III. Physiologie rénale - Formation de l`urine

Physiologie animale
Pr. Tobias Hevor
Semestre 5
Professeur Tobias Hevor
Directeur du Laboratoire de Neurobiologie
Université d’Orléans. B.P. 6759
45067 Orléans CEDEX 2
L3 : Les grandes
fonctions
Milieu intérieur
Physiologie cardiaque
Physiologie vasculaire
Respiration
Excrétion
Digestion
Nutrition
1
Physiologie animale
Pr. Tobias Hevor
Semestre 5
Sommaire
Professeur Tobias Hevor ......................................................................................................................... 1
Milieu intérieur........................................................................................................................................ 1
Sommaire ................................................................................................................................................ 2
Chapitre 0 : Enthalpie et Entropie ........................................................................................................... 7
Chapitre 1 : Le milieu intérieur ................................................................................................................ 8
I.
Les compartiments liquidiens de l'organisme ................................................................................. 8
A.
Un compartiment ........................................................................................................................ 8
B.
Deux compartiments ................................................................................................................... 9
C.
Compartiments multiples ............................................................................................................ 9
D.
Composition des liquides et mouvements liquidiens ............................................................... 10
II.
Le Sang........................................................................................................................................... 12
A.
Propriétés physiques et mesure du volume sanguin ................................................................ 12
B.
Le plasma sanguin et sa composition ........................................................................................ 13
1.
La composition du plasma ..................................................................................................... 13
2.
Les substances protéiques .................................................................................................... 13
3.
Composés non-protéiques .................................................................................................... 13
4.
Système tampon du sang ...................................................................................................... 14
5.
Le système des protéines ...................................................................................................... 14
6.
Le système imidazole ............................................................................................................ 15
7.
Le système effet Bohr ............................................................................................................ 15
8.
Le système de l’acide carbonique ......................................................................................... 15
C.
Origine des éléments figurés ..................................................................................................... 15
1.
Les érythrocytes .................................................................................................................... 15
2.
Les leucocytes........................................................................................................................ 15
3.
Les thrombocytes .................................................................................................................. 16
III.
Les éléments figurés .................................................................................................................. 17
A.
Les globules rouges (ou hématies ou érythrocytes).................................................................. 17
1.
Caractéristiques ..................................................................................................................... 17
2.
Régulation de la production des hématies............................................................................ 17
3.
Eléments constitutifs des globules rouges ............................................................................ 18
4.
Rôles des pigments du sang .................................................................................................. 21
2
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B.
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Semestre 5
Les plaquettes sanguines et la coagulation du sang ................................................................. 21
1.
Caractéristiques ..................................................................................................................... 21
2.
Hémostase ............................................................................................................................. 21
3.
Les leucocytes........................................................................................................................ 23
4.
Les groupes sanguins ............................................................................................................. 26
Chapitre 2 : La physiologie cardiaque ................................................................................................... 28
I.
Généralités sur l’appareil cardio-vasculaire .................................................................................. 28
II.
Rappel de l’anatomie cardiaque.................................................................................................... 28
A.
Morphologie et structure .......................................................................................................... 28
B.
Histologie ................................................................................................................................... 29
III.
Fonctionnement global du cœur ............................................................................................... 29
A.
Activité électrique ..................................................................................................................... 29
B.
Activité mécanique et sa genèse ............................................................................................... 30
IV.
Propriétés du cœur.................................................................................................................... 31
A.
Automatisme cardiaque et rythmicité ...................................................................................... 31
1.
Origine de l’automatisme ...................................................................................................... 31
2.
Mécanisme de la rythmicité .................................................................................................. 33
3.
Régulation de la rythmicité ................................................................................................... 33
4.
Potentiel d’action des cellules ventriculaires ........................................................................ 34
B.
V.
Conductibilité ............................................................................................................................ 35
1.
Propagation de l’influx .......................................................................................................... 35
2.
Arrêt de la propagation ......................................................................................................... 35
Régulation de l’activité cardiaque ................................................................................................. 36
A.
B.
VI.
Régulation de la fréquence ....................................................................................................... 36
1.
Innervation cardiaque ........................................................................................................... 36
2.
Régulation.............................................................................................................................. 37
3.
Rôle des hormones ................................................................................................................ 37
Régulation du volume de l’ondée systolique ............................................................................ 37
Electrocardiographie ................................................................................................................. 37
Chapitre 3 : Physiologie vasculaire ........................................................................................................ 39
I.
II.
Anatomie des vaisseaux ................................................................................................................ 39
A.
Structure de la paroi vasculaire ................................................................................................. 39
B.
Propriétés de la paroi vasculaire ............................................................................................... 39
Hémodynamique ........................................................................................................................... 40
3
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III.
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Semestre 5
Circulation artérielle .................................................................................................................. 41
A.
Propriétés .................................................................................................................................. 41
B.
Mesure de la pression artérielle................................................................................................ 41
1.
Méthode directe.................................................................................................................... 41
2.
Méthode indirecte................................................................................................................. 42
C.
Le pouls...................................................................................................................................... 43
D.
Régulation de la pression artérielle........................................................................................... 43
1.
Facteurs régulant la pression artérielle ................................................................................. 43
2.
Mécanisme nerveux de la régulation de la pression artérielle ............................................. 44
E.
Circulation capillaire – Equilibre de Starling.............................................................................. 46
F.
Circulation veineuse .................................................................................................................. 48
Chapitre 4 : Physiologie de la respiration.............................................................................................. 50
I.
Lois physiques................................................................................................................................ 50
II.
Mécanique ventilatoire ................................................................................................................. 50
A.
Structure de l’appareil respiratoire ........................................................................................... 50
B.
Modifications de volume ........................................................................................................... 54
C.
Modification de pression........................................................................................................... 55
D.
Volumes et capacités respiratoires ........................................................................................... 55
E.
Composition de l’air atmosphérique et de l’air alvéolaire ........................................................ 56
III.
Transport des gaz ...................................................................................................................... 56
A.
Transport de l’oxygène .............................................................................................................. 56
B.
Transport du CO2 ....................................................................................................................... 59
IV.
Régulation de la ventilation....................................................................................................... 60
A.
Rythmicité ................................................................................................................................. 60
B.
Facteurs modifiant l’activité des centres. ................................................................................. 62
Chapitre 5 : Excrétion ............................................................................................................................ 64
I.
Structure macroscopique .............................................................................................................. 64
II.
Le Néphron .................................................................................................................................... 67
A.
Morphologie .............................................................................................................................. 67
B.
Disposition spaciale ................................................................................................................... 69
C.
L’appareil justaglomérulaire...................................................................................................... 70
III.
Physiologie rénale - Formation de l’urine ................................................................................. 70
A.
Filtration glomérulaire............................................................................................................... 71
B.
Formation de l’urine définitive.................................................................................................. 72
4
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Semestre 5
1.
Réabsorption et sécrétion tubulaire ..................................................................................... 72
2.
Mécanisme de concentration de l’urine ............................................................................... 73
IV.
I.
Pr. Tobias Hevor
Régulation des paramètres du milieu intérieur ........................................................................ 75
La cavité buccale et le pharynx...................................................................................................... 77
A.
Anatomie de la cavité buccale................................................................................................... 77
B.
Le pharynx et la déglutition ....................................................................................................... 79
C.
Les glandes salivaires................................................................................................................. 79
1.
Organisation .......................................................................................................................... 79
2.
Activité des glandes salivaires ............................................................................................... 81
D.
Absorption ................................................................................................................................. 82
II.
Œsophage ...................................................................................................................................... 82
III.
L’estomac .................................................................................................................................. 84
A.
Aspect morphologique, histologique et cytologique ................................................................ 84
B.
Vascularisation et innervation................................................................................................... 86
C.
Sécrétion gastrique.................................................................................................................... 86
1.
Le suc gastrique ..................................................................................................................... 86
2.
Inhibition de la sécrétine ....................................................................................................... 86
3.
Facteurs intervenant dans la sécrétion ................................................................................. 86
4.
Aspect enzymatique de la sécrétion ..................................................................................... 86
5.
Absorption – Vidange ............................................................................................................ 86
IV.
L’intestin .................................................................................................................................... 87
A.
Aspects anatomiques ................................................................................................................ 87
B.
Le pancréas exocrine ................................................................................................................. 88
1.
Aspects anatomiques ............................................................................................................ 88
2.
Sécrétions pancréatiques ...................................................................................................... 88
C.
La sécrétion biliaire ................................................................................................................... 89
1.
Aspect anatomique du foie ................................................................................................... 89
2.
La bile..................................................................................................................................... 91
D.
La digestion intestinale.............................................................................................................. 92
1.
Les glucides............................................................................................................................ 92
2.
Les protides ........................................................................................................................... 92
3.
Les lipides .............................................................................................................................. 92
4.
Mouvements d’eau ............................................................................................................... 93
5.
Sels minéraux ........................................................................................................................ 93
5
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6.
E.
Pr. Tobias Hevor
Semestre 5
Vitamines ............................................................................................................................... 93
Le gros intestin .......................................................................................................................... 94
1.
Aspect anatomique ............................................................................................................... 94
2.
Activité mécanique ................................................................................................................ 94
3.
Absorption et flore intestinale .............................................................................................. 95
6
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Semestre 5
Chapitre 0 : Enthalpie et Entropie
En considérant nos organismes comme un ensemble fermé, ces ensembles, pour vivre, ont besoin
d’énergie, ce sont les besoins énergétiques. Cette énergie sert à vivre tout simplement (ATP). Il a
besoin aussi de grandir, de croitre. Même si les adultes ont déjà fini leur croissance, ils ont besoin de
maintenir leur forme, maintenir la matière, ce sont les besoins plastiques. On peut regrouper
l’ensemble des besoins d’un être vivant sous forme des besoins énergétiques et plastiques.
Le problème est que les êtres vivants ne sont qu’en milieu fluide, une cellule ne peut vivre qu’en
milieu fluide (eau + autres substances). Les réponses à ces besoins vont venir de ce milieu fluide. On
va distinguer alors 2 catégories d’êtres :


Certains ont de faibles besoins de ce milieu fluide : Autotrophes
Les autres, et notamment le monde animal, ont besoin d’un milieu beaucoup plus élaboré :
Hétérotrophes.
Si l’on prend des êtres d’une seule cellule (ex : protozoaires), les échanges se feront avec le milieu
ambiant, ça peut être suffisant. Mais même en regardant de près, si on prend par exemple la
paramécie, il y a déjà une spécialisation pour améliorer les échanges. Elle a par exemple des cils, elle
se déforme…
A plus forte raison, pour des êtres pluricellulaires (métazoaires), la question de l’échange devient
plus difficile, les cellules en profondeur n’étant pas en contact. Pour résoudre ce problème de
besoins, ces métazoaires vont mettre en place des systèmes pour être toujours en contact avec le
milieu extérieur : imaginons des tuyaux qui parcourent l’être, et donnent accès aux cellules
profondes. Ils forment le système circulatoire. Le système circulatoire regroupe le système
respiratoire, le système digestif (amène les aliments), et il faut de l’eau dans l’organisme, il y a donc
développement d’un milieu intérieur, et mise en place d’un appareil excréteur, qui évacue les
déchets des cellules.
Au final, toutes ces fonctions permettent de nourrir la cellule au sens large, d’où le nom de fonction
de nutrition, au sens large.
7
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Semestre 5
Chapitre 1 : Le milieu intérieur
I.
Les compartiments liquidiens de l'organisme
Paramécie :


Milieu intérieur : à l’intérieur de la membrane plasmique
Milieu extérieur : milieu ambiant
Métazoaires : il y a de l’eau à l’intérieur de la membrane, c’est l’eau intracorporelle. L’eau à
l’extérieur de la membrane est l’eau extracorporelle.
Si l’on va au-delà de ces compartiments, on retrouve le glutamate, qui peut être un
neurotransmetteur, une protéine, ou de l’énergie. Il a plusieurs possibilités d’utilisation dans la
cellule, et il n’y a donc plus de compartiment. On utilise alors le terme de « pool » pour exprimer
cette utilisation inter-compartiments.
Le travail de physiologie consiste à s’intéresser à ces compartiments.
A.
Un compartiment
On assimile le corps globalement, à un ensemble, c’est une boite noire représentée par un rectangle,
l’intérieur est indéterminé. Notre but est de voir la quantité de liquide à l’intérieur (l’eau).
On va alors utiliser une technique d’astrophysicien, la métrologie. On utilise aussi la technique de
dilution (= technique des traceurs). On va choisir une quantité de produit M, que l’on injecte, et on va
attendre que cette quantité s’équilibre dans le volume que nous voulons mesurer. Dans le cas de
l’espèce humaine, et dans le cas de petits animaux, c’est très rapide, environ 5 minutes. On va alors
prélever une petite quantité de liquide dans ce milieu, et à ce moment là, on détermine la
concentration de ce produit, étant donné que l’on a choisi la quantité initiale. On a alors :
C = M/V
On connaît C, on a injecté M, et donc on peut déduire V, notre inconnue, par une approche aussi
simple que ça. On peut donc déterminer le volume total de liquide de l’organisme.
Les critères de choix du liquide à injecter sont simples :


Facilité de dosage
Toxicité nulle
8
Physiologie animale

Pr. Tobias Hevor
Semestre 5
Miscibilité du liquide dans le milieu aqueux, répartition homogène, harmonieuse, rapide,
pour éviter l’élimination de ces étrangers du corps
L’idéal serait de prendre de l’eau pure, mais on ne pourrait pas la mesurer. Alors on prend de l’eau
lourde, le deutérium (D2O), qui a les mêmes caractéristiques que l’eau, c’est un isotope. Cependant,
la mesure se fait avec des appareils très couteux. Alors on pourrait utiliser le Tritium, dont la mesure
est moins chère, mais il est radioactif, et donc risque d’irradier la personne.
On va alors s’orienter vers d’autres produits moins parfaits. Par exemple, l’antipyrine (à l’origine
fabriquée pour lutter contre la fièvre), se répartit très bien et très rapidement. On peut aussi prendre
le sulfanylamide.
On considère les résultats sur un homme « standard » : un homme d’1m70 et de 70kg.
Chez lui, l’eau corporelle est mesurée à 42 litres (60% du corps). Ceci pose des problèmes les étés
très secs et chauds. Ce pourcentage varie avec l’âge. Les bébés perdent l’eau avec les diarrhées. Chez
le nourrisson, ce pourcentage monte jusqu’à 72%, et diminue avec l’âge à 51% chez la personne âgée
(70-80 ans). Cela varie aussi avec le sexe : chez la femme, il est légèrement plus faible : 55%.
L’être humain n’est pas une poche pleine d’eau, on considère alors l’homme en rectangle à 2
compartiments.
B.
Deux compartiments
Claude Bernard a commencé à étudier cette eau corporelle. Il a donné le nom au milieu intérieur,
c’est celui qui est en contact avec les cellules, au niveau des échanges de nutrition. On utilise alors
encore la technique des traceurs, mais la substance ne doit tracer que le compartiment
extracellulaire. On utilise principalement de l’inuline, c’est un polymère de fructose. On peut aussi
utiliser des dérivés de brome. On utilise aussi des produits sulfatés, ou simplement du thiocyanate de
Sodium (NA).
L’inuline est cependant très lente à se répartir, et on appelle les tests l’espace inuline, que l’on ne
peut comparer qu’à un autre espace inuline. Le brome est quand à lui toxique.
On obtient alors chez un homme standard un milieu intérieur de 14 litres (20%). On peut alors
déterminer le milieu intracellulaire, 42-14=28L.
C.
Compartiments multiples
Le plasma est la partie du liquide extracellulaire qui est contenu dans les vaisseaux sanguins. On la
détermine par la même technique de dilution (traceurs), mais on va devoir choisir un traceur qui
atteint le plasma. Des fois on utilise des globules rouges modifiés, marqués, mais c’est compliqué. Mr
Evans a inventé un produit appelé bleu d’Evans, qui est un colorant, un petit composé.
Normalement, il quitte les vaisseaux sanguins, mais on lui donne une très forte affinité pour les
protéines plasmatiques, et dès qu’on l’injecte, la paroi des vaisseaux sanguins étant difficilement
perméable aux protéines plasmatiques, le bleu ne sortira pas. On va alors pouvoir mesurer le plasma
grâce à ce traceur. On va le faire en TP. On obtient une quantité de 3,5L voir 4L chez l’homme
standard. Il représente alors environ 5% du poids corporel.
9
Physiologie animale
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Semestre 5
En enlevant le plasma, il nous reste le liquide interstitiel, de l’ordre de 10,5L, c’est la lymphe. On a du
mal à la déterminer, car cette lymphe est en partie interstitielle, et en partie dans les vaisseaux
lymphatiques, qui vont conduire la lymphe (alors appelée lymphe canalisée) à la circulation générale.
Les liquides transcellulaires (traversant les cellules) sont le liquide céphalorachidien (fabriqué par le
plexus céphalorachidien, voir l’an dernier), le liquide de l’oreille interne, le liquide de l’œil (humeur
aqueuse), le liquide pleural (du poumon) et le liquide synovial (épanchement de synovie).
D.
Composition des liquides et mouvements liquidiens
Le milieu extracellulaire :
Cations
Na : 145 mM (high)
K+ : 5 mM
Mg2+ : 2 mM
Ca2+ : 2 mM
Total : 154 mM
+
Anions
Cl : 110 mM
HCO3- : 27 mM (hydrogénocarbonate)
Protéines : 15 mM
PO42- : 2 mM
Total : 154 mM
-
Le milieu intracellulaire :
Cations
Na+ : 12 mM
K+ : 155 mM (high)
Mg2+ : 15 mM
Ca2+ : <1 mM
Divers
Total : 184 mM
Anions
Cl- : 4 mM
HCO3- : 8 mM (hydrogénocarbonate)
Protéines : 64 mM
PO42- : 90 mM
Divers : 18 mM
Total : 184 mM
Dans le milieu extracellulaire, on trouve 300 milliosmoles (154+154mM). On dit que ce milieu est
isoosmol, isotonique. Si on change l’osmolarité, on va toucher l’eau extracellulaire, et concentrer le
milieu. C’est mortel. Dans l’autre extrémité, si l’on boit trop, l’eau entre dans les cellules, et les
cellules éclatent. On inclut alors la notion de sérum physiologique (qui n’a rien à voir avec le sérum).
Si l’on place un organe non pas en sérum physiologique, mais en eau, on change l’isotonie, et les
cellules éclatent.
On forme le sérum physiologique avec du NaCl, car ce sont les plus grandes quantités du milieu
extracellulaire, il forme à lui seul quasiment tout le milieu. On le fait avec 9g dans 1 litre (0,9%), et on
le stérilise.
Dans le milieu intracellulaire, c’est le potassium qui prend l’avantage. Il y a très peu de calcium dans
ce milieu. Les contre-ions ne sont pas en grande quantité.
Dans ces 2 milieux, il y a électroneutralité.
Ces différents liquides sont soumis à des mouvements variés. Un premier est le mouvement
osmotique, qui fait se déplacer le liquide. Il y a une force osmotique un peu spéciale, liée aux
protéines auxquelles on a donné un nom particulier, c’est la force (pression) osmotique oncotique.
C’est avec cette force que le plasma est filtré.
10
Physiologie animale
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Semestre 5
L’individu a au total 42L d’eau, et si l’on considère cela comme un tuyau, il faut une force pour faire
sortir l’eau par un robinet (qui serait en bas du tuyau), qui est la pression (force) hydrostatique.
En plus de ces systèmes purement physiques, des échanges se font entre les compartiments sous
forme de transport :


Le transport facilité, avec l’exemple du glucose. Ce sont des protéines membranaires qui
l’assurent. Parmi elles, il y a les GLUTs (glucose transporteur).
Le transport actif, même système, mais utilisant de l’ATP. Ils prennent un composé d’un coté
et le déplacent, par exemple la Na-K ATPase. Ce sont des transports saturables, spécifiques,
inhibables (inhibiteur compétitif : phloridzine), pH dépendants. On peut en avoir besoin à
plusieurs niveaux.
En utilisant du cyanure, on bloque la synthèse de l’ATP, le transport facilité continue, mais l’actif
s’arrête. On utilise, plutôt que le cyanure du dinitrophenol, moins toxique que le cyanure.
Malgré ces transports, la composition du milieu intérieur est constante (=homéostasie), grâce à des
mécanismes de régulation. Les hormones peuvent régler avec plus de finesse la constance de
l’homéostasie.
11
Physiologie animale
II.
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Semestre 5
Le Sang
A.
Propriétés physiques et mesure du volume sanguin
Le sang est un tissu conjonctif, c'est-à-dire des cellules dispersées dans un milieu, les cellules sont les
cellules sanguines. Il y a d’autres éléments dans le sang et on regroupe toutes les cellules sanguines
sous une appellation, ce sont les éléments figurés. Le liquide dans lequel les éléments figurés
baignent est le plasma.
Le sang est relativement visqueux, 5 fois plus que l’eau. Cette viscosité est due en partie au plasma
(2,5 fois) car il est composé d’un nombre assez élevé de protéines. Elle est aussi due aux éléments
figurés (2,5 fois).
Ce liquide est complexe, le physicien le qualifie de pseudo-plastique.
Le sang est rouge parce qu’il y a des hématies, composés en partie par du fer, qui donne la couleur
rouge. Si l’on sépare les hématies du sang, il n’est plus rouge. S’il reste rouge, il y a un problème, il y a
eu hémolyse.
La densité est proche de 1 (1,05 à 1,06). Le pH est légèrement basique (7,337,47,45), constant, il
y a une régulation de l’équilibre acido-basique par un système tampon, mais aussi par le rein et par
les poumons (CO2).
Pour mesurer le volume sanguin, on a déjà mesuré le volume liquide, le plasma, que l’on note Vp
(volume plasmatique). Cette fois-ci, on veut le volume global, avec les éléments figurés. En premier
lieu, il faut mesurer l’hématocrite. Pour cela, on a besoin de sang liquide, et donc dans lequel on
utilise un anticoagulant, le plus puissant étant l’héparine.
Pour faire cela, on utilise des tubes héparinés, qui ont une petite quantité d’héparine au fond, et on
met le sang dedans. On a alors du sang hépariné, qui fait des dépôts au fond, ce sont les éléments
figurés. On gradue notre tube, et on remplie jusqu’à une certaine graduation (100%). On centrifuge
alors, pour accélérer la séparation, et on obtient un dépôt rouge, voir blanc, le haut du tube étant le
plasma. La partie basse, le dépôt, représente les hématocrites, les éléments figurés, c’est une
constante homéostasique. Elle représente environ 45% du volume chez l’homme standard. Si l’on en
a 55%, ce n’est pas normal, c’est mortel. Pour trouver alors le volume de sang, on fait une règle de 3.
Le sang, c’est le total du tube. Le volume plasmatique, c’est la partie haute, c’est le sang moins les
hématocrites. On peut écrire cela sous forme de relation :
Vp = 100% - Ht
Vs = 100%
Vs = (Vp x 100%)/(100% - Ht)
En procédant ainsi chez l’homme adulte, on obtient un volume total de l’ordre de 5 à 6 litres.
12
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B.
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Semestre 5
Le plasma sanguin et sa composition
1.
La composition du plasma
Le plasma forme environ 55% du sang, il est composé à 90% d’eau, de substances minérales à 1%, de
substances organiques, à commencer par les protéines plasmatiques (entre 7 et 8%), des substances
azotées qui ne sont pas protéiques (environ 0,9%), et des substances variées, organiques.
Les substances minérales se rapprochent fortement de celles du milieu extracellulaire :
Cations
Na : 145 mM (high)
K+ : 5 mM
Mg2+ : 2 mM
Ca2+ : 2 mM
Total : 154 mM
+
Anions
Cl : 110 mM
HCO3- : 27 mM (hydrogénocarbonate)
Protéines : 15 mM
PO42- : 2 mM
Total : 154 mM
-
C’est le sodium qui domine, avec le chlorure. On rajoute cependant des minéraux en faible quantité,
le fer, le cuivre, le zinc, et un dérivé d’iode : l’iodure. La complexométrie consiste à complexer le
métal avec quelque chose qui va le rendre coloré au spectrophotomètre, mais c’est laborieux,
fatigant et peu spécifique. La photométrie de flamme est plus spécifique, plus facile, on le met dans
la flamme. (il me manque cette partie)
La concentration en anions est égale à la concentration en anions, d’où l’électroneutralité.
2.
Les substances protéiques
On pratique de l’électrophorèse, on prend une goutte de plasma, que l’on dépose sur un papier
Watman, imbibé de tampon qui contient des ions, pour transporter le courant. On met le tout dans
une chambre d’électrophorèse, qu’on polarise, et on laisse migrer. On laisse ensuite sécher, et on le
révèle. On peut révéler avec l’inhydrine, ou le nitrate d’argent, ou encore un colorant tel que le bleu
de Coomassie. On voit alors apparaître des taches. On appelle le résultat un Protéinogramme
plasmatique, ou encore un électrophorégramme. La protéine plasmatique la plus importante est
l’albumine (60% des protéines plasmatique, environ 42 g.L-1), suivent les globulines (α1 et α2, puis β
et enfin γ). On a ainsi pu voir ses taches, mais par exemple le fibrinogène n’est pas visible par ces
techniques.
Au total, quand on fait la somme, on obtient une concentration de 70 à 80 g.L-1. C’est une valeur
relativement élevée.
3.
Composés non-protéiques
On fait cette analyse pour différentes raisons, par exemple les γ globulines, qui sont fabriquées par le
système immunitaire, ou l’albumine, fabriquée par le foie, témoignent d’une bonne santé ou d’un
problème.
On trouve aussi des substances azotées, comme l’urée (300mg.L-1), provenant des déchets
métaboliques des acides aminés, qui sera éliminée par l’urine.
On trouve aussi, en concentration élevée (jusqu’à 500mg.L-1) des acides aminés, qui viennent de
l’alimentation.
13
Physiologie animale
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Semestre 5
Il y a aussi de l’acide urique (45mg.L-1), déchet métabolique éliminé normalement par les reins, dans
l’espèce humaine (chez certaines personnes), cette élimination ne se fait pas correctement, si bien
que la concentration peut augmenter quelque peu, et l’acide urique peut se cristalliser, notamment
dans les articulations, qui ne coulissent alors plus sur un liquide (type synovial), mais sur des cristaux.
Cette pathologie est très douloureuse et s’appelle « la goutte ». On peut traiter cette goutte avec de
la colchicine, qui limite la formation des cristaux. Cependant, il faut faire attention à la toxicité de la
colchicine.
On a de la créatine et la créatinine qui sont des phosphagènes (génèrent du phosphate), elles servent
à former de l’ATP à partir d’ADP, en perdant son phosphate. C’est cette créatine qui est utilisée par
les sportifs pour augmenter leurs capacités physiques.
La bilirubine est aussi dans le plasma, à un taux physiologique de 5mg.L-1, il arrive que ce taux
augmente au point qu’on puisse le lire au niveau de la peau et de l’œil, qui deviennent jaunes, on
appelle cela l’ictère, due à une bilirubinémie trop forte. A ce taux élevé, la bilirubine passe dans le
cerveau et détruit les neurones.
L’ammoniac est un déchet, facilement éliminable, mais s’il dépasse sa valeur normale d’un demi
mg.L-1, il modifie la valeur du pH, entrainant des problèmes. Souvent le foie est en cause.
La glycémie, liée au glucose, normale à 1g.L-1.
On trouve aussi :
-
Les lipides variés, les acides gras (5 g.L-1), hydrophobes.
Cholestérol (2 g.L-1)
Des phospholipides (1,5 g.L-1)
L’acide lactique (0,1 g.L-1)
4.
Système tampon du sang
Le pH de l’organisme est de 7,4, c’est l’une des constantes homéostasiques, la marge varie entre 7,33
et 7,45. Pour maintenir ce pH, l’organisme se munit de multiples systèmes :
5.
Le système des protéines
Ce sont des assemblages d’acides aminés. Certains de ces acides aminés sont à l’état de diacides,
comme par exemple dans l’acide aspartique et l’acide glutamique (Un COOH sur l’acide aminé). Ces
acides se comportent alors comme des acides classiques, les protons peuvent se dissocier, pour
former des anions, si bien que les protéines de ce type sont en fait d’énormes anions, que l’on note
R-. Or dans le plasma, il y a un ion qui domine, qui est le sodium (Na+), et qui va se lier à chaque COO-,
ce qui revient à considérer les protéines comme un sel, et donc on va les appeler protéinates de
sodium.
Donc dans un plasma sanguin, les protéines vont exister à l’état de protéinate de sodium, que l’on va
simplifier par le sigle RNa.
La plupart du temps, en pharmacologie, les composés que l’on utilise ne sont que faiblement
solubles, et donc on fait jouer le pH, en cherchant là plupart du temps à acidifier le milieu. On utilise
donc des acides faibles, notés AH. Donc :
14
Physiologie animale
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Semestre 5
RNa + AH est un système tampon. Cet acide va se dissocier de son contre-ion et donc :
RNa + AH  RH + ANa
Ce proton a été neutralisé.
Il y a donc un système relativement important pour neutraliser le pH. Il faut que le pK soit le plus
proche possible du pH choisi. Le pK est de 7,8, ce système est très efficace.
6.
Le système imidazole
L’hémoglobine, comme d’autres protéines, contient de l’imidazole, qui est un constituant utilisé pour
faire des tampons. Donc les protéines qui le contiennent fonctionnent comme un tampon, en
captant des protons.
7.
Le système effet Bohr
L’hémoglobine est de plus capable de capter des H+ par un effet Bohr. En captant ces protons, elle
acidifie le milieu.
HPO4 + Na2 + AH  H2PO4Na + Ana
pK = 6,8
8.
Le système de l’acide carbonique
Le métabolisme de l’organisme se résume à une oxydation. On fabrique donc du CO2. Cependant,
dans les cellules profondes, ce CO2 qui sort de la cellule entre en contact avec l’eau (H2O). Le CO2 est
très soluble donc une partie se dissout. Une autre partie se lie à l’eau, et forme H2CO3 et forme de
l’acide carbonique, qui va se dissocier pour former HCO3- (hydrogénocarbonate) + H+. On est donc
dans le milieu plasmatique où l’hydrogénocarbonate rencontre du sodium, et donc sa forme normale
plasmatique est NCO3Na (Hydrogénocarbonate de sodium).
Donc HCO3Na + AH  H2CO3  ANa
pK = 6,1
Mais ce CO2 est produit en permanence donc la masse de HCO3Na est très forte, et on l’appelle la
réserve alcaline.
Au final, l’organisme peut maintenir son pH de 7,4. Si le système était basique, le corps n’est pas paré
à cette éventualité. C’est pourquoi quand on manipule de la soude, ou d’autres produits très
basiques, on voit des cas d’intoxication plus difficiles à traiter.
C.
Origine des éléments figurés
Quand on regarde ces éléments figurés, on arrive à les regrouper en familles.
1.
Les érythrocytes
Ce sont les cellules rouges.
2.
Les leucocytes
Ce sont les cellules blanches. C’est un ensemble réuni, il contient des sous ensembles.
15
Physiologie animale
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a)
Les polynucléaires
b)
Les monocytes
c)
Les lymphocytes
Semestre 5
3.
Les thrombocytes
Ce sont les plaquettes sanguines.
Toutes ces cellules proviennent de la moelle osseuse des os de petite taille, les os courts, comme les
vertèbres, le sternum, les côtes, ou des os plats comme l’omoplate. Sur les os longs, la moelle se
regroupe aux têtes (épiphyses) et est rouge, et peut générer les cellules, mais la partie du milieu est
de la graisse, et ne génère pas de cellules sanguines.
Ces zones productrices regroupent des cellules souches, totipotentes, qui ont une potentialité de
différenciation élevée, et qui sont capables de générer plusieurs familles de cellules, et donc ce sont
ces cellules qui sont disposées dans les os courts et dans les cellules des os longs.
Une première lignée de ces cellules se différencie, c’est la lignée érythrocytaire, qui va donner dans
la moelle osseuse des Proérythroblastes (immatures) qui évolueront en érythroblaste (immature
aussi), qui évolueront en Réticulocytes (matures). Les réticulocytes passent alors dans le sang en
perdant leurs noyaux, en les éjectant, et évoluent en érythrocytes (=globules rouge = hématies). Il
reste souvent un peu de réticulocytes dans le plasma.
Chez certaines espèces, les réticulocytes ne perdent pas leurs noyaux.
La 2ème lignée, la granulocytaire, commence par des Myéloblastes, qui deviennent Promyélocytes
puis Myélocytes (N.E.B.) et Métamyélocytes (N.E.B.), qui donneront enfin 3 ensembles : les
Neutrophiles, les Eosinophiles et les Basophiles. La aussi, la dernière étape conduit ces dernièrs
composés dans le sang.
La lignée monocytaire, la 3ème, se compose de Monoblastes, Promonocytes et Monocytes, qui
entrent dans le sang. Mais une partie ressort du sang vers les tissus et formes les macrophages.
La 4ème lignée, mégacaryocytaire, forme les Promégacaryocytes, puis les mégacaryocytes qui vont
subir une sorte de fragmentation, le noyau éclate, ne fait pas de mitoses, et chaque fragment
s’entoure d’une sorte de cytoplasme, et forme les plaquettes sanguines.
La dernière lignée, Lymphocytaire, donne les lymphocytes.
Pour voir des globules blancs sur un frottis, on va utiliser des colorants, comme par exemple le MayGrünwald, va aller vers les éléments acides, et le Giemsa se dirigera vers les éléments basiques. On
va alors regarder les différents éléments du sang.
On voit alors que par exemple, les basophiles sont très peu représentés (1%), les neutrophiles sont
nombreuses (65%), les Éosinophiles (2%), les monocytes forment environ 10%, et les plaquettes
forment 22%.
La formule sanguine est importante. Il y a environ 7 000 globules blancs par µL.
16
Physiologie animale
III.
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Les éléments figurés
A.
Les globules rouges (ou hématies ou érythrocytes)
1.
Caractéristiques
Se sont des cellules qui ont perdu leur noyau (anucléées). Les cellules peuvent donc s’écraser,
devenir très plate, n’étant pas limitées par le noyau. Elles ont la forme d’un disque, les 2 faces sont
creuses (biconcaves), leur épaisseur faire 2 microns, le disque fait 7 microns de diamètre. Le fait que
les surfaces soient creuses augmente la surface d’échange. On arrive à une surface totale de 3 500
mètres carrés pour l’ensemble des hématies du corps humain. Cette surface favorise les échanges
respiratoires. Elles contiennent de l’hémoglobine.
On peut les compter, c’est ce qu’on appelle l’énumération globulaire, les astuces de comptage
consistant en dilutions et comptages sur hématimètres (inventé par Malassez). Ce comptage consiste
en une lame creusée d’un puits rigoureusement calibré dans cette lame, sa hauteur et sa largeur sont
très bien déterminés, on le remplie, et s’il est correctement remplie, on peut le couvrir d’une lamelle.
On obtient un volume très précis. Pour le comptage, un système de réticules est placé au fond, et le
sang dilué est déposé dessus. S’il n’y avait pas de divisions, on aurait pu risquer de mal compter. On
compte donc l’ensemble de ses sous unités et compte tenu des dimensions on en déduit le nombre
de cellules dans un volume précis.
Pour la dilution, on utilise des pipettes Potain, pipette qui comporte une ampoule et des graduations.
On aspire le sang dedans, à une certaine graduation, et on va aspirer ensuite un liquide jusqu’à la
graduation du haut, on aspire du sérum physiologique ou du liquide de Marcano, et à l’intérieur, un
petit agitateur homogénéise le mélange.
Pour ensuite avoir la bonne valeur : n x 100 x 100
D’autres systèmes existent : le Neubauer ou le Thoma.
On obtient au final 5 millions d’hématies par µL de sang. Les femmes ont un peu moins d’hématies,
avec 4,5 millions.
Pour suivre la durée de vie d’une hématie, on la marque à l’azote 15. Une hématie vit en moyenne
120 jours. A sa mort, le système réticulo-endothélial, notamment dans la rate et le foie, des cellules
étoilées dites de Küpffer récupèrent les hématies et les découpent. En cassant les hématies, la
bilirubine est formée.
2.
Régulation de la production des hématies
En montagne, le taux ambiant d’oxygène est plus faible que dans les plaines : Po2 = pression
partielle= pression exercée par un seul gaz = pression relative d’un gaz dans un lieu donné.
Un péruvien vivant dans les montagnes a 8 millions d’hématies, sans présenter de pathologie. Cette
régulation est due à une hormone, appelée érythropoïétine (E.P.O.). Cette érythropoïétine permet
l’érythropoïèse, la régulation du nombre d’hématies, quand la Po2 est faible, une partie des reins est
activée, elle libère cette petite protéine glycosilées, l’érythropoïétine, qui provoque l’hypoxie.
En hypoxie, le système cholinergique est stimulé, il va alors fabriquer du GMP cyclique, second
messager, dans la cellule rénale, et ce GMPc va agir au niveau des lysosomes, casser quelques
17
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Semestre 5
enzymes lysosomales, pour libérer une protéase, qui va agir sur une autre protéine déjà existante
pour fabriquer de l’érythrogénine, dans ces cellules rénales.
Cette hypoxie augmente de plus le taux de Lactate (l’acide lactique), qui va stimuler le système à
adényl-cyclase, qui va fabriquer l’AMPc.
L’hypoxie peut aussi agir sur des récepteur β2 adrénergiques, sur les prostaglandines, agissant aussi
sur l’adényl-cyclase.
L’hypoxie fait donc augmenter le taux d’AMPc, qui va activer des PK (protéines kinases) inactives, qui
sont des enzymes de phosphorylation qui vont s’orienter vers des érythrogénine et les phosphoryler,
pour former de l’érythrogénine phosphate, qui devient de l’érythropoïétine, qui va sortir de la cellule
rénale et s’orienter vers les cellules souches. Egnine-P peut aussi sortir et se diriger vers le foie avant
de former l’EPO. Donc comme toute hormone, elle circule dans le sang à la recherche de cibles, ce
sont les cellules souches. Le nombre de mitoses va augmenter, et l’intervalle inter mitotique va
diminuer. Ici, on a un facteur 16 entre une Po2 normale et une hypoxie sévère.
Parallèlement, cet EPO va stimuler la synthèse de l’hémoglobine, et donc les 2 unies vont fabriquer
les hématies.
Ce phénomène s’arrête, l’oxygène est transporté en plus grande quantité, l’hypoxie n’est plus. C’est
un système en feed back négatif.
3.
Eléments constitutifs des globules rouges
a)
Hémoglobine
Constitué d’eau, de fer, de zinc, de cuivre
L’hème n’est pas protéique, c’est un groupement non prosthétique, et elle sera associée à un
groupement globine pour former de l’hémoglobine.
Le groupement non prosthétique est constitué de 4 éléments, les pyrroles, d’où le nom de
tétrapyrroles. Les 4 pyrroles sont unies en anneau, par différentes liaisons, et cette tétraporphyrine
va porter dans son milieu un atome de fer. Ce fer va rester dans le cas normal à l’état ferreux
(pathologie : état férrique).
La globine est une protéine globulaire. C’est un tétramère, il y a 4 globines associées à 4 N. Elle est
constitue de : α1, α2, β1 et β2. Ce sont des isoformes de la globine. On n’a pas toujours la même
forme. Au cours du développement il y aura évolution de cette hémoglobine.
En partant de la fécondation, les organismes mettent en place une première forme d’hémoglobine, 2
à 3 semaines après la fécondation. Cette première forme se met en place, elle va dans les 4 sousunités, comprendre 2 sous-unités α (1 et 2), et unie à 2 sous-unités ε1 et ε2, on appelle cette forme
HbF (hémoglobine fœtale). Pendant la grossesse, la forme ε disparaît, et la forme γ apparaît (encore
1 et 2). C’est une forme plus mature.
Dans la période périnatale, la sous-unité γ va disparaître, et la sous-unité β se met en place, et à la
naissance, la forme dominante est la forme adulte, α1, α2, β1 et β2, et forme l’hémoglobine adulte,
HbA.
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Cette hémoglobine immature présente une forte affinité avec l’oxygène, ce qui est important pour le
fœtus.
Si l’on regarde la structure tertiaire de la protéine, on peut imaginer plusieurs segments, on dit qu’ils
constituent une lettre U en arrière plan, un V incliné en avant plan, et un S en plan médian.
Tyr
Les 2 segments du U sont reliés par une tyrosine.
La partie protéique représente 95% et l’hème représente environ 5%. Ce tétrapyrrole (l’hème) est
appelé porphyrine, représente 4,7%, et le fer représente 0,3%. Elle fait environ 140 acides aminés.
Jusque là on parlait de la situation normale. Des anomalies se produisent, essentiellement
naturellement. Dans la séquence des acides aminés, il arrive qu’à la place d’un acide glutamique, on
retrouve de la valine. C’est une erreur, et l’acide glutamique est un diacide, capable d’attirer des
charges positives, la valine fait perdre la fonction d’attirance, et la protéine va changer de
conformation, et l’hématie, plutôt que d’avoir cette forme normale, aura une forme déformée, une
forme de faucille, l’hématie est dite falciforme, et elle aura des propriétés différentes. Le captage
d’oxygène sera plus difficile, et si la proportion d’hématies falciformes est élevée, le sujet atteint sera
en manque d’oxygène. La maladie associée est la drépanocytose, maladie génétique.
b)
La biosynthèse de l’hémoglobine
Dans l’espèce humaine, le taux d’hémoglobine est relativement élevé, chez l’homme le taux moyen
est de 16 grammes pour 100 mL de sang. Chez la femme, le taux est de 14 grammes par mL.
(1)
Synthèse de l’hème
Pour cela, on marque certains atomes constitutifs, notamment l’azote (on prend de l’azote 15) ou du
carbone (carbone 14). On marque un seul acide aminé, la glycine. On peut ainsi se rendre compte
que la synthèse de l’hémoglobine commence dans la mitochondrie. La glycine va s’unir à un
constituant mitochondrial, le succinyl coenzyme A, pour composer l’acide α-amino-β-céto adipique,
et la condensation de la glycine sur le succinyl coenzyme A va se transformer en un premier composé
qu’on appelle ALA (acide α-amino-delta-lévulinique), qui provient de la décarboxylation du premier,
et ce composé va se condenser, sortir de la mitochondrie, et rentrer dans le cytoplasme.
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Il y aura alors des modifications de carboxyle. Le premier composé est le porphobilinogène, ce sont
des porphirinogènes, il y en a de 3 types : uro, copro et protoporphirinogène.
Ensuite le composé va entrer de nouveau dans la mitochondrie, et la transférine qui amène du fer
dans la mitochondrie, va permettre l’association du gène et de la protoporphyrine, pour former
l’hème.
Ce fer est indispensable pour l’anneau tétrapyrrolique. Sans fer, le sujet souffre d’une anémie
ferriprive, l’hème n’étant pas formée. Quelques fois, le fer s’oxyde, ce qui n’est pas normal, et il n’est
plus utilisable. Quelques fois, ce sont les transporteurs qui sont en cause, la transférine n’étant pas
efficace.
(2)
Synthèse de la globine
C’est une synthèse banale, elle se fait avec le RE et le golgi. L’ARNm est extrêmement long, la globine
est synthétiser normalement, et l’association globine + hème dans le cytoplasme donne
l’hémoglobine.
Ces synthèses vont avoir besoin de cofacteurs pour se réaliser de façon enzymatique. On cite les
vitamines du groupe B (B6 et B12) qui vont avoir besoin de cuivre pour catalyser certaines réactions,
de cobalt, ce sont des oligo-éléments. En cas de défaut de B12, on a aussi une anémie, la synthèse de
l’hème étant rendue impossible.
La B6 est un cofacteur relativement répandu, car il assure les décarboxylations. C’est la pyridoxine.
La B12 fonctionne avec le cobalt, on la dit antianémique. C’est une cyanocobalamine, qui va assurer
la maturation des hématies.
En cas de défaillance, c’est une avitaminose B qui va amener à ces anémies.
Les hématies ont une durée de vie (elles n’ont pas de noyau), au bout d’un moment elles sont
dégradées.
c)
Dégradation de l’hémoglobine
Elles vivent en moyenne 4 mois, puis les cellules Küppfer de la rate, en forme d’étoiles accolées aux
sinusoïdes, vont capter les hématies pour les détruire. En premier lieu, l’anneau tétrapyrrolique va
s’ouvrir, il y aura rupture des liaisons. Le tétrapyrrole devient linéaire. Le fer va alors se détacher,
pour être utilisé autre part, et la globine va aussi se détacher, et subir le sort d’autres protéines, il
sera recyclé.
L’anneau tétrapyrrolique restant devient de la bilirubine, un pigment chaud très jaune, qui est très
hydrophobe, et peut même passer la barrière hémato encéphalique. Cette hydrophobie peut être
atténuée par une glucuronyl-transférase, qui va prendre de l’acide glucuronique (COOH sur le
carbone 6), qui va être associé à la bilirubine (glucuronyl transférase), et l’associera à un autre
composé.
L’ensemble devient hydrosoluble, et on peut alors suivre les voies de transformation, notamment, il
va constituer au bout les sels biliaires, c'est-à-dire qu’il va constituer des urobilinogènes, qui vont
donner de l’urobiline (Sa voie d’élimination finale est l’urine), des stercobilinogènes, qui vont donner
des stercobilines, éliminées par les selles.
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C’est l’excès de bilirubine qui fait des dictères.
La cellule hépatique peut ne plus être fonctionnelle, à cause d’une intoxication, ou d’un abus
d’alcool. Il n’y a alors plus de dégradation, c’est la cyrose du foie, et chez ces sujets on trouve un taux
de bilirubine élevé, et la peau et les yeux deviennent jaunes. Le métabolisme n’a plus lieux
normalement.
Dans d’autres cas, il y a quelques fois une hémolyse, anormale, et à ce moment là le système est
débordé, le taux de bilirubine augmente.
4.
Rôles des pigments du sang
Servent au transport des gaz respiratoires, participent au système tampon de l’organisme, et aussi à
la régulation de la pression osmotique du milieu intérieur.
B.
Les plaquettes sanguines et la coagulation du sang
Elles ont des noms variés, on lit encore le nom « globuline », qui voulait à l’époque dire petite
globule. On les a appelé aussi thrombocytes (thrombus = bouchon).
1.
Caractéristiques
Le système sanguin est un système fermé, un vase clos, sous pression, et si on l’ouvre, le sang va
sortir, il y aura hémorragie, une perte de sang. On modifie les paramètres hémostasiques, et le corps
réagit en conséquence, pour maintenir le sang à l’intérieur. Il y a alors une vasoconstriction, une
hémostase (arrêter l’hémorragie) primaire, et une secondaire, la coagulation.
2.
Hémostase
a)
Vasoconstriction localisée
On imagine que l’on fait une entaille dans le vaisseau sanguin, et très rapidement, au niveau de la
paroi des vaisseaux sanguins, les terminaisons orthosympathiques (utilise la noradrénaline comme
dernier transmetteur) va libérer de la noradrénaline, ce qui va faire la vasoconstriction, diminuer le
diamètre du vaisseau. Une 2ème vasoconstriction est due à la libération de produits par les plaquettes
sanguines, la sérotonine, qui s’ajoute à l’action de la noradrénaline. Elles fabriquent aussi un
neurotransmetteur, par les prostaglandines, la thromboxane A2. Tous ces éléments vont limiter la
perte de sang.
b)
Hémostase primaire
Les plaquettes sanguines viennent des mégacaryocytes, dont le cell coat (partie externe) est très
développé, le cytosquelette est très abondant, avec de nombreux microtubules, et ce système va
aider à l’excrétion des différents composés. Il y a un arsenal énergétique très développé, des
mitochondries en grand nombre, du glycogène, des enzymes du métabolisme intermédiaire, donc un
arsenal énergétique important, et un système de sécrétion, des granules α, qui vont contenir les
produits faits par la cellule. On va trouver dedans des enzymes lysosomales, des hydrolases, des
granules contenant des enzymes de dégradation, et qui vont contenir des facteurs de coagulation, de
l’ATP, et de l’ADP.
A coté de ces granules α, on a des corps denses, qui vont contenir du calcium, de la sérotonine, de
l’ATP et de l’ADP.
21
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En cas normal, les plaquettes sanguines, qui sont présentes dans le flot sanguin, qui est limité par
l’endothélium, ne vont pas frotter contre la paroi et être entrainées naturellement. Dans le cas d’une
ouverture de vaisseau, les thrombocytes vont être en contact avec un environnement inhabituel, le
sous-endothélium, qui contient entre autre du collagène, et vont s’activer, grâce aux protéines du
cell coat.
Les cellules s’activent, et vont libérer certains composés, notamment la sérotonine et la
thromboxane, mais vont aussi libérer du calcium et de l’ADP, ce qui va entrainer l’accolement des
cellules aux parois, et l’ADP va attirer d’autres plaquettes sanguines, qui vont entrer en contact avec
celles qui sont déjà activées, et s’activer elles-mêmes, jusqu’à ce que la plaie soit colmatée, formant
ainsi le clou plaquettaire. Le milieu est alors riche en ADP. Les hématies ne peuvent alors plus sortir.
Au niveau cellulaire, des phospholipides membranaires, notamment la phospholipase A2, sera
libérée, et va couper les phospholipides, pour former l’acide arachidonique, qui ne va pas rester dans
cet état, il est très réactif, et va se transformer en prostaglandine G2, PGH2, grâce à une cyclooxygénase, et la PGH2 va fabriquer la thromboxane A2.
Une fois que la blessure est fermée, la PGH2 va subir une modification, pour constituer une
prostacycline synthétase, qui sera favorable à la création de l’AMPc, qui aura pour rôle d’inhiber
l’agrégation plaquettaire, arrêtant le mécanisme.
c)
Hémostase secondaire (coagulation du sang)
Ici, ce sont des mécanismes plus moléculaires, qui vont modifier le fibrinogène, protéine plasmatique
soluble, en fibrine, protéine insoluble, et cette fibrine va alors constituer un réseau mécanique, une
maille, au niveau de la blessure, qui va empêcher la sortie des éléments. Cette transformation se fait
sous la catalyse d’enzymes, notamment la thrombine, qui n’existe pas à tout moment dans le plasma.
Elle vient d’une autre protéine, la prothrombine, et le changement se fait grâce au Calcium. On peut
remonter 13 facteurs, qui sont les facteurs de coagulation.
Au départ, on a un facteur XII, qui est un facteur présent mais inactif. Si l’on fait une entaille à un
vaisseau sanguin, le facteur XII se retrouve en présence de collagène et de Kininogène (High
Molecular Weight Kininogen = HMWK), ce qui contribue à l’activation de ce facteur XII. Une fois
activé, il va utiliser ce même kininogène, pour transformer une protéine enzymatique, la
Prékallikréine, en kallikréine, et cette kallikréine, douée d’un pouvoir de catalyse très puissant, va
accélérer l’activation du facteur XII inactif.
C’est un phénomène de feed back positif. Une fois activé, le facteur XII active le facteur XI inactif, qui
devient actif. C’est encore le HMWK qui est utilisé. On considère que si l’on n’a qu’une molécule de
facteur XII au départ, on en a 1 million pour activer le facteur XI. Le reste est à peu près la même
chose, le facteur XI activé, va au niveau du facteur IX, pour l’activer, en présence de calcium. Le
facteur X va quand à lui s’activer, et transformer la prothrombine en thrombine.
Cette voie est une voie intrinsèque, dont les facteurs sont à l’intérieur des vaisseaux sanguin, les
plaquettes sont contenues en facteurs de coagulation.
Une voie extrinsèque part de la thromboplastine, qui va tout de suite transformer le facteur IX inactif
en facteur IX actif, mais il peut aussi activer directement le facteur X inactif. Cette voie mène à la
formation de fibrine.
22
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Le calcium est présent un peu partout, il est indispensable, si bien que si l’on souhaite empêcher la
coagulation du sang, on peut agir sur certains facteurs, notamment le calcium. On peut le supprimer
du milieu. On peut le faire avec les chélateurs du milieu, composés qui piègent le calcium ionisé
(actif), en se fixant sur ses 2 charges. Par exemple, on utilise comme chélateur le citrate de sodium,
l’oxalate de sodium, l’héparine (le plus puissant, et de loin, mais il est un peu trop puissant).
L’héparine ne vise pas uniquement le calcium, il bloque aussi le facteur X, la thrombine.
Ces éléments sont très actifs, on peut essayer d’empêcher la coagulation de façon plus modérée, par
exemple dans le cas de coagulation à l’intérieur des vaisseaux, on utilise des composés chimiques,
comme la coumarine, et précisément le di-coumarol, qui va inhiber l’action de la vitamine k, et se
mettre en compétition avec elle. Or celle-ci est nécessaire pour la fabrication d’un certain nombre de
facteurs de la coagulation, comme le facteur 7, le facteur 9, le facteur 10, d’où la difficulté de
coagulation, et la tendance à l’hémophilie, dont souffrent certaines personnes au foie malade, qui ne
coagulent pas.
La thrombosténine permet le resserrement des mailles de fibrinogène. Ce resserrement entraine
l’évacuation du liquide interne, ce liquide représente environ 60%. On dit que le système exsude le
liquide, l’exsudat est appelé le sérum. Le sérum, c’est le plasma sans le fibrinogène. Le sérum est
utilisé dans plusieurs opérations, il est très proche du milieu intérieur.
Ce callot colmate complètement la plaie.
d)
Fibrinolyse
Dès que la plaie est refermée, les cellules endothéliales vont entrer en mitose. Le plasminogène va se
transformer en plasmine, et cette plasmine aura pour fonction de détruire, d’hydrolyser le réseau de
fibrines. Il n’y a plus de perte de sang, la paroi est refermée. Cependant, du sang est sorti, des
cellules sont sorties. Ces cellules seront alors digérées par les macrophages.
Le facteur du fibrinogène est le facteur I, la Prothrombine est le facteur II, la Thromboplastine est le
facteur III, le calcium est le facteur IV. Ensuite viennent des facteurs pour accélérer les réactions, ce
sont la Proaccélérine en facteur V, l’Accélérine en facteur VI, la Proconvertine est le facteur VII.
Ensuite viennent les antihémophyliques, l’antihémophilique A en facteur VIII, l’antihémophylique B
(=Christmas) en facteur IX, le Stuart en facteur X. Enfin viennent les premiers facteurs : le facteur XI
est la PTA (=antécédent de la thromboplastine plaquettaire), le facteur XII est le Haegeman, et le
facteur XIII est le facteur stabilisant.
3.
Les leucocytes
Le nombre de leucocytes peut être élevé, on parle alors d’hyperleucocytose (>12 000/µL).
a)
Caractéristiques
Ce sont les globules blancs. On les classe en 3 catégories :
(1)
Les lymphocytes
Le noyau est volumineux, le cytoplasme est peu volumineux.
(2)
Les monocytes
Plus grosses, en moyenne, jusqu’à 25 µons, le cytoplasme est plus important proportionnellement, et
on dit que le noyau a la forme d’un rein, est réniforme.
23
Physiologie animale
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Semestre 5
(3)
Les granulocytes
Le cytoplasme est granulaire, le noyau a plusieurs lobes, les premiers chercheurs pensaient qu’il y
avait plusieurs noyaux, d’où le terme de polynucléaire.
b)
Fonction des leucocytes
(1)
Granulocytes et monocytes
Pour des raisons accidentelles ou volontaires, il arrive que l’on introduise dans l’organisme des
substances qui lui sont étrangères. Les cellules du sang sont normalement dans les vaisseaux
sanguins.
toxines
Cellules endothéliales
Il se passe un phénomène de chimiotactisme positif, qui va orienter le déplacement des
polynucléaires, et plus tard, ces cellules vont émettre un prolongement cytoplasmique à travers les
cellules endothéliales comme les amibes le font, et au final, en continuant ce mouvement, elle va se
retrouver à l’extérieur, et cette sortie est appelé diapédèse. Une fois sortie, elle va se déplacer vers la
bactérie, et finir par englober la bactérie.
La bactérie ou substance ingérée par cette phagocytose est pris en charge par le système lysosomal,
qui va détruire cette bactérie et la découper en morceaux.
Les neutrophiles sont les plus rapides, ils peuvent ingérer 5 à 25 bactéries peu virulentes, mais les
monocytes, plus lents, arrivant plus tardivement, seront plus efficaces, ils pourront ingérer jusqu’à
100 microbes. Enfin, leur différence est beaucoup plus durable, ils peuvent séjourner plus longtemps
à l’extérieur, ce qui est plus efficace.
(2)
Les lymphocytes
Ils vont défendre l’organisme aussi mais avec une logique différente, en faisant des réactions
immunitaires. On peut les classer en sous-ensembles.
(a)
Les lymphocytes T
Ils vont terminer leur maturation dans le thymus (maturation thymique, éducation thymique). C’est
là qu’ils vont acquérir leurs fonctions.
On distingue 3 sous-ensembles :
24
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(i)
Cytotoxiques
(ii)
Auxiliaires
(iii)
Suppresseurs
Semestre 5
(b)
Les lymphocytes B
Ils ont une maturation conventionnelle, dans la moelle osseuse.
Globalement, un germe, par exemple une bactérie, qui subit une phagocytose normale, est détruite
par le système précédent. Des débris de ces bactéries sont sécrétés (l’antigène est présenté), et ils
vont entrer en contact avec les lymphocytes. La première famille de lymphocytes sera stimulée, et
elle stimulera une 2ème famille, qui aura 2 réactions différentes :
-
Elles vont soit subir une série de mitoses, par une multiplication clonale, et ces clones vont
rester dans l’organisme un certain temps. Ce sont elles qui sont les cellules mémoires.
Elles peuvent se modifier en un autre sous ensemble de cellules, qui vont faire appel à leur
synthèse protéique, pour fabriquer des protéines spéciale, les immunoglobulines, qui sont
rejetées à l’extérieur, dans le plasma, suivant la quantité d’antigènes initiale. Elles ont la
capacité d’aller se coller sur un antigène initial, de le fragiliser, et de faciliter la destruction,
qui va se faire facilement et massivement.
Au final, l’antigène est détruit par cette stratégie.
(c)
Les immunoglobulines
Il y a les immunoglobulines G (IgG), sont des tétramères en forme de Y, dont le poids moléculaire
moyen est de l’ordre de 160 000 Da. A coté de ces IgG, on trouve les IgM, qui ont une structure plus
pentagonale, plus grosse, le poids moléculaire est d’environ 960 000 Da. Enfin, il existe d’autres
immunoglobulines, IgA, IgD et IgE.
Pour éviter que le germe ne soit trop toxique, on peut l’atténuer, on le faisait avec du formol,
aujourd’hui on les irradie, quand on veut l’inoculer à un sujet sain. On va essayer de mesurer la
concentration en immunoglobulines.
Ig
IgM
Primo-injection
14 jours
temps
Premier rappel
25
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Semestre 5
Si le plasma contient des IgG, et que l’on est contaminé, ils vont se fixer sur les germes, qui seront
alors mieux détruits par l’organisme.
4.
Les groupes sanguins
On doit cette désignation à Landsteiner, qui s’est aperçu que les résultats de transfusion sont
différents suivant les personnes, et que les globules rouges pouvaient être différents.
a)
Système ABO
On regarde à la surface des hématies, au cell coat, on s’est aperçu qu’une famille de composés
n’était pas forcément le même d’un individu à l’autre, par exemple, chez certaines personnes, à
l’extrémité de ces cellules du cell coat, on pouvait avoir un polysaccharide, et à l’extrémité du
polysaccharide, on trouve un fucose, ou un composé X, variable. Chez certaines personnes, ce X est la
N-acétylgalactosamine, chez d’autres, c’est du galactose, et chez certaines encore il n’y a rien à la
place de ce X.
Les personnes qui portaient le N-acétylgalactosamine ont été regroupé dans le groupe A, celles qui
portent le galactose forment le groupe B, et ceux qui n’ont rien sont de groupe O.
On peut considérer ces composés comme des antigènes naturels, on les appelle des agglutinogènes.
Chez certains individus, on trouve la N-acétylgalactosamine et le galactose, ils forment le groupe AB.
Dans le sang, certaines personnes peuvent agglutiner ces cellules quand ils les rencontrent, grâce à
des agglutinines, les agglutinines anti-A pour celle qui agglutine les agglutinogènes du groupe A, les
anti-B pour les B, et les anti-AB pour les AB. Dans le groupe A, on ne trouve pas d’agglutinine anti A,
mais de l’anti B, sinon ils agglutineraient les globules rouges.
Pour tester un groupe sanguin, on dépose 3 gouttes de sang par lame sur 4 lames, ainsi que des
antis :
Anti A
Anti B
Anti AB
Groupe A
Groupe B
Groupe O
Groupe AB
Il ne faut pas que les hématies du receveur soient agglutinées par les agglutinines du donneur. C’est
pourquoi le groupe O est le donneur universel. En revanche, le groupe AB, qui serait agglutiné par
tout le monde ne peut que recevoir. Cependant, il peut recevoir de tout le monde.
26
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b)
Le système Rhésus
C’est un ensemble d’antigènes qui forment ce qu’on appelle Rhésus, il y a 3 antigènes : D, C et E.
Cependant, l’antigène D est le plus réactif, c’est pourquoi on ne s’oriente que vers le D pour étudier
ces Rhésus.
Certains couples avaient un premier enfant qui naissait normalement, mais à la 2ème grossesse, le
fœtus mourrait in utéro, et ils n’arrivaient ensuite plus à avoir de 2ème bébé. C’était le système
Rhésus qui était la cause de ces avortements. Au cours de l’accouchement, les sangs de la mère et du
bébé étaient mélangés, et si le bébé était Rh+, c'est-à-dire qu’il porte l’antigène D, et que la mère est
Rh-, elle ne porte pas l’antigène D, ce produit est pour elle un antigène, et donc elle fait des anticorps
contre cet antigène. Au cours de la 2ème grossesse, ces anticorps anti-D franchissent la barrière
utérine, et tuent le bébé. Ce cas est possible si le père est Rh+.
Pour éradiquer ce problème, il faut éviter la reconnaissance dès le premier bébé, par les lymphocytes
mémoires. Il faut ensuite injecter les immunoglobulines, pour qu’ils soient éliminés rapidement, les
lymphocytes mémoires n’ont pas le temps de se créer.
c)
Le système HLA
HLA = human lymphocyte antigen. Ce sont des antigènes sur les lymphocytes, qui permettent une
reconnaissance. C’est important pour les greffes.
27
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Semestre 5
Chapitre 2 : La physiologie cardiaque
I.
Généralités sur l’appareil cardio-vasculaire
Tous les liquides sont dirigés par et vers le système cardio-vasculaire. On l’appelle grande circulation,
étant la plus grande du corps. Dans ce système, il existe une pression, relativement élevée, d’où ce
2ème nom de circulation à haute pression. La petite circulation est la circulation pulmonaire, la
pression est très basse, de ce fait, on l’appelle circulation à basse pression.
Le rôle de la circulation est d’irriguer les cellules, d’apporter des nutriments et de les débarrasser de
leurs déchets. Ils servent de plus à transporter les hormones, elle participe à la défense de
l’organisme, et au maintient de la température corporelle.
II.
Rappel de l’anatomie cardiaque
A.
Morphologie et structure
C’est un muscle, situé dans le médiastin, dans la cage thoracique, entre les poumons, en avant des
cotes, et du sternum, et en arrière des vertèbres. Il est en plus en avant dans ce médiastin.
Il a une forme de cône à l’envers, donc la pointe du bas s’appelle apex (attention de ne pas inverser),
et la partie haute est la base.
C’est un muscle creux, formé de cavités appelées ventricules. Elles sont constituées d’une cloison qui
sépare le cœur droit et le cœur gauche. Une autre séparation, mais entre la base et l’apex permet de
distinguer en haut les oreillettes (= auricules = atrium), droite et gauche, et en bas les ventricules,
droit et gauche. Les séparations sont des sortes de portes, des valvules. Du coté droit, la valvule est
constituée de 3 lames, d’où le nom de valvule à 3 pieds, ou à 3 cuspides. Le coté gauche n’a que 2
lames, d’où le terme de bicuspide. Cette bicuspide ressemble à une mitre d’archevêque, d’où le nom
de valvule mitrale. On les appelle aussi auriculo-ventriculaires. Enfin, dans ces cavités, les vaisseaux
sanguins sont connectés, l’artère aorte et l’artère pulmonaire. Des valvules, à la base de ces deux
artères ont une forme de S, d’où le nom de sigmoïde.
Ce système complexe ne permet pas de se tromper dans le sens de circulation du sang. Des veines
caves supérieures et inférieures arrivent dans l’oreillette droite, de là, descendre dans le ventricule
droit, et ressortir du cœur en direction des poumons. Le sang ressort des poumons par 4 veines
pulmonaires, descend dans le ventricule gauche, et ressort par l’aorte, d’où il sera dispersé dans tout
le corps.
Il faut remarquer la présence de sortes de cordes qui maintiennent les valvules dans un sens,
empêchant le sang de remonter. On les appelle cordelettes tendineuses, et servent d’amarrage à la
valvule. Elles tiennent les bords des valvules.
28
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B.
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Semestre 5
Histologie
Le péricarde est l’enveloppe du cœur, c’est un tissus conjonctif, des fibroblastes qui présentent des
fibres de collagène, formant 2 feuillets superposés, un feuillet externe, pariétal (= appartient à la
paroi), et un feuillet qui colle à la viscère, au cœur, le feuillet viscéral. Entre les 2 on trouve un
liquide, le liquide péricardique. Ce péricarde est relié à un muscle, le diaphragme, ce qui fait que les
mouvements de ce muscle se répercutent sur les mouvements du cœur, qui monte et descend.
La partie la plus épaisse, le myocarde, c’est la musculature du cœur, qui va être constitué de fibres
musculaires qui ont une forme ramifiée de Y, un seul noyau, dans l’axe de la cellule. Les jonctions
entre les cellules sont des jonctions spécialisées, des jonctions GAP, constituées de connexon, des
jonctions communicantes.
Le reste, c’est du muscle classique.
La dernière enveloppe, l’endocarde, est le prolongement de la paroi des vaisseaux, c’est une sorte
d’endothélium, la circulation est perturbée si elle se fait dans cette zone. C’est une pathologie.
Les tissus sont des tissus restés à l’état embryonnaire. Le nœud de Keith et Flack, ou nœud sinusal se
trouve à l’arrivée de la veine cave. Plus loin, séparé de ce nœud, le nœud d’Aschoff-Tawara se situe à
la jonction des 2 cœurs, on l’appelle aussi nœud septal, ou auriculo-ventriculaire. Il se poursuit par un
faisceau de fibres, le faisceau de Hiss, qui va se diviser en 2 branches, qui vont tapisser toute la paroi
ventriculaire, et faire une énorme ramification. Ce réseau est appelé réseau de Purkinje.
En comparant ces structures, les fibres musculaires cardiaques sont nettement moins organisées, il
n’y a pas de sarcomères, pas de stries Z, elles sont restées à l’état embryonnaire.
III.
Fonctionnement global du cœur
Il y a plusieurs méthodes d’investigation. On va étudier la contraction mécanique en TP, on peut
aussi enregistrer l’activité électrique. On peut écouter le bruit que fait le cœur quand il fonctionne,
avec un stéthoscope. On peut le faire en extérieur, mais quelques fois, il faut aller à l’intérieur du
cœur, pour évaluer par exemple une activité électrique. Il faut par exemple faire une exploration
endocavitaire pour évaluer l’activité électrique du faisceau de Hiss.
A.
Activité électrique
Les cellules du cœur sont des cellules excitables dans leur ensemble, elles sont capables d’émettre un
potentiel d’action, et on peut enregistrer cette activité électrique. Quand elle concerne l’ensemble
du cœur, on parle d’électrocardiogramme. L’enregistrement s’appelle une électrocardiographie. Une
partie du cœur émet des potentiels d’action de façon rythmique, et ce PA généré rythmiquement va
se propager au nœud septal suivant, cette propagation va toucher les oreillettes, et l’ensemble de
cette activité sera enregistrer, et l’on obtient sur l’enregistrement l’onde P, et l’activité se propage à
la suite du réseau nodal, et atteint le réseau de Purkinje. Cette deuxième onde est enregistrée
comme une première onde, en sens opposé de la P, on l’appelle Q. Puis une autre onde, R, dans le
même sens que P, qui est très rapide, et suivie d’une onde S. On appelle ces 3 ondes un complexe
QRS, suivi d’un retour à la ligne d’enregistrement, et un peu plus tard une onde qui a une forme
différente – qui démarre lentement sur la ligne isoélectrique et monte graduellement, puis descend
29
Physiologie animale
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Semestre 5
brusquement – appelée onde T. Cet ensemble constitue une unité d’activité électrique du cœur, et
après P, Q, R, S, T, l’électrocardiogramme est constitué de cette suite d’onde.
La première partie, l’onde P, correspond à l’activité électrique de l’oreillette, et les autres
correspondent à l’activité des ventricules, la première partie étant la dépolarisation, la seconde à la
repolarisation. La repolarisation des oreillettes est cachée par la dépolarisation des ventricules, car
les ondes ventriculaires sont beaucoup plus amples, plus puissantes.
Pour les visualiser, il y a des astuces.
Cette activité est intéressante, ce qui est plus intéressant, c’est l’action mécanique
B.
Activité mécanique et sa genèse
On a l’habitude d’appeler le cœur appareil automatique et autonome, car il fonctionne de façon
cyclique et il est capable de fonctionner tout seul.
La période de repos correspond à la période durant laquelle il est relâché. On appelle cette période la
diastole générale. Les valvules auriculo-ventriculaires sont ouverts, le sang descend par pression
atmosphérique, remplie les cavités ventriculaires. Il remplie 70% des ventricules. A la fin de cette
période, le nœud émet son activité électrique, qui se répand dans l’oreillette, et le reste de sang est
chassé de l’oreillette, pour terminer de remplir les cavités ventriculaires.
Ces contractions sont appelées systoles auriculaires. A ce moment, le sang remplie les cavités
ventriculaires.
Maintenant, l’activité électrique continue sont trajet, atteint le ventricule, se répand dans la
musculature ventriculaire, qui va se contracter.
Cette contraction commence alors que les valvules sont fermées, les lames claquent, le sang ne
pourra pas remonter. Elles restent fermées. Le sang est alors comprimé par la contraction, toutes les
sorties sont fermées. Les liquides étant incompressibles, la pression augmente à l’intérieur. Cette
contraction est appelée isométrique. Elle augmente alors tellement qu’à un moment, les valvules
s’ouvrent brutalement, et le sang est éjecté dans les artères. Les sigmoïdes sont ouverts, la taille du
cœur se réduit, et le sang est complètement chassée. Cette contraction est appelée anisométrique.
Elle chasse le sang à travers les vaisseaux sanguins. La pression qui va régner à l’intérieur sera plus
faible qu’à la base de l’aorte et de l’artère pulmonaire, et les valvules se referment alors. Le sang est
alors passé dans les vaisseaux sanguins.
Il n’y a plus d’activité électrique, et le relâchement recommence.
Des bruits sont émis tout au long de ces contractions. Ils nous permettent d’écouter le cœur et de
déterminer ce qu’il se passe dans le cœur. Si on les enregistre, on fait de la phonocardiographie. On
les amplifie, et on les écoute. On a classé les bruits par numéros.
Un premier bruit correspond à la fermeture des valvules auriculo-ventriculaires, au claquement de
fermeture. Pendant ce temps, le liquide subit une pression, qui émet une tentative de turbulence du
sang. C’est un bruit relativement sourd et long. On l’appelle le premier bruit.
30
Physiologie animale
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Semestre 5
Il est suivi par un deuxième bruit, qui correspond plutôt à la fermeture des sigmoïdes, c’est un bruit
relativement sec, et en général ce sont les 2 qu’on entend sans amplification.
En amplifiant, on entend le bruit d’ouverture des valvules auriculo-ventriculaires, c’est le 3ème bruit,
ainsi que le 4ème bruit, qui est la contraction auriculaire.
En terme de chronologie, l’ensemble de ces bruits, une révolution cardiaque, une unité d’activité,
dure environ 0,8 secondes chez un homme standard, non sportif, avec une systole auriculaire qui
dure 0,1 seconde, une systole ventriculaire qui dure 0,3 secondes, et le reste étant représenté par la
diastole.
La convention évoluant le nombre de contractions par minutes. On obtient alors environ 70 à 75
battements par minutes chez un homme normal. Le volume propulsé après chaque systole est
appelé ondée systolique. Elle a une valeur chez l’homme standard d’environ 70 mL, et donc le
volume propulsé par minute est évalué à 5L par minutes. C’est l’équivalent du volume global du sang.
On essaie de comprendre comment il peut réaliser de tels performances.
IV.
Propriétés du cœur
La rythmicité est soumise à des modifications possibles, qui vont changer la rythmicité, on l’appelle
chronotropie. Les substances qui l’accélèrent sont chronotropes positives, et celles qui le ralentissent
sont chronotropes négatives.
La contractilité est aussi appelée inotropie.
Le cœur se rétracte pendant l’éjection du sang, et de par sa souplesse, il évite de rester coller réduit.
Il peut revenir à sa forme d’origine, on parle de tonotropie.
L’excitabilité cardiaque est appelée bathmotrope.
La possibilité de conduire le potentiel d’action est appelée la dromotropie.
A.
Automatisme cardiaque et rythmicité
On peut isoler le cœur, en faisant couler dedans du liquide dans le même sens que le sang, en le
perfusant correctement. Cela montre que le cœur n’a besoin de rien, à part la perfusion, pour se
contracter. On va chercher l’origine de cet automatisme
1.
Origine de l’automatisme
Une première série de recherches a été faite par Stannius, qui a pris un cœur de grenouille, et a
ligaturé le cœur en plusieurs points.
L1
L2
31
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Semestre 5
La ligature L1 entraine un arrêt cardiaque. La ligature L2 (L1 + L2) entraine de temps en temps, à une
fréquence lente, une contraction des ventricules. La 3ème ligature correspond à la L2 seule, et est
appelée L3. Elle entraine de petites contractions, et de temps en temps de grandes contractions. Il y
a donc une désynchronisation
L1
L2
L3
Par la suite, 3 nœuds ont été déterminés, le nœud de Remack, le nœud de Bidder, et le nœud de
Ludwig.
On a ainsi pu mettre en évidence que le cœur contient des systèmes lui permettant de se contracter.
C’est un cœur myogène.
On différencie le cœur neurogénique, qui a besoin du cerveau pour se contracter.
Pour les différencier, on met de l’anesthésique comme un dérivé de cocaïne, et ainsi, les
informations venant et allant du cerveau sont bloqués, l’un des cœurs s’arrêtant alors que l’autre
continue de battre.
Le type de cœur de beaucoup de vertébrés a été déterminé par cette méthode.
On coupe un cœur de rat en morceaux, et on les met en milieu correct, et on constate que les
fragments en contact du nœud sinusal se contractent très rapidement, on obtient environ 120
mouvements par minute. Les bouts en contact avec le nœud septal se contractent plus lentement,
environ 60 battements par minutes. Les autres, en contact avec aucun nœud restent au repos.
On peut compléter cette expérience en mettant le tissu en cellules isolées sur boite de pétri.
Lorsque les cellules vont se toucher, les cellules alors immobiles vont se contracter. Les cellules
sinusales sont capables de transmettre leur activité électrique.
32
Physiologie animale
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Semestre 5
Dans une 2ème expérience, on prend 2 espèces de salamandres, l’une à activité cardiaque lente, et
l’autre à activité rapide. On échange alors les nœuds sinusaux des 2 cobayes, et on s’aperçoit que les
vitesses de battement de cœur ont été inversées avec.
2.
Mécanisme de la rythmicité
Le nœud sinusal est générateur de rythme, il est pacemaker. Effectivement, les cellules du nœud
sinusal ont un fonctionnement particulier, si l’on prend les cellules excitables, tant que l’on ne leur
fait rien, elles ne bougent pas. Elles ont cependant un certain potentiel. Mais il ne va pas rester
stable, et monter graduellement. Au final, il atteint son seuil de dépolarisation, et se re-polarisera.
Ensuite, le cycle recommence.
La montée de potentiel est appelé prépotentiel.
Leur potentiel n’est pas stable car il y a des mouvements ioniques, et notamment de potatium, plus
précisément, il y a une baisse de la conductance potassique, si bien que la conductance est freinée,
et le potentiel augmente.
Ensuite, quand le seuil est atteint, il y aura augmentation de la conductance sodique (Na), mais dans
le cas particulier de nos cellules, il y aura aussi une augmentation de la conductance calcique, c’est
une dépolarisation.
- 50
gK+
Cette adaptation cardiaque permet de comprendre la régulation de la rythmicité.
3.
Régulation de la rythmicité
On peut ralentir le cœur, (SUJET FACIL D’EXAMEN) en injectant une goutte d’acétylcholine, c’est une
stimulation pneumogastrique parasympathique. Le ralentissement peut provoquer un arrêt
cardiaque.
On peut aussi augmenter la stimulation, ce qui risque aussi d’entrainer un arrêt cardiaque, car il
échappe à l’activité du pneumogastrique, c’est le phénomène d’échappement.
L’acétylcholine arrive dans le cœur au niveau des cellules sinusales. L’acétylcholine rétablit la
conductance potassique sinusale.
La pente de la partie due à gK+ est plus lente, le seuil est atteint plus tardivement.
L’acétylcholine a 2 types de récepteurs, nicotiniques et muscariniques. Ici, les nicotiniques entrainent
le ralentissement. Si l’on met trop d’acétylcholine, la pente disparaît, le seuil ne sera jamais atteint,
c’est un arrêt cardiaque.
33
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Semestre 5
L’acétylcholine peut être épuisé, les vésicules d’acétylcholine seront toutes consommées, ce qui
induit l’échappement.
Si le cœur s’arrête de se contracter, les vaisseaux coronaires ne seront plus alimentés, et le cœur
peut alors mourir d’anoxie.
On peut activer le cœur, en lui injectant de l’adrénaline. Il va alors accélérer sa fréquence. On peut
aussi stimuler un nerf orthosympathique, pour accélérer le cœur, et c’est ici de la noradrénaline qui
sera sécrétée, et accélèrera le cœur.
Pour cela, l’adrénaline, premier messager, va se fixer sur un récepteur β adrénergique de la
membrane, qui va s’activer, changer de conformation, et activer à son tour un ensemble de
protéines qui lui sont accolées, les protéines G (globulaires), qui vont s’activer, et ainsi activer une
enzyme à l’intérieur de la membrane, l’adénylate cyclase. Celle-ci a comme propriété de transformer
l’ATP en AMPc, et l’AMPc, qui est le second messager, à l’intérieur de la cellule, va aller activer une
autre protéine, une protéine kinase (PK) inactive, qui se transformera en active PKa, qui s’orientera
vers la membrane plasmique par un canal, qu’elle va ouvrir par phosphorylation, et faire un transfert
d’ions, de calcium et de sodium, ce qui va activer les cellules sinusales.
Une possibilité de régulation, si on dort la nuit, on a moins de besoins.
4.
Potentiel d’action des cellules ventriculaires
Pointe et plateau
On peut bloquer les canaux sodiques en utilisant la TTX (tetrodotoxine), qui va se poser sur les
canaux sodiques et empêcher les ions sodium de passer. On arrive alors à supprimer la pointe.
34
Physiologie animale
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Semestre 5
En mettant du manganèse à la place du calcium, la pointe disparaît, cette pointe est due aux ions
sodium, à la conductance sodique. En mettant du magnésium à la place du calcium, on s’aperçoit que
le plateau disparaît, c’est donc le calcium qui est à l’origine du plateau.
B.
Conductibilité
1.
Propagation de l’influx
Au départ du nœud sinusal, des fibres musculaires auriculaires vont jusqu’au nœud septal, et
rejoignent le faisceau de His.
Les fibres musculaires ont un diamètre de 10 µm, et la vitesse de propagation de l’influx est de 0,5
m.s-1, au départ. Le diamètre du faisceau de His est de 5 µm, la vitesse de propagation est réduite à
30 µm. Au niveau des fibres du réseau de Purkinje, le diamètre est de 30 µm, et la vitesse vaut 5 m.s1
.
Les oreillettes vont se contracter au passage de cet influx. Quand il est ralenti, au niveau de faisceau
de His, le ventricule a le temps de se remplir totalement. Si ça ne se passait pas comme ça, le
ventricule se contracterait en même temps que l’oreillette, et le ventricule étant plus puissant, le
remplissage ne se ferait pas.
Ce retard est appelé retard Hissien.
C’est la géométrie qui détermine se retard. Tout le trajet de l’influx, du début du réseau de Purkinje
jusqu’à la fin de l’arborescence se fait en 80 ms.
L’influx vient de l’apex, en direction de la partie supérieure, des vaisseaux sanguins, de l’artère
pulmonaire, et donc le cœur se contracte dans ce même sens, de l’apex vers le haut. Ainsi, la
contraction chasse harmonieusement le sang vers les vaisseaux.
2.
Arrêt de la propagation
35
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Semestre 5
L’influx devrait communiquer une fois en haut du cœur. Le phénomène de rentrée de l’influx n’a pas
lieu chez l’homme car il y a une période réfractaire, donc la fibre ne peut pas être ré initiée. Si l’on
stimule pendant la période réfractaire relative, plus tard la stimulation sera faite, plus forte sera la
contraction suivante. La contraction supplémentaire est appelée extrasystole.
Il arrive physiologiquement que l’on ait une extrasystole, en général on ne sent pas le cœur battre, et
quelques fois on nous fait peur, le cœur devient douloureux, et la douleur est due à une extrasystole
physiologique. L’influx généré artificiellement, s’il tombe en période réfractaire relative, entraine
l’extrasystole, qui provoque la douleur, et dérègle le système cardiaque. Il y a aussi des cas
d’extrasystole pathologique.
Dans le cas d’une rupture des fibres de His, le sujet décède. On aurait pu lire les activités électriques
des nœuds, mais au nœud de His, la lecture est très difficile, et il faut aller mettre une sonde
directement à coté de ce nœud.
S’il ne fonctionne pas bien, la pathologie s’appelle « bloc ».
Quelques fois, un allongement anormal du trajet se fait sentir, et l’influx peut arriver en période
réfractaire.
V.
Régulation de l’activité cardiaque
Rappel : Le système nerveux périphérique (Voir schéma « innervation cardiaque »)
Le système orthosympathique utilise la noradrénaline en dernier transmetteur, et l’acétylcholine est
utilisée par le nerf pneumogastrique.
L’ensemble des fibres nerveuses commence par les protoneurones, puis viennent les deutoneurones,
etc.
La matière grise se trouve sur l’extérieur de l’encéphale, et contient les corps cellulaires des
neurones. En dessous, la matière blanche représente les axones de passage. On peut trouver des
zones grises dans la matière blanche, que l’on appelle noyau.
Il arrive que l’on ait des corps cellulaires et des cellules de Schwann, ils reçoivent des influx de
l’extérieur, et ce regroupement est appelé ganglion.
La matière grise périphérique est appelée cortex.
A.
Régulation de la fréquence
1.
Innervation cardiaque
Dans le centre nerveux, il existe un centre cardio-inhibiteur, qui appartient au système
parasympathique, et effectivement, les fibres de ce centre cardio-inhibiteur vont passer par le nerf
pneumogastrique, qui est le nerf le plus représentatif du système parasympathique. Ce noyau se
situe dans la région bulbaire, en dessous du 4ème ventricule de l’encéphale, dans le plancher.
Un autre centre qui se trouve à coté, qui est cardio-accélérateur, situé plus bas, pratiquement dans la
moelle épinière, envoie des fibres orthosympathiques en direction du cœur.
36
Physiologie animale
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Semestre 5
La voie parasympathique : les premiers neurones (protoneurones) qui vont quitter ce centre cardioinhibiteur vont aller dans la cage thoracique, puis s’orienter vers l’artère aorte, et vont se ramifier
énormément dans cette région, pour constituer ce qu’on appelle le plexus cardiaque, et de là vont
renvoyer des fibres en direction du cœur par des relais ganglionnaires, qui font une synapse, et en
partent en petits neurones (deutoneurones). Ces fibres, sont des neurones cholinergiques (à
acétylcholine).
L’autre voie, orthosympathique : les premiers neurones qui partent vont aller en direction des
ganglions orthosympathiques, on les appelle pré-ganglionnaires, et ils vont y faire une synapse. Les
deutoneurones sont des fibres post-ganglionnaires, qui vont aller en direction du cœur, et sont plus
uniformément réparties que les fibres cholinergiques. Cette fois-ci, les fibres pré-ganglionnaires sont
des fibres cholinergiques, alors que les post-ganglionnaires sont noradrénergiques.
2.
Régulation
Prenons un individu duquel on soupçonne certaines anomalies. On lui injecte un produit qui inhibe le
système parasympathique, avec des substances appelées parasympatholytiques, qui ont la propriété
de bloquer la neurotransmission, comme par exemple l’atropine. On mélange ce produit à un autre
qui empêche la transmission orthosympathique. Ce sont des sympatholytiques, comme par exemple,
on utilise le propranolol.
On mesure alors l’électrocardiographie, et on en étudie l’évolution. On supprime en fait les 2 types
d’innervation. Le cœur est donc livré à lui même, et la fréquence va monter au niveau de celle du
nœud sinusal : 120. Quel est alors le but recherché dans cette exploration ? On cherche alors de
montrer l’action du nœud sinusal.
Cette expérience d’exploration fonctionnelle nous permet de constater que quand la personne vit
normalement, la fréquence est ralentie par rapport à celle du nœud sinusal. Ce ralentissement ne
peut venir que du système nerveux parasympathique, et en effet, en permanence, le nerf vague
envoie des pulsations, c’est le frein vagal. Le nerf vague, c’est le nerf pneumogastrique (=X). Ce frein
vagal est levé pour augmenter la fréquence cardiaque, et le volume de sang envoyé augmente aussi.
Ce nerf X va déverser l’acétylcholine vers les cellules cardiaques, au niveau du nœud sinusal.
L’acétylcholine atteint les récepteurs muscariniques, qui sont des systèmes à 2nd messager.
3.
Rôle des hormones
La noradrénaline active par ce système de 2nd messager. Une hormone très voisine, l’adrénaline,
fabriquée par le système surrénalien, fonctionne comme son analogue. L’hormone thyroïdienne, la
thyroxine, active le nœud sinusal, et augmente la fréquence cardiaque, une hyperthyroïdie va être
tachycardisant (contraire : bradycardisant).
B.
Régulation du volume de l’ondée systolique
Si la fréquence est trop élevée, le remplissage cardiaque devient incomplet, et à ce moment, le gain
en volume stagne voir diminue. Le retour veineux doit se faire, les veines doivent ramener le sang, ce
retour veineux doit remplir les cavités.
VI.
Electrocardiographie
Voir TD
37
Physiologie animale
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Semestre 5
Le cœur, de ce que nous avons vu, à un moment donné, se dépolarise par endroit, alors que l’autre
partie ne se dépolarise pas, et reste polarisée. A tout moment, le cœur peut être assimilé à une
masse avec un coté positif, et un négatif. C’est donc un dipôle. Ce dipôle n’est pas stable, et on sait le
mesurer
en
surface,
m’enregistrement
constitue
l’électrocardiogramme.
38
Physiologie animale
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Semestre 5
Chapitre 3 : Physiologie vasculaire
I.
Anatomie des vaisseaux
Ce système de liquide en vase clos n’a pas de système de citerne, il n’y a pas de réservoir, et donc les
veines vont jouer indirectement ce rôle de réservoir, effectivement, dans les veines on trouve un
volume de sang supérieur à ce qu’on trouve ailleurs, ce compartiment contient 60 à 70% du sang,
d’où cette terminologie de compartiment capacitif. Le reste est dans les artères, environ à 10%. Les
capillaires, petits mais nombreux, contiennent environ 5%. Le cœur en contient moins de 10%, et les
poumons en contiennent environ 10% aussi.
Le sang est sous pression dans ce système clos, et cette pression est due à la vascularisation, et notre
but est d’essayer de voir ce phénomène sous pression.
A.
Structure de la paroi vasculaire
Elle est organisée en couches, en tunique, voir en chemise. La tunique la plus interne est appelée
tunica intima et est constituée de cellules endothéliales. La jonction cellulaire est perméable aux
petites molécules. A une exception près, dans le cerveau, cette fonction est serrée, est imperméable.
Cette organisation tapisse tout le système vasculaire, même dans l’endothélium cardiaque.
Dans les veines, il existe des valvules anti-retour.
La tunique moyenne, la média, est musculaire, il y a en tout cas beaucoup de fibres musculaire,
accompagnées de fibres conjonctives élastiques, et il y a possibilité de faire varier le diamètre.
Dans certains vaisseaux, il y a moins de fibres musculaires, mais plus de fibres élastiques, ce qui va
permettre plus d’élasticité des vaisseaux.
Dans les artérioles, il n’y a qu’une seule couche de fibres musculaires.
Les capillaires n’ont qu’une seule couche de cellules musculaires, et au début du capillaire, la couche
musculaire s’estompe, s’enroule sur elle-même, et forme un anneau, tout autour de ce capillaire. Ces
anneaux peuvent se contracter et se relâcher, pour fermer ou ouvrir le capillaire. Ces anneaux sont
appelés sphincter.
La tunica adventitia (ou adventis) est une couche essentiellement élastique, car constituée de
conjonctif et de collagène, et elle est particulièrement développée dans les veines, et surtout dans
les grosses veines, ce qui apparaît en bleu sur les veines.
B.
Propriétés de la paroi vasculaire
Le cœur va fonctionner comme une pompe, qui fonctionne de façon discontinue, c’est uniquement
pendant les systoles que le sang passe dans le cœur. C’est une pompe pulsative, par à-coups. Elle
envoie le sans dans les artères, pulmonaires essentiellement, et un peu plus loin, ces artères se
resserrent pour donner naissance à des artères moyennes, puis à des artérioles, qui va continuer par
le système veineux, et revenir au cœur.
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Physiologie animale
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Semestre 5
On peut schématiser ce réseau qui est connecté à l’appareil cardiaque.
Le sang ne devrait alors se déplacer que par à-coups, mais quand on arrive au bout des artérioles, la
circulation est quasiment continue. Pour comprendre ce phénomène, un chercheur, M. Marey, a pris
un flacon en verre avec une tubulure latérale, et cette tubulure est branchée sur deux tuyaux en
verre, auxquels il connecte des manchons parfaitement calibrés qui serviront de robinet. A la suite de
ces 2 tuyaux, il met un tube en verre pour l’un, et un tube en caoutchouc pour l’autre. Au final, il met
un débitmètre pour mesurer les débits qui sortent.
On se rend alors compte que le débit du tuyau de verre est relativement fidèle au débit initial, la
circulation reste pulsatile. Au tuyau en caoutchouc, le liquide qui sort le fait pratiquement en
continu, le débit est constant, il n’y a plus de pulsations.
C’est donc la paroi élastique qui a permis de convertir la circulation pulsatile en circulation continue,
et ce phénomène est appelé impédance. On peut donc considérer que c’est la paroi des vaisseaux
sanguins qui permet de convertir ces pulsations en débit continu.
Avec l’âge, la paroi devient scléreuse, elle est de moins en moins souple, et donc les pulsations
seront moins absorbées. Cette diminution peut mener à une rupture d’anévrisme.
II.
Hémodynamique
C’est la dynamique du sang dans les vaisseaux. Le sang est hétérogène, c’est un liquide pseudoplastique. Ce liquide peut circuler parce que les liquides ont de l’énergie. On peut donc calculer
l’énergie globale du sang, E, qui est due à plusieurs choses.
On sait que le sang est propulsé par le cœur, cette propulsion est appelée P. Une deuxième forme
d’énergie, dite potentielle, est due à la pression atmosphérique, dans le cas d’une position verticale,
et est due à la masse et à la gravité. La poussée, administrée, est la poussée cinétique, qui vaut ½ ρ.v 2
E = P + ρ.g.h + ½ ρ.v2
Le sang circule dans les tuyaux sous une forme relativement harmonieuse, ce type de circulation est
dit pas lames, différentes lames circulent dans les tuyaux, les unes sur les autres, la lame la plus
externe va frotter sur la paroi du tuyau et est donc soumise à un freinage. La seconde est freinée par
la première, et donc un peu moins, et ainsi de suite, si bien que la vitesse du milieu est maximale
(Vmax), c’est une circulation laminaire, par lames concentriques à l’intérieur du tuyau.
Vmax = (P.r2)/(4.η)
Vx est la vitesse d’une lame quelconque :
Vx = Vmax . (1-(X2/r2)
vitesse.
X = distance entre la lame du milieu et la lame dont on calcule la
Si l’on considère un tuyau quelconque, on peut exercer une pression à l’extérieur, le liquide suivra le
gradient de pression, il circulera de la plus forte pression vers la plus faible. La différence de pression
(ΔP) dépendra du débit (Q), de la longueur (L), du rayon (r), et de la viscosité (η). Poiseuille a donc
déterminé la relation suivante :
40
Physiologie animale
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Semestre 5
ΔP = Q . ((8.L)/(π.r4)) . η
P = Q . R = Vs . F
R = résistance
Q, c’est l’ondée systolique, aussi notée Vs.
P subit des variations :
1er ordre
2ème ordre
3ème ordre
Onde 1er ordre : due au cœur
3ème ordre : origine vaso-motrice
On définie la 1ère pression moyenne = Pm = Pmax + 2x Pmini
Pression pulsative = différence entre Pmax et Pmini
III.
Circulation artérielle
A.
Propriétés
B.
Mesure de la pression artérielle
1.
Méthode directe
Ludwig a introduit un cathéter, tuyau. Le sang arrive par la canule, ici c’est du mercure. Il est parti
d’un baromètre. Ce système est un kymographe. C’est un excellent système de mesure directe. Il est
utilisé dans les salles d’opérations, et est indépendant de l’électricité.
Cependant, il est encombrant, alors on a réfléchi à d’autres modèles.
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Physiologie animale
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Semestre 5
On utilise par exemple un condensateur comme capteur de pression. On a 2 plaques, l’une épaisse et
immobile, l’autre fine et mobile en fonction de la pression. La distance entre les 2 plaques va changer
avec la pression du liquide, et ce dispositif capte la pression. Il est moins encombrant, mais c’est tout
de même un capteur moins fidèle.
On peut aussi utiliser des jauges de contrainte. Des matériaux sont contenus dans un système, sur
lequel on applique une pression. Avec la pression, les matériaux émettent des électrons, ce qu’on
pourra mesurer.
On peut encore utiliser des capteurs qui sont des sortes de transistor, ce sont des éléments à 3
électrodes dans un boitier. Il suffit d’appliquer un courant sur une des électrodes, qui sera amplifié
par les 2 autres. Cependant, notre transistor a une modulation de la base qui ne se fait pas
électriquement, mais par la pression sanguine. On va alors l’amplifier, puis le numériser. C’est ce
modèle qu’on utilise en TP.
2.
Méthode indirecte
Le sphygmomanomètre mesure la pression grâce à un dispositif : un brassard. On fait varier la
pression artificiellement dans ce brassard. On le relie à un système barométrique classique ou à
aiguilles. Il y a une poire pour faire varier la pression. Un dispositif d’écoute, comme un stéthoscope,
permet d’écouter ce qu’il se passe dans le système sanguin. Dans un premier temps, on augmente la
pression dans le brassard, jusqu’à ce que la pression à l’intérieur du brassard soit nettement au
dessus de celle qui règne dans le vaisseau sanguin. Ensuite, on se met en aval, et on essaie d’écouter
ce qu’il se passe dans le vaisseau sanguin. Au début, on n’entend rien, car la pression a bloqué le flux.
Ensuite, on diminue graduellement la pression, jusqu’à entendre un petit bruit. On est alors
légèrement en dessous de la pression systolique, qui provoque un jet de sang, que l’on va entendre.
On note alors la valeur du manomètre, en cm Hg. On obtient alors par exemple 14. Ensuite, on
relache encore continuellement la diminution de la pression, on l’entend de plus en plus fort, et
42
Physiologie animale
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Semestre 5
ensuite il va de nouveau s’atténuer, et disparaître. C’est ici que l’on note la pression diastolique. On
obtient par exemple 8.
Le bruit a disparu quand la circulation revient en régime laminaire.
C’est la technique la plus utilisée, elle est relativement correcte, mais n’est pas utile dans le cas d’un
suivi.
C.
Le pouls
Le pouls est constitué par la propagation dans la paroi de sa déformation, c’est un reflet des à-coups
donnés par le cœur, par les ondées systoliques, du rythme mais aussi de la force des ondées. On
parle des à-coups de la paroi, pas du liquide. La propagation du sang se fait à 5 m.s-1, alors que le
sang circule à 0,5 m.s-1. Ca n’a donc rien à voir avec le liquide qui passe, d’où la fidélité par rapport au
cœur.
D.
Régulation de la pression artérielle
C’est l’adaptation de la fonction aux besoins de l’organisme.
P=QxR
1.
Facteurs régulant la pression artérielle
Q = débit
R = résistance périphérique
Q = Vs x F
Vs = retour veineux de la fréquence cardiaque F = fréquence cardiaque
Le rayon influe sur R. La viscosité, si elle augmente, augmente la résistance périphérique.
L’hématopoïèse (synthèse de globules rouges) influe aussi sur R, en influant sur le nombre de
cellules. Dans le cas d’une anémie, la pression va baisser, en général on s’en rend compte à temps
donc on essaie d’y palier. La polycytémie (sportif qui se dope) influe aussi.
Une hormone particulière, découverte après les années 80, et fabriquée par le cœur lui-même, et
notamment par les oreillettes, la FNA (facteur natriurétique auriculaire) = FNO = ANF = auriculine, est
une hormone polypeptide fabriquée par les cellules musculaires, une prohormone native, qui fait
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Physiologie animale
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Semestre 5
110 acides aminés, et va être clivée pour libérer 30 acides aminés, qui constitueront cette ANF. On
verra alors le début du néphron, avec la capsule de Bowman, dans laquelle va arriver une artère
afférente, et partir une artère efférente, formant ainsi la glomérule de Malpighi, dans laquelle se
forme l’urine primaire.
Cette ANF a une propriété d’augmentation de diamètre de l’artère afférente. La pression sanguine
augmente alors, du liquide sort, l’urine primaire est formée, et au final cette hormone va éliminer
beaucoup d’eau dans les urines, ainsi que du sodium, d’où le terme de facteur natri-urétique.
Au final, l’organisme perd une partie de son liquide dans les reins, d’où cette puissante propriété de
baisse de pression, c’est une hypotension.
2.
Mécanisme nerveux de la régulation de la pression artérielle
a)
Centre vasomoteur
Le premier chercheur a stimulé la région du 4ème ventricule, ce qui est dangereux. On peut
aujourd’hui faire une stimulation métabolique, en bloquant la circulation d’O2, provoquant ainsi un
mécanisme anaérobie, qui va stimuler la région. La pression artérielle monte brutalement avec la
stimulation électrique, alors qu’elle monte progressivement avec la stimulation métabolique.
Il dépose de la cocaïne sur cette région, pour bloquer l’influx, pour provoquer une insensibilisation,
c’est une anesthésie tronculaire. Il note alors une hypotension. Il a alors prouvé qu’il existe dans
cette région un centre vasomoteur, qui régule la pression. Ce centre est appelé CVM. Ce centre va
être connecté à la périphérie, les voies efférentes, dans un premier lieu, les protoneurones de la voie
nerveuse quitte ce centre et descend le long de la moelle épinière, et vont s’arrêter à plusieurs
étages.
b)
Voies efférentes et tonus vasomoteur
Ces protoneurones vont faire des relais, des synapses noradrénergiques vers les deutoneurones, qui
vont quitter la moelle dans la région des ganglions.
Tractus intermédiaire latéral
3ème niveau de neurones quitte le gel orthosympathique et vont dans la paroi des vaisseaux sanguins
dans les artères musculaires. Ils utilisent la noradrénaline, par les synapses noradrénergiques.
Le pneumogastrique (parasympathique) vont aussi en direction des vaisseaux sanguins et utilisent
l’acétylcholine.
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Semestre 5
A l’état de repos, le centre vasomoteur est doué d’une activité permanente, il va envoyer des PA
avec une fréquence donnée, via la voir orthosympathique, en direction des vaisseaux. Celui-ci a la
propriété de faire contracter les vaisseaux sanguins, qui seront en permanence à un certain niveau
de contraction, que l’on appelle tonus vasomoteur. Ceci permet de rester assis, par exemple. Ca
permet de perfuser les cellules.
c)
Voies afférentes et régulation de la pression artérielle
L’organisme a déposé en plusieurs endroits des détecteurs. La carotide, ramification du cœur qui va
vers la tête, ramifiée en carotide primitive, qui se sépare en 2 parties, et la carotide externe. Dans
cette région, on va trouver des cellules musculaires sensibles à la pression, en fait, comme ils
détectent la pression, on les appelle barorécepteurs, et de leur situation, une partie est un peu
enflée. Quand un vaisseau est un peu dilaté, on appelle cela un sinus, ici c’est le sinus carotidien,
situé à la base de l’artère carotidienne interne.
Sur la crosse aortique, des fibres musculaires peuvent détecter la pression aussi, et l’ensemble de ces
barorécepteurs, sont reliés au système nerveux, et on remarque ici que dans la zone des
barorécepteurs, un petit organe, le glomus carotidien, est un récepteur chimique, chémorécepteur.
Le raccordement de ces récepteurs, au niveau de l’aorte, comme le nerf de Ludwig-Cyon, quitte la
crosse aortique, s’oriente vers le SN. Les nerfs de Héring affèrent aussi au SN. Ces nerfs n’arrivent pas
directement dans les nerfs vasomoteurs, ils arrivent au noyau du faisceau solitaire, comme centre
relai, et partant de ce centre, ils seront connectés à une autre série de neurones qui iront vers le
centre vasomoteur.
Ces influx sont aussi repris dans ce centre par cette 2ème série de neurones courts vers le système
bulbaire, vers le centre cardio-inhibiteur.
S’il y a une pression élevée dans l’aorte, les barorécepteurs, qui sont des fibres, se distendent sous
l’effet de la pression, grâce à leur élasticité, et vont générer des influx nerveux, qui seront
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Semestre 5
transportés au niveau du noyau du faisceau solitaire, ou les influx seront repris par les 2ème neurones,
inhibiteurs, qui inhibent le centre vasomoteur. Cependant, celui-ci fonctionne en permanence, et
donc ils vont baisser d’activité, ne pourront plus envoyer leur impulsion, et iront au niveau des
vaisseaux, et notamment de l’aorte.
Ces nerfs du nerf de Héring sont stimulés, et au final, ils freinent l’activité du centre vasomoteur d’où
ce nom de nerfs frénateurs, parce qu’ils freinent pour provoquer une vasodilatation.
Le 2ème réseau de neurone est composé de nerfs activateurs, qui vont activer les noyaux du vague,
activer le nerf X et aller en direction du cœur. Le nerf X inhibe l’activité cardiaque parallèlement.
Donc en même temps que la vasodilatation se produit une cardio-inhibition, les 2 phénomènes vont
contribuer à une baisse de la pression artérielle, d’où une réponse cardiaque et vasculaire pour
maintenir la pression.
Dans la réponse globale, la vasodilatation compte pour 2/3, et la cardio-inhibition compte pour 1/3.
d)
Effets des centres nerveux supérieurs
C’est dans la région bulbo-protubérantielle, que se fait la régulation. Cependant, dans le centre
hypothalamus, il y a possibilité d’influencer la pression artérielle, essentiellement dans sa fonction de
régulation de la température corporelle. Le cervelet aussi mais de façon plus lente peut influencer la
pression artérielle, dans la posture de l’individu, pour que le sang arrive dans les organes, en influant
sur la position.
La zone corticale : il existe une possibilité de connexion de ces centres sur le système vasculaire, qui
est un système dangereux, il court-circuite les fibres qui quittent le cortex, qui s’orientent
directement non pas sur le système vaso-moteur, mais dans des cibles. Leur fonction est d’inhiber le
tonus vasomoteur. Une vasodilatation brusque se fait, l’individu chute, perte de connaissance.
e)
Autres effets
La température modifie la pression artérielle de façon complexe, ces mécanismes de régulation de la
température sont complexes. Les hormones, comme la noradrénaline, ou l’adrénaline, vont agir à
plusieurs niveaux, sur le cœur (rôle sur U), sur les vaisseaux sanguins. On agit sur R, les diamètres des
vaisseaux diminuent.
La vasopressine est une hormone, aussi appelée ADH, qui agit sur le facteur Q (antidiurétique), elle
empêche la formation d’urine, et augmente la pression.
Le CO2, quand sa concentration est élevée, agit sur les centres de la pression, pas tant sur le centre
vasomoteur, mais via les chémorécepteurs, il va augmenter la pression artérielle.
E.
Circulation capillaire – Equilibre de Starling
Les capillaires sont des tout petits vaisseaux, de l’ordre de 10 microns. Il y a quelques fois
communication directe entre artériole et veinule, ce système de pontage est appelé anastomose
artérioveineuse, puis quelques fois, un autre lien, beaucoup plus important, qui a quasiment la
même taille que les artères ou veinules environnantes est appelé la méta-artériole.
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On va simplifier cette forme, en un schéma plus simple.
La pression dans les artérioles, du coté du sphincter, la pression est de l’ordre de 25 mm Hg, pression
faible, néanmoins cette pression est suffisante, compte tenu de la paroi réduite à l’endothélium,
pour faire sortir du plasma à réception des protéines, sous la pression hydrostatique. La pression
osmotique importante qui est due aux protéines, l’eau entre dans les capillaires (cette pression
osmotique attire les liquides).
La force oncotique, dans un sens opposé, ne permet à la pression hydrostatique de ne faire sortir que
3 mL/min pour 15, puisque 12 rentrent. La lymphe risque alors de récupérer tout le plasma, si le
système restait dans cet état.
Cependant, cette lymphe est récupérée par d’autres capillaires, dits aveugles (puisque l’extrémité est
fermé), situés du coté de la veine, et qui vont aspirer cette lymphe, par ventouse. Ces capillaires
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Semestre 5
lymphatiques se regroupent alors en vaisseaux lymphatiques, pour le ramener à la circulation
sanguine. Au passage, il y a des réservoirs, à certains endroits, comme la citerne de Pecquet, duquel
part le système lymphatique, pour aller à la veine sous-clavière, pour retourner au cœur via les
veines
cardes.
Au
final,
ce
liquide
excédentaire
retourne
au
circuit
général.
F.
Circulation veineuse
C’est le réseau qui va amener le sang au cœur. Il y a un ensemble de mécanismes qui vont permettre
la circulation, le premier est lié à la pression, il obéit à la loi de Poiseuille. Si l’on mesure la pression
dans l’oreillette droite, elle est faible, et quelques fois négatives. Le sang va circuler dans ses veines
conformément au gradient de pression. C’est un mécanisme vis a tergo. Ce retour veineux, par ce
mécanisme est insuffisant. Il sera assisté.
L’un des mécanismes qui aident est l’assistance de la musculature, le muscle écrase la veine, et dans
ce cas, de par la position de la valvule, la seule issue se fera dans le sens du cœur.
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Semestre 5
Même logique pour des veines homologues, les veines et artères homologues sont soumises à une
vaso-tonicité, et aident la circulation dans le sens du cœur.
Le corps de l’organisme peut aussi être concerné, le cœur lui-même est dans une cage rigide, la cage
thoracique, bien fermée, et ce qu’il se produit, c’est que dans cette cage se produit une baisse de la
pression. Dans un système relativement souple, la création d’une dépression en haut entraine la
montée du liquide par aspiration. Ceci aide le sang à remonter.
Il arrive qu’à l’intérieur des vaisseaux sanguins, la paroi soit modifiée, les fibres de collagène (le sousendothélium) commence à mal fonctionner, à pousser l’endothélium, à réduire le diamètre, et au fil
du temps, ces plaques dites d’athérome vont se développer, le facteur R est alors diminué de façon
notable, la pression va augmenter, et constituer une hyper-tension, maladie très répandue, cause
d’une mortalité élevée, dans le cas d’un blocage du vaisseau. Contrairement à l’hypoxie due aux
trous dans les vaisseaux, nous sommes alors en anoxie, ce qui entraine une nécrose et finit par un
infarctus, qui peut constituer des organes. Le premier est représenté par les vaisseaux coronaires
(infarctus du myocarde). Le cerveau a des zones aussi, c’est un infarctus cérébral. Dans le cas des
défauts variés, si le vaisseau fait une hernie (renflement), la pression augmente. Ce système permet
une vie normale, mais dans le cas d’un anévrisme, l’hernie casse, le sang arrive aux neurones, mort
des neurones.
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Semestre 5
Chapitre 4 : Physiologie de la respiration
I.
Lois physiques
Les échanges par diffusion sont insuffisants pour alimenter toutes les cellules. Donc pour étudier
l’apport d’oxygènes, la loi de Phy s’applique, le flux d’un produit quelconques vaut (–D.S.(C1 – C2))/X
F = (-dQ/dt) x ((-D.S.(C1 – C2))/X)
C1 = (A.r2)/6K
A = consommation en oxygène
r = rayon de l’organisme
K = dérivé du coefficient de diffusion
K = α.D
En principe, compte tenu de ces grands rayons, il est difficile de faire les échanges des cellules
profondes. Les cellules se débrouillent alors pour que ces échanges soient facilités, X est diminué, et
(C1 – C2) est augmenté, la surface est augmentée. Le flux devient alors important, les gaz vont
diffuser.
II.
Mécanique ventilatoire
A.
Structure de l’appareil respiratoire
Chez le mammifère, l’appareil respiratoire est divisé en distinguant les voies respiratoires des
poumons.
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Semestre 5
Les voies respiratoires commencent par les fausses nasales, fausses très accidentées, avec un cornet.
A l’intérieur, un mucus est produit par les cellules épithéliales, il sert à coller les particules qui
tentent de rentrer, système de protection. Des cils bloquent les grosses particules qui tentent
d’entrer. Il y a là les cellules sensorielles de l’appareil olfactif. Ces cavités sont reliées à des canaux,
sinus, qui vont jusqu’aux cavités de l’os crânien, d’où ce problème de germes qui passent et
provoquent les sinusites. A la suite, le pharynx, est une région plus qu’un organe, le bol alimentaire
et l’air se croisent ici. Derrière cette zone, le larynx est un assemblage de 3 cartilages supperposés. Le
premier, le cartilage épiglottique est le plus gros. Ensuite, le cartilage thyroïdien vient, et le dernier,
en relation avec la suite est le cartilage cricoïde. C’est le cartilage thyroïdien qui forme la pomme
d’Adam. A l’intérieur de ce larynx, les cordes vocales sont des sortes de cordes, éléments allongés,
associés à des muscles. Ces 2 resserrements peuvent avoir un diamètre modifié par les muscles
tenseurs et constricteurs. C’est ainsi que l’on peut émettre les sons, avec l’aide du diaphragme, qui
forme une sorte de boite de résonnance. On parle ici de tension est de ?. Le son peut être modifié
par le mucus.
Ensuite viennent la trachée et les bronches. La trachée est constituée de 16 à 20 anneaux
cartilagineux, si l’on faisait une coupe de ces cartilages, on obtiendrait une forme de ce type :
Les bronches primitives pénètrent dans les poumons, et à l’entrée, le hile du poumon, les bronches
vont se diviser. Dans l’espèce humaine, il y a 2 branches d’un coté et 3 de l’autre. Le poumon droit
est subdivisé en 3 ramifications, alors que le gauche n’en a que 2. A l’endroit où vont pénétrer ces
bronches, artères et veines pulmonaires, vaisseaux lymphatiques et nerfs pénètrent aussi. Tout ce
bloc de tuyaux et de nerfs forme le pied du poumon, aussi appelé pédicule pulmonaire.
Dans l’espèce humaine, le poumon droit est plus volumineux que le gauche, des seissures
(séparations) forment les 3 lobes pulmonaires. De l’autre coté, il n’y a qu’une seissure.
51
Physiologie animale
Pr. Tobias Hevor
Semestre 5
Le poumon est bien protégé, bien enveloppé par les plèvres, ce sont 2 couches, l’une solidaire des
poumons, la plèvre viscérale, la 2ème, solidaire de la paroi du thorax est la plèvre pariétale. Cette
paroi tapisse aussi le médiastin (enveloppe du cœur). Ces 2 enveloppes sont bien solidaires l’une de
l’autre, car il y a un vide entre les 2, pas d’air, si bien que ces 2 feuillets collent l’un a l’autre grâce à
ce vide pleural. Entre les 2, un film liquide, le liquide pleural, permet le coulissement de ces 2 plèvres.
Il ne faut pas que de l’air entre, c’est mortel.
Si l’on regarde le tissu pulmonaire, on constate que les lobes eux-mêmes sont constitués de
segments, chaque segment lui même est subdivisé en lobules pulmonaires, qui sont à la base
organisés en grappes. Ce sont les alvéoles.
Cette subdivision est continuée par les bronches, les bronches lobaires (dans les lobes) se continuent
par les bronches segmentaires (dans les segments), qui vont se poursuivre par les bronches
lobulaires (dans les lobules), et enfin dans les alvéoles. Ca va être la même chose pour les vaisseaux
sanguins au niveau de la subdivision, à l’intérieur, on parlera d’artères ou de veines lobaires,
segmentaires, lobulaires et alvéolaires.
On parle alors de parallélisme d’organisation, mais il n’est pas parfait, car au sommet du lobule, une
petite distorsion se fait, le réseau artériel continue à l’intérieur du lobule, alors que la veine lobulaire
change de direction, se ramifie, et passe à l’extérieur du lobule.
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Physiologie animale
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Semestre 5
Les unités capillaires doivent alors traverser l’épaisseur de la paroi, cette paroi des alvéoles est
remplie, dense en capillaires, qui vont relier artères et veinules.
Si l’on regarde le tissu en lui-même, c’est un tissus spongieux et élastique, et l’alvéole, structure de
base, est répétée. Elle est entourée d’un dense réseau capillaire. Ce capillaire, a une partie
proéminente, le noyau, les cellules étant aplaties, et formant le pneumoxyte I. Le pneumocyte II est
constitué de cellules plus arrondies, elles sécrètent un agent tensio-actif appelé le surfactant,
constitue un film liquide à la surface des poumons.
Les phagocytes, cellules à fonction phagocytaire, détruisent les cellules qui ont réussi à pénétrer
jusqu’à ce niveau. Ces phagocytes vont les dégrader, les éliminer, jusqu’à la surface pulmonaire. Dans
les structures des fibroblastes, ils vont élaborer les fibres conjonctives et élastiques, à l’origine de
l’élasticité et du caractère spongieux. La paroi alvéolaire sera perforée par les capillaires. Cette paroi
alvéolaire est cavitaire, le sang capillaire est séparé de l’air alvéolaire par les cellules endothéliales, et
par le pneumocyte. Ce sont 2 épaisseurs de cellules très plates. Ainsi, notre paramètre X est réduit à
ces 2 épaisseurs. Ces 2 couches forment la paroi respiratoire, qui fait 0,2 à 0,4 microns.
Si l’on compte le nombre d’alvéoles, on arrive à 300 000 000 d’alvéoles, et leur surface au repos
représenterait 70 m2, et 90 m2 à l’exercice. Le paramètre S est gigantesque comparé à la taille de
l’individu, et de l’organe.
53
Physiologie animale
Pr. Tobias Hevor
Semestre 5
On a ainsi réglé 2 paramètres de notre équation.
B.
Modifications de volume
L’appareil respiratoire est tributaire d’organes annexes. Par exemple, la cage thoracique et les
muscles respiratoires ne font pas partie des poumons. La cage thoracique, constituée des vertèbres,
du sternum et des cotes, et représente la partie osseuse. Les muscles respiratoires sont le
diaphragme (lame musculaire = muscles très plats), et ferment complètement la partie inférieure de
la cage thoracique.
Cette lame est innervée par un nerf, le nerf phrénique. C’est le muscle respiratoire principal, opposés
aux muscles respiratoires accessoires, comme les muscles scalaines, les muscles intercostaux, les
surcostaux, qui relient les cotes aux vertèbres.
Mécanique respiratoire :
Elle se divise en 2 types :
-
La respiration normale, inconsciente, se fait en 2 phases. La première est l’inspiration, le
diaphragme (muscle plat est incurvé) se contracte, se redresse, de sa position incurvée il se
contracte et baisse de niveau, la hauteur de la cage augmente. Les muscles accessoires se
contractent aussi, les muscles scalaines soulèvent le haut des cotes, les muscles intercostaux
et surcostaux se contractent et soulèvent les cotes. La dimension de la cage augmente
encore. Le volume de la cage augmente. En augmentant il entraine avec lui la plèvre externe,
pariétale, solidaire de la cage thoracique, or, un vide pleural, entre les 2, entraine la plèvre
interne. Or le poumon est élastique et spongieux, cette plèvre interne solidaire tire ce tissu
et augmente son volume. Une dépression est formée, l’air externe pénètre dans les
poumons. L’expiration normale se fait par relâchement de tous les muscles, l’air ressort
(même volume).
54
Physiologie animale
-
Pr. Tobias Hevor
Semestre 5
La respiration forcée, ou volontaire, se fait aussi en 2 phases. L’inspiration normale suit le
même mécanisme, mais d’autres muscles amplifient ce mouvement. Par exemple, les sternocléïdo-mastoïdiens, les pectoraux, amplifient la respiration et la prise de volume.
L’expiration forcée utilise tous ces muscles, mais en plus une partie active entre en jeu. Les
muscles abdominaux diminuent la taille de la cage thoracique, H devient plus petit. Les
muscles comme le petit dentelé rabattent d’avantage les cotes.
C.
Modification de pression
Pendant une inspiration, il se crée une surpression de -3 mm Hg, et pendant une expiration, une
surpression intra alvéolaire de +3 mm Hg. Si l’on crée une dépression, la logique voudrait que les
parois se collent. C’est ce qu’il se passe dans le cas d’un collapsus. Cependant, l’agent surfactant
empêche se collapsus respiratoire, c’est la lécithine.
Quand la paroi devient plus petite, le nombre de phospholipides ne change pas, mais la densité
augmente, donc sa force de tesio-activité augmente au bon moment, au moment où il y a risque de
collapsus.
Dans les plèvres, si l’on met une sonde ou un baromètre, on mesure une pression. Durant les phases
inspiratoires, on enregistre une dépression de -9 mm Hg, et pendant les phases expiratoires, la
pression intra-pleurale est de -4 mm Hg. Quelque soit la phase respiratoire, en permanence, le
poumon veut revenir à son volume initial. Si de l’air s’introduit dans cette cage, c’est un
pneumothorax, on casse ce vide qui tire en permanence sur les poumons, l’éponge se rétrécit,
revient à sa forme la plus rétrécie. Ce vide étale ces poumons.
D.
Volumes et capacités respiratoires
P = 2.T/r
Chez l’homme standard, le volume courant (Vc ou Vt = volume tidal) est de 500 mL, 300 imputés au
diaphragme, 200 aux autres muscles. Ce chiffre est le même chez la femme. A l’expiration, ce volume
est le même.
Le volume de réserve inspiratoire (Vri) est le volume inspiré lors d’une inspiration forcée, ce volume
inspiratoire fait 3,3 L chez l’homme, et 1,9 L chez la femme. Cette différence vient de la musculature,
qui est moins forte chez la femme. Le volume de réserve expiratoire (Vre) est expiré pendant
l’expiration forcée, est d’1 L chez l’homme, et 0,7, chez la femme standard. A partir de là, on
détermine la capacité respiratoire, qui est la somme de tous ces volumes (Vc, Vri et Vre), qui est de
4,8 L chez l’homme est de 3,1 L chez la femme.
L’ensemble de ces volumes est mesurable par un spiromètre.
55
Physiologie animale
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Semestre 5
Le volume résiduel reste dans les poumons après une respiration forcée. Ce volume ne peut pas être
mesuré par le spiromètre. Il faut alors modifier le dispositif de mesure, dans un premier temps on fait
expirer l’individu, de manière à ce qu’il ne reste que ce volume résiduel (Vr), et on change alors le
masque, et on fait respirer de l’oxygène pur au sujet. Le but de cette démarche est de récupérer
l’azote résiduel, et on pourra ainsi mesurer le volume d’air.
Le volume mort est le volume d’air resté dans les régions où il n’y a pas eu d’échanges de gaz avec le
sang, c’est le volume correspondant à l’espace inactif, où il n’y a pas d’échanges de gaz. Si ce volume
devient trop peu important, le sujet manquera d’air. Ce sont les bronches et les alvéoles qui n’ont
pas été en contact avec la membrane expiratoire. Son calcul est difficile, d’autant plus que l’on a du
mal à le délimiter géographiquement. Pour le mesurer indirectement, on s’oriente vers le CO2. En
effet, en assimilant le poumon à une bouteille. On cherche le taux de CO2 dans la totalité des
poumons, volume mort compris. On cherche alors le taux de CO2 dans le volume courant. Si dans l’air
il y a 4% de CO2, on peut déterminer le volume courant.
E.
Composition de l’air atmosphérique et de l’air alvéolaire
Dans l’air atmosphérique, l’air propre, l’oxygène occupe 20,93%, l’azote représente presque 80%, et
le CO2 est résiduel, environ 0,03%. Si l’on mesure l’air alvéolaire, il a été utilisé, et ne contient plus
que 14% d’oxygène, 5,6% de CO2, et 80% d’azote.
Dans le sang artériel, pour 100 mL de sang, on trouve 20 mL d’oxygène, 49 mL de CO 2, et presque pas
d’azote (1 ml à peu près). Dans le sang veineux, pour 100 mL de sang, on trouve 15 mL d’oxygène, 53
à 55 mL de CO2, et toujours presque pas d’azote (1 ml à peu près).
De part et d’autre de l’alvéole, il y a une différence énorme, assez élevée.
III.
Transport des gaz
La technique de Van Slyke permet de mesurer le pouvoir oxyphorique (porte l’oxygène) du sang, et
permet d’obtenir ces valeurs. On va pour cela suivre le trajet de l’air des poumons. L’air frais entre
dans les poumons, se répartit au niveau de la membrane respiratoire, et cette membrane va servir
de zone d’échange de gaz avec le sang, sur cette surface très développée.
A.
Transport de l’oxygène
L’oxygène va diffuser suivant son gradient de concentration, il va diffuser du milieu alvéolaire au
milieu sanguin, où il va suivre plusieurs voies. Une première est la dissolution dans le plasma sanguin.
L’oxygène est un gaz peu soluble, il n’y a que 0,3 mL dissous dans 100 mL. Une 2 ème partie sera unie à
l’hémoglobine et représente 19,5 mL. L’ensemble est assimilé à 20 mL, et constitue la capacité en
oxygène, le volume global en oxygène que le sang est capable de transporter. De là, on peut sortir
d’autres relations, on parle de pouvoir oxyphorique, on rapport la quantité d’oxygène par gramme
d’hémoglobine. Chez l’homme, il y a 16 g d’hémoglobine pour 100mL de sang, on obtient 1,3 mL/g
d’hémoglobine dans le sang.
Dans la configuration que l’on a vue, lorsque l’hémoglobine n’est pas associée à l’oxygène, le fer de
l’air est un fer pentavalent, et son diamètre est relativement important. Le plan de l’hème :
56
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Semestre 5
Hb T  Hb tendue.
L’oxygène va échanger 1 électron avec le fer qui devient héxavalent, son diamètre devient plus petit :
il peut s’innerver dans le plan de l’hème :
Il y a alors éjection d’un proton dans ce réarrangement moléculaire. 2,3-Diphosphoglycérate.
Courbe de dissociation de l’oxyhémoglobine
Si l’on augmente la pression partielle en oxygène et qu’on mesure la quantité d’oxyhémoglobine
(HbO), on peut tracer une courbe :
Myoglobine
Hb
Po2
Courbe sigmoïde.
L’hémoglobine est un tétramère, la première molécule d’oxygène associée, compte tenu de la
structure de l’hémoglobine, a beaucoup de mal à s’associer, car l’accès au fer est difficile, car des
résidus d’acides aminés se déposent sur la poche de l’hème. Le fait que la molécule change d’état,
passe d’un état tense à un état relax va modifier la conformation des autres sous-unités, les accès
sont plus faciles.
Le K2 est très faible derrière K1, car le fer est beaucoup plus accessible. C’est un effet allostérique, la
première molécule qui a agit a favorisé l’effet des molécules suivantes.
Dès 25 mm Hg, la moitié de la saturation est faite,
l’hémoglobine est saturée assez facilement. Dans
l’autre sens, tout l’oxygène de l’oxyhémoglobine est-il
utilisé ?
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Physiologie animale
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Semestre 5
On introduit la notion de coefficient d’utilisation, c’est la proportion (ou pourcentage) d’oxygène
récupéré par les cellules quand l’hémoglobine passe à proximité. La moyenne est de 22% d’oxygène
cédé aux cellules. Le reste refait un cycle.
Cependant, certains tissus sont plus gourmands en oxygène, certains tissus consomment jusqu’à 62%
de cette hémoglobine, c’est le cerveau. Dans le foie au repos, on descend à des valeurs de 15%.
La courbe sigmoïde est sujette à des variations de différents ordres.
Hb + O2  HbO2 + H+ + 2-3DPG
Cette réaction d’équilibre expulse un proton Bohr. Si l’on respecte les lois des échanges chimiques, et
que l’on pose l’hypothèse que dans le milieu on est en excès de H+, c’est logiquement le sens de la
dissociation qui va être favorisé, la réaction ira dans le sens . Ce sont les ions H+ qui font l’acidité,
et donc dans les milieux acides, il y aura un déplacement de la courbe vers la droite.
Le CO2 ambiant, en concentration plus élevée que la normale entraine aussi un déplacement vers la
droite, pour 2 raisons :
-
Le CO2 produit lui aussi des ions H+ par des produits d’hydrogénocarbonates
Par association avec la partie globulaire de l’hémoglobine, le CO2 forme des composés
carbaminés, qui ont moins d’affinité pour l’oxygène.
Donc au niveau tissulaire, et cellulaire, il y a un arsenal qui favorise la libération d’oxygène.
Quand il y aura beaucoup de 2-3DPG, de même, on ira dans le sens . C’est la même logique. On
rajoute que chez la personne âgée, pour illustrer ce phénomène, l’enzyme à l’origine de la formation
de ce 2-3DPG, la DPG mutase, est peu fonctionnelle. Cette situation est amoindrie chez la personne
âgée, car la concentration de 2-3DPG n’est pas forte. La personne âgée a quelque peu plus de
difficultés à dissocier l’oxygène, son oxygénation est moins facile.
Une autre influence, le CO, a une très forte affinité pour l’hémoglobine, il se met à la place de
l’oxygène, cette affinité est 200 à 300 fois plus élevée que celle de l’oxygène normal, c'est-à-dire qu’il
y a une compétition qui s’établit entre O et CO, et elle est nettement en faveur du CO. On obtient
alors du HbCO, qui est une forme qui ne transporte pas l’oxygène, la personne est alors asphyxiée,
d’où la très haute toxicité de ce produit. HbCO = carboxyhémoglobine
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Physiologie animale
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Semestre 5
Pour remédier à ce risque, il faut aller vite, et augmenter l’apport en oxygène pur, en augmentant la
pression, donc on met le patient en oxygène hyperbar, de manière à augmenter cette pression, et
restaurer la compétition entre O et CO.
Au final, l'oxygène se sépare, dans une ambiance acide. La loi de Fick permet cette diffusion
d’oxygène qui a été libérée dans la cellule. C’est quelque chose de bien fait.
B.
Transport du CO2
C’est un déchet, il faut l’éliminer. Dans des conditions de vie normale, le transport de CO2 se fait
facilement, il sort de la cellule facilement, et est pris en charge par le sang, qui assure son transport
jusqu’aux poumons.
Globalement, sur 100 mL de sang, 50 seront transportés par le sang, une partie de ce CO 2 sera
transporté à l’état dissout. Il est beaucoup plus soluble, il se dissout facilement dans le sang, on en
perd 4 mL, transportés à l’état dissout.
NH2 est une forme libre, qui en présence de CO2 réagit et forme une molécule carbaminée. Cette
forme est relativement importante, car 1% se trouve sous cette forme.
La plus importante regroupe 7%. Le CO2 en milieu aqueux se dissout, mais au bout d’un moment il
fait des liaisons covalentes et se transforme en acide, H2CO3, qui se dissocie alors en
hydrogénocarbonate, et en protons.
Dans le plasma, cette réaction ce fait par physico-chimie simple. Ce phénomène se retrouve dans les
boissons acidulées.
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Physiologie animale
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Semestre 5
Dans le compartiment cellulaire, la réaction qui favorise la formation d’acide carbonique est
l’anhydrase carbonique, ce qui fait que cette réaction est beaucoup plus importante dans la partie
plasmatique de ce sang. Les choses deviennent alors intéressantes, le proton formé se fait piéger par
cette quantité élevée de protéines. Ce proton piégé HCO3- n’a alors plus de contre-ion, le HCO3s’accumule, l’intérieur de la cellule devient négatif, il y a une sortie massive de HCO3 de la cellule par
gradient.
L’électroneutralité cellulaire existe, cette règle s’applique aux hématies, mais on perd des charges
négatives au final, qui sont récupérés par une entrée massive d’ions chlorures, en même temps que
des mouvements de molécules d’eau. Au final, l’hématie, si l’on fait le bilan, aura produit beaucoup
de HCO3-, ce qui va constituer la réserve alcaline, qui va jouer un rôle dans les mécanismes du pH.
La forme de l’hématie, tendue, bien tonique, tient bien sa forme, car elle est gorgée par cette eau,
qui la remplie en permanence, et cette tension d’eau, dans les capillaires, permet à l’hématie de se
tordre mais de garder sa forme et sa surface d’échange des hématies à tout moment.
Toutes ces réactions ont été mises en lumière par M. Hamburger, et donc on appelle ces mécanismes
l’effet hamburger. C’est la forme d’hydratation de l’hémoglobine.
On sait tout de même que la pression partielle en oxygène va agir sur la quantité de CO2 transportée,
l’HbO2 a moins d’affinité pour le CO2. Idem dans l’autre sens. C’est l’effet Haldane.
Au niveau pulmonaire, ce sang enrichit en ces 3 formes arrive dans les capillaires, ces réactions vont
s’inverser, ce qui était dissout sera libéré dans les capillaires, et le CO2 libéré sort dans les alvéoles, et
sera rejeté à l’extérieur.
IV.
Régulation de la ventilation
A.
Rythmicité
A la différence du système cardiaque, le système respiratoire est dépendant du système nerveux, il
doit subir les commandes du système nerveux. On a localisé dans certaines régions de l’encéphale,
notamment dans la région de la protubérance annulaire, on localise un groupe respiratoire, qu’on
appelle ponti et plus bas, dans la région bulbaire, le groupe respiratoire dorsal, GDR, et le groupe
respiratoire ventral, GRV. Ces 2 groupes seront impliqués dans l’inspiration.
Du coté ventral, un 2ème groupe sera impliqué dans l’expiration.
Dans la région bulbaire se trouve une 3ème région, le groupe de Bötzinger (du nom de l’homme qui l’a
identifié)
60
Physiologie animale
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Semestre 5
.
Des neurones intermédiaires prennent la suite de ces groupes respiratoires, et ces groupes sont
animés d’une activité rythmique, ils fonctionnent comme des centre autonomes, qui vont générer
une activité rythmique.
Il y a une activité rythmique dans ces groupes respiratoires.
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Semestre 5
Le GRD et le VRG inspiratoire ont cette activité rythmique, envoyée dans la moelle. Dans la moelle,
des relais envoient cette information, ceux du DRG ciblent le diaphragme, les VRG ciblent les autres
muscles, ils vont alors contracter les muscles, et provoquer l’inspiration.
La respiration peut suffire avec ce système, puisqu’on a un générateur rythmique, qui permet des
cycles contraction-relâchement.
A l’intérieur des cottes, il y a des détecteurs mécaniques, qui vont envoyer un influx en direction des
centres bulbaires, et dès lors que la cage thoracique est remplie, une info va vers les centres
respiratoires, via ce noyau du faisceau solitaire, qui véhiculera les informations sur les centres
inspiratoires. Leur fonction sera de réguler l’action de ces centres inspiratoires.
Ces fibres passent aussi par le pneumogastrique. Déjà à ce stade, si l’on coupe le pneumogastrique,
la personne respire, mais par l’activité autonome, la régulation ne se fait plus, et elle ne sera donc
plus régulée, la respiration sera lente et profonde, car ces centres ont leur propre activité. Cette
respiration est appelée respiration de double vagotomie, qui met en évidence le fonctionnement des
centres respiratoires.
Les autres groupes, comme le VRG expiratoire commande l’expiration forcée, en passant par le
noyau solitaire, et ils influencent les centres expiratoires, en activant ou en inhibant ces centres.
Les groupes ponti (GRP) servent de chef d’orchestre, ce groupe module l’activité de base des groupes
respiratoires, en cas de besoin d’oxygène, il envoie des influx qui activent les inspirations, et en cas
de faible besoin, il freine cette activité.
Les autres régulations, externes, font varier ces activités. Quand il fait chaud, on accélère la
respiration, la douleur aussi, des récepteurs musculaires le font aussi, et des centres « supérieurs »
comme la peur, influencent indirectement l’accélération de la respiration. Cette peur peut agir
directement dans la moelle, et réguler directement, mais ce n’est pas bon.
On peut aussi modifier cette respiration de façon forcée, voulue.
Dans ces différentes notions, un taux d’oxygène élevé entraine une répression de la respiration, et en
cas d’excès de CO2, la respiration est accélérée. Ce sont Hering et Breuer qui ont mis en évidence
cette activité, et donc on l’a appelé le réflexe d’Hering-Breuer.
B.
Facteurs modifiant l’activité des centres.
La pression partielle en oxygène (PCO2) est un puissant stimulant de la respiration, et il va agir à
plusieurs niveaux, ces centres augmentent la fréquence respiratoire, jusqu’à 50%, en augmentant la
fréquence de décharge des centres inspiratoires.
Le CO2, en tant que source de protons, génère aussi des ions H+, et ils stimulent aussi, par l’effet pH,
par acidose, une hyperventilation. Au final, l’élément déterminant est le CO2.
La PO2 a un effet plus faible, en cas de forte baisse de PO2, il se produit une hyperventilation. Le
glomus carotidien, au niveau périphérique, active les centres respiratoires, accélère la respiration.
C’est un effet chimique.
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Physiologie animale
Pr. Tobias Hevor
Semestre 5
En cas de forte baisse de la pression artérielle, on constate une augmentation de la fréquence
respiratoire, ce sont les barorécepteurs qui commandent cette augmentation de la respiration.
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Physiologie animale
Pr. Tobias Hevor
Semestre 5
Chapitre 5 : Excrétion
I.
Structure macroscopique
C’est une fonction de purification du sang et d’élimination des déchets grâce à la fabrication de
l’urine, c'est-à-dire la diurèse. C’est l’excrétion. Chez le mammifère, elle est assurée par les reins, et
rapidement on commencera par la structure macroscopique. Le rein a une structure en forme de
haricot, on dit de forme réniforme. Les 2 reins ne sont pas solidement attachés dans l’organisme,
mais noyés dans le tissu adipeux dorsal. C’est dangereux dans le cas d’un taux de graisse trop faible,
les reins tombent, c’est la ptose rénale.
Pendant la gestation, l’utérus pousse les reins vers le haut, et l’attache du tissu adipeux se défait.
C’est encore une ptose rénale.
Ils pèsent environ 150 g chacun, et il y a une légère dissymétrie, le rein droit est un peu au dessous
du gauche. Il y a dessus un couvercle surrénal. Le cortex rénal est de couleur rouge sombre, et plus
au centre, la médula (moelle), est de couleur plus claire que le cortex.
Cette subdivision est très sommaire. Le cortex cortical, ou cortex corticis, est une partie qui pénètre
la médula, en sombre sur le schéma, pénètre en profondeur, par différence au cortex rénal. Les
parties qui pénètrent sont les colonnes de Bertin. Entre ces colonnes, des parties de moelle en forme
de pyramide, appelées pyramides de Malpighi, sont des canaux allongés, parallèles les uns aux
autres. On les appelle aussi tubes de Bellini, ou collecteurs.
Ces tubes se dirigent tous vers une région, appelée papille rénale, percée de trous, area cribosa,
embouchure de ces tubes de Bellini, collecteur.
Ces tubes débouchent sur un espace en forme de calice, ce sont des petits calices. Chez l’homme une
dizaine d’entre eux se regroupent en calices secondaires, ou grands calices, qui se regroupent de
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Physiologie animale
Pr. Tobias Hevor
Semestre 5
nouveau, en un réservoir plus important, un petit bassin, un bassinet. Il va ensuite se rétrécir et sortir
du rein, dans cette région creuse, le hile du rein.
Dans cette zone du hile ou le bassinet sort sortent les vaisseaux sanguins, les nerfs des reins, les
vaisseaux lymphatiques, et tout ce bloc s’empacte sous la forme de pédoncule rénal.
A la périphérie, ces reins sont enveloppés d’une capsule rénale, et cette capsule est constituée de
structures, de fibres conjonctives, qui, pour une fois, n’est pas accompagné de fibres élastiques, ou
alors en faibles quantités. Pour une fois on a un tissu essentiellement composé de collagène, et pas
d’élastine, et donc cette paroi sera très solide mais peu extensible, d’où, dans le cas d’eau stagnante
dans les reins, ou de calculs rénaux, les reins gonflent, ce qui est très douloureux, on parlera alors de
coliques néphrétiques.
En dessous, les tissus rénaux sont composés d’une succession de tubes rénaux, mélangés aux
vaisseaux sanguins, aux nerfs, et à des cellules interstitielles, qui sont dans les espaces.
La vascularisation est un peu originale, au niveau du hile, c’est l’artère rénale qui pénètre, et qui se
subdivise en artères inter-lobaires, et en changeant d’angle, devenant des artères arquées ou
arciformes.
Ces artères arquées vont se ramifier et donner des artères inter-lobulaires, elles vont aller au niveau
des tubes rénaux, pour faire un premier réseau capillaire. L’artère qui forme ce réseau est l’artère
afférente, et de ce capillaire ne va pas partir une veine, mais une artère efférente, qui va, au niveau
du reste du tube, reformer un vrai réseau capillaire, classique, péri-tubulaire (à coté de). Sortant de
ce réseau, on peut trouver des veinules, homologues des artères, des veines inter-lobulaires, qui
deviendront arquées, inter-lobaires, et enfin des veines inter-rénales.
65
Physiologie animale
Pr. Tobias Hevor
Semestre 5
Une autre situation se présente, dans laquelle l’artère efférente descend directement dans la
médula, et forme une anse pour remonter de nouveau, et former des vaisseaux droits, vasa recta. Ils
ont un coté artériolaire et un coté veineux.
On donne des noms à ces différents éléments, le premier système est appelé anses capillaires :
C’est un système porte artériel.
Les reins sont très innervés, notamment l’innervation orthosympathique, qui part des vertèbres
dorsales 4 jusqu’aux vertèbres lombaires 4. L’innervation parasympathique existe, mais son effet est
modéré. Le réseau lymphatique est très dense.
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Physiologie animale
II.
Pr. Tobias Hevor
Semestre 5
Le Néphron
A.
Morphologie
On dit que c’est le rein élémentaire, si l’on compte le nombre de néphrons, on arrive à 1 250 000
néphrons par rein, et donc on considère le rein comme un ensemble de néphrons.
Le néphron commence par un tube qui s’élargit. On l’appelle capsule de Bowman, c’est un tube
aveugle.
Ce que l’on a appelé artère afférente est constitué d’anses capillaires. L’artère afférente entre et
ressort par l’artère efférente. Le bloc formé par le réseau capillaire et la capsule forment le
glomérule de Malpighi.
Ce sont des anses capillaires, un peu anastomosées. On trouve des cellules interstitielles : les cellules
mésengiales. Compte tenu de la structure il arrive qu’on isole tout ce bloc (capsule + glomérule), ce
qui constitue le corpuscule de Malpighi.
Ce capillaire mesure jusqu’à 100 microns de diamètre, contre 10 d’habitude. Il y a de plus des pores
dans ces capillaires. La pression intérieure est plus élevée que d’habitude, jusqu’à 70 mm Hg, contre
15 à 25 habituels.
C’est ce qu’on appelle le système porte. La pression de ce corpuscule est relativement élevée.
Le tuyau va continuer, mais il va être très tordu, dans tous les sens, d’où le nom de tube contourné
proximal. C’est un tube constitué de cellules polarisées (côté apical avec microvillosités et un côté
basal). Il est très riche en mitochondries, ce sont des cellules au métabolisme très actif, la
mitochondrie fabriquant beaucoup d’énergie.
67
Physiologie animale
Pr. Tobias Hevor
Semestre 5
Ce tube devient de moins en moins contourné, jusqu’à une partie du tube qui est appelée tube droit,
ou pars recta, qui va se rétrécir brutalement, pour aller en direction de la médula, et remonter, en
épingle, pour former l’anse de Henlé, avec une partie ascendante, et une partie descendante.
Ensuite, la partie ascendante grossit de nouveau, redevient contourné, c’est le tube contourné distal,
qui est la 2ème partie de l’anse de Henlé. Il y a encore des microvillosités, mais moins architecturées.
Ce tube se termine et se vide enfin dans les tubes de Bellini, collecteurs, qui collectent l’urine
provenant de plusieurs néphrons.
Le tube contourné distal passe à coté des artères, la paroi tubulaire va s’épaissir, on appelle cette
tâche macula densa (tâche dense).
68
Physiologie animale
B.
Pr. Tobias Hevor
Semestre 5
Disposition spatiale
Le tube proximal et le tube distal sont dans le même plan, alors que l’anse sort de ce plan. Les tubes
et collecteurs sont orientés vers la médula, alors que le corpuscule est un peu plus haut. On peut
donc étager les néphrons.
Tout ceci nous permet de voir un appareil, logé dans cette région : l’appareil justaglomérulaire.
69
Physiologie animale
C.
Pr. Tobias Hevor
Semestre 5
L’appareil juxtaglomérulaire
C’est un appareil situé à proximité de la tête du néphron. Dans cette région, la paroi de l’artère subit
une modification : les cellules ne sont plus plates, elles se sont épaissies : ce sont les cellules
juxtaglomérulaires.
Les cellules mésengiales vont migrer, et à ce niveau on les appelle cellules interstitielles, tout
simplement.
Cet ensemble va se débrouiller pour former une hormone, la rénine, qui a la possibilité de
transformer une protéine plasmatique qui circule, que l’on dénomme angiotensinogène. Celle-ci va
se transformer en angiotensine I, qui n’a presque pas d’activité, mais qui deviendra angiotensine II,
qui a une activité pressive, grâce à une enzyme de conversion. Enfin, elle pourra devenir
angiotensine III.
Quand il y a un minimum de pression à l’intérieur, la rénine aide à monter la pression à l’intérieur des
reins, mais elle aura aussi une activité pressive globale, puisque c’est une hormone. Chez certaines
personnes qui font de l’hypertension, on peut bloquer cette enzyme, par des IEC, inhibiteurs de
l’enzyme de conversion. Dans ces cas là, l’hypertendu retrouve une pression normale.
III.
Physiologie rénale - Formation de l’urine
Si l’on reprend le néphron, notamment au niveau de la tête du néphron, il y a une pression
hydrostatique (de liquide) assez élevée. La physiologie capillaire va faire en sorte qu’il y ait une sortie
de liquide, PH = 70 mm Hg. PO est identique à la normale. La quantité de liquide qui va sortir va être
beaucoup plus importante. La pression est donc anormalement élevée, et les capillaires, au lieu de
faire des jonctions classiques, vont faire des fenêtres de 100 nm (contre 10 habituels), ce qui va
permettre une grosse sortie de liquide.
70
Physiologie animale
Pr. Tobias Hevor
Semestre 5
La paroi est constituée de cellules appelées podocytes. Le liquide qui sort au niveau du glomérule va
rencontrer les cellules de la capsule de Bowman. Le liquide gagne facilement l’espace capsulaire
(rentre dans la capsule). Le volume total n’est pas négligeable, si on compte tous les néphrons,
constituant l’urine primaire.
A.
Filtration glomérulaire
La clairance, ou clearance, C, d’un produit (clear) par le système rénal : coefficient d’épuration d’un
produit.
On a une filtration du plasma. En fait, c’est une ultrafiltration (les pores ne font que 100 nm). Les
grosses molécules ne passent pas. L’albumine ne passe pas.
Après cette filtration, un certain nombre de produits vont suivre le tube contourné distal. Les
produits qui viennent d’être filtrés vont repasser du tube rénal vers le sang. On a l’impression que
cette filtration sera suivie plus tard par un retour, ces produits quittent les tubes rénaux, et
retournent d’où ils viennent, le sang réabsorbe ce qu’il avait éliminé, c’est la réabsorption.
D’autre produits, qui n’ont pas été filtrés, qui étaient dans le sang, le quittent, et vont vers le tube,
sans rien avoir à voir avec la filtration, ils iront directement vers le tuyau rénal, le néphron, on a
l’impression que le sang sécrète dans le tuyau rénal.
Si l’observateur est dans le sang, la concentration plasmatique dans le temps, en injection par voie
intraveineuse dans le sang, élimination du produit, par filtration, éventuellement réabsorption, et
éventuellement sécrétion.
[P]
Temps
Cette mesure est relativement imprécise et longue à mettre en place.
71
Physiologie animale
Pr. Tobias Hevor
Semestre 5
Un chercheur a alors inventé une notion abstraite, plutôt que de raisonner dans la réalité, on
considère que si tout le sang de l’individu est représenté par un grand volume, une partie de ce
volume est débarrassé de produit par unité de temps. Ce volume est appelé clearance.
Si l’on connaît la concentration plasmatique, on peut calculer la quantité q de produit dans ce
volume virtuel. Par définition, c’est ce volume qui a été débarrassé par unité de temps, il passe donc
du coté du néphron.
C = V x [U] / P
Dans toute cette relation, C, que l’on ne connaît pas, est l’objet de la recherche. On peut, en
prélevant une quantité de sang, ou en prélevant de l’urine, mesurer la clearance, et on obtient C.
C’est le volume débarrassé par unité de temps.
Si pour déterminer ce C, on choisit un produit qui sera débarrassé par unité de temps, on a le choix.
Si l’on choisit le produit qui sera filtré, on s’arrange pour que ce produit ne soit pas réabsorbé après
la filtration. On choisit aussi qu’il ne soit pas sécrété. Le plus utilisé, pour des critères de pratique, est
l’inuline, polymère de fructose, dont la taille permet la filtration, mais pas la réabsorption ou la
filtration.
A ce moment, on peut mesurer le niveau de filtration, c'est-à-dire tous les volumes de clearance, mis
bout à bout, c’est la capacité de filtration, la capacité rénale primaire.
Chez l’homme, cette clearance est de 125 mL.min-1, donc toutes les minutes, ce volume virtuel est
débarrassé d’inuline.
On choisit ensuite un produit que va être filtré, et on se débrouille pour que tout passe dans le
néphron, il ne faut pas qu’il en reste de l’autre côté. Celui qu’on utilise est un dérivé de l’acide
hippurique, aminé en position para, c’est le PAH (para aminohippuric acid). Quand il passe dans cette
zone, tout quitte le sang et se retrouve dans le tube rénal. On mesure ainsi le débit sanguin rénal. Si
on le fait, la clearance de PH est de 650 mL.min-1. C’est la clearance maximale.
La clearance sur 24 h fait 180L.
B.
Formation de l’urine définitive
1.
Réabsorption et sécrétion tubulaire
Sur les 180 litres filtrés en 24 heures, seulement 1,5 litres sont rejetés à l’extérieur. Ce sont les
différences de pression entre le tube et le milieu interstitiel qui fait que le liquide sort. So les
pressions s’équilibrent, le liquide ne sort plus : approche du « stop flow ». La technique de microperfusion permet d’étudier ces flux. On peut aussi simplement introduire un cathéter, dans
différentes régions.
La glycémie du sang est d’environ 1 g.L-1, au niveau de l’artère afférente, et par ces techniques,
quand on mesure la concentration en glucose, dans l’urine primaire, on constate que ce taux est
proche de la glycémie, et curieusement, quand on va plus loin, le taux tombe à zéro. La concentration
urinaire peut être représentée ainsi :
72
Physiologie animale
Pr. Tobias Hevor
Semestre 5
Urine
Glucose
En faisant une surcharge en glucose, on administre du glucose en quantité, et la courbe commence à
remonter, l’usine commence à contenir du glucose. Cette courbe, de type saturation, signifie que le
système de transport de glucose est saturé, c’est la glucosurie.
On peut bloquer les transporteurs de glucose en mettant de la phloridzine dans le milieu.
Les phosphates sont en général réabsorbés, mais cette fois-ci, la réabsorption est contrôlée par des
hormones, notamment la parathormone, qui fonctionne en même temps que la calcitonine, et leur
impacte se fait sur le tube rénal, pour faciliter ou pas l’absorption de calcium. Ils risquent cependant
de précipiter, étant proches du taux de précipitation.
Les ions, et notamment le sodium, seront réabsorbés par le tube contourné proximal, et cette
absorption de sodium accompagné d’une réabsorption de chlorure, et ces 2 réabsorptions vont
entrainer une réabsorption d’eau. Dans les faits, si l’on prend la paroi des vaisseaux sanguins, toute
cellule a 2 faces, la face apicale et la face basale, et le sodium va utiliser un système de transport
pour entrer dans la cellule, les chlorures vont suivre, et l’H2O aussi.
Donc ils entrent d’abord dans la cellule, du côté luminal, et ensuite, le côté anti-luminal reprend en
charge ce sodium pour le faire sortir. Le besoin d’énergie est donc gigantesque. Ce transport se fait
contre le gradient de concentration.
Le potassium subit une sécrétion essentiellement dans le TCD. On a également une sécrétion de
protons H+ dans l’urine ce qui acidifie le milieu.
L’urée, produit de dégradation des protéines, est un produit de faible poids moléculaire et est donc
filtrée. Cette urée va suivre le mouvement d’eau, tout le long du néphron. Il va être également
réabsorbée (car elle suit l’eau). La diurèse devra être augmentée pour éliminer l’urée en plus grande
quantité.
Si on regarde l’ensemble du rein, il y un mécanisme de concentration de l’urine.
2.
Mécanisme de concentration de l’urine
Si on regarde un peu les mouvements globalement, l’urine finale est hypertonique. Au niveau de la
capsule de Bowman, l’urine était isotonique.
73
Physiologie animale
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Semestre 5
L’eau et les sels sont absorbés en même temps dans le TCP ce qui fait que l’urine est toujours
isotonique. A partir de la anse de Henlé, au niveau de sa partie descendante, il y a un gradient
d’osmolarité ente le haut et le bas du tube. A l’extérieur du tube, On passe de 300 milliosmoles à
1200 milliosmoles : on appelle ce gradient, le gardien cortico-papillaire (nom dû au structures
rénales). La paroi de l’Anse de H. est perméable à l’eau. Celle-ci sort alors de l’urine vers le milieu. Du
coté de l’anse ascendante, l’urine commence à rencontrer des zones plus isotoniques. Cependant, la
paroi de la partie montante de l’Anse de Henlé est imperméable à l’eau. En revanche, cette paroi
contient des transporteurs au sodium, qui le fait sortir de l’anse. Le milieu interne au tube est alors
hypotonique. C’est un système à contre courant, il a permis une concentration du liquide dans les
tubes rénaux.
Au niveau du TCD, vont intervenir des hormones pour favoriser la sortie d’eau, l’ADH (antidiurétic
hormon) ou vasopressine. Elle ouvre des pores, au niveau du TDC, qui vont favoriser l’élimination de
l’eau. C’est une réabsorption facultative.
74
Physiologie animale
Pr. Tobias Hevor
TCP
300 mO
Semestre 5
200 mOTCD
ADH
300 mO
300 mO
Paroi imperméable à l’eau
Paroi perméable à l’eau
Anse de
Henlé
Sortie
d’Eau
1200 mO
Sortie active
de Na
1200 mO
Na
A la fin du TCP, il ne reste que 33% d’eau. A la fin du mécanisme de l’anse de Henlé, il ne reste que 15
à 20% de l’urine initiale. Au niveau du TCD, on a réabsorption grâce à l’ADH. Au niveau du collecteur,
il y a à nouveau un réabsorption d’eau régulée par l’ADH.
IV.
Régulation des paramètres du milieu intérieur
Tous les liquides du milieu intérieur est sous contrôle direct des reins. Des hormones comme l’ADH
vont être les maitres d’orchestre. La vasopressine est produite par les noyaux supra-optiques et les
noyaux para-ventriculaires. Lorsque l’on détruit l’ADH ou ces noyaux, on observe ce qu’on appelle
une polyurie, car la réabsorption facultative diminue.
Une hormone surrénale, va agir également, l’aldostérone. Lorsque l’on fait une surénalectomie, on
observe une perturbation de la diurèse. Il se produit une hyponatrémie (sodium), une hypochlorémie
(chlore) et une hyperkaliémie (potassium). Cette hormone est une minéralo-corticoïde, un dérivé de
cholestérol, qui règle le taux d’ions dans l’organisme notamment de sodium, de chlorure et de
potassium.
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Physiologie animale
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Semestre 5
Chapitre 5 : La digestion
Généralités
Les mammifères ont besoin d’absorber des matières simple : cependant, on absorbe de nombreuses
matières complexes. La digestion se fait par une série de tubes.
Histologie du système digestif :
Lumière
Tunique muqueuse composée, de plusieurs couches cellulaires : une première couche cellulaire
épithéliale, avec des glandes intramurales de temps en temps. La deuxième assise, est dite
conjonctive, elle est composée de fibres conjonctives (élaborées par des fibroblastes). Ensuite, une
musculature de la muqueuse ou muscularis mucosae est constituée de 2 couches : une circulaire et
une longitudinale. Elle n’est pas très épaisse. Elle assure les mouvements propres de la muqueuse,
les mouvements régionaux.
En dessous de cette première tunique muqueuse, il y a cette couche plus ou moins homogène
appelée sous-muqueuse, ou celluleuse, c’est encore du tissu conjonctif et élastique, plus abondant
que dans le cas précédent, et à l’intérieur de cette tunique celluleuse, une distribution de vaisseaux
sanguins, de vaisseaux lymphatiques, et aussi de nerfs forment cette tunique.
En dessous, la tunique musculeuse, dont le nom est significatif, est plus développée que la
précédente, ce sont des muscles dits lisses (dans les cas précédents aussi). Les cellules n’ont qu’un
noyau axial. Les myofilaments ne sont pas parallèles les uns aux autres, il y a toujours un petit
décalage, ce qui fait différer la puissance développée. Les cellules sont unies par des jonctions à
Conexine, c'est-à-dire possibilité de transfert de l’influx à la voisine. Il y a une couche circulaire tout
autour, et une couche longitudinale. Ces deux couches sont plus épaisses que précédemment. Dans
76
Physiologie animale
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Semestre 5
certains cas, une couche oblique s’ajoute à ce système. Cette musculature entraine des mouvements
non plus locaux, mais des mouvements d’ensembles, sur plusieurs dizaines de centimètres.
Une 4ème structure, appelée adventis, est une séreuse.
L’ensemble de ce système est sujet à une motricité. Il y a une innervation intrinsèque qui est à
l’origine de mouvements réflexes locaux sur quelques centimètres. Il y a formation de synapses
localement.
SNC
Lumière
// voir cours Jean
Il est dans le système nerveux central, là aussi un système de fonctionnement de type réflexe, c'està-dire que des afférences vont quitter la lumière et aller dans le SNC. Ils vont détecter la mécanoréception (l’étirement), des chémorécepteurs. Les centres nerveux sont quelque part dans
l’encéphale, et ils
// voir cours Jean
I.
La cavité buccale et le pharynx
A.
Anatomie de la cavité buccale
C’est une cavité délimitée par les joues, par la voute du palais, et par le plancher, dans lequel s’insère
un muscle puissant et très souple, la langue.
77
Physiologie animale
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Semestre 5
Dans cette cavité, 2 os, l’un, solidaire du rocher, en haut, et un autre en bas. Ce sont les maxillaires.
Sur les os, on trouve les dents, dont la partie extérieure sera visible, la couronne, et la partie
intérieure, la racine dentaire, sera scellée dans des alvéoles, trous dans les os.
La couronne est constituée d’ivoire recouvert d’émail, la racine est également de l’ivoire, mais
recouvert de cément, matière qui ressemble à de l’os, à la différence de l’ivoire, matière inerte
constituée de calcium. Les deux matières sont particulièrement unies.
Dans la dent on trouve une cavité remplie de tissu conjonctif, la pulpe dentaire, dans laquelle vont se
distribuer les vaisseaux sanguins, le nerf de la dent.
Pour stimuler ce nerf, il faut le faire longuement, car l’ivoire protège le nerf. On le fait la plupart du
temps par le froid.
Chaque espèce a sa formule dentaire spécifique, qu’on compte par demi-mâchoire. Chez l’homme,
on trouve 2 incisives, 1 canine, 2 prémolaires et 3 molaires. On obtient au total 32 dents. Les dents
ont une croissance discontinue, on a une première génération de dents, puis une deuxième,
définitive.
Chez le lapin, les dents poussent en continu.
La cavité buccale assure la mastication, elle réduit les aliments en petits fragments.
Le maxillaire supérieur est fixé, alors que le maxillaire inférieur peut faire des mouvements de haut
en bas et de bas en haut.
78
Physiologie animale
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Semestre 5
Le muscle digastrique permet de faire baisser le maxillaire inférieur, des muscles permettent de
remonter et sont appelés masséter et temporaux.
Un liquide se forme, la salive, pour former une pâte, façonnée par la langue, pour constituer le bol
alimentaire. Une fois constitué, il est renvoyé dans la suite du tube digestif, et plus précisément dans
l’œsophage, par un mouvement de déglutition. C’est un mouvement réflexe à l’origine, dominé par
la volonté, dans la région bulbaire.
B.
Le pharynx et la déglutition
Le pharynx comporte 3 parties, la première, à la suite du nez, est le nasopharynx, en dessous on a
l’oropharynx, et en bas on trouve le laryngopharynx.
L’oropharynx entre en contact avec le bol alimentaire, le détecte, et déclenche un mouvement
réflexe qui consiste à remonter et fermer les fosses nasales avec la voute du palais. Le pharynx
remonte, l’épiglotte descend, et le bol alimentaire n’a plus le choix que de descendre dans
l’œsophage. Tout ceci constitue le réflexe.
Les deux centres (respiration et déglutition) se synchronisent. On peut avoir des troubles de la
déglutition, ce mouvement se dérègle.
C.
Les glandes salivaires
1.
Organisation
Dans cette cavité buccale il y a 3 paires de glandes salivaires :
-
Les parotides sont à droite et à gauche de la paroi, sous l’oreille. Ce sont des glandes
exocrines. Elles doivent faire sortir leurs excrétions, par le canal de Sténon.
Les glandes sous maxillaires se déversent dans le canal de Whorton
Les glandes sublinguales se déversent dans le ???
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Physiologie animale
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Semestre 5
Elles produisent 90% de la salive. D’autres glandes, dans la paroi, se trouvent un peu partout, elles
sont dispersées dans la cavité buccale. Elles produisent 10% de la salive.
Les acini (glande de l’acinus) vont sécréter une pâte, sécrétion visqueuse voir solide, que l’on va
appeler grain de zymogène. Ils vont se dissoudre dans la lumière glandulaire et constituer la salive,
après dissolution.
80
Physiologie animale
2.
Pr. Tobias Hevor
Semestre 5
Activité des glandes salivaires
a)
Composition de la salive
Cette salive a une activité. Elle est constituée d’eau, de substances minérales, de substances
organiques. Il y a dans un premier temps sécrétion d’une salive primaire, de composition voisine de
plasma, qui va être remaniée à l’intérieur du tuyau des acini, et constituer une salive moyenne, qui
contiendra beaucoup de sodium (Na+), du potassium (K+, taux plus élevé que dans le plasma), une
sécrétion de potassium a été produite, de l’hydrogénocarbonate (HCO3-), des iodures (sels d’iode). Le
pH est relativement neutre, légèrement basique (7,4 à 7,5). En général, elle est hypotonique au
niveau terminal.
Si l’on mettait un cathéter au niveau des canaux de Sténon, on constate que la composition de cette
salive sera proche de celle du plasma, c'est-à-dire qu’il y aura un taux de potassium et de sodium
proches de ceux du plasma, les remaniements ne se font plus. La salive dérive bien du plasma
sanguin, sauf concernant les protéines, il n’y en a que peu dans la salive. On ne trouve par exemple
que le NGF ou d’autres protéines de ce type.
Les glandes salivaires sont très vascularisées, permettant cette filtration. Il y a une double
innervation, une première cible la fonction glandulaire, elle va s’orienter vers la production de salive,
elle comprend un système par le parasympathique, via l’acétylcholine, cette première innervation va
activer la production de salive. Pour arrêter la production de salive, il faut bloquer le système à
acétylcholine, en prenant de l’atropine, dans la cavité buccale, on va bloquer le système
cholinergique, les récepteurs muscariniques, pour éviter les problèmes d’étouffement avec la salive.
Dans le cas de problème de bouche sèche, on peut inhiber l’acétylcholinestérase, enzyme de
destruction, par l’ésérine.
Dans ce premier type d’innervation, une orthosympathique, qui n’est pas tout à fait opposée au
parasympathique, cible les muscles associés aux glandes salivaires (plus précisément au niveau des
canaux), formant des fibres myoépithéliales, qui vont se contracter, et éjecter la salive à l’extérieur.
En cas de stress, l’orthosympathique prend le dessus, la salive devient rare, la bouche devient sèche,
la salive devient épaisse, et c’est à ce moment qu’on a besoin de la contraction des fibres.
Une deuxième innervation cible la vasomotricité parasympathique, provoque la vasodilatation dans
les vaisseaux sanguins des glandes salivaires, entrainant une interaction chimique, qui forme une
kinine : le Kininogène, qui va être transformé en bradykinine, et cette transformation a lieu grâce à la
kallikréine.
L’orthosympathique va vasoconscrire le système.
L’α-amylase dégrade des polymères d’α-glucose. Le lysozyme dégrade toutes sortes de choses.
Un composé constitué de glycoprotéines, appelé mucopolysaccharides, de taille élevée, ce qui fait
qu’elle a une propriété de lubrifiant du tube digestif.
Le nerve growth factor (NGF) est nécessaire au développement pendant la croissance embryonnaire,
mais aussi pour le maintient des neurones.
81
Physiologie animale
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Semestre 5
Dans les glandes salivaires on peut aussi trouver des sortes de protéines plasmatiques du système
immunitaire, ce sont des immunoglobulines, les IgA.
b)
Activité enzymatique de la salive
La ptyaline est de l’amylase salivaire, fonctionne a un pH optimal de 6,9, est activée par les ions
chlorure (sodium dans le plasma). Quand on soumet un polymère de glucose à l’α-amylase, elle n’est
pas capable de couper aux extrémités, elle coupe à l’intérieur. On l’appelle endo-amylase. Elle va
hydrolyser les liaisons 1-4 des polymères glucidiques. De cette façon, elle va transformer les
polymères linéaires en maltose (2 glucose), en maltotriose (3 glucose).
Quelques fois dans ces polymères, on trouve des ramifications 1-6, et une nouvelle chaine dérivant
de là. La chaine est ramifiée. L’α-amylase va alors couper tout autour, les liaisons α 1-6 sont appelée
dextrines, et quand elles seront réduites au maximum, elles seront appelées dextrines limites.
Le lysozyme va couper les liaisons osidiques inhabituelles, notamment celles de l’acétylglucosamine,
ces glucides étant les constituants de la paroi des bactéries, nécessaire à la vie des bactéries, mettant
en œuvre son activité bactéricide.
Voilà le pouvoir des enzymes de la paroi.
D.
Absorption
Tout ce que nous avons évoqué est relativement peu efficace, car le temps de contact est court entre
l’enzyme et le substrat.
Suivant le médicament, on nous demande quelques fois de le garder dans la bouche. Mais si l’on
absorbe du cyanure, il pénètre dès la cavité buccale.
II.
Œsophage
C’est le conduit qui conduit le bol alimentaire de la cavité buccale à l’estomac, chez l’homme il
mesure environ 25 cm de long. A vite, son diamètre est de l’ordre de 5mm, et il peut se dilater et
atteindre jusqu’à 12 mm de diamètre. Il va déboucher dans l’estomac, dans la partie du haut, le
cardia.
82
Physiologie animale
Pr. Tobias Hevor
Semestre 5
Il va être contrôlé par des systèmes de sphincter. Les 4 couches se retrouvent, il y a une bonne
séreuse, qui délimite l’extérieur de ce tube. Des glandes oesophago-gastriques fabriquent du mucus,
qui va servir de lubrifiant au bol alimentaire.
Pour comprendre comment il fonctionne, on étudie sa motricité. Le système nerveux intrinsèque
joue dans les 2 sens, inhibition et activation. On admet que le bol alimentaire est renvoyé à
l’œsophage, et par un jeu de ces neurones intra-muraux qui détectent les étirements, provoquent
une contraction ordonnée de ce tube, en amont de ce bol on trouvera une contraction des muscles,
et en aval, les fibres se dilatent.
Ce péristaltisme œsophagien permet de déplacer le bol
alimentaire dans l’œsophage. Il est aidé par la pesanteur, qui va
aider les aliments à descendre dans l’œsophage.
On a un contrôle nerveux global.
Le détecteur détecte une osmolarité solide, le bol est
relativement compact, et le premier réseau de sphincters va
laisser passer le bol, et assure le péristaltisme jusqu’au cardia,
qui va s’ouvrir et laisser passer le bol, alors que le premier
réseau se referme et empêche un second bol de passer.
83
Physiologie animale
Pr. Tobias Hevor
Semestre 5
Si l’on force le système, 2 bols vont s’engager, et on aura des désagréments qui se produisent parce
que 2 péristaltismes se produisent.
Pour un bol liquide, on peut consommer de grandes quantités car les 2 restent ouverts, reliant ainsi
directement l’estomac.
Pour faire passer une canule dans l’œsophage, il faut le feinter en faisant d’abord couler un liquide,
ouvrant les 2 systèmes.
III.
L’estomac
A.
Aspect morphologique, histologique et cytologique
C’est un sac qui a une forme de J. On distingue la grande courbure et la petite. Sa capacité est de 1,5
litre. La zone supérieure où arrive le cardia est appelé le fundus ou poche à air (aérophagie dans le
cas de surplus d’air).
Le corpus, la grosse partie de l’estomac, se poursuit par l’antre stomacal, qui est connectée au reste
du tube digestif par un puissant sphincter, le pylore. Il y a un grand brassage du tube digestif.
L’adventis (paroi de l’estomac) est bien pourvu en séreuse et s’appelle le péritoine. La muqueuse
stomacale est relativement accidentée. Les glandes exocrines avec des cellules de la paroi, les
cellules principales, du coté de la lumière glandulaire, sont à la bordure de la paroi, d’où le nom de
cellules bordantes.
Ces glandes vont entre autre sécréter un mucus abondant et structuré, mais surtout qui va servir de
protection de l’estomac, notamment contre l’acidité que cette paroi est capable de fabriquer.
84
Physiologie animale
Pr. Tobias Hevor
Semestre 5
Cet acide est fabriqué par des cellules bordantes, il s’agit de l’acide chlorhydrique. Par son
métabolisme, elle fabrique du CO2, qui va d’abord se dissoudre, et former du H2CO3, qui va se fixer à
un H+, et sortir.
Métabolisme
HCO3
H+
CO2
H2CO3
ClATP
K+
ClATP
C’est de cette manière que l’estomac peut produire cet acide, et descendre le pH jusqu’à 1.
Parallèlement à la fabrication d’acide chlorhydrique, ils vont fabriquer une substance, le facteur
intrinsèque, qui va permettre l’absorption de certains composés, notamment celle de la vitamine
B12, au point que dans le cas d’une défaillance, on peut avoir une anémie (B12 nécessaire à
hématopoïèse). C’est le cas des ulcéreux.
Une enzyme sera produite, le pepsinogène, à l’origine de la pepsine, enzyme protéolytique.
La vascularisation est très importante, un gros vaisseau, le tronc cœliaque, va envoyer une
ramification vers la grande courbure et une vers la petite, et quand ce vaisseau arrive dans le
péritoine, il va constituer un réseau anastomotique, une enchevêtrement de vaisseaux sanguins. Il va
se former un premier plexus dans le péritoine, un enchevêtrement de ponts vasculaires. De ce
premier plexus vont partir, perpendiculairement à la paroi, d’autres artères et veines, qui vont
constituer un 2ème plexus, sous-muqueux, qui vont reformer des ramifications vers la muqueuse.
Il y a à ce niveau un réseau lymphatique important, qui va prendre en charge toute la lymphe de la
paroi stomacale, une innervation orthosympathique et parasympathique, le parasympathique, par le
nerf vague, augmentant l’activité motrice et sécrétrice de la paroi stomacale, alors que
l’orthosympathique va inhiber.
Dans le cas d’une vagotomie stomacale, on peut couper des ramifications du vague, pour diminuer
les sécrétions.
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B.
Vascularisation et innervation
C.
Sécrétion gastrique
Semestre 5
1.
Le suc gastrique
// Manque début du cours
2.
Inhibition de la sécrétine
3.
Facteurs intervenant dans la sécrétion
Les expériences de Pavlov :
On sectionnait l’œsophage d’un chien, qu’on appelle l’œsophage de Pavlov, idem pour le petit
estomac de Pavlov, ou l’intestin de Pavlov.
A différents endroits du tube digestif, on essaie de voir ce qu’il se passe.
On cible le gastrique ici. Pavlov a fait faire par Zymanovsky un repas fictif, sauf qu’au milieu, le repas
ne continue pas le trajet. Pavlov a récupéré les sucs. Pendant ce repas fictif, la sécrétion gastrique
augmente. On peut faire plusieurs hypothèses : voie nerveuse ? Voie hormonale ?
Quand on présente aux yeux de l’animal un repas qu’il aime, ces sécrétions augmentent
pratiquement dans les mêmes proportions. Par contre, dans le cas d’un repas qu’il n’aime pas ou
n’est pas habitué à manger, il y a inhibition.
Avec tout cela, on a définit les phases de la sécrétion :
1- Phase de déclenchement (=phase céphalique) : 45% de la sécrétion des sucs gastriques
2- Phase stomacale : 45% aussi
3- Phase intestinale : 10%
On a ainsi démarré toute une série d’expériences.
4.
Aspect enzymatique de la sécrétion
On a parlé de pepsine pour citer les enzymes. Elle était à l’état de coenzyme : le pepsinogène. Par
catalyse par une protéase, le pepsinogène devient de la pepsine. Cette coupure est facilitée par le
HCl. La pepsine est une endopeptidase.
La présure est une endopeptidase aussi, elle va agir sur le lait, et plus précisément sur le
caséinogène, qu’il va transformer en caséine. Cette caséine formée en présence de calcium va
constituer un réseau pour enfermer les gouttelettes lipidiques du lait. L’exsuda sera la lactalbumine
et les lactoglobulines qui seront utilisés notamment chez le nouveau né.
Les lipases sont des tributirases, elles sont capables d’attaquer des acides gras de petite taille (une
dizaine de carbones).
5.
Absorption – Vidange
L’absorption est modérée, bien que plus importante que dans la cavité buccale. L’eau sera absorbée,
le glucose commence à l’être, puis les petits acides aminés, les acides gras.
L’acétylsalicylique a une forte absorption à cette étape.
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Semestre 5
Tout ce qui n’est pas absorbé sera véhiculé à la suite, l’estomac aussi est soumis à un péristaltisme
conventionnel, mais avec une modalité propre. Il s’effectue alors que les 2 sphincters restent fermés.
Il se produit pendant un certain temps, ce qui revient à faire un brassage, un broyage des aliments. Il
aura lieu pendant un certain temps. A un moment, la pression dans l’antre stomacale va augmenter,
sera supérieure à celle de l’intestin, et une partie du broya sera évacué, le sphincter se referme à sa
suite. C’est la vidange gastrique.
IV.
L’intestin
A.
Aspects anatomiques
Il fait dans les 6 à 7 mètres. On le divise en plusieurs parties.
Le début, c’est le duodénum. Il est très court chez l’humain, fait environ 25 cm. Il sera suivi du
jéjunum et de l’iléon. On les regroupe en jéjuno-iléon. Si l’on fait la coupe, on retrouve nos 4
couches. La tunique interne est très accidentée, recouverte d’un millier de valvules intestinales.
La partie la plus profonde délimite des glandes, qui auront une fonction globulaire. Ce sont les
glandes de Lieberkühn.
Cette muqueuse sera constituée de cellules intestinales, appelés entérocytes. Elles sont un peu la
vedette des cellules à microvillosités. On en compte 3000 par cellule. Le but étant d’augmenter la
surface d’absorption intestinale.
Entre ces entérocytes, on peut retrouver des cellules caliciformes, et ces cellules sont chargées de
produits de mucus, et on trouve des cellules entérochromaffines, qui vont fabriquer de la sérotonine.
En dessous, la sous-muqueuse : le réseau lymphatique est très bien organisé, et on le nomme
chylifère.
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La vascularisation se fait par l’artère duodéno-pancréatique, mais aussi par l’artère mésentérique,
qui va irriguer cette paroi intestinale. Du point de vue activité mécanique, c’est le péristaltisme
intestinal qui va drainer les aliments tout le long de ce circuit que constitue l’intestin.
Du point de vue nerveux, le parasympathique est activateur, et l’orthosympathique est inhibiteur.
B.
Le pancréas exocrine
1.
Aspects anatomiques
Il a besoin de glandes annexes, comme les glandes exocrines du pancréas.
Le canal de Wirsung et le canal cholédoque vont s’unir et à ce moment là, le volume sera plus
important, ce regroupement constituera l’ampoule de Water, dans l’anse duodénale.
Si l’on faisait une coupe, on trouverait encore des acini, qui produisent des grains de zymogène.
2.
Sécrétions pancréatiques
a)
Facteurs influençant la sécrétion pancréatique
A nouveau, des régulations se font, la régulation nerveuse suit la même logique. De nombreuses
hormones interviennent, sécrétine et CCK activent. D’autres hormones inhibent la sécrétion, comme
la somatostatine, et l’entéroglucagon.
b)
Rôle des sucs pancréatiques
Ils produisent une autre α-amylase, qui est une endo-amylase, qui va couper des glucides à l’intérieur
pour libérer maltose, glucose… Cette fois, elle a le temps d’agir, et a le temps de dégrader les
polymères de glucose qui passent. Elle cible les glucides de façon très efficace.
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La lipase sera plus opérationnelle. La lipase et la colipase fonctionneront de concert, pour couper les
lipides. Par exemple, les triglycérides sont des esters de glycérol. La lipase et la colipase vont former
un diglycéride, puis un monoglycéride, dont la liaison est au milieu. A ce moment, co-lipase et lipase
sont incapables de couper ce monoglycéride. Une isomérase va alors découper un acyle, le placer en
position externe, et cette même lipase va libérer ce dernier acide gras. Au final, 3 acides gras sont
constitués, le glycérol est libéré.
Les phospholipases
Le cholestérol est un lipide très fréquent, il y a des cholestérol-estérases. Il sera libéré au final par
cette coupure de liaisons ester. Tous les lipides sont dégradés par ces enzymes du pancréas.
Les protides sont produits aussi, en général sous forme d’endo-pepidases :
-
La trypsine : existe à l’état inactif de trypsinogène, et s’auto-catalyse pour devenir trypsine.
C’est une endo-peptidase qui s’attaque à toutes les cellules, même les grosses
La chymotripsine : à l’origine du chymotrypsinogène
La proélastase : élastasee (coupe l’élastine)
La procollagénase : sera transformée en collagénase (destruction du collagène)
La prokallicréine : devient de la kallikréine
Au final il ne reste que des petites unités d’acides aminés. Le pancréas va produire des
carboxypeptidases pour les couper, c’est une exopeptidase. Les amminopeptidases feront pareil,
mais du coté aminé. Le pancréas est capable d’attaquer aussi bien des grosses protéines que des
petites pour les transformer en acides aminés élémentaires.
Il reste les acides nucléiques, et il va donc fabriquer des nucléases pour les couper, elles vont séparer
la partie protéine de la partie acide nucléique. La protéine séparée subira le même sort que les
autres, alors que les acides aminés subiront l’action des DNases ou des RNases. Ils vont les couper en
plusieurs nucléotides successifs qui seront pris en charge par des polynucléotidases. Leur but étant
de les transformer en mononucléotides. En dernier lieu, les mononucléosidases vont libérer
différents constituants : les bases puriques, les bases pyrimidiques, et tout le reste. La chromatine
complète mène aux constituants élémentaires.
C.
La sécrétion biliaire
1.
Aspect anatomique du foie
Le foie est un des plus gros organes de l’organisme (1,5kg). Les lobes du foie sont séparés par 2
sillons qui vont d’avant en arrière
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Ils vont constituer les lobes hépatiques. Le hile du foie est la zone d’entrée et de sortie des tuyaux,
des nerfs, des canaux biliaires. Il est maintenu en place par des épiploons. La veine cave ventrale
permet d’évacuer le litre de sang contenu dans le foie. Dans les lobes on retrouve la notion de lobule.
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La veine centrolobulaire est une branche de la veine sus-hépatique. A la périphérie, on retrouve un
secteur veineux qui vient des intestins : veines périlobulaires.
Liens veineux entre les 2 systèmes : sinusoïdes (veines très élargies). C’est un système porte veineux
qui va traverser le foie. On trouve ensuite le réseau vasculaire classique. Entre les 2, les hépatocytes
sont en lames radiales. A coté des sinusoïdes, on retrouve les cellules de Küpffer. Ce sont ces
hépatocytes qui vont stocker le glucose sous forme de glycogène. Ce sont les hépatocytes qui font ce
travail là.
2.
La bile
C’est un liquide jaune sécrété par le foie, il est iso osmotique, avec beaucoup d’ions, conventionnels
et des hydrogénocarbonates, des ions chlorure, et des pigments, dont la bilirubine et des sels
biliaires.
Dans ces cellules hépatiques, le cholestérol va subir un métabolisme particulier, il y aura formation
d’acide cholique, et d’acide désoxycholique. Ils sont capables de s’associer à d’autres produits, des
produits soufrés comme la taurine, pour constituer des acides tauro-cholique, la tauro-cholate, la
glyco-cholate. Ces sels constituent les sels biliaires, qui vont suivre les petits canaux biliaires, puis
vont suivre le trajet jusqu’à la vésicule biliaire, cette poche qui va stocker momentanément cette
sécrétion biliaire, et de là, vont être rejetés dans l’intestin.
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Semestre 5
Curieusement, au lieu de suivre le trajet des selles, une partie de ces sels seront réabsorbés par le
sang, et retourner dans le foie, et recommencer le cycle. On appelle ce cycle entéro-hépatique.
A la sortie du foie, les canalicules biliaires se rejoignent dans l’espace porte, et sortent du foie. Les
canaux vont arriver par le canal cholédoque, mais un sphincter ferme le passage, et ils doivent alors
remplir la vésicule biliaire. Ce phénomène est appelé cholérèse.
De temps en temps, en coordination avec l’activité digestive, ils vont favoriser l’ouverture du
sphincter, et la bile arrive dans l’intestin. On peut agir sur la vidange vésicale en utilisant des
substances cholagogues.
D.
La digestion intestinale
On peut isoler un intestin, on peut sortir le sac intestinal ou le laisser dans l’organisme. C’est une
expérimentation par sacs intestinaux, in vitro ou in situ.
On peut aussi mettre des petits ballonnets, commandés à distance. On a ainsi pu déterminer la
composition du tube à plusieurs niveaux. Dans le duodénum, il y a un certain nombre de cellules,
organisés dans les glandes Brünner, qui produisent un produit très alcalin. Cette production sera très
abondante. Le pH qui était très acide sera neutralisé. Les cellules seront enrichies en HCO3-. Au final,
le reste se produit dans un produit qui n’est plus acide.
1.
Les glucides
Le maltose sera pris en charge par la maltase, qui a 2 origines, la maltase intestinale et la
pancréatique.
La lactase transforme le lactose en galactose et glucose. La saccharase ou invertase ou sucrase. La
tréalase transforme le tréalose en glucose.
On obtient des unités d’oses simples, solubles dans les graisses. Il va cependant maintenant passer la
paroi, épaisse, pour aller dans le sang. Il va falloir utiliser les transporteurs. Le transport de glucose
est facilité, il y a un co-transport sodium-glucose.
Le fructose a un transporteur indépendant, mais quelques fois il subit une transformation en glucose
avant d’être absorbé.
2.
Les protides
Les acides aminés sont pour la plupart hydrosolubles, il existe des mécanismes de transport de ces
acides aminés, et ils vont entrer dans le sang. Il y a 4 types de transporteurs :
-
Les transporteurs d’acides aminés acides
Les transporteurs d’acides aminés basiques
Les transporteurs d’acides aminés neutres
Les transporteurs d’iminoacides (proline)
3.
Les lipides
Les lipides sont compatibles avec la membrane cellulaire, et donc devraient diffuser de façon simple,
étant réduits à des composés simples. En réalité, le milieu est très aqueux, et le contact qui doit
92
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Semestre 5
durer un peu avec la membrane est difficile, l’absorption est relativement modérée par voie
physicochimique. Ils vont subir une émulsion grâce aux sels biliaires. Le fait qu’ils soient émulsionnés
va favoriser le contact avec la paroi intestinale. Le problème est résolu.
La cellule entérocytaire va reformer des monoglycérides, des diglycérides et des triglycérides dans le
cytoplasme. En fait ces nouveaux triglycérides sont structuralement différents, ils vont remodeler ces
triglycérides. Une partie par absorption passive, une partie par les chylifères.
4.
Mouvements d’eau
Chez l’homme, l’eau est absorbée facilement, on ingère globalement 2 litres d’eau par 24 heures. On
produit 1 litre de sécrétions salivaires, 2 litres de sécrétions gastriques, 2 de pancréatiques, 1 litre de
bile. Donc en termes de sécrétions glandulaire, l’eau consommée est de 8 litres par 24 heures. On ne
se limite pas là, au début du jéjunum, de l’eau ira du coté sanguin au coté intestinal, 6 litre. Il y a 14
litres qui entrent dans le jéjunum.
Dans la suite du tube digestif, il y a une forte réabsorption d’eau, puisqu’à la fin de l’intestin il ne
reste qu’1,5 litres d’eau, 12,5 litres ont été réabsorbés.
Ces mouvements d’eau sont liés à la consistance même du contenu du tube digestif, l’eau suit les
mouvements d’osmose. Un aliment hyper-osmotique fait entrer l’eau dans l’intestin. Au fur et à
mesure de ces modifications, l’eau change de sens.
On sait jouer la dessus, quelqu’un qui a des problèmes digestifs, on peut essayer d’éliminer l’eau. Si
l’on prend un sel de magnésium, il a un puissant pouvoir osmotique. Si l’on absorbe le sulfate de
magnésium, il augmente l’osmolarité du coté intestinal, il suit le trajet jusqu’à la fin, et donc le
gradient reste entrant dans l’intestin. On utilise donc des laxatifs.
D’autres produits, comme les cathartiques suivent la même logique, mais la force osmotique est
moindre. Le sodium est réabsorbé en totalité.
5.
Sels minéraux
Le calcium hydrosoluble ionisé a besoin d’un élément ATPase qu’on appelle la CaBP (calcium binding
protein) pour être bien absorbé par le système digestif. Ce système ATPase a un fonctionnement,
une synthèse qui dépend de la vitamine D. En cas de vitaminose D, on note une baisse des ARNm de
la CaBP, ce qui fait qu’on est quelques fois obligé d’aider le système en amenant un supplément de
vitamine D.
Ce facteur intrinsèque favorise l’absorption du fer. Si ce facteur intrinsèque est faible en
concentration, on peut avoir une anémie due au fer.
6.
Vitamines
Les ADEK sont des vitamines liposolubles, ils vont subir la même règle que les autres. Pour les
hydrosolubles, la situation est différente :
-
les vitamines du groupe B : la B12, cyanocovalamine va utiliser un facteur intrinsèque pour
entrer dans le sang. La B1, thyamine, est absorbée de façon active, transport actif.
Ces problèmes d’absorption de vitamines peuvent être à l’origine de dérèglements. L’ostéoporose
peut être due à un problème d’absorption.
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E.
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Le gros intestin
1.
Aspect anatomique
C’est le tuyau le plus large du tube digestif (8 cm), il mesure 1,5 mètre. Une jonction, la valvule
iléosécale. Le sécum est prolongé par un appendice. Le reste est composé de 3 parties, le colon
ascendant, transverse et descendant.
Puis vient la région enflée, sigmoïde avant le rectum (ampoule), puis l’anus.
2.
Activité mécanique
C’est un péristaltisme normal. Il est capable d’un mouvement de propulsion. Il permet de déplacer
les restes d’aliments dans l’ampoule rectale, qui sert de réservoir momentané au bol fécal. Le
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système de double sphincter
parasympathique l’active.
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vient ensuite, l’orthosympathique inhibe le sphincter anal, le
C’est un muscle strié. Ce double système laisse sortir le bol fécal, c’est la défécation. A final, il ne
reste que 0,15 litre d’eau dans le bol fécal.
3.
Absorption et flore intestinale
Elle permet la dé-conjugaison d’un certain nombre de produits, certains lipides subissent une
transformation locale, d’autres protéines vont libérer de l’ammoniac, des glucides qui ont pu en
échapper vont subir une fermentation, en produisant de l’acide lactique, du lactate. Ce sont ces
produits qui donnent l’odeur des matières fécales.
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