E1 Potentiel de membrane de repos (Nernst/Goldman-Hodgkin-Katz)

Topique

La membrane neuronale sépare le milieu intracellulaire du milieu extracellulaire, où les ions, principalement le potassium, le sodium et le chlorure, sont inégalement répartis. Cette répartition inégale est maintenue par trois facteurs : les gradients de concentration de chaque ion, la perméabilité sélective de la membrane à chaque type d’ion et le transport actif assuré par la pompe sodium-potassium, qui déplace les ions contre leur gradient de concentration, en consommant de l’énergie.

Pour un ion donné, il existe un potentiel de membrane spécifique pour lequel la force électrique qui le repousse compense exactement la force de diffusion qui le repousse dans la direction opposée : ce point d’équilibre électrochimique est le potentiel de Nernst de cet ion. Il dépend de sa valence, de la température et du rapport des concentrations de cet ion de part et d’autre de la membrane. Plus ce rapport est élevé, plus le potentiel de Nernst de cet ion s’éloigne de zéro.

Cependant, la membrane neuronale réelle n'est pas perméable à un seul type d'ion, mais simultanément à plusieurs ions, chacun ayant sa propre perméabilité relative. Par conséquent, le potentiel de membrane observé ne correspond pas au potentiel de Nernst d'un ion individuel. Ce potentiel de membrane observé résulte plutôt d'une moyenne pondérée par la perméabilité relative de chaque ion des potentiels de Nernst de toutes les espèces ioniques auxquelles la membrane neuronale est perméable : plus la perméabilité relative d'un ion est élevée par rapport aux autres, plus le potentiel de membrane observé se rapproche du potentiel de Nernst de cet ion. Cette méthode de moyennage des potentiels de Nernst par pondération de la perméabilité est la relation décrite par Goldman, Hodgkin et Katz, et c'est elle qui détermine en définitive le potentiel de membrane observé dans une membrane neuronale réelle.

Chaque courant ionique traversant la membrane neuronale peut être décrit comme le produit de deux facteurs : la conductance du canal par lequel passe l’ion, et la force électrochimique de cet ion, c’est-à-dire la différence entre le potentiel de membrane observé et son potentiel de Nernst. Plus cette différence est grande, plus la force électrochimique de l’ion est importante, et par conséquent, plus le courant ionique traversant la membrane neuronale est intense.

À l’équilibre, la somme de tous les courants ioniques traversant la membrane neuronale s’annule : les courants entrants sont exactement compensés par les courants sortants. C’est précisément cette somme nulle qui définit le potentiel de repos de la membrane neuronale.

La capacité de la membrane neuronale, ainsi que sa conductance totale, déterminent la constante de temps de réponse du potentiel de membrane neuronal à une perturbation : plus la capacité de la membrane neuronale est élevée, plus la réponse du potentiel de membrane neuronal à cette perturbation est lente ; inversement, plus la conductance totale de la membrane neuronale est élevée, plus la réponse du potentiel de membrane neuronal à cette même perturbation est rapide.

Ce modèle de la membrane neuronale au repos constitue le fondement des modèles ultérieurs de génération et de propagation du potentiel d’action membranaire neuronal, ainsi que des anomalies de cette même membrane neuronale qui décrivent d’autres pathologies répertoriées. En bref, c’est cette même membrane neuronale, avec sa distribution inégale d’ions, ses potentiels de Nernst individuels, son potentiel de membrane observé et sa constante de temps caractéristique, qui pose les bases de tous les modèles ultérieurs du système nerveux.

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