Une fibre musculaire
est le résultat de la fusion de plusieurs cellules
durant le développement. Ce phénomène,
que l’on appelle un syncytium, explique pourquoi
une seule fibre musculaire peut contenir plusieurs centaines
de noyaux. Ceux-ci sont situés à la périphérie
du cytoplasme, juste sous la membrane cellulaire (sarcolemme).
Plus un organe nécessite
un contrôle moteur fin, plus la taille de l’unité
motrice est petite. Par exemple, un motoneurone peut déclencher
la contraction de moins de 10 fibres musculaires dans les muscles
oculaires. Dans le larynx, c’est à peine 2-3 fibres
qui sont contrôlées par un motoneurone.
À l’opposé, les unités motrices du
muscle du mollet (gastrocnemius) comprennent de 1000 à
2000 fibres musculaires réparties dans tout le muscle.
Par ailleurs, bien que la réponse d’une unité
motrice soit de type tout ou rien, la force de la réponse
du muscle entier est, pour sa part, proportionnelle au nombre
d’unités motrices activées.
LA JONCTION NEUROMUSCULAIRE ET LA CONTRACTION
DES MUSCLES
Les axones
des motoneurones,
lorsqu’ils arrivent à proximité d’un
muscle pour l’innerver, se divisent en plusieurs branches
qui vont chacune établir une jonction
neuromusculaire avec une fibre musculaire. Le potentiel
d’action en provenance d’un motoneurone va donc
provoquer la contraction musculaire d’un ensemble de
fibres musculaires formant ce que l’on appelle une "unité motrice".
L'unité motrice est donc le plus petit élément
contractile que le système nerveux peut mettre en jeu.
Le corollaire étant qu’une fibre musculaire n'est
toujours innervée que par un seul motoneurone.
Quand un potentiel d’action arrive à une jonction
neuromusculaire, il provoque le relâchement d’acétylcholine.
Celle-ci se fixe sur les
récepteurs nicotiniques situé sur la
"plaque motrice", région spécialisée
de la membrane post-synaptique de la fibre musculaire où se
trouve concentrés les récepteurs. Cette fixation
provoque l’ouverture de des récepteurs-canaux
nicotiniques et l’entrée d’ions sodium dans
le muscle.
Cette entrée de sodium, si elle est suffisante pour faire passer
le potentiel de repos de la fibre musculaire de -95 milivolts à environ
-50 milivolts, provoque un potentiel d’action musculaire qui
se répand dans toute la fibre. Celui-ci voyage d’abord à
la surface du sarcolemme, cette membrane excitable
qui entourent les différentes structures cylindriques
contractiles dénommées myofibrilles. Or, pour
atteindre les myofibrilles, dont certaines sont situées
en profondeur dans la fibre musculaire, le potentiel d’action
musculaire suit le réseau de tubule T (pour
transverse) qui partent du sarcolemme et s’enfoncent
au cœur de la fibre.
Le potentiel d’action musculaire atteint ainsi une structure
clé dans la cascade de réactions menant à la
contraction musculaire : le réticulum sarcoplasmique,
qui stocke les ions calciums nécessaires à la contraction
musculaire. Or il existe un couplage physique direct entre une protéine
sensible au potentiel de membrane des tubules T et un canal calcique
du réticulum sarcoplasmique, de sorte que l’arrivée
du potentiel d’action musculaire provoque l’expulsion
de calcium du réticulum sarcoplasmique, le rendant ainsi disponible
pour la
suite de la cascade biochimique impliquant les protéines contractiles
des myofibrilles.
L’excitabilité membranaire
est une caractéristique que partagent les neurones et
les fibres musculaires qui peuvent produire des potentiels
d’action. Cette caractéristique ne
leur est cependant pas exclusive puisqu’elle se retrouve
entre autres dans les cellules glandulaires, les ovules fertilisés
et certaines cellules végétales.
Plusieurs toxines peuvent
affecter la jonction neuromusculaire et ses récepteurs
nicotiniques. Certaines, comme la toxine botulinique, agissent
au niveau présynaptique en empêchant la libération
d’acétylcholine et produisant une faiblesse
ou une paralysie musculaire.
Mais d’autres agissent directement sur le récepteur
nicotinique en occupant le site de fixation de l’acétylcholine,
mais sans provoquer l’ouverture du canal. L’acétylcholine
étant libérée dans la fente synaptique
mais ne pouvant se fixer aux récepteurs, la contraction
musculaire n’a pas lieu. C’est de cette façon
qu’agit le curare dont les indiens d’Amazonie enduisent
leur flèche : le poison tue en paralysant les muscles
du diaphragme. C’est le même mécanisme qui
est à l’œuvre avec la bungarotoxine, un venin
de serpent.
Certaines substances vont plutôt se loger dans le pore
central du récepteur nicotinique, empêchant ainsi
le passage des ions. C’est le cas de la procaïne,
la lidocaïne ou la benzocaïne, des molécules
utilisées pour l’anesthésie locale. Ou
encore de la tétrodotoxine contenue dans le foie de
certains poissons et qui, lorsqu’elle est ingérée,
peut provoquer la mort en quelques heures.
Le récepteur
nicotinique est donc un récepteur canal (ou ionotrope),
c’est-à-dire que c’est la même
protéine qui forme le canal transmembranaire et
qui fixe l’acétylcholine ou l’un de
ses agonistes comme
la nicotine.
Leur fixation provoque alors une dépolarisation
dans la cellule post-synaptique en y laissant entrer beaucoup
de sodium et sortir un peu de potassium.
On distingue deux types de récepteurs nicotiniques:
le N1 qui se trouve dans le système nerveux végétatif
et le N2 qui est plutôt au niveau des jonctions
neuromusculaires. Ces récepteurs font partie d’une
grande famille de récepteurs canaux qui comprend
ceux de la glycine, du glutamate
(NMDA et AMPA) ou encore du GABA (récepteurs
GABA-A).
Outre les récepteurs nicotiniques, il existe une autre
famille de récepteurs à l’acétylcholine,
les récepteurs muscariniques. Ceux-ci font partie de l’autre
grande classe de récepteur appelés récepteurs à protéine
G (ou métabotrope).
Ces récepteurs, dont font partie par exemple les récepteurs
à la dopamine, sont totalement distincts du canal ionique.
Ils exercent leurs effets sur les canaux via une protéine
située du côté cytoplasmique appelée
protéine G parce qu’elle lie le GTP. Le récepteur
activé par la fixation du neurotransmetteur active donc
cette protéine G qui module directement ou indirectement
(via un second messager) l'ouverture de canaux ioniques indépendants.
Son action est par conséquent moins rapide que pour les
récepteurs nicotiniques où tout est centralisé
sur le même complexe protéique.
Par ailleurs, alors que les récepteurs nicotiniques sont
formés de cinq peptides distincts, les sept domaines transmembranaires
des récepteurs muscariniques proviennent de la même
protéine qui serpente à travers la membrane.
Encore ici, il existe au moins cinq types de récepteurs
mucariniques qui tous sont activés par la muscarine, une
molécule produite par un champignon. M1 et M3 activent
par exemple la phospholipase C, un second messager qui amène
une dépolarisation par l’ouverture de canaux au
calcium et diminution du flux de potassium. M1 se retrouve dans
le cortex et les noyaux gris centraux tandis que M3 est dans
le cervelet. Les deux récepteurs interviennent
également dans les sécrétions glandulaires
exocrines.
Un mode d’action différent est associé
au type M2 qui est lié à une protéine G
qui inhibe l’adényl cyclase. La baisse d’activité
de cette enzyme diminue la quantité du second messager
AMP cyclique permettant l’ouverture des canaux potassium
et hyperpolarisation de la cellule. M2 se trouve également
dans le
système nerveux central (cervelet, noyaux gris centraux
et tronc cérébral) mais aussi au niveau du cœur.
