Mécanismes nerveux impliqués dans un mouvement volontaire

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Annales corrigées
Classe(s) : Tle S | Thème(s) : La communication nerveuse
Type : Restitution des connaissances | Année : 2017 | Académie : France métropolitaine

 

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France métropolitaine • Juin 2017

restitution des connaissances • 8 points

Mécanismes nerveux impliqués dans un mouvement volontaire

Expliquez les mécanismes nerveux aboutissant à un mouvement volontaire, incluant le fonctionnement de la synapse neuromusculaire.

La réponse prendra la forme d’un texte illustré de schémas.

Les clés du sujet

Comprendre le sujet

Il s’agit d’un sujet global sur le mouvement involontaire. En effet, en dehors de la demande explicite sur le fonctionnement de la synapse neuro­musculaire, le libellé n’en fixe pas précisément les limites. Il est donc judicieux de mettre l’accent sur les notions essentielles.

Avant d’aborder les mécanismes nerveux de ce type de mouvement, il est nécessaire de préciser les éléments nerveux et musculaires mis en jeu ainsi que leurs connexions ; l’illustration par un schéma est indispensable. On peut se limiter à représenter un seul neurone de chaque type en précisant que des milliers de neurones et de fibres musculaires sont en réalité impliqués dans un mouvement volontaire.

Veillez à vous limiter aux caractéristiques essentielles des messages nerveux émis par les neurones : l’invariabilité du potentiel d’action et le codage en fréquence du message.

S’il vous est demandé de développer le fonctionnement de la synapse neuromusculaire, cela ne signifie pas pour autant passer entièrement sous silence le fonctionnement de la synapse interneuronique entre l’axone du neurone pyramidal et le motoneurone. En effet, cela permet d’introduire la conversion du message nerveux électrique en message nerveux chimique. Mais il faut le faire succinctement, puisque les caractéristiques majeures du fonctionnement synaptique se retrouvent dans le fonctionnement de la synapse neuromusculaire. Là encore, un schéma est nécessaire.

Mobiliser ses connaissances

L’exploration du cortex cérébral permet de découvrir les aires motrices spécialisées à l’origine des mouvements volontaires.

Les messages nerveux moteurs qui partent du cerveau cheminent par des faisceaux de neurones qui descendent dans la moelle épinière jusqu’aux motoneurones.

Corrigé

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Introduction

Un accident vasculaire cérébral peut entraîner une paralysie (incapacité à effectuer des mouvements volontaires) plus ou moins étendue. En cas de paralysie d’origine cérébrale, c’est une région bien définie du cortex, spécialisée dans la motricité volontaire (aire motrice), qui est touchée.

Nous allons étudier les mécanismes par lesquels le cortex moteur déclenche la contraction des muscles effecteurs du mouvement.

I. Les éléments impliqués dans un mouvement volontaire

La figure 1 indique les types de cellules impliquées dans la réalisation de mouvements volontaires :

les neurones du cortex moteur (neurones pyramidaux) ;

les motoneurones de la moelle épinière ;

les fibres musculaires.

Sont également indiqués les lieux de connexion entre ces différents éléments, les synapses interneuroniques et les synapses neuromusculaires.

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Figure 1. Éléments nerveux et musculaires impliqués dans le mouvement volontaire

Ce schéma ne représente qu’un seul neurone de chaque catégorie alors qu’il s’agit en réalité de populations de neurones.

En outre, suivant le mouvement volontaire réalisé, ce sont les neurones d’une zone précise du cortex moteur qui seront en relation avec les motoneurones et les muscles déterminés.

II. Les messages nerveux impliqués

Les neurones pyramidaux et les motoneurones de la moelle épinière émettent des messages nerveux présentant les mêmes caractéristiques. Ces messages sont véhiculés par les axones de ces neurones jusqu’à la connexion avec un autre élément de la voie motrice volontaire (synapse interneuronique et synapse neuromusculaire).

A. Messages nerveux électriques (figure 2)

Ces messages sont constitués de trains de potentiels d’action. Un potentiel d’action est un signal électrique élémentaire dont l’amplitude est constante quelle que soit l’intensité du stimulus, et cette amplitude reste la même tout au long de sa propagation.

En revanche, la fréquence des potentiels d’action est variable.

Les messages nerveux électriques sont codés en fréquence de potentiels d’action en fonction de l’intensité de la commande par le cortex moteur.

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Figure 2. Messages nerveux électriques émis au cours d’un mouvement volontaire

B. L’activation du motoneurone médullaire par les messages nerveux du neurone pyramidal

Il n’y a pas continuité, mais contiguïté entre l’extrémité de l’axone du neurone pyramidal et le corps cellulaire du motoneurone.

L’arrivée du message nerveux à l’extrémité de l’axone du neurone pyramidal entraîne la libération d’une substance chimique (neuromédiateur). Ce neuromédiateur est le stimulus du motoneurone. Ce dernier répond en émettant alors à son tour un message nerveux de nature électrique. La fréquence des potentiels d’action est d’autant plus élevée que la concentration de neuromédiateur est importante.

Le message nerveux électrique présynaptique codé en fréquence de potentiels d’action est transmis dans la synapse sous la forme d’un message chimique codé en concentration de neuromédiateur. Il entraîne l’émission par le motoneurone d’un message codé en fréquence de potentiels d’action.

III. Le fonctionnement de la synapse neuromusculaire

Au niveau de la synapse neuromusculaire (figure 3), il y a également contiguïté et non-continuité entre l’extrémité de l’axone du motoneurone (région présynaptique) et la fibre musculaire (région postsynaptique).

La région présynaptique est caractérisée par la présence de vésicules synaptiques contenant un neuromédiateur, l’acétylcholine. La région postsynaptique musculaire ne possède pas de vésicules synaptiques, mais la membrane de la fibre musculaire possède des récepteurs capables de fixer spécifiquement les molécules d’acétylcholine.

La succession des événements intervenant dans le fonctionnement de la synapse neuromusculaire est :

1 Arrivée d’un message nerveux de nature électrique

2 Arrimage de vésicules synaptiques sur la membrane présynaptique

3 Exocytose des vésicules synaptiques et libération de l’acétylcholine dans la fente synaptique

4 Fixation des molécules d’acétylcholine sur les récepteurs postsynaptiques

5 Naissance d’un potentiel d’action musculaire à l’origine de la contraction de la fibre musculaire

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Figure 3. La synapse neuromusculaire

Conclusion

L’étude a été ciblée sur les mécanismes nerveux fondamentaux aboutissant à un mouvement volontaire. D’autres mécanismes interviennent, en particulier des mécanismes d’intégration au niveau des neurones postsynaptiques (motoneurones).

Cette étude permet aussi de comprendre les diverses causes possibles de perturbation des mouvements volontaires :

une atteinte de certaines régions du cortex moteur, dont le dysfonctionnement peut être atténué grâce à la plasticité cérébrale ;

une section de la moelle épinière, interrompant la transmission des messages nerveux des neurones pyramidaux aux motoneurones ;

des maladies, comme la myasthénie, qui se traduit par une réponse plus ou moins défaillante des fibres musculaires à leur commande motrice à la suite d’un dysfonctionnement des synapses neuromusculaires. Cette défaillance est due à une diminution du nombre des récepteurs membranaires à l’acétylcholine des fibres musculaires (diminution due à une maladie auto-immune).