Controle et Regulation.docx

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.