INTRODUCTION A LA PHYSIOLOGIE DES GRANDES FONCTIONS...

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1 Sommaire I. INTRODUCTION A LA PHYSIOLOGIE DES GRANDES FONCTIONS... 2 A. ROLES DES GRANDES FONCTIONS PHYSIOLOGIQUES... 2 B. GRANDES FONCTIONS PHYSIOLOGIQUES ET SITUATION D EXERCICE PHYSIQUE... 2 C. SYSTEMES DE COMMUNICATION ET DE REGULATION DES GRANDES FONCTIONS PHYSIOLOGIQUES Organisation générale du système nerveux Le système endocrinien Spécificité et complémentarité du système nerveux et du système endocrinien (diapo 25)... 2 II. LE SYSTEME CARDIO-VASCULAIRE... 2 A. COMPOSITION DU SANG ET ROLES DU SANG Les globules rouges Les globules blancs et les plaquettes Le plasma... 2 B. LE CŒUR : STRUCTURE ET FONCTION Situation du coeur Le cœur : 2 pompes distinctes Le myocarde Le système cardionecteur et le couplage excitation contraction Cycle cardiaque. Révolution cardiaque Les paramètres caractérisant la fonction cardiaque (diapo 22) La régulation et la modulation de la fréquence cardiaque (diapo 23) La régulation du VES (diapo 25)... 3 C. LE SYSTEME VASCULAIRE Hémodynamique Anatomie des structures du système vasculaire Régulation de la pression artérielle (diapo 40 et diapo 41)... 3 III. LE SYSTEME RESPIRATOIRE... 3 A. ANATOMIE DU SYSTEME RESPIRATOIRE Zone de conduction Zone respiratoire Poumons et plèvre Irrigation des poumons... 3 B. MECANIQUE DE LA VENTILATION PULMONAIRE Principes physiques Phase inspiratoire (diapo 11) Phase expiratoire (diapo 14)... 4 C. ECHANGES GAZEUX... 5 D. TRANSPORT DES GAZ DANS LE SANG Transport de l O2... 6

2 I. Introduction à la Physiologie des Grandes Fonctions A. Rôles des grandes fonctions physiologiques B. Grandes fonctions physiologiques et situation d exercice physique C. Systèmes de communication et de régulation des grandes fonctions physiologiques. 1. Organisation générale du système nerveux 2. Le système endocrinien a) Glandes surrénales (diapo 17) b) Le complexe hypothalamo-hypophysaire 3. Spécificité et complémentarité du système nerveux et du système endocrinien (diapo 25) II. Le système cardio-vasculaire A. Composition du sang et rôles du sang 1. Les globules rouges 2. Les globules blancs et les plaquettes 3. Le plasma B. Le cœur : structure et fonction 1. Situation du coeur 2. Le cœur : 2 pompes distinctes 3. Le myocarde 4. Le système cardionecteur et le couplage excitation contraction 5. Cycle cardiaque. Révolution cardiaque. 6. Les paramètres caractérisant la fonction cardiaque (diapo 22)

3 7. La régulation et la modulation de la fréquence cardiaque (diapo 23) 8. La régulation du VES (diapo 25) C. Le système vasculaire 1. Hémodynamique 2. Anatomie des structures du système vasculaire 3. Régulation de la pression artérielle (diapo 40 et diapo 41) III. Le système respiratoire A. Anatomie du système respiratoire 1. Zone de conduction 2. Zone respiratoire 3. Poumons et plèvre 4. Irrigation des poumons B. Mécanique de la ventilation pulmonaire 1. Principes physiques

4 2. Phase inspiratoire (diapo 11) La phase inspiratoire est initiée par la contraction de muscles inspirateurs. Lorsque l inspiration est normale (elle n est pas forcée), les muscles inspirateurs sollicités sont le diaphragme et les muscles intercostaux externes. Les muscles intercostaux tapissent l espace compris entre deux côtes sur leur face externe. En se contractant, ils rapprochent les côtes les unes des autres pour soulever la cage thoracique. Le diaphragme (diapo 12) est le principal muscle inspirateur. Il s agit d un muscle plat, en forme de dôme qui sépare la cavité thoracique de la cavité abdominale. Ce muscle contient, au sommet du dôme, un tendon plat (centre phrénique) duquel partent 3 faisceaux de fibres : les fibres sternales (qui vont s attacher au sternum), les fibres vertébrales (qui vont s attacher sur les vertèbres lombaires) et les fibres costales (qui vont s attacher aux côtes de C7 à C12). Lorsque ce muscle se contracte, il descend et s aplatit et engendre une augmentation du volume de la cage thoracique en largeur et en profondeur. Solidaire de la cage thoracique par la plèvre, les poumons, grâce à leur élasticité naturelle, vont voir leur volume augmenté. Cette augmentation va conduire à réduire la pression à l intérieur des alvéoles (cf. relation pression/volume). La pression alvéolaire va alors devenir inférieure à la pression atmosphérique. Cette différence de pression conduit à l écoulement de l air des zones de hautes pressions (environnement) vers les zones de basses pressions (les alvéoles pulmonaires). L écoulement de l air se poursuit jusqu à ce que les pressions s égalisent : c est la phase inspiratoire. Au repos, lorsque l inspiration n est pas forcée, il rentre dans les poumons 500ml d air (volume courant). Lorsque l inspiration est forcée, s ajoutent à l action des muscles intercostaux externes et diaphragme, l action de muscles dits accessoires de l inspiration (diapo 13): les muscles scalènes, le sterno-cléido mastoïdien, le grand pectoral. Ces muscles vont contribuer à élever les côtes et le sternum vers l avant augmentant le diamètre antéro-postérieur du thorax. 3. Phase expiratoire (diapo 14) Contrairement à l inspiration, l expiration non forcée est un processus passif du au relâchement des muscles inspiratoires. Le diaphragme, en se relâchant, va remontrer en direction de la cage thoracique et reprendre sa forme de dôme. Il en résulte une diminution du volume de la cage thoracique. Les déformations de la cage thoracique vont se répercuter sur les poumons, ces derniers étant élastiques et solidaires de la cage thoracique par le biais de la plèvre. La diminution du volume pulmonaire va alors induire une augmentation de la pression

5 intra-alvélolaire. Cette dernière va alors dépasser la pression atmosphérique et les gaz s écoulent des zones de hautes pressions (les poumons ) vers les zones de basses pressions (l environnement). Contrairement à l expiration non forcée, l expiration forcée est un processus actif qui sollicite les muscles abdominaux et les muscles intercostaux internes. C. Echanges gazeux Dans l organisme, les échanges gazeux se produisent à deux niveaux (diapo 16). Ils ont lieu au niveau pulmonaire. On parle de respiration externe. A ce niveau, les gaz s échangent au niveau de la membrane alvéolo-capillaire. L O 2 va diffuser de l alvéole vers les capillaires pulmonaires alors que le CO 2 va diffuser des capillaires pulmonaires vers les alvéoles. Les échanges gazeux ont aussi lieu au niveau des tissus. A ce niveau, l O 2 va diffuser des capillaires sanguins vers les tissus alors que le CO 2 va diffuser des tissus vers les capillaires sanguins. Les échanges gazeux au niveau pulmonaire et les échanges gazeux au niveau des tissus sont déterminés par trois paramètres : - le gradient de pression partielle 1 - la solubilité de ces gaz dans les liquides - les caractéristiques de la membrane de diffusion Gradient de pression partielle Au niveau pulmonaire, lorsque l air arrive dans les alvéoles, la pression partielle en O 2 est de 104mmHg, celle du CO 2 de 40mmHg. Les pressions partielles correspondantes dans les capillaires pulmonaires sont de 40mmHg pour l O 2 et de 45mmHg pour le CO 2. En effet, le sang qui arrive dans les poumons est un sang qui est riche en CO 2 et pauvre en O 2. Les différences de pression partielle en O 2 dans le compartiment alvéolaire et dans le compartiment sanguin poussent l O 2 à quitter l alvéole pour aller vers les capillaires pulmonaires (les gaz vont des zones de hautes pressions vers les zones de basses pressions) vers les poumons. La diffusion du gaz cesse quand la pression en O 2 s est équilibrée dans les capillaires pulmonaires (104mmHg). Les différences de pression partielle en CO 2 dans le compartiment alvéolaire et dans le compartiment sanguin poussent le CO 2 à quitter les capillaires pulmonaires pour aller vers les alvéoles (les gaz vont des zones de hautes pressions vers les zones de basses pressions). La 1 La pression partielle d un gaz dans un mélange gazeux correspond à la pression de ce gaz dans le mélange. On parle ainsi de pression partielle en 02 ou de pression partielle en CO2 ;

6 diffusion du gaz cesse quand la pression en CO 2 s est équilibrée dans les capillaires pulmonaires (40 mmhg). Bien que le gradient de pression pour le CO 2 (5mmHg) soit plus petit que celui de l O 2 (64mmHg), les échanges gazeux se produisent à la même vitesse 2 car la solubilité du CO 2 est 20 plus élevé que celle de l O 2 (diapo 18). Or plus un gaz est soluble dans l eau, plus il diffuse vite. Enfin, les échanges gazeux sont aussi dépendants de la surface d échange (la zone d interface au niveau de laquelle diffusent les gaz). Au niveau pulmonaire, cette surface correspond à la membrane alvéolo-capillaire. En contrôlant la perfusion des tissus (contrôle du flux de sang par la vasomotricité des artérioles et des sphincters), les surfaces d échange sont modulables en fonction des besoins. D. Transport des gaz dans le sang Le transport des gaz échangés au niveau de l appareil respiratoire ou au niveau des tissus est assuré par le sang. 1. Transport de l O2 Dans le sang, l oxygène est transporté de manière dissoute dans le plasma. Cette forme de transport est minime (1.5%), l O2 étant peu soluble dans l eau. La quasi-totalité de l O2 (98.5%) est transportée, liée à une protéine, l hémoglobine contenue dans les globules rouges Les globules rouges (diapo 19) sont des petites cellules (2µm d épaisseur, et 7µm de diamètre) en suspension dans le sang qui présentent des caractéristiques particulières sur le plan morphologique. Elles n ont pas de noyaux (il n y a donc pas de possibilité de synthèse protéique, de croissance ou de division cellulaire), de rares organistes, une capacité de déformation importante et une durée de vie limitée (120 jours). D un point de vue métabolique, les globules rouges produisent leur ATP par le métabolisme anaérobie (pas de mitochondries). Leur renouvellement (cf TD cardio 2) est assuré par le processus d érythropoièse sous contrôle de l EPO. La fonction des globules rouges est de transporter l oxygène. Pour cela, les globules rouges renferment des molécules d hémoglobine. L hémoglobine (diapo 20) est une molécule constituée d une protéine, la globine formée de 4 sous-unités protéiques. Chaque sous-unité est associée à une structure en forme d anneau 2 La vitesse de diffusion est proportionnelle au gradient de pression.

7 appelée Hème. Chaque hème possède en son centre un atome de fer susceptible de se fixer à une molécule d O2. Chaque hémoglobine peut donc transporter jusqu à 4 molécules 3. La concentration d hémoglobine est de 14-17,87 g/dl de sang chez l homme et de 12,10 à 16,4 g/dl de sang chez la femme. L hémoglobine est une protéine qui se lie de manière réversible à l oxygène (diapo 21). Lorsque le sang, pauvre en oxygène, passe dans les poumons, l O2 diffuse de l alvéole vers les capillaires pulmonaires. Il pénètre dans le globule rouge et se lie aux molécules d hémoglobine. Au cours de sa liaison à l atome de fer, l hémoglobine change de forme ce qui facilite l association de la molécule d oxygène suivante sur les autres sous-unités. Il se forme alors le complexe appelé oxyhémoglobine (HbO2) qui se colore en rouge vif. Quand 4 molécules d O2 sont fixées à l hémoglobine, on dit que l hémoglobine est saturée. Au niveau des tissus, le processus est inversé. Le sang en provenance des poumons, riche en 02, va distribuer l O2 aux tissus en fonction des besoins. L O2 se dissocie alors du fer, on parle de dissociation de l hémoglobine. Elle reprend alors sa forme initiale, passe dans sa configuration désoxyhémoglobine (HHb, forme libre de tout O2) et prend une couleur rouge sombre. La saturation et la dissociation de l hémoglobine dépendent de plusieurs facteurs physicochimiques (diapo 23): - Pression partielle en O2 (ppo2) - Pression partielle en CO2 (ppco2) - Température - ph - concentration en 2,3 DPG (diapo 24) 4 Saturation de Hb Dissociation de Hb ppo2 S élève avec de ppo2 S élève avec de ppo2 ppco2 S élève avec de ppco2 S élève avec de ppco2 température S élève avec de T S élève avec de T ph S élève avec du ph S élève avec du ph [2,3 DPG] S élève avec de la [2,3 DPG] S élève avec de la [2,3 DPG] 3 Un globule rouge contient 250 millions de molécules d hémoglobine et donc un millard de molécules d O2 4 Le 2-3 diphosphoglycérate est une molécule produite au cours de la glycolyse dans le globule rouge.

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