Homeostasie - Freekwahbi.free.fr/Cours 3/homeostasie 1.pdf · – Hématies: le plus important Hb WK – Plasma – Tampons fermés C’est-à-dire HA ⇔H+ + A-avec [HA] + [A-] =

1

WK

Homeostasie

EthymologieDu grec

homeo« semblable »

stasis« arrêt »

WK

Homeostasie« l’homéostasie est l’équilibre dynamique qui nous maintient en vie. »

Claude Bernard

C’est la capacité que peut avoir un système quelconque à conserver son équilibre de fonctionnement en dépit des contraintes qui lui sont extérieures.

WK

Homéothermes'applique à des organismes dont le milieu intérieur conserve une température constante, indépendamment du milieu extérieur.

- On parle d'homéostasie thermique. - Il comprend également le groupe des

hétérothermes.

Exemple

WK

WK

Homeostasie

WK

Les Ions

Na+ (sodium) Natrémie (hyponatrémie, hypernatrémie)

Ca2+ (calcium)Calcémie (hypocalcémie, hypercalcémie)

K+ (potassium)Kaliémie (hypokaliémie, hyperkaliémie)

2

WK

Le problème biologique� pH du plasma artériel :≈ 7,4, compatible avec la survie : 7 – 7,8

Réactions enzymatiques très pH dépendantes → pH intracellulaire fixeEn pratique biologique, surveillance du pH plasmatique

� Or l’organisme s’acidifie :

– Apport protidique : 10 g de protéines → 6 mmol d’ions H3O+.

– Catabolisme glucidique :• Lactate si effort anaérobie

� Donc neutraliser, évacuer les ions H3O+ ; comment ? Etude de la réaction à apport d’ions H3O+

WK

Effet des tampons de l’organisme �Intracellulaires : (60 % pouvoir tampon de

l’organisme)

– Hématies

– Os +++ échange H3O+ contre Na+ « fixe » les ions

H3O+

�Interstitiels : (20 % pouvoir T)

– Les mêmes que plasma

�Sang: (20 % pouvoir tampon de l’organisme)

–Hématies: le plus important Hb

WK

– Plasma– Tampons fermés

C’est-à-dire HA ⇔ H+ + A- avec[HA] + [A -] = constant, parmi lesquels :

• Tampon phosphorique :

H3PO4 ⇔ H+ + PO4H2- ⇔ PO4H

- - + H+, Rôle important dans l’urine où il n’y a pas de protéines

WK

– Tampon ouvert

H2CO3 ⇔ H+ + HCO3-

↑↓

H2O + CO2 ⇔ CO2 alvéolaire

WK

Doncarrivée de H3O+ → modification de

l’équilibre des tampons pratiquement sans variation de pH. Augmentation des formes les moins négatives comme H2CO3, H2PO4

-, R–COOH, …

WK

Régulation respiratoire

Chémorécepteurs centraux(bulbe : via LCR)Mise en jeu : 30 secondes Chémorécepteurs périphériques

(glomi carotidiens, glomi aortiques)PO2, PCO2, PhMise en jeu : 5 secondes

cortex (émotions, anticipations …)

mécanique thoracique

nociceptionMuscles ventilatoires

(diaphragme +++, intercostaux, scalènes,

effort : muscles abdominaux, SCM)

Centre intégrateur

3

WK

Schématiquement

Pompe

CO2 O2 Alvéole

Capillaire artériel Capillaire veineux

pH� ou PCO2�� VA �

par ν�, volume courant �

�

PACO2�� PCO2�

� CO2 + H2O H2CO3 H+ + HCO-3

Donc pH revient à sa valeur mais au prix d'une � [HCO-

3]

WK

Régulation rénale Schématiquement � Réabsorption régulable au niveau de la cellule tubulaire des

HCO3- filtrés au niveau du glomérule.

� Sécrétion active d’ions H+

– L’anhydrase carbonique rénale accélère la réaction CO2 + H2O ⇔ H+ + HCO3

- dans la cellule tubulaire. L’HCO3- repasse dans

le compartiment interstitiel tandis que l’ion H+ est excrétéactivement dans l’urine en échange d’un ion Na+

– Il y est tamponné, en particulier : H PO4- - + H+ → H2PO4-

– Il forme l’ion ammonium à partir de l’ammoniac.– Dans l’urine NH3 + H+ → NH4

+

L’ion NH4+ est ensuite piégé dans l’urine du fait de sa charge.

WK

Causes Conséquences

� Insuffisance rénale � Intoxication acides � Acidocétose diabétique � Jeûne, effort, anoxie � Diarrhée (fuite de bases)

Acidose métabolique

� Hypoventilation par paralysie respiratoire, pneumopathie, dépression respiratoire (barbiturique)

Acidose respiratoire

� Vomissements � Perfusion ou intoxication par les

bicarbonates Alcalose métabolique

� Hyperventilation, hypoxémie, atteinte SNC volontaire, émotionnelle …

Alcalose respiratoire

WK

Glycémie

1- Hypoglycémie2- Hyperglycémie

Les sucres

WK

La régulation de la glycémie

WK

Vue d’ensemble de la régulation de la glycémie

Hyperglycémie

Retour vers une normoglycémie

Foie Muscles Tissu adipeux

Action sur des organes cibles

Foie Muscles Tissu adipeux

Action sur des organes cibles

Stimulation des cellules ββββ

Libération d’insuline dans le sang

Libération de glucagon dans le sang

Stimulation des cellules αααα

Retour vers une normoglycémie

Prise d’un repas riche en glucides

Hypoglycémie

Jeûne, état postprandial

4

WK

Le foie : un organe de réserve de glucose

1- Si hyperglycémie

FOIE

Glucose

La glycémie redevient

normale c’est àdire autour de

5 mmol/L

1- Glycogénogenèse

Glycogène

Glycémie > 5 mmol/L

La capacité de stockage en glycogène du foie est

limitée à 100g

Après un repas, l’excédent de glucose est mis en réserve dans les

cellules hépatiques

Transporteur Glu

Glycémie = 5 mmol/L

Insuline

+

L’insuline stimule la glycogénogenèse

hépatique WK

Le foie : un organe de libération de glucose

2- Si hypoglycémie

FOIE



5 mmol/L

2- Glycogénolyse

Glucose

Glycogène

Glycémie < 5 mmol/L

Le foie est le seul organe capable de libérer du glucose

lors d’une hypoglycémie

La libération du glucose hépatique permet de maintenir stable la

glycémie entre les repas


Glucagon

+

Le glucagon est une hormone hyperglycémiante stimulant la glycogénolyse

hépatique

WK

Le foie et la régulation de la glycémie

2- Entre les repas, la stabilité de la glycémie est assurée par la libération de glucose par le foie au

cours de la GLYCOGENOLYSE. Cette libération est stimulée par le glucagon

1- Juste après un repas, la glycémie dépend du stockage du glucose dans le foie au cours de la GLYCOGENOGENESE.

Ce stockage est stimulé par l’insuline

CONCLUSIONS

L’insuline est une hormone hypoglycémiante

Le glucagon est une hormone hyperglycémiante

WK

Les muscles et la régulation de la glycémie


MUSCLE

Glucose



5 mmol/L

Glycogénogenèse

Glycogène


La capacité de stockage en glycogène des

muscles est limitée à400g

Après un repas, l’excédent de glucose est mis en réserve dans les cellules hépatiques et

musculaires

Transporteur GluT-4

Glycolyse

ATP

Insuline

+

1- L’insuline stimule l’entrée du glucose dans les myocytes via GluT-4

Insuline

+

+

2- L’insuline stimule la glycogénogenèse

musculaire

3- L’insuline stimule surtout la glycolyse

musculaire


WK


2- Si hypoglycémie

Le muscle ne peut pas libérer le glucose qu’il produit par

glycogénolyse

2- Glycogénolyse

Glucose

Glycogène


Le foie est donc le seulorgane capable de libérer

du glucose lors d’une hypoglycémie

La libération du glucose hépatique permet de maintenir stable la

glycémie entre les repas

MUSCLE

Glycolyse

ATP

Le glucose produit est alors consommé par la cellule musculaire au cours de la glycolyse

Transporteur GluT-4 « au

repos »

WK

2- Les muscles n’interviennent que dans la régulation de l’ HYPERGLYCEMIE. Ils n’interviennent pas

directement dans la régulation de l’hypoglycémie car, une fois dans le myocyte, le glucose ne peut plus ressortir

1- Au niveau des muscles, l’insuline exerce une action HYPOGLYCEMIANTE parce qu’elle stimule :

CONCLUSIONS


- l’entrée du glucose dans les myocytes via GluT-4

- la glycogénogenèse musculaire

- la glycolyse musculaire

5

WK

Le tissu adipeux et la régulation de la glycémie

Aspect cytologique d’un adipocyte

Gouttelette lipidique

Le tissu adipeux est constitué de cellules adipeuses capables de stocker des quantités considérables de lipides

sous forme de triglycérides

L’excédent de glucose est convertit en graisses. Les régimes hyperglucidiques induisent donc

une prise de poids pouvant mener à une obésité !

Noyau

Cytoplasme

WK



ADIPOCYTE

Glucose



5 mmol/L


Transporteur GluT-4

Insuline

+

Insuline

+Lipogenèse

Un homme de 70 kg a une réserve adipeuse de 15 kg équivalent à 130.000 kcal !

Le tissu adipeux stocke le glucose sous la forme de triglycérides plutôt que sous la forme de

glycogène


Triglycérides

1- L’insuline stimule l’entrée du glucose dans les adipocytes via GluT-4

2- L’insuline stimule la lipogenèse au niveau du

tissu adipeux

WK


2- Si hypoglycémie

ADIPOCYTE


Transporteur GluT-4 « au

repos »

1- Le glucagon stimule la lipolyse afin de former du

glycérol et acide gras

Glucagon

+

Le glycérol ainsi formépermettra de reconstituer

du glucose lors de la néoglucogenèse

Les acides gras permettront de fournir de l’énergie aux cellules

« souffrant »d’hypoglycémie

Lipolyse

Triglycérides

Glucose

Acides gras

Glycérol

WK

1- Au niveau du tissu adipeux, l’insuline stimule :

CONCLUSIONS

Le tissu adipeux « éponge » l’excédent de glucose sanguin en le stockant sous forme de triglycérides


- l’entrée du glucose dans les adipocytes via GluT-4

- la LIPOGENESE c’est à dire la formation de triglycérides à partir de glucose

2- Au niveau du tissu adipeux, le glucagon stimule :

- la LIPOLYSE c’est à dire l’hydrolyse des triglycérides en acides gras et glycérol

L’effet hyperglycémiant du glucagon n’est pas immédiat puisqu’il nécessite la transformation du glycérol en glucose lors de la néoglugenèse

WK

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1- L’insuline stimule l’entrée du glucose dans les cellules musculaires et adipeuses via un transporteur de glucose nommé GluT-4 ( )

Les actions biologiques de l’insuline (1/4)

WK


Insuline

+

2- L’insuline stimule la GLYCOGENOGENESE hépatique et musculaire c’est à dire la polymérisation du glucose en glycogène

Glucose

Glycogène

Le glycogène est un polymère de glucose contenant entre 5000 à300.000 molécules de glucose !

6

WK


Insuline

+ATP

3- L’insuline stimule la GLYCOLYSE hépatique et musculaire c’est à dire la dégradation partielle du glucose en ATP

WK


Insuline

+

4- L’insuline stimule la LIPOGENESE au niveau des adipocytes c’est à dire la conversion du glucose en triglycérides

TriglycéridesGlucose

Les triglycérides sont des lipides constitués de glycérol et de trois chaînes d’acides gras

WK

Les actions biologiques du glucagon (1/3)

Glucagon

+

1- Le glucagon stimule la GLYCOGENOLYSEhépatique et musculaire c’est à dire l’hydrolyse du

glycogène en glucose

Glucose

Glycogène

WK


+

2- Le glucagon stimule la LIPOLYSE au niveau des adipocytes c’est à dire l’hydrolyse des triglycérides en

acides gras et glycérol

Triglycérides

Glucagon

Acides gras

Glycérol

WK


3- Le glucagon stimule la NEOGLUCOGENESE au niveau du foie c’est à dire la formation de glucose à partir de substrats

non glucidiques comme le glycérol et les acides aminés

Glucagon

+

Glucose

Glycérol

Acides aminés

ou

Retour sommaire

WK

FOIE

MUSCLES

TISSU ADIPEUX

CONCLUSIONS GENERALES

Glycémie > 5 mmol/LGlycémie = 5 mmol/L


Glucose

InsulineInsuline

+

+

+

7

WK

LA REGULATION DE LA GLYCEMIE

L’insuline induit une augmentation de l’utilisation périphérique du glucose

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WK

FOIE

MUSCLES

TISSU ADIPEUX

Glycémie < 5 mmol/LGlycémie = 5 mmol/L

2- Si hypoglycémie

Glucose

Glucagon

+


WK


Le glucagon induit une sortie du glucose hépatique à l’origine de son effet hyperglycémiant. Le glucose libéré alimentera les cellules

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WK

• Le pH

• La quantité de gaz carboniqueou capnie(hypocapnie, hypercapnie)

L'acidité

DéfinitionL'hypocapnie correspond à la diminution de la concentration du gaz carbonique dans le sang.

WK

L'osmolarité

WK

mise en évidence de la pression osmotique expériences

eau

10 mM saccharose

membrane semi-perméable =perméable à l’eau imperméable aux solutés

saccharose

8

WK

eau

10 mM NaCl

membrane semi-perméable =perméable à l’eau imperméable aux solutés

saccharose

NaCl

mise en évidence de la pression osmotique expériences

WK

mise en évidence de la pression osmotique

Définition

Pression osmotiqueLa pression osmotique est la pression exercée par les particules en solution, et responsable de l’osmose.

Osmosemouvement d’eau à travers une membrane semi-perméable, du compartiment le moins concentré en particules en solution vers le compartiment le plus en particules en solution.

OsmolaritéL’osmolarité d’une solution est le nombre de moles de particules en solution dans 1 litre de solution. 1 osmole (osm) correspond à une mole de particules.

WK

mise en évidence de la pression osmotique

Définitions

molarité et molalité- La molarité est la concentration exprimée en moles par litre de solution. Une solution qui contient une mole par litre est une solution molaire.

- La molalité est la concentration exprimée en moles par kg d’eau. Une solution qui contient une mole par kg d’eau est une solution molale.

Osmolarité et osmolalité- L’osmolarité d’une solution est le nombre de moles de particules en solution dans 1 litre de solution.

- L’osmolalité est le nombre de moles de particules en solution dans 1 kg d’eau.

WK

mise en évidence de la pression osmotique définition

NB : concentration ionique

La concentration ionique d’une solution est le nombre de moles de charges présentes dans la solution.Son unité est l’équivalent (Eq) par volume de solution.

exemple : calcul de la concentration ionique d’une solution de 10 mM de NaCl

NaCl est à la concentration de 10 mM. NaCl se dissocie en Na+ et Cl-.

Chaque mole de NaCl porte une mole de charges + et une de charges -. La concentration ionique de la solution est donc : 2 x 10 = 20 mEq.l-1.

concentration ionique ≠ osmolarité

WK

milieux intérieursosmolarité et volume cellulaire

Liquide intersticiel

2100Pi (en mEq/l)

1105-15Cl-4x 10-5 (pH = 7,4)7x 10-5 (pH = 7,2)H+

1-21x 10-4Ca2+1-20,5Mg2+5140K+1455-15Na+extracellulaire (mM)intracellulaire (mM)ions

autres composés : glucose, protéines,...

ion majoritaire : Na+

osmolarité mesurée (osmomètre) : 290 mosm.L-1

osmolarité estimée : [cation majoritaire] x 2 : 290 mosm.L-1

WK

milieux intérieursosmolarité et volume cellulaire

liquide intracellaire

2100Pi (en mEq/l)

1105-15Cl-4x 10-5 (pH = 7,4)7x 10-5 (pH = 7,2)H+

1-21x 10-4Ca2+1-20,5Mg2+5140K+1455-15Na+extracellulaire (mM)intracellulaire (mM)ions

autres composés : glucose, protéines,...

ion majoritaire : K+

osmolarité mesurée (osmomètre) : 290 mosm.L-1

osmolarité estimée : [cation majoritaire] x 2 : 280 mosm.L-1

9

WK

osmolarité cellulaireosmolarité et volume cellulaire

osmolarité et volume cellulaire

solution isotonique volume cellulaire constant

solution hypotonique augmentation du volume cellulaire

solution hypertonique diminution du volume cellulaire

WK

la pression oncotique filtration glomérulaire

glomérule

tube proximal

artériole afférente artériole efférente

capsule de Bowman

ultrafiltration : passage du capillaire glomérulaire dans le tube proximal

WK WK

WK

La circulation sanguine

WK

Mécanisme de régulationse fait par

Le rythme cardiaque et le rythme ventilatoire- régulent la diffusion du dioxygène, des ions, des nutriments

Les vaisseaux sanguins (vasodilatation, vasoconstriction)- Variation de la pression artérielle- Influence sur les pertes de chaleur

La miction- Elimination par les urines des excès (eau, ions)

la sudation, - Elimination par la sueur des excès- Abaissement de la température par évaporation

La contraction musculaire- Produit de la chaleur

- 15 à 25 % de l'énergie sert au mouvement- 75 à 85 % restants sont dégagés sous forme de chaleur

10

WK

Hyperglycemie- La synthèse puis la sécrétion de l'insuline

par le pancréas qui permet de diminuer le taux de sucre dans le sang (glycémie)

- Interruption de manière automatique dès que la glycémie est revenue à la normale c'est-à-dire aux alentours de 1 g par litre.

Exemple

WK

►La faim et la soif pour combler les déficits.

► L'humeur (via les neuro-médiateurs)

- stabilité de la régulation de la tension artérielle, du pouls, du rythme respiratoire, etc).

► Facteurs psychologiques

► le maintien d'un poids corporel stable

Régulation

WK

hypothermie

hyperthermie

homéothermie

la température

WK

thermorégulation

WK

Thermorégulation

Température corporelle normale : 37°C (bouche), extrémités plus froides que le reste du corps, scrotum à32°C

Variations : cycle circadien, cycle menstruel chez la femme

Homéothermie : stabilité de la température grâce à des réponses réflexes intégrées principalement au niveau de l’hypothalamus.

Importance d’une température constante pour garantir la vitesse des réactions chimiques et le fonctionnement des enzymes.

WK

Thermogenèse

� Réactions chimiques

� Prise de nourriture

� Contractions des muscles striés squelettiques

� Contrôle hormonal- adrénaline et noradrénaline : rapide et fugace

- hormones thyroïdiennes : plus lent et plus durable

� Graisse brune chez les nourrissons

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WK

Thermolyse

� Radiation : échange de chaleur par radiations infrarouges entre des objets qui ne sont pas en contact

� Conduction : échange de chaleur entre des objets en contact (air)

� Evaporation d’eau à la surface des voies respiratoires et de la peau

� Urine et fécès

� Contrôle par l’hypothalamus antérieur

WK

Mécanismes thermorégulateurs

� Mécanismes activés par le froid

- Augmentation de la production de chaleurTremblement

Faim

Augmentation de l’activité volontaire

Augmentation des sécrétions de noradrénaline et d’adrénaline

- Diminution des pertes de chaleurVasoconstriction cutanée

Position en boule

Horripilation

� Mécanismes activés par la chaleur

WK

Mécanismes thermorégulateurs

� Mécanismes activés par le froid

� Mécanismes activés par la chaleur

- Augmentation des pertes de chaleurVasodilatation cutanée

Sudation

Accélération de la respiration

- Diminution de la production de chaleurAnorexie

Apathie, inertie

WK

Hyperthermie

� Causes- exercice musculaire (jusqu’à 40°C) > contractions musculaires

- assimilation de la nourriture

- processus vitaux qui contribuent au métabolisme de base

- fortes émotions (par augmentation inconsciente de la tension dans les muscles)

� Pathologies- fièvre : augmentation de la température de consigne

- hyperthyroïdie : augmentation du métabolisme

� Conséquences

WK

Hyperthermie

� Causes

� Pathologies

� Conséquences– limite la croissance de certains micro-organismes ce qui laisse le temps à l’organisme de les éliminer (charbon, pneumonie, champignons, rickettsie, virus)

– ralentit la croissance de certaines tumeurs

– augmentation de la production d’anticorps

– lésions cérébrales irréversibles après une période prolongée au-delà de 41°C

– coup de chaleur fatal au-delà de 43°C

WK

Thermorégulation

Thermorécepteurs :

- peau (récepteurs au chaud et récepteurs au froid)

- hypothalamus

Centre nerveux : hypothalamus

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WK WK

Les capteurs ou thermorécepteurs

2 types

1- Les thermorécepteurs cutanés

2- Les thermorécepteurs centraux situés dans l’hypothalamus

WK WK

L’hypothalamus contient

Osmorécepteurs

Chémorécepteurs

Thermorécepteurs

Régulation Hydro-minérale

Pression artérielle

Régulation pH

Comportement alimentaire

Régulation de respiration

Thermorégulation

WK WK

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WK

Documents

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