I- Introduction COMPARTIMENTS LIQUIDIENS, HOMEOSTASIE ET REGULATION 1) Définition physiologie Physiologie = étude de la nature. Science qui étudie le fonctionnement normal d un organisme vivant et des parties qui le composent (molécules, cellules, tissus : conjonctif, épithélium, nerveux, musculaire), en y incluant tous les processus chimiques, physiques et mécaniques. 5 niveaux d organisation : chimique, tissulaire, organe, système, organisme entier. Elle s intéresse également aux interactions avec l environnement : quelle est l influence? Par exemple la fonction d hibernation, étudier l impact sur la santé, les pathologies. Elle est très liée à la médecine, à l histologie, la morphologie et à l anatomie. Actuellement la physiologie a évolué : elle observe au niveau moléculaire et cellulaire aussi. Elle va donc utiliser plusieurs disciplines (BM ; génomique, immunologie, ). C est une science essentiellement expérimentale : toute hypothèse émise doit être prouvée par une expérience. 2) Notion de fonction et processus La fonction d un système physiologique Pourquoi? (approche théologique) Le processus d un système physiologique Comment? (approche mécaniste) 3) Les systèmes physiologiques Un être vivant est composé de 100 miles milliards de cellules, qui composent 250 types cellulaires différents, et qui donnent 11 systèmes physiologiques : - Circulatoire - Digestif - Respiratoire - Urinaire Observation Hypothèse Expérimentation 4) Fonction des systèmes - Squelettique - Musculaire - Tégumentaire - Immunitaire - Nerveux - Endocrinien - Reproducteur Un être vivant est représenté comme une boîte ouverte sur l extérieure, et délimitée par une frontière (la peau). Absorption Déchets Infirmation ou Validation Système de protection = tégumentaire + immunitaire Il y a 3 systèmes d échanges avec le milieu : - Digestif : absorption des nutriments + rejets des déchets non métabolisés - Respiratoire : échange de gaz - Urinaire : rejet excédents d eau + certains déchets Système de distribution = circulatoire : distribution des nutriments dans l organisme + transports jusqu aux systèmes d échanges GFA (2010-2011) Aline GRECHEZ Compartiments liquidiens, Homéostasie, Régulation Page 1
Systèmes de régulation : endocrinien + nerveux Systèmes de support : musculosquelettique II- Le Milieu Intérieur (MI) et ses compartiments 1 ères formes de vie = procaryotes, puis eucaryotes unicellulaire (protozoaires et algues unicellulaires). Puis ces organismes ont évolués en pluricellulaire métazoaires. Protozoaires vivent dans des milieux aqueux (mer, océan, lac, ) et réalisent des échanges directs avec le milieu extérieur où ils vont rejeter des déchets par simple diffusion. Il y a donc 2 milieux à considérer : environnement et milieu intracellulaire. La survie des protozoaires va dépendre essentiellement de l environnement : toute perturbation (chimique, physique) va entrainer des modifications au niveau du fonctionnement du protozoaire (transport, activité enzymatique). S il y a trop de modifications, le protozoaire aura du mal à survivre. Métazoaires = organismes pluricellulaire composé de milliard de cellules. Les cellules en profondeur ne peuvent réaliser des échanges avec l extérieur mise en place d un milieu intermédiaire = MI, dans lequel Les cellules profondes vont baigner dans le liquide du MI. Mise en place du MI à 3 intérêts : - Evolutif : cellules ne survivent que dans un milieu aqueux possibilité de conquérir le milieu terrestre - Permet aux cellules de s isoler et acquérir une fonction, une spécialisation - MI = tampon par rapport au milieu extérieur il va moduler les variations 1) Définition du MI Sens strict : liquide qui baigne les cellules de l organisme (Claude Bernard, 1850) Sens large : ensemble des liquides extracellulaire (Actuel) - Il est séparé du milieu extérieur par des barrières +/- importantes : peau, poumon (alvéoles) - Le MI est en permanence renouvelé grâce au système d échange, car sinon les déchets s accumulent - Assure le maintien des paramètres physico-chimiques qui doivent rester constants homéostasie 2) Les 2 compartiments liquidiens de l organisme = ensemble de volumes qui ont tous la même composition. - Liquide intracellulaire (LIC) = ensemble du cytosol qui compose les cellules. Il est délimité par les membranes plasmiques - Liquide extracellulaire (LEC) en 2 parties : Le MI au sens large Liquide Interstitiel où baignent toutes les cellules d un organe. Il vient de la filtration du plasma à travers les capillaires. Composition proche du plasma, mais pas de globules rouges et très peu voir pas de protéine Le Plasma = partie liquide du sang, localisé uniquement dans les vaisseaux sanguins La Lymphe = liquide interstitiel qui est rentré dans les vaisseaux lymphatiques. Rôle des vaisseaux lymphatique : récupérer les excédents de liquide Liquide trans-cellulaire = LCR, liquide de l œil, articulaire, amniotique 3) Composition des compartiments a. Répartition des liquides Eau = 45 à 75% de la masse corporelle (Nourrissons = 90% séniors = 45%) Répartition de l eau non homogène dans l organisme : elle dépend de la composition des tissus. Plus riche dans les muscles que dans les tissus adipeux. En moyenne : 60% de liquide et 40% d os GFA (2010-2011) Aline GRECHEZ Compartiments liquidiens, Homéostasie, Régulation Page 2
Comment déterminer le volume de ces différents compartiments? - Méthode indirecte Principe : Injection dans l organisme d un traceur de masse «m» connue On attend la répartition homogène dans la totalité de l espace à mesurer Prélèvement échantillon quand l équilibre est atteint Mesure la concentration du traceur dans l échantillon On a alors : (avec V en L, m en g, et C en g.l -1 ) Si une quantité m du traceur est éliminée pendant l expérience - Méthode Cinétique Indirecte (en pratique) Principe : Injection dans une veine du traceur de masse «m» connue Prélèvement au cours du temps (urine, salive, plasma) cinétique de répartition Détermination des concentrations dans chaque prélèvement Exploration graphique : 1 : Répartition instantanée 2 : La concentration atteint un équilibre et reste constante si aucune élimination n a lieu Problème : il y a une phase d élimination dans l organisme (foie, rein) exponentielle décroissante 1 : Répartition rapide 2 : Diffusion (k : constante d élimination) 3 : Elimination Après linéarisation (si le traceur se diffuse instantanément et uniformément) La Clairance = capacité qu a un organe ou un organisme à éliminer d un fluide une substance. C est aussi le volume d une solution totalement épuré par unité de temps (ml.min -1 ). (k : fraction éliminée au cours du temps ou % de renouvellement par unité de temps) Quand : Comment choisir un traceur? - Non toxique - Non métabolisé, non sécrété et non catabolisé - Distribution homogène et limitée au compartiment mesuré - Pas de diffusion dans les autres compartiments - Dosage rapide Exemples : - Radioactifs : marqueurs endogènes - Non radioactifs : marqueur exogènes Cela dépend des compartiments que l on veut mesurer : - Inuline : problème : une partie est éliminée dans les urines. Donc il faut prélever sang et urine. - Volume sanguin est complètement différent du volume plasmatique GFA (2010-2011) Aline GRECHEZ Compartiments liquidiens, Homéostasie, Régulation Page 3
Bilan répartition de l eau : b. Répartition des principaux solutés Pour 70kg : - ECT = 42 L - LIC = 28 L - LEC = 14 L Les inégalités en K + sont dues au mécanisme des transports actifs et de la pompe Na/K ATPase. La présence de protéines dans le plasma un peu plus de Na + dans le plasma Equilibre de Donnan : les protéines présentes dans le plasma sont chargées négativement Tendances à repousser les ions négatifs et attirés les ions positifs, donc le Na + A ph physiologique les protéines sont chargées négativement. Osmolarité très voisine selon les compartiments. Elle est conservée quelque soit les compartiments. Elle est en moyenne de 290 (+/- 10) mosm.l -1. Cette différence est très significative au point de vue physiologique. Selon les organismes, une stratégie différente est mise en place pour conserver l osmolarité. Par exemple la myxine va avoir une osmolarité légèrement supérieur à celle de l eau de mer. Mais différences selon les ions. Le requin à la même osmolarité que son habitat, mais la concentration en Na est plus de la moitié plus bas que celle de l habitat, mais garde quand même une osmolarité identique de son habitat. Cela est du à la présence de l urée (toxique à forte dose et dont le requin a su la détoxifier pour utiliser son pouvoir osmotique). 4) Les échanges aqueux et ioniques entre compartiments a. Mouvements hydriques : l osmose - C est la pression osmotique qui contrôle les échanges entre le LIC et le LI. - Ce sont les pressions hydrostatiques et oncotiques qui contrôlent entre le LI et le plasma. Echange au niveau des capillaires = ensemble de petits vaisseau qui relie système artériel au système veineux. Les capillaires sont composés d une seule couche de cellules GFA (2010-2011) Aline GRECHEZ Compartiments liquidiens, Homéostasie, Régulation Page 4
endothéliales. On les trouve dans tous tissus à activité métabolique importante. La pression hydrostatique correspond à la pression artérielle, générée par le cœur. Elle n est pas constante au cours du temps, mais elle diminue au fur et a mesure. La pression artérielle est toujours plus élevée du coté artériel que du veineux. La pression oncotique est liée aux protéines, et elle reste constante dans tout le circuit. La pression artérielle favorise la filtration, et coté veineux elle favorise l absorption. La filtration excède l absorption. Pathologie : les œdèmes = accumulation d eau au niveau des membres par accumulation de liquide dans le MI par : - insuffisance cardiaque ou obstruction vaisseaux lymphatiques Augmentation de la pression osmotique dans les capillaires Mouvement d eau vers le LI Augmentation du volume Œdème - Malnutrition (pas assez de protéines) ou cirrhose Diminution synthèse d albumine ou augmentation des pertes en albumine Diminution taux d albumine plasmatique Augmentation de la pression oncotique dans les capillaires Mouvement d eau vers le LI Augmentation du volume Œdème b. Mouvements de solutés - LIC / LI Soit transport passif par diffusion simple et facilitée, soit transport actif. Exocytose : prise en charge par molécules lipidiques de substances Endocytose - Plasma / LI Par les capillaires (sortie des capillaires en empruntant des pores). Quand allergie : production d histamine augmentation taille des pores fuite des protéines - Lymphe / LI Les vaisseaux capillaires lymphatiques ont des extrémités légèrement chevauchantes. Il y a une différence de pression entre l intérieur du capillaire lymphatique et le MI ouverture des pores, et ainsi permettre au LI de rentrer des les capillaires lymphatiques la lymphe. III- Notion d homéostasie 1) Définition Bradford ( : «Equilibre dynamique qui maintient en vie les organismes» C est donc la capacité que possède les organismes à conserver leur équilibre de fonctionnement, en dépit des contraintes qui lui sont extérieures, et ceci en mettant en jeu un ensemble de réactions de contrôle ajustant les réponses aux nécessités. Equilibre dynamique car les paramètres physico-chimiques internes sont maintenus dans une gamme de valeurs permettant la vie et non à une valeur exacte fixée. 2) Exemple de paramètres physico-chimique PARAMETRES VALEURS MOYENNES VARIATIONS ph sanguin 7,4 7, 35 à 7,45 Température centrale 37 C 36,2 C à 37,8 C Glycémie 1 g.l -1 0,7 g.l -1 à 1,3 g.l -1 GFA (2010-2011) Aline GRECHEZ Compartiments liquidiens, Homéostasie, Régulation Page 5
L homéostasie correspond à une série de mesures pour ajuster l organisme, suite à une perturbation : - Externe : bactérie, virus, trauma, - Interne : prolifération anormale, dégénérescence, Si l organisme n arrive pas à compenser la perte d homéostasie Maladie 3) Mécanismes d homéostasie : notion de boucle de régulation Entrées = Sorties = constant équilibre Entrées > sorties déséquilibre Boucle de régulation pour compenser = boucle de feedback ou de rétroaction. Elle comporte 3 parties: - 1 récepteur pour détecter le déséquilibre - Le centre de régulation ou de contrôle (intégrateur) - L effecteur a. Voies de communications utilisées : SNC qui va utiliser le SN autonome ou le système endocrinien, ou le comportement (soit individuellement, soit en les combinant) MI Système sensoriel ou hormonal Retour SNC Exemple : Régulation de la glycémie par le système endocrinien Combinaison système endocrinien / comportement : quand on a une perte d eau, il va y avoir augmentation de la concentration osmotique dans le milieu intérieur augmentation de la pression osmotique. Mise en place de 2 voies de régulations : - Comportementale : sensation de soif Prise de boisson - Endocrinienne : libération d une hormone (la vasopressine) qui va agir au niveau du rein arrêt filtration de l eau Augmentation pression artérielle et osmotique en sodium. GFA (2010-2011) Aline GRECHEZ Compartiments liquidiens, Homéostasie, Régulation Page 6
b. 2 types de réactions possibles - NEGATIVE s oppose au stimulus initial et le diminue La plupart des régulations sont négatives Utilisée par la plupart des hormones Thyroïdiennes : Hypothalamus TRH Hypophyse antérieur TSH Thyroïde T 3, T 4 Tissus cibles (foie, os, ) Métabolisme, thermorégulation, croissance, Cortisol : Horloge circadienne ou stress Hypothalamus CRH Hypophyse antérieur ACTH Glandes surrénales Cortisol Tissus cibles T 3, T 4 et le Cortisol peuvent agir sur l hypothalamus et l hypophyse AUTOREGULATION - POSITIVE Augmente le stimulus initial Cycle menstruel Pacemaker du tissu nodal = l automatisme cardiaque Présence de cellules capables de s auto-exciter toute seule : les cellules pacemaker. Au fur et à mesure que les cellules se dépolarisent ouverture des canaux sodiques potentiel d action Accouchement Quand le bébé descend dans le col de l utérus ouverture du col production d ocytocine augmentation des contractions pour l expulsion pousse le bébé contre le col ouverture du col etc Mise au monde arrêt du cycle GFA (2010-2011) Aline GRECHEZ Compartiments liquidiens, Homéostasie, Régulation Page 7