Électrophysiologie
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L'électrophysiologie étudie les caractéristiques électrochimiques des organismes vivants.
Sommaire |
[modifier] Production de courant électrique par le vivant
[modifier] Potentiel électrique de membrane
Article connexe : potentiel de repos.L'unité de base du vivant, la cellule, possède la caractéristique d'avoir une polarisation négative par rapport à l'extérieur. La membrane phospholipidique est un isolant électrique placé entre deux milieux aqueux conducteurs. Elle joue donc le rôle de condensateur électrique. L'existence de canaux potassium ouverts à l'état de repos permet au gradient chimique de ces ions, maintenu par la Na/K ATPase, de se dissiper. La sortie d'ions potassium crée une micro-séparation de charge à la surface de la membrane. Cette séparation de charge est une différence de potentiel électrique, l'intérieur de la cellule devenant négatif par rapport à l'extérieur. Cette valeur négative s'oppose à la sortie des ions potassium.
Ainsi, pour résumer, le potentiel de membrane est créé par l'existence concomitante de deux phénomènes.
- Un déséquilibre ionique est maintenu par les pompes membranaires, en particulier la Na/K ATPase qui échange des ions sodium contre des ions potassium. Cet échange se fait contre le gradient chimique de ces espèces et nécessite donc de l'énergie, fournie sous forme d'ATP.
- L'ouverture à l'état de repos des canaux potassiques permet au gradient chimique de cet ion de se dissiper par un phénomène de diffusion. Cette sortie d'ions potassium crée une différence de potentiel, polarisant l'intérieur de la cellule négativement par rapport à l'extérieur.
[modifier] Cellules excitables
Certaines cellules spécialisées ont la capacité de se dépolariser brutalement quand leur potentiel de membrane a été dépolarisé au-delà d'une valeur seuil. Cette dépolarisation explosive est suivie d'une repolarisation. Il s'agit d'un potentiel d'action. Il fait intervenir l'ouverture et la fermeture de canaux ioniques dépendant du potentiel de membrane perméables soit au sodium ou au calcium (ils permettent la dépolarisation), soit au potassium (ils permettent la repolarisation qui va parfois jusqu'à une légère hyperpolarisation).
Les cellules excitables sont:
- les neurones ou cellules nerveuses
- les myocytes ou cellules musculaires cardiaques
- les cellules musculaires squelettiques striées
cas particulier de l'organe électrique de Torpedo...
[modifier] Maintien de l'équilibre osmotique
fonctionnement du rein, "turgescence " des cellules végétales...
[modifier] Production d'énergie
En fin de la chaîne bioénergétique, aussi bien dans les mitochondries que dans les chloroplastes, un flux de protons à travers l'ATP synthétase permet la synthèse d'ATP.
[modifier] Méthodes électrophysiologiques
L'électrophysiologie consiste à mesurer des flux ioniques de part et d'autre d'une membrane biologique.
L'une des premières expériences d'électrophysiologie fut réalisée par Luigi Galvani, qui décrivit l'électricité animale (terme désuet). Alors qu'il disséquait une grenouille, il s'aperçut que le contact entre le métal de son scalpel et le nerf sciatique de l'animal provoquait des contractions musculaires. Il démontra que le scalpel n'était "actif" que s'il était chargé d'électricité statique. Il en déduit que des phénomènes électriques gouvernaient la contraction des muscles.
[...des neurones aux potentiels d'action...]
[...la technique de l'empalement...]
[...la technique du patch-clamp ...]
Les techniques de patch-clamp permettent par ailleurs de mesurer les courants électriques au niveau d'une cellule, ou même d'un morceau de membrane, et jusqu'à une résolution permettant de mesurer l'activité d'une seule molécule canal.
On peut mesurer le champ de potentiel généré par une grande population de neurones synchronisés, ce qui est le cas pour des organes comme le cœur (électrocardiogramme ECG) ou le cerveau (électroencéphalogramme EEG). Ceci se fait par apposition directe d'électrode sur la peau des patients.
D'autres méthodes sont complémentaires à l'électrophysiologie. Par exemple, des techniques d'imageries non-invasives utilisent les effets indirects de l'activité électrique des neurones pour suivre l'activité cérébrale (les méthodes d'électrophysiologie permettent, elles, des mesures directes). La tomographie par positon, par exemple, mesure les accélérations de flux sanguins qui sont quasi-simultanées à l'activation de groupes de neurones. En effet, quand un neurone décharge des potentiels d'action, il y a une augmentation de la consommation en glucose, accompagnée d'une augmentation de la circulation sanguine. La tomographie permet la visualisation des zones cérébrales où la consommation de glucose par les cellules est la plus importante, et par conséquent, des zones du cerveau les plus actives.
