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Physiologie
Les Grands Systèmes de Contrôle et de Régulation de L’organisme :
Place respective du système nerveux et du système endocrinien.
Introduction générale sur les systèmes de contrôle et de régulation
320040019685000228600019685000I)A) Système Nerveux
Système nerveux central
Crâne + Colonne Vertébrale
(cerveau + moelle épinière)
Système nerveux périphérique
Le reste du corps :
Nerfs périphériques
I)B) Systèmes hormonaux
-Exocrine : ce sont des sécrétions déversées à l’extérieur(tubes digestifs, sueurs…)
-Hormone :
Sécrétine : découverte par BAYLISS et STARLING (par stimulation du pancréas) en 1902. (le mot d’hormone a été créé en 1905 par HARDY)
Une hormone est une unité chimique (endocrine) élaborée par des cellules, déversées dans le milieu intérieur, et transporté par le milieu circulatoire et agissent sur d’autres cellules sensibles à cette hormone.
91440069215Cellule A
Cellule B
Courant circulatoire
00Cellule A
Cellule B
Courant circulatoire
I)C) Autres modes de communication chimique
68580011430Cellule A
Cellule B
Cellule B
Paracrine
00Cellule A
Cellule B
Cellule B
Paracrine
Volume de diffusion : quelques mm3.
L’hormone agit localement sur des cellules proches des cellules sécrétrices.
228600026670Cellule A
Autocrine
00Cellule A
Autocrine
(Ex : prostaglandine)
4114800220980Souvent rétro-action inhibitrice.
00Souvent rétro-action inhibitrice.
Action sur la cellule elle-même.
I)D) Notion de neurosécrétion
571500184785Neurone A
Cellule B (parfois neurone
Courant circulatoire
Neurocrine
00Neurone A
Cellule B (parfois neurone
Courant circulatoire
Neurocrine
Paracrine chez les neurones : neuromodulateur (sérotonite)
Les neurosécrétions :
neuro-transmetteur (synapse)
neuromodulateur (paracrine)
neuro-hormone (endocrine)
II) Interactions entre système nerveux et systèmes hormonaux
II)A) De la périphérie vers le système nerveux central
Notion de barrière Hémato-Encéphalique
En injectant du colorant vital (bleu de méthylène), on constate qu’il se répand dans le corps sauf dans le cerveau.
A contrario, du bleu de méthylène injecté dans le cerveau ne se diffuse pas dans le reste du corps.
Existence d’une barrière entre cerveau et périphérie.
Cytokine : hormone produite par la périphérie mais qui agit sur le SNC.
Sang
Liquide interstitiel cérébral
L.C.R.
Neurone
Barrière Hémo-méningée
(plexus choroïde)
4229100259080Barrière
Méningo-encéphalique
00Barrière
Méningo-encéphalique
II)B) Système nerveux central vers la périphérie
Le pancréas élabore l’insuline sur ordre de :
-de la périphérie (milieu interstitiel en excès de glucose).
-cerveau par l’intermédiaire du nerf vague (pair de nerf crânien n°X)
Production de l’insuline par les médulo surrénales sur ordre du cerveau
Le cerveau n’est pas seulement un tissu nerveux, il élabore de nombreuses hormones (principale glande endocrine ? …), qu’il déverse par la région hypothalamo-hypophysaire uniquement !
III) Organisation anatomique de la région Hypothalamo-Hypophysaire.
III)1) Localisation de l’hypophyse
Hypophyse dans l’os sphénoïdale (selle turcique)
(1cm de diamètre et 0,5g ; hypothalamus : 4g)
III)2) Structure de l’hypophyse
-Antéhypophyse (adénohypophyse) : cette partie vient de l’endoblaste et apparaît d’une invagination du pharynx (Cf. Embryologie)
glande endocrine de structure classique mais située sous le cerveau.
-Posthypophyse : origine ectodermique (comme les neurones) structure différente de l’antéhypophyse, car constituée de terminaisons synaptiques (soma dans le cerveau) structure nerveuse. Passage des axones par la tige hypophysaire.
III)3) Rapports avec l’hypothalamus
Noyaux de l’hypothalamus supérieur (noyau préoptique, noyau paraventriculaire…) Cf. schéma page précédente. En tout l’hypothalamus compte plus de 40 noyaux répartis sur 9 régions.
III)4) Vascularisation : le système Porte hypothalamo-hypophysaire
Il permet l’échange de messagers chimiques entre deux tissus vascularisés par des réseaux capillaires successifs.
Le premier réseau capillaire reçoit le messager, et le deuxième réseau transmet le messager au tissu vasculaire cible (Cf. système porte hépatique)
IV) Mise en évidence du rôle endocrine de l’hypophyse
IV)1) Ablation : Hypophysectomie
-Maladie : syndrome de Sheehan (syndrome identique à hypophysectomie)
Complication classique non rare suite à un accouchement très hémorragique (choc hémorragique) : nécrose hysquémique (mort des tissus après une hypovascularisation)
Apparition d’une poly déficience endocrinienne périphérique associant une insuffisance thyroïdienne, insuffisance surrénalienne (plus de glucocorticoïde ni de minéralocorticoïde), insuffisance des règles, régression des caractères sexuels secondaires, et dépigmentation de la peau et déficience des montées lactées.
-Hypophysectomie expérimentale(chez l’animal) : il apparaît un diabète insipide (sans sucre) transitoire (car ensuite il régresse)
Chez un animal en croissance, la croissance s’arrête en cas d’hypophysectomie. (nanisme harmonieux)
IV)2) Administration d’extraits d’hypophysaires
Correction de tous les troubles observés (si administration d’extraits de la même espèce)
IV)3) Inefficacité de la greffe
Une greffe d’hypophyse ne peut fonctionner que si cette greffe se fait In Situ (à la localisation d’origine.
V) Contrôle hypothalamique de l’activité hypophysaire
Action de l’hypothalamus direct sur l’hypophyse.
V)1) Destruction de l’hypothalamus (expérimentale ou pathologique)
Syndrome similaire au syndrome de Sheehan et involution (atrophie) du lobe antérieur de l’hypophyse.
V)2) Pathologie.
On ne peut pas corriger les troubles par une greffe.
Roger GUILLEMAIN a montré que des neurones de l’hypothalamus peuvent déverser des hormones dans le sang. La première sécrétion observée a été celle de la TRH (Thyréophin Releasing Hormon)
Tri-peptide : Histidine – Proline – Acide glutamique.
L’hormone est transportée grâce au système porte hypothalamo-hypophysaire et traverse les barrières Hémato-Encéphalique.
4688205228600Post-hypophyse
00Post-hypophyse
480060042354500VI) Synthèse : les hormones hypophysaires et le contrôle hypothalamique
22776443877Anté-hypophyse
00Anté-hypophyse
45720013779500TSH
42100513144500GH
13652513779500FSH
5778513779500LH
51181013144500ACTH
25908013144500Prolactine
18161013144500ADH
28067013144500Ocytosine
Thyroïde
Foie
Gonades
Surrénales
Sein
Rein
Utérus
T3/T4
Métabolisme
-Somato-médines
-Croissance
-Hormones sexuelles
-Reproduction
-Corticoïde
(métabolisme)
exocrine
Eau
-Anti-diurèse
Contraction des muscles lisses (expulsion)
Les hormones anté et post-hypophysaires
Cf. poly.
hypothalamus
2247906604000
noyaux ventro-médians
4864104159250057150030226000
noyau supra chiasmatique
125793517272000éminence médiane
10509252063750025082521526500et PVN
noyaux arqués
5543555778500
45720024257000TRH
+
59118514351000
Somatostatine
4349752095500
-
+
Somatolibérine
CRH
4692656096000
+
31242023812500Dopamine
65786010858500
-
ADH
Ocytocine
GnRH
32321531750006661153175000
+ +
226695254000
389255254000
45720017399000TSH
42100516764000GH
18415016319500FSH
5715017399000LH
51054016764000ACTH
25781016764000Proline
Tige hypophysaire
Thyroïde
Foie
Gonades
Surrénales
Sein
Rein
Utérus
T3/T4
Métabolisme
-Somato-médines
-Croissance
-Hormones sexuelles
-Reproduction
-Corticoïde
(métabolisme)
Sécrétion
exocrine
-Eau
-Anti-diurèse
Contraction des muscles lisses (expulsion)
VII) Régulation par feed-back négatif et/ou positif : le cycle ovarien
0723900
4
8
12
16
0
50
100
150
200
Oestradiol
(pg/ml)
Progestérone
(ng/ml)
0
7
14
21
28
0
10
20
30
40
LH
FSH
0
7
14
21
28
50
Règles
000
4
8
12
16
0
50
100
150
200
Oestradiol
(pg/ml)
Progestérone
(ng/ml)
0
7
14
21
28
0
10
20
30
40
LH
FSH
0
7
14
21
28
50
Règles
Le feed-back négatif qu’exerce LH et FSH sur l’hypophyse est minimum donc il y a stimulation de l’hypophyse et augmentation de LH et FSH pour la préparation des ovaires pic de LH et FSH. (ovulation)
On entre alors dans un système de feed-back positif.
L’œstradiol produit par le follicule stimule le développement de ce follicule
feed-back positif périphérique.
Il y a un deuxième feed-back positif périphérique. L’œstradiol augmente par le développement du nombre de récepteur à LH de la granulosa. Bien qu’il y est moins de FSH, il y a plus de récepteurs donc augmentation de FSH.
Avant son pic, l’œstradiol exerce un feed-back négatif, mais quand elle devient trop concentrée, il y a un effet de feed-back positif et les cellules hypophysaires vont être beaucoup plus sensible à la GnRH, ce qui va expliquer le pic de LH qui entraîne la ponte ovulaire. L’éclatement du follicule entraîne un arrêt de la production et la chute du taux d’oestradiol.
La montée de progestérone est stimulée par le développement du corps jaune et cette augmentation de progestérone exerce un feed-back négatif sur l’hypophyse, d’où la baisse de LH et FSH vers le 16 e ou 17e jour.
Si en revanche, il y a eu fécondation, une nouvelle hormone entre en action et remplace LH et FSH.
VIII) Métabolisme hormonal
VIII)1) Classification des hormones
Les hormones aminoacides
Les hormones peptidiques
Les hormones protéiques
Les hormones stéroïdes
-catécholamines (adrénaline…)
-hormones thyroïdiennes (1 AA)
-sérotonine (dopamine)
-TRH (3 AAs)
-Calcitonine
-Insuline (51 AAs)
-GH (190 AAs)/ LH / FSH
-hormones sexuelles
-cortisol / aldostérone
-vitamine D3
Quelques chiffres :
Hormone
Nombre d’acide aminé (AA)
Hormone
Nombre d’acide aminé (AA)
Hormone
Nombre d’acide aminé (AA)
T3, T4
1
GnRH
10
ACTH
39
T.R.H.
3
Somatostatine
14
Insuline
51
Ocytosine
9
Glucagon
29
Hormone de croissance (GH)
190
VIII)2) Biosynthèse
Prépro-opiomélanocortine (molécule précurseur peptidique).
Sa coupure va libérer des fragments qui s’avèreront être des hormones actives. En effet, une hormone est très rarement sécréter sous sa forme active (d’où le découpage d’une protéine). Elle donne entre autre : l’ACTH, ?-LPH précurseur à son tour de ?-endorphine qui agit sur le processus d’inhibition de la douleur ( sous structure : enképhaline)
VIII)3) Stockage
Très peu de stockage hormonal dans le corps, sauf au niveau des hormones thyroïdiennes stockées sous forme de vésicules qui contiennent l’hormone active (ou son précurseur rapidement utilisable).
VIII)4) Sécrétion
Trois types de sécrétion :
-sécrétion nerveuse avec une stimulation nerveuse.
-stimulation hormonale et humorale (cellules anté-hypophysaires, lorsqu’elles sont stimulées par d’autres hormones).
-stimulation métabolique : c’est l’état métabolique des cellules sécrétrices (la teneur métabolique du milieu environnant) par exemple la sécrétion de l’insuline par le pancréas se fait de façon nerveuse, mais également la présence de glucose en forte concertation.
VIII)5) Transport
Les hormones sont souvent transportées par des protéines transportrices non-spéciques (comme l’albumine) c'est à dire des protéines vectrices pour plusieurs hormones.
Il existe également des protéines vectrices spécifiques qui ne transportent que les hormones pour lesquelles elles ont été crées. (TBG : transport de T4)
Loi d’action de MASSE.
[Hl] + [P.V. ect] [H-P.V.]
forme libre = forme active
VIII)6) Inactivation
-possibilité d’élimination (fécale ou rénale).
Pour le maintien de l’homéostasie, il faut que la production suive l’inactivation.
Notion de clairance métabolique et de demi-vie.
La clairance métabolique exprime le volume de plasma théoriquement totalement épuisé de l’hormone active par unité de temps.
C’est une notion théorique car les entrées et sorties ne sont en réalité pas quantifiables.
Technique de dilution : pour suivre le devenir de la quantité d’hormone donnée à un individu, on utilise les hormones dites marquées en leur substituant un atome radioactif. On mesure la quantité d’hormone thyroïdienne dans tout l’organisme (en fait dans le sang) et au bout d’un certain temps, il existe une homogénéité dans tout le corps.
Phase de décroissance liée au catabolisme
At = Ao.e-kt
ln At = ln Ao – ln e kt
constante 1
ln At = -kt + ln Ao
-342900169545ln [At ½ ]
ln At
ln [Ao]
ln de la concentration sanguine : ln [At]
temps
k
Ln [At] = -kT + ln [Ao]
00ln [At ½ ]
ln At
ln [Ao]
ln de la concentration sanguine : ln [At]
temps
k
Ln [At] = -kT + ln [Ao]
donc du type linéaire y = ax + b.
Temps de demi-vie :
On appelle demi-vie le temps tel que la concentration est égale à la moitié de la concentration initiale :
[At ½] = [Ao]/2
ln[At ½] = -kT ½ + ln [Ao] k est la pente de la droite décroissante (cf. schéma précédent)
kT ½ = ln [Ao] – ln [At ½]
kT ½ = ln ([Ao]/[At ½]) = ln 2 = 0,693
T ½ = 0,693/k = ln 2/k.
Notion de volume de distribution
Volume de distribution=
Quantité de traceur injecté
Concentration du traceur dans l’espace au temps 0
Pool Total=
Espace de distribution x concentration de l’hormone endogène
S
Physiologie
Systèmes de Régulation et de Communication
I) Notion de constante en biologie
Existence de constante d’1 individu à l’autre, plus la valeur se situe au sein des bornes, plus l’individu est sain par rapport aux maladies caractérisées par l’intervalle. (sortie de celle-ci).
Combien ?
Comment ?
Pourquoi ?
Combien ?
Par exemple 1g/L (ou 5,5 mmol) Volume=20L Mglucose=20g dans le liquide extracellulaire (dont le sang)
Comment ?
- Exercice musculaire de 400W
- 1g de glucose 17KJ
mais :
- le rendement musculaire maximum est de 40%
donc :
- 1g de glucose 6,8KJ (d'énergie restituée)
d’où :
- 400W consomment 3,5g de glucose par minute…
20 g de Glucose ! … L’épuisement est total en 6 minutes
Notion de taux de renouvellement :
Définition : fraction de pool renouvelé (ensemble), c'est à dire entrant/sortant du compartiment par unité de temps.
Pourquoi ?
Notion d’homéostasie :
Définition : cela signifie le maintien des caractéristiques biologiques à un niveau stable du milieu intérieur.
Elément baignant l’ensemble des cellules du corps et permettant de les laisser en vie. Milieu intérieur en permanence réajusté, modifié pour maintenir les caractéristiques du milieu intérieur
Assure la survie de l’organisme.
Les caractéristiques du milieu intérieur sont plus ou moins stable. Elles évoluent, varient, oscillent dans des limites.
II) Notion de système :
194310010985500037719001098550004457700984250Sortie
00Sortie
800100984250Entrée
00Entrée
2514600984250
00
24003008699500042291008699500057150086995000 En biologie les systèmes sont ouverts, c'est à dire qu’ils échangent des matières et informations avec d’autres systèmes situés en amont et en aval.
E S
S = f (E)
f = fonction de transfert ou loi du système.
800100125730Entrée
00Entrée
012001500
Sortie
Trois démarches intellectuelles
1) La recherche scientifique : avec la mesure des entrées et sorties, on détermine la fonction du transfert : la loi du système.
2) Le diagnostic médical : connaissant la fonction de transfert, et à partir sorties observées anormales (= maladies), on en étudie les entrées elles-mêmes anormales, c'est à dire les causes de la situation pathologique.
3) Le pronostic médical : connaissant la fonction de transfert, on modifie les entrées anormales (action thérapeutique) et on peut prédire les effets (= prédiction scientifique) de l’évolution de la maladie.
III) Systèmes thermodynamiques fermés et équilibrés.
Lorsqu’un système est ordonné, on dit qu’il gagne en entropie.
ET =
EL +
?S
Energie Totale =
Energie libre +
Entropie
C’est la partie de l’énergie du système qui peut être transformé en un autre produit ou une autre énergie.
Température absolue : quand le système perd de l’énergie libre, il gagne en entropie
Loi de la constante d’énergie totale du système.
IV) Systèmes thermodynamiques ouverts.
La vie permet de ré augmenter l’énergie libre, mais avec des échanges.
Pourquoi et comment la glycémie reste-t-elle stable malgré les échanges permanents de glucose entre ces différents systèmes ?
Tube
digestif
-1143023114000
Reins
412750-50800040957522352000
-4826033782000
Glucose du milieu
Intérieur
-1143022352000
22542524447500Foie
Muscles
Système ouvert en interaction avec d’autres systèmes ouverts.
IV) A) Etat stable.
Un état stable, est une grandeur maintenue constante par les lois physico-chimique naturelles.
IV) B) Régulation.
3200400100965 H
D out
D in
00
H
D out
D in
15240017145 H
D out
D in
00 H
D out
D in
244602010414000
Action en arrière sur les entrées
rétro-action négative
« Feed back » négatif.
Action en avant sur les sorties
anté-action positive
« Feed forward » positif.
L’effet de la rétro action et de l’anté action est identique : celui de ramener le niveau à une constante maintenue feed back négatif = rétro action positive.
Effet inverse : rétro action positive
feed back positif
Un dispositif qui lorsqu’il est activé aggrave le processus, c’est ce que l’on appelle un cercle vicieux.
En revanche, il n’entraîne pas toujours l’autodestruction du système et donc pas forcément la mort. Cf. réaction hémostatique.
IV) B1) Grandeur régulée.
V) B2) Capteur.
274320013017500
Ici le capteur est le flotteur qui mesure la hauteur du niveau, donc la grandeur régulée H.
IV) B3) Boucle informative. (de rétrocontrôle)
C’est le retour d’information du capteur sur le système.
44577001714500Dans l’exemple, la boucle informative est matérialisée par la tige :
IV) B4) Valeur de consigne. (set point)
Il existe dans toute régulation, une valeur caractéristique liée au système qui détermine la valeur de niveau : valeur de consigne.
Ici H est fonction de C (comme le thermostat variable).
IV) B5) Comparateur.
IV) B6) Signal d’erreur.
IV) B7) Représentation schématique d’une régulation.
34290022860Boucle informative
(feed back négatif)
LOI
du
SYSTEME
-
+
Signal
d’erreur
Capteur
Valeur de
Consigne
Valeur de
Sortie
Comparateur
00Boucle informative
(feed back négatif)
LOI
du
SYSTEME
-
+
Signal
d’erreur
Capteur
Valeur de
Consigne
Valeur de
Sortie
Comparateur
IV) B8) Gain.
Une régulation ne fait qu’optimiser le mécanisme de maintien d’un état stable.
On appelle gain d’une régulation le rapport entre l’écart observé sur la grandeur de sortie du système en réponse à une perturbation donnée en l’absence de régulation, au signal d’erreur observée avec la même perturbation lorsque la régulation fonctionne correctement.
V) B9) Loi du système.
-1270167640temps
Variable régulée
Transitoire
Continue
Proportionnelle
Dérivée
Proportionnelle
R = b x dE/dt
R = a x E
Signal d’erreur
+ dérivée
R = réponse régulée
00temps
Variable régulée
Transitoire
Continue
Proportionnelle
Dérivée
Proportionnelle
R = b x dE/dt
R = a x E
Signal d’erreur
+ dérivée
R = réponse régulée
PERTURBATIONS :
IV) C) Notion de variable contrôlée.
515620100965Capteur et
Boucle de
rétro-action
-
+
Signal d’erreur
Consigne
Sortie
Contrôleur
Système
Passif
Energie
Perturbation
Entrée
Action de
contrôle
SYSTEME CONTRÔLEUR
SYSTEME CONTRÔLé
00Capteur et
Boucle de
rétro-action
-
+
Signal d’erreur
Consigne
Sortie
Contrôleur
Système
Passif
Energie
Perturbation
Entrée
Action de
contrôle
SYSTEME CONTRÔLEUR
SYSTEME CONTRÔLé
IV) D) Servomécanisme et notion d’homéoreusie.
Le matin, notre température corporelle est de 36,7°C conformément à thermorégulation, et le soir de 37,2°C il y a donc eu changement de la valeur de consigne.
Ce réglage de la valeur de consigne est appelé HOMEORHESE. (Cf. une fois de plus le système du thermostat d’ambiance)
V) Systèmes thermodynamiques ouverts.
V) A) Régulations autonomes.
Régulations comportementales.
Les régulations autonomes mettent en jeu l’ensemble des organes (cœur, foie, reins) et sont contrôlées par le système nerveux dit autonome régulation intérieure de l’individu.
Les régulations comportementales passent par un seul et même effecteur, représenté par l’appareil locomoteur (musculaire). Elles sont exclusives les une des autres (une seule à la fois) d’où la notion d’urgence de priorité.
Par exemple lorsque l’on a froid :
le système autonome réagit par des frissons, et une vasodilatation.
le système comportemental nous incite à mettre un vêtement ou par exemple de monter le chauffage.
Il apparaît ici le rôle primordial du système comportemental, qui se retrouve être le plus important.
le système comportemental supplante donc les réactions autonomes.
Le système nerveux dit de la vie de relation représente ? 90% du total de l’espace occupé par le système nerveux autonome.