REGULATION DU MILIEU INTERIEUR

REGULATION DU MILIEU
INTERIEUR
Concepts généraux
Milieu intérieur,
Homéostasie,
Communication hormonale,
Rétrocontrôle
Milieu intérieur
[Ca2+] = 1 nM
[Ca2+] = 1 µM
[Ca2+] = 1 mM
Selon le milieu la
diffusion du Ca2+ est
différente
=> Fonctionnement de
la cellule dépend donc
d’un milieu autour de la
cellule stable
Autres exemples
 Natrémie = 140 mOsm/L
 Kaliémie = 4.5 mOsm/L
 Hyponatrémie sévère
 HyperKaliémie (>
(<120 mOsm/L)
5mOsm/L)
 Plasma hypotonique et
 Dépolarisation des cellules
eau se déplace vers les
cellules
 Gonflement des tissus,
œdèmes,
 Conséquences cérébrales
graves (douleurs, coma)
 Augmentation de
l’excitabilité des cellules
nerveuses et cardiaques
 Risques d’arythmies
Régulation ?
Pour que le milieu
intérieur soit stable, il
faut que les apports et
les pertes se
compensent
=> Nécessité d’une
régulation
MILIEU INTERIEUR
APPORT VARIABLE
(ALIMENTATION)
[Ca2+] = 1 µM
[Ca2+] =
1 mM
PERTE
(CALCIURIE)
Communication ?
APPORT
(ALIMENTATION)
MILIEU INTERIEUR
[Ca2+] =
1 mM
[Ca2+] = 1 µM
Os joue rôle tampon,
Stockage/libération
Ca2+ par os nécessite
communication entre
organes
PERTE
(CALCIURIE)
OS (106 mg)
Rétrocontrôle ?
Ca2+ régule sa propre
libération ou son
stockage en
permettant libération
de 2 hormones : PTH
ou Calcitonine…
APPORT
(ALIMENTATION)
MILIEU INTERIEUR
[Ca2+] =
1 mM
PTH
[Ca2+] = 1 µM
CT PERTE
(CALCIURIE)
OS (106 mg)
Equilibre dynamique
Équilibre
dynamique
Équilibre
statique
E
H
H
S
H dépend de E et S dépend de H
Maintient de cet équilibre dynamique nécessite régulation des entrées et des sorties
Point d’appui
Apports équivalents aux pertes:
E=S
par une contre-réaction
Flotteur
E
H
S
Boucle de régulation
 Système associant un
système réglant à un
système réglé dans
lequel la variable
régulée est
continuellement
comparée à une valeur
appelée point de
consigne.
Retrocontrole, retroaction,
feedback
 Principe physiologique
qui désigne l’action de
régulation de l’activité
d’un organe par
l’organe dont il stimule
l’activité. La
rétroaction peut être
positive ou négative.
Milieu intérieur
Définition
 Ensemble des liquides
de l’organisme (à
l’extérieur des cellules)
 compartiment
interstitiel
 compartiment
plasmatique
 compartiment
lymphatique
Mesure des volumes corporels
 Mesure indirecte par
dilution d’une quantité
connue de marqueur
 Vol = quantité / [C]
Composition du LEC
 Légère différence liée à
présence de protéine
dans le plasma qui ne
traverse pas les parois
des capillaires…
Homéostasie
 Homéostasie = constance
du milieu intérieur (claude
Barnard : « La constance
du milieu intérieur est
la condition d’une vie
libre »
 Maintien des
caractéristiques physicochimiques du milieu
intérieur par le jeu des
rétroactions
Homeostat glucose =
glucostat
thermostat
Autres exemples
 Barostat = régulation de la PA
 Calcémie
 …
Régulation d’un paramètre
chimique : le pH

Les cellules doivent vivre dans
un liquide (plasma, lymphe) dont
le pH est stable.

le pH affecte la structure des
protéines. Une déviation du pH
par rapport à la normale peut
dénaturer
les
protéines
(notamment les enzymes) et
empêcher leur fonctionnement.

pH sanguin artériel : est de 7,4
(veineux = 7,35)
pH et neurones
 Le déficit de H+ dans le
LEC (alcalose) entraîne un
efflux de H+ qui est
compensé sur le plan
électrique par un influx de
K+. La  de [K+]e entraîne
une dépolarisation des
neurones 
hyperexcitabilité et
activité électrique
spontanée. Au niveau
musculaire : spasmes,
tétanies, convulsions,
mort par paralysie
respiratoire.
 A l’inverse, l’excès de
H+ dans le LEC
(acidose) entraîne un
influx de H+ qui est
compensé sur le plan
électrique par un efflux
de K+. L’ de [K+]e
entraîne une
hyperpolarisation des
neurones 
hypoexcitabilité et
dépression de l’activité
cérébrale (confusion,
désorientation puis
coma).
Modification du pH ?
 Alimentation
 Respiration
 Acide lactique du
muscle
 AGL
 Acide gastrique qui
peut être perdu par
vomissement
 Catabolisme Aa, des PL
 pH doit rester entre
7.45 et 7.35
 Chimiquement, un pH
de 7,2 est alcalin,
mais
physiologiquement
on est en acidose.
Mécanismes de régulation
 Mécanisme instantané : système tampon
chimique
 Mécanisme rapide : système tampon
pulmonaire
 Mécanisme lent : système tampon rénal
 Intervention de plusieurs organes dont le rôle
principal n’est pas la régulation du pH !
Tampons du plasma
5 gouttes HCl 0,1N
5 gouttes HCl 0,1N
eau du robinet, pH 6
plasma, pH 7,4
Le pH passe à 3 environ
Le pH reste à 7,4
Tampon…
 Un tampon est capable de
fixer des H+ quand ils sont
en excès en solution et de
libérer des H+ quand leur
concentration diminue en
solution. Il est en général
formé d’un acide faible et de
la base conjuguée de cet
acide : R-COOH/R-COO-+H+
 un tampon est d’autant plus
efficace :
qu’il est concentré (plus une
éponge est grosse…)
 que le pH de la solution est
proche du pKA du couple RCOOH / R-COO-.
pH
pKA

100%
COOH
R-
50% R-COOH
50% R-COO -
100%
COO -
R-
Tampon protéines
 les protéines sont abondantes dans le
plasma ( 70 g / l)
 mais la plupart des AA de ces protéines
ont un pKA très éloigné du pH
plasmatique
Tampon phosphates
 Les phosphates sont
très peu abondants
dans le plasma (2 à 3
mEq/l)  leur
contribution au
pouvoir tampon du
plasma est faible. Par
contre, ils jouent un
rôle très important
dans la régulation du
pH à l’intérieur des
cellules.
 L’acide phosphorique H3PO4
comporte 3 fonctions acides.
 H3PO4

H2PO4- +
H+

HPO42- +
H+

PO43-
H+
pK1 = 2
 H2PO4-
pK2 = 6,8
 HPO42-
pK3 = 11,5
+
Tampon bicarbonates
 Le pKA de ce système est de 6,1, ce qui
est assez éloigné du pH plasmatique
(7,4). Cependant HCO3- est abondant
dans le plasma (27 mM), ce qui le rend
important
Régulation respiratoire
 Hyperventilation :
élimination de plus de
CO2 = baisse [H+] =>
alcalose
volume ventilatoire
en % de la normale
400
300
 Rétention CO2 :
200
acidose
100
7,2
7,2
7,4
7,6
pH
 pH sanguin sous
contrôle des centres
respiratoires via
chémorecepteurs
centraux et
périphériques
capillaire cérébral
barrière hématoencéphalique
H+
 pCO2
CO2 + H2O  H + + HCO3LCR
chémorécepteur central
centre
inspiratoire
BULBE
Couleurs :
stimulus
récepteur
voie sensitive
 ventilation
centre intégrateur
réponse
Acidose
L’  du débit respiratoire réduit pCO2
Cas d’une acidose
CO2 + H2O
 H+
réserve de bicarbonate
H2CO3
H
+
HCO3-
Na+
HCO3-
production
de HCO3-
tampons
sécrétion de H+
NaHCO3
Alcalose
Cas d’une alcalose
La  du débit respiratoire
augmente pCO2
 H+
réserve de bicarbonate
tampons
production
de H +
sécrétion de HCO3-
Régulation rénale : réabsorption
HCO3-
Régulation rénale : sécrétion de H+
Régulation d’un paramètre
physique : la température
 Relation étroite entre
métabolisme et la
température :
 Vitesse réaction
enzymatique dépend de
la T°C
 Métabolisme provoque
une libération d’énergie
sous forme de chaleur
 Partie interne du corps
(=noyau) =>
température constante
 Température de
surface inférieur à la
température centrale
 Homéotherme =
température relativement
constante
 Problème : poisson des
profondeurs ont une T°
stable parce que milieu
stable = homéotherme ?
- Reptiles capables de
régulation en utilisant
source de chaleur du milieu
 Poikilotherme :
température interne suit
généralement de plus ou
moins près la température
externe => pas de
régulation ?
 mammifère qu’il laisse
fluctuer leur T°
(hibernation) :
pokilothermes ?
 Animaux à sang chaud
ou à sang froid
 Lézard ou araignée
dans le désert peuvent
avoir sang plus chaud
que homéothermes
 Ectothermes :
 Endothermes :
Production de chaleur
insuffisante : Animaux
faible métabolisme,
mauvaise isolation
la balance thermique
dépend de l’apport
extérieur de chaleur
Reptiles, Amphibiens,
Poissons
production de chaleur
suffisante (oiseaux et
mammifères) :
Animaux à
métabolisme élevé,
bonne isolation.
Balance thermique
dépend de l’énergie
interne
Oiseaux, mammifères
 Hétérothermes : production de chaleur
suffisante dans certains cas mais pas dans
d’autres (certains poissons à nage rapide,
grands reptiles)
PRODUCTION DE CHALEUR =
METABOLISME BASAL
- métabolisme lent = faible production de
chaleur (ectotherme)
- Métabolisme rapide = forte production de
chaleur (endotherme)
- Modification du métabolisme provoque
modification de cette production
Pertes de chaleur
- Conduction
- Convection
- Rayonnement
(radiation)
- Evaporation
Conduction
Flux de chaleur (Q) = kA (T2-T1)/l
A : aire ; l : distance, k : coeff. de conductivité ;
 Coefficient de
conductivité thermique
dépend du matériau
 Mauvais conducteur =
excellent isolant
convection
 Convection : mouvement de masse des fluides :
permet échange plus rapide en renouvellent l’air
en contact avec la surface qui perd de la chaleur
- convection libre (naturelle) : l’air chauffe se dilate
donc monte => déclenche des mouvements de
convection
- Convection forcée : provoquée par des forces
externes comme le vent, courants d’eau, …
RADIATION OU RAYONNEMENT
 Rayonnement : radiations
électromagnétiques émises
par tout objet dont la
température dépasse le 0
absolu
 Intensité et longueur d’onde
dépende de la T°C de l’objet
 Objet biologique émettent
principalement dans
l’infrarouge
EVAPORATION
 Évaporation de l’eau demande de l’énergie
 Chaleur de vaporisation (= chaleur pour faire évaporer un g
d’eau) est de 2430 J au niveau de la peau à 35°C
convection
rayonnement
vaporisation
conduction
THERMOREGULATION
 Quantité de chaleur produite par le métabolisme : H
 Quantité de chaleur perdue : Q
thermorégulation si
Q=H




Quantité de chaleur perdue par conduction :
Q = C (Tc-Ta)
C : conductance ; Tc : t°corporelle ; Ta : t°ambiante
Perte par évaporation : EH20
H = Q = C (Tc-Ta) + EH2O






agir sur la production (gain) de
chaleur (H) : mouvement, frisson,
thermogenèse sans frisson
agir sur la conductance (C) :
isolation (graisse, fourrure,
plume,…)
Agir sur la convection
(comportement)
Agir sur l’évaporation (EH2O) :
sudation, halètement, léchage
Vivre avec une température
corporelle plus basse (Tc) :
hibernation (si disponibilité
énergétique faible)
agir sur T° de l’environnement (Ta) :
migration, terrier,…

essentiellement comportementale
chez les ectothermes

Essentiellement métabolique chez
les endothermes
Cout énergétique de la
thermorégulation
thermogénèse
 Activité musculaire et
exercice physique
 Contraction involontaire
des muscles (frisson)
 Thermogenèse sans
frisson
Contraction volontaire et
invonlontaire
 Mouvement utilise
 Utilisation de la
énergie et libère de la
chaleur
 En cas d’activité
physique, hausse de la
T°C
 Libération de chaleur
proportionnelle au
métabolisme
contraction musculaire
pour libérer de la
chaleur
 Activation de muscle
antagoniste
Gain passif de chaleur
Régulation thermique
comportemntale
Modification de la
conductance
 Flux ce chaleur de l’animal vers l’environnement
 Conductance thermique se mesure en W/m2/°C
 Couche isolante pour limiter les pertes : fourrure
ou graisse sous cutanée
 Isolation est l’inverse de la conductance thermique
 La chaleur provient du noyau et arrive en
périphérie par le sang : régulation vasomotrice
modifie donc la conductance
Adaptation circulatoire
 Vasoconstriction et
modification locale du
débit sanguin cutanée
 Limite ou favorise les
pertes de chaleur du
sang vers l’extérieur
par conduction
Taille des oreilles et
latitudes
 Oreilles : lieu de perte
de chaleur importante :
rapport surface/volume
important = surface
d’échange
 Selon milieu, taille des
oreilles chez renard
adaptés
fourrure
Modification pelage durant
l’année
pilomotricité
 Augmente ou diminue
l’épaisseur de la couche
isolante
 Contraction des
muscles arrecteur du
poil
plumage
 Plume = même rôle
que poils en terme
d’isolation
 Modification de
l’épaisseur de la couche
isolante pour diminuer
les pertes de chaleur
Graisse sous cutanée
Isolation par la graisse
 Graisse sous cutanée
est un bon isolant
 Graisse est vascularisé
contrairement à
fourrure : régulation
précise de la
conductance en
fonction du milieu de
vie
Système à contre-courant
 Système échange à
contre courant limite
perte de chaleur
 Organisation
anatomique
particulière
 Pattes oiseaux,
nageoires et queues
des mammifères
marins
évaporation
 Si organisme placé à une Ta
= Tc => pas de conduction !!
 Autre mécanisme
d’évacuation de la chaleur
 => Élimination de la chaleur
produite par évaporation de
l’eau
 Évaporation à différentes
modalité :
 glands sudoripares
 Halètement
 léchage
sudation
 Sudation permet évacuation
efficace de la chaleur
lorsque la température
interne augmente au dessus
de 37°C chez l’homme
 Dépend de l’humidité
relative => plus efficace
lorsque l’humidité est faible
halètement
 Utilisation du système respiratoire pour évacuer de la chaleur
par évaporation = perte d’eau
 Rythme respiratoire peut fortement s’accéléré mais respiration
très superficielle : ventilation principalement de l’espace mort.
 Fin provisoire
HALETEMENT
Inspiration par le nez et expiration par la
bouche :
Expiration transporte l’air entrée par le nez
sans forcément aller dans les poumons
Évaporation importante au niveau de la
langue
Halètement présente inconvénient :
=> provoque perte excessive du CO2 => alcalose
Travail musculaire qui produit de la chaleur (limité par élasticité du système
respiratoire)
=> Différentes réponses selon la Ta
TORPEUR ET HIBERNATION
Grand froid entraîne hausse du métabolisme importante
Petits animaux présentent dès le départ métabolisme élevée : pas de hausse possible
Hibernation permet de diminuer Tc (ce qui va économiser les réserves énergétiques)
(durant l’hiver donc lié a baisse de T°)
Torpeur : même phénomène mais beaucoup plus court
Hibernation malgré réveil fréquent permet économie importante d’énergie
Réveil met en jeu une thermogenèse intense dans le tissus adipeux brun
RESUME
 Ajustement de la vitesse d’échange thermique (conduction)
 Isolation (poils, plumes, graisses,…)
 Adaptations du système cardiovasculaire:vasodilatation et vasoconstriction
( du débit sanguin &  du transfert de chaleur au milieu)
 Échangeur thermique à contre-courant : aide à retenir la chaleur au centre
du corps
Ex: oiseaux & mammifères marins
 Refroidissement par vaporisation
Perte d’eau à la surface de la peau & par la respiration
- halètement
- sudation
- léchage
- mais aussi comportement : Eléphant, …
 Réactions comportementales appropriés
Gérer la To corporelle en changeant de posture ou en se déplaçant.
•terrier, activité nocturne ou diurne
•Migration
•comportement sociaux
 Variation de la production métabolique de chaleur
Exclusivement chez les endothermes
•Activité musculaire
•Thermogenèse sans frissons
•Tissu adipeux bruns
Mammifères et Oiseaux
Par temps froid…
 Activités musculaires (ex: frissons)
Thermogenèse sans frisson
Isolation (poils,plumes,graisses)
Par temps chaud…
 Halètement
Ex: Oiseau avec sac vascularisé (plancher a/n cavité buccale)
• Glandes sudoripares
Amphibiens et Reptiles
 To gérée par comportement
Ex: Crocodile: Contrôle de la To corporelle par quantité de mucus
Ex: Python femelle qui  vitesse de son métabolisme en frissonnant (couvant
ses œufs)
En résumé…
 Ajustement de la vitesse d’échange
thermique.
(ex: isolation, adapt.syst.cardio,
échangeur contre-courant)
 Refroidissement par vaporisation.
 Réactions comportementales.
 Variation de la production
métabolique de chaleur
(endothermes seul. Ex: thermogenèse
sans frissons, activité musculaire, tissus
adipeux brun).
Mammifères
Poissons


Amphibiens et Reptiles

(Python)
Oiseaux    
THERMOSTAT DES MAMMIFERES =
HYPOTHALAMUS
Au niveau de la peau, du cerveau, des viscères : neurones et terminaisons nerveuses
sensibles à la température
Centres thermostatiques cérébraux : le + important dans l’hypothalamus
MODIFICATION DE LA VALEUR DE CONSIGNE :
LA FIEVRE
-déclenché par une substance : pyrétogène endogène (IL1)
-Sécrétée par leucocytes après phagocytose de microorganismes pathogènes
-Action sur l’hypothalamus et change la valeur de consigne
- organisme réagit comme si la température corporelle est trop basse : frisson,
thermogénèse sans frisson, pilomotricité, ….
Fièvre chez reptiles entraîne
modification de la thermorégulation
via modification du comportement
PROTEGER LE CERVEAU DES HAUSSES DE LA T°C
REGULATION A LONG TERME :
ROLE DES HORMONES THYROIDIENNES
T3 et T4 peuvent participer à la thermorégulation : elles augmentent le catabolisme et
donc la thermogenèse
Hypothalamus
R (effecteur) :
- hausse de la T3, T4 (à long terme)
- réponse comportementale
- activité métabolique
E (capteur)
-thermorécepteurs centraux
-Thermorécepteurs cutanés