Cellule A

Physiologie
Les Grands Systèmes de Contrôle et de Régulation de L’organisme :
Place respective du système nerveux et du système endocrinien.
I) Introduction générale sur les systèmes de contrôle et de régulation
I)A) Système Nerveux
Système nerveux central
Système nerveux périphérique
Crâne + Colonne Vertébrale
Le reste du corps :
(cerveau + moelle épinière)
Nerfs périphériques
I)B) Systèmes hormonaux
-Exocrine : ce sont des sécrétions déversées à l’extérieur(tubes digestifs, sueurs…)
-Hormone :
Sécrétine : découverte par BAYLISS et STARLING (par stimulation du pancréas) en 1902.
(le mot d’hormone a été créé en 1905 par HARDY)
Une hormone est une unité chimique (endocrine) élaborée par des cellules, déversées dans le
milieu intérieur, et transporté par le milieu circulatoire et agissent sur d’autres cellules sensibles à
cette hormone.
Cellule A
Cellule B
Courant circulatoire
I)C) Autres modes de communication chimique
Cellule B
Cellule A
Paracrine
Cellule B
Volume de diffusion : quelques mm3.
L’hormone agit localement sur des cellules proches des cellules sécrétrices.
(Ex : prostaglandine)
Cellule A
Souvent
inhibitrice.
Action sur la cellule elle-même.
I)D) Notion de neurosécrétion
Autocrine
rétro-action
Neurocrine
Neurone A
Cellule B
(parfois neurone
Courant circulatoire
Paracrine chez les neurones : neuromodulateur (sérotonite)
Les neurosécrétions :
 neuro-transmetteur (synapse)
 neuromodulateur (paracrine)
 neuro-hormone (endocrine)
II) Interactions entre système nerveux et systèmes hormonaux
II)A) De la périphérie vers le système nerveux central
Notion de barrière Hémato-Encéphalique
En injectant du colorant vital (bleu de méthylène), on constate qu’il se répand dans le corps
sauf dans le cerveau.
A contrario, du bleu de méthylène injecté dans le cerveau ne se diffuse pas dans le reste du
corps.
 Existence d’une barrière entre cerveau et périphérie.
Cytokine : hormone produite par la périphérie mais qui agit sur le SNC.
Sang
Barrière Hémo-méningée
(plexus choroïde)
L.C.R.
Barrière
Méningo-encéphalique
Liquide interstitiel
cérébral
Neurone
II)B) Système nerveux central vers la périphérie
Le pancréas élabore l’insuline sur ordre de :
-de la périphérie (milieu interstitiel en excès de glucose).
-cerveau par l’intermédiaire du nerf vague (pair de nerf crânien n°X)
Production de l’insuline par les médulo surrénales sur ordre du cerveau
Le cerveau n’est pas seulement un tissu nerveux, il élabore de nombreuses hormones (principale
glande endocrine ? …), qu’il déverse par la région hypothalamo-hypophysaire uniquement !
III) Organisation anatomique de la région Hypothalamo-Hypophysaire.
III)1) Localisation de l’hypophyse
Hypophyse dans l’os sphénoïdale (selle turcique)
(1cm de diamètre et 0,5g ; hypothalamus : 4g)
III)2) Structure de l’hypophyse
-Antéhypophyse (adénohypophyse) : cette partie vient de l’endoblaste et apparaît d’une
invagination du pharynx (Cf. Embryologie)
glande endocrine de structure classique mais située sous le cerveau.
-Posthypophyse :
origine
ectodermique
(comme
les
neurones)
structure
différente
de
l’antéhypophyse, car constituée de terminaisons synaptiques (soma dans le cerveau) structure
nerveuse. Passage des axones par la tige hypophysaire.
III)3) Rapports avec l’hypothalamus
Noyaux de l’hypothalamus supérieur (noyau préoptique, noyau paraventriculaire…) Cf. schéma
page précédente. En tout l’hypothalamus compte plus de 40 noyaux répartis sur 9 régions.
III)4) Vascularisation : le système Porte hypothalamo-hypophysaire
Il permet l’échange de messagers chimiques entre deux tissus vascularisés par des réseaux
capillaires successifs.
Le premier réseau capillaire reçoit le messager, et le deuxième réseau transmet le messager
au tissu vasculaire cible (Cf. système porte hépatique)
IV) Mise en évidence du rôle endocrine de l’hypophyse
IV)1) Ablation : Hypophysectomie
-Maladie : syndrome de Sheehan (syndrome identique à hypophysectomie)
Complication classique non rare suite à un accouchement très hémorragique (choc
hémorragique) : nécrose hysquémique (mort des tissus après une hypovascularisation)
Apparition d’une poly déficience endocrinienne périphérique associant une insuffisance
thyroïdienne, insuffisance surrénalienne (plus de glucocorticoïde ni de minéralocorticoïde),
insuffisance des règles, régression des caractères sexuels secondaires, et dépigmentation de la peau
et déficience des montées lactées.
-Hypophysectomie expérimentale(chez l’animal) : il apparaît un diabète insipide (sans sucre)
transitoire (car ensuite il régresse)
Chez un animal en croissance, la croissance s’arrête en cas d’hypophysectomie. (nanisme
harmonieux)
IV)2) Administration d’extraits d’hypophysaires
Correction de tous les troubles observés (si administration d’extraits de la même espèce)
IV)3) Inefficacité de la greffe
Une greffe d’hypophyse ne peut fonctionner que si cette greffe se fait In Situ (à la localisation
d’origine.
V) Contrôle hypothalamique de l’activité hypophysaire
Action de l’hypothalamus direct sur l’hypophyse.
V)1) Destruction de l’hypothalamus (expérimentale ou pathologique)
Syndrome similaire au syndrome de Sheehan et involution (atrophie) du lobe antérieur de
l’hypophyse.
V)2) Pathologie.
On ne peut pas corriger les troubles par une greffe.
Roger GUILLEMAIN
a montré que des neurones de l’hypothalamus peuvent déverser des
hormones dans le sang. La première sécrétion observée a été celle de la TRH (Thyréophin
Releasing Hormon)
Tri-peptide : Histidine – Proline – Acide glutamique.
L’hormone est transportée grâce au système porte hypothalamo-hypophysaire et traverse les
barrières Hémato-Encéphalique.
VI) Synthèse : les hormones hypophysaires et le contrôle hypothalamique
TSH
GH
Thyroïde
Foie
T3/T4
Anté-hypophyse
FSH
LH
Gonades
-Somato-
Métabolisme médines
Post-hypophyse
ACTH
Prolactine
ADH
Ocytosine
Surrénales
Sein
Rein
Utérus
-Hormones
-Corticoïde
sexuelles
(métabolisme)
exocrine
-Croissance -Reproduction
Eau
Contraction
-Anti-
des muscles
diurèse lisses
(expulsion)
Les hormones anté et post-hypophysaires
Cf. poly.
hypothalamus
noyaux ventro-médians
et PVN
noyau supra chiasmatique
éminence médiane
noyaux arqués
Somatolibérine
ADH
CRH
Ocytocine
Dopamine
Somatostatine
TRH
-
GnRH
+
+
-
+
TSH
GH
+
FSH
+
LH
ACTH
Proline
Tige hypophysaire
Thyroïde
T3/T4
Métabolisme
Foie
Gonades
-Somato-
-Hormones
médines
sexuelles
-Croissance
-Reproduction
Surrénales
Sein
-Corticoïde
Sécrétion
(métabolisme)
exocrine
Rein
-Eau
-Antidiurèse
Utérus
Contraction
des muscles
lisses
(expulsion)
VII) Régulation par feed-back négatif et/ou positif : le cycle ovarien
200
Progestérone 16
(ng/ml)
50
150
12
40
100
8
Oestradiol
(pg/ml)
LH
FSH
30
20
50
4
10
0
0
0
7
14
21
28
0
Règles
0
7
14
21
28
Le feed-back négatif qu’exerce LH et FSH sur l’hypophyse est minimum donc il y a stimulation
de l’hypophyse et augmentation de LH et FSH pour la préparation des ovaires  pic de LH et FSH.
(ovulation)
On entre alors dans un système de feed-back positif.
L’œstradiol produit par le follicule stimule le développement de ce follicule
 feed-back positif périphérique.
Il y a un deuxième feed-back positif périphérique. L’œstradiol augmente par le développement
du nombre de récepteur à LH de la granulosa. Bien qu’il y est moins de FSH, il y a plus de
récepteurs donc augmentation de FSH.
Avant son pic, l’œstradiol exerce un feed-back négatif, mais quand elle devient trop concentrée,
il y a un effet de feed-back positif et les cellules hypophysaires vont être beaucoup plus sensible à la
GnRH, ce qui va expliquer le pic de LH qui entraîne la ponte ovulaire. L’éclatement du follicule
entraîne un arrêt de la production et la chute du taux d’oestradiol.
La montée de progestérone est stimulée par le développement du corps jaune et cette
augmentation de progestérone exerce un feed-back négatif sur l’hypophyse, d’où la baisse de LH et
FSH vers le 16 e ou 17e jour.
Si en revanche, il y a eu fécondation, une nouvelle hormone entre en action et remplace LH et
FSH.
VIII) Métabolisme hormonal
VIII)1) Classification des hormones
Les hormones
Les hormones
Les hormones
Les hormones
aminoacides
peptidiques
protéiques
stéroïdes
-catécholamines
(adrénaline…)
-TRH (3 AAs)
-hormones
thyroïdiennes (1 AA)
-sérotonine
-Calcitonine
-Insuline (51 AAs)
-GH (190 AAs)/ LH /
FSH
-hormones sexuelles
-cortisol / aldostérone
-vitamine D3
(dopamine)
Quelques chiffres :
Hormone
Nombre d’acide
aminé (AA)
Hormone
Nombre d’acide
aminé (AA)
Hormone
Nombre d’acide
aminé (AA)
T3, T4
1
GnRH
10
ACTH
39
T.R.H.
3
Somatostatine
14
Insuline
51
Ocytosine
9
Glucagon
29
Hormone de
croissance (GH)
190
VIII)2) Biosynthèse
Prépro-opiomélanocortine (molécule précurseur peptidique).
Sa coupure va libérer des fragments qui s’avèreront être des hormones actives. En effet, une
hormone est très rarement sécréter sous sa forme active (d’où le découpage d’une protéine). Elle
donne entre autre : l’ACTH, β-LPH précurseur à son tour de β-endorphine qui agit sur le processus
d’inhibition de la douleur ( sous structure : enképhaline)
VIII)3) Stockage
Très peu de stockage hormonal dans le corps, sauf au niveau des hormones thyroïdiennes
stockées sous forme de vésicules qui contiennent l’hormone active (ou son précurseur 
rapidement utilisable).
VIII)4) Sécrétion
Trois types de sécrétion :
-sécrétion nerveuse avec une stimulation nerveuse.
-stimulation hormonale et humorale (cellules anté-hypophysaires, lorsqu’elles sont stimulées
par d’autres hormones).
-stimulation métabolique : c’est l’état métabolique des cellules sécrétrices (la teneur
métabolique du milieu environnant) par exemple la sécrétion de l’insuline par le pancréas se fait de
façon nerveuse, mais également la présence de glucose en forte concertation.
VIII)5) Transport
Les hormones sont souvent transportées par des protéines transportrices non-spéciques
(comme l’albumine) c'est à dire des protéines vectrices pour plusieurs hormones.
Il existe également des protéines vectrices spécifiques qui ne transportent que les hormones
pour lesquelles elles ont été crées. (TBG : transport de T4)
Loi d’action de MASSE.
[Hl] + [P.V. ect]  [H-P.V.]
forme libre = forme active
VIII)6) Inactivation
-possibilité d’élimination (fécale ou rénale).
Pour le maintien de l’homéostasie, il faut que la production suive l’inactivation.
Notion de clairance métabolique et de demi-vie.
La clairance métabolique exprime le volume de plasma théoriquement totalement épuisé de
l’hormone active par unité de temps.
C’est une notion théorique car les entrées et sorties ne sont en réalité pas quantifiables.
Technique de dilution : pour suivre le devenir de la quantité d’hormone donnée à un
individu, on utilise les hormones dites marquées en leur substituant un atome radioactif. On
mesure la quantité d’hormone thyroïdienne dans tout l’organisme (en fait dans le sang) et au bout
d’un certain temps, il existe une homogénéité dans tout le corps.
Phase de décroissance liée au catabolisme
At = Ao.e-kt
ln At = ln Ao – ln e kt
constante
1
ln At = -kt + ln Ao
donc du type linéaire y = ax + b.
ln de la concentration sanguine : ln [At]
ln [Ao]
Ln [At] = -kT + ln [Ao]
ln [At ½ ]
ln At
k
Temps de demi-vie :
temps
On appelle demi-vie le temps tel que la concentration est égale à la moitié de la concentration
initiale :
[At ½] = [Ao]/2
ln[At ½] = -kT ½ + ln [Ao] k est la pente de la droite décroissante (cf. schéma précédent)
kT ½ = ln [Ao] – ln [At ½]
kT ½ = ln ([Ao]/[At ½]) = ln 2 = 0,693
 T ½ = 0,693/k = ln 2/k.
Notion de volume de distribution
Quantité de traceur injecté
Volume de distribution=
Concentration du traceur dans l’espace au temps 0
Pool Total= Espace de distribution x concentration de l’hormone endogène
S
Physiologie
Systèmes de Régulation et de Communication
I) Notion de constante en biologie
 Existence de constante d’1 individu à l’autre, plus la valeur se situe au sein des bornes, plus
l’individu est sain par rapport aux maladies caractérisées par l’intervalle. (sortie de celle-ci).
Combien ?
Comment ?
Pourquoi ?
Combien ?
Par exemple 1g/L (ou 5,5 mmol) Volume=20L  Mglucose=20g dans le liquide
extracellulaire (dont le sang)
Comment ?
- Exercice musculaire de 400W
- 1g de glucose  17KJ
mais :
- le rendement musculaire maximum est de 40%
donc :
- 1g de glucose  6,8KJ (d'énergie restituée)
d’où :
- 400W consomment 3,5g de glucose par minute…
20 g de Glucose ! … L’épuisement est total en 6 minutes
 Notion de taux de renouvellement :
Définition : fraction de pool renouvelé (ensemble), c'est à dire entrant/sortant du compartiment
par unité de temps.
Pourquoi ?
 Notion d’homéostasie :
Définition : cela signifie le maintien des caractéristiques biologiques à un niveau stable du milieu
intérieur.
Elément baignant l’ensemble des cellules du corps et permettant de les laisser en vie. Milieu
intérieur en permanence réajusté, modifié pour maintenir les caractéristiques du milieu intérieur
 Assure la survie de l’organisme.
Les caractéristiques du milieu intérieur sont plus ou moins stable. Elles évoluent, varient, oscillent
dans des limites.
II) Notion de système :
En biologie les systèmes sont ouverts, c'est à dire qu’ils échangent des matières et
informations avec d’autres systèmes situés en amont et en aval.
E
Entrée
S
Système
physiologique
Sortie
S = f (E)
f = fonction de transfert ou loi du système.
Entrée
Sortie
Trois démarches intellectuelles
1) La recherche scientifique : avec la mesure des entrées et sorties, on détermine la
fonction du transfert : la loi du système.
2) Le diagnostic médical : connaissant la fonction de transfert, et à partir sorties
observées anormales (= maladies), on en étudie les entrées elles-mêmes anormales, c'est à dire les
causes de la situation pathologique.
3) Le pronostic médical : connaissant la fonction de transfert, on modifie les entrées
anormales (action thérapeutique) et on peut prédire les effets (= prédiction scientifique) de
l’évolution de la maladie.
III) Systèmes thermodynamiques fermés et équilibrés.
Lorsqu’un système est ordonné, on dit qu’il gagne en entropie.
ET
=
EL
+
ΔS
Energie Totale = Energie libre + Entropie
C’est la partie de l’énergie du système qui peut être transformé en un autre produit ou une autre
énergie.
Température absolue : quand le système perd de l’énergie libre, il gagne en entropie
 Loi de la constante d’énergie totale du système.
IV) Systèmes thermodynamiques ouverts.
La vie permet de ré augmenter l’énergie libre, mais avec des échanges.
Pourquoi et comment la glycémie reste-t-elle stable malgré les échanges permanents de glucose
entre ces différents systèmes ?
Tube
digestif
Reins
Glucose du milieu
Intérieur
Foie
Muscles
Système ouvert en interaction avec d’autres systèmes ouverts.
IV) A) Etat stable.
Un état stable, est une grandeur maintenue constante par les lois physico-chimique
naturelles.
IV) B) Régulation.
D in
D in
H
D out
Action en arrière sur les entrées
rétro-action négative
« Feed back » négatif.
H
D out
Action en avant sur les sorties
anté-action positive
« Feed forward » positif.
L’effet de la rétro action et de l’anté action est identique : celui de ramener le niveau à une
constante maintenue  feed back négatif = rétro action positive.
Effet inverse : rétro action positive
 feed back positif
 Un dispositif qui lorsqu’il est activé aggrave le processus, c’est ce que l’on
appelle un cercle vicieux.
En revanche, il n’entraîne pas toujours l’autodestruction du système et donc pas forcément la mort.
Cf. réaction hémostatique.
IV) B1) Grandeur régulée.
V) B2) Capteur.
Ici le capteur est le flotteur
grandeur régulée H.
qui mesure la hauteur du niveau, donc la
IV) B3) Boucle informative. (de rétrocontrôle)
C’est le retour d’information du capteur sur le système.
Dans l’exemple, la boucle informative est matérialisée par la tige :
IV) B4) Valeur de consigne. (set point)
Il existe dans toute régulation, une valeur caractéristique liée au système qui
détermine la valeur de niveau : valeur de consigne.
Ici H est fonction de C (comme le thermostat variable).
IV) B5) Comparateur.
IV) B6) Signal d’erreur.
IV) B7) Représentation schématique d’une régulation.
Comparateur
Signal
Valeur de
d’erreur
+
Consigne
-
Capteur
LOI
du
SYSTEME
Valeur de
Sortie
Boucle informative
(feed back négatif)
IV) B8) Gain.
Une régulation ne fait qu’optimiser le mécanisme de maintien d’un état stable.
On appelle gain d’une régulation le rapport entre l’écart observé sur la grandeur de sortie du
système en réponse à une perturbation donnée en l’absence de régulation, au signal d’erreur
observée avec la même perturbation lorsque la régulation fonctionne correctement.
V) B9) Loi du système.
PERTURBATIONS :
Variable
régulée
Proportionnelle
Transitoire
Continue
Signal d’erreur
R=axE
Dérivée
R = b x dE/dt
R = réponse régulée
Proportionnelle
+ dérivée
temps
IV) C) Notion de variable contrôlée.
Energie
Consigne
Entré
e
+
Signal
d’erreur
Perturbation
Action de
contrôle
Contrôleur
-
Système
Passif
Sortie
Capteur et
Boucle de
rétro-action
SYSTEME CONTRÔLEUR
SYSTEME CONTRÔLE
IV) D) Servomécanisme et notion d’homéoreusie.
Le matin, notre température corporelle est de 36,7°C conformément à thermorégulation, et
le soir de 37,2°C  il y a donc eu changement de la valeur de consigne.
Ce réglage de la valeur de consigne est appelé HOMEORHESE. (Cf. une fois de plus le
système du thermostat d’ambiance)
V) Systèmes thermodynamiques ouverts.
V) A) Régulations autonomes.
Régulations comportementales.
Les régulations autonomes mettent en jeu l’ensemble des organes (cœur, foie, reins) et sont
contrôlées par le système nerveux dit autonome  régulation intérieure de l’individu.
Les régulations comportementales passent par un seul et même effecteur, représenté par
l’appareil locomoteur (musculaire). Elles sont exclusives les une des autres (une seule à la fois)
d’où la notion d’urgence de priorité.
Par exemple lorsque l’on a froid :
 le système autonome réagit par des frissons, et une
vasodilatation.
 le système comportemental nous incite à mettre un
vêtement ou par exemple de monter le chauffage.
 Il apparaît ici le rôle primordial du système comportemental, qui se retrouve être le plus
important.
 le système comportemental supplante donc les réactions autonomes.
Le système nerveux dit de la vie de relation représente ≈ 90% du total de l’espace occupé
par le système nerveux autonome.