C1 Introduction et homéostasie partie 1

L'anatomie étudie la structure des parties du corps et leurs relations, tandis que la physiologie se concentre sur le fonctionnement normal de ces parties. L'anatomie est considérée comme une image statique, alors que la physiologie est dynamique.

Connaître la structure permet de mieux comprendre la fonction des systèmes corporels, car il existe une relation étroite entre la structure et la fonction dans l'étude physiologique.

La physiologie est définie comme une fondation scientifique majeure de la médecine, permettant la compréhension des processus et mécanismes physiologiques fondamentaux pour les métiers liés à la santé.

L'objectif de l'approche mécanistique est de comprendre comment fonctionnent les processus et mécanismes physiologiques, ce qui est fondamental pour la pratique des métiers liés à la santé.

La physiologie est un des constituants majeurs de la base de connaissances médicales, servant de fondation solide pour la pratique médicale. Elle est essentielle pour comprendre les mécanismes du corps humain et leur fonctionnement, ce qui est crucial pour le diagnostic et le traitement des maladies.

La connaissance de la physiologie permet de comprendre comment les processus physiologiques sont perturbés lors des maladies, en identifiant les dysfonctionnements associés.

La physiopathologie est la science qui étudie les dysfonctionnements physiologiques. Elle est directement liée à la physiologie, car elle se concentre sur les perturbations des processus physiologiques dans le cadre des maladies.

1. Objectiver si l'homéostasie est préservée : L'examen clinique est essentiel (mesure du poids, température, pression artérielle, auscultation cardiaque et pulmonaire).

2. Identifier le(s) dysfonctionnement(s) : Nécessité de connaître et comprendre les mécanismes physiopathologiques.

3. Déterminer la(les) cause(s) du(des) dysfonctionnement(s).

4. Décider des mesures thérapeutiques appropriées.

1. Niveau chimique : molécule située dans la membrane qui entoure la cellule
2. Niveau cellulaire : une cellule de muscle lisse
3. Niveau tissulaire : couches des tissus de la paroi gastrique
4. Niveau des organes : estomac
5. Niveau des systèmes de l'organisme : le tube digestif
6. Niveau de l'organisme : le corps entier

La physiologie générale comprend :

1. Physiologie cellulaire
2. Physiologie subcellulaire et moléculaire : étude du fonctionnement d'organites et de protéines cellulaires, en particulier des protéines membranaires de transport.
3. Physiologie des rapports entre la cellule et le milieu extracellulaire : étude des échanges entre les cellules et le liquide extracellulaire.
4. Physiologie moléculaire : étude de la fonction des protéines produites par la cellule, également appelée protéomique fonctionnelle.
5. Physiologie appliquée : étude du fonctionnement normal de l'organisme dans des conditions environnementales particulières (ex : altitude, apesanteur).
6. Physiologie comparative : étude et comparaison du fonctionnement des cellules, tissus, organes et systèmes entre les espèces.

Les principaux domaines de la physiologie incluent :

1. Physiologie humaine
2. Physiologie des systèmes
3. Physiologie générale

La physiologie des systèmes étudie les mécanismes assurant le fonctionnement normal des différents organes et systèmes qu'ils composent et le maintien de leur homéostasie.

Les principaux domaines de la physiologie humaine incluent :

1. Physiologie générale
2. Physiologie des systèmes : Digestif, Respiratoire, Rénal, Cardiovasculaire, Endocrinien
3. Physiopathologie : Perturbations fonctionnelles associées à la maladie
4. Neurophysiologie : Caractéristiques fonctionnelles du système nerveux
5. Physiologie de la reproduction : Mécanismes fonctionnels des organes reproducteurs
6. Immunologie : Mécanismes de défense
7. Physiologie du microbiote intestinal : Interactions entre la flore bactérienne colique et l'organisme.

L'interdépendance des systèmes dans le corps humain est cruciale car chaque système, comme le système digestif, cardiovasculaire, respiratoire et rénal, joue un rôle spécifique dans le maintien de l'homéostasie. Par exemple :

• Système digestif : digère et absorbe les nutriments, éliminant les matières non absorbées.
• Système cardiovasculaire : distribue l'oxygène et les nutriments aux cellules et élimine les déchets métaboliques.
• Système respiratoire : absorbe l'oxygène et élimine le gaz carbonique.
• Système rénal : élimine les déchets azotés et régule l'excrétion des ions et de l'eau.

Ces systèmes interagissent par le biais de flux de nutriments, d'oxygène et de déchets, ce qui est essentiel pour le bon fonctionnement de l'organisme.

Lors d'une course, les systèmes interagissent de la manière suivante :

1. Système locomoteur : Permet de se déplacer.
2. Système respiratoire : Fournit l'O₂ et élimine le CO₂.
3. Système cardiovasculaire : Apporte l'O₂ et les nutriments aux cellules musculaires et élimine les déchets métaboliques (ex : CO₂ vers le poumon, lactate vers le foie).
4. Système thermorégulateur : Maintient la température corporelle par la sudation.
5. Système endocrinien : Favorise l'utilisation tissulaire de glucose.

L'homéostasie est le maintien d'un système biologique dans des conditions quasi constantes, assurant la constance du milieu intérieur. Elle est importante car elle permet au système de fonctionner normalement malgré les perturbations internes ou externes.

L'organisme maintient l'homéostasie par un état dynamique appelé homéodynamie, où une variable peut varier à court terme mais reste stable à long terme. Cela nécessite une utilisation permanente d'énergie métabolique et des mécanismes de régulation compensatoires, principalement via le rétrocontrôle négatif.

Le rétrocontrôle négatif est le principal système homéostatique qui permet de corriger les perturbations en maintenant les paramètres stables dans l'organisme.

L'organisme fixe des priorités de contrôle qui varient selon les conditions, par exemple, en favorisant la régulation de la tonicité plasmatique lorsque les variations du volume circulant effectif sont faibles, et en privilégiant la régulation du volume du LEC lors d'une hémorragie importante.

Le contrôle par anticipation permet à l'organisme de se préparer à une perturbation à venir en mettant en œuvre des mécanismes de correction ou d'adaptation. Par exemple, la vue ou l'odeur d'un plat stimule la sécrétion salivaire et gastrique avant même que les aliments ne soient ingérés.

L'homéostasie est la capacité d'un organisme à maintenir un environnement interne stable malgré les fluctuations externes. Cela implique des mécanismes de régulation qui permettent de gérer les variations de variables physiologiques, comme la concentration d'oxygène.

L'homéostasie est la base de la physiologie et se réfère au maintien de la stabilité de la glycémie interprandiale chez un individu en bonne santé, malgré des apports variables de glucose lors des repas. Elle est assurée par des mécanismes de compensation rapides qui restaurent la glycémie à sa valeur préprandiale.

L'homéostasie est le processus qui permet de maintenir la stabilité des différents paramètres intra et extracellulaires dans l'organisme. Elle est importante car elle assure :

• L'apport continu de nutriments (comme le glucose) malgré une prise alimentaire discontinue.
• Le maintien des concentrations ioniques asymétriques.
• L'apport d'O₂ et l'élimination du CO₂.
• Le maintien du pH intra et extracellulaire.
• Le maintien du volume et de la tonicité plasmatique.
• Le maintien de la pression artérielle.
• Le maintien de la température corporelle.

Les systèmes du corps humain impliqués dans l'homéostasie comprennent :

• Système cardiovasculaire : homéostasie de la pression artérielle.
• Système respiratoire : homéostasie du CO₂ sanguin et du pH.
• Système rénal : homéostasie du potassium sanguin.
• Système endocrinien : homéostasie du glucose sanguin.
• Système digestif : homéostasie du cholestérol sanguin.

Le métabolisme énergétique, qui est l'ensemble des réactions chimiques se produisant au niveau cellulaire, contribue à l'homéostasie en permettant de transformer et d'utiliser de l'énergie nécessaire au maintien des différents paramètres physiologiques de l'organisme.

Le rétrocontrôle négatif est le principal système homéostatique du corps, permettant à une variable contrôlée de varier dans la direction opposée à la perturbation initiale, afin de la maintenir dans une plage de valeurs compatibles avec le fonctionnement normal du système. Il nécessite l'utilisation permanente d'énergie métabolique pour annuler en permanence la différence entre la valeur de la variable mesurée et celle fixée par le corps.

Les trois composants d'un système de rétrocontrôle négatif sont :

1. Senseur : perçoit les variations d'une variable donnée.
2. Comparateur : mesure la différence entre la valeur mesurée de la variable et la valeur de consigne.
3. Effecteur : reçoit l'information du comparateur et induit une réponse pour corriger les variations de la variable.

Le rétrocontrôle négatif vise à annuler la différence entre la valeur mesurée d'une variable et la valeur fixée pour maintenir cette variable dans un intervalle de constance, assurant ainsi l'homéostasie du système. Cela se traduit par le fait que "la sortie corrige l'entrée".

Les composants principaux d'un système de rétrocontrôle négatif sont :

1. Senseur : perçoit les variations de la variable.
2. Comparateur : mesure la différence entre la valeur mesurée et la valeur de consigne, génère un signal d'erreur.
3. Effecteur : reçoit le signal de sortie et induit une réponse pour corriger la différence.

Lorsque la valeur mesurée est supérieure à la valeur de consigne, le système diminue son activité pour annuler cette différence.

Lorsque la valeur mesurée est inférieure à la valeur de consigne, le système augmente son activité pour annuler cette différence.

L'étendue de l'intervalle de constance dépend de :

• La sensibilité du senseur : un senseur plus sensible a un intervalle de valeur normale plus étroit.
• La capacité du comparateur à amplifier la différence : une amplification trop faible peut empêcher une réponse adéquate.
• La rapidité de l'effecteur à agir.

Il est nécessaire de fournir de l'énergie métabolique en permanence pour assurer le fonctionnement des boucles de rétrocontrôle négatif et maintenir l'homéostasie de l'organisme.

Le rétrocontrôle négatif est un mécanisme par lequel une diminution d'une variable (X) par rapport à sa valeur de consigne est perçue par un senseur. Ce senseur envoie une information à un centre intégrateur, qui communique ensuite avec un effecteur pour induire une modification de la variable (↑ X) en sens opposé à la perturbation initiale, permettant ainsi sa correction.

Les éléments clés d'une boucle de rétrocontrôle négatif incluent :

1. Senseur : détecte la diminution de la variable.
2. Centre intégrateur : reçoit l'information du senseur et envoie un signal à l'effecteur.
3. Effecteur : induit une modification de la variable pour corriger la perturbation.

La performance de la boucle dépend de sa capacité à détecter rapidement de faibles variations et à induire des réponses correctrices rapides.

Le rétrocontrôle négatif est un mécanisme qui corrige une augmentation d'une variable en la réduisant. Lorsqu'une variable 'X' augmente par rapport à sa valeur de consigne, un senseur détecte cette augmentation et envoie une information à un centre intégrateur. Ce centre envoie ensuite un signal à un effecteur qui modifie la variable 'X' en la diminuant, permettant ainsi de revenir à la normale.

Le rétrocontrôle négatif est un mécanisme qui corrige en permanence toute perturbation d'une variable régulée autour d'une valeur de consigne, permettant ainsi une constance dynamique du milieu intérieur.

La régulation par plusieurs effecteurs antagonistes permet un effet 'push-pull', où l'activation d'un effecteur inhibe son antagoniste, ce qui améliore la régulation d'une variable, comme l'insuline et le glucagon pour la glycémie ou le système orthosympathique et parasympathique pour la fréquence cardiaque.

Le rétrocontrôle négatif est un mécanisme qui maintient la température de l'eau d'un aquarium à une valeur fixée (set point), par exemple 30°C. Lorsque la température s'écarte de cette valeur, le thermomètre (senseur) détecte le changement et envoie un signal au comparateur, qui compare la température mesurée à la température fixée. Si la différence est supérieure ou égale à 1°C, le comparateur informe l'effecteur (résistance) pour ajuster la température. Ce processus continue jusqu'à ce que la température atteigne la valeur fixée, moment où le système s'arrête.

Le thermomètre agit comme un senseur qui perçoit la diminution de la température de l'eau. Il détecte les écarts par rapport à la température fixée et transmet cette information au comparateur.

Le comparateur compare la température mesurée par le thermomètre à la température fixée. Si la différence est supérieure ou égale à 1°C, il envoie un signal à l'effecteur pour annuler cette différence, en activant la résistance pour augmenter la température de l'eau.

La stabilité de la température est maintenue grâce à l'énergie électrique qui alimente le comparateur et la résistance. Sans cette énergie, la boucle de rétrocontrôle ne fonctionne plus et la température de l'aquarium s'équilibre spontanément avec celle de la pièce.

Lorsque la température de l'eau atteint 31°C, le système s'arrête, ce qui signifie que la boucle de rétrocontrôle négatif est désactivée, maintenant ainsi la température à la valeur fixée de 30°C.

Le rétrocontrôle négatif est un mécanisme qui maintient un paramètre biologique dans un intervalle de constance en ajustant les réponses physiologiques en fonction des variations détectées. Par exemple, les oscillations de la température de l'eau dans un aquarium autour d'une valeur fixée illustrent ce concept.

La sensibilité des systèmes de rétrocontrôle négatif dépend de la variable surveillée. Par exemple, la tonicité plasmatique est contrôlée par un système très sensible qui détecte des variations de l'osmolalité de l'ordre de 1%, tandis que la PaO₂ est contrôlée par un système moins sensible qui ne détecte qu'une diminution significative de la PaO₂.

1. Tonicité plasmatique : contrôlée par des osmorécepteurs qui détectent des variations de 1% et régulent la libération d'ADH.

2. PaO₂ : contrôlée par des chémorécepteurs périphériques qui ne détectent qu'une diminution importante de la PaO₂, inférieure à 60 mm Hg.

L'insuline est une hormone hypoglycémiante qui diminue la glycémie en favorisant :

1. L'incorporation tissulaire de glucose au niveau musculaire et du tissu adipeux.
2. Le stockage de glucose sous forme de glycogène au niveau hépatique et musculaire.
3. La glycolyse au niveau hépatique et musculaire.
4. La lipogénèse, c'est-à-dire la synthèse des acides gras et des triglycérides au niveau hépatique.
5. La synthèse des triglycérides au niveau du tissu adipeux.
6. L'inhibition de la néoglucogenèse hépatique.

Le glucagon est une hormone hyperglycémiante qui augmente la glycémie en favorisant :

1. La néoglucogenèse hépatique, permettant la synthèse de glucose.
2. La glycogénolyse hépatique.
3. L'inhibition de la glycolyse hépatique, diminuant l'utilisation de glucose par le foie.
4. La lipolyse, dégradant les triglycérides du tissu adipeux pour libérer des acides gras libres dans le plasma.
5. L'augmentation de la cétogénèse hépatique lors du jeûne prolongé, formant des corps cétoniques à partir des acides gras.

La valeur de consigne de la glycémie normale est comprise entre 80 et 100 mg/dl, soit 4 à 5,5 mM.

L'insuline et le glucagon ont des effets opposés sur la glycémie :

• Insuline : diminue la glycémie en favorisant le stockage de glucose et en inhibant la néoglucogenèse.
• Glucagon : augmente la glycémie en stimulant la libération de glucose et en inhibant la glycolyse hépatique.

Le rétrocontrôle négatif permet de réduire l'écart entre l'augmentation de la glycémie liée au repas et la valeur fixée de la glycémie normale. Lors de l'ingestion d'un repas, la glycémie augmente, ce qui déclenche la sécrétion d'insuline par les cellules ẞ et inhibe la sécrétion de glucagon par les cellules a, entraînant une diminution de la glycémie pour revenir dans l'intervalle de valeurs normales.

L'insuline augmente l'incorporation membranaire de GLUT4 au niveau des cellules musculaires et des adipocytes, facilitant ainsi l'entrée du glucose dans ces cellules par diffusion facilitée.

Avant le repas, la concentration de glucose est d'environ 90 mg/dL, elle atteint un pic de 140 mg/dL après le repas, puis redescend à environ 90 mg/dL. La concentration de glucagon diminue après le repas, tandis que l'insuline augmente rapidement pour atteindre un pic de 130 µU/mL avant de diminuer progressivement.

Le rétrocontrôle négatif permet de réduire l'écart entre la diminution de la glycémie induite par le jeûne et la valeur fixée de la glycémie normale. Il déclenche la sécrétion de glucagon par les cellules α et inhibe la sécrétion d'insuline par les cellules β, favorisant ainsi la libération de glucose dans le sang.

Après un repas, la sécrétion d'insuline augmente tandis que celle de glucagon diminue. Cela favorise l'utilisation du glucose par les cellules et réduit la concentration de glucose dans le sang.

La diminution d'insuline favorise l'endocytose des GLUT4 au niveau des cellules musculaires et des adipocytes, ce qui réduit l'utilisation de glucose par ces cellules.

Les valeurs normales de la glycémie sont de 80-100 mg/dl (4-5,5 mM). Après un jeûne, le rétrocontrôle négatif permet d'augmenter la glycémie pour revenir dans cet intervalle de valeurs normales.

Avant un repas, le niveau de glucose est plus bas, tandis que le glucagon est plus élevé. Après le repas, le glucose augmente rapidement, le glucagon diminue, et l'insuline atteint un pic, facilitant l'absorption du glucose par les cellules.

Le corps maintient l'homéostasie de la concentration de glucose dans le sang en régulant les niveaux de glucose autour d'un point de consigne normal de 90 mg/dl, avec une plage normale de 80 à 100 mg/dl. Cela se fait par des mécanismes de rétroaction négative qui ajustent les niveaux de glucose lorsque ceux-ci fluctuent au-dessus ou en dessous de cette valeur normale.

Le rétrocontrôle positif est un système où une variable varie dans la même direction que la perturbation initiale, amplifiant ainsi la différence entre la valeur mesurée et la valeur fixe. Il est caractérisé par :

1. Amplification de l'entrée : La sortie amplifie l'entrée, créant un cycle où l'effet est accru.
2. Instabilité : Ce système est instable, car le signal augmente l'effet, entraînant un cycle vicieux incontrôlable, ce qui signifie qu'il n'est pas homeostatique, car la variable contrôlée s'écarte de son intervalle de constance.

Le rétrocontrôle positif permet d'amplifier considérablement et rapidement un signal physiologique, bien qu'il soit moins nombreux que le rétrocontrôle négatif.

Il nécessite un contrôle étroit par l'intervention de mécanismes inhibiteurs pour permettre au système de revenir à son état basal et éviter un effet d'emballement incontrôlable.

Le rétrocontrôle positif est un mécanisme où la dépolarisation membranaire induit l'ouverture de canaux Na+ voltage-dépendants, augmentant ainsi la conductance au Na+ et l'entrée de Na+. Cette entrée de Na+ amplifie la dépolarisation, entraînant une ouverture supplémentaire de canaux Na+, créant un cercle vicieux qui amplifie la dépolarisation de manière explosive.

L'inactivation des canaux Na+ (facteur h) et l'activation tardive de la conductance membranaire au K+ permettent la repolarisation membranaire et le retour à l'état basal ou de repos, stoppant ainsi le rétrocontrôle positif.

Le potentiel d'action suit un comportement de type 'tout ou rien' car en dessous d'un certain seuil, il ne peut pas être déclenché. À partir de ce seuil, l'ouverture suffisante de canaux Na+ permet une augmentation régénérative de la conductance au Na+, déclenchant ainsi le potentiel d'action.

La membrane cellulaire est composée d'une bicouche lipidique (phospholipides et cholestérol) contenant différents types de protéines : intégrales, périphériques et liées aux lipides. Ces protéines assurent le transport, la détection (récepteurs), des fonctions enzymatiques, l'adhésion cellulaire et la connexion au cytosquelette sous-jacent.

Le modèle de la mosaïque fluide, proposé par J. Singer et G. Nicolson en 1972, envisage la membrane comme une mosaïque de protéines enchâssées dans une bicouche lipidique fluide. Les lipides et les protéines peuvent se déplacer latéralement, permettant une configuration variable de la membrane.

Les cellules eucaryotes possèdent des organites intracellulaires compartimentés, entourés de membranes, et un noyau bien délimité contenant de l'ADN linéaire. Leur diamètre varie généralement de 5 à 100 µm.

Les cellules eucaryotes sont hétérotrophes chimiotrophes : elles tirent leur énergie de substances chimiques dans l'environnement, et organotrophes en utilisant des substrats organiques tels que glucides, lipides et protéines.

Les organismes autotrophes, comme les végétaux, fabriquent leur propre matière organique en utilisant l'énergie lumineuse (photosynthèse) pour synthétiser des molécules organiques complexes à partir de CO₂ et H₂O.

Les organismes hétérotrophes dégradent les molécules organiques complexes en présence d'oxygène par respiration aérobie ou par fermentation en absence d'oxygène, produisant du CO₂ et H₂O et libérant de l'énergie pour synthétiser leurs propres molécules organiques.

Les lysosomes sont responsables de la dégradation des débris cellulaires et du recyclage des constituants cellulaires via des enzymes hydrolytiques.

Le réticulum endoplasmique granuleux (REG) est principalement impliqué dans la synthèse des protéines, en particulier celles destinées à la sécrétion ou à l'incorporation membranaire.

Le complexe de Golgi est responsable de la maturation, du tri et du transport des glycoprotéines et autres protéines synthétisées dans le RE vers leurs destinations finales.

La membrane cellulaire permet d'établir et de maintenir un milieu intracellulaire de composition différente du milieu extracellulaire et d'assurer l'homéostasie en régulant activement les échanges malgré les perturbations internes et externes.

L'activité de la Na+,K+-ATPase (pompe sodium-potassium) assure l'asymétrie de composition en Na+ et K+ entre le LIC et le LEC.

Les protéines représentent 12 à 15 % de la masse corporelle. Environ 65 % du poids des protéines corporelles se trouve dans les muscles, soit environ 7 kg de protéines musculaires.

Le glycogène (≈ 1 % du poids corporel) est stocké principalement dans le foie (75–100 g) et dans les muscles (300–600 g).

La masse non grasse correspond à la masse corporelle sans graisse extractible. La masse maigre inclut, en plus, les lipides constitutifs (moelle osseuse, cerveau, moelle épinière, organes internes). Chez un sujet bien hydraté, elles peuvent être assimilées.

Pour un homme de référence :

• Masse non grasse : 85 %
• Masse grasse : 15 % (80 % lipides de réserve, 20 % lipides constitutifs)
• Masse maigre : 88 % (masse non grasse + lipides constitutifs)

La masse grasse est définie comme la somme des lipides de réserve (storage fat) et des lipides constitutifs (essential fat).

La masse maigre est constituée de la masse non grasse plus les lipides constitutifs (essential fat).

Le LEC est l'environnement interne ou le « milieu intérieur » de l'organisme, et sa composition doit rester relativement constante pour assurer le fonctionnement normal de l'organisme.

Claude Bernard décrit le milieu intérieur comme une condition nécessaire à la « vie libre et indépendante », soulignant l'importance de la fixité de ce milieu pour le bon fonctionnement de l'organisme.

Les deux compartiments liquidiens principaux sont :

1. Liquide extracellulaire (LEC) : en dehors des cellules.
2. Liquide intracellulaire (LIC) : à l'intérieur des cellules.

La physiopathologie est l'étude des dérèglements des mécanismes de compensation qui aboutissent au développement des maladies rencontrées en clinique.

Lorsque les mécanismes de compensation sont dépassés, l'homéostasie ne peut être préservée, ce qui peut entraîner le développement de pathologies et potentiellement la mort de l'organisme.