homéostasie - e-campus 2

Institut de Formation en Soins Infirmiers
L’HOMEOSTASIE
Rachid BENCHAOUIR, PhD
([email protected])
UFR Des Sciences de la Santé de l’UVSQ
2, avenue de la Source de la Bièvre
78180 Montigny-le-Bretonneux
Homéostasie
IFSI
SOMMAIRE DU COURS
L’HOMEOSTASIE : GENERALITES
HOMEOSTASIE HYDRIQUE ET ELECTROLYTIQUE
EQUILIBRE ACIDO-BASIQUE ET REGULATION DU pH
THERMOREGULATION
REGULATION DE LA GLYCEMIE
RÔLE DES HORMONES THYROIDIENNES
RÔLE DU CALCIUM
R. Benchaouir
Homéostasie
IFSI
L’HOMEOSTASIE : GENERALITES
DEFINITION
« L’homéostasie est l’équilibre dynamique qui nous maintient en vie ».
Walter Bradford Cannon (1871 – 1945)
HOMEOSTASIE (du grec hómoios, « similaire », et stásis, « stabilité») : capacité que peut avoir un système
quelconque (ouvert ou fermé) à conserver son équilibre de fonctionnement en dépit des contraintes
extérieures. Il s’agit d’un processus dynamique de constante adaptation.
De nombreuses variables physiologiques font l’objet d’une régulation subtile (homéostasie):
- pression artérielle
- fréquence cardiaque et ventilatoire
- température corporelle
- taux sanguins de glucose (glycémie)
- taux sanguins de calcium (calcémie)
- taux sanguin de sodium (natrémie)
- taux sanguin de potassium (kaliémie)
- équilibre hydrique
- pH sanguin
- taux d’hormones circulantes
- etc…
R. Benchaouir
Quels systèmes de régulation
permettent de réguler tous ces
paramètres vitaux ?
Homéostasie
IFSI
L’HOMEOSTASIE : GENERALITES
LE SYSTÈME DE REGULATION : 3 composantes interdépendantes
CAPTEUR : détecte les modifications de la variable physiologique et envoi l’information au centre de contrôle.
CENTRE DE CONTRÔLE: fixe la norme, traite l’information reçue et transfert une réponse adaptée à l’effecteur.
EFFECTEUR : « bras armé » du centre de régulation, agit pour modifier le stimulus de départ par rétroaction.
EXEMPLE DE REGULATION DU QUOTIDIEN: le chauffage de la maison en hiver
CENTRE
DE CONTRÔLE
(Thermostat)
Signal
entrant
Signal
sortant
-
Signal
entrant
Signal
sortant
=
+
Boucle
de
rétroaction
Boucle
de
rétroaction
EFFECTEUR
CAPTEUR
(chauffage)
(thermomètre)
+
Température chambre
Baisse de
Température
(stimulus initial)
R. Benchaouir
Température chambre
Homéostasie
IFSI
L’HOMEOSTASIE : GENERALITES
TYPES DE RETROACTION
L’effecteur, « bras armé » du centre de régulation, agit pour modifier le stimulus de départ par rétroaction.
- rétroaction négative (ou rétro-inhibition) : cas le plus fréquent
- rétroaction positive (ou rétro-activation) : quelques cas
Rétro-inhibition:
la valeur de la variable
physiologique se modifie
dans le sens opposé au
changement initial, avec
retour à une valeur
considérée comme
« normale » par le centre
de contrôle.
Signal
entrant
Capteur
Centre de régulation
Boucle
de
rétroaction
Signal
sortant
Effecteur
Rétro-activation:
la valeur de la variable
physiologique se modifie
dans le même sens que le
stimulus initial, et l’amplifie
entraînant une
augmentation de l’activité.
Déséquilibre
Régulation de la glycémie
Régulation du pH
Régulation de la température
Régulation de la calcémie
Régulation de la pression artérielle
Régulation de la natrémie
…
R. Benchaouir
Variable physiologique
Coagulation sanguine
Contractions utérines
Processus de lactation
Homéostasie
IFSI
HOMEOSTASIE HYDRIQUE & ELECTROLYTIQUE
L’EAU DANS L’ORGANISME HUMAIN
Le corps humain adulte est constitué en moyenne de 60% d’eau (40L pour 70 kg)
40L D’EAU TOTALE
(+ substances dissoutes)
12L LIQUIDE EXTRACELLULAIRE (1/3)
3L Plasma (1/5)
9L Liquide interstitiel (4/5)
28L LIQUIDE INTRACELLULAIRE (2/3)
Lymphe
LCR
L. Synovial
…
Le corps humain doit être maintenu en équilibre hydrique pour assurer son bon fonctionnement :
- rôle de transport des substances dissoutes (solides et gaz)
- rôle métabolique (énergie cellulaire)
- rôle de protection (support des agents du système immunitaire)
- rôle d’élimination des déchets (drainage rénal)
- rôle de maintien de l’homéostasie électrolytique et acido-basique (pH)
R. Benchaouir
Homéostasie
IFSI
HOMEOSTASIE HYDRIQUE & ELECTROLYTIQUE
LIEUX D’ECHANGES HYDRIQUES : les capillaires sanguins
CO2
O2
Capillaire sanguin
LEC
Veinule
Artériole
Cellules
Lymphe
Veine
Artère
Capillaire sanguin
Réabsorption
Filtration
PLASMA
Cellule
Liquide
interstitiel
Les échanges hydriques au niveau des tissus
se font essentiellement par l’intermédiaire des
capillaires sanguins (filtration vs réabsorption)
R. Benchaouir
Liquide
intracellulaire
Réabsorption
Filtration
PLASMA
Homéostasie
IFSI
HOMEOSTASIE HYDRIQUE & ELECTROLYTIQUE
DIFFUSION DE L’EAU : osmose et transport membranaire
OSMOSE = mouvement d’eau à travers une
membrane vers une zone de forte
concentration de substances dissoutes
AQUAPORINES = protéines transmembranaires de transport
d’eau
Aquaporine
Membrane cellulaire
Canal ionique
Pression
osmotique
Cellule
Capillaire sanguin
DIFFUSION DE L’EAU : électrolytes & osmolarité
Réabsorption
ELECTROLYTES = composés inorganiques des
liquides extra- (LEC) et intra- (LIC) cellulaires
qui se dissocient en ions en solution aqueuse
Filtration
PLASMA
Liquide
interstitiel
OSMOLARITE = quantité totale de substances
dissoutes dans un volume de liquide (Na+ et
anions à 90% pour le LEC)
L’équilibre hydrique dépend principalement
des concentrations respectives en
électrolytes du LEC et du LIC
R. Benchaouir
LEC
LIC
Cellule
Electrolyte
Homéostasie
IFSI
HOMEOSTASIE HYDRIQUE & ELECTROLYTIQUE
EQUILIBRE & DESEQUILIBRES HYDRIQUES
HYPERTONIE (Déshydratation)
.
.
.
.
.
.. .. . . . . .....
. . . . .. .. ...
.... . . ... . . . ...
. . .. .. . .
. .
.
ISOTONIE = HOMEOSTASIE
.
.
.. . . .
.
.
. ..
. . .
.. .
.
.
.
. . ..
HYPOTONIE (Hyperhydratation)
. .
.
. .
..
. .
.
.
Conséquences médicales :
Conséquences médicales :
- rétrécissement cellulaire
- troubles neurologiques
- confusion mentale
- convulsions
- coma
- gonflement cellulaire (lyse)
- troubles neurologiques
- confusion mentale
- léthargie
- céphalées
- coma
- mort
R. Benchaouir
OK
.
Homéostasie
IFSI
HOMEOSTASIE HYDRIQUE & ELECTROLYTIQUE
APPORTS & DEPERDITIONS HYDRIQUES
ENTREES D’EAU
(2,5L / jour)
=
- Ingestion de liquide (eau de boisson): 1,6L
- Ingestion d’aliments solides
(ex : 75% d’eau dans les viandes): 0,7L
- Eau d’origine métabolique: 0,2L
FACTEURS
HOMEOSTASIQUES
R. Benchaouir
SOIF
SORTIES D’EAU
(2,5L / jour)
- Ventilation pulmonaire (buée) : 0,3L
- Evaporation de surface: 0,6L
-Tube digestif (fèces): 0,1L
- Excrétion d’urine : 1,5L
DEBIT URINAIRE
Homéostasie
IFSI
HOMEOSTASIE HYDRIQUE & ELECTROLYTIQUE
Homéostasie par régulation de l’osmolarité du LEC : cas d’hypertonie (déshydratation)
Neurones hypothalamiques
+
Signal
entrant
Osmorécepteurs
hypothalamiques
ADH (hormone antidiurétique)
Signal
sortant 1
Boucle
de
rétro-inhibition
+
+
SOIF
REIN
Hypertonie
HYPERTONIE (Déshydratation)
.
... .. .. .. ... .....
. . . . .. .. ...
.... . . ... . . . ...
. . .. .. . .
. .
.
R. Benchaouir
OSMOLARITE
Ingestion
d’eau
Réabsorption
d’eau
ISOTONIE = HOMEOSTASIE
.. . .. . .
.
. .. .
. . .
.. .
.
.
.
. . ..
Homéostasie
IFSI
EQUILIBRE ACIDO-BASIQUE ET REGULATION DU pH
DEFINITIONS
ACIDE : substance chimique capable de libérer un ion H+ en solution
AH
Acide
A - + H+
Base
BASE : substance chimique capable de capter un ion H+ en solution.
Les acides et les bases sont classés en couples acido-basiques en fonction de leur capacité à libérer plus ou moins
facilement un ion H+ en solution:
- Couple HCl / Cl- (acide chlorydrique / ion chlorure) : acide fort, capable de se dissocier complètement en solution.
- Couple H2CO3 / HCO3- (acide carbonique / ion carbonate) : acide faible, ne se dissocie que partiellement.
R. Benchaouir
Homéostasie
IFSI
EQUILIBRE ACIDO-BASIQUE ET REGULATION DU pH
LA NOTION DE pH
H
Liaisons
covalentes
+
+
H2O
O
H
OH-
H2O
H+
OH-
+
H3O+
H2O ou H-O-H
(molécule polaire)
ou
H2O
OH-
+
H+
Ke = [OH-] [H+] = 10-14 M
2H2O
OH-
+
H3O+
avec [OH-] = [H+] = 10-7 M
pH (potentiel hydrogène) : logarithme à base 10 de l’inverse de la concentration en ions
hydrogène
pH = - log [H+]
ACIDOSE
R. Benchaouir
.
.
ALCALOSE
Homéostasie
IFSI
EQUILIBRE ACIDO-BASIQUE ET REGULATION DU pH
ORIGINE DES IONS H+ DANS LE CORPS
CO2 : déchet de la respiration cellulaire
CO2 + H2O
AC
H++ HCO3-
H2CO3
AC : anhydrase carbonique
Acides issus de la dégradation des nutriments
- Acide sulfurique (H2SO4
- Acide phosphorique (H3PO4
HSO4- + H+)
H2PO4- + H+)
Acides issus du métabolisme intermédiaire
- Acide lactique (C3H6O2
R. Benchaouir
C3H5O2- + H+)
mitochondrie
Homéostasie
IFSI
EQUILIBRE ACIDO-BASIQUE ET REGULATION DU pH
1
REGULATION DES VARIATIONS DE pH
Systèmes tampons
Activité respiratoire
2
R. Benchaouir
Activité rénale
3
17/10/2014
Homéostasie
IFSI
EQUILIBRE ACIDO-BASIQUE ET REGULATION DU pH
REGULATION DES VARIATIONS DE pH : les systèmes tampons
Système tampon : mélange de substances chimiques en solution qui s’oppose au changement de pH en cas
d’addition ou d’enlèvement d’acide ou de base.
1 - Système tampon acide carbonique / ion carbonate (H2CO3 / HCO3-)
CO2 + H2O
AC
H2CO3
H++ HCO3-
Très abondant dans le LEC
2 - Système tampon des protéines (intracellulaires et plasmatiques)
Porteuses de groupements acides et basiques
Acide aminé
3– Système tampon phosphate (intracellulaire et urine)
H2PO4-
HPO42- + H+
4– Système tampon de l’hémoglobine (Hb).
Prend en charge les ions H+ provenant de l’acide carbonique
Hémoglobine
Systèmes tampons limités à « éponger » les ions H+ mais pas à les éliminer, donc autres systèmes nécessaires.
R. Benchaouir
Homéostasie
IFSI
EQUILIBRE ACIDO-BASIQUE ET REGULATION DU pH
REGULATION DES VARIATIONS DE pH : la ventilation pulmonaire.
Centres respiratoires
du tronc cerebral
+
Signal
entrant
Signal
sortant 1
+
Boucle
de
rétro-inhibition
Chémorécepteurs
aortiques et carotidiens
Augmentation
rythme respiratoire
Acidose
[H+]
CO2 (excrétion + rapide)
Rappel : CO2 + H2O
AC
H2CO3
H++ HCO3-
Poumons : 2ème ligne de défense contre les dérégulations de pH par élimination de H+ (par baisse significative de
la possibilité de production par l’acide carbonique).
R. Benchaouir
Homéostasie
IFSI
EQUILIBRE ACIDO-BASIQUE ET REGULATION DU pH
REGULATION DES VARIATIONS DE pH : l’activité rénale.
Activités rénales vis-à-vis de H+:
Glomérule
rénal
- élimination dans l’urine (en acidose)
- rétention dans le plasma (en alcalose).
Activités rénales vis-à-vis de HCO3- (ion bicarbonate basique):
- élimination dans l’urine (alcalose) pour diminuer
son effet tampon sur les H+ (sang).
- réabsorption dans le plasma (acidose) pour
augmenter son effet tampon sur les H+.
Schéma récapitulatif des voies de sécrétions et de réabsorptions des
substances à deux niveaux :
1) du glomérule rénal par les artères rénales
2) des capillaires sanguins le long des tubules rénaux.
Reins = 3ème grande ligne de défense contre les dérégulations du pH et la plus efficace
(mais plus longue à mettre en place que les deux précédentes).
R. Benchaouir
Excrétion
urinaire
Homéostasie
IFSI
THERMOREGULATION
La température peut être définie comme une mesure de l’agitation moléculaire.
Le « zéro absolu » est défini comme la température à laquelle l’agitation moléculaire est nulle (atomes immobiles).
Il correspond à une température de -273,15°C, équivalent du 0°K (K pour Kelvin).
D’un point de vue régulation de la température, l’organisme peut être considéré comme fait de 2 parties :
- un noyau central : viscères thoraciques et abdominaux, système nerveux central et muscles squelettiques (37°C)
- une enveloppe : peau et tissus sous-cutanés (variations pouvant aller de 20 à 40°C)
Les échanges de chaleur entre l’organisme et l’environnement:
- radiation : transfert d’énergie d’un corps chaud vers un corps plus
froid sous forme d’ondes électromagnétiques.
- conduction : transfert de chaleur d’un corps chaud à un corps froid
avec lequel il est en contact
- convection : transfert d’énergie par des courants d’air. L’air froid
réchauffé par conduction au contact de l’organisme monte et est
remplacé par de l’air froid.
- évaporation : conversion de la sueur liquide en vapeur d’eau
nécessitant de la chaleur fournie par la peau.
R. Benchaouir
Homéostasie
IFSI
THERMOREGULATION
REPONSES AU FROID = THERMOGENESE
Hypothalamus
posterieur
Adaptation
comportementale
+
Signal
entrant
Signal
sortant 1
+
+
+
Boucle
de
rétro-inhibition
Thermorécepteurs
(centraux ou périphérique)
Vasoconstriction
Température
(37°C)
Tonus
musculaire
Frisson
Baisse
Conservation
de
la chaleur
Création
De
chaleur
Augmentation
de température
R. Benchaouir
Homéostasie
IFSI
THERMOREGULATION
REPONSES AU CHAUD = THERMOLYSE
Hypothalamus
antérieur
Adaptation
comportementale
+
Signal
entrant
Signal
sortant 1
+
+
+
Boucle
de
rétro-inhibition
Thermorécepteurs
(centraux ou périphérique)
Montée
Vasodilatation
Température (37°C)
Déperdition
de
la chaleur
Relâchement
musculaire
Evaporation &
limitation de
création de chaleur
Diminution de
température
R. Benchaouir
Sudation
Homéostasie
IFSI
REGULATION DE LA GLYCEMIE
GLYCEMIE = CONCENTRATION DE GLUCOSE DANS LE PLASMA SANGUIN
(0,8 à 1,10 g/L à jeun)
Rôles du foie : 3 voies
-La glycogénogenèse est une voie de synthèse du glycogène qui permet le
stockage du glucose dans le foie sous forme de glycogène.
- La glycogénolyse est une voie d'hydrolyse du glycogène qui libère le
glucose.
GLUCOSE
(C6H12O6)
FOIE
- La néoglucogenèse est une voie de synthèse du glucose à partir
d'éléments non glucosidique tel que l'oxaloacétate et surtout l'alphacetoglutarate.
Rôles du pancréas : 2 hormones clefs
- l’insuline : hormone hypoglycémiante, synthétisée par les cellules bêta
des îlots de Langherans.
-le glucagon : hormone hyperglycémiante, synthétisée par les cellules
alpha des îlots de Langherans.
R. Benchaouir
PANCREAS
Homéostasie
Hypoglycémie
Une diminution significative
de la concentration de
glucose dans le sang
s’accompagne d’une
activation des cellules alpha
des îlots de Langherans du
pancréas qui se mettent à
synthétiser du glucagon,
hormone hyperglycémiante,
qui va se fixer sur des
récepteurs situés sur la
membrane des cellules
hépatiques. Une voie de
signalisation cellulaire va
conduire à l’activation
d’enzymes responsables de
la dégradation du glycogène
stocké dans les cellules du
foie (réaction de
glycogénolyse). L’hydrolyse
du glycogène permet de
libérer du glucose dans la
circulation sanguine et de
rétablir des niveaux corrects
de glycémie.
R. Benchaouir
IFSI
REGULATION DE LA GLYCEMIE
Hyperglycémie
Une augmentation
significative de la
concentration de glucose
dans le sang s’accompagne
d’une activation des cellules
bêta des îlots de
Langherans du pancréas qui
se mettent à synthétiser de
l’insuline, hormone
hypoglycémiante, qui va se
fixer sur des récepteurs
situés sur la membrane des
cellules hépatiques et
musculaires. Une voie de
signalisation cellulaire va
conduire à l’activation
d’enzymes responsables de
la synthèse de glycogène à
partir du glucose libre
(réaction de
glycogénogenèse). Le
stockage du glucose sous
forme de glycogène permet
de diminuer sa
concentration sanguine et
de rétablir des niveaux
corrects de glycémie.
Homéostasie
IFSI
REGULATION DES HORMONES THYROIDIENNES
Glande thyroïdienne
Structure de la L-thyroxine (T4)
Structure de la L-triiodothyronine (T3)
Les 2 hormones thyroïdiennes sont synthétisées à partir d’iode et de l’acide aminé tyrosine.
R. Benchaouir
Homéostasie
IFSI
REGULATION DES HORMONES THYROIDIENNES
ROLES PRINCIPAUX DES T3 & T4
Développement et différenciation de presque toutes les cellules du corps
Métabolisme énergétique des protéines, lipides et glucides
CONTRÔLE PAR L’AXE HYPOTHALAMO-HYPOPHYSAIRE
La baisse des niveaux de T3 / T4 active des cellules de
l’hypothalamus qui sécrètent la TRH (ThyrotropinReleasing Hormone); la TRH stimule ensuite des
cellules de l’hypophyse qui sécrètent alors la TSH
((Thyroid Stimulating Hormone). La TSH réactive la
sécrétion des T3 / T4 par la thyroïde.
Remarque : seules les cellules thyroïdiennes
sécrétrices de T3 et T4 possèdent les récepteurs de
l’hormone hypophysaire TSH (Thyroid Stimulating
Hormone) dans tout l’organisme.
R. Benchaouir
Homéostasie
IFSI
REGULATION DU CALCIUM (CALCEMIE)
CALCEMIE = CONCENTRATION DE CALCIUM DANS LE PLASMA SANGUIN
(taux normal = 90 à 105 mg/l de plasma)
Principaux rôles du calcium dans l’organisme:
- contractilité musculaire (cœur et muscles squelettiques)
- minéralisation osseuse
- coagulation sanguine
- transmission de l’influx nerveux
HYPOCALCEMIE
HYPERCALCEMIE
(hypoparathyroïdie / déficit vitamine D)
(hyperparathyroïdie / cancers)
-Tétanie
- Ostéomalacie (décalcification osseuse = rachitisme)
R. Benchaouir
- Ostéoporose
Homéostasie
IFSI
REGULATION DU CALCIUM (CALCEMIE)
Dérégulations de la calcémie : Hypocalcémie & Hypercalcémie.
Dépôt de Ca2+
dans les os
Pas capture de Ca2+ Elimination de Ca2+
par les intestins
par les reins
Diminution des niveaux
de Ca2+
Ca2+
HOMEOSTASIE CALCIQUE
(niveau normaux de calcium)
Ca2+
Augmentation des niveaux
de Ca2+
Libération de Ca2+ Capture de Ca2+ Réabsorption de Ca2+
par les os
par les intestins
par les reins
R. Benchaouir
Homéostasie
IFSI
BIBLIOGRAPHIE
R. Benchaouir