de l`anatomie (1) a la physiologie - Neur-one

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DE L’ANATOMIE (1) A LA PHYSIOLOGIE (2) PUIS
L’HOMEOSTASIE (3)
L’ANATOMIE
L’HOMEOSTASIE
A gauche, la Leçon d'anatomie du docteur Tulp (ou La Leçon d'anatomie du docteur Nicolaes Tulp ou La Leçon d'anatomie du professeur Tulp) est une peinture à l'huile sur toile
de 169,5 × 216,5 cm réalisée par Rembrandt en 1632. Le tableau montre une leçon d'anatomie avec un groupe de chirurgiens auprès du professeur Nicolaes Tulp (1593-1674).
C'est le premier portrait de groupe peint par Rembrandt alors âgé de 26 ans. À Amsterdam, il y avait autrefois, au Waag, un théâtre d'anatomie où a été fait ce tableau. La leçon
d'anatomie eut lieu le 16 janvier 1632. La corporation des chirurgiens d'Amsterdam dont Tulp faisait partie n'autorisait par an qu'une dissection publique ; le corps qu'on utilisait
devait être celui d'un criminel exécuté. En l'occurrence il s'agit d'Aris Kindt (Adriaan Adriaanszoon), âgé de 41 ans. Le jour même il avait été pendu pour vol à main armée.
A droite, à la physiologie mais surtout à l’homéostasie est associé le nom de Claude Bernard. Claude Bernard (1889) par Léon Lhermitte. Cette toile de 1,80 m x 2,82 m est
exposée à l'Académie nationale de médecine. De gauche à droite : Nestor Gréhant, Victor Dumontpallier, Louis-Charles Malassez, Paul Bert, Arsène d'Arsonval, Claude Bernard,
Le Père Lesage, Albert Dastre.
L'ANATOMIE
L'anatomie est une branche de la biologie. Elle comprend l'anatomie humaine, l'anatomie animale et l'anatomie végétale.
L’anatomie (emprunté au bas latin anatomia « dissection », issu du grec ἀνατέμνω (ànatémno)', de ἀνά – ana, « en remontant », et τέμνω –
temnō, « couper ») est une discipline de la biologie qui dé crit la forme et la structure des organismes vivants et de leurs parties (organes,
tissus). On peut notamment distinguer l'anatomie animale (et en particulier l'anatomie humaine, très importante en médecine) et l'anatomie
végétale (qui est une branche de la botanique).
L'anatomie est un vaste domaine d'étude qui englobe de nombreuses spécialités, dont chacune pourrait faire l'objet d'un cours
complet (cf en médecine. Le développement de l'étude anatomique, pendant longtemps n'a pas été parallèle au développ ement médicochirurgical. Cette nécessité actuellement évidente, pour le médecin, le chirurgien ou l'imageur, ne s'est véritablement établ ie qu'au XIXe
siècle.).
L'anatomie macroscopique est l'étude des structures visibles à l'œil nu, comme le cœur, les p oumons et les reins par exemple. Le
terme anatomie s'applique surtout à l'anatomie macroscopique parce que cette discipline consiste à disséquer des animaux ou des organes
préparés afin de les examiner. On peut aborder l'anatomie macroscopique de diverses façons. Ainsi, en anatomie régionale, on examine
simultanément toutes les structures (muscles, os, vaisseaux sanguins, nerfs, etc.) d'une certaine région du corps, par exempl e l'abdomen ou
la jambe. En anatomie des systèmes, on étudie séparément l'anatomie macroscopique de chacun des systèmes de l'organisme : par exemple,
l'étude du système cardio-vasculaire comprendrait l'examen du cœur et des vaisseaux sanguins de tout le corps. En anatomie de surface on
se penche sur les structures internes en relation avec la surface de la peau.
L'anatomie microscopique s'intéresse aux structures trop petites pour être vues sans l'aide d'un microscope. Dans la plupart des
cas, on examine au microscope des coupes extrêmement minces de tissus qui ont été colorés et montées sur une lame. L'anatomie
microscopique comprend l'anatomie cellulaire, ou cytologie, c'est-à-dire l'étude des cellules, et l'histologie, c'est-à-dire l'étude des tissus.
L'anatomie du développement suit la transformation structurale de l'organisme de la conception à la
vieillesse. L'embryologie est une des branches de l'anatomie du développement et développement
prénatal.
Quelques divisions très spécialisées de l'anatomie sont surtout utiles pour la recherche scientifique et le diagnostic des ma ladies.
Par exemple, l'anatomie pathologique porte sur les altérations causées aux structures de l'organisme par la maladie, tant au niveau
microscopique qu'au niveau macroscopique. L'anatomie radiologique est l'étude des structures internes aux moyens de la radio logie ou des
techniques spécialisées d'imagerie médicale.
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LA PHYSIOLOGIE
Histoire de la physiologie
Platon & Aristote
Hippocrate
C’est "la connaissance de la nature”. Aristote a utilisé ce mot pour décrire le fonctionnement de tous les
organismes vivants. Il a cherché des corrélations entre la structure et la fonction des organes et il a la
conviction que chaque organe a une fonction unique.
Hippocrate est considéré comme le père de la médecine ; il a utilisé le mot physiologie pour signifier "le
pouvoir guérissant de la nature". La médecine hippocratique est fondée, de manière générale, sur
l'observation et le raisonnement. L'enseignement hippocratique tente de se donner un cadre théorique. Le
plus connu est celui de la théorie des humeurs dont le déséquilibre cause maladies physiques mais aussi
troubles psychiques.
Postulat : la santé résulte du mélange (crase) équilibré des fluides corporels que sont les humeurs, (eucrasie).
Toute maladie provient soit d'un déséquilibre des humeurs (surabondance ou manque excessif ; la dyscrasie),
soit lorsque l'une des humeurs s'isole et se met à fluer, causant une double douleur, à l'endroit qu'elle quitte et
à l'endroit où elle se fixe.
Ces humeurs sont le sang, de couleur rouge qui est produit par le cœur, la bile jaune qui provient du foie, le
phlegme, de couleur blanche, ou pituite, qui est produit par le cerveau, et la bile noire provenant de la rate.
C’est l’étude des fonctions des tissus, organes et systèmes d'organes chez les animaux multicellulaires.
C’est aussi étudier comment un être vivant s'adapte à son environnement et enfin comprendre les mécanismes
qui opèrent chez ces êtres vivants à tous les niveaux (du subcellulaire à l‘organisme entier).
Tout système a par définition un but :
Survivre assez longtemps pour reproduire.... toujours plus d’ADN !
Survivre : avoir accès à de l’énergie…Et ne pas se faire manger !
Se reproduire : exprimer des programmes inscrits
Niveaux d’approche en physiologie
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SPECIALITES DE LA PHYSIOLOGIE
La physiologie englobe de nombreux niveaux d’organisation, du moléculaire à celui d’une population
d’espèces.
Les groupes d’organes forment des systèmes physiologiques
LES SYSTEMES PHYSIOLOGIQUES
SYSTEMES PHYSIOLOGIQUES
Comme l'anatomie, la physiologie englobe plusieurs spécialités. Ainsi la physiologie rénale étudie le fonctionnement des rein s et
la production d'urine, la neurophysiologie explique celui du système nerveux et la p hysiologie cardio-vasculaire examine le
fonctionnement du cœur et des vaisseaux sanguins. Alors que l'anatomie donne une image statique du corps, la physiologie met en
évidence la nature dynamique de l'organisme.
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En physiologie, on s'intéresse souvent ce qui se passe au niveau cellulaire voire moléculaire parce que les capacités
fonctionnelles du corps dépendent du fonctionnement cellulaire, qu'il est lui-même déterminé par les réactions chimiques à l'intérieur des
cellules. Pour bien comprendre la physiologie, il faut connaître les principes de la physique parce que cette science permet d'expliquer les
courants électriques, la pression dans les vaisseaux sanguins et le mouvement produit par l'action des muscles sur les os. En fait, les
notions de physique sont indispensables pour comprendre le fonctionnement du système nerveux, la contraction musculaire, la digestion et
de nombreuses autres fonctions de l'organisme.
ORGANISATION GENERALE DES ETRES VIVANTS ; NIVEAUX D’ORGANISATION STRUCTURALE
Le corps humain comporte plusieurs niveaux de complexité (figures). Tout au bas de cette organisation hiérarchique, on trouve le
niveau chimique. À ce niveau, de minuscules particules de matière, les atomes, se combinent pour former des molécules comme l'eau, le
sucre et les protéines. À leur tour, ces molécules s'associent de manière bien spécifique pour former les organites, qui sont les é léments
fondamentaux de la cellule. Les cellules sont les plus petites unités des organismes vivants: étude au niveau cellulaire. Les cellules ont
des dimensions et des formes très variées qui reflètent la diversité de leurs fonctions dans l'organisme. Toutes les cellules ont certaines
fonctions en commun, mais seuls certains types de cellules peuvent former le cristallin, sécréter du mucus ou transmettre des influx
nerveux. Les organismes les plus simples ne sont constitués que d'une seule cellule, mais chez des organismes complexes comme les êtres
humains, le niveau tissulaire représente l'échelon suivant. Les tissus sont des groupes de cellules semblables qui remplissent une même
fonction. Il existe quatre grands types de tissus chez les humains : le tissu épithélial, le tissu musculaire, le tissu conjo nctif et le tissu
nerveux. Chaque type de tissu joue dans l'organisme un rôle particulier que nous expliquons en détail au chapitre 4. En résumé, le tissu
épithélial couvre la surface du corps et tapisse ses cavités internes ; le tissu musculaire produit le mouvement ; le tissu c onjonctif soutient
le corps et protège les organes ; le tissu nerveux permet des communications internes rapides par la transmission d'influx nerveux.
Un organe est une structure composée d'au moins deux types de tissus (on y retrouve très souvent les quatre grands types) qui
exerce une fonction précise dans l'organisme. Au niveau des organes, des processus physiologiques extrêmement complexes deviennent
possibles. Prenons l'exemple de l'estomac : il est tapissé d'un épithélium qui sécrète le suc gastrique ; sa paroi est essent iellement formée
de tissu musculaire dont le rôle est de pétrir et de mélanger le contenu gastrique (les aliments) ; cette paroi surtout musculaire et molle est
renforcée par du tissu conjonctif; ses fibres nerveuses accélèrent la digestion en stimulant la contraction des muscles et la sécrétion de suc
gastrique. Le foie, le cerveau, les vaisseaux sanguins, les muscles squelettiques, la peau sont aussi des organes même s'ils sont très
différents de l'estomac.
On peut se représenter chaque organe comme une structure fonctionnelle spécialisée qui exécute une activité essentiel le qu'aucun
autre organe ne peut accomplir à sa place. Le niveau d'organisation suivant est le niveau des systèmes, chaque système étant constitué
d'organes qui travaillent de concert pour accomplir une même fonction. Par exemple, les organes du système ca rdiovasculaire -notamment
le cœur et les vaisseaux sanguins- acheminent continuellement à toutes les cellules de l'organisme le sang oxygéné contenant des
nutriments et d'autres substances vitales. Les organes du système digestif (la bouche, l'œsophage, l' estomac, les intestins, etc.) dégradent
les aliments ingérés en nutriments qui peuvent passer dans le sang. Le système digestif permet l'élimination des résidus d'al iments
impossibles à digérer. Outre le système digestif, l'organisme comporte les systèmes tégumentaire, osseux, musculaire, nerveux,
endocrinien, respiratoire, lymphatique, urinaire et génital. On étudiera ultérieurement plus en détail chacun de ces 11 systè mes.
Niveaux d’organisation structurale.
Dans ce diagramme, les différents niveaux de complexité d'intégration du corps humain sont illustrés à l'aide du système digestif.
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Différents niveaux d’intégration structurale
Dans ce diagramme, les différents niveaux de complexité d'intégration du corps humain sont illustrés à l’aide du système cardiovasculaire.
Le dernier niveau d'organisation est celui de l'organisme, c'est-à-dire l'être humain vivant. Le niveau de l'organisme représente
l'ensemble de tous ces niveaux de complexité travaillant de concert pour assurer le maintien de la vie. To ut système vivant apparaît comme
le résultat de la conjonction de plusieurs niveaux d'intégration. Les éléments situés à ces différents niveaux ne fonctionnent pas isolément
les uns des autres. Il existe des systèmes de régulation devenant de plus en plus en plus complexes au fur et à mesure que l'on s'élève des
niveaux inférieurs vers les niveaux supérieurs. Le système nerveux et le système hormonal, par exemple, sont deux systèmes de
régulation spécialisés permettant de coordonner l'activité des différent s organes d'un individu afin de garantir un fonctionnement cohérent
de l'organisme et son adaptation optimale au milieu environnant.
Le niveau moléculaire (voir le tableau page suivante)
Comme toute matière, la matière vivante est constituée de substances fondamentales appelées éléments ou atomes. Il est
impossible de dégrader les éléments en substances plus simples au moyen de méthodes chimiques ordinaires . L'oxygène, le carbone, l'or,
l'argent, le cuivre et le fer sont des éléments bien connus. On connaît actuellement 92 éléments naturels. Quatre éléments, le carbone,
l'oxygène, l'hydrogène et l'azote, représentent environ 96% de notre masse corporelle. On en trouve 20 autres à l'état de traces dans notre
organisme. Le tableau 1 présente les éléments qui contribuent à la masse de notre corps.
Grâce aux liaisons chimiques qui les solidarisent, ces atomes s'organisent en molécules. Selon la nature et le nombre d'atomes qui
les constituent, on définit des molécules de nature et de taille différente. Bien que n'étant pas, elles -mêmes, de l'ordre du vivant, les
molécules caractéristiques des animaux et des végétaux sont des molécules particulières dites organiques. Ce sont le plus souvent de
grosses molécules appelées macromolécules. Elles ont la particularité de contenir peu d'atomes de types différents, mais ceux -ci sont
présents en très grand nombre. Les atomes les plus fréquemment rencontrés dans ces macromolécules sont les atomes de carbone (C),
d'oxygène (O), d'hydrogène (H) et d'azote (N). D'autres atomes, comme le phosphore (P), le soufre (S) et le fer (Fe), sont ég alement
présents dans certaines molécules organiques. Les atomes se combinent pour former des molécules comme l'eau, les gluci des, les protéines
et les lipides. À leur tour, ces molécules s'associent de manière bien spécifique pour former les organites, qui sont les élé ments
fondamentaux de la cellule.
Le niveau cellulaire
Les molécules organiques s'organisent en une structure plus complexe appelée cellule, unité structurale et fonctionnelle de tout
être vivant et au sein de laquelle se déroulent les fonctions physiologiques de la vie. Bien qu'il existe de très nombreux ty pes cellulaires
morphologiquement et physiologiquement selon leur spécialisation, elles sont toujours organisées sur le même plan structural. Elles sont
limitées par une membrane et renferment un milieu fluide ou cytoplasme dans lequel se trouvent des organites. Ces organites sont de
petits éléments ayant chacun une fonction déterminée.
Certaines cellules peuvent vivre de façon isolée ce sont les organismes unicellulaires, comme les amibes, les paramécies ou
encore les bactéries. Les organismes complexes ou pluricellulaires sont formés par l'association de nombreuses cellules. On parle ainsi
pour les premiers de Protozoaires et pour les seconds de Métazoaires. Toutes les cellules ont certaines fonctions en commun, mais seuls
certains types de cellules peuvent sécréter le mucus, former le cristallin ou transmettre des influx nerveux.
Le niveau tissulaire
Chez les organismes pluricellulaires, les cellules ayant une même spécialisation fonctionnelle s'organisent, le plus souvent, en
tissus. Un tissu est un ensemble de cellules dont la structure et la fonction sont semblables comme par exemple les tissus osseux, nerveux,
musculaire etc… Il existe quatre grands types de tissus chez les humains le tissu épithélial, le tissu musculaire, le tissu c onjonctif et le tissu
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nerveux. Chaque type de tissu joue dans l'organisme un rôle particulier. En résumé, le tissu épithélial couvre la surface du corps et tapisse
ses cavités internes; le tissu musculaire produit le mouvement; le tissu conjonctif soutient le corps et protège les organes; le tissu nerveux
permet des communications internes rapides par la transmission d'influx nerveux.
Le niveau moléculaire
Le niveau des organes, des appareils, des systèmes
Chez tous les êtres pluricellulaires, les tissus sont agencés de manière à former des organes. Les organes sont co nstitués de
différents tissus et peuvent être eux-mêmes regroupés en « systèmes » ou «appareils» qui ont une fonction physiologique déterminée. Un
organe est une structure composée d'au moins deux types de tissus (on y retrouve très souvent les quatre gran ds types) qui exerce une
fonction précise dans l'organisme. Au niveau des organes, des processus physiologiques extrêmement complexes deviennent possi bles. Par
exemple, le cerveau et la moelle épinière formés par le tissu nerveux, composé de cellules nerveuses (neurones) et de cellules gliales,
assurent une double fonction de communication entre les différents organes du corps et entre cet organisme et le milieu envir onnant.
Prenons l'exemple de l'estomac: il est tapissé d'un épithélium qui sécrète le suc gastrique; sa paroi est essentiellement formée de tissu
musculaire dont le rôle est de pétrir et de mélanger le contenu gastrique (les aliments); cette paroi surtout musculaire et m olle est renforcée
par du tissu conjonctif; ses fibres nerveuses accélèrent la digestion en stimulant la contraction des muscles et la sécrétion de suc gastrique.
Le foie, le cerveau, les vaisseaux sanguins, les muscles squelettiques, la peau sont aussi des organes même s'ils sont très d ifférents de
l'estomac, On peut se représenter chaque organe comme une structure fonctionnelle spécialisée qui exécute une activité essentielle
qu'aucun autre organe ne peut accomplir à sa place.
Le niveau d'organisation suivant est le niveau des systèmes, chaque système étant constitué d'organes q ui travaillent de concert
pour accomplir une même fonction. Par exemple, les organes du système cardio-vasculaire -notamment le coeur et les vaisseaux sanguinsacheminent continuellement à toutes les cellules de l'organisme le sang oxygéné contenant des nutriments et d'autres substances vitales.
Les organes du système digestif dégradent les aliments ingérés en nutriments qui peuvent passer dans le sang. Le système dige stif permet
l’élimination des résidus d’aliments impossibles à digérer. Outre le système cardiovasculaires et le système digestif, l’organisme comporte
les systèmes tégumentaires, osseux, musculaire, nerveux endocrinien, respiratoire, lymphatique, urinaire et génital.
Le niveau individuel, de l'organisme
Le dernier niveau d’organisation est celui de l’organisme, c’est à dire l’être humain vivant. Le niveau de l’organisme représente
l’ensemble de tous ces niveaux de complexité travaillant de concert pour assure le maintien de la vie. La psychophysiologie u tilise le plus
souvent plusieurs niveaux d’analyse biologique pour expliquer un comportement. Ce qui est traité à un niveau donné présente une structure
et une organisation plus simple que ce qui est traité à un niveau supérieur. La figure 1.3 montre comment on peut analyser le cerveau en
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unités de moins en moins complexes jusqu’aux niveaux des cellules nerveuses isolées et de leurs constituants moléculaires qui son t encore
plus simples. L’explication scientifique implique généralement l’analyse d’un processus à un niveau d’organisation plus si mple ou plus
fondamental que celui de la structure ou de la fonction à expliquer. Cette approche est connue sous le nom de réductionnisme. En principe,
il est possible de réduire chaque série explicative jusqu’au niveau moléculaire ou atomique bien que pou r des raisons pratiques, cela se fait
rarement. Par exemple un chimiste organicien ou un neurochimiste étudient les grosses molécules complexes ainsi que les lois qui les
régissent ; mais ils recherchent rarement des explications en termes atomiques. Naturellement, dans tous les domaines, on traite les
différents problèmes à différents niveaux d’analyse ; certains chercheurs effectuent souvent simultanément un travail fructue ux à plusieurs
niveaux. Ainsi dans leur recherche sur la perception visuelle, les p sychologues font une description analytique du comportement. Ils
tentent de décrire la façon dont les yeux bougent lorsque le sujet regarde une cible visuelle, ou comment le contraste entre les différentes
parties du modèle visuel détermine sa visibilité. Pendant ce temps, des scientifiques spécialisés en neuroscience soit esquissent les
structures et les réseaux du cerveau impliqués dans différentes sortes de discrimination visuelle, soit tentent de comprendre les événements
électriques et chimiques qui ont lieu au niveau des synapses cérébrales lors d’une perception visuelle.
MAINTIEN DE LA VIE: FONCTIONS VITALES
Après la description de ces niveaux d'organisation structurale du corps humain, il nous faut maintenant essayer de comprendre le
fonctionnement de cet organisme si bien structuré. Comme tous les animaux complexes, les êtres humains doivent maintenir leurs limites,
bouger, réagir aux changements de leur environnement, ingérer et digérer des aliments, avoir une activité métabolique, éliminer des
déchets, se reproduire et croître. Il est important de bien comprendre que l'état multicellulaire et la distribution des foncti ons vitales entre
plusieurs (11) systèmes différents entraînent une interdépendance de toutes les cellules du corps. Aucun des syst èmes ne travaille de façon
totalement indépendante; ils collaborent tous au bien-être de l'organisme entier. Quels sont les systèmes qui contribuent le plus à chacun
des processus fonctionnels (figure) ?
Maintien des limites
Tout organisme vivant doit pouvoir maintenir des limites entre son environnement (milieu externe) et son milieu interne
(l'intérieur de l'organisme). Chez les organismes unicellulaires, cette limite est constituée d'une membrane qui forme une en veloppe et
laisse entrer les substances utiles tout en empêchant le passage des substances inutiles ou nuisibles. De la même façon, toutes les cellules
de l'organisme humain sont délimitées par une membrane à perméabilité sélective. De plus, l'ensemble de notre corps est recou vert et
protégé par le système tégumentaire (peau) qui prévient le dessèchement des organes internes (ce qui serait fatal) tout en les protégeant
contre les bactéries et les effets nocifs de la chaleur, des rayons du soleil ainsi que des innombrables substances chimiques présentes dans
l'environnement.
Mouvement
Par mouvement, on entend toutes les activités permises par le système musculaire comme le déplacement au moyen de la
marche, de la course ou de la nage, et les manipulations d'objets dans l'environnement grâce à l'ag ilité de nos doigts. Le système osseux
constitue la charpente sur laquelle les muscles peuvent agir. La circulation du sang dans le système cardiovasculaire, le dép lacement des
aliments dans le système digestif et l'écoulement de l'urine dans le système urinaire sont également des mouvements. Au niveau cellulaire,
la capacité des cellules musculaires de se raccourcir est appelée contractilité.
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Exemples montrant l'interdépendance des systèmes de l'organisme.
Le système tégumentaire protège l'ensemble de l'organisme contre l'environnement. Le système digestif et le système respiratoire communiquent avec l'environnement et apportent
respectivement les nutriments et l'oxygène au sang qui les distribue ensuite à toutes les cellules. Les déchets métaboliques sont éliminés de l'organisme par le système urinaire et
le système respiratoire.
Excitabilité
L'excitabilité est la faculté de percevoir les changements (stimulus) de l'environnement et d'y réagir de manière adéquate. Par
exemple, si on se blesse la main sur un éclat de verre, on a aussitôt un réflexe de retrait, c'est -à-dire qu'on éloigne involontairement la main
du stimulus douloureux (l'éclat de verre). Il n'est même pas nécessaire d'y penser, le geste est automatique. Un phénomène si milaire se
produit quand la concentration de gaz carbonique dans le sang s'élève jusqu'à atteindre un niveau dangereux: des chimi orécepteurs
interviennent alors en envoyant des messages aux centres de l'encéphale régissant la respiration, et le rythme respiratoire s 'accélère.
Comme les cellules nerveuses sont extrêmement excitables et communiquent rapidement entre elles au moyen d' influx nerveux,
le système nerveux joue un rôle déterminant dans l'excitabilité. Cependant, toutes les cellules de l'organisme sont excitable s dans une
certaine mesure.
Digestion
La digestion est le processus de dégradation des aliments en molécules simples qui peuvent passer dans le sang. Le sang chargé
de nutriments est ensuite acheminé à toutes les cellules de l'organisme par le système cardiovasculaire. Dans un organisme un icellulaire
comme l'amibe, c'est la cellule elle-même qui constitue l'«usine de digestion » ; mais dans un organisme multicellulaire comme le corps
humain, c'est le système digestif qui remplit cette fonction pour l'ensemble de l'organisme.
Métabolisme
Le terme métabolisme («changement d'état») englobe toutes les réactions chimiques qui se produisent à l'intérieur des cellules.
Plus précisément, le métabolisme comprend la dégradation de certaines substances en leurs unités constitutives, la synthèse d e structures
cellulaires plus complexes à partir de matériaux simples et la production, à partir des nutriments et de l'oxygène (par la respiration
cellulaire), des molécules d'ATP qui fournissent l'énergie nécessaire à l'activité cellulaire. Le métabolisme dépend des syst èmes digestif et
respiratoire qui font passer les nutriments et l'oxygène dans le sang, ainsi que du système cardiovasculaire qui distribue à l'ensemble de
l'organisme ces substances indispensables. La régulation du métabolisme se fait principalement par l'intermédiaire des hormon es sécrétées
par les glandes du système endocrinien.
Excrétion
L'excrétion est l'élimination des excréta, ou déchets de l'organisme. Pour fonctionner correctement, le corps doit se débarra sser
des substances inutiles, comme les résidus de la digestion, ou même potentiellement toxiques, comme des sous-produits du métabolisme.
La fonction d'excrétion est accomplie par plusieurs systèmes. Par exemple, les résidus de nourriture impossibles à digérer so nt rejetés par
le système digestif sous forme de selles, et le système urinaire élimine dans l'urin e les déchets métaboliques azotés comme l'urée et l'acide
urique. Le gaz carbonique, un sous-produit de la respiration cellulaire, est transporté par le sang jusqu'aux poumons et expulsé avec l'air
expiré.
Reproduction
La reproduction s'effectue au niveau cellulaire et au niveau de l'organisme. La reproduction des cellules se fait par division
cellulaire (mitose), une cellule originale produisant deux cellules filles identiques pour assurer la croissance ou la guéris on d'une lésion. La
reproduction de l'organisme humain, c'est-à-dire la génération d'un nouvel être humain, est la principale fonction du système génital.
Lorsqu'un spermatozoïde s'unit à un ovule, l'ovule ainsi fécondé se développe à l'intérieur de l'organisme maternel jusqu'à l a naissance d'un
bébé. Le système génital est directement responsable de la reproduction, mais son fonctionnement est réglé de façon très fine par les
hormones du système endocrinien.
Comme les hommes produisent des spermatozoïdes et les femmes des ovules, le processus de reproduction donne lieu à une «
division du travail » et les organes génitaux de chaque sexe sont très différents. En outre, le site de la fécondation des ov ules par les
spermatozoïdes se trouve dans les structures reproductrices de la femme, où le foet us en cours de développement est protégé et nourri
jusqu'à sa naissance.
Croissance
La croissance est l'augmentation de volume d'une partie du corps ou de l'organisme entier, habituellement par la multiplicati on
des cellules. Notons toutefois que les cellules grossissent aussi lorsqu'elles ne sont pas en train de se diviser. Pour qu'une véritable
croissance se produise, il faut que les activités anaboliques (de synthèse) se fassent à un rythme plus rapide que les activi tés cataboliques
(de dégradation).
Besoins vitaux
Tous les systèmes de l'organisme travaillent d'une façon ou d'une autre au maintien de la vie. Cependant, la vie est
extraordinairement fragile et plusieurs facteurs lui sont nécessaires; c'est ce que nous appelons les besoins vitaux, soit l es nutriments,
l'oxygène, l'eau ainsi qu'une température et une pression atmosphérique adéquates.
Les nutriments proviennent de l'alimentation et contiennent les substances chimiques qui servent à produire de l'énergie ou à
construire des cellules. La plupart des aliments d'origine végétale sont riches en glucides, en vitamines et en minéraux, alors que la plupart
des aliments d'origine animale sont riches en protéines et en lipides. Les glucides sont la principale source d'énergie des c ellules. Les
protéines et, dans une moindre mesure, les lipides sont essentiels à l'élaboration des structures de la cellule. Les lipides protèg ent
également les organes, forment des couches isolantes et constituent une réserve d'énergie. Plusieurs vitamines et minéraux so nt
indispensables aux réactions chimiques qui se produisent à l'intérieur des cellules et au transport de l'oxygène dans le sang . Ainsi le
calcium, un minéral, confère aux os leur dureté; il joue également un rôle essentiel dans la coagulation du sang. Tous les nutriments du
monde seraient inutiles sans oxygène puisque seules des réactions oxydatives, impossibles sans oxygène, permettent de tirer d e l'énergie
des nutriments. Les cellules ne peuvent survivre que quelques minutes sans oxygène. Ce gaz représente 20 % de l'air que nous respirons. Il
pénètre dans le sang et atteint les cellules grâce au travail conjoint du système respiratoire et du système cardiovasculaire .
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L'eau compte pour 60 à 80 % de la masse corporelle; c'est la substance chimique la plus ab ondante de l'organisme. Elle constitue
à la fois le milieu liquide nécessaire aux réactions chimiques et la substance de base des sécrétions et excrétions. L'organi sme tire l'eau des
aliments et des liquides ingérés et il la perd par évaporation au niveau des poumons et de la peau ainsi que par les excrétions.
Les réactions chimiques ne peuvent se produire à un rythme suffisant pour maintenir l'organisme en vie que si la température
corporelle est normale. Tout abaissement de la température au-dessous de 37 °C entraîne un ralentissement progressif des réactions
métaboliques puis, finalement, leur arrêt. Si la température est excessive, les réactions chimiques deviennent si rapides que les protéines de
l'organisme perdent leur forme caractéristique et cessent d'être fonctionnelles. Les deux extrêmes de température sont mortels. La majeure
partie de la chaleur du corps est produite par le système musculaire.
La force exercée par l'air sur la surface du corps est appelée pression atmosphérique. La respiration et les échanges gazeux dans
les poumons dépendent de la pression atmosphérique. En altitude, là où l'air est peu dense et la pression atmosphérique faibl e, l'apport en
oxygène est parfois insuffisant pour que le métabolisme cellulaire puisse se maintenir.
Pour assurer la survie, non seulement les facteurs décrits ci-dessus doivent-ils exister, mais ils doivent être présents en quantité
appropriée; les excès peuvent être tout aussi néfastes que les insuffisances. Ainsi l'oxygène est essentiel, mais en conce ntrations élevées il
peut s'avérer toxique pour les cellules. De même, nous devons consommer des aliments de bonne qualité et en quantité adéquate afin
d'éviter les troubles nutritionnels, l'obésité ou l'inanition. Ajoutons que les facteurs énumérés ici so nt capitaux, mais qu'ils sont loin de
représenter l'ensemble des facteurs qui contribuent à une bonne qualité de vie. Par exemple, si nécessaire, nous pouvons vivr e en l'absence
de gravité, mais notre qualité de vie s'en ressent.
PRINCIPAUX SYSTEMES DE L'ORGANISME HUMAIN
Le système tégumentaire (figure)
Composants: La peau et les structures qui en dérivent comme les cheveux et les poils,
les ongles ainsi que les glandes sudoripares (sueur) et sébacées (sébum).
Fonction: Contribue à la régulation de la température du corps, protège le corps,
participe à l'élimination des déchets, contribue à la production de vitamine D et reçoit
directement certains stimuli comme la température, la pression et la température.
Le système squelettique (figure 6)
Composants: tous les os du corps et les cartilages qui leur sont associés, toutes les
articulations.
Fonction: Supporte et protège le corps, permet les mouvements du corps. Par ailleurs,
dans la moëlle osseuse sont hébergées les cellules à l'origine des cellules sanguines. Enfin les
os stockent des minéraux.
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Le système musculaire (Figure)
Composants: Les muscles striés squelettiques auxquels on associe d'autres
muscles comme le muscle cardiaque et les muscles lisses.
Fonction: Les muscles striés squelettiques sont le support de l'exécution des
mouvements, permettent le maintien de la posture et produisent de la chaleur.
Le système nerveux (Figure)
Composant: Le cerveau, la moelle épinière, les nerfs auxquels sont associés des
organes des sens spéciaux tels que ceux de l'audition (la cochlée) et de la vision (rétine).
Fonction: Régule les différentes activités du corps grâce aux influx nerveux (PA)
générés dans les récepteurs en détectant les changements dans l'environnement interne et
externe, en interprétant ces changements (perception), en les intégrant pour élaborer une
réponse adaptative à ces changements, en déclenchant une contraction musculaire et des
sécrétions glandulaires.
Le système lymphatique et immunitaire (figure)
Composants: Vaisseaux lymphatiques et la lymphe qui y circule, les organes
contenant du tissu lymphoïde (à l'origine des lymphocytes) comme la rate, le thymus, les
ganglions lymphatiques et les amygdales.
Fonction: Achemine en les réincorporant dans le système cardiovasculaire, sous la
forme de plasma, le liquide interstitiel et la lymphe ainsi que les protéines qu'ils contiennent.
Transporte les graisses du tractus gastro-intestinal au système cardiovasculaire. Filtre les
fluides corporels et contribue à la production de certains globules blancs. Favorise la
protection contre la maladie en produisant des protéines appelées anticorps.
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Le système respiratoire (Figure)
Composants: Les poumons et les voies aériennes associées soit à l'intérieur des
poumons (bronches, bronchioles, alvéoles pulmonaires), soit à l'extérieur des poumons (trachée
artère, larynx, pharynx, bouche.
Fonction: Fournit l'oxygène au sang qui le transporte jusqu'aux cellules et élimine les
déchets de l'environnement cellulaire, aide à réguler l'équilibre acido-basique. Permet la
production de vibrations vocales (phonation).
Le système cardiovasculaire (Figure)
Composants: Le cœur, les vaisseaux sanguins et le sang qui y circule.
Fonction: Distribue l'oxygène et les nutriments aux cellules, enlève le dioxyde de
carbone et les déchets de l'environnement des cellules, aide à maintenir l'équilibre acidobasique, aide à la protection contre les maladies en transportant les éléments de défense
immunitaire et contribue à la régulation de la température du corps (sang circulant = vecteur
de température). Par ailleurs, il empêche les hémorragies en déclenchant la formation des
caillots.
Le système digestif (Figure)
Composants: Un long tube appelé tractus gastro-intestinal auquel sont associées des
glandes digestives comme les glandes salivaires, le foie et la vésicule biliaire, le pancréas.
Fonction: Transforme physiquement par broyage puis chimiquement les aliments en
nutriments assimilables par les cellules. Elimine les déchets solides.
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Le système excréteur (Figure)
Composants: Les reins, les uretères, la vessie, l'urètre, ensemble d'organes qui
produisent, stockent, et éliminent l'urine.
Fonction: Régule le volume et la composition chimique du sang, élimine les
déchets, régule l'équilibre volumique et électrolytique des compartiments liquidiens.
Le système reproducteur (Figure)
Composants: Organes qui produisent les
spermatozoïdes (testicules) et les ovules (ovaires);
les trompes de Falope et les cornes utérines chez la
femme, l'épididyme, le vas deferens et le pénis chez
l'homme.
Fonction:
l'organisme.
Assure
la
reproduction
de
Le système endocrine (Figure)
Composants: Toutes les glandes et les cellules produisant des hormones (cf. définition
d'une hormone). Il existe de nombreuses glandes endocrines comme l'hypophyse, la glande
thyroïde et le pancréas par exemple.
Fonction: Régule par les hormones circulant les différentes activités du corps. A noter
que les hormones sont transportées par le sang et vont agir sur des cellules cibles souvent
éloignées du point d'émission de ces hormones.
C’est l’étude des fonctions des tissus, organes et systèmes d’organes dans les animaux multicellulaires.
C’est aussi étudier comment un être vivant s'adapte à son environnement et enfin comprendre les mécanismes
qui opèrent chez ces êtres vivants à tous les niveaux (du subcellulaire à l‘organisme entier).
Survivre : avoir accès à de l’énergie…Et ne pas se faire manger
Reproduire : exprimer des programmes inscrits
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Le milieu intérieur : il baigne toutes les cellules de l'organisme. Il leur permet d'être potentiellement en
relation les unes avec les autres. Le support physiologique du milieu intérieur est constitué par les trois
compartiments :
Plasmatique
Interstitiel
Lymphatique
Le maintien de la constance du milieu intérieur : celle d'homéostasie : Les paramètres du milieu intérieur sont
maintenus constants dans l'organisme, malgré les modifications induites par l'environnement extérieur ou
l'activité de l'organisme. Cette stabilité est permise par des mécanismes régulateurs. Ainsi, les paramètres du
milieu intérieur ne varient que dans d'étroites limites.
1. Le milieu intérieur : Il est constitué par trois compartiments :
• Plasmatique
• Interstitiel
• lymphatique
2. Le maintien de la constance du milieu intérieur : celle d'homéostasie : Les paramètres du milieu intérieur
sont maintenus constants dans l'organisme par des mécanismes régulateurs.
De grandes fluctuations dans l’environnement sont traduites par de petites fluctuations du milieu intérieur
NOTION DE MILIEU INTERIEUR
Claude Bernard (1813-1879)
Le corps vivant, bien qu'il ait besoin de l'environnement, est quand même relativement indépendant de celui-ci.
Les tissus sont protégés des influences externes directes par un environnement intérieur véritable qui est constitué par les liquides circulant dans le corps.
« C'est la stabilité de l'environnement intérieur qui est la condition de la vie libre et indépendante »
Chez les métazoaires, la plupart des cellules sont trop profondes pour échanger directement avec l’environnement.
Les échanges se font grâce à un liquide intermédiaire : le milieu intérieur.
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Milieu intérieur = plasma + lymphe
1. Les cellules ne peuvent vivre en l’absence d’eau. Le Ml permet à toutes les cellules de baigner dans un
milieu liquide, même si l’organisme vit hors de l’eau. L’existence du Ml a permis aux animaux de conquérir
le milieu terrestre au cours de f évolution.
2. Grâce au Ml, les organismes sont moins sensibles aux variations de l’environnement, car cette « mer
interne » s’interpose entre les cellules et l’environnement hostile. Les cellules subissent les « tempêtes de
l’environnement » de manière atténuée.
3. S’il n’est pas possible pour un animal vivant dans une mer ou un lac de changer son environnement
(volume trop grand), il peut réguler très précisément les caractéristiques de son Ml ; cela permet aux cellules
de vivre dans un milieu stabilisé (notion d’homéostasie).
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D'après la théorie évolutionniste de Darwin, les êtres pluricellulaires actuels ont pour ancêtre les premières cellules vivantes qui, à l'aube des origines de la vie, investissaient le
milieu aquatique (marin ?...et lacustre ?...), leur milieu ambiant (extérieur). De là, le monde vivant se serait progressivement scindé en deux règnes, le règne végétal et le règne
animal. Dans ce dernier, on considère classiquement les animaux comme ayant évolué à partir d'ancêtres unicellulaires marins vers des métazoaires de plus en plus complexes
ayant envahi les différents milieux aquatiques et terrestres.
Les organismes unicellulaires prélèvent directement dans leur environnement (océan, lac, mare...) les substances dont ils ont besoin et y rejettent leurs déchets.
Dans ce cas, deux milieux seulement sont à considérer : l'environnement aqueux et le milieu intracellulaire.
Chez les métazoaires, l'organisme est constitué de milliards de cellules. La plupart de ces cellules sont trop profondes pour échanger directement avec l'environnement. Les
échanges se font grâce à un liquide intermédiaire : le milieu intérieur.
Attention : le milieu intérieur n’est pas le milieu intracellulaire, mais le milieu extracellulaire. C’est une sorte de " mer interne " baignant l'ensemble des cellules.
Le concept fondamental de milieu intérieur a été établi par Claude Bernard, l'un des pères de la physiologie et de la méthode expérimentale en biologie ( "pourquoi penser quand
vous pouvez expérimenter ? Epuisez donc l'expérimentation et pensez ensuite ! " ).
Depuis Claude Bernard, on considère l‘homme comme " un aquarium ambulant, empli d'une mer intérieure, dans lequel vivent les cellules" (précis de physiologie humaine. Bail ¡et
et Nortier, p. 196 ).
Organisation générale des systèmes liquidiens chez les métazoaires.
Le milieu intérieur comprend, selon les auteurs, le milieu tissulaire (liquide extracellulaire séparé du liquide intracellulaire par la membrane cellulaire) et les milieux extratissulaires
(liquides dits circulants comme le sang et la lymphe, le liquide interstitiel, le liquide coelomique, le liquide céphalo-rachidien et la synovie). Tous ces milieux sont des solutions
aqueuses de solutés dont les-uns sont solubles (ions sodium, potassium, chlorure...) et les autres insolubles. Dans tous les cas, des échanges d'eau et de solutés entre le milieu
intracellulaire et le milieu extracellulaire sont le garant de la vie cellulaire et, chez les métazoaires, de ia vie de l'organisme.
C'est par le travail coordonné des cellules que l'homéostasie est possible. Les deux systèmes régulateurs essentiels de l'org anisme,
grâce auxquels se fait la coordination de réponses vitales, sont le syst ème nerveux et le système endocrine. La communication nerveuse est
le fait des cellules nerveuses, les neurones, dont la spécialité est la production de signaux électriques rapides et la sécré tion de
neurotransmetteurs, qui sont des messagers chimiques â court rayon d'action agissant sur des cellules-cibles proches. Le système nerveux
contrôle la plupart des activités musculaires ou sécrétoires rapides de l'organisme. La communication hormonale est le fait d es hormones
qui sont des messagers chimiques à long rayon d'action sécrétés dans le sang par des glandes endocrines. Les hormones sont transportées
par le sang grâce â quoi elles atteignent leurs cellules-cibles distantes dont elles contrôlent des fonctions durables plutôt que brèves comme
l'activité métabolique, l'équilibre hydro-électrolytique et la croissance.
La communication est cruciale pour la survie de la société des cellules qui constituent l'organisme. La capacité des cellules à
communiquer entre elles est essentielle pour qu’elles agissent de façon coordonnée en vue du maintien de l'homéostasie aussi bien que
pour la croissance et le développement harmonieux de l’organisme. Ce chapitre est consacré à l'étude des moyens moléculaires et
cellulaires par lesquels les deux systèmes régulateurs de l’organisme — les systèmes nerveux et endocrine — communiquent avec les
cellules, tissus, organes et systèmes dont ils contrôlent l’activité. Nous commencerons par la communication dans le système nerveux puis
nous nous intéresserons à la communication dans le système endocrine avant de conclure par la comparaison du mode d'action de ces deux
systèmes.
Les différents compartiments extracellulaires (milieu intérieur)
For the body's cells to survive, the composition of the surrounding fluids must be precisely maintained at all times. Fluid outside body cells is called extracellular fluid (ECS) and is
found in two principal places. The ECF filling the narrow spaces between cells of tissues is called interstitial fluid, intercellular fluid, or tissue fluid. The ECF in blood vessels is
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termed plasma. Fluid within cells is called intracellular fluid (ICF). Plasma circulates from arteries to arterioles to microscopic vessels called blood capillaries. Certain components of
plasma leave the blood through capillaries and the fluid circulates in the spaces between body cells. Here it is called interstitial fluid. Most of this fluid is returned to capillaries as
plasma and passes into venules and veins. Some of the interstitial fluid passes into microscopic lymphatic vessels called lymph capillaries. Here the fluid is called lymph. Eventually,
the lymph is returned to blood. Since interstitial fluid surrounds all body cells, it is often called the body's internal environment. Among the substances dissolved in the water of ECF
and ICF are gases, nutrients, and electrically charged chemical particles called ions, such as sodium ions (No*) and chloride ions (Ct), all needed to maintain life. An organism is
said to be in homeostasis when its internal environment (1) contains the optimum concentration of gases, nutrients, ions, and water; (2) has an optimal temperature; and (3) has an
optimal volume for the health of the cells. When homeostasis is disturbed, illness may result. If the body fluids are not eventually brought back into homeostasis, death may occur."
Lymphe = lymphe interstitielle + lymphe canalisée. La lymphe interstitielle se forme par ultrafiltration du plasma à travers la paroi des capillaires sanguins (endothélium). Les
vaisseaux lymphatiques se regroupent pour former des canaux de + en + gros. Les plus gros troncs lymphatiques débouchent dans les veines du cou, ce qui permet à la lymphe de
rejoindre le flot sanguin.
HOMEOSTASIE
SYSTEMES NERVEUX ET ENDOCRINE
L'HOMEOSTASIE EST DONC L'EQUILIBRE INTERNE DE L'ORGANISME
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1. En ions sodium (Na+) : natrémie (hyponatrémie, hypernatrémie); calcium Ca2+ : calcémie
(hypocalcémie, hypercalcémie) potassium K+ : kaliémie (hypokaliémie, hyperkaliémie)
2. Sucre (glucose) : glycémie (hypoglycémie, hyperglycémie)
3. L'acidité, le pH, et notamment la quantité de gaz carbonique ou capnie (hypocapnie, hypercapnie)
4. L'osmolarité (équilibre hydrique)
5. La circulation sanguine, pression artérielle (hypertension, hypotension)
6. La température, homéothermie (hypothermie, hyperthermie)
L'homéostasie représente les conditions relativement stables du milieu intérieur, qui résultent des réponses compensatrices
produites par les systèmes de régulation homéostatiques.
L'homéostasie ne correspond pas vraiment à un état statique ou sans changement. Il s'agit plutôt d'un état d'équilibre
dynamique dans lequel les conditions internes varient, mais toujours dans des limites relativement étroites
CARACTÉRISTIQUES DES SYSTÈMES DE RÉGULATION HOMÉOSTATIQUE
Ex. : une variation de température corporelle ou du milieu ambiant, de la concentration plasmatique de
potassium, de la pression sanguine, etc.
Un récepteur : c'est un capteur qui détecte le changement dans le milieu intérieur ou l'environnement et
réagit à ce stimulus, en envoyant des informations (= entrée) au centre de régulation (= centre
d'intégration).
Ces informations vont du récepteur au centre de régulation en suivant la voie afférente.
Le centre de régulation :
Il fixe la valeur de référence (niveau ou intervalle) où la variable doit être maintenue.
Il analyse aussi les données qu'il reçoit et détermine la réaction appropriée.
La réaction résultante (= output) du centre de régulation est transmise à l'effecteur via la voie efférente.
L'effecteur : il permet la réponse du centre de régulation (= sortie) vis à vis du stimulus.
La réponse de l'effecteur correspond à un changement de son activité.
Soit une rétro-inhibition qui a pour effet de le réduire de sorte que le mécanisme de régulation cesse son
activité.
Soit une rétro-activation qui a pour effet de le renforcer de sorte que la réaction se poursuit avec une intensité
croissante.
MÉCANISMES DE RETRO-INHIBITION
La valeur de la variable change dans une direction opposée au changement initial et revient à une valeur
d'équilibre.
C'est le principe d'un appareil de chauffage relié à un thermostat.
Exemple n°1 : Le système endocrinien joue un rôle important dans le maintien de l'homéostasie.

Ainsi, la glycémie (= concentration de glucose dans le sang) est régulée par un mécanisme de rétro-inhibition faisant intervenir les hormones
pancréatiques : insuline et glucagon.

Les cellules de l'organisme doivent disposer d'un apport continu de glucose pour produire l'énergie cellulaire (= ATP). Normalement la
concentration de glucose dans le sang se maintient à environ 5 mmol /L (4,45 - 5,55 mmol/L).

Après un repas riche en glucides, ceux-ci sont dégradés dans le système digestif en glucose qui passe alors dans le sang et entraîne une
augmentation rapide de la glycémie; d'où rupture de l'équilibre homéostatique.

L'augmentation de la glycémie stimule les cellules pancréatiques productrices d'insuline (= cellules  des îlots de Langerhans) qui libèrent
alors cette dernière dans le sang.
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L'insuline accélère l'absorption du glucose par la plupart des cellules et favorise son stockage sous forme de glycogène dans le foie et les
muscles.

La glycémie revient ainsi à la valeur de référence normale, ce qui diminue la stimulation de sécrétion d'insuline.
Le glucagon, l'autre hormone pancréatique (= cellules  des îlots de Langerhans), a un effet inverse.

Il est libéré quand la glycémie tombe au-dessous de la valeur de référence.

Lors d'un jeûne court ( ex. : 6 heures), la glycémie est basse, ce qui stimule la sécrétion de glucagon dans le sang.

Le glucagon agit alors sur le foie en lui faisant libérer dans le sang une partie des réserves de glucose qu'il contient.

La glycémie remonte donc jusqu'à l'équilibre homéostatique (pour cette variable).


Exemple n°2 : La régulation de la température corporelle par l'hypothalamus est l'un des nombreux exemples montrant le rôle du
système nerveux dans le maintien du milieu intérieur.

Lorsqu'un individu au repos se trouve dans une pièce dont la température est de 20°C, il perd de la chaleur vers l'environnement car sa température
interne est de 37°C.

Néanmoins, les réactions chimiques survenant dans les cellules de son organisme produisent de la chaleur à un taux égal à celui de la
déperdition de chaleur.

L'organisme ne subit alors aucune perte ni aucun gain de chaleur, et la température corporelle demeure constante.

Dans ces conditions, le système est en équilibre dynamique pour la variable température car elle ne change pas, au prix d'un apport
constant d'énergie (= chaleur dans ce cas) afin de maintenir la constance de la variable.

Si la température de la pièce est abaissée et maintenue à 5 °C, la déperdition de chaleur par la peau augmente et l'équilibre dynamique entre les
gains et les pertes de chaleur est rompu. La température corporelle commence à descendre immédiatement. Puis, très rapidement, divers processus
homéostatiques limitent la chute de température :

Les vaisseaux sanguins cutanés se contractent, ce qui diminue la circulation de sang chaud dans la peau et réduit ainsi la déperdition de
chaleur.

Le sujet se recroqueville sur lui-même afin de réduire la surface cutanée disponible pour la déperdition.

Le sujet frissonne et les réactions chimiques responsables des contractions musculaires constituant le frisson produisent alors de grandes
quantités de chaleur.

Dans cet exemple :

Le stimulus est la diminution de la température corporelle ou de la température externe.

Les thermorécepteurs (= capteurs du stimulus) sont les terminaisons nerveuses de certains neurones répartis dans différentes régions du
corps : thermorécepteurs cutanés et thermorécepteurs centraux (= dans la paroi des vaisseaux sanguins).

Les influx nerveux (= signal) produits par ces récepteurs sont transmis par les fibres nerveuses de la voie afférente (= neurones sensitifs) à
une région de l'encéphale (= l'hypothalamus) qui est le centre de régulation.

Ce centre de régulation produit à son tour les signaux transmis (= influx nerveux) par la voie efférente (= neurones moteurs viscéraux) qui
entraînent la contraction des muscles squelettiques ( frisson) et des muscles entourant les vaisseaux sanguins cutanés ( 
vasoconstriction) : les muscles innervés par la voie efférente correspondent donc aux effecteurs.

La production de chaleur va alors dépasser de manière transitoire la déperdition de chaleur afin que la température corporelle puisse revenir à sa
valeur d'équilibre. À ce nouvel équilibre dynamique, les gains et les pertes de chaleur sont de nouveau égaux.
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Les systèmes de régulation homéostatique ne peuvent maintenir une constance complète du milieu intérieur vis à vis des
changements continus de l'environnement.


Ils ne font que minimiser les variations; c'est à dire que la valeur d'équilibre obtenue après régulation homéostatique n'est pas tout à fait égale à
celle de départ.
Si les réponses de l'organisme réussissaient complètement à ramener la température corporelle à 37°C, les neurones détecteurs de la baisse de
température ne seraient alors plus stimulés et toute la chaîne des phénomènes régulateurs s'arrêterait :

les vaisseaux sanguins ne se contracteraient plus,

le frisson cesserait,

la température corporelle chuterait de nouveau car il n'y aurait plus de compensations.
Conséquence : tant que l'exposition au froid continue, une certaine diminution de la température doit persister pour servir de
signal afin de maintenir les réponses : Il s'agit du signal d'erreur.
Dans le cas de la variable "Température corporelle", les systèmes thermorégulateurs sont très sensibles, de telle sorte que la
température corporelle ne varie normalement que de 1°C, même vis à vis de variations fortes de l'environnement.
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Remarque : Il existe beaucoup d'autres exemples de mécanisme de rétro-inhibition qui règlent le rythme cardiaque, la pression
artérielle, la fréquence et l'amplitude respiratoires ainsi que les concentrations d'O2, de CO2 et de minéraux dans le sang, etc.
MÉCANISMES DE RETRO-ACTIVATION
Ils amplifient le stimulus de départ, ce qui entraîne un accroissement de l'activité (= sortie).

Dans ce cas, le changement produit va dans la même direction que la fluctuation initiale de sorte que la variable s'éloigne de plus en plus de sa
valeur de départ.
Ces mécanismes sont peu fréquents.
Ils déclenchent des événements pouvant s'auto-entretenir et se dérouler ainsi "en cascade".

Ils n'assurent donc pas en général le maintien de l'homéostasie de l'organisme.
La coagulation sanguine intervenant en cas de déchirure d'un vaisseau sanguin (1) est un exemple de régulation par rétroactivation.


Les plaquettes s'agglutinent immédiatement sur le site de la blessure (2) et libèrent des substances chimiques qui attirent d'autres plaquettes (3).
L'accumulation de plaquettes induit la séquence des événements aboutissant à la formation d'un caillot (4).
Autre exemple :





L'augmentation de la force et de la fréquence des contractions du muscle utérin (= myomètre) au cours de l'accouchement.
La pression croissante sur le col utérin par l'enfant active des récepteurs de pression. Ceux-ci envoient des influx nerveux à l'hypothalamus qui
libère alors l'ocytocine (= hormone).
Celle-ci est transportée par le sang jusqu'à l'utérus où elle stimule le myomètre qui se contracte de plus en plus fort en poussant l'enfant encore plus
loin dans le canal génital.
Ce cycle induit des contractions de plus en plus fréquentes et vigoureuses jusqu'à ce que l'accouchement soit terminé.
À ce moment, le stimulus "Pression" disparaît, ce qui arrête le mécanisme de rétro-activation.
Les points 1 et 2 ont déjà été développés dans cette partie du cours.
Le point 3 a déjà été abordé en conclusion du cours sur le milieu intérieur :
Un système de régulation homéostatique a pour fonction de maint
enir
propriété physique ou chimique du milieu intérieur.



relativement
constante
une
Donc, aucune valeur régulée de l'organisme ne possède qu'une seule valeur "normale".
On trouve plutôt une gamme plus ou moins étendue de "valeurs normales" selon la variable considérée et les conditions externes (= valeurs
de référence pour les analyses médicales).
Ex. : Pour la température corporelle, la variable est maintenue dans un intervalle de valeurs normales compris entre 36 et 38 °C.
(Autres exemples : le pH sanguin maintenu entre 7,36 et 7,42; la pO 2 artérielle entre 71 et 104 mm Hg; la concentration
plasmatique en sodium entre 138 et 143 mEq/L , en potassium entre 3,5 et 4,5 mEq/L, en glucose entre 3,9 et 5,8 mmol/ L, etc. Les limites
de certains de ces paramètres varient en fonction de l'âge et du sexe).
Le point de réglage d'une variable donnée peut être réajusté en réponse à des perturbations de l'environnement.

De plus, les points de réglage de certaines variables régulées peuvent aussi être réajustés physiologiquement, c'est à dire que les valeurs que les
systèmes de régulation homéostatique essaient de maintenir relativement constantes peuvent être modifiées.
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Ex. : la fièvre où l'élévation de la température corporelle survient par suite d'une infection.
homéostatique fonctionnent toujours durant la fièvre, mais ils maintiennent
Cette élévation est un mécanisme adaptatif qui permet de combattre l'infection.

la
température
Les systèmes de thermorégulation
à une valeur plus élevée.
Les points de réglage ne varient pas seulement en fonction des stimuli extérieurs (ex. dans la fièvre : présence de bactéries) mais
aussi sur une base rythmique durant la journée.


Par exemple, le point de réglage de la température corporelle est plus élevé durant le jour que durant la nuit.
(Autre exemple : autour de la période d'ovulation, la température corporelle s'élève de 1°C environ => courbe ménothermique).
Les mécanismes homéostatiques ne peuvent pas maintenir simultanément toutes les variables constantes (point 5).

Ex. : la température corporelle est maintenue constante au prix de grandes variations de la circulation cutanée et de la contraction des muscles
squelettiques.
De plus, comme plusieurs propriétés du milieu intérieur sont étroitement liées entre elles, le maintien de la constance d'une
variable ne peut se faire qu'en écartant de leur valeur habituelle d'autres propriétés.
LA RÉGULATION PRÉDICTIVE
Elle prévoit ou anticipe les changements de la variable régulée :


accélère les réponses homéostatiques de l'organisme,
réduit ainsi au minimum les fluctuations de la valeur de la variable régulée.
Exemple :

Les neurones sensibles à la température (= thermorécepteurs centraux des vaisseaux sanguins) qui déclenchent les mécanismes de régulation
homéostatique par rétroaction négative sont à l'intérieur de l'organisme.
Par ailleurs, il existe des neurones sensibles à la température dans la peau (= thermorécepteurs cutanés ou périphériques) ; ceux-ci détectent la
température ambiante.
Quand la température ambiante chute, les neurones cutanés détectent immédiatement le changement. Ils transmettent alors cette information à
l'encéphale qui envoie des signaux aux vaisseaux sanguins et aux muscles afin de favoriser la production et la conservation de chaleur.
Dans ce cas, la régulation prédictive anticipe la chute de température corporelle en activant les réponses thermorégulatrices avant même que la
température interne ait commencé à chuter.



Ce type de régulation agit de concert avec le mécanisme de rétro-inhibition précédemment décrit.
L'ACCLIMATATION
Les systèmes de régulation homéostatique sont des adaptations biologiques héréditaires.


La capacité d'un individu de s'adapter à un stress environnemental donné peut s'accroître par une exposition prolongée à ce stress.
Ce type d'adaptation correspond à l'acclimatation.
L'exposition répétée ou prolongée à un stress environnemental augmente l'aptitude de l'organisme à répondre à ce stress.

L'acclimatation correspond donc à l'augmentation de l'efficacité de réponse d'un système de régulation déterminé : la réponse est alors plus rapide
et plus intense.
Exemple :




La transpiration est un mécanisme qui augmente la déperdition de chaleur de l'organisme et tend ainsi à réduire l'élévation de la température
corporelle dans un environnement chaud.
Si un individu est soumis à une température élevée durant une semaine et qu'il accomplit le même exercice physique chaque jour, il transpire plus
rapidement et davantage le 7ème jour par rapport au premier jour.
Il a subi un changement adaptatif provoqué par l'exposition à la chaleur et s'est donc acclimaté à la chaleur.
Par contre, l'acclimatation à la chaleur est complètement réversible. Si l'exposition quotidienne à la chaleur est interrompue, le taux de
transpiration de l'individu revient à la valeur d'origine avant acclimatation.
LES RYTHMES BIOLOGIQUES
Les rythmes circadiens correspondent à des variations rythmiques auxquelles sont soumises plusieurs fonctions de l'organisme
environ toutes les 24 heures. Ex. :

La veille, le sommeil, la température corporelle, la concentration des hormones dans le sang, l'excrétion des ions dans l'urine, etc.
Ces rythmes de l'organisme sont commandés de l'intérieur.



En effet, les facteurs environnementaux ne créent pas le rythme, mais sont plutôt les signaux temporels nécessaires à l'entraînement du rythme, c'est
à dire le réglage de sa périodicité.
Certaines régions de l'hypothalamus fonctionnent comme horloge biologique vis à vis des rythmes circadiens.
Le cycle lumière/ obscurité est le signal environnemental le plus important.
La température ambiante ou l'heure des repas sont aussi des signaux environnementaux.
Intérêt des rythmes biologiques pour l'homéostasie :



Les réponses homéostatiques par rétro-inhibition sont des réponses correctives car elles ne surviennent qu'après les perturbations de l'équilibre
dynamique.
Au contraire, les rythmes biologiques permettent l'utilisation des mécanismes homéostatiques de façon immédiate au moment où il est probable
qu'une perturbation survienne, mais avant qu'elle ait effectivement lieu (= par anticipation).
Ex. : L'excrétion urinaire du potassium (= K+) est élevé le jour et faible la nuit.

Cela est utile car nous ingérons du potassium dans notre alimentation durant le jour, mais pas pendant la nuit quand nous dormons.

L'existence du rythme circadien du potassium permet donc d'atténuer les fluctuations de la quantité de K+ dans l'organisme et permet ainsi
d'anticiper toute perturbation pour cette variable.
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LE VIEILLISSEMENT ET L'HOMÉOSTASIE
On considère que la plupart des maladies sont causées par un déséquilibre homéostatique, c'est à dire par une perturbation de
l'homéostasie.
Lorsque nous avançons en âge, nos organes et nos mécanismes de régulation deviennent de moins en moins efficaces.


Notre milieu intérieur est donc de plus en plus instable, ce qui crée un risque croissant de maladie et entraîne les modifications inhérentes au
vieillissement.
Les manifestations du vieillissement sont une détérioration graduelle du fonctionnement des tissus, de tous les systèmes et appareils ainsi qu'une
dégradation de la capacité des mécanismes homéostatiques de répondre aux stress environnementaux.
On trouve également des exemples de déséquilibre homéostatique dans la plupart des situations pathologiques, quand les
mécanismes normaux de rétro-inhibition ne sont plus capables de jouer leur rôle.
ÉQUILIBRE ET HOMÉOSTASIE CHIMIQUE
L'équilibre d'une composante chimique donnée dépend de plusieurs systèmes homéostatiques.
Remarque : Le schéma montre toutes les voies possibles intervenant dans l'équilibre des composés chimiques en général.
Dans la plupart des cas, seul un certain nombre de ces voies interviennent dans la régulation d'une substance particulière. Ex. :
Les électrolytes minéraux comme le Na ne peuvent pas être synthétisés, ni pénétrer par les poumons, ni être éliminés par le
métabolisme (= transformés en une autre substance).
Le réservoir est la quantité rapidement disponible (= rapidement mobilisable) d'une substance particulière dans l'organisme. Il
reçoit des substances de toutes les voies et leur en fournit à toutes.
Les voies à gauche de la figure sont les sources de gain de l'organisme.


Une substance peut pénétrer dans l'organisme par : le tube digestif ou les poumons.
Elle peut aussi être synthétisée par les cellules à partir d'autres matériaux.
Les voies à droite de la figure sont les sources de perte de l'organisme.


Une substance peut être éliminée dans :

l'urine, les matières fécales,

l'air expiré,

le liquide menstruelle (= les règles),

les desquamations de la peau, les poils, les ongles, la sueur et les larmes.
Elle peut aussi être transformée chimiquement et éliminée par le métabolisme.
La partie centrale de la figure représente la distribution de la substance dans l'organisme.

La substance peut soit :

être retirée du réservoir pour être accumulée dans des dépôts de réserve comme c'est le cas pour l'accumulation du Ca dans l'os,

quitter les dépôts de réserve pour revenir au réservoir,

Être incorporée de façon réversible dans une structure moléculaire comme le Ca qui s'associe en partie aux protéines plasmatiques ou
l'iode à la thyroxine.
On a 2 notions importantes :


L'équilibre au niveau de l'organisme entier dépend du bilan entre les gains nets et les pertes nettes.
La concentration du réservoir dépend de cet équilibre, mais aussi des échanges de la substance à l'intérieur de l'organisme.
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Le schéma ci-contre montre un bilan équilibré en Ca2+ (= calcium ionisé) :



Au niveau de l'organisme entier (= milieu extérieur + milieu intérieur) : L'apport alimentaire (25 mmol/24h) = élimination fécale (19 mmol/24h) +
élimination urinaire (6 mmol/24h).
Au niveau du milieu intérieur uniquement : le gain net (absorption intestinale = 10 mmol/24h) = la perte net (sécrétion intestinale = 4 mmol/24h +
élimination urinaire = 6 mmol/24h).
les échanges entre le réservoir (= plasma sanguin + liquide interstitiel) et le dépôt de réserve (= les os) sont équilibrés :
8 mmol/24h incorporé dans les os (= accrétion osseuse) pour 8 mmol/24h libéré par les os (= résorption osseuse).
Pour toute substance chimique, 3 bilans sont possibles :



Bilan négatif : la quantité totale de la substance dans l'organisme diminue.
Bilan positif : la quantité totale de la substance dans l'organisme augmente.
Bilan équilibré.
Exemple n°2 : régulation du bilan en ions sodium Na+.


Ce sont principalement les reins qui régulent le bilan du Na+.
Ceux-ci excrètent dans l'urine une quantité approximativement égale à la quantité de Na+ ingérée chaque jour. (On considère dans cet exemple que
les pertes de l'organisme sont seulement d'origine urinaire => simplification car rôle secondaire de la sueur, les larmes, etc.)
Un individu a un apport et une excrétion de Na+ de 7g/jour et une quantité stable de Na+ dans son organisme.


Le 2ème jour, la consommation de Na+ passe à 15 g/ jour; les reins excrètent alors un peu plus de 7g de Na+ dans l'urine.
Résultat : il y a rétention d'un excès de Na+ avec un bilan sodique positif (partie haute de la figure).
Les reins font mieux le 3ème jour, mais il faut attendre le 4ème jour, avant que l'excrétion urinaire atteigne 15 g de Na.
Dès lors, les sorties et les entrées sont de nouveau égales et le bilan sodique redevient équilibré.
Bien que ce bilan soit de nouveau équilibré, l'individu a près de 3% de Na+ corporel en plus si on le compare au bilan équilibré quand il
ingérait 7 g (partie haute de la figure).


En fait, ce sont ces 3 % en plus qui constituent le signal d'erreur pour les systèmes de régulation; ceux-ci amènent ainsi les reins a excréter 15 g de
Na+/ jour plutôt que 7g.
Remarque : Le changement de la variable régulée, exprimé en %, (= + 3 %) est dérisoire comparé au changement de l'apport (> + 100 %).
LES COMPOSANTES DES SYSTÈMES HOMÉOSTATIQUES
LES RÉFLEXES
Ce sont les systèmes de régulation homéostatique décrits précédemment :

La réponse de l'effecteur peut produire :

Soit, une rétro-inhibition qui diminue alors l'importance du stimulus.

Soit, une rétro-activation qui augmente le stimulus de départ.

Soit, aucune rétroaction comme dans le cas de l'odeur de nourriture qui stimule la sécrétion d'une hormone gastrique (= la gastrine) sans
pour autant éliminer l'odeur de nourriture (= stimulus).
Les composantes possibles des réflexes sont donc :


soit des influx nerveux,
soit des hormones.
Les effecteurs peuvent être :


soit le tissu musculaire pour les influx nerveux dont la réponse correspond à une production de tension et de mouvement ;
soit le tissu glandulaire pour les hormones dont la réponse correspond à une sécrétion ;
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
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soit n'importe quel autre type de tissu (cf. exemple de la régulation de la glycémie par absorption du glucose sanguin par les tissus en général et par
le foie sous le contrôle de l'insuline : période post-prandiale).
LES RÉPONSES HOMÉOSTATIQUES LOCALES
Elles sont déclenchées par un changement du milieu intérieur ou de l'environnement (= stimulus) et entraînent une modification locale de
l'activité cellulaire qui contrecarre le stimulus.
À la différence du réflexe qui agit à distance, une réponse locale ne survient que dans le voisinage du stimulus.
Ex. Une lésion de la peau entraîne les cellules de la zone lésée à libérer certaines substances chimiques qui aident les défenses locales contre
une extension du mal : la réaction inflammatoire est un exemple de réponse homéostatique locale.
LES MESSAGERS CHIMIQUES INTERCELLULAIRES
Ils interviennent dans les réflexes et les réponses locales.
Ils en existent de 3 sortes concernant les réflexes (= action à distance) :



Une hormone est un messager chimique entre la glande endocrine qui la sécrète et la cellule cible sur laquelle agit spécifiquement l'hormone; elle
est véhiculée par le sang.
Un neurotransmetteur permet à des neurones de communiquer entre eux ou avec les cellules effectrices : Un neurone modifie l'activité du neurone
voisin en libérant de ses terminaisons un neurotransmetteur qui diffuse dans l'espace intercellulaire séparant les 2 neurones ou constitue le signal
agissant sur des cellules effectrices.
Une neurohormone est libérée par un certain type de neurone et pénètre dans la circulation sanguine pour agir sur des cellules cibles éloignées.
Elles se comporte donc comme une véritable hormone libérée par un neurone.
Ils existent 2 sortes de messager chimique concernant les réponses locales :


Un agent paracrine est synthétisé par les cellules et libéré dans le liquide extracellulaire en réponse au stimulus approprié.
Il diffuse alors jusqu'aux cellules voisines et exerce son effet particulier sur les cellules cibles.
(Rq : les neurotransmetteurs ne
sont pas assimilés à des agents paracrines).
Un agent autocrine est une substance qui agit seulement sur la cellule qui l'a sécrété.
Dans ce cas, le messager chimique
n'est pas intercellulaire.
Spécificité des récepteurs pour les messagers
chimiques
 Un neurone, une cellule d'une glande endocrine ou tout autre type cellulaire peuvent sécréter le même messager chimique :
Ainsi un même messager peut être à la fois une hormone, un neurotransmetteur, un agent paracrine ou autocrine selon le type cellulaire
qui l'a sécrété et la situation des cellules cibles.

Ex : La noradrénaline NA est à la fois un neurotransmetteur libéré par les neurones du SNA sympathique, mais aussi une hormone libérée par les
glandes surrénales.
L'histamine est à la fois un neurotransmetteur libéré par certains neurones de
l'encéphale, mais aussi un agent paracrine libéré dans la peau par les mastocytes (effets : vasodilatation des vaisseaux sanguins cutanés et œdème).
LES RÉCEPTEURS
Le récepteur a 2 significations différentes. Il est :


Soit le capteur du stimulus dans l'arc réflexe (= système de régulation homéostatique).
Soit le récepteur des messagers chimiques présent au niveau des cellules cibles qui constituent l'effecteur (= de l'arc réflexe).
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Dans ce qui suit, on s'intéresse seulement au 2ème sens => messagers chimiques des cellules effectrices :
Les récepteurs des messagers chimiques sont des protéines ou des glycoprotéines situées :


soit sur la face externe de la membrane plasmique ;
soit à l'intérieur de la cellule.
Dans ce 2ème cas, ce sont les hormones liposolubles qui
traversent la membrane plasmique riche en lipides pour se lier à des récepteurs intracellulaires (Ex.: hormones stéroïdes et la thyroxine).
La liaison du messager au récepteur des cellules de l'effecteur déclenche les événements conduisant à la réponse cellulaire.
Les cellules diffèrent par le type de récepteurs qu'elles portent.

Un nombre restreint de types cellulaires (voir un seul) possède ainsi les récepteurs requis pour se lier à un messager chimique donné, ce qui
explique la spécificité des interactions entre messager et récepteur.
Les autres propriétés sont :


La saturation : il existe une limite maximale à la capacité de réponse car il y a un nombre fini de récepteurs disponibles qui deviennent saturés à un
certain moment.
La compétition est la capacité de différents messagers de structure semblable d'entrer en compétition pour se lier au même récepteur.
On a 2 types de molécules compétitrices vis à vis des messagers chimiques qui peuvent avoir une utilisation


médicale :
Les antagonistes - Ex. : la mifépristone (= principe actif de la pilule abortive) qui occupe les récepteurs utérins de la progestérone en empêchant
son action habituelle de blocage des contractions du myomètre.
Les agonistes - Ex. : la dobutamine, le Dobutrex qui ont un effet cardiotonique (= sympathicomimétique bêtastimulant) sur le cœur
=> traitement des insuffisances cardiaques aiguës dans le cadre par exemple des soins intensifs.
LA RÉGULATION DES RÉCEPTEURS
Le nombre de récepteurs d'une cellule peut être diminué ou augmenté. Il s'agit de :


La régulation à la baisse.
Ex : la présence prolongée d'une forte
concentration d'insuline, qui stimule l'accumulation du glucose par les cellules cibles, entraîne une régulation à la baisse de ses récepteurs (=>
diminution du nombre de récepteurs). Résultat : on a une atténuation de la faculté de l'insuline de produire une accumulation du glucose dans les
cellules cibles.
La régulation à la hausse.
Ex : quelques jours après avoir coupé
les nerfs innervant un muscle (=> élimination du neurotransmetteur libéré par ces nerfs), celui-ci se contracte en réponse à l'injection
expérimentale de quantités de neurotransmetteur bien inférieures à celles auxquelles un muscle innervé répond habituellement (=> augmentation
du nombre de récepteurs au niveau des fibres musculaires).
Les régulations à la hausse et à la baisse sont des réponses physiologiques.
HOMEOSTASIE ET SYSTEMES DE CONTROLES : MISE EN RELATION DE LA CYBERNETIQUE ET DE LA PHYSIOLOGIE
Il est possible d'étudier la physiologie d'un organisme par une approche cybernétique : Il s'agit là d'étudier comment évoluent les
paramètres physiologiques de l'organisme. Une approche cybernétique de la physiologie commence par une modélisation des mécanismes
physiologiques de l'organisme.
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Il s'agit là d'étudier comment évoluent les paramètres physiologiques de l'organisme
Une approche cybernétique de la physiologie commence par une modélisation des mécanismes
physiologiques de l'organisme.
On étudie donc des paramètres d'entrée, décrivant les informations, molécules, paramètres physicochimiques, etc., arrivant ou influençant l'activité de l'organisme, et des paramètres de sortie, décrivant
les informations, molécules émises par l’organisme, les paramètres physicochimiques modifiés par
l'organe, etc., ainsi que les relations entre ces paramètres.
La physiologie d'un organisme peut ainsi être étudiée à travers ses paramètres, stabilisés
(l'homéostasie de l'organisme) par des systèmes effecteurs.
Ces systèmes effecteurs permettent la régulation physiologique de l’organisme. Et sont donc des
régulateurs.
On peut distinguer deux types de régulateurs : en constance et en tendance
Modélisation cybernétique d'un régulateur en constance
Il est caractérisé par une rétroaction négative
En physiologie, le système effecteur correspond à un homéostat, et peut donc être assimilé à un
régulateur en constance : la finalité du système effecteur est de maintenir la grandeur réglée, ou
grandeur de sortie ("output"), à une valeur constante.
Cette valeur constante est dénommé la grandeur de consigne, fixée au préalable, et caractéristique du régulateur en constance.
Cette régulation est réalisée en s'opposant aux variations de la grandeur d'entrée, qui ont pour effet
d'éloigner la grandeur de sortie de cette grandeur de consigne.
Il s'agit donc d'un effet en retour s'opposant aux variations observées : ce système fonctionne grâce à un
rétrocontrôle négatif (feed-back négatif).
Modélisation cybernétique d'un régulateur en tendance
Il est caractérisé par une rétroaction positive
Dans de rares situations physiologiques, au contraire, le système effecteur amplifie les variations de
la grandeur réglée : il agit alors comme un régulateur en tendance.
La finalité d'un tel régulateur est d'entretenir une variation de la grandeur réglée, soit dans le sens
d'un accroissement continue, soit dans le sens d'une diminution continue.
Ce système fonctionne, au contraire d'un régulateur en constance, grâce à un rétrocontrôle positif (feedback positif).
Ces régulateurs sont toujours couplés avec des régulateurs en constance : ceci évite que le système
aboutisse à une impasse.
1.
2.
3.
4.
5.
Stimulus : modifie une variable
Modification détectée par un récepteur
Entrée : information acheminée par une voie afférente au centre de régulation
Sortie : information acheminée par une voie efférente à un effecteur
Réponse de l’effecteur qui agit ( sur l’intensité du stimulus par rétroaction et rétablit I’ homéostasie en
ramenant la variable à la normale.
Exemple d’un système de chauffage
Les composants impliqués dans un réflexe d’homéostasie (exemple d’un système de chauffage). Le récepteur
(thermomètre) détecte un changement de température, il envoie cette information au centre intégrateur (thermostat)
qui envoie un ordre à l‘effecteur et produit une réponse (le chauffage).
Homéostasie : régulation par rétroaction (feedback) qui s'oppose aux variations du
paramètre réglé
On utilise, pour de nombreux paramètres (glycémie, calcémie, pression osmotique, pression artérielle, température,
etc.), l’expression de régulation par rétroaction (feedback), pour désigner l’action du système réglant qui s’oppose
aux variations du paramètre réglé.
Le qualitatif de rétroaction négative signifie « qui s’oppose » mais ne désigne pas uniquement une diminution (par
exemple le système réglant de la glycémie peut avoir pour effet d’augmenter la glycémie si elle est trop faible ou de
la diminuer si elle est trop forte).
Exemple : la régulation de la température centrale
Notre sujet est au repos à une température ambiante de 20°C. Sa température interne est 37°C et il perd de la
chaleur à l'environnement qui est à une température plus basse. Pourtant, les réactions chimiques se produisant dans
les cellules de son corps produisent de la chaleur à un taux égal au taux de perte de chaleur.
Dans ces conditions, le corps ne subit aucune augmentation nette ou perte de chaleur et la température du corps reste
constante. On dit que le système est réglé, défini comme un système dans lequel une variable particulière (la
température) ne change pas, mais l’énergie (la chaleur) doit être ajoutée constamment pour maintenir cette variable
dans un état constant.
Les états réglés diffèrent des états d’équilibre, dans lequel une variable particulière ne change pas mais aucune
contribution d’énergie n'est investie pour la maintenir constante.
La température permanente dans notre exemple est connue comme grandeur de consigne du système
thermorégulateur.
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Conformité et régulation
Quand un animal est confronté à un changement dans son
environnement (la [oxygène], la salinité etc..), il existe deux sortes
de réponses :
La conformité : les changements dans l'environnement induisent
des changements intérieurs identiques à ceux de l'environnement
externe.
La régulation : elle engage des mécanismes biochimiques,
physiologiques ou comportementaux qui permettent le maintien de I’
homéostasie
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