Les mécanismes nerveux aboutissant à un mouvement volontaire, incluant le fonctionnement de la synapse neuromusculaire (sujet national, juin 2017, partie 1)

Énoncé

Synthèse
Expliquer 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.
Synthèse
Comprendre la question
Cette synthèse propose de présenter les mécanismes nerveux qui, à partir de la commande de la motricité volontaire, initiée dans le cerveau, conduisent à la réalisation du mouvement au niveau des muscles. Il s'agit de décrire le trajet du message nerveux moteur aboutissant au mouvement volontaire et de caractériser la nature de ce message nerveux. L'énoncé précise que le candidat doit détailler le fonctionnement de la synapse neuromusculaire, située entre le motoneurone et le muscle. La difficulté de cette partie réside dans la bonne connaissance nécessaire du fonctionnement du système nerveux. L'énoncé exige la présence d'un texte accompagné de schémas : un schéma simplifié du trajet du message nerveux moteur et celui du fonctionnement de la synapse neuromusculaire sont attendus. Il est souhaitable que la synthèse contienne une introduction exposant la problématique, un développement structuré accompagné des schémas et une conclusion répondant à la problématique.
Procéder par étapes
1re étape : identifier le type de réponse attendue.
2e étape : élaborer un plan détaillé de la synthèse au brouillon.
Le tableau suivant présente un exemple de démarche élaborée au brouillon :
Structure de la synthèse
Éléments issus des connaissances
Introduction : Quels sont les mécanismes nerveux aboutissant à un mouvement volontaire ? Quel est le fonctionnement de la synapse neuro-musculaire ?
I. Les mécanismes nerveux de la motricité volontaire
Dans le cortex cérébral, plusieurs aires motrices sont spécialisées dans la commande de la motricité volontaire.
1. Du cortex moteur au muscle
Des faisceaux de neurones issus du cortex cérébral transportent les messages nerveux moteurs dans la moelle épinière, où ils sont en contact avec les motoneurones par une synapse neuro-neuronique. Le contrôle de la motricité volontaire est controlatéral.
Le motoneurone intègre les différents messages qu'il reçoit en un message moteur unique conduit jusqu'au muscle.
2. La nature du message nerveux moteur
Schéma : La commande de la motricité volontaire : du cortex cérébral au muscle
Dans l'axone des neurones, le message nerveux moteur est de nature électrique.
Au niveau de la synapse neuro-neuronique, le message nerveux est de nature chimique.
II. Du motoneurone à la cellule musculaire : la synapse neuromusculaire
Schéma : Structure et fonctionnement de la synapse neuromusculaire
Au niveau de la synapse neuromusculaire, le message nerveux du motoneurone entraîne la sécrétion de neuromédiateurs qui se fixent sur des récepteurs de la membrane plasmique de la cellule musculaire, entraînant sa contraction.
Conclusion

3e étape : structurer l'introduction et la conclusion au brouillon.
4e étape : rédiger la réponse sur la copie.

Corrigé

Synthèse
Introduction
Nous faisons constamment des mouvements volontaires comme saisir un objet, marcher, ou écrire… Une fois la décision prise de faire un mouvement, sa réalisation par les muscles nous paraît instantanée. En effet, le système nerveux, système de communication rapide au sein de l'organisme, est responsable de transmettre l'information motrice du cerveau vers les muscles effecteurs. Quels sont les mécanismes nerveux aboutissant à un mouvement volontaire ? Quel est le fonctionnement de la synapse neuromusculaire ? Dans une première partie, nous décrirons les mécanismes nerveux de la motricité volontaire, en détaillant le trajet des voies nerveuses motrices partant du cerveau et en précisant la nature du message nerveux puis dans une seconde partie, nous détaillerons la structure et fonctionnement de la synapse neuromusculaire.
I. Les mécanismes nerveux de la motricité volontaire
1. Du cortex moteur au muscle
L'étude de cas cliniques comme les blessures au niveau du cerveau et plus récemment, l'exploration du cortex cérébral par les techniques d'imagerie médicale, montrent que la commande des mouvements volontaires est localisée dans le cortex cérébral, zone de faible épaisseur située à la surface du cerveau. Plusieurs aires cérébrales coopèrent dans la commande de la motricité volontaire, formant le cortex moteur. Plus précisément, l'intention du mouvement s'élabore dans le cortex pariétal, puis la commande du mouvement est préparée par l'aire prémotrice et l'aire motrice supplémentaire. L'aire motrice primaire commande alors le mouvement volontaire. L'étude de l'aire motrice primaire montre que chaque région de cette aire correspond à la commande motrice d'une région précise du corps. Plus la motricité de cette région corporelle est complexe, plus la région de l'aire motrice primaire qui lui est dédiée est développée.
Issus de l'aire motrice primaire, les faisceaux de neurones pyramidaux projettent leurs axones vers le bulbe rachidien puis dans la moelle épinière. Au niveau du bulbe rachidien, les voies nerveuses motrices sont croisées : l'aire motrice primaire de l'hémisphère gauche contrôle les mouvements de la partie droite du corps et réciproquement. À un certain niveau de la moelle épinière, les terminaisons synaptiques des neurones pyramidaux entrent en contact par l'intermédiaire d'une synapse neuro-neuronique avec les corps cellulaires des motoneurones ou neurones moteurs. Au niveau de cette synapse, l'arrivée du message nerveux moteur à l'extrémité du neurone pré-synaptique entraîne la libération de neurotransmetteurs, qui se fixent sur des récepteurs spécifiques de la membrane du motoneurone post-synaptique, en adéquation avec la nature excitatrice ou inhibitrice des messages nerveux moteurs arrivant. En effet, le corps cellulaire du motoneurone est connecté avec plusieurs synapses et intègre l'ensemble des informations nerveuses reçues par sommation spatiale (intégration des messages nerveux issus de différentes synapses en même temps) et temporelle (intégration des messages nerveux issus d'une même synapse sur un certain temps). Il en résulte dans le motoneurone la formation d'un message nerveux moteur unique, véhiculé par l'axone du motoneurone jusqu'au muscle. Au niveau du muscle, formé par plusieurs cellules ou fibres musculaires, un même motoneurone peut innerver plusieurs fibres musculaires mais une fibre musculaire ne reçoit l'information que d'un seul motoneurone.
La commande de la motricité volontaire : du cortex cérébral au muscle
La commande de la motricité volontaire : du cortex cérébral au muscle
2. La nature du message nerveux moteur
Les cellules de l'organisme sont caractérisées par un potentiel membranaire de repos, dont la valeur est de 70 mV. Dans les neurones, cette valeur du potentiel membranaire peut être modifiée. Si la stimulation du neurone est suffisante, elle entraîne la modification transitoire de ce potentiel membranaire, qui constitue un potentiel d'action. Un potentiel d'action est une inversion transitoire du potentiel membranaire du neurone. Le potentiel d'action est toujours identique : il a toujours la même durée (2 ms environ) et la même amplitude. Il se propage le long de l'axone du neurone de proche en proche sans s'atténuer. Le message nerveux moteur consiste en une succession de potentiels d'action transmis le long de l'axone des neurones. Le message nerveux moteur est donc un message de nature électrique, dont l'intensité est codée en fréquence de potentiels d'action. Plus le nombre de potentiels d'action véhiculés par le neurone par unité de temps est élevé, plus l'intensité du message nerveux est forte. Au niveau de la synapse neuro-neuronique, le message nerveux moteur est de nature chimique. Comment fonctionne alors la synapse neuromusculaire, située entre le bouton synaptique du motoneurone et la fibre musculaire ?
II. Du motoneurone à la cellule musculaire : la synapse neuromusculaire
La zone de contact entre le motoneurone et le muscle est appelée synapse neuromusculaire. À l'extrémité pré-synaptique du motoneurone, le message nerveux moteur véhiculé dans l'axone sous forme de trains de potentiels d'action déclenche l'exocytose de vésicules contenant un neurotransmetteur, l'acétylcholine. Une fois présente dans la fente synaptique, l'acétylcholine se fixe sur des récepteurs qui lui sont spécifiques de la surface de la fibre musculaire, déclenchant un potentiel d'action musculaire qui entraîne la contraction de cette fibre. Ainsi au niveau de la synapse neuromusculaire, le message nerveux moteur du motoneurone est traduit en un message nerveux de nature chimique, dont l'intensité est codée en concentration de neuromédiateurs présents dans la fente synaptique.
Structure et fonctionnement de la synapse neuromusculaire
Structure et fonctionnement de la synapse neuromusculaire
Le message nerveux se propage sous forme de potentiels d'action le long du motoneurone (1) jusqu'à la terminaison synaptique. Des vésicules chargées d'acétylcholine (2) libèrent, par exocytose (3), leur contenu en neuromédiateurs dans la fente synaptique (4). La fixation de l'acétylcholine sur ses récepteurs localisés sur la membrane de la cellule musculaire (5) génère un potentiel d'action musculaire (6). Ce potentiel d'action musculaire déclenche la contraction du muscle (7).
L'acétylcholine est ensuite dégradée dans la fente synaptique et des molécules sont réinternalisées par la terminaison synaptique du motoneurone tandis que la membrane est recyclée par endocytose.
Conclusion
En conclusion, la commande de la motricité volontaire se fait par voie nerveuse. Partant du cortex moteur, des neurones pyramidaux acheminent le message nerveux moteur dans la moelle épinière. Au niveau de la substance grise, le message nerveux moteur est transmis par l'intermédiaire d'une synapse neuro-neuronique à un motoneurone. Après intégration, le motoneurone transmet un message moteur unique jusqu'au muscle. Les axones des neurones conduisent le message nerveux moteur codé en fréquence de potentiels d'action tandis qu'au niveau des synapses neuro-neuroniques et neuromusculaires, le message nerveux est de nature chimique. Au niveau de la synapse neuromusculaire, le message nerveux moteur entraîne la libération de neurotransmetteurs, dont la fixation sur leurs récepteurs spécifiques, déclenche le mouvement musculaire. Les individus n'ont pas tous les mêmes capacités motrices : certains individus sont capables de réaliser des mouvements précis et complexes comme par un exemple les gymnastes ou les pianistes. En effet, les individus disposent de capacités musculaires variables et leur capacité à commander leurs muscles diffère notamment en fonction de l'entraînement.