Réflexe myotatique et message nerveux : circuit et délais

Le réflexe myotatique, un circuit court

Un réflexe est une réponse motrice involontaire, rapide et toujours semblable, déclenchée par un stimulus précis. Le réflexe myotatique est la contraction d'un muscle en réponse à son propre étirement brusque. Le réflexe rotulien en est l'exemple le plus connu.

Un exemple concret

Quand le médecin frappe le tendon situé sous la rotule, le muscle quadriceps est étiré une fraction de seconde. Presque aussitôt, il se contracte et la jambe se lève, sans que la personne l'ait décidé. Dans la vie courante, ce mécanisme aide à maintenir la posture : un muscle étiré par un déséquilibre réagit en se raccourcissant.

Les éléments du circuit

• Récepteur : le fuseau neuromusculaire, structure sensible à l'étirement, située dans le muscle.
• Neurone sensitif : sa fibre conduit le message vers la moelle épinière par la racine dorsale du nerf rachidien.
• Centre nerveux : la moelle épinière, où le neurone sensitif établit une synapse directe avec un motoneurone.
• Motoneurone : sa fibre quitte la moelle par la racine ventrale et rejoint le muscle.
• Effecteur : le muscle étiré, qui se contracte.

Comme il n'y a qu'une seule synapse entre les deux neurones, on parle de réflexe monosynaptique. En parallèle, un interneurone inhibe les motoneurones du muscle antagoniste, ce qui facilite le mouvement.

Le message nerveux et les délais

Le message nerveux est une suite de potentiels d'action. Leur amplitude ne varie pas : c'est leur fréquence qui code l'intensité de l'étirement. La conduction est d'autant plus rapide que la fibre est large et myélinisée ; les fibres sensitives du fuseau atteignent environ 70 à 100 m/s. À la synapse, le message devient chimique grâce à un neurotransmetteur, ce qui ajoute un retard d'environ 0,5 à 1 ms.

Le délai total s'obtient en additionnant les durées : conduction sensitive, passage synaptique, conduction motrice. Pour chaque fibre, la durée est égale à la distance divisée par la vitesse : t = d / v. Pour le réflexe rotulien, la réponse apparaît après une vingtaine de millisecondes environ.

Un piège à éviter

On croit souvent qu'un réflexe est rapide parce que le message nerveux s'y déplace plus vite. C'est faux : les vitesses de conduction sont du même ordre que pour une commande volontaire. Le réflexe est rapide parce que le trajet est court et comporte très peu de synapses, la moelle épinière suffisant à relier le récepteur à l'effecteur. Le cerveau n'est pas nécessaire pour déclencher la réponse, mais il reçoit l'information par d'autres voies : c'est pourquoi on sent le coup après coup. Un réflexe n'est donc pas une réponse sans neurones, c'est une réponse qui emprunte un circuit très économique.

Exercice 1 : reconnaître le circuit

Un médecin frappe le tendon rotulien d'un patient assis, jambe pendante. Le quadriceps se contracte et la jambe se lève. Éléments du circuit, donnés dans le désordre : A. motoneurone ; B. muscle quadriceps ; C. fuseau neuromusculaire ; D. neurone sensitif ; E. synapse dans la moelle épinière.

1. Nommer le stimulus efficace et l'effecteur.
2. Ordonner les éléments A à E dans le sens de circulation du message nerveux.
3. Justifier que ce réflexe soit qualifié de monosynaptique.

Exercice 2 : calculer un délai

Données pédagogiques simplifiées : distance du fuseau neuromusculaire à la moelle épinière : 0,60 m ; distance de la moelle au quadriceps : 0,60 m ; vitesse de conduction dans les fibres sensitives et motrices : 60 m/s ; retard de transmission à la synapse : 1 ms.

1. Calculer, en millisecondes, la durée de conduction dans la fibre sensitive, puis dans la fibre motrice.
2. En déduire le délai total entre l'étirement et le début de la réponse du muscle.
3. Lors d'une réponse volontaire à un signal sonore, le même patient met 180 ms à contracter son quadriceps. Calculer l'écart avec le réflexe et proposer une explication.

Exercice 3 : interpréter des expériences

Données pédagogiques simplifiées : expériences sur un animal anesthésié ; on observe la contraction du quadriceps.

1. Que montrent les conditions 2 et 3 sur le rôle de la racine dorsale ?
2. Que montrent les conditions 4 et 5 sur le rôle de la racine ventrale ?
3. Résumer en une phrase le sens de circulation du message.

Correction complète

Exercice 1 : correction

1. Le stimulus efficace est l'étirement brusque du quadriceps, provoqué par le choc sur le tendon. L'effecteur est le muscle quadriceps.
2. L'ordre est : C (fuseau neuromusculaire), D (neurone sensitif), E (synapse dans la moelle), A (motoneurone), B (quadriceps).
3. Le réflexe est monosynaptique car une seule synapse relie le neurone sensitif au motoneurone, sans interneurone intermédiaire sur la voie principale.

Exercice 2 : correction

1. On applique t = d / v. Pour la fibre sensitive : t = 0,60 / 60 = 0,010 s, soit 10 ms. La fibre motrice a la même distance et la même vitesse : 10 ms.
2. Délai total = 10 + 1 + 10 = 21 ms. On néglige ici le temps d'activation du muscle. Ce résultat est cohérent avec l'ordre de grandeur d'une vingtaine de millisecondes.
3. Écart = 180 - 21 = 159 ms. La réponse volontaire exige la perception du son, son traitement par le cerveau, la décision, puis l'envoi de la commande motrice. Le trajet est plus long et comporte beaucoup plus de synapses, chacune ajoutant un retard. Le réflexe court-circuite ces étapes grâce à son circuit médullaire court.

Exercice 3 : correction

1. Condition 2 : sans racine dorsale, le coup sur le tendon n'entraîne aucune contraction, donc cette racine conduit le message du récepteur vers la moelle. Condition 3 : stimuler le bout relié à la moelle suffit à provoquer la contraction, donc la moelle et la suite du circuit fonctionnent. La racine dorsale est la voie sensitive.
2. Condition 4 : sans racine ventrale, il n'y a pas de réponse au coup, donc la commande ne parvient plus au muscle. Condition 5 : stimuler le bout relié au muscle provoque une contraction, donc le muscle reste capable de répondre. La racine ventrale est la voie motrice qui conduit l'ordre de la moelle au muscle.
3. Le message circule du récepteur musculaire vers la moelle par la racine dorsale, puis de la moelle vers le muscle par la racine ventrale.