La physiologie est la branche de la biologie qui étudie les fonctions

ORGANISATION FONCTIONNELLE DU CORPS HUMAIN ET
REGULATION DU « MILIEU INTERIEUR »
INTRODUCTION : L’OBJET DE LA PHYSIOLOGIE
La physiologie est une science qui étudie les fonctions qui permettent de maintenir la vie des
êtres vivant : en effet, tous les êtres vivants (du plus petit virus à l’être humain, mammifère
très complexe) ont développé des adaptations physiologiques qui leur permettent de survire
dans des milieux en perpétuel changement. C’est pourquoi, la physiologie appartient à un
domaine très vaste de la biologie car elle peut être divisée en :physiologie :
Virale
Bactérienne
Végétale
Humaine,
Et en beaucoup d’autres subdivisions (neurophysiologie, psychophysiologie, physiologie
animale, etc.).
La physiologie humaine a pour domaine l’étude des automatismes biologiques qui permettent
à l’être humain de maintenir l’intégrité de son organisme dans des conditions extrêmement
diverses.
L’unité de base de l’organisme : la cellule
Les Organismes unicellulaires et pluricellulaires
Dans le cas des organismes unicellulaires une seule cellule est capable d’assurer toutes les
fonctions (digestion, excrétion, déplacement, excitation, reproduction). En se reproduisant par
division, l'organisme unicellulaire donne naissance à deux individus possédant l'information
génétique caractéristique de l'espèce. Toute l'information génétique sera extériorisée chez les
individus fils. Les échanges avec le milieu extérieur se font directement.
En revanche, les organismes pluricellulaires sont constitués d'un ensemble de cellules qui
proviennent des divisions successives d’une cellule primitive unique qui leur transmet, en
théorie, l’ensemble de son stock génétique. Durant la vie embryonnaire, la cellule va se
spécialiser dans une fonction bien précise, il s’agit d’une différenciation cellulaire,
morphologique et fonctionnelle due à l'expression d'une partie des gènes transmis. Selon leur
spécialité, les cellules d'un organisme pluricellulaire peuvent être regroupées dans des
systèmes bien individualisés assurant des fonctions particulières. On en distingue plusieurs
types :
· Fonctions végétatives : nutrition, respiration, excrétion, circulatoire.
· Fonctions de relation : elles mettent l'individu avec le milieu extérieur : le système nerveux
(organes des sens, fonction sensitive), le système musculaire (fonction motrice).
· Fonction de reproduction qui assure la pérennité de l'espèce.
La multiplicité des cellules et leur spécialisation appellent des processus de coordination pour
préserver le fonctionnement de l'unité : l'intégration ou régulation. Cette coordination peut se
faire selon différentes voies de communication :
· Relation directe basée sur le contact physique ou chimique dans leur voisinage immédiat
(médiateur chimique, facteur de régulation)
· Relation hormonale
· Relation nerveuse
Chez les organismes pluricellulaires, les échanges entre le milieu intracellulaire et le milieu
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extérieur (marin ou terrestre) ne se font pas directement, un troisième milieu s'interpose entre
les deux milieux précédents : il s’agit du milieu intérieur. Le milieu intérieur ou milieu
extracellulaire dans lequel baigne les cellules, a une composition constante, chez le sujet
normal, il occupe une position intermédiaire entre milieux intra et extra cellulaires, c ‘est une
zone d’échanges
L'homéostasie : la fonction physiologique de base
L'homéostasie (homeo=similaire et stasis= rester) désigne le maintien de caractéristique
stables, constantes du milieu intérieur. Le physiologiste Claude Bernard l'appela la fixité du
milieu intérieur. C'est le physiologiste américain Walter Cannon qui introduisit le terme
homéostasie dans son livre la sagesse du corps (The wisdom of body, 1932). La stabilité du
milieu intérieur permet l'optimisation des performances métaboliques des cellules du fait que
les réactions métaboliques vont se produire dans un environnement biologique stabilisé.
Fondamentalement, tous les viscères et tous les tissus de l’organisme contribuent à la stabilité
des caractéristiques du milieu intérieur.
Les principaux systèmes fonctionnels
Système de transport : circulation
Les liquides extra cellulaires sont transportés à travers l’organisme en deux étapes distinctes :
1. Etape sanguine : le sang contenu dans les vaisseaux sanguins parcourt l’arbre
circulatoire environ une fois par minute chez un sujet au repos et six fois par minute
chez un sujet qui effectue un effort très intense .
2. Etape capillaire : en traversant le capillaire tissulaire, on observe des échanges entre le
plasma et le liquide interstitiel qui occupe les espaces intercellulaires : les parois des
capillaires sont très perméables à la plupart des molécules qui circulent dans le plasma
et dans le sang, à l’exception des protéines plasmatiques de grande taille. Ce
mécanisme permet la diffusion de grandes quantités de liquides et de substances
dissoutes dans l’un ou l’autre sens soit du sang vers les tissus soit au contraire des
tissus vers le sang. Ce processus de diffusion est dû à l’agitation des molécules dans le
plasma et dans les liquides interstitiels. La distance qui sépare un capillaire à une
cellule est presque toujours nettement inférieure à 50 micromètres, ce qui fait que la
diffusion peut s’effectuer en quelques secondes. Partout dans l’organisme, les liquides
extracellulaires plasmatiques et interstitiels sont mélangés et brassés en permanence,
ce qui maintient pratiquement constante leur homogénéité dans tout le corps humain.
Système de nutrition
Appareil respiratoire
Chaque fois que le sang traverse l’organisme, il traverse passivement les poumons, lors de ce
passage pulmonaire, le sang se charge en oxygène (qui a une forte concentration dans
l’alvéole pulmonaire) qui sera ensuite livré aux différentes cellules de l’organisme.
La membrane qui sépare le gaz alvéolaire des capillaires pulmonaires n’a que 0,4 à 2
micromètres d’épaisseur et l’oxygène diffuse à travers les pores de cette membrane de la
même manière que l eau et les ions diffusent à travers la paroi des capillaires dans tous les
tissus.
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Appareil digestif
Une grande partie du sang mis en mouvement par le cœur perfuse la paroi du tractus gastro
intestinal : c’est dans cette paroi que les nutriments passent dans les liquides extracellulaires.
Les hydrates de carbone, les acides gras et les acides aminés sont ainsi absorbés et passent
des aliments ingérés aux liquides extracellulaires.
Cas particulier : certains organes jouent un rôle complémentaire dans l’utilisation des
nutriments : c’est le cas du foie qui modifie la composition chimique de nombreuses
substances et les rend mieux assimilables par les cellules, c’est également le cas du tissu
adipeux, des reins et des glandes endocrines qui interviennent dans la transformation des
nutriments ou dans leur stockage jusqu’à une utilisation ultérieure.
Système d’excrétion
Appareil respiratoire
Lorsque le sang se charge en oxygène dans les poumons, il abandonne simultanément du
dioxyde de carbone dans les alvéoles. Les mouvements alternatifs de l’air entrant dans les
alvéoles et du gaz carbonique qui est expiré transportent le dioxyde de carbone, qui est le
déchet métabolique le plus important, vers l’air atmosphérique.
Appareil rénal
Lorsque le sang traverse les reins, de nombreuses substances, dont le dioxyde de carbone,
sont retirées du plasma , il s’agit de molécules inutilisables par les cellules telles que l’urée,
l’acide urique l’eau ou des substances ioniques en excès dans les liquides extracellulaires.
ceux ci soustraient du plasma
Les mécanismes de régulation des fonctions biologiques
Le système nerveux
Sur le plan fonctionnel, il comprend trois parties principales :
Le système nerveux sensitif ou système afférent chargé de la détection, de la transmission et
du traitement de l’information grâce à des récepteurs
Les centres de l’intégration nerveuse chargés d’intégrer les informations reçus dans des
circuits de commande destinés à adapter la réponse de l’organisme.
Le système nerveux moteur ou système efférent : il a pour fonction de véhiculer les
commandes nerveuses vers les organes effecteurs du système nerveux (muscle lisse, muscle
strié ou glande)
Une partie des centres de commande appartient au système nerveux autonome ou système
nerveux végétatif, ces neurones fonctionnent de manière inconsciente et tiennent sous leur
contrôle le fonctionnement des viscères (activité du cœur, respiration, digestion, sécrétions
glandulaires) .
Les glandes endocrines
Elles sont anatomiquement dispersées : on distinguent huit glandes endocrines principales qui
secrètent des substances chimiques qui sont déversées dans le sang : les hormones qui vont
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parvenir à la plupart des cellules et qui peuvent participer à la coordination des activités
métaboliques. A titre d’exemple, l’hormone thyroïdienne augmente la vitesse de nombreuses
réactions métaboliques dans de nombreuses cellules : elle va participer à ajuster le niveau
métabolique en fonction de la demande. Il existe d’autrezs exemples :
L’insuline avec le métabolisme du glucose
Les hormones sexuelles avec le contrôle de la reproduction
L’hormone de croissance, et bien d’autres encore.
D’une manière générale, le système nerveux intervient essentiellement dans la commande de
l’activité musculaire (système nerveux de la vie de relation) et dans le réglage des sécrétions
glandulaires (système nerveux végétatif) alors que le système endocrinien règle
essentiellement les réactions métaboliques.
La reproduction
Normalement elle n’est pas intégrée dans l’homéostasie. Cependant, certains auteurs lui
reconnaissent indirectement une part dans le maintien de conditions sociales stables dans une
communauté donnée.
Les systèmes de régulation
Dans l'étude d’un processus physiologique, l’expérimentateur a besoin de déterminer l'activité
ou le paramètre que l'organisme doit contrôler, ce qui nécessite de déterminer les stimulus ou
input et les réponses ou output du système de contrôle et de régulation. La stabilité du milieu
intérieur est perpétuellement perturbée par un stress qui peut être défini, dans ce cadre,
comme tout stimulus qui crée un déséquilibre du milieu intérieur. Ce stress peut provenir de
l'environnement externe (chaleur, froid, bruit, manque d'oxygène, manque d'eau) ou de
l'environnent interne de l'organisme (douleur, inflammation, tristesse, dépression). Grâce au
différents processus physiologiques de régulation, l'organisme essaye de réagir pour ramener
les conditions interne du milieu intérieur à leur état de base (ou normal).
Le modèle cybernétique de la régulation biologique
Pour préserver l'homéostasie, l'organisme doit pouvoir :
 Détecter les moindres variations des paramètres biologiques (intervention de capteurs
de variation)
 Disposer de mécanismes de contrôle spécifiques puissants et rapides
 De corriger ces variations (rétroaction) par l’intermédiaire d’effecteurs
La cybernétique peut être définie comme l'ensemble des sciences du pilotage, c'est à dire les
mécanismes commandant l'évolution d'un système vers un but défini.
Ces mécanismes se rapportent donc à une notion de finalité, au sens cybernétique du terme :
on dit qu'un système est finalisé quand il évolue vers un nouvel état antérieurement défini,
quelles que soient les péripéties imprévisibles qui accompagnent cette évolution
Dans la modélisation cybernétique, on décrit :
1. le système réglé - dans le cas des grandes fonctions il s’agit du plasma sanguin où les
différents paramètres biologiques peuvent être étudiés
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2. les grandeurs d'entrée : il s’agit d’une modification de l’environnement biologique
comme par exemple l’exercice musculaire, la digestion, l’absorption de liquide, etc.
3. les systèmes réglants : ils comportent des récepteurs qui sont des capteurs capables de
signaler les moindres variations de la composition physico chimique du plasma vers le
système de contrôle
La rétroaction négative
La rétroaction négative est le mécanisme le plus utilisé pour garder la stabilité de
l'environnement interne , par contre la rétroaction positive ou feed back positif est très rare,
c’est un phénomène d’amplification des réactions biologiques, elle conduit à un état instable
qui conduit rapidement à la mort cellulaire (ischémie par diminution de l’oxygène et
accumulation de déchets métaboliques), l’organisme fait appel à cette régulation en cas
d’urgence et pour un temps relativement court (quelques dizaines de secondes, rarement plus
d’une heure).
La plupart des systèmes fonctionnent selon un mécanisme de rétro action négative : dans ce
cas, le stimulus entraîne une réponse qui va dans un sens tout à fait opposé à celui du
stimulus : de manière générale, si certaines variables deviennent excessives ou insuffisantes,
un système de rétroaction négative agit pour ramener la variable aux alentours d’une valeur
moyenne ce qui permet de garder l’homéostasie.
La rétro action positive
Cette rétro action est beaucoup plus rare que la précédente : le stimulus initial entraîne une
réaction qui entraîne une réaction qui l’amplifie : il se crée un cercle vicieux qui conduit à
l’instabilité et pourrait être rapidement mortelle !!!
Cependant de telles rétroactions peuvent être utiles : c’est le cas des enzymes qui permettent
au sang de se coaguler, si le processus se poursuit, des caillots inutiles peuvent se former et
provoquer des accidents vasculaires ischémiques. La rétroaction est également observée lors
de l’accouchement où la tension du col utérin augmente proportionnellement avec les
contractions de l’uterus : l’accélération du phénomène facilite la naissance du BB.
Les Principaux systèmes biologiques autorégulés
Le corps humain est constitué de 100 000 milliards de cellules organisées en de nombreuses
structures fonctionnelles, les organes, caque organe contribue au maintien de l’homéostasie du
milieu extracellulaire appelé milieu intérieur. Tant que celui ci reste normal, l’intégrité des
cellules est conservée et leur niveau de fonctionnement reste très satisfaisant.
Le corps humain comporte des milliers de systèmes de régulation : les plus compliqués sont
les systèmes génétiques de régulation, de nombreux systèmes interviennent dans la régulation
de certains organes, d’autres agissent sur les relations inter organiques.
Quelques constituants importants des liquides extracellulaires peuvent être utilisés pour
explorer les systèmes régulés : il existe des valeurs normales et des valeurs extrêmes de
variation qui délimite le passage à la maldie (état pathologique)
Valeurs normales
Intervalles
De normalité
Limites de survie
Unités
5
Oxygène
CO2
Na+
K+
Ca++
ClHCO3Glucose
Temp Corp
pH
90
40
142
4,2
1,2
108
28
85
37
7,4
80-105
35-45
138-146
3,8- 5,0
1,0- 1,4
103- 112
24-32
75-95
36,6- 37,4
7,3- 7,5
1061000
5- 80
115- 175
1,5- 9,0
0,5-2,0
70-130
8-45
20-1500
18,3- 43,3
6,9- 8,0
mmHg
mmHg
mEql/l
mEql/l
mmol/l
mEq/l
mmol/l
mg/dl
°C
pH
Régulation des concentrations d’oxygène et de dioxyde de carbone
Le maintien d’une concentration à peu près constante d’O2 dans les liquides extracellulaires
est important puisque l’O2 est l’un des principaux composants des réactions métaboliques. La
régulation dépend essentiellement de l’hémoglobine des globules rouges qui est le
transporteur de l’oxygène : dans l’alvéole elle fixe l’O2 mais arrivée dans les tissus, son
affinité pour l’oxygène diminue, elle va larguer l’O2 pour fixer le CO2.
Régulation de la pression artérielle
Elle est assurée par plusieurs systèmes différents, l’un d’entre eux, le mécanisme
barorécepteur est un excellent exemple de régulation. L’augmentation de la pression artérielle
stimule les barorécepteurs des parois vasculaires qui vont freiner l’activité du système
nerveux sympathique de la moelle épinière, la pompe cardiaque diminue son activité : la
pression artérielle diminue.
En cas de diminution de la pression artérielle, les barorécepteurs se relâchent : les centres
vasomoteurs augmentent leur activité, la pression augmente et se rapproche de la normale.
ILLUSTRATIONS
Figure : Boucle de rétroaction : rétroaction
biologique
Modèle cybernétique de la régulation du
métabolisme : automatisme biologique
6
Système réglé = milieu
intérieur
grandeur
réglée
grandeurs
d'entrée
Système réglant
Emetteurcapteur
Augmentation :
thermogenèse
neurones
température
température
diminution :
hypothalamiques
centrale
thermolyse
glycémie
Augmentation :
apport
alimentaire,
concentration production
du glucose hépatique
diminution :
catabolisme,
mise en réserve

Cybernétique

Emetteur-capteur

Grandeur de consigne

Grandeur d'entrée


Grandeur réglée
Homéostasie
cellules îlots
pancréatiques
Transmetteur
Récepteureffecteur
système
nerveux
muscles et
glandes
sudoripares
plasma
cellules
hépatiques,
musculaires
et adipeuses
Science du pilotage et du gouvernement. Elle
traite des processus de communication et de
régulation dans les êtres vivants comme dans les
machines.
Premier élément d'une voie de communication. Il
transforme les variations d'un paramètre
physique ou physiologique en un message codé
qu'il émet dans le transmetteur de la voie de
communication.
Pour un homéostat, grandeur fixée autour de
laquelle varie en permanence la grandeur réglée.
Facteur agissant sur le système réglé d'un
régulateur, et intervenant dans les variations de
la grandeur de sortie.
Dans le système réglé d'un homéostat, paramètre
défini et maintenu à une valeur aussi constante
que possible par l'action du système réglant. Il
constitue la grandeur de sortie d'un régulateur.
Etat stable d'un système maintenu semblable à
lui même, et caractérisé par la stabilité des
paramètres le définissant. L'homéostasie
caractérise donc la stabilisation de paramètres
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d'un système autour de valeurs fixes, hors d'un
équilibre thermodynamique.

Homéostat

Récepteur - effecteur

Régulateur

Rétroaction

Servomécanisme

Système asservi

Transmetteur
Système régulé et asservi construit dans le but de
maintenir la grandeur réglée le caractérisant
aussi constante que possible, à une valeur
oscillant autour de la grandeur de consigne qui
lui a été préalablement fixée. On peut le
modéliser par deux systèmes : un système réglé,
dont la grandeur de sortie est maintenue
constante par l'action d'un système réglant sur sa
(ses) grandeur(s) d'entrée.
Elément terminal d'une voie de communication
qui reçoit du transmetteur le message codé émis
par l'émetteur, puis le décode. Le récepteur est
aussi un effecteur : il agit sur les grandeurs
d'entrée du système réglé, dans le but de
maintenir la grandeur réglée à une valeur fixée.
Système muni d'un dispositif de contrôle
construit dans le but d'intervenir pour modifier
des facteurs (ou grandeurs d'entrée) à l'origine de
variations de la grandeur réglée.
Action en retour déclenchée par les variations de
la grandeur réglée d'un régulateur, qui modifie
les facteurs à l'origine de ces variations. Les
rétroactions négatives correspondent à un
fonctionnement en constance; les positives à un
fonctionnement en tendance.
Se dit couramment "feed-back".
Système asservi, sous le contrôle d'une
information permettant de piloter au cours du
temps des variations de la grandeur de consigne
d'un homéostat.
Système maintenu sous le contrôle d'un
asservissement qui pilote son fonctionnement. Il
peut s'agir d'un régulateur en constance, d'un
régulateur en tendance, ou d'un servomécanisme.
Elément intermédiaire d'une voie de
communication qui transmet au récepteur le
message codé émis par l'émetteur.
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
Voie de communication
Ensemble constitué d'un émetteur-capteur, d'un
transmetteur et d'un récepteur-effecteur. Il assure
la communication entre deux ensembles en
permettant le transfert d'un message codé.
SCHEMA DE LA CIRCULATION
REGULATION DE LA PRESSION ARTERIELLE/ SYSTEME DES BARORECEPTEURS
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REGULATION DE LA PRESSION ARTERIELLE : SYSTEME ENDOCRINIEN
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