par jour peut réduire considérablement la douleur et le stress, et les études résumées ici expliquent pourquoi c'est le cas. Évidemment, il n'y a aucun coût pour la mise à la terre aux pieds nus. Cependant, l'utilisation de systèmes conducteurs pendant le sommeil, le travail ou la détente à l'intérieur offre une approche plus pratique et plus conviviale.


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