Partager la publication "Comment le corps fabrique-t-il l’électricité ?"
Par Eon Claude
REGARD SUR LA CRÉATION
«Car, depuis la création du monde, les perfections invisibles de Dieu, sa puissance éternelle et sa divinité, se voient comme à l’œil nu quand on Le considère dans ses ouvrages. »
(Rm1, 20)
Résumé : En 1781, Galvani découvrit que le simple contact d’un scalpel avec une grenouille, en présence d’électricité statique, provoquait aussitôt une contraction musculaire chez le batracien. D’où l’idée que notre corps utilise (et donc fabrique) des courants électriques. Un des avantages est la grande rapidité de transmission des signaux, ce qui est bien utile lorsqu’il s’agit de réflexes vitaux. Les potentiels électriques dans une cellule résultent des ions sodium et potassium (chargés positivement) qui peuvent migrer à travers la membrane au moyen d’une « pompe » : celle-ci est une protéine transmembranaire qui utilise l’énergie de dégradation de l’ATP (adénosine triphosphate), une molécule biochimique dont l’hydrolyse produit l’énergie chimique que les filaments musculaires transforment en énergie mécanique. La propagation de l’influx nerveux au long de l’axone est une autre merveille, qui montre bien le niveau technologique incomparable de l’Ingénieur qui nous a conçus et créés.
Tout ce qui est matériel est composé d’atomes et les atomes sont composés de protons, de neutrons et d’électrons. Les protons ont une charge positive, les neutrons sont neutres et les électrons portent une charge négative. Lorsque ces charges ne se compensent plus, l’atome se charge soit positivement soit négativement. Le passage d’un type de charge à l’autre permet aux électrons de passer d’un atome à l’autre. Ce flux d’électrons, de charge négative (par convention), est ce que nous appelons l’électricité. Puisque notre corps est une énorme masse d’atomes, nous pouvons générer de l’électricité.
Lorsque nous disons que le système nerveux envoie des « signaux » au cerveau, ou lorsque notre cerveau donne l’ordre à notre main de saisir la poignée de la porte, nous disons que l’électricité a transmis le message du point A au point B.
C’est un peu comme un câble digital transmettant des 0 et des 1 pour créer « la loi et l’ordre ». Sauf que dans notre corps, les électrons ne se propagent pas dans un câble : la charge électrique saute d’une cellule à la suivante jusqu’à ce qu’elle atteigne sa destination.
L’électricité est la clé de notre survie. Les signaux électriques sont rapides. Ils permettent une réponse quasi instantanée aux messages. Si nos corps devaient dépendre, disons, de réactions chimiques pour dire à notre cœur d’accélérer quand quelqu’un nous court après, nous aurions sans doute disparus depuis longtemps de la surface du globe.
Ces signaux vitaux, ordonnant à notre cœur d’accélérer lorsque nous sommes en danger, proviennent d’un groupe de cellules cardiaques appelé le nœud sino-auriculaire (ou nœud sinusal) ou simplement SA. Il est situé dans l’oreillette droite et contrôle le rythme cardiaque et le mouvement du sang depuis le cœur vers toutes les parties du corps. Mais notre pouls n’est pas la seule chose qui dépende d’impulsions électriques engendrées par nos cellules. Pratiquement, toutes nos cellules sont capables de produire de l’électricité.
L’électrophysiologie est la science qui étudie les phénomènes électriques et électrochimiques qui se produisent dans les cellules et, en particulier, dans les neurones et les fibres musculaires. Luigi Galvani (1737-1798), alors qu’il disséquait une grenouille1, constata que le simple contact entre le métal de son scalpel et le nerf sciatique de l’animal provoquait des contractions musculaires. Il en déduisit que des phénomènes électriques étaient responsables de la mise en branle de muscles. Depuis Galvani, la science a fait beaucoup de progrès, découvrant l’extraordinaire complexité de l’électrophysiologie.
Il n’est évidemment pas question d’entrer ici dans le détail des procédés par lesquels la cellule « fabrique » de l’électricité, mais nous pouvons tenter d’en donner une explication très simplifiée.
À l’état de repos, une cellule a une polarisation légèrement négative, due au léger déséquilibre entre les ions de potassium et de sodium de part et d’autre de la membrane. C’est ce déséquilibre qui constitue la différence de potentiel électrique de la cellule.
Cette différence est due à la séparation de charges, de part et d’autre de la membrane, provoquée par un courant permanent d’ions (majoritairement K+) à travers des canaux ioniques. La différence de concentration entre les espèces ioniques (de K et de Na) est maintenue en permanence par les pompes sodium-potassium. « La pompe sodium-potassium ou Na+ – K+ ATPase est une protéine transmembranaire dont l’activité enzymatique utilise l’énergie issue de la dégradation de l’ATP en ADP et en phosphate inorganique pour transporter des ions potassium et sodium contre leur gradient de concentration. Elle joue un rôle dans le maintien du potentiel de repos des cellules nerveuses, musculaires et cardiaques. La pompe permet d’échanger les ions sodium (Na+) issus du milieu intracellulaire avec les ions potassium (K+) issus du milieu extracellulaire dans un rapport précis (3Na / 2K). »2
« La Na+ – K+ATPase utilise l’énergie contenue dans l’ATP pour maintenir une différence de composition ionique entre l’intérieur de la cellule et l’extérieur. L’activité de la pompe a pour effet direct que les ions potassium sont majoritaires dans le cytoplasme de la cellule, tandis que les ions sodium sont majoritaires à l’extérieur de la cellule. L’ouverture de canaux potassium, les seuls canaux qui soient ouverts à l’état basal dans la majorité des cellules, permet au gradient chimique du potassium de se dissiper. La séparation de charge résultante crée la différence de potentiel électrique mesurée. L’électroneutralité des deux compartiments est violée à proximité de la membrane.
Toutefois, compte tenu de la géométrie du système, il ne faut qu’un surplus d’environ 2 ions sur 100 000 pour rendre compte du potentiel de membrane. Le champ électrique créé empêche les ions potassium de sortir. Pour résumer, le potentiel chimique des ions potassium est en faveur d’une sortie de ces ions. Cette sortie crée une force électrique qui s’oppose à la sortie d’un nombre plus important d’ions potassium.
[…] Dans les neurones et autres cellules excitables, un signal provoque l’ouverture transitoire des canaux sodium responsables d’une dépolarisation transitoire appelée potentiel d’action 3. »
« Au repos, il existe un potentiel transmembranaire d’environ 70 mV: c’est le potentiel de repos. Étant donné que la membrane mesure 7 nanomètres (1 nm = 10-9 m) d’épaisseur, cela correspond à un champ électrique de dix millions de volts par mètre… Le potentiel d’action dure entre 1 et 2 millisecondes4. »
Les canaux ioniques mentionnés plusieurs fois ci-dessus sont une autre merveille du système cellulaire.
« L’axone ou fibre nerveuse est le prolongement du neurone qui conduit le signal électrique du corps cellulaire vers les zones synaptiques. Le long de l’axone, ce signal est constitué de potentiels d’action. Les autres prolongements du neurone sont les dendrites qui conduisent le signal des synapses au corps cellulaire. Les neurones ont le plus souvent un seul axone et plusieurs dendrites5. »
L’axone du neurone comprend des canaux ioniques en grande quantité, et c’est leur activité qui est responsable de la propagation de l’influx nerveux. Le canal ionique est une protéine membranaire qui permet le passage à grande vitesse d’un ou plusieurs ions. Il peut être sélectivement perméable à un ion ou à plusieurs à la fois. Les canaux ioniques sont présents dans la membrane de toutes les cellules.
« Les canaux sont des facilitateurs de diffusion : ils n’influent pas sur le sens de passage des ions, uniquement dicté par la différence de potentiel électrochimique de l’ion considéré6. » Selon le stimulus gouvernant leur ouverture, on distingue plusieurs types de canaux ioniques. Celui qui nous intéresse ici est le « voltage-dépendant » : son ouverture dépend de la modification de polarité membranaire, par exemple canaux à sodium mis en jeu pour la propagation d’un potentiel d’action.
La propagation de l’influx nerveux se fait de proche en proche le long de l’axone grâce à l’ouverture des canaux ioniques. Autour de certains axones, il y a une gaine de myéline isolante. Les manchons de myéline sont séparés par des sections non myélinisées de l’axone : les nœuds de Ravier. Ceci permet une propagation « saltatoire » très rapide des potentiels d’action, car ceux-ci « sautent » d’un nœud de Ravier à l’autre, d’où le nom de propagation « saltatoire ».
Le corps humain n’est pas le seul à « produire » de l’électricité. La gymnote, sorte d’anguille, peut produire jusqu’à 600 volts pour se défendre ! [Pensons à Ménon comparant Socrate au « poisson-torpille » (in Ménon, 80a), i. e. la raie électrique.
L’organe électrique des raies Torpedo est utilisé dans la recherche en neuroscience pour ses propriétés bioélectriques et l’identification du canal ionique]. La production du corps humain est beaucoup plus modeste, se situant normalement entre 10 et 100 millivolts. Par comparaison, un tube cathodique de télévision a besoin d’environ 25 000 volts.
Plusieurs chercheurs dans le monde travaillent à la création de bio-batteries utilisant les électrolytes naturels de certains fluides humains. Ainsi les chercheurs du Panasonic’s Nanotechnology Research Laboratory ont mis au point (expérimental) une batterie à partir du glucose du sang. À Singapour, des savants utilisent l’urine comme source d’énergie.
Bien entendu, il faudra encore attendre quelque temps avant de pouvoir remplacer les batteries nickel-cadmium ou autres par des bio-batteries biiodégradables. Ces recherches sont prometteuses, surtout dans le domaine médical. Mais parviendront-elles jamais à égaler l’ingéniosité du Créateur qui a plusieurs longueurs d’avance ?
1 Ndlr. Pour bien interpréter cette expérience, il faut penser que Galvani avait ce jour-là des semelles isolantes et qu’il était lui-même chargé d’électricité statique.
2 Article « Pompe sodium-potassium » in Wikipédia.
3 Art. « Potentiel d’action » in Wikipédia.
4 Art. « Potentiel de repos » in Wikipédia.
5 Art. “Axone” in Wikipédia.
6 Art. “Canal ionique” in Wikipédia.