La communication nerveuse
Corrigé
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Ens. spécifique
svtT_1306_07_03C
France métropolitaine • Juin 2013
Les toxines botuliques sont à l'origine d'une maladie grave et mortelle appelée botulisme. Elles sont cependant très utilisées par toutes celles et ceux qui veulent gommer les traces du vieillissement en réalisant régulièrement des injections de Botox®.
Le botulisme
Le botulisme est une maladie rare et grave, due à des neurotoxines bactériennes appelées toxines botuliques, provoquant des paralysies. Ces neurotoxines sont produites par des bactéries appartenant au genre Clostridium. Le botulisme est principalement d'origine alimentaire et survient lorsque Clostridium botulinum se multiplie et produit les toxines dans des aliments qui ont été insuffisamment cuits pour les inactiver.
Cette bactérie se multiplie le plus souvent dans des aliments qui n'ont pas subi de processus poussé de conservation : poissons ou produits carnés fermentés, salés ou fumés, conserves réalisées à la maison et insuffisamment stérilisées. Il arrive que des produits du commerce soient également concernés.
La maladie concerne l'ensemble des muscles elle débute avec une faiblesse au niveau du cou et des bras (paralysie flasque), avant de toucher les muscles respiratoires et ceux du bas du corps. La paralysie peut rendre la respiration difficile et provoquer la mort.
D'après www.who.int (site de l'OMS)
La synapse neuromusculaire
Électronographie d'une synapse neuromusculaire sans stimulation pré-synaptique
ph© Visuals Unlimited, I/BSIP
Électronographie d'une synapse neuromusculaire avec stimulation pré-synaptique
ph© Dom W. Fawcett/BSIP
D'après Pour la Science et www.ac-nancy-metz.fr/enseign/svt/program/fichacti/fich1s/synapse/Index.htm
Le déroulement de l'exocytose et le mode d'action des toxines botuliques
L'exocytose est le processus de fusion des vésicules synaptiques avec la membrane plasmique de l'élément pré-synaptique, permettant la libération des molécules de neuromédiateurs dans la fente synaptique. Cette fusion fait intervenir trois protéines : la synaptobrévine, la syntaxine et la protéine SNAP. Ces trois protéines interagissent et s'accrochent les unes aux autres, ce qui permet la fusion de la vésicule avec la membrane plasmique pré-synaptique et la libération de neuromédiateurs dans la fente synaptique.
Schéma de l'ancrage d'une vésicule d'exocytose
Parmi les 7 types de neurotoxines connues, seuls 4 types de neurotoxines sont la cause du botulisme chez l'homme : les neurotoxines A, B, E et F. Ces neurotoxines sont des enzymes (protéases) qui agissent sur le mécanisme de l'exocytose en coupant certaines protéines à différents niveaux.
Schéma des lieux et modes d'action des toxines botuliques
D'après Physiologie médicale, William Ganong, éditions De Boeck Université et www.cdc.gov/ncidod/EID/vol11no10/04-1279.htm
Les principales indications du Botox®
Le Botox® contient la toxine botulique de type A sous forme de molécule protéique purifiée.
Indications fréquentes du Botox®
La contraction incessante des muscles du visage leur fait acquérir, avec le temps, une hypertonicité, qui combinée à la perte d'élasticité de la peau, entraîne la formation de rides d'expression. Elles sont principalement présentes sur le haut du visage : rides du front et rides de la patte d'oie. En supprimant cette hypertonicité musculaire, le Botox® efface les rides.
Le traitement consiste en une série d'injections réalisées à l'aide d'une aiguille fine dans les muscles responsables des rides d'expression. Chaque flacon de Botox® contient une faible quantité de toxine botulique. On injecte au niveau de chaque ride une dose de Botox® en ne dépassant pas 50 doses par séance pour l'ensemble du visage.
Il n'y a aucun risque de provoquer le botulisme car il faudrait au moins 1 000 fois cette dose, on est donc très loin du risque de la toxine poison qui peut être ingérée, par exemple, lors d'une intoxication alimentaire.
Les effets apparaissent dès le 2e jour, se stabilisent en une quinzaine de jours et durent de 4 à 6 mois, selon les individus.
Autres indications du Botox®
Aujourd'hui, le Botox® trouve de nombreuses indications en médecine comme par exemple le traitement du blépharospasme (battements incontrôlés des paupières) ou de la dystonie cervicale (contractions musculaires involontaires dans le cou).
D'après www.futura-sciences.com
Une nouvelle indication pour la toxine botulique de type A, autorisée par L'Agence française de sécurité sanitaire des produits de santé (AFSSAPS) en septembre 2011
Les patients souffrant d'incontinence* urinaire d'origine neurologique, provoquant des contractions involontaires des muscles de la vessie, peuvent être traités par des injections ciblées de Botox®.
Ces injections ont permis une réduction de la fréquence des contractions involontaires de la vessie et donc une diminution de l'incontinence.
D'après asfep.fr
Comprendre le sujet
- Le schéma demandé indique que le sujet se rapporte à la façon dont les toxines botuliniques perturbent le fonctionnement des synapses neuromusculaires.
- La difficulté de ce sujet réside, bizarrement, dans le fait que toutes les informations nécessaires pour répondre aux questions sont fournies par les divers documents, y compris les légendes détaillées des divers schémas et électronographies. Tout est dit. Le sujet consiste essentiellement à extraire les informations les plus pertinentes et à les enchaîner de façon cohérente. C'est une sorte de résumé de texte scientifique qu'il faut faire. Le danger est de paraphraser les documents sans rien y ajouter.
Mobiliser ses connaissances
La commande de la contraction met en jeu le fonctionnement de la synapse neuromusculaire. Le potentiel d'action arrivant à l'extrémité axonique d'un motoneurone provoque la libération d'un neuromédiateur dans la fente synaptique. Ce neuromédiateur, en se fixant sur des récepteurs de la membrane de la fibre musculaire (à la plaque motrice), stimule la fibre musculaire et déclenche finalement sa contraction.
Les toxines botuliques sont à l'origine d'intoxications graves et peuvent pourtant être utilisées à des fins médicales. Les documents proposés vont nous permettre de comprendre
I. Mode d'action des toxines botuliques
1. Approche globale
- Le
document 1 indique que les toxines botuliques entraînent progressivement une paralysie de tous les muscles et, lorsque les muscles respiratoires sont touchés, la mort peut survenir. - La paralysie signifie que les muscles ne se contractent plus en réponse aux messages nerveux moteurs. Plusieurs causes peuvent, a priori, expliquer la paralysie :
- les messages nerveux moteurs ne sont pas émis ou ne se propagent pas
- la transmission du message au niveau des synapses ne se fait pas
- les fibres musculaires sont directement sensibles aux toxines et ne répondent plus aux messages nerveux.
Les
2. Le fonctionnement normal de la synapse neuromusculaire
- Sans stimulus pré-synaptique, les vésicules synaptiques sont toutes entièrement entourées d'une membrane
Attention
La comparaison entre les deux clichés est rendue difficile par la différence des échelles (grossissement 5 fois plus important dans le cliché avec stimulation que dans le cliché sans stimulation). Ne pas croire que les vésicules ont grossi suite à la stimulation !
À la suite de la stimulation, certaines vésicules ont fusionné leur membrane avec la membrane plasmique pré-synaptique, c'est l'
- La première phrase du
document 3 précise les conséquences de cette exocytose (« libération de molécules de neuromédiateur dans la fente synaptique »). Ce neuromédiateur (acétylcholine) se fixe sur des récepteurs de la membrane de la fibre musculaire, ce qui stimule celle-ci.
3. Action des toxines sur l'exocytose
- Dans les conditions normales, l'exocytose est possible grâce à l'action de trois protéines situées dans la région pré-synaptique. Elles forment un complexe qui
unit la membrane de la vésicule à la membrane plasmique .
Attention
L'expression « couper certaines protéines » est scientifiquement critiquable : on devrait dire que les protéases catalysent l'hydrolyse des liaisons peptidiques et morcellent ainsi ces protéines.
- Les toxines botuliques pénètrent dans l'extrémité de l'axone (zone pré-synaptique) et, en tant que
protéases , coupent certaines de ces protéines à différents niveaux.
Il en résulte que le complexe protéique indispensable à l'exocytose ne peut pas se former, l'exocytose n'a pas lieu, le neuromédiateur n'est pas libéré dans la fente synaptique et le muscle n'est pas stimulé, d'où la paralysie.
II. Utilisation thérapeutique des toxines botuliques
- Le Botox® contient une
très faible dose de toxine botulique A , ce qui le rend inoffensif. Cette toxine a conservé ses propriétés : elle n'est pas inactivée. - On utilise le Botox® dans les cas de contractions exagérées et incontrôlées (
hyperactivité ) de certains muscles (visage, paupières, cou, vessie).
La toxine A du Botox® injectée dans les muscles atteint les synapses et agit sur l'exocytose, diminuant la libération d'acétylcholine, ce qui freine les contractions des muscles et
Figure La synapse neuromusculaire
La réponse s'appuiera sur l'exploitation du dossier documentaire et sur l'utilisation des connaissances. Elle sera accompagnée d'un schéma du fonctionnement de la synapse neuromusculaire sur lequel sera localisé le lieu d'action du Botox®.