Regulation De L'Activite Cardiaque

c’est bien là l’important, le liquide transféré du premier au second Résultats compartiment provoqua Cœur de grenouille 1 Cœur de grenouille 2 une diminution de la fréquence des battements Rythme des du second cœur. En battements clair, cette observation cardiaques suggère qu’un message concernant la vitesse à Stimulation laquelle battait le preConclusion 3 4 mier cœur a été transLe message est …tout comme c’est le cas L’enregistrement révèle porté d’une préparation du rythme du second cœur. donc transmis par une diminution du rythme à l’autre par le liquide, voie chimique. Il cardiaque du premier cœur… et que ce message disait est libéré par le nerf. « ralentir ». Toutes les découvertes sur la façon dont les neurones communiquent dérivent d’une série d’expériences pionnières dont l’objectif était de comprendre le mécanisme de contrôle des battements cardiaques. Lorsque vous êtes excité ou que vous faites de l’exercice, votre rythme cardiaque s’accélère. Au contraire, au repos, il est plus lent. Le rythme cardiaque s’adapte à la demande énergétique de l’organisme, autrement dit il répond aux besoins de l’organisme en matière de nutriments et d’oxygène. Le changement le plus drastique du rythme cardiaque intervient lorsque l’organisme est immergé. Dans ce cas, le rythme cardiaque peut se rapprocher du quasi arrêt. Ce ralentissement draconien, appelé bradycardie de plongée (« brady » signifiant lentement et « cardia » signifiant cœur). La bradycardie est une stratégie qui permet d’économiser l’oxygène sous l’eau, car le système circulatoire ne dépense pas d’énergie pendant que le cœur s’arrête de

Un messager chimique

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GROS PLA N SU R L A RE CH E RCH E CL A S S I Q UE ( su i t e )

Mais d’où provenait ce message ? La seule explication à sa présence dans le liquide est que la stimulation du nerf vague avait induit la libération d’un composé chimique qui s’est retrouvé dans ce liquide. Qui plus est, ce composé a dû se dissoudre dans le liquide en quantité suffisante pour influencer le second cœur. On peut donc considérer que cette expérience démontre que le nerf vague contient un composé chimique qui indique au cœur qu’il doit réduire la fréquence de ses battements. Plus tard, Loewi identifia ce composé. Il s’agissait de l’acétylcholine (ACh), un messager chimique décrit dans le chapitre 4 comme activant la contraction musculaire. Il se trouve que dans le cas du cœur, l’acétylcholine ralentit le cœur. Et il est vrai aussi que c’est bien l’acétylcholine qui intervient dans la bradycardie de plongée. Apparemment le cœur ajuste le rythme de ses propres battements grâce à deux messages antagonistes, l’un qui dit « accélère », l’autre qui dit « ralentit » 1.

1. NDT : Otto Loewi était un pharmacologue et physiologiste allemand. Il prépara et obtint sa thèse à Strasbourg, 1896. Il identifia l’adrénaline et l’acétylcholine et mit en évidence leur rôle de neuromédiateurs en découvrant très tôt la preuve de leur nature chimique. En 1936, il obtint le prix Nobel de physiologie et de médecine qu’il partagea avec sir Henry Hallett Dale. En 1938, Otto Loewi s’expatria aux États-Unis pour continuer ses recherches sur la transmission synaptique.

Kevin Schafer

Ce puffin (genus Fratercula, un mot latin signifiant petit frère), le bec chargé de nourriture, rejoint son poussin. Les puffins pêchent en plongeant dans l’eau, où ils se propulsent à l’aide des battements de leurs ailes puissantes et courtes, comme s’ils continuaient de voler. Au cours de ces plongées, le rythme cardiaque des puffins ralentit fortement, tout comme le fait le cœur humain lors des bradycardies de plongée.

Dans ce chapitre nous décrirons comment les neurones communiquent, notamment grâce à des signaux excitateurs ou inhibiteurs. Nous verrons aussi quels sont les principaux composés chimiques –on les appelle des neurotransmetteurs– qui assurent la transmission d’un signal d’un neurone à un autre, et quels sont les récepteurs sur lesquels ces composés agissent. Dans la dernière partie de ce chapitre, nous aborderons les bases neuronales de l’apprentissage, autrement dit la faculté des synapses à s’adapter en réponse à l’expérience d’un organisme.

5.1 Un messager chimique

L’expérience de Loewi sur les battements cardiaques fut couronnée de succès et marqua le début d’un travail de recherche consacré entièrement à comprendre comment des neurones adressent des messagers chimiques à d’autres neurones. Au cours d’expériences ultérieures, Loewi stimula un autre nerf, appelé le nerf accélérateur du système sympathique, et il put observer une accélération du rythme cardiaque. De plus, le liquide dans lequel était plongé le cœur stimulé provoquait l’augmentation de la fréquence des battements d’un second cœur qui n’était soumis à aucune stimulation. Loewi identifia la molécule qui transportait le message déclenchant une accélération cardiaque comme étant l’épinéphrine (EP), également appelée l’adrénaline. L’adrénaline (en latin) et l’épinéphrine (en grec) sont deux noms pour la même substance produite par les glandes surrénales (sur le dessus des reins). Adrénaline est le mot le plus populaire, entre autres parce qu’une société pharmaceutique en fit sa marque de fabrication, mais le mot le plus utilisé par les scientifiques est celui de norépinéphrine (NE, aussi appelée noradrénaline).

Otto Loewi (1873–1961)

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Comment les neurones communiquent-ils et s’adaptent-ils ?

Acétylcholine (ACh)

D’autres expériences démontrèrent que la substance responsable de l’accélération du rythme cardiaque était la norépinéphrine, une molécule très proche structurellement de l’EP. Les expériences complémentaires menées par Loewi finirent par démontrer que l’acétylcholine libérée par le nerf vague diminuait le rythme cardiaque, alors que la NE du nerf accélérateur l’augmentait. De nos jours, les molécules libérées par un neurone à destination d’une cible sont appelées des neurotransmetteurs (ou neuromédiateurs). En Epinephrine (EP) dehors du système nerveux, un bon nombre de ces substances, dont l’EP, se retrouvent dans la circulation sanguine où elles ont un rôle d’hormone. Comme nous le verrons au chapitre 7, c’est l’hypothalamus qui joue le rôle du chef d’orchestre en contrôlant le fonctionnement de l’hypophyse, cette dernière ayant pour fonction de libérer dans le sang des hormones qui agiront à distance pour activer ou inhiber des cibles comme les organes et des glandes appartenant au système nerveux autonome. En partie parce que les hormones sont transportées par le sang, la mise en œuvre de leur action est plus lente que celle assurée par les neurotransmetteurs du système nerveux central. Ces derniers sont libérés sous l’effet de signaux électriques circulant très vite. Plus loin, dans ce chapitre, vous apprendrez comment des groupes de neurones projettent de véritables systèmes de neurotransmission à travers tout le cerveau pour assurer la modulation de différentes facettes du comportement. Dans la section suivante, nous nous pencherons sur la synapse, autrement dit l’endroit précis où les substances chimiques ayant un rôle de neurotransmetteur se chargeront d’activer ou d’inhiber un neurone. Les trois parties de ce chapitre intitulées « Gros plan sur les troubles » vous permettront de plonger dans l’histoire fascinante des troubles neurologiques qui peuvent être provoqués par l’atteinte de l’un ou l’autre des systèmes de neurotransmission. Nous commencerons par voir le cas de la maladie de Parkinson (en page 236).

Microscope optique

Microscope électronique

Canon à électrons Échantillon

Échantillon Figure 5.1

Les progrès en microscopie Tandis qu’un microscope optique (à gauche) permet de visualiser les principales caractéristiques d’une cellule, un microscope électronique permettra d’accéder aux détails des organelles d’une cellule. R. Roseman/Custom Medical Stock Superstock

Lumière Image

R. Roseman/Custom Medical Stock Superstock

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Comment les neurones communiquent-ils et s’adaptent-ils ?

E N R É VI S I O N

Les bases neuronales de l’apprentissage et de la mémoire sont à rechercher au niveau de la synapse. Chez l’aplysie, des modifications dans la fonctionnalité des synapses peuvent intervenir dans deux formes d’apprentissage : l’habituation et la sensibilisation. Des canaux calciques présynaptiques voltage-dépendants jouent un rôle dans l’habituation en devenant moins sensibles lorsqu’ils sont activés de manière répétée. Des récepteurs sérotoninergiques métabotropes interviennent dans la sensibilisation en modifiant la sensibilité de canaux potassiques de l’élément présynaptique, contribuant par là à une augmentation de l’entrée de calcium