Physiologie CM1 - Concept D’Homéostasie - PDF

Physiologie CM1 CONCEPT D’HOMÉOSTASIE PHYSIO RÉNALE Objectif : comprendre le concept général de l’homéostasie pour comprendre système du vivant où les toutes boucles divergent mais fonctionnent sur le même principe. I....

Physiologie CM1 CONCEPT D’HOMÉOSTASIE PHYSIO RÉNALE Objectif : comprendre le concept général de l’homéostasie pour comprendre système du vivant où les toutes boucles divergent mais fonctionnent sur le même principe. I. Définition générale A. Généralités Claude Bernard : grand scientifique français du 19ème siècle Il décrit l’homéostasie comme « la fixité du milieu intérieur est une condition nécessaire à la vie libre et indépendante”. Étymologie /racine grecque: -homéo : milieu intérieur -stase : caractère constant C’est donc la capacité de l’organisme à maintenir un état de stabilité relative des différents composants de son milieu interne malgré les agressions et changements de l’environnement externe. (exp : température corporelle). Cependant ce n’est pas une fixité immuable mais un équilibre, c’est un déséquilibre contrôlé: - phénomène dynamique + des compensations/ajustements → coordination = régulation ( à l'échelle de l’organisme) En physiologie, on parle plus de régulation que de coordination. Principales cibles homéostatiques  B. Un signe d'évolution des espèces D'origine externe ou interne (exercice physique ) Plus une espèce est évoluée plus elle est capable d'homéostasie, elle acquiert une indépendance vis à vis du milieu extérieur. Une adaptation aux changements imposés par les environnements différents devient possible. On distingue alors deux types d’espèces avec différents types de survie: - les sténohalines : qui ne peuvent pas se réguler, qui ne possèdent pas de fonction homéostatique (araignée de mer, coraux…), elles sont donc limitées géographiquement. - les euryhalines : qui possèdent des fonctions homéostatiques, capables de gérer des changements environnementaux (=Hommes), leur niche écologique est donc très large. exemple : osmorégulation de l'eau et du volume intra cellulaire: Si une espèce sténohaline avec une osmolarité intérieur égale à celle du milieu extérieur est changée d'environnement, elle ne sera pas capable de changer sa constante intérieur et mourra. L'araignée de mer et les coraux voient la salinité de l’eau de mer diminuer brutalement à cause de la fonte des glaces. Ce changement est trop brutal pour l'évolution et ces espèces sont en danger. Tandis que l’Homme a pu sortir de l’eau et peut s’adapter à de nombreux environnements ( températures, pressions, …) C. Nécessite de l'énergie La réalisation de la fonction d'homéostasie a un coût : elle consomme de l'énergie sous forme d’ATP. Plus on s'éloigne de la constante de base, plus on consomme de l’énergie. exemple : s’il fait -10° , il faudra plus d’énergie pour conserver notre température corporelle normale que s’il fait 24. ° D. Une propriété d’un individu entier L’homéostasie est une propriété d'un organisme entier. Les tissus et les organes ne sont pas capables de fonctions homéostatiques. Mais ils se coordonnent ensemble et sont nécessaires. Cependant, il existe une exception pour certaines fonctions autorégulatrices. En général, les récepteurs alertent d’une modification de la constante et la finalité des mécanismes revient à la cellule effectrice. Elle est sous le contrôle des systèmes biologiques (endocrinien, nerveux…. ). Ces derniers sont au service de la fonction homéostatique.  E. Un phénomène borné La capacité de régulation de l’organisme s’assurant de la stabilité du milieu intérieur n’est pas illimitée. Lorsque l’organisme n’est plus capable d'assurer la fonction d’homéostasie, la pathologie apparaît et enfin la mort. Exemple: Des fouilles archéologiques ont montré que les Hommes n’habitaient qu’en zone intertropicale. C'est-à-dire là où la température ne descend jamais en dessous de 15°. Ce qui fait sens avec le fait que l’homme survit jusqu’à une température de 15° c’est notre limite sans habits. En effet, nos bornes de thermorégulation sont 15°- 45°. De plus, ces limites de l’homéostasie sont variables physiologiquement en fonction des individus et des espèces. Elles peuvent même varier pathologiquement (moins bonne adaptation aux changements) Exemple: l’osmorégulation : On voit sur la barre horizontale la capacité à diluer/concentrer les urines soit la valeur d’osmolarité. En physiologie elle dépend des espèces : - L’Homme est capable de faire varier l’osmolarité d’un facteur 20. En sachant que l’osmolarité normale chez les mammifères est de 290-300: si elle est en dessous: dilution; si au-dessus: concentration. Ainsi, il faut boire au moins 0,5L/j sinon on est en hypernatrémie ou au plus 10L/j d’eau sinon on est en hyponatrémie. Cela correspond à la capacité de ne pas boire d’eau ou d’en boire beaucoup. - Le poisson d’eau douce est capable de diluer mais pas de concentrer, car il n’a pas besoin de développer cette capacité puisqu’il n’est pas confronté à un système hypertonique (eau douce= environnement eau très hypotonique, très peu de sel). Tous les mammifères concentrent. - La gerbille a le plus grand pouvoir de concentration possible: elle monte jusqu'à une concentration de 9000 mosm. Ses urines sont solides , elle vit dans le désert , elle n’a pas besoin d'eau. Mais alors d'où vient l'eau? La gerbille n’utilise que de l'eau métabolique (oxydation des glucides et lipides). La capacité de concentration des urines est donc très directement liée à l’appareillage urinaire et sa capacité à concentrer l’urine. - A l’inverse, celui qui concentre le moins est le castor : il a de l'eau en abondance car il vit en rivière. -> Donc il existe un lien entre structure ,fonction, et environnement. F. Condition de l’homéostasie Il peut y avoir des sorties que s'il y a eu des entrées avant. Par exemple, on peut uriner seulement si on a bu avant. C'est-à- dire qu’il peut y avoir mécanisme de métabolisme que s’il y a eu production. C’est le concept de bilan : la comparaison des entrées et sorties (exemple: si mon compte en banque est en négatif, c’est qu’il y a plus de sorties que d’entrées ). Attention c’est toujours dans ce sens jamais sorties-entrées !  II. Boucle homéostatique Pour qu’il y ait une fonction homéostatique, une boucle de régulation asservie est mise en jeu. Cette boucle adapte les sorties aux entrées pour éviter / minimiser la modification de la variable régulée : maintenir la variable stable pour un nouvel état d’équilibre/homéostasie. Ainsi on se pose une première question : Quelle est la variable régulée ? A. Notion de variable Dans la boucle homéostatique asservie, la variable est le paramètre régulé : -concentration: osmolarité, kaliémie, glycémie - force physique: pression artérielle, température -volume: volémie Dès qu’il y a une hausse ou une baisse par rapport a l’équilibre, la boucle de régulation est déclenchée car il y a déséquilibre. C’est cette variation qui constitue l'élément déclencheur de la cascade homéostatique par le système de contrôle. Et qui permet un retour à l’état homéostatique, par adaptation des sorties et des entrées. B. Système de contrôle La boucle comprend un deuxième élément : un système de contrôle. Il comprend: - le capteur/récepteur/sensor - le centre de contrôle proprement dit / centre intégrateur - l’effecteur Ce système fonctionne dans un seul sens / sens unique = toujours une variable à réguler → vers effecteur qui la régule. Le capteur et le centre de contrôle sont des éléments qui véhiculent les messages en utilisant des messagers - neuro - endocrinien - ou mixte C. Capteur-Récepteur-Sensor Ce sont des récepteurs sensoriels capables de percevoir la modification de la variable régulée. Le plus souvent, il s'agit de cellules spécialisées dans la perception d’une variable (cellules nerveuses ou non) qui possèdent donc un appareillage spécifique. Il peuvent être sensibles à: - Pression : baro-récepteurs (vasculaires) et mécano récepteurs ( pression sur la peau ) - Température : thermo-récepteurs - Osmolarité: osmo-récepteurs  - modification du potentiel de membrane /kaliémie : n’a pas de vrai récepteur mais la variation/ modification du potentiel de membrane constitue le signal qui déclenche la boucle de régulation Ils peuvent être localisés: - à l'extérieur de l’organisme: extérocepteurs périphériques (dans le tube digestif, œsophage) - à l'intérieur de l'organisme: intérocepteurs, centraux (SNC) ou périphériques (SNP, crosse aortique, carotide, rein…) D. Exemples de système de contrôle Le système de contrôle neurologique simple Il n’y a pas de système endocrinien , uniquement le système neurologique est employé. - exemple 1: contrôle de la pression artérielle et de la volémie La modification de la pression artérielle est perçue par les barorécepteurs. Le signal est transmis via les paires crâniennes IX et X jusqu’au centre intégrateur (tronc cérébral). Ensuite, le tronc cérébral passe le relai au SNA qui active des mécanismes de régulations dans différentes cellules effectrices (dans le rein, une synthèse de rénine est induite pour garder le sel; dans les résistances vasculaires périphériques le coeur pour réguler la fréquence cardiaque ) - exemple 2 : thermorégulation Le froid est ressenti par les thermorécepteurs de la peau (périphériques). Via les neurones de la corne dorsale, les afférences arrivent au niveau du centre régulateur (l’ hypothalamus) ce qui induit une réponse via le SN somatique (au niveau système musculaire frissons; au niveau SN sympathique la vasoconstriction, l’horripilation (système pileux), les catécholamines, la thermogénèse chimique) système de contrôle endocrinien Ce système est simplifié puisque le capteur et le centre de contrôle forment une seule structure, il n’y a pas besoin de messager intermédiaire/en amont. Les modifications de la variable sont perçues directement par la glande endocrine. - exemple 1: glycémie Le pancréas intègre/capte le changement de variable et induit la production d'hormone (insuline ou glucagon) qui agissent sur l’effecteur (métabolisme cellulaire : muscle, foie, tissu adipeux) - exemple 2: calcémie Le capteur/ récepteur du calcium et le système de contrôle correspondent à la parathyroïde qui produit un second messager (pth) agissant sur le rein, le métabolisme osseux et l’absorption digestive - exemple 3 : kaliémie L’ingestion de chocolat entraîne une hausse de potassium. Cette hausse entraîne à son tour une modification du potentiel de membrane des cellules surrénaliennes et active leur synthèse d'aldostérone agissant sur le rein pour éliminer le potassium. système de contrôle mixte Il s'agit d’un système dans lequel les deux systèmes biologiques sont impliqués: une partie est gérée par le système neurologique et une autre par le système endocrinien. - exemple : osmorégulation : variable osmolarité Ici, s’il y a modification du signale des paires crâniennes afférentes 9 et 10, alors l’intégration par SNC noyaux gris centraux entraîne la production d’ADH (hormone) sur rein. E. Effecteurs C’est l’élément du système de contrôle qui effectue l'action compensatoire (ajustement des sorties aux entrées) nécessaire au retour de la variable régulée vers sa valeur normale. Il est l’exécuteur asservi au centre intégrateur pour l'ensemble de la boucle. Il ne peut pas agir sur le centre de contrôle. C’est à dire qu’il n’a pas de possibilité de contrôle rétroactif propre sur le centre de contrôle. Enfin, c’est toujours une cellule/une composante cellulaire.Cependant, il peut s’organiser en tissu (muscle…) ou organe (rein). exemples: III. Optimisation des systèmes de contrôle Le système de contrôle doit pouvoir assurer le maintien constant du milieu intérieur. Mais pour cela il doit : - avoir une grande précision et réactivité - ne pas dépasser son objectif On peut alors faire varier certaines caractéristiques pour l’optimiser et le rendre plus efficace. A. Sensibilisation et réactivité 1) Localisation centrale et périphérique des capteurs Il existe une association entre les récepteurs centraux et les récepteurs périphériques (le plus souvent). Exemple: La thermorégulation au froid : Les thermorécepteurs centraux et périphériques (majoritaire pour la thermorégulation au froid) s’associent pour sensibiliser le système. Ici pas bcp d'intérêt car le milieu intérieur reste autour de 37°C mais, à l’inverse pour la thermorégulation au chaud, il y a plus de thermorécepteurs centraux que de périphérique (exercice physique). Ainsi, il y a une forte relation entre structure et fonction. 2) Possibilité que la variable agisse directement sur le récepteur: sorte de court circuit. (=La variable se passe du centre régulateur). Exemple 1: La calcémie agit directement sur le rein pour normaliser cette dernière. Système classique: hypercalcémie alors le système standard complet va stimuler la parathyroïde freinant ainsi la PTH afin de supprimer le calcium par le rein. Système de court circuit pour optimiser la réponse: agit direct sur le récepteur du calcium du tubule rénal pour éliminer le calcium. Exemple 2: La pression artérielle Système court circuit: La pression artérielle agit directement sur l’élimination du sel par le rein. Mise en place d’une natriurèse de pression, c'est -à -dire que le rein augmente l'élimination du sel afin de normaliser la pression artérielle. 3) Modulation des entrées La quasi totalité du temps ont a une adaptation des sorties aux entrées. Cependant, parfois voir uniquement pour le cas de l'osmorégulation ce sont les entrées qui sont régulées: Exemple : contrôle des entrées via le signal de la soif: Si on arrête de boire : L’osmolarité et la natrémie augmentent, l’osmorécepteur entraîne la sécrétion ADH pour garder eau. Parallèlement stimulation de la soif entraînant un comportement adapté: celui d’aller boire  B. Amortissement Il ne faut pas dépasser son objectif de façon asymptotique : l’amortissement de la réponse permet d’éviter d’avoir un système oscillatoire. 1) Système contre régulateur / balance: système dans les deux sens. Exemple: Bilan sodium. Si la pression artérielle augmente alors l’objectif est de perdre du sel. Cela se traduit par un effet pronatriurétique entraînant par conséquent l'inhibition du système antinatriurétique. (=Si l’un s’active l’autre s'inhibe) 2) Anticipation de la correction d’une variable régulées Essentiellement pour le bilan de l’eau: Au bout de quelques secondes la sensation de soif disparaît alors que le verre d’eau n’est pas arrivé au niveau de l’œsophage (toujours présence d’hyperosmolarité). La correction de l’osmolarité est anticipée par l’envoie d’un signal de la soif afin de limiter le risque de boire des quantités trop importantes d’eau et donc d’entrée en hyponatrémie. Ceci est possible grâce aux extérorécepteurs dans la paroi pharyngée (=haut dans carrefour oesophagiens qui perçoit l’eau) donnant le signal au SNC que c’est bon. Exercices d’entraînement: QCM: 1) l’Homéostasie: a) N’est pas un signe d’évolution des espèces. b) Consomme de l’énergie c) Est une propriété de l’individu entier d) Est un phénomène borné e) a,b,c et d sont fausses 2) La consommation d’énergie est le prix à payer… : a) De la dépendance du milieu interne. b) De l’indépendance du milieu interne. c) De la dépendance du milieu extérieur. d) De l’indépendance du milieu extérieur. 3) Concernant l’optimisation des systèmes de contrôle: a) La sensibilisation et la non réactivité mettent en œuvre une localisation centrale et périphérique des capteurs. b) L’amortissement se traduit par une anticipation de la correction de la variable c) La sensibilisation et la réactive se traduisent par un effet direct de la variable sur l’effecteur d) L’amortissement se traduit par une modulation des entrées et non uniquement des sorties QROC: 1) Quel est le rôle de l’effecteur dans la boucle homéostatique ? 2) Définir la notion de système de contrôle mixte. 3) Expliquer comment fonctionne le contrôle de la calcémie. Correction: QCM: 1) l’Homéostasie: a) N’est pas un signe d’évolution des espèces. Faux: C’est un signe d’évolution: plus une espèce est évoluée plus elle est capable d'homéostasie, elle acquiert une indépendance vis à vis du milieu extérieur  b) Consomme de l’énergie Vraie: La réalisation de la fonction d'homéostasie a un coût : elle consomme de l'énergie sous forme d’ATP. Plus on s'éloigne de la constante de base plus on consomme de l’énergie c) Est une propriété de l’individu entier Vraie: Les tissus et les organes ne sont pas capables de fonctions homéostatiques. Mais ils se coordonnent ensemble et sont nécessaires. Cependant, il existe une exception pour certaines fonctions autorégulatrices. En général, les récepteurs alertent d’une modification de la constante et la finalité des mécanismes revient à la cellule effectrice. Elle est sous le contrôle des systèmes biologiques (endocrinien, nerveux…. ). Ces derniers sont au service de la fonction homéostatique. d) Est un phénomène borné Vraie: La capacité de régulation de l’organisme s’assurant de la stabilité du milieu intérieur n’est pas illimitée. Lorsque l’organisme n’est plus capable d'assurer la fonction d’homéostasie, la pathologie apparaît et enfin la mort. e) a,b,c et d sont vraies. Faux: a est fausse 2) La consommation d’énergie est le prix à payer… : a) De la dépendance du milieu interne. b) De l’indépendance du milieu interne. c) De la dépendance du milieu extérieur. d) De l’indépendance du milieu extérieur. Vraie: En effet, plus une espèce est évoluée plus elle est capable d'homéostasie, c’est à dire qu’elle acquiert une autonomie vis à vis du milieu extérieur. Cela se traduit par une possibilité d’adaptation aux changements imposés par les différents environnements devient possible. 3) Concernant l’optimisation des systèmes de contrôle: a) La sensibilisation et la non réactivité met en œuvre une localisation centrale et périphérique des capteurs. Faux: La sensibilisation est réactive b) L’amortissement se traduit par une anticipation de la correction de la variable= c) La sensibilisation se traduit par un effet direct de la variable sur l’effecteur d) L’amortissement se traduit par une modulation des entrées et non uniquement des sorties Faux: Cela est mis en oeuvre par la sensibilisation et la réactivité QROC: 1) Quel est le rôle de l’effecteur dans la boucle homéostatique ? L'effecteur est l’élément du système de contrôle qui à pour mission d'effectuer l’action compensatoire (ajustement des sorties aux entrées) nécessaire au retour de la variable régulée vers sa valeur normale. 2) Définir la notion de système de contrôle mixte. C’est un système dans lequel sont impliqués les deux systèmes biologiques. Dans ce cas, le système endocrinien est impliqué soit comme messager entre le centre intégrateur et l’effecteur, soit d’emblée (ex ADH) soit secondairement (Ex: Rénine Aldostérone sous le contrôle d’efférences neurologiques) 3) Expliquer comment fonctionne le contrôle de la calcémie. Le capteur/récepteur du calcium et le système de contrôle correspondent à la parathyroïde qui produit un second messager (=PTH) agissant sur le rein, le métabolisme osseux et l’absorption digestive.