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La transmission de l'excitation du motoneurone à la fibre musculaire s'effectue au niveau de la plaque motrice qui constitue la jonction entre le nerf et le muscle. La transmission est assurée grâce à une substance : Facétylcholine (ACh) qui est stockée dans les vésicules présynaptiques.

Autour des zones actives présynaptiques les vésicules d'ACh peuvent être libérées par exocytose dans l'espace subsynaptique. Chaque vésicule contient un certain quantum d'ACh. Les replis postsynaptiques de la membrane musculaire se trouvent en face des zones actives. C'est au niveau de ces replis postsynaptiques que se trouvent les récepteurs à ACh. Lorsqu'une molécule d'ACh vient se fixer sur un récepteur, la perméabilité de la membrane aux ions Na⁺ (et aux ions K⁺) se trouve modifiée;

il en résulte la formation d'un courant entrant de Na⁺ (2 pA pour environ 0.2-1 ms ; B1). Un quantum complet d'ACh est déversé sur une surface de l'ordre de 1μm² ; comme il y a plus de 2 000 canaux, cela signifie que le courant ionique induit sera de plusieurs nA pendant quelques ms (courants miniatures de plaque). Quelques quanta isolés peuvent se vider spontanément, mais cela ne suffit pas pour entraîner une excitation musculaire. Par contre, l'arrivée des potentiels d'action du motoneurone déclenche au niveau de la terminaison nerveuse l'apparition d'un courant entrant de Ca²⁺ qui provoque la libération synchronisée de plusieurs centaines de quanta d'ACh;

le courant de plaque qui apparaît est alors suffisant pour induire un potentiel d'action musculaire et, par là même. une secousse musculaire. L'ACh est très rapidement inactivée (hydrolyse) par les cholinestérases situées dans l'espace synaptique, si bien que la repolarisation est rendue possible.

La transmission neuromusculaire peut être bloquée par toutes sortes de poisons et substances pharmacologiques ce qui conduit à une faiblesse du muscle, voire, dans les cas extrêmes, à sa paralysie. Les toxines botuliques inhibent la libération d'ACh par les vésicules. Des substances comme le curare, connu pour son utilisation dans la fabrication des fléchettes paralysantes des Indiens, sont employées en anesthésiologie pour relâcher (relaxation) la musculature lors des interventions chirurgicales. Le curare empoche la fixation de l'ACh sur les récepteurs {inhibition compétitive} tout en n'ayant lui-même aucun effet dépolarisant. Ce blocage peut être levé par administration d'inhibiteurs de la cholinestérase. Ceci entraîne l'élévation de la concentration en ACh. ACh que le curare va de nouveau bloquer. Cependant, si des inhibiteurs de la cholinestérase parviennent à une synapse intacte, la concentration d'ACh ainsi élevée permet d'obtenir une dépolarisation durable. Il en résulte une inactivation des canaux Na⁺ et une paralysie musculaire. Quelques substances semblables à l'ACh (substances parasympathicomimétiques, par exemple la disuccinylcholine) ont aussi un effet dépolarisant, mais elles sont détruites plus lentement. Elles provoquent également une paralysie par dépolarisation persistante.