Système de régulation
I. SYSTEMES DE COMMUNICATION ET DE REGULATION
A. NOTION DE CONSTANTE EN BIOLOGIE, DE MILLIEU INTERIEUR ET D’HOMEOSTASIE
Les constituants du sang ont des valeurs
constantes : si on fait un prélèvement sanguin, on observe que
les concentrations de ces constituants sont égales dans le
temps et d’un individu à l’autre. Par ex : glycémie
~1 g/l soit 0,5 mmol.l-1.
Chez le malade, certaines grandeur sont totalement différentes
de la normale.
On peut se poser 3 questions en physiologie
:
• combien : environ 1 g/l
• comment cette valeur est-elle atteinte
• pourquoi : rôle pour la survie.
Cas
du glucose dans le sang :
• Combien ? Les valeurs varient dans certaines limites (au delà
desquelles la santé n’est plus maintenue).
Normalement : 1 g/l ou 5,5 mmol/l dans le sang et le LEC
• Comment ? le volume du LEC est de 20 l : ---> masse de glucose = 20 g dans le milieu intérieur
| Le pool de
glucose du milieu intérieur sert à alimenter les cellules
musculaires et le métabolisme. Un exercice musculaire dépense 400 w (J). Or, 1 g de glucose correspond à 17 kj. Le rendement maximal est de 40 %. Donc 1 g de glucose fournit 6,8 kj. D’où 400 w consomment 3,5 g de glucose chaque minute |
 |
20 g de glucose sont épuisés totalement en 6 minutes.
Comme le taux sanguin reste le même, il y a renouvellement du
glucose.
Le taux de renouvellement d’un constituant est la fraction du
pool renouvelé par unité de temps. Il est dans le cas présent
de 3,5 g/min.
Il traduit le temps nécessaire pour qu’un volume (ou une
masse) du constituant contenu dans le compartiment y entre ou
en sorte totalement.
C’est donc un rapport entre le contenu du compartiment et
l’affluence ou la perte.
étude de ce qui permet la régulation de la
glycémie.
• Pourquoi ?
Pour permettre l’homéostasie c'est à dire la constance du
milieu intérieur.
Claude Bernard : la survie d’un être vivant nécessite que ses
cellules soient contenues dans un milieu dont les constantes
physico-chimiques soient stables (compatibles avec la survie)
Ce maintien est permis par les organes qui alimentent ou qui
éliminent les composants du milieu intérieur.
(Homéostasie vient du grec homéo : stable et stase : position)
B. NOTION DE SYSTEME
Ex : système nerveux., cardio-circulatoire, respiratoire, ..
| un système
est un ensemble arbitrairement défini de tissus, d’organes,
de cellules qui exercent une fonction bien définie. Un système (cardio-vasculaire) peut être divisé en plusieurs systèmes étudiables. |
 |
3 grandeurs pour un système
• On s’intéresse à ce qui sort du système (1ere étape : on sort de
la boîte).
• On analyse le fonctionnement du système (on entre dans la boîte)
en le divisant en plusieurs petits systèmes.
• f = fonction de transfert ou loi du système (ce que cherche le
physiologiste).
Par exemple : système rénal
• sortie : urine (dépend de [urée] dans le sang et du débit du
sang...)
• entrée : sang
• f : description du travail du système physiologique.
Les 3 grandeurs sont interdépendantes : la connaissance de 2
d’entre elles permet de connaître la 3eme.
Le médecin observe les sorties anormales et fait des
hypothèses de la cause du dysfonctionnement :
diagnostic et prédiction de l’action thérapeutique par
modification des entrées.
C. SYSTEMES THERMODYNAMIQUES FERMES ET EQUILIBRE
Notion d’entropie et d’énergie libre
| Un système
fermé est un système isolé, qui n’échange rien (ni matière,
ni énergie) avec son environnement. L’énergie totale ET est la somme de toutes les énergies contenues dans le système.
|
 |
Le
système de départ contenait de l’énergie libre susceptible de
se transformer en chaleur.
On appelle énergie libre d’un système la quantité d’énergie
noble qu’il contient capable de se transformer en une autre
énergie (chaleur). L’énergie restante est égale à la variation
d’entropie x la température (Kelvin).
La caractéristique de la vie est d’organiser les systèmes pour
leur faire baisser leur entropie et leur faire gagner de
l’énergie libre qui peut se faire par une hausse de l’entropie
dans le milieu extérieur gain d’organisation
dans le système physiologique. On parle de négentropie.
D. SYSTEMES THERMODYNAMIQUES OUVERTS
Il existe deux mécanismes fondamentaux qui peuvent expliquer la constance.
D.1. Etat stable
La vie obéit aux phénomènes physiques et
chimiques.
Quand on court, on s’échauffe, le gradient de température
augmente, donc la perte de chaleur augmente.
Exemple du bassin :
| h tend
spontanément vers une certaine valeur stable. Si il n’y a pas d’eau dans le bassin, Dout = 0. Or, Din est constant. Plus l’eau s’accumule, plus Dout augmente. Quand h augmente, Dout tend à équilibrer Din : h tend vers un état stable. Beaucoup de grandeurs (cf glucose) sont comparables à ce bassin. |
 |
loi d’action de masse : plus la teneur
augmente plus le débit de sortie augmente
On appelle ainsi des états stables qui n’impliquent aucun
phénomène particulier si ce n’est des lois physico-chimiques.
Si on fait baisser le niveau (avec un seau d’eau),
spontanément, D'ou t diminue jusqu’au retour spontané à
l’équilibre.
Ceci est amélioré par le développement de systèmes spécifiques
qui augmentent la capacité de maintenir le niveau constant.
D.2. Régulation
| Quand le
niveau baisse, l’entrée augmente : c’est une rétro-action
ou feed-back. Quand la rétro-action tend à corriger la cause qui l’a fait naître, c’est une rétro-action négative : son effet s’oppose à la cause qui l’a fait naître. Une ante-action positive corrigeant la cause qui l’a fait naître peut agir au niveau de : • la sortie : feed forward positif. • l’entrée : feed back négatif |
 |
On peut imaginer que quand le niveau baisse,
l’admission se ferme et le bassin va se vider encore plus : un
tel phénomène vidant complètement le bassin est un feed-back
positif. L’action sur les entrées a pour effet d’augmenter
l’amplitude de la réponse.
Un feed-back positif = feed forward négatif.
Il en existe en physiologie : dépolarisation membranaire,
décharge ovulante.
Cependant, le feed-back négatif est la régulation la plus
fréquente.
Les avantages du feed-back :
• améliore la performance des états stables
• augmente la capacité à maintenir les grandeurs constantes
D.2.1) Grandeur régulée
C’est la grandeur maintenue constante. Si l’on
observe une grandeur constante, la grandeur régulée peut être
un de ses corrélats.
La grandeur régulée est la grandeur qui est mesurée par des
capteurs;
Une grandeur phsiologique régulée est la température (il
existe des cellules qui captent la température).
Souvent, on ne sait pas comment sont mesurées certaines
valeurs, donc on ne sait pas si il y a régulation
D.2.2) Capteurs
C’est le mécanisme qui permet de mesurer une
valeur (pression sanguine...) Ici, le capteur est le flotteur.
Le capteur doit envoyer l’information au moyen d’une boucle
informationnelle : boucle de rétro-action, ou boucle de
feed-back. Dans l’organisme, il existe beaucoup de boucles
(chimiques ou neuronales).
D.2.3)
Valeur de consigne : set point
C’est une information intrinsèque au système qui détermine la valeur régulée On l’appelle valeur de consigne. Si on raccourcit b, on va changer l’équilibre de h en h’>h. La nature biologique des valeurs de consignes est très variable : seuil d’activation d’un récepteur, perméabilité membranaire...
D.2.4) Comparateur
La valeur de consigne permet au système la
comparaison entre la valeur régulée et la valeur de consigne.
Cette comparaison se fait dans un organe appelé le
comparateur.
Si un écart existe, le système va déclencher un processus de
régulation.
D.2.5) Signal d’erreur
Il n’y a pas de régulation sans signal d’erreur
: pour qu’il y ait une correction, il faut qu’il y ait un
écart.
Régulation veut dire oscillations autour de la valeur de
consigne.
Si on dépassse la valeur de consigne, le signal d’erreur
déclenche une réaction. Toute régulation suppose l’existence
d’un signal d’erreur.
D.2.6) Gain d’une régulation
Il correspond au rapport entre l’écart observé
sur la sortie du système en l’absence de perturbation sur
l’écart lorsque la régulation fonctionne.
Plus une régulation a un gain élevé, moins la marge de
variation est grande.
D.2.7) Représentation schématique d’une régulation
D.2.8) Loi du système
C’est la relation qui existe entre le signal d’erreur et la réponse correctrice.
Régulation proportionnelle
Si la perturbation ne varie pas, il y a toujours un signal
d’erreur dans le cas d’une réponse proportionnelle.
réponse proportionnelle = réponse phasique.
Réponse dérivée : réponse dont
l’amplitude est proportionnelle à la dérivée par rapport au
temps du signal d’erreur.
• la réponse corrective n’existe que si la vitesse de variation
existe.
• correction uniquement quand la variable régulée s’éloigne de la
valeur de consigne.
• réponse de type tonique accélère l’efficacité des réponses. Cela
accroît la vitesse de correction. Si on a eu un retour vers la
valeur normale, la réponse est négative : rôle de frein de la
réponse dérivée.
Souvent, les deux réponses se cumulent : réponse proportionnelle et dérivée : réponse tonico-phasique.
D.3. Contrôle : différence
entre variable régulée et contrôlée.
La pression sanguine est une variable régulée.
L’élément régulateur est l’accélération cardiaque. La
modification de la fréquence cardiaque est la variable
contrôlée : c’est la variable au moyen de laquelle l’organisme
assure la régulation.
D.4. Servomécanisme et mécanisme d’homéorheusie
L’homéorheusie est l’adaptation dans le temps
de l’homéostasie aux besoins de l’organisme.
La température du corps est régulée à 37°c.
Mais la température s’élève chez la femme après l’ovulation :
la valeur de consigne n’est pas tout à fait la même en phase
pré et post ovulatoire.
De même, chez tout individu, la température est un peu plus
élevée le soir que le matin.
Exemple du pilote automatique
Diabète : insuffisance d’insuline (elle permet de faire entrer
le glucose dans la cellule).
La concentration du glucose sanguin augmente pour augmenter le
gradient de concentration.
Différents types de régulations biologiques :
• régulation autonome : se fait de manière réflexe et simultanée à
d’autres régulations.
• régulation comportementale : nécessité d’un ordre de priorité :
on a soif avant d’avoir faim
II.
LES GRANDS
SYSTEMES DE CONTROLE ET DE REGULATION DE L’ORGANISME :
PLACE RESPECTIVE DU SYSTEME NERVEUX ET DU SYSTEME ENDOCRINIEN
A. INTRODUCTION GENERALE SUR LES SYSTEMES DE CONTROLE ET DE REGULATION
La physiologie est la science des régulations.
2 éléments sont importants :
• information : récepteurs,...
• commande
Il faut nécessairement une circulation de
l’information par l’un des deux modes :
• système nerveux
• système hormonal
A.1. Système nerveux
C’est un réseau cablé comparable à un réseau
téléphonique constitué de neurones en contiguité les uns avec
les autres (au niveau de la synapse).
• On distingue structuralement
• le système nerveux central : situé dans la boîte osseuse
• cerveau ou encéphale
• moelle épinière
• le système nerveux périphérique : cablage.
• On distingue sur le plan fonctionnel
• le système nerveux cérébro-spinal : partie du SN en rapport avec
la vie de relation. C’est le système somatique.
• le système nerveux végétatif : tous les rapports avec l’intérieur
: fonctionnement des viscères.
• sympahique
• parasympathique
Un seul message circule dans le système nerveux : le potentiel
d’action. La spécificité est faite par le réseau.
A.2. Systèmes hormonaux : communications chimiques
Une hormone est un messager chimique qui est
produit par un organe, un tissu particulier et qui est
transporté à distance dans tout l’organisme par le sang et qui
va agir sur un autre organe. La spécificité du message est due
à la nature du récepteur.
Le mot hormone a été créé en 1902 à l’occasion de la
découverte de la sécrétine.
Les glandes endocrines sont : le corps thyroïde, les
surrénales, les gonades, le pancréas... Certaines glandes
n’ont pas uniquement une fonction endocrine (par ex : pancréas
et gonades ont une fonction endocrine et exocrine.)
Les cellules ne sont pas obligatoirement regroupées : les
globules blancs élaborent des cytokines.
Notion de volume de diffusion
Les système endocrines fonctionnent par transport sanguin
d’une hormone qui agit à distance sur les organes cibles.
Un système paracrine libére des messagers agissant sur les
cellules de proximité
Les cellules nerveuses sont capables de produire des messagers
chimiques : les neurohormones.
• Elles pourront diffuser dans la circulation générale
• ou avoir une diffusion plus restreinte, de type paracrine
• l’action peut s’effectuer sur le neurone lui-même (par exemple
sur le soma) : c’est une action autocrine.
Notion de neurosécrétion : le système nerveux central
est la principale glande endocrine : certains neurones
élaborent des messagers chimiques.
Un système neurocrine libère des substances fabriquées par un
neurone. Elles peuvent agir
• par voie sanguine à distance : neurohormone
• ou localement (action paracrine) neuro-modulateur
• ou spécifiquement sur un récepteur synaptique (comme la plaque
musculaire).
Dans les synapses, l’intermédiaire chimique n’est pas diffusé
au-delà de la membrane synaptique (l’acétylcholine est
dégradée en 2 ms) : le neuro-transmetteur a une action locale
dans l’espace synaptique qui mesure quelques mµ de largeur.
(schémas FD)
B. NECESSITE D’INTERACTION ENTRE
SYSTEME NERVEUX ET HORMONAUX
B.1. De la périphérie vers le système nerveux central
Il est indispensable pour tout orchestrer que
le système nerveux central reçoive des informations qui
viennent de l’intérieur et de l’extérieur :
Beaucoup d’informations viennent par voie nerveuse (sons,
odeurs...).
Le système nerveux reçoit aussi des informations chimiques.
Mais le système nerveux est enveloppé d’une « membrane »,
barrière protectrice qui limite les échanges de messages
chimiques (dans les deux sens). Il existe une barrière
hémato-encéphalique mise en évidence au début du siècle par
des bactériologistes allemands (1913). Si on injecte à un
animal un colorant vital (qui ne tue pas), ce colorant va
imprégner tous les tissus, mais pas le cerveau. De même, si on
met un colorant vital dans le liquide céphalo-rachidien, il
imprègne le cerveau, mais pas la périphérie.
On distingue 3 barrières :
• hémato-encéphalique : elle est située à l’interface sang - espace extra-cellulaire. Elle est constituée par les endothéliums ses vaisseaux à l’intérieur du tissu nerveux. Ses propriétés reposent sur la structure très particulière des capillaires cérébraux. Ce n’est pas une paroi isolante absolue : elle laisse passer un certain nombre de substances nutritives essentielles dont le glucose, principale source d’énergie de la cellule nerveuse, des acides aminés non synthétisés par les cellules cérébrales et nécessaires à la synthèse de neuromédiateurs et de protéines, et des ions potassium et sodium.
• méningo-encéphalique : elle est constituée par les membranes basales qui séparent le tissu nerveux et le LCR. Cette barrière est très perméable. Les astrocytes jouent un rôle prépondérent dans les échanges entre LCR et tissu nerveux. Les compositions du LCR et du LEC sont pratiquement identiques.
• hémo-méningée : les plexus choroïdes assurent la sécrétion de l’eau qui représente 99 % du LCR, régule la concentration des ions et apporte quelques nutriments essentiels mais consommés en petite quantité, des micronutriments comme des vitamines, des acides aminés ou des sous-unités d’ARN et d’ADN (ribonucléosides et désoxyribonucléosides)
 |
Les mécanismes spécifiques d’échange à travers les différentes barrières assurent un apport énérgétique constant et une composition chimique propre à l’espace extra cellulaire du SNC. Ainsi les neuromédiateurs, par exemple, ne peuvent traverser les barrières. Ceux qui sont situés dans le SNC n’auront qu’une action centrale, alors que les neuromédiateurs périphériques n’agissent qu’en périphérie. Le précurseur de ces neuromédiateurs peut, lui, traverser les barrières de manière compétitive et c’est à ce niveau qu’une régulation de l’activité nerveuse modulée par les neurotransmetteurs est possible. |
Enfin,
les barrières protègent le tissu nerveux des substances
toxiques et représentent un moyen de défense contre les
infections.
le métabolisme cérébral est subordonné au
fonctionnement de ces barrières.
Se pose donc le problème des communications chimiques.
B.2. Du système nerveux central au système périphérique
• Commande nerveuse : les glandes
endocrines périphériques reçoivent des informations du SN
central par des neurones à destination
• de la médullo-surrénale : production d’adrénaline sous l’effe du
stress.
• du pancréas endocrine :
• production d’insuline sous l’influence du pneumogastrique (entre
autres) stimulé par une hyperglycémie.
• production de glucagon après une hypoglycémie.
• Commande hormonale : les messagers chimiques produits par le
cerveau sont gênés dans leur diffusion par la barrière. Pour
lever cet obstacle intervient le système de communication
hypothalamo-hypophysaire. C’est un « trou » dans la barrière
qui met en communication chimique le SN central et la
périphérie.
C. ORGANISATION ANATOMIQUE DE LA REGION HYPOTHALAMO HYPOPHYSAIRE
C.1. Localisation anatomique de l’hypophyse
L’hypophyse est une petite sphère de 1 cm de
diamètre et de poids de 1 g.
• située sous le cerveau, dans l’os sphénoïde.
• reliée au SNC par une tige constituée de fibres nerveuses
entourées d’un riche plexus vasculaire. La tige est très
proche de la zone hypothalamique (région du contrôle de la vie
végétative).
Constitution : 2 lobes
• antérieur : structure glandulaire (adénohypophyse)
• postérieur : de structure nerveuse (neurohypophyse), elle
contient des renflements terminaux de neurones qui constituent
la tige hypophysaire. Elle est reliée à la substance cérébrale
du plancher du 3° ventricule. Quand un PA arrive aux
terminaisons axoniques, les neurotransmetteurs sont libérés :
franchissement de la barrière.
C.2. Vascularisation de la région : système
porte hypophysaire.
Un système porte comprend de gros vaisseaux localisés entre deux réseaux capillaires (système porte hépatique...).
Il est constitué dans l’ordre :
• artères
• réseau capillaire
• veine porte
• réseau capillaire
• veine.
Le 2° réseau capillaire assure la communication chimique. Le
premier réseau capillaire est situé dans la tige pituitaire,
le 2° dans la lobe antérieur de l’hypophyse.
Ce système porte est le 2° système de communication entre le
SN central et le système périphérique. Les neurosécrétions
produtes par les neurones hypothalamiques sont draînées par le
1er réseau capillaire puis vont dans le lobe antérieur où
elles agissent sur les cellules hypophysaires.
D. MISE EN EVIDENCE DU ROLE ENDOCRINE DE L’HYPOPHYSE
D.1. Hypophysectomie
D.1.1) Syndrome de Sheehan
Ce
phénomène (qui a pratiquement disparu). survenait après des
accouchements très hémorragiques provoquant une nécrose
ischémique du lobe antérieur de l’hypophyse. (nécrose :
destruction d’un tissu - ischémie : insuffisance de
vascularisation).
syndrome de polydéficience endocrinienne
périphérique :
• glande thyroïde diminuée de volume et non productive d’hormones
• déficience ovarienne :
• aménorhée : disparition des règles,
• diparition des caractères sexuels secondaires
• glandes surrénales : cortico surrénale seulement, la
médullo-surrénale étant sous contrôle nerveux.
• absence de montée laiteuse : agalactorhée
• pâleur par disparition de la mélanine (ce n’est pas une anémie).
D.1.2) Hypophysectomie expérimentale :
chez l’animal ou en cas de tumeur chez l’homme
: on observe des anomalies supplémentaires :
• diabète insipide. C’est l’émission d’urines en trop grande
quantité, et trop diluées : fuite hydrique par les reins.
C’est une anomalie transitoire qui disparait en quelques
jours. Elle est due à l’atteinte post hypophysaire.
• La croissance est arrêtée : nanisme harmonieux (avec respect des
proportions).
D.2. Administration d’extraits hypophysaires
Elle
coririge les « défauts » et les troubles de fonctionnement.
Elles agissent par injection car ce sont des hormones
protéiques, détruites par la digestion.
Depuis quelques années, on dispose d’hormones recombinantes.
cette glande agit par le biais d’hormones.
D.3. Greffe
Une
greffe d’hypophyse est efficace, mais uniquement si elle est
greffée à sa situation habituelle;
Cela confirme la nature endocrine de l’hypophyse et indique
que le fonctionnement nécessite une proximité immédiate avec
le SNC (parce qu’elle reçoit d’autres messagers chimiques en
provenance de l’encéphale).
Le système porte hypothalamo-hypophysaire
permet aux messagers chimiques élaborés par les neurones
hypothalamiques d’être éliminés par le sang, de converger par
la veine porte et de drainer le lobe antérieur de l’hypophyse
; cela explique les effets de l’hypothalamus sur l’hypophyse.
Le premier messager chimique hypothalamo-hypophysaire a été
découvert par Guillemain qui a pu extraire 1 mg de médiateur
hypothalamique (à partir de 5 t de porc !) : le TRH
Thyrotropin Realising Hormon (tripeptide).
E. CONTROLE HYPOTHALAMIQUE DE L’ACTIVITE HYPOPHYSAIRE
E.1. Observations
• Destruction localisée de l’hypothalamus : des
électrocoagulations de l’hypothalamus peuvent entraîner une
inhibition de l’hypophyse (ou parfois d’une seule fonction
hormonale) : mêmes effets que l’ablation de l’hypophyse à
quelques différences près (par ex : apparition d’une
galactorhée : augmentation de la production de lait).
• Observations pathologiques
• méningite tuberculeuse : inflammation qui provoque une
destruction des neurones hypothalamiques :
apparition de déficiences hypophysaires.
• tumeurs : dans certaines tumeurs de la loge hypothalamique, il
peut y avoir une insuffisance hypophysaire avec possibilité de
légère galactorhée (même chez l’homme).
• chirurgie
• stress : perturbation fréquente du cycle ovarien (aménorhée)
• Chez les animaux, la lumière commande le cycle ovarien
E.2. Synthèse : les hormones hypophysaires et le contrôle hypothalamique de leur sécrétion
E.2.1) Hormones ante-hypophysaires
Le lobe antérieur contrôle les productions
hormonales périphériques
• TSH : Thyreo-Stimulating Hormon. agit sur T3 (triiodotyronine) et
T4.(thyroxine)
• GH : hormone somatotrope : growth hormon : agit sur les
somatomédines et les métabolismes
• FSH : folliculo-stimuline : follicle stimulation hormon.
• LH : lutéostimuline : luteinizing hormon
• ACTH : adréno-cortico-trophin homon.
• Prolactine : hormone de la lactation
E.2.2) Hormones post hypophysaires
• ADH : hormone anti-diurétique ou
vasopressine
• ocytocine
ce sont des hormones peu différentes : 9 a.a. chacun et qui ne
différent que par un seul a.a. Leur rôle est très différent.
l’ocytocine sert à accélérer les accouchements : agit sur les
contractions et l’expulsion.
l’ADH est anti-diurèse. Elle agit aussi sur le contrôle des
surrénales.
Remarque : le diabète insipide est transitoire après
hypophysectomie car les axones sont détruits mais les corps
cellulaires ne sont pas atteints (ils sont dans
l’hypothalamus) et après quelques jours, les corps cellulaires
vont de nouveau produire de l’ADH et le sécréter par les bouts
axoniques restants.
E.2.3) Hormones hypothalamiques
TRH : thyrotrophin releasing hormon : commande
TSH
GnRH : gonadotrohin releasing hormon : commande FSH et LH
(synonyme : LRH : luteinizing RH)
GRH : growth releasing hormon : commande GH.
Somatostatine : inhibe GH
CRF : corticotrophin releasing factor : stimule ACTH
Dopamine : freine la prolactine.
| Pour chaque hormone ante-hypophysaire, il y a une neuro-hormone hypothalamique. : un messager, qui active ou plus rarement inhibe la sécrétion d’hormones relais hypophysaires. |
La neurosécrétion se fait le plus souvent sur
un mode discontinu
• circadien pour des cycles de l’ordre de la journée (CRF)
• pulsatile si l’ordre de grandeur est l’heure (GnRH).
• oscillations de GnRH dans le temps, toutes les 90 min ;
• L’influence du sommeil est certaine :
• la somatostatine est freinée pendant la période nocturne.
• GRH est davantage produite pendant la nuit...
E.2.4) Rétro-contrôle hypothalamo-hypophsaire
On pensait que l’étage hypothalamique était
sous l’inflence des hormones, mais dans la majorité des cas,
le rétro-contrôle ne s’exerce pas sur l’hypothalamus (sauf
pour le système CRF-ACTH).
Le plus souvent le rétrocontrôle se fait au niveau
hypophysaire : la libération des diverses stimulines
hypophysaires dépend fortement de la concentration plasmatique
des hormones élaborées par les glandes périphériques.
• surrénalectomie "ACTH'
• throïdectomie "TSH"
• castration "FSH et LH"
• administration de glucocorticoïdes "ACTH" "cortisol
endogène"
• administration d’hormones thyroïdiennes "TSH"
atrophie du corps thyroïde.
| Les variations de la concentration plasmatique en hormones périphériques de part et d’autre de sa valeur d’équilibre provoquent des réactions ante-hypophysaires de sens opposé, tendant à modifier le débit de sécrétion de la glande effectrice de façon à ramener la concentration circulante des hormones à leur valeur initiale. |
Cette action en retour sur le tissu stimulant
est appelée rétro-contrôle.
• Quand ce rétro-contrôle entraîne des variations de sens opposé,
il est appelé rétro-contrôle négatif. Il opère alors une
régulation dite en constance.
• Beaucoup plus rarement le rétro-contrôle peut être positif, c’est
à dire qu’il induit, en les stimulant, des variations de même
sens. La régulation est alors dite en tendance.
F. REGULATION PAR RETRO-CONTROLES NEGATIFS ET
POSITIFS.
Exemple
: le contrôle du cycle ovarien.
L’oestradiol a un effet trophique sur l’utérus et participe au
développement de l’ovule. Son pic de concentration apparaît
avant celui de la progestérone.
La progestérone intervient en préparant la fécondation et le
développement de la grossesse : elle reste élevée en cas de
fécondation. Elle exerce un puissant feedback sur la
production hypophysaire de FSH et LH.
• En fin de cycle, le taux d’oestradiol et de progestérone chute
par involution du corps jaune (qui les produit).
La chute de progestérone et d’oestradiol fait diminuer le
rétrocontrôle
--> FSH et LH augmentent en fin de cycle.
• En début de cycle, l’augmentation de FSH et LH provoquent le
développement d’un ou de plusieurs follicules ovariens qui
élaborent l’oestradiol dont la concentration augmente. Cela
explique la petite diminution du taux de FSH (feed back
négatif sur les cellules hypophysaires élaborant FSH).
Cependant, le taux d’oestradiol ne baisse pas :
• l’oestradiol induit la prolifération de récepteurs à FSH la
sensibilité pour FSH augmente même si [FSH] baisse un peu.
• Il existe un feed back positif périphérique : l’oestradiol agit
sur le follicule pour stimuler la production d’hormones
(autostimulation)
--> augmentation exponentielle de la production
d’oestradiol
--> baisse de FSH pendant la seconde moitié du
cycle.
Le pic : à partir d’une certaine concentration en oestradiol,
la sensibilité des récepteurs change et le feed back négatif
qui commandait FSH se change en feed back positif au niveau
central (hyper développement des récepteurs).
--> la production de FSH et LH s’emballe
(surtout FSH). Ce pic de LH provoque un hyperdéveloppement du
follicule qui éclate et libère l’ovule. Cet éclatement
explique la chute de l’oestradiol après le pic (le follicule
produisait l’oestradiol).
2 feed back positifs contribuent au développement
du follicule : un périphérique et un central.
Après l’ovulation, le follicule devient corps jaune, ce qui
amorce la production de progestérone.
La progestérone provoque un feed back négatif au niveau
hypophysaire sur FSH et LH qui chutent.
Si ensuite il n’y a pas fécondation le corps jaune commence à
involuer, à dégénerer : la concentration des hormones
périphériques baisse, l’inhibition est réduite donc FSH et LH
remontent.
Si il y a fécondation, le corps jaune se maintient grâce aux
hormones gonadotrophiques chorioniques (produites par les
annexes du foetus).
G. METABOLISME HORMONAL
G.1. Classification des hormones
• Une hormone est un messager
chimique élaboré par un tissu spécifique (glande ou tissu
diffus) déversé dans le courant circulatoire pour être diffusé
dans tout l’organisme.
• Autres messagers chimiques :
• neuromédiateurs
• neuromodulateurs, actions paracrines (Pgs)
• Effets indirects par des métabolites : CO2 vasodilatateur.
• Glande endocrine : tissu anatomique différencié.
Deux grandes catégories d’hormones :
• Hormones stéroïdes : dérivées du
cholestérol (= molécule de base). Par substitutions, on
aboutit aux hormones stéroïdes. Elles sont produites par :
• les gonades (hormones sexuelles)
• les cortico-surrénales.
• Hormones peptidiques :
• amino-acides : hormones thyroïdiennes
• petits ou longs peptides : TRH : 3 a.a., ocytocine, vasopressine
: 8, GH : 190...
De plus, existent des spécificités de structure tertiaire (cf insuline). La leptine, de découverte récente est sécrétée par le tissu adipeux. Elle comprend 167 a.a. Son rôle est inconnu.
G.2. Biosynthèse
G.2.1) Notion d’étape limitante
La synthèse de l’hormone implique des réactions chimiques catalysées par des enzymes. Une étape se fait plus lentement que les autres. C’est de la rapidité, d la capacité de cette étape que dépend la vitesse de production de l’hormone : c’est l’étape limitante et c’est sur elle que se fait le contrôle de la synthèse de l’hormone.
G.2.2) notion de prohormone
Les
hormones protéiques sont rarement synthétisées sous forme
d’hormones actives, mais sous forme de pré hormones (ou
pro-hormones).
• L’insuline se présente sous la forme d’un peptide comprenant un
pont didulfure S-S, puis il y a libération du peptide C
inactif et de l’insuline active.
• La propiomélanocortine est une grosse protéine sécrétée par les
cellules hypophysaires, en particulier les cellules à ACTH.
Par coupure, cette hormone donne l’ACTH et la
ß lipotrophine.
La ß lipotrophine est
elle-même coupée en
• γ LPH : peu active elle donnera
MSH, mélanostimuline (coloration de la peau)
• ß endorphine.
--> le même peptide donne naissance à plusieurs
hormones d’action différente.
Intérêt de ce processus : cela permet de disposer dans la
cellule d’un minimum de réserves
si l’individu a besoin d’ACTH, il n’est pas nécessaire
d’attendre le résultat d’une longue synthèse protéique. La
simple hydrolyse d’un composé suffit dans l’immédiat.
Dans certains cas, cela peut augmenter le rendement de la
synthèse (plusieurs hormone pour un même peptide).
G.2.3) Notion de pré-hormone : hormones thyroïdiennes
Pour les hormones thyroïdiennes, il existe un précurseur inactif, puis la dernière étape de la synthèse s’effectue en cas de besoin.
G.3. Stockage
D’une façon générale, il est faible : un jour
d’ulilisation au maximum, exception faite des hormones
thyroïdiennes qui ont plusieurs jours de réservoir d’activité.
Le stockage s’effectue dans les cellules sécrétoires sous
forme de grains de sécrétion ou dans l’organisme dans le pool
circulant d’hormones liées à des vecteurs
G.4. Sécrétion
Par
pinocytose inversée ou éniocytose, libérant le contenu de
vésicules où sont concentrées les hormones.
Pour qu’il y ait sécrétion, il faut un stimulus qui peut être
de nature :
• nerveuse : insulino-sécrétion réflexe, sécrétion de l’HAD, des
releasing factors hypothalamiques.
• humorale
• hormonale : cf rôle des glandes endocrines périphériques sur le
contrôle d’hormones hypophysaires et inversement : ACTH-->
Corticosurrénale --> Corticoïdes -->
hypophyse
• libération de l’insuline par les cellules ß
des ilôts de Langherans sous l’effet du glucagon.
• métabolique : comme l’action des aliments dans le tube digestif.
G.5. Transport
Les hormones doivent atteindre leur cible
• parfois en solution dans le sang
• souvent les hormones se lient à des protéines transporteuses
(petits peptides, hormones stéroïdiennes)
L’importance de ces protéines est considérable : la présence
ou l’absence augmente ou diminue le transport, la solubilité
et la diffusion.
Ces
protéines vectrices peuvent être :
non spécifiques comme l’albumine qui peut transporter
différentes hormones
spécifiques de telle ou telle hormone
• transcortine pour le cortisol
• SSBG : sex steroid binding globulin, spécifique des hormones
sexuelles.
La liaison entre l’hormone et la protéine vectrice est non
covalente, réversible.
--> Il existe un équilibre entre la forme
hormonale liée et la forme libre (loi d’action de masse).
Or, l’hormone liée est en général inactive alors que l’hormone
libre est active (elle peut accéder aux récepteurs).
Cf. hormones stéroïdes (et thyroïdiennes) : elles ont des
récepteurs intracellulaires et seules les hormones libres
peuvent pénétrer dans la cellule.
L’équilibre est dû à la loi d’action de masse
--> la quantité d’hormones libres dépend
• de la production
• de la quantité de transporteur disponible.
Par exemple, la concentration des hormones sexuelles peut être
normale mais si les SSBP augmentent , l’activité hormonale
diminue (cf chez PA).
Pour évaluer la fonction hormonale il faut donc doser
l’hormone et l’hormone libre
G.6. Inactivation et catabolisme
mots clés : clairance métabolique, demi-vie,
volume de dilution
Pour un système en équilibre, il faut que la synthèse soit
égale à la destruction.
Le catabolisme est un déterminant de l’activité hormonale.
• il peut être commencé par le tissu cible (qui peut parfois aussi
transformer l’hormone en produit superactif)
• le plus souvent il est le fait de :
• foie avec intervention du cycle entéro-hépatique
• rein : au niveau rénal, l’hormone est souvent filtrée mais en
partie réabsorbée
• intestin
Définitions : il est important de quantifier le catabolisme.
La
clairance métabolique exprime le volume de plasma
théoriquement totalement épuré de l’hormone active par unité
de temps;
--> c’est un concept mathématique calculé (le
même que pour la clairance rénale) mais qui permet de
connaître le débit d’une hormone dans l’organisme : débit
d’élimination et donc de synthèse.
Comment mesurer le catabolisme ?
cela repose sur
• l’emploi d’un traceur (hormone exogène marquée)
• des dosages
On considère que l’hormone marquée suit le même métabolisme
que l’hormone normale (c’est vrai avec les isotopes 3H, 14C).
--> on injecte une quantité connue de l’hormone au
sujet. L’hormone se dilue : il faut le temps pour que le bolus
diffuse (variable selon l’hormone). Ensuite, on prélève de
manière échelonnée en dosant le taux sanguin de l’hormone
(démarche expérimentale).
 |
(1) est le
temps nécessaire à la totale dilution de l’hormone pour
son homogénéisation. Si l’hormone n’était pas dégradée, on
aurait après (1) une concentration hormonale constante
dans le temps. (2) est la décroissance traduisant le catabolisme de l’hormone. Dans les cas typiques, on obtient une décroissance exponentielle (sauf pendant le temps de dilution dans le volume de dilution). On ne peut pas mesurer directement A0 alors que c’est ce qui permet de calculer le volume de dilution . il faut pouvoir le calculer. On peut extrapoler la courbe, mais c’est difficile avec exp -Фt. On utilise donc les log. NB : c’est une réprésentation de cas simple et fréquent, mais il arrive que les courbes soient beaucoup plus compliquées. |
At est le taux d’hormone radioactive mesuré au
temps t
A0 est la concentration hormonale qu’on aurait mesuré au temps
t = 0 (mais on ne peut pas le faire).
t = temps de mesure
k : est le coefficient caractéristique de la vitesse de
décroissance
 |
--> LnAt = LnA0 - Lne x kt Lne = 1 --> LnAt = LnA0 - kt, de la forme y = -ax + b : droite avec points alignés (- kt + LnA0). --> on mesure LnA0 On définit également une autre grandeur liée à k : le temps de ½ vie. Il correspond au temps théorique nécessaire pour que en absence de toute nouvelle sécrétion la concentration de l’hormone circulante diminue de moitié. L’hormone marquée suivant le métabolisme de l’hormone normale, on peut dire que le temps de ½ vie est celui de l’hormone froide. Il caractérise la vitesse de catabolisme de l’hormone. |
T1/2
est tel que [AT1/2] = [A0]/2
--> k.T1/2 = Ln2 soit 0,693.
T1/2 = Ln2/k
Cela
a un intérêt pratique : si on caractérise T1/2 on mesure la
vitesse d’élimination et donc de sécrétion.
--> on connait la valeur du métabolisme.
T1/2 varie de la seconde à la semaine (par comparaison, celle
de l’acétylcholine est de l’ordre de la ms).
On peut déterminer aussi A0 et l’espace de distribution
(volume dans lequel l’hormone diffuse).
espace de distribution = quantité de traceur
injecté/concentration du traceur dans l’espace.
L’espace de distribution varie d’une hormone à l’autre. Il
dépend de l’endroit où l’hormone peut aller dans la cellule.
Le pool total = espace de diffusion x [hormone endogène].
En pratique, tout est plus complexe.
G.7. Dosages hormonaux
G.7.1) Dosage biologique
Il
est basé sur l’observation des effets de l’hormone.
Il parait anachronique : dès qu’une nouvelle hormone est
découverte (leptine : aout 1995), ou quand on veut
diagnostiquer une hypo ou une hyperthyroïdie..., on dose
l’hormone.
Cependant, l’activité n’est pas toujours bien rendue par les
dosages biochimiques : par exemple si on ne connaît pas toutes
les propriétés de l’hormone.
--> on utilise le dosage biologique ou
physiologique pour doser l’effet induit par l’hormone.
cf leptine (découverte à partir de son gêne) : on dose
l’activité.
dosage biologique : compliqué et conventionnel. On a recours à
ce dosage tant que la connaissance biochimique du produit
n’est pas complète.
Par exemple : avant de savoir doser l’adrénaline chimiquement, pour diagnostiquer une hypersécrétion, on regardait quel était l’effet hypertenseur de l’injection d’un volume donné de plasma chez des chiens dans des conditions bien définies.
G.7.2) Dosage biochimique
| il ne
consiste pas à extraire l’hormone, à la précipiter et à la
peser. On utilise des moyens immunologiques. On utilise des anticorps spécifiques de l’hormone à doser. Il sont marqués avec un atome radioactif ¹. La molécule hormonale possède un site actif et un récepteur de l’anticoprs. Dans un espace de dilution connu, on mélange l’hormone avec des anticorps en surnombre. On attend puis on supprime les anticorps marqués non liés et on mesure la radioactivité restante qui correspons à la concentration de l’hormone dans l’espace de dilution. |
 |
¹ on peut utiliser d’autres ligands : récepteur, transmetteur, molécule artificielle sur laquelle existe un marquage*.
| il peut y avoir des fragments d’hormone dépouvus d’activité mais possédant toujours un récepteur à anticorps : on va doser tous les fragments inactifs. |
 |
| si on a dans le milieu une autre molécule qui possède le récepteur à anticorps (par exemple un précurseur inactif de l’hormone à doser), |
 |
--> on ne dosera pas que l’hormone active. On doit connaître la
sélectivité des anticorps utilisés.
Cela explique que :
• les concentrations biochimiques sont données en unités et pas en
unités légales.
• les résultats peuvent être différents selon le test que l’on
utilise.
REPRODUCTION COMPLETE OU PARTIELLE INTERDITE