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![Principes de base 11
portantes sont pour la plupart polaires et que, qui doit être maintenue indirectement par un
de ce fait, leur simple diffusion (cf. p. 8) à mécanisme de transport actif de Na+ à
travers la membrane serait trop lente, il existe différents endroits de la membrane cellulaire.
pour un certain nombre de substances, glucose. Ce mécanisme est appelé cotransport
Na+, etc., des protéines situées dans la (simport) si la substance impliquée est déplacée
membrane - précisément les transporteurs - qui dans le même sens que l'ion moteur (par
fixent la molécule à transporter d'un côté de la exemple le Na+ avec le glucose) ou contre-
membrane et s'en séparent de l'autre côté. On transport (antiport) si le gradient de Na+, dans
ne sait pas si le transporteur diffuse à travers la ce cas, déplace l'ion H+ dans le sens opposé.
membrane, s'il pivote ou s'il modifie sa Citons comme exemple de transports actifs primaires
conformation. Ce type de transport par ou secondaires l'excrétion du Na+, du glucose et des
transporteurs est saturable et spécifique pour
acides aminés par le tubule rénal (cf. p. 126 et suiv.),
des substances ayant une étroite analogie de
structures (on parle d'inhibition compétitive). l'absorption de ces substances à partir de l'intestin
Il se distingue du transport actif (cf. ci-dessous) (cf. p. 224 et suiv.), la sécrétion de l'acide
par le fait qu'il s'agit d'un transport « selon » un chlorhydrique dans l'estomac (cf. p. 208). le transport
gradient électrochimique (cf. p. 14). du Na+ au niveau de la cellule nerveuse (cf. p. 24 et
suiv.), etc. Ces mécanismes de transport actif pré-
sentent les caractéristiques suivantes '.
Transport actif
• ils sont saturables, autrement dit ils ne peuvent
Dans l'organisme, le transport des substances assurer qu'un taux de transport maximal déterminé
se fait aussi et surtout contre un gradient de (cf. réabsorption du glucose dans le rein, p. 128),
concentration et/ou contre un gradient
électrique (potentiel). • ils sont plus ou moins spécifiques, ce qui signifie
que seules certaines substances de structure chimique
Ceci ne peut s'effectuer par le transport passif
analogue sont transportées par un système (cf.
décrit ci-dessus (qui se fait dans le sens du
courant, c'est-à-dire « selon » un gradient), mais fonction d'épuration du foie, p. 214 et suiv.),
seulement par des mécanismes de transport • ces substances analogues sont souvent plus ou
actif. Ceux-ci nécessitent de l'énergie, car ils moins bien transportées, ce qui signifie qu'elles
doivent transporter les substances contre un possèdent une affinité différente (~ 1/Km; cf. ci-
gradient. Une partie importante de l'énergie
après) pour le système de transport,
chimique apportée à l'organisme sous forme
d'aliments est transformée en composés riches • ils sont perturbés lorsque l’apport d'énergie
en énergie et utilisables par tous les êtres cellulaire est défaillant.
vivants (par exemple l'ATP. cf. p. 17). Cette
énergie est utilisée notamment pour le transport Le taux de transport Jsat, de ce type de transport
actif. saturable se calcule généralement suivant la cinétique
de Michaelis-Menten :
Dans le transport actif primaire, l'hydrolyse de
l'ATP produit directement de l'énergie utilisable Jsat = Jmax-C/(Km + C) [mol.m-2.s-1],
pour les mécanismes de « pompe ionique ».
Ces pompes sont aussi appelées ATPases. On C étant la concentration finale de la substance à
peut citer l'omniprésente Na+-K+ (activée) - transporter, Jmax le taux de transport maximal de la
ATPase, mais également la Ca+-ATPase substance et Km sa concentration de demi-saturation,
sarcoplasmique et l'H+-ATPase du tube c'est-à-dire pour 0.5 Jmax (cf. p. 333).
collecteur rénal comme autant de mécanismes
actifs permettant le transport de Na+. K+, Ca+ Cytose
ou H+ respectivement.
La cytose est un mécanisme de transport
Dans le transport actif secondaire d'un actif complètement différent.
composé (par exemple le glucose) il y a Elle comprend la formation, avec consomma-
couplage par un transporteur avec un
tion d'ATP, de vésicules intramembra-
mécanisme de transport passif d'un ion (par
exemple le Na+). Dans ce cas, le gradient de
Na+ est la force motrice](https://image.slidesharecdn.com/atlasdepoche-120930052817-phpapp01/85/Atlas-de-poche-16-320.jpg)
![14 Principes de base
la direction de l'invasion bactérienne (migration; cf. jusqu'à ce que les deux gradients soient
p. 66 et suiv.). enfin les cellules tumorales qui identiques, mais opposés, c'est-à-dire jusqu'à
exercent leurs effets dévastateurs vers les différents ce que leur somme, ou le gradient
tissus de l'organisme qu'elles envahissent. électrochimique, soit égale à zéro. Il existe
alors une différence de concentration ionique
Le déplacement de telles cellules se fait par déterminée de part et d'autre de la membrane
glissement sur une base solide, comme pour les (concentration d'équilibre) à laquelle
amibes (E). Ceci est possible par endocytose du côté correspond un potentiel déterminé (potentiel
de la membrane sur la partie la plus éloignée du but à d'équilibre).
atteindre, par transport intracellulaire à travers la
Le potentiel d'équilibre Ex de l'ion « x » entre
cellule à travers les vésicules d'endocytose et leur
t'intérieur (i) et l'extérieur (e) de la membrane
réincorporation dans la paroi vasculaire, enfin par
cellulaire est calculé d'après l'équation de
exocytose près du but à atteindre (E3). Les
Nernst (cf. aussi p. 24) :
fibroblastes renouvellent environ 2 % de la
membrane cellulaire/min par ce mécanisme. Ex = R.T.(F.z)-1.ln ([X]e/[X]i.), (5)
Le cycle est complété par des déplacements R étant la constante des gaz (= 8.314 J • K-1 •
obligatoires "d'avant en arrière", par des mouvements mol-1), T la température absolue (dans le corps
semblables à ceux d'une chenille, des différentes = 310 K). F la constante de Faraday, donc la
régions de la membrane cellulaire non impliquées charge par mole (= 9.45.104 A.s.mol-1), z la
dans la pinocytose. Puisque la membrane cellulaire charge de l'ion (+ 1 pour K+, +2 pour Ca2+, -1
des fibroblastes adhère surtout à la fibronectine de la pour Cl-, etc.). In le logarithme naturel et [X] la
matrice extracellulaire, la cellule se déplace en avant concentration « effective » de l'ion x. Pour la
par rapport à la matrice (E3). L'adhérence de la température du corps (310 K), R.T/F = 0.0267
cellule requiert également la présence de récepteurs V-1. Si l'on transforme maintenant In ( Me / Mi )
spécifiques, par exemple la fibronectine dans le cas en -In ([X]e/[X]i) et également In en log (In = 2,3
des fibroblastes. • log6). l'équation (5) peut alors s'écrire :
Ex = -61.log ([X]i/[X]e) (mV). (6)
Potentiels électriques dus aux processus
de transport Par exemple, si l'ion x est K+. si [K+]i = 150
mmol/kgH2O et [K+]e = 5 mmol/kgH2O, le
Le transport d'ions signifie un déplacement de potentiel d'équilibre de K+ est alors Ek = - 90
charge, c'est-à-dire l'apparition d'un potentiel mV (cf. aussi p. 24 et p. 25. B).
électrique. Par exemple, si des ions K+ diffusent Lorsque le potentiel d'équilibre est atteint. la
hors de la cellule, il se crée un potentiel de quantité d'ions qui se déplace selon le gradient
diffusion, au cours duquel la cellule devient chimique dans une direction est égale à la
positive à l'extérieur par rapport à l'intérieur. Si quantité d'ions repoussée par le potentiel en
un ion de même charge diffuse également à sens inverse. La somme des deux, appelée
contre-courant ou si un ion de charge opposée courant ionique net, est donc nulle. Mais ce
(tel Cl-) diffuse dans le même sens, ce potentiel courant s'écarte de zéro lorsque le potentiel de
de diffusion n'est que transitoire. Par contre, si membrane de repos (Em s'éloigne du potentiel
des ions non diffusibles (comme les protéines d'équilibre (Ex). Le potentiel d'entraînement du
intracellulaires) ou si les ions concernés ne courant ionique net (Ix est donc Em-Ex). La loi
peuvent franchir la membrane qu'en faibles d'Ohm pour le courant ionique (cf. p. 10
quantités mais peuvent en revanche être équation (4)) s'écrit donc :
transportés activement en sens contraire (Na+).
le potentiel de diffusion persiste (cf. p. 24). Mais gx = Ix / (Em –Ex) (7)
il entraîne les ions K+ qui avaient diffusé hors
(Unités : gx superficie de la membrane en S.m-2;
de la cellule (diffusion le long d'un gradient
lx superficie de la membrane en A.m-2; E en V.)
chimique) à nouveau vers l'intérieur de la cellule
(transport par potentiel, cf. p. 10). Dans la cellule au repos (cf. p. 24), Em≈ -70m V.
Ek ≈ - 90mV et ENa ≈ +70mV.
La diffusion des ions K+ demeure](https://image.slidesharecdn.com/atlasdepoche-120930052817-phpapp01/85/Atlas-de-poche-19-320.jpg)
![+ le contenu énergétique des métabolites
18 Principes de base excrétés (dans ce cas l'urée).
Si, comme dans l'organisme, la pression (p)
Apport et transformation de l'énergie demeure constante, une part de l'énergie est
utilisée pour les changements de volume (A V) ;
La vie est impossible sans apport d'énergie. Les
le travail mécanique (p • ΔV) n'est pas quantifia-
plantes tirent leur énergie du rayonnement
ble et doit être assimilé à : ΔU (voir ci-dessus)
solaire pour transformer le CO2 atmosphérique
+p.ΔV=ΔH, ou ΔV représente la variation
en O2 et en composés organiques. Ces
d'enthalpie (ΔV est ordinairement très faible
composés peuvent être directement utilisés
dans l'organisme si bien que ΔH ≈ ΔU).
(principalement les hydrates de carbone) par les
être humains et les animaux pour compléter Afin de déterminer quelle part de cette enthalpie
leurs besoins énergétiques, mais peuvent éga- AH est franchement utile, le second principe
lement être stockés sous forme de combustibles de la thermodynamique doit être pris en
fossiles (houille et pétrole). Ainsi l'énergie peut considération. Compte tenu de ce principe, le
être convertie, transformée d'une forme en une degré de désorganisation - appelé entropie -
autre. Si nous considérons une telle d'un système fermé augmente (ΔS > 0) si, par
transformation comme prenant place dans un exemple, une forme d'énergie est transformée
système fermé (échange d'énergie mais non en une autre. Le produit -augmentation
de matière avec l'environnement), on peut dire d'entropie X température absolue - (ΔS • T) est
que l'énergie ne peut ni apparaître. ni égal à la chaleur dissipée durant un tel
disparaître spontanément. Ceci est décrit dans processus. Ainsi, l'énergie libre ΔG (= énergie
le premier principe de la thermodynamique, de Gibbs) se calcule comme suit :
qui dit que la variation d'énergie interne (= ΔG = ΔH – T. ΔS.
variation du contenu en énergie ΔU) d'un
système (par ex. une réaction chimique) est Cette relation définit également les conditions
égale à la somme du travail reçu (+ W) ou cédé sous lesquelles, par exemple, les réactions
(-W) et la chaleur dégagée (-Q) ou reçue (+ Q) chimiques spontanées peuvent se produire. Si
respectivement. ΔG < 0 la réaction est exergonique, elle
s'effectue d'elle-même sans intervention
ΔU = Q - W [J] (travail fourni, chaleur extérieure et l'énergie est libérée spontanément
reçue) ; si ΔG > 0 la réaction est endergonique et ne
ΔU = W - Q [J] (travail reçu. chaleur dégagée) peut s'effectuer spontanément sans fourniture
(Par définition, les signes indiquent le sens du flux en accord additionnelle d'énergie.
avec le système considéré).
ΔG est obtenu en prenant la concentration
Pour les systèmes biologiques, la conséquence véritable de chaque composé ou substrat pris
essentielle de ce premier principe est que la en compte dans la réaction étudiée. Si la
chaleur produite par la transformation d'une réaction considérée est : A ↔ B + C, l'énergie
substance en une autre est toujours la même, libre standard ΔG'o (ou les concentrations de A,
quelle que soit la voie utilisée. En d'autres B et C sont de 1 mole • I-1 et le pH = 7) est
termes, que la combustion du glucose se fasse convertie en ΔG comme suit :
directement en présence d'O2 dans un calorimè-
tre (cf. p. 198), avec production de CO2 et ΔG = ΔG'o + R • T • In [B].[C]
[A]
d'eau, ou que ces mêmes produits terminaux ou (à 37 °C) :
soient formés à partir du glucose par des voies
métaboliques, l'énergie produite est la même ΔG = ΔG'o + 8,31 . 310 . 2,3
(dans cet exemple, les valeurs caloriques Log [B].[C] [J.mol-1].
physiques ou physiologiques sont les mêmes ; [A]
cf. p. 198). Il n'y a pas équivalence si. comme
En supposant pour l'instant que ΔG'o d'une
dans le cas des amino-acides, les produits
réaction est de + 20 kJ • mol-1 (réaction
formés dans le calorimètre (ici, CO2, etc.) sont
endergonique), ΔG devient < 0 (réaction
différents de ceux formés par les voies
exergonique) si le produit [B].[C] est, par
métaboliques de l'homme (ici, l'urée).
exemple, 104 fois plus petit que [A] :
Cependant, même dans cette situation, l'énergie
chimique utilisée par l'organisme (dans ce cas ΔG = 20000 + 5925. log 10-4 = - 3,7 kj.mol-1.
les amino-acides) est toujours égale à la
chaleur libérée + le travail mécanique produit](https://image.slidesharecdn.com/atlasdepoche-120930052817-phpapp01/85/Atlas-de-poche-23-320.jpg)
![Dans ces conditions, les produits B et C sont Principes de base 19
formés (la réaction se fait vers la droite).
Si dans le même exemple le rapport [B]-[C] sur
[A] = 4.2-10-4. ΔG devient nul et la réaction
s'équilibre (pas de réaction visible). Le rapport
ainsi obtenu est appelé constante d'équilibre
K de la réaction. En utilisant l'équation (8), K
peut être transformé en ΔG'o et vice versa
selon la relation suivante :
0 = ΔG'o + R • T • In K,
ou ΔG'o = - R.T. ln K. ou
ΔG'o/(R.T
K = e- )
Si finalement le rapport [B].[C] sur [A]> 4,2.10-4,
alors ΔG > 0 et la réaction se déplace vers la
gauche, en conséquence le produit A est
formé.
Il est évident qu'à partir de ces considérations
ΔG'o indique le point d'équilibre de la réaction,
et que ΔG mesure la distance qui sépare la
réaction de son point d'équilibre.
Cependant. ΔG ne donne aucune indication sur G. Energie d'activation et réactions ca-talytiques.
la vitesse de la réaction. Même si ΔG < 0, la La réaction A ↔ B + C peut s'effectuer à des niveaux
réaction peut être extrêmement lente. Sa énergétiques plus ou moins favorables. Cette réaction
vitesse dépend de la quantité d'énergie ne peut se produire que si suffisamment d'énergie
nécessaire pour l'élaboration des produits d'activation peut être acquise par A. Les catalyseurs et,
intermédiaires de la réaction, pour lesquels ΔG en biologie, les enzymes, réduisent la quantité
d'énergie d'activation nécessaire et facilitent en cela la
est plus grand que celui de la substance initiale
réaction (lignes rouges).
ou des produits terminaux de la réaction. La
quantité d'énergie nécessaire à cette Une réaction peut aussi être accélérée par
transformation est appelée seuil ou énergie l'élévation de la température. Une aug-
libre d'activation G#. Les catalyseurs mentation de 10 °C se solde habituellement par
(« activateurs ») ou, en biologie, les enzymes, un accroissement de 2 à 4 de la vitesse de
accroissent la vitesse de réaction en diminuant réaction (par exemple la valeur Q10 passe de 2
l'énergie libre d'activation nécessaire ΔG#. Ceci à 4).
est illustré par la figure G.
La seconde loi de la thermodynamique (voir
En accord avec Arrhenius, la constante plus haut) stipule également que dans un
d'équilibre K (s-1) d'une réaction unimoléculaire système fermé, et l'univers est un système
est proportionnelle à e-ΔG# / (R/T). Si dès lors fermé dans ce sens, il y a perte continuelle
l'énergie d'activation AG# d'une telle réaction est d'énergie libre, la somme de tous les systèmes
diminuée de moitié par une enzyme, par conduisant à une augmentation du hasard et
exemple de 126 à 63 kJ • mol-1, le facteur K des désordres. Toutefois l'organisme est un
augmente à la température de 310 K (37 °C) système ouvert, et comme tel il peut acquérir
d'un facteur de de l'énergie et permettre ainsi la délivrance de
e -63 000 / (8.31 • 310) / e -126 000 / (8.31 -310) = 4 . 1010 environ. produits terminaux du métabolisme. L'entropie
En d'autres termes, le temps pour que d'un système fermé constitué d'un organisme et
50% de la substance soit métabolisée (t/2) de son environnement augmentera, alors que
passe de 10 ans à 7 ms dans ce cas ! (valeur K non seulement l'organisme « système ouvert »
[s-1] X concentrations des substances de départ considéré seul maintiendra son entropie
[mol • l-1] = irréversibilité de la réaction [mol • I-1 • constante, mais pourra éventuellement la
s-1] ). diminuer par dépense d'enthalpie libre. Les
exemples peuvent se voir dans l'établissement
de gradients osmotiques ou de différences de
pression à l'intérieur du corps. Ainsi, tandis
qu'un système fermé se caractérise par une
entropie maximale,](https://image.slidesharecdn.com/atlasdepoche-120930052817-phpapp01/85/Atlas-de-poche-24-320.jpg)
![Principes de base 21
rents processus et permet à une part de concevable sans une régulation de ses
l'énergie rendue libre par cette réaction de diverses fonctions. Cette régulation nécessite
participer à la formation d'ATP (réactions une transmission d'informations depuis le centre
couplées; H). régulateur et les organes récepteurs et
L'enthalpie libre ΔG'o de l'hydrolyse de l'ATP effecteurs.
avoisine -30,5 kJ • mol-1. Comme on peut le voir Le rétro-contrôle à partir de l'organe effecteur
à partir de l'équation (8), l'enthalpie libre réelle permet au centre régulateur de vérifier dans
augmente si le rapport ([ADP] • [Pi]) / [ATP] est quelle mesure « l'ordre » initial a été exécuté, ce
plus petit que la constante d'équilibre K de la qui conduit, si nécessaire, à un réajustement.
réaction d'hydrolyse de l'ATP (ADP = adénosine Ce système de régulation avec rétro-contrôle
diphosphate). La richesse en ATP dans les est appelé boucle de régulation.
cellules donne un ΔG d'environ -46 à -54 kJ • Les boucles de régulation jouent un rôle très
mol-1. important dans l'organisme. Les mouvements
Les substances ayant un ΔG'o significati- musculaires, l'équilibre pondéral, le volume
vement plus élevé comme la créatine sanguin, la pression artérielle, le contenu en
phosphate ou phosphagène (-43 kJ • mol-1), oxygène du sang, le pH, la température
peuvent produire de l'ATP à partir d'ADP et de corporelle, la glycémie et de très nombreuses
Pi. D'un autre côté, l'abondance universelle de autres grandeurs de l'organisme sont soumis à
l'ATP peut être utilisée pour la formation une régulation. La boucle de régulation se
d'autres composés riches en énergie mais de déroule, soit dans l'organe lui-même
niveau énergétique moindre, par exemple UTP, (autorégulation), soit par l'intermédiaire d'un
GTP, glucose-6-phosphate etc. centre de contrôle supérieur (système nerveux
L'énergie libérée lors de l'hydrolyse de l'ATP central. glandes endocrines). Le signal de
régulation est transmis depuis le centre de
permet des centaines de réactions, par ex, le
transport actif à travers les membranes, la régulation (la consigne étant définie à ce
synthèse protéique, la contraction musculaire niveau) vers l'organe effecteur (tout ou partie de
l'organe) qui. à son tour, répond au signal reçu.
etc. Finalement toutes ces réactions provoquent
des ordres dans les cellules et dans tout La situation est évaluée par des récepteurs et le
l'organisme. Comme cela a été décrit plus haut, résultat est renvoyé vers le centre de régulation
où il est comparé avec la valeur originale de
le prix du maintien de la vie grâce à la
contrôle. Si le résultat ne correspond pas à
diminution de l'entropie du corps est assuré par
augmentation de l'entropie de l'univers. l'objectif à atteindre, il se produit à nouveau un
réajustement.
L'information entre ces différents éléments de
Contrôle et transmission de l'information
contrôle est véhiculée par les nerfs, ou par les
L'organisme représente un ensemble de hormones circulantes (cf. p. 232). Sur de
mécanismes si compliqués qu'il n'est pas courtes distances (par ex. à l'intérieur d'un
organe) la transmission de l'information peut
s'effectuer par diffusion.](https://image.slidesharecdn.com/atlasdepoche-120930052817-phpapp01/85/Atlas-de-poche-26-320.jpg)
![24 Nerf et Muscle
Potentiel membranaire de repos
On peut mesurer un potentiel au niveau de la intracellulaires ne diffusant pas, c'est seulement
membrane des cellules vivantes (différence de la diffusion des ions Na+qui donne son efficacité
au phénomène (points 1 et 2). Ce potentiel de
potentiel ; cf. p. 7). Pour les cellules musculaires
et les cellules nerveuses, ce potentiel diffusion augmente jusqu'à ce que le courant
membranaire de repos est, selon le type de de sortie d'ions K+ supplémentaires (mis en
cellules, de l'ordre de 60 à 100 mV (l'intérieur action par le gradient de concentration) soit
de la cellule étant négatif). Le potentiel inhibé par la montée du potentiel.
membranaire de repos tire son origine d'une C'est parce que la membrane cellulaire est
répartition inégale des ions (B) entre aussi relativement perméable aux ions CI- que
l'intérieur et l'extérieur de la membrane le potentiel des ions chlore augmente dans le
cellulaire. même temps : il y a transport du Cl- contre un
gradient électrochimique, hors de la cellule (A4).
Les phénomènes suivants contribuent à assurer La diffusion du K+ (gradient chimique) entraîne
ce potentiel membranaire de repos (cf. aussi p. une augmentation du potentiel naissant, la
11 et suiv.) : diffusion du Cl- (contre-potentiel) augmente son
1. Par transport actif, (cf. p. 10) le Na+ est potentiel contre son propre gradient chimique.
repoussé en permanence hors de la cellule et le Finalement, un potentiel d'équilibre pour le
K+est pompé à l'intérieur (A2) de telle manière K+ (Ex) et pour le Cl- (Eci) s'installe. Grâce à Ex,
que, à l'intérieur de la cellule (LIC). la la force de diffusion qui repousse le K+ vers
concentration en ions K+ est environ 35 fois l'extérieur (gradient chimique) est égale à la
plus grande et que la concentration en ion Na+ force rétroactive (force de retour) du potentiel
est par contre 20 fois plus faible qu'à l'extérieur (gradient électrique) ; c'est pourquoi, le gradient
de la cellule (LEC. B). Les Na+-K+-ATPase électrochimique pour K+ est de 0. Il en est de
(capables de dissocier l'ATP) y contribuent pour même pour Eci. Le potentiel d'équilibre E peut
une grande part. être calculé par l'équation de Nernst (cf. p.
14).
Comme la membrane est peu perméable aux
Bien que la perméabilité à l'ion Na+ de la
protéines anioniques et aux phosphates du li-
membrane cellulaire au repos soit très faible
quide intracellulaire (cf. p. 65. B), ce sont les
comparée à celle de K+, des ions Na+ diffusent
ions diffusibles qui se distribuent passivement et
en permanence vers l'intérieur de la cellule
irrégulièrement de part et d'autre de la
(gradient électrique et chimique élevé, A5 et B).
membrane cellulaire (équilibre de Gibbs-
En conséquence, le potentiel membranaire de
Donnan, Al)
repos est un peu plus négatif que Ek.
[K+ + Na+] LIC > [K+ + Na+] LEC [Cl-] LIC <
Comme la membrane cellulaire de beaucoup de
[Cl-] LEC
cellules est relativement plus perméable aux ions Cl-,
2. Dans les conditions de repos, la membrane les ions Cl- se répartissent entre le LIC et le LEC de
cellulaire est peu perméable aux ions Na+ (ce telle manière que le potentiel d'équilibre du Cl-, Ek est
qui signifie que la conductance sodique [gNa] est égal au potentiel de repos membranaire. Du fait de sa
charge négative, le gradient pour le Cl- est en sens
faible), de telle sorte que le gradient de
opposé à celui du K+ (B). Si, cependant le Ek calculé à
concentration à l'ion Na+ (A3 et A5) ne peut
partir de la répartition des ions Cl-(équation de Nernst
s'annuler à nouveau par rétrodiffusion. avec z = -1 ) s'éloigne du potentiel de repos
3. La membrane cellulaire est très peu membranaire (comme c'est le cas dans certaines
perméable (A4 et A5) aux protéines chargées cellules), on peut conclure que le Cl- est transporté
contre un gradient électrochimique (la plupart du temps
négativement et aux phosphates organiques. secondaire), donc à un transport actif d'ions Cl-(cf. p.
4. La membrane cellulaire est relativement 132).
perméable à l'ion K+ (gk > gNa). Du fait du Alors que toutes les cellules vivantes présentent
gradient de concentration élevé (point 1), les un potentiel membranaire de repos, les cellules
ions K+ diffusent du L l C vers le L E C (A3). Du excitables (nerf, muscle) possèdent la propriété
fait de la diffusion du K+. la charge positive de de modifier la perméabilité ionique de leur
cet ion conduit à une « distension de charge » membrane en réponse à un stimulus, ce qui
(« potentiel de diffusion ») au niveau de la entraîne des modifications importantes de la
membrane ; la majeure partie des anions polarisation (cf. p. 24).](https://image.slidesharecdn.com/atlasdepoche-120930052817-phpapp01/85/Atlas-de-poche-29-320.jpg)
![50 Système nerveux végétatif
Organisation du système nerveux suiv.) : le système sympathique et le système
végétatif parasympathique. Les centres végétatifs
Le système nerveux (SN) de la «vie de relation» correspondant se situent, pour le système
(nerfs des muscles squelettiques, de la sympathique dans la moelle thoracique et
sensibilité superficielle, des organes des sens, lombaire, pour le système parasympathique
etc.) répond en général aux stimuli externes par dans le tronc cérébral (en ce qui concerne les
une réponse vers l'extérieur (réflexe de fuite par yeux. les glandes et les organes innervés par le
exemple) (cf. p. 280). Beaucoup d'activités du nerf vague) et dans la moelle sacrée (en ce qui
SN somatique sont sous le contrôle de la concerne la vessie, une partie du gros intestin
volonté et se déroulent consciemment. Le SN et les organes génitaux; A). Les fibres
végétatif, par contre, régule les fonctions sympathiques préganglionnaires de la moelle
organiques internes, les adapte aux besoins épinière se terminent dans les ganglions du
du moment et contrôle les fonctions dites tronc sympathique, dans les ganglions du cou et
végétatives de l'organisme. Comme ces de l'abdomen ou dans les ganglions terminaux.
activités échappent au contrôle volontaire, le SN C'est là que se transmet le signal
végétatif est aussi appelé SN autonome. cholinergique (le neuromédiateur étant
l'acétylcholine ; cf. p. 54) aux fibres post-
A la périphérie, le SN végétatif et le SN de la vie ganglionnaires. Ces fibres post-ganglionnaires
de relation sont anatomiquement et fonction- sont adrénergiques : elles stimulent les organes
nellement bien séparés, alors qu'il existe des terminaux (excepté les glandes sudoripares)
liens étroits entre les deux au niveau du SN grace à la noradrénaline qui joue ici le rôle de
central (cf. p. 232 et 290). médiateur (A et cf. p. 56).
L'arc réflexe (cf. p. 278 et suiv.) avec ses voies Les fibres préganglionnaires du système
afférentes [vers le système nerveux central parasympathique partent du cerveau,
(SNC)] et ses voies efférentes (vers la empruntent les nerfs crâniens et gagnent les
périphérie) symbolise la base fonctionnelle du muscles et glandes de la tête (nerfs III, VII et
SN végétatif. Les fibres afférentes véhiculent IX) et les organes du tronc et des membres
les informations relatives à la douleur et celles (nerf X). Les fibres nerveuses de la moelle
qui émanent des mécano- et chémorécepteurs sacrée atteignent les organes pelviens par
des poumons, du tube digestif et du système l'intermédiaire des nerfs pelviens. Les
vasculaire. Les fibres efférentes commandent ganglions du système parasympathique se
les réponses réflexes des muscles lisses (cf. p. situent à proximité ou même à l'intérieur de
44) des différents organes (vaisseaux sanguins, l'organe cible. Le neuromédiateur du système
yeux, poumons, appareil digestif, vessie, parasympathique est l'acétylcholine, aussi
organes génitaux, etc.) et le fonctionnement du bien dans le ganglion que dans l'organe
cœur (cf. p. 166) et des glandes (cf. p. 204 et terminal (cf. p. 54).
suiv.). Les voies périphériques efférentes du SN La plupart des organes sont innervés par les
végétatif se composent de fibres deux systèmes : sympathique et parasympa-
préganglionnaires qui entrent en synapse thique ; ainsi, leur réponse à chacun des deux
avec les fibres post-ganglionnaires dans les systèmes peut être opposée (antagoniste.
ganglions. Des réflexes simples peuvent se dans le cœur par exemple) ou presque
dérouler à 'intérieur d'un organe (cf. p. 210). identique (dans les glandes salivaires par
Par contre, les mécanismes plus complexes exemple; cf. p. 204 et suiv.). La médullo-
sont contrôlés par les centres végétatifs surrénale est une glande mixte, à la fois
supérieurs du SNC dont l'hypothalamus (cf. ganglion sympathique et glande à sécrétion
p. 290) est le centre d'intégration le plus élevé ; hormonale : des fibres préganglionnaires du
il englobe le SN végétatif dans l'élaboration de système sympathique y libèrent de l'adrénaline
ses programmes. Le cortex est un niveau et de la noradrénaline dans la circulation (cf. p.
supérieur d'intégration du SNC avec les autres 58).
systèmes. Il existe aussi d'autres types de
réflexes dans lesquels le système nerveux
végétatif comme le SN somatique sont séparés.
Le SN végétatif se compose de deux parties
distinctes tant du point de vue anatomique que
du point de vue fonctionnel (A et cf. p. 52 et](https://image.slidesharecdn.com/atlasdepoche-120930052817-phpapp01/85/Atlas-de-poche-55-320.jpg)
![58 Système nerveux végétatif
La médullosurrénale rénales ne libèrent que de petites quantités d'A
et de NA. Cependant lors d'activités
La médullosurrénale est une glande endocrine physiques plus importantes ou lors du stress
jouant le rôle d'un « transducteur ». Dans la ou d'états émotionnels, leur libération augmente
médullosurrénale, les influx nerveux considérablement. Ainsi, des cellules qui ne
électriques (fibres sympathiques pré- sont pas innervées par les voies sympathiques
ganglionnaires ; cf. p. 51 et suiv.) sont peuvent participer à des réactions d'alarme.
transformés en signaux hormonaux [adréna- Les facteurs de libération des catécholamines
line (A), noradrénaline (NA)] qui sont des par la médullosurrénale, par suite d'une
catécholamines. Dans la médullosurrénale, augmentation de l'activité sympathique sont par
comme dans toutes les terminaisons nerveuses ex : le travail physique, le froid, le chaud,
préganglionnaires, le neuromédiateur est l'hypoglycémie (faible teneur sanguine en
'acétylcholine (ACh) qui, en se fixant sur la sucre), la douleur, le manque d'oxygène, la
membrane post-synaptique, provoque la baisse de la pression artérielle, la peur et
libération de NA et de A (par exocytose, cf. p. l'énervement («stress»). Le centre de
13 et 19). commande est l'hypothalamus (cf. p. 290).
La synthèse et le stockage des catéchola- Le rôle principal des catécholamines libérées en
mines se déroulent de la même manière que situation d'alarme (cf. p. 290) est de mobiliser le
dans les terminaisons nerveuses sympathiques stock d'énergie chimique (lipolyse,
postganglionnaires (cf. p. 56), mais, du fait de la glycogénolyse ; cf. p. 247) et par là de fournir
présence d'une enzyme supplémentaire, la suffisamment de combustible (acides gras,
phényl éthanolamine-N-méthyltransférase, la glucose) à tous les muscles en activité. Le bilan
plus grande partie de la NA est transformée en potassique est aussi influencé par les
A. Le précurseur de la NA, la dopamine (qui catécholamines (cf. p. 148).
dérive de la L-tyrosine via la L-dopa), est capté
par les granules. La suite et la fin de la synthèse Dans les muscles squelettiques, les catécho-
se terminent au niveau des granules ; la NA lamines agissent sur l'AMP cyclique (cf. p. 242),
sera stockée dans 15 % de ceux-ci. Dans les 85 enzyme qui accélère la dégradation du
% restants, la NA n'est pas stockée mais glycogène et la formation de lactate (cf. p. 46).
transférée dans le cytoplasme où elle est Par leur effet inotrope positif (récepteurs β1 ; B
partiellement convertie en A, laquelle est à son et cf. p. 56) sur le cœur, les catécholamines
tour recaptée par les granules. Le captage de la augmentent le volume systolique et le débit
dopamine, de la NA et de l'A se fait par un cardiaque et élèvent, par conséquent, la
processus actif. Les granules contiennent non pression artérielle. En même temps, l'irrigation
seulement des lipides, mais également des du tractus digestif est réduite au profit de celle
protéines (chromogranine) et d'autres des muscles (B et cf. p. 46).
substances, notamment 1 mole d'ATP par mole L'adrénaline renforce également la transmission
de catécholamine. adrénergique (cf. p. 56). En se liant aux β2
Régulation de la synthèse des catécho- récepteurs des varicosités des fibres
lamines : La synthèse est accélérée lors des postganglionnaires sympathiques, elle induit la
décharges brutales par la diminution du niveau libération de NA par ces dernières.
de Na (des vésicules) qui, en conséquence, Lors d'un stress, les catécholamines stimulent la
lève l'inhibition par feed-back de la tyrosine libération d'hormones (cf. p. 261) dans
hydroxylase (cf. p. 56). La stimulation chronique l'hypothalamus, déclenchant le renouvellement
augmente également l'activité de l'enzyme des stocks d'énergie épuisés. Ces hormones
permettant la conversion de la dopamine en Na. atteignent leur taux le plus élevé dans le sang
L'ACTH (cf. p. 240) est impliquée dans ce environ 4 h après la réaction d'alarme.
processus. Par opposition, le cortisol (arrivant (Pour le texte de A, cf. p. 56).
directement à concentration élevée du cortex
surrénalien, cf. p. 260) stimule l'activité de la N-
méthyl-transférase, augmentant ainsi le rapport
A : NA. Le rapport liant les quantités de NA et A
libérées varie selon les espèces et l'activité
sympathique (voir ci-dessous). Au repos ou
pour un faible niveau d'activité, les médullosur-](https://image.slidesharecdn.com/atlasdepoche-120930052817-phpapp01/85/Atlas-de-poche-62-320.jpg)
![60 Sang
Composition et rôle du sang présente à raison de 160 g/l de sang chez l'homme, de
145 g/l chez la femme) et l'anhydrase carbonique (cf.
Chez l'adulte, le volume sanguin représente p. 96 et suiv. 144 et suiv.). Un globule rouge renferme
environ 6 à 8 % de son poids corporel. Un litre 28-36 pg Hb (Concentration Moyenne en Hémoglobine
de sang renferme 0,46 l de globules chez CMH = [Hb] / nombre de GR).
l'homme et 0.41 l chez la femme. Cette valeur, La forte concentration cellulaire en hémoglobine
exprimée soit en pour cent (46%), soit en (environ 300 g/l, nombre d'érythrocytes = [Hb] /
fraction de l (0.46), est appelée hématocrite (cf. hématocrite) impose, afin de rétablir l'équilibre
p. 65. A). Normalement, 1 mm3 (1 µI) de sang osmotique avec le plasma environnant, la nécessité
contient 5 X 106 (5 millions) érythrocytes chez d'une réduction permanente de la teneur en
l'homme (4.5 X 106 chez la femme). 4 000 à électrolytes des globules rouges. Cette fonction est
10000 leucocytes et 0.15 à 0.3 X 106 assurée par les systèmes membranaires de transport
+ +
actif NA - K lesquels tirent leur énergie du glucose,
thrombocytes (plaquettes). Environ 67% des (cf. p. 47, B).
leucocytes sont des granulocytes, 27 % des
lymphocytes et 6 % des monocytes. Comme dans les autres cellules (voir par ex. p. 24 et
suiv.), le potentiel membranaire (consécutif dans le GR
Le plasma constitue la phase aqueuse du sang. Son à l'accumulation de K+), reflue les ions Cl- de l'intérieur
osmolarité (cf. p. 8) est d'environ 290 mosm/l. Il de la cellule (EIC), ce qui aboutit à l'augmentation
contient entre autres 70-80 g de protéines par l dont souhaitée de pression osmotique intracellulaire (cf. p.
environ 60 % d'albumines. 4 % d'α1 globulines. 8 % 24) jusqu'à l'isotonicité du milieu (cf. p. 336). De plus
d'α2 globulines. 12% de β-globulines et 16% de γ- (secondairement) le mouvement actif des ions Cl-
globulines (cf. p. 74 et suiv.). Le fibrinogène (3 %) est augmente [Cl-] EIC au dessus de la concentration
une autre protéine plasmatique. Lors de la coagulation d'équilibre (cf. p. 24). En conséquence, le rapport
sanguine (cf. p. 64 et suiv.), le fibrinogène précipite en entrée active/sortie passive des ions Cl- détermine[Cl-]
fibrine, le caillot ainsi formé laissant exsuder le sérum. EIC. Ainsi, par modification de ce rapport, le volume
Le sérum et le plasma diffèrent uniquement par leur des GR (et des autres cellules) peut être régulé (le
contenu en fibrinogène. volume globulaire moyen d'un GR = VGM = 93 •10- I).
3
Parmi les fonctions du sang, il faut citer le transport
de nombreuses substances (O2, CO2, substances La production des érythrocytes est principalement
nutritives, produits métaboliques, vitamines, contrôlée par un mécanisme hormonal. Le déficit en O2
électrolytes. etc.), le transport de chaleur (hypoxie) accroît la production et la libération d'une
(réchauffement, refroidissement ; cf. p. 192), la hormone, l'érythropoïétine, qui stimule la formation
transmission de signaux (hormones, cf. p. 232), le des érythrocytes par la moelle osseuse (A. en haut).
pouvoir tampon (cf. p. 110), la défense contre des Plus de 90 % de l'érythopoïétine est produit dans les
substances étrangères (cf. p. 66 et suiv.). Outre leur gloméruies du rein, le reste essentiellement dans le
rôle dans la défense immunologique, les protéines foie. Quand la masse globulaire augmente et corrige
plasmatiques participent au maintien de la pression par là même l'hypoxie, la synthèse de l'érythropoïétine
colloido-osmotique (ou pression oncotique) (cf. p. 336), diminue dans les quelques heures (par rétrocontrôle
au transport de substances non hydrosolubles négatif). L'érythropoïèse est aussi sous la dépendance
(lipoprotéines, p. 222) et à la protection de du SNC, qui peut stimuler la moelle et lui faire
nombreuses substances (comme l'hème) contre la décharger les GR stockés en son sein.
dégradation ou l'élimination rénale. Les protéines sont La durée de vie des érythrocytes est de 120
aussi susceptibles de neutraliser l'efficacité osmotique jours environ. Dans la pulpe de la rate, les
de substances dissoutes en se combinant à elles. La
globules rouges quittent continuellement les
liaison des médicaments et des substances toxiques
aux protéines diminue les effets thérapeutiques et artérioles pour arriver après passage à travers
toxiques mais, en contrepartie. leur excrétion rénale des pores étroits dans le sinus de la rate. Au
est moins rapide (cf. p. 10 et 127. B). voisinage de ces pores, les érythrocytes âgés
Les érythrocytes (globules rouges, GR) sont formés sont expulsés et détruits. Leurs débris sont
dans la moelle osseuse. Le fer, les cobalamines et ensuite phagocytés et détruits par le système
l'acide folique sont indispensables à leur formation. réticulo-endothélial (SRE) de la rate, du foie et
Chez le fœtus, les érythrocytes sont également pro- de la moelle osseuse (A). L'hème libéré au
duits dans la rate et le foie. Dans la moelle, les GR cours de 'hémolyse est dégradé en bilirubine
immatures sont nucléés, mais ils perdent leur noyau (cf. p. 216). Le fer de l'hémoglobine est recyclé.
lorsqu'ils gagnent le flux sanguin. Ils se présentent Dans I'anémie sphérocytaire par exemple, la
sous forme de disques (environ 7.5 x 2 µm) pouvant
facilement passer à travers les petits capillaires, ce qui
résistance des érythrocytes (résistance
facilite les mécanismes d'échanges avec les tissus osmotique) est réduite, entraînant une
environnants. diminution considérable de leur durée de vie.
Les érythrocytes ont pour fonction essentielle le Ce processus peut être partiellement enrayé par
transport de l'O2 et du CO2 entre les poumons et les l'ablation de la rate.
tissus. Ce transport est assuré par l'hémoglobine (Hb,](https://image.slidesharecdn.com/atlasdepoche-120930052817-phpapp01/85/Atlas-de-poche-64-320.jpg)
![62 Sang
Métabolisme du fer -Erythropoïèse et cœur, muscles, etc.) représente une réserve de
anémies fer rapidement disponible, alors que
La teneur totale en fer (Fe) de l'organisme est l'hémosidérine est plus difficilement mobi-
de l'ordre de 45 mmol (1 mmol = 55,8 mg) chez lisable. La majeure partie du fer se trouve dans
la femme et approximativement 60 mmol chez les érythrocytes de la moelle osseuse (≈ 0.54
l'homme : 60 à 70 % sont liés à l'hémoglobine mmol/j), le fer des cellules déficientes (≈ 1/3)
(Hb). 10 à 12% se trouvent sous forme de fer étant aussitôt libéré dans les macrophages de
«fonctionne» (myoglobuline, enzymes la moelle osseuse et donc de nouveau
contenant du fer comme les catalases) et 16 à disponible (A). Les érythrocytes âgés sont
29% forment le fer de réserve (ferritine, également phagocytés par les macrophages (cf.
hémosidérine. A). La quantité de Fe absorbée p. 60, 66 et suiv.). Le fer qui en résulte et qui est
avec les aliments varie selon l'alimentation et lié à l'hème de l'hémoglobine est absorbé par
atteint environ 0.2 mmol/j chez la femme et endocytose du plasma vers les cellules
environ 0.3 mmol/j chez l'homme. Sur cette hépatiques. Dans ces deux cas, le fer ainsi
quantité, seulement 6 % (chez l'homme) à 12 % renouvelé est disponible (≈ 97 % du Fe recyclé,
(chez la femme) sont absorbés par le A). La transferrine est elle aussi absorbée par
duodénum (A, B). L'absorption du Fe est endocytose ; les cellules hépatiques, les
adaptée aux besoins et peut s'élever en cas de érythroblastes, etc., ont à cet effet leurs propres
déficit en fer jusqu'à plus de 25%. récepteurs.
Le fer alimentaire lié à l'hème, parmi d'autres Les besoins en fer (= pertes de fer) sont
substances lipophiles, est en partie absorbé par généralement faibles (18 µmol/j), mais ils sont
diffusion, alors que le fer libre, en particulier le accrus lors de la menstruation (A) et en
Fe (II), est absorbé activement par la muqueuse particulier au cours de la deuxième moitié de la
intestinale par un phénomène de transport actif. grossesse (développement du fœtus) et après
La réabsorption du fer est conditionnée : la naissance (pertes de sang). Durant le 9e
1) par la présence d'acide chlorhydrique dans mois, le fœtus prend environ 60 µmol de Fe/j;
l'estomac [il détache le fer des complexes et l'alimentation maternelle doit donc contenir à ce
stimule la réabsorption du Fe (III) au début du moment approximativement 0,5 mmol de fer
duodénum (cf. « pH 3 » dans B)]. 2) par la supplémentaire par jour (pour ≈ 12%
;
quantité de Fe (II) disponible [à un pH neutre, d'absorption).
meilleure solubilité que le Fe (III). B] et 3) par la Les anémies sont définies comme une diminution de
« gastroferrine », glycoprotéine contenue dans la concentration des érythrocytes et de l'hémoglobine
la muqueuse gastrique et qui peut fixer de dans le sang. Outre I’anémie par saignements et par
manque de fer (troubles de la réabsorption, grossesse,
grosses quantités d'ions Fe (III).
saignements chroniques, infections) et d'autres types
Les mécanismes de régulation de l'absorption d'anémies, il est à noter qu'un déficit en cobalamines
de fer sont encore mal connus, mais il semble (vitamines B12) ou en acide folique (C) peut aussi
bien que l'apotransferrine disponible (protéine provoquer une anémie : les érythrocytes augmentent
de transport du fer dans le plasma) joue un de volume et leur concentration dans le sang est plus
certain rôle (A, B). Le fer qui a été absorbé en faible que celle de l'hémoglobine (anémie hyperchrome
excès par la muqueuse intestinale se lie ; hémoglobine globulaire moyenne [= HGM]
augmentée), Les anémies sont généralement dues à
essentiellement à la ferritine ; il est absorbé une diminution de la sécrétion ou à une neutralisation
dans les lysosomes où il est stocké jusqu'à ce auto-immune du « facteur intrinsèque » (nécessaire à
qu'il repasse dans la lumière intestinale lors de la réabsorption de la vitamine B12), ou bien à une
la desquamation cellulaire (B). Ainsi, pendant diminution de l'absorption d'acide folique en cas de
un certain temps, une réabsorption du fer est malabsorption (cf. aussi p. 226). En raison de
encore possible. l'importance de son stock, une diminution de la
réabsorption de la cobalamine ne provoque de signes
Si le tractus gastro-intestinal se trouve saturé à de carence qu'après plusieurs années, alors qu'un
la suite d'un apport en fer (injection de Fe), la apport insuffisant en acide folique provoque une
anémie au bout de 4 à 5 mois seulement (C). Les
capacité de la transferrine (≈ 0,2 mmol au
antagonistes de l'acide folique (comme le
maximum) peut être dépassée, le fer libre méthotrexate, sont souvent utilisés comme
provoquant alors une intoxication par le fer cytostatiques (inhibiteurs de la multiplication cellulaire)
(saignements en raison d'une mauvaise coagu- lors des traitements anticancéreux, ce qui conduit
lation sanguine, insuffisance circulatoire, etc.). également à une diminution du nombre d'érythrocytes
et d'autres cellules à division rapide.
La ferritine (intestin, rate, foie, moelle osseuse.](https://image.slidesharecdn.com/atlasdepoche-120930052817-phpapp01/85/Atlas-de-poche-66-320.jpg)
![80 Respiration Mécanique ventilatoire
Le moteur des échanges gazeux entre les Pour que les mouvements du diaphragme et de
alvéoles et l'air ambiant, donc le moteur de la la cage thoracique puissent être utilisés pour la
ventilation, est constitué par les différences de ventilation, il faut que les poumons puissent
pression qui existent entre ces deux milieux. suivre ces mouvements, mais sans être fixés
Lors de 'inspiration, la pression dans les entièrement à la cage thoracique et au
alvéoles (pression intrapulmonaire : Ppulm ; B) diaphragme. Ceci est réalisé grâce à l'existence
doit être inférieure à la pression d'un film très mince de liquide se trouvant entre
(atmosphérique) de l'air ambiant ; les deux feuillets de la plèvre qui recouvrent les
lors de l’expiration, c'est l'inverse qui doit se poumons (plèvre pulmonaire) d'une part, et les
produire. Si l'on suppose que la pression organes avoisinants (plèvre pariétale) d'autre
atmosphérique est égale à zéro. il s'ensuit que part. Dans sa position naturelle, le poumon a
pendant l'inspiration, la pression pulmonaire est tendance à s'affaisser sur lui-même du fait de
négative et que, pendant l'expiration, elle est sa propre élasticité. Mais comme le liquide
positive (B). Pour atteindre ces pressions, le contenu dans la cavité pleurale est
volume pulmonaire doit augmenter lors de incompressible, le poumon reste solidaire de la
l'inspiration et diminuer lors de l'expiration. Ceci face interne de la cage thoracique, ce qui
est assuré, d'une part, directement grâce aux conduit à une attraction, donc une pression
mouvements du diaphragme, et, d'autre part, négative par rapport à la pression environnante
indirectement grâce aux autres muscles (pression intrapleurale, également appelée
respiratoires qui agissent sur la cage thoracique pression intrathoracique [Ppl] ; B). Durant
(thorax) (A). l'inspiration, lorsque la cage thoracique
Les mécanismes intervenant au cours de augmente de volume l'attraction augmente;
l'inspiration sont : a) la contraction par contre au moment de l'expiration elle
(aplatissement) du diaphragme : b) le soulè- devient plus faible (B). Ce n'est qu'en cas
vement (augmentation) de la cage thoracique d'expiration forcée faisant intervenir les muscles
par contraction des muscles scalènes et des expiratoires (cf. ci-dessus) que Ppl, peut devenir
muscles intercostaux externes et c) le positive.
soulèvement de la cage thoracique par d'autres
muscles accessoires. Les mécanismes Epuration de l'air inspiréé
intervenant au cours de l'expiration sont : a) Un grand nombre de particules étrangères ou
les mouvements des muscles de la paroi impuretés présentes dans l'air inspiré sont '
abdominale qui poussent le diaphragme vers le captées par le mucus tapissant les fosses
haut ; b) l'abaissement (diminution) de la cage nasales et la cavité pharyngienne aussi bien
thoracique, mouvement passif dû à la pesanteur que la trachée et l'arbre bronchique.
et à l'élasticité (cf. p. 88) et c) la contraction des Dans les ramifications bronchiques (plus de 20
muscles intercostaux internes. ramifications successives) la surface de section totale
des « ramifications filles » est supérieure à celle de la
Les muscles intercostaux externes, tout comme bronche correspondante. L'écoulement de l'air, produit
les muscles intercostaux internes, s'insèrent sur par les variations de Ppulm diminue donc déjà au niveau
deux côtes successives. Leur action des ramifications terminales des bronches, si bien que
antagoniste s'explique essentiellement par la les impuretés de l'air sont arrêtées à ce niveau (l'O2 et
différence de longueur du levier sur la côte le CO2 parcourent les quelques mm restant, de
supérieure ou inférieure (A) : la distance entre le ou vers l'alvéole, par diffusion).
point d'insertion des muscles intercostaux Dans l'arbre bronchique, les impuretés sont retenues
externes sur la côte supérieure (B) et l'axe de par les mucosités et phagocytées sur place, ou bien
rotation de cette côte (A) est inférieure à la ramenées vers la trachée grâce aux cils de l'épithélium
distance entre le point d'insertion de ces trachéo-bronchique. Les cils battent environ 12 à 20
muscles sur la côte inférieure (C') et son axe de fois/s et entraînent le déplacement du film muqueux à
une vitesse de l'ordre de 1 cm/min. Le mucus est
rotation (A'). Cette dernière longueur de levier produit à raison de 10 à 100 ml/jour; sa production
C'-A' est donc supérieure à la longueur de levier dépend de l'irritation locale, par ex. la fumée du tabac,
A-B, de sorte que la contraction de ces muscles et de la stimulation vagale. Le mucus est
entraîne un soulèvement des côtes. Les habituellement avalé et les sécrétions réabsorbées au
muscles intercostaux internes ont une action niveau du tractus intestinal.
antagoniste, ce qui conduit à un abaissement
de la cage thoracique lors de leur contraction.](https://image.slidesharecdn.com/atlasdepoche-120930052817-phpapp01/85/Atlas-de-poche-84-320.jpg)
![84 Respiration
Mesure des volumes pulmonaires mesurer la compliance (cf. p. 88) et la
(spiromètre) consommation d'oxygène, lors des tests
dynamiques de la respiration (cf. p. 90). etc.
Après une expiration normale, le thorax se
trouve dans une position d'équilibre, dite aussi Il faut souligner que les volumes et capacités
position de relaxation. Au cours d'une indiqués plus haut varient considérablement
inspiration normale (au repos). 0,5 1 d'air d'un sujet à l'autre en fonction de l'âge, de la
environ (volume courant) pénètre dans les taille, de la constitution, du sexe et de la
poumons. A ce volume courant peuvent condition physique. Ainsi, la capacité vitale peut
s'ajouter 2,5 1 d'air environ lors d'une inspiration aussi bien atteindre 2,5 ou 7 l sans que cela soit
forcée (volume de réserve inspiratoire). pathologique.
Inversement, à partir de la position d'équilibre. Pour pouvoir utiliser une partie au moins de ces
1,5 l d'air au maximum peut encore être expiré facteurs, on fait appel à des formula empiriques
(volume de réserve expiratoire). Ces deux de normalisation. Les valeurs normales de
volumes de réserve sont sollicités lorsque, lors capacité vitale (CV) des Européens sont par
d'un exercice physique par exemple (cf. p. 48 et exemple :
suiv.), le volume courant de repos ne suffit plus chez l'homme :
pour assurer les échanges gazeux nécessaires. CV = 5,2h - 0.022a - 3.6 (±0.58)
Le volume résiduel est le volume de gaz qui chez la femme :
reste dans les poumons à la fin d'une expiration CV = 5,2h - 0.018a - 4.36 (±0,42),
forcée. Les sommes de ces différents volumes
pulmonaires correspondent aux capacités. La h désignant la taille en m, a l'âge en années et
capacité vitale est définie comme étant le la valeur entre parenthèses représentant l'écart
volume d'air mobilisé lors d'une expiration type. Même ainsi, on peut encore enregistrer
forcée qui suit une inspiration forcée, donc des écarts relativement importants par rapport à
comme étant la somme des volumes suivants : la norme. Les mesures des volumes
volume courant + volume de réserve inspiratoire pulmonaires sont d'autant plus probantes que le
+ volume de réserve expiratoire (environ 4.5 à nombre de mesures effectuées sur la même
5,7 l pour un jeune homme mesurant 1,80 m). personne est plus élevé avec, par conséquent,
La capacité pulmonaire totale (≈ 6 I) comprend un enregistrement des variations (par exemple
en plus le volume résiduel, alors que la capacité lors de la surveillance de l'évolution d'une
résiduelle fonctionnelle est la somme du volume maladie pulmonaire).
de réserve expiratoire et du volume résiduel (A
Conversion des volumes gazeux. Le volume
et cf. p. 86).
V [I] d'une quantité de gaz n [mol] dépend de la
A l'exception du volume résiduel et des température absolue T [K] et de la pression
capacités qui le contiennent, toutes les totale P [kPa], c'est-à-dire de la pression
grandeurs indiquées ci-dessus peuvent être barométrique PB diminuée de la pression de
mesurées à l'aide d'un spiromètre (A). vapeur d'eau PH,O :
Cet appareil est constitué d'une enceinte étan- V = n • R • T/P,
che remplie d'eau, dans laquelle est renversée ou R = la constante des gaz parfaits =
une cloche. La poche d'air ainsi délimitée est 8.31 J • K-1 • mol-1.
munie d'un conduit par lequel sort l'air et qui est On fait une distinction entre les conditions
relié aux voies respiratoires du sujet. L'équilibre suivantes :
de la cloche est assuré par un contre-poids. La STPD : Standard Température Pressure Dry
position de la cloche, qui est étalonnée en ATPS : AmbientTemp.Press.H2O-Saturated
unités de volume (litres), renseigne sur le BTPS : Body Temp. Press. Sat.
contenu gazeux du spiromètre. Lorsque le sujet
respire dans le spiromètre (expiration), la cloche ce qui donne :
se soulève et, lorsqu'il est en inspiration, elle VSTPD = n • R • 273/101
descend (A).
VATPS = n • R • Ta,b/(Pe - Phw)
Si l'appareil est doté d'un cylindre enregistreur VBTPS = n • R • 310/(PB - 6.25)
avec stylet inscripteur, il s'agit d'un spirographe. VSTPD/VBTPS par exemple est alors égal à
On peut ainsi mesurer le débit ventilatoire VT,
donc le volume inspiré ou expiré par minute (cf. 273 . PB - 6,25
p. 90). On utilise également le spirographe pour 310 101](https://image.slidesharecdn.com/atlasdepoche-120930052817-phpapp01/85/Atlas-de-poche-88-320.jpg)
![96 Respiration
Transport du CO2 dans le sang
de l'AC ne joue quantitativement aucun rôle. Il en est
Le gaz carbonique et l'eau constituent les principaux de même de la liaison carbaminée du CO2 aux
produits terminaux du métabolisme énergétique (cf. p. protéines plasmatiques).
109). Le CO2 produit dans les cellules de l'organisme
est physiquement dissous et diffuse dans les Lors de la combinaison du CO 2, les ions H+ sont
capillaires sanguins. Dans le sang, le CO2 reste pour libérés dans l'érythrocyte :
une faible part dissous et, pour une part plus Formation de bicarbonate :
importante, il est sous forme combinée (A, flèches CO2 + H2O ó HCO3- + H+.
bleues et cf. différence artérioveineuse en CO2 dans le
Liaison carbaminée :
tableau ci-dessous). Ainsi chargé en CO2, le sang
véhiculé dans les vaisseaux parvient jusqu'aux Hb - NH2 + CO2 ó Hb-NH-COO- + H+
capillaires pulmonaires par l'intermédiaire du cœur Les ions H+ ainsi libérés sont tamponnés (A, pouvoir
droit. Là, le CO2 est à nouveau dissocié (A. flèches tampon). L'hémoglobine constitue le principal tampon
rouges) et il diffuse dans les alvéoles avant d'être dans l'érythrocyte, l'hémoglobine réduite (B, Hb)
rejeté dans l'air libre (A, et cf. p. 78 et tableau ci- pouvant capter davantage d'ions H+ que l'hémoglobine
dessous). oxygénée (B, oxy-Hb). Ceci permet d'expliquer le
phénomène suivant : la libération d'O2, autrement dit la
Le CO2 diffuse hors des cellules (A, tissu) si bien que transformation de l'oxy-Hb en Hb, dans les capillaires
la PCO2 du sang artériel est de 5.33 kPa environ ou 40 des tissus périphériques augmente la capacité de
mmHg et celle du sang veineux est de 6,27 kPa liaison du CO2 (effet Haldane). car une augmentation
environ ou 47 mmHg. De ce fait, le CO2 dissous dans +
du pouvoir tampon des ions H par l'Hb augmente les
le plasma augmente aussi. La majeure partie du CO2 possibilités de combinaisons du CO2, aussi bien sous
parvient aux érythrocytes où il augmente ainsi la la forme de HCO3- que sous la forme de composé
concentration de CO2 dissous et où il est en outre carbaminé.
combiné. Il se forme du HCOg ainsi qu'un composé
carbaminé avec l'hémoglobine Hb. Les trois quarts Dans les capillaires pulmonaires, toutes ces réactions
environ du HCO3- quittent à nouveau les érythrocytes : se produisent à l'inverse (A et B, flèches rouges) : le
ils sont échangés contre des ions Cl- [échange HCO3- diffuse à nouveau dans les érythrocytes, capte
anionique (courbe d'Hamburger-Shift), A]. les ions H+ et est transformé en CO2. L'oxygénation de
l'Hb en oxy-Hb renforce ce processus par
Lors de la formation de HCOg à partir du COz dans les +
augmentation de la libération des ions H (effet
érythrocytes, l'anhydrase carbonique (AC ; A) joue un
rôle déterminant (cf. p. 145) : en effet, cette enzyme Haldane. B). Le CO2 issu du composé carbaminé est
permet une accélération de la réaction qui est également à nouveau dissous. Il diffuse enfin dans les
relativement lente normalement, si bien que le court alvéoles, car, à ce niveau, la Pco 2 est plus basse que
laps de temps ( < 1 s), durant lequel les érythrocytes et dans le sang veineux.
les capillaires sont en contact, est suffisant pour que le
CO2 se transforme en HCO3-. (Le HCOg formé
directement dans le plasma sans aucune intervention](https://image.slidesharecdn.com/atlasdepoche-120930052817-phpapp01/85/Atlas-de-poche-100-320.jpg)
![110 Équilibre acido-basique
pH, tampon, équilibre acido-basique
Les protéines plasmatiques ainsi que les phos-
Le pH qui représente la concentration en
phates inorganiques (H2PO4- H+ + HPO42-)
ions H+ [H+] est donné par la formule : et organiques (dans l'érythrocyte) exercent en
pH = - log [H+] (cf. p. 333 et suiv.). outre un effet tampon. L'intérieur des cellules
des divers tissus peut aussi servir de tampon.
Le pH du sang s'élève en moyenne à 7,4
environ (valeurs normales, cf. p. 114), ce qui L'ensemble des tampons du sang (cf. p. 112)
correspond à une [H+] de 40 nmol/l environ. En à pH 7.4 constant est d'environ 75 mmol • I-1
dehors de certaines sécrétions locales (suc (ΔpH)-1 et la somme des bases tampons est
pancréatique, urine) le pH est presque identique normalement de l'ordre de 48 meq/l (cf. p. 114
pour tous les liquides de l'organisme avec une et 118). Cette dernière est la somme de toutes
valeur de l'ordre de 7.2-7.4 pour les liquides les formes de tampon qui peuvent capter des
intracellulaires. La constance du pH est ions H+ (HCO3-,Hb-, HbO2-, phosphoglycérate,
particulièrement importante pour l'organisme : la protéine e- plasmatique. HPO42-, etc).
forme moléculaire des protéines par exemple Pour évaluer le pouvoir tampon du sang dans
dépend du pH ; il en est de même de la l'organisme, la concentration en base tampon
structure normale des éléments constitutifs de est généralement préférée à la capacité tampon
la cellule. L’activité optimale enzymatique est car cette dernière valeur dépend de la PCO2.
assurée pour un pH normal. Par conséquent,
Le pH du plasma, et donc du sang, peut être
lorsque le pH s'écarte beaucoup de cette valeur,
influencé par toute une série de facteurs (A) :
des troubles du métabolisme, de la perméabilité
membranaire, de la répartition électrolytique, a) des ions H+ peuvent être directement
etc. apparaissent. Des pH inférieurs à 7,0 et apportés sous forme d'acide chlorhydrique,
supérieurs à 7,8 sont incompatibles avec la vie. d'acide lactique, d'acide acétyl-acétique, d'acide
β-hydroxybutyrique, d'acide cétonique, d'acide
Plusieurs tampons pH assurent la constance
du pH dans l'organisme (cf. p. 334 et suiv.). Le sulfurique, etc., au cours du métabolisme ou
éliminés du sang, par voie rénale (cf. p. 144 et
principal tampon du sang et du liquide interstitiel
est le système : CO2 + H2O HCO3- + H+ suiv.) ou lors de vomissements (cf. p. 114),
Pour un pH donné dans une solution, le rapport b) des ions OH- peuvent être apportés avec les
des concentrations de chaque « base » tampon sels (basiques) des acides faibles lors d'une
(par exemple [HCO3-]) est fixé par « l'acide » alimentation essentiellement végétale. Les ions
tampon correspondant (donc, dans l'exemple OH- libérés au cours de la dégradation se lient
cité, [CO2]) (équation d'Henderson- principalement au CO2 ; il se forme du HCO3-,
HasselbaIch ; A et cf. P. 113). ce qui provoque une augmentation du pH.
Le système tampon CO2/HCO3- revêt une c) la concentration en gaz carbonique [CO2]
grande importance dans le sang ; non peut changer à la suite de modifications de la
seulement il peut tamponner les ions H+ production de CO2 lors du métabolisme ou à la
(comme les autres tampons), mais aussi les suite du rejet du CO2 dans les poumons. Si la
concentrations des deux constituants du concentration en CO2 diminue, le pH augmente
tampon peuvent varier sensiblement, indé- et inversement (A).
pendamment l'une de l'autre : la [CO2] est d) la concentration en bicarbonates [HCO3-]
régulée par la respiration et la [HCO3-] est peut être modifiée, à la suite de l'élimination du
régulée par les reins (A). HCO3- par les reins ou de la perte de HCO3-
Parmi les autres tampons, le plus important est lors de diarrhées (cf. p. 114 et 146),
l'hémoglobine contenue dans les érythrocytes : l'augmentation (ou la diminution) de la [HCO3-]
HbH Hb- + H+ ; provoquant une augmentation (ou une
diminution) du pH.
HbO2H HbO2 + H+.
L'Hb oxygénée et relativement acide capte moins
d'ions H+ et en libère davantage que l'Hb réduite qui
est moins acide (cf. aussi p. 96 et 98). De ce fait, si de
l'Hb est oxygénée en HbO2 dans les poumons, des
ions H+ sont libérés : ils compensent partiellement
l'augmentation du pH qui est due au rejet du CO 2 à ce
niveau.](https://image.slidesharecdn.com/atlasdepoche-120930052817-phpapp01/85/Atlas-de-poche-114-320.jpg)
![112 Équilibre acido-basique
Le tampon bicarbonate-gaz carbonique dans les alvéoles une Pco2 constante (cf. p. 92
et suiv.), qui modifie la Pco2 plasmatique à
Dans une solution de bicarbonate, le rapport chaque passage pulmonaire ;
entre la concentration en bicarbonate [HCO3-] et autrement dit, la Pco2 dans le sang artériel est
la concentration en gaz carbonique dissous également constante. Un apport d'ions H+
[CO2H] détermine le pH (A. en haut, équation provoque une augmentation de la Pco2 dans le
d'Henderson-HasselbaIch). sang (H+ + HCO3- à CO2 + H2O) (B, à gauche).
Si par exemple la [HCO3-] = 24 mmol/1 et la Le CO2 supplémentaire est rejeté très
[CO2] = 1,2 mmol/l, le rapport [HCO3-] / [CO2] rapidement par le poumon, de sorte que la Pco2
est alors égal à 24/1,2 = 20 ; si on introduit artérielle ne varie pratiquement pas malgré
log 20 (= 1,3) et pK (= 6,1) dans l'équation, on l'addition d'ions H+ (système ouvert).
obtient un pH de 7,4 (A, en haut). Si la [HCO3-] Le calcul ci-après montre qu'une telle
tombe à 10 mmol/l et la [CO2] à 0,5 mmol/l, le augmentation du rejet de CO2 n'est
rapport devient 10/0,5 = 20 : bien que les quantitativement pas très importante : par
concentrations baissent, le rapport des deux exemple, si la production d'ions H+ est
valeurs ne varie pas et le pH reste donc multipliée par 2 dans l'organisme en l'espace
constant. d'une journée (normalement 60 mmol/j), il se
Si des ions H+ sont introduits dans une solution forme (sans tenir compte du tampon non
tamponnée, ils se lient à la base tampon bicarbonate) 60 mmol de CO2 supplémentaires
(ici HCO3-), ce qui donne l'acide tampon par jour, ce qui représente environ 0,3 %
HCO3- + H+ —> CO2 + H2O. Dans un système seulement du rejet normal deCO2 par jour. D'un
fermé, la quantité d'acide tampon qui se forme autre côté, le HCO3- utilisé pour tamponner ces
est exactement la même que la quantité de 60 mmol/j d'ions acides est quantitativement
base tampon qui est consommée (l'inverse est beaucoup plus important. Il représente environ
également valable lorsqu'on ajoute des ions 1/6 de la quantité totale de HCO3- contenue
OH-). dans le LEC. L'excrétion rénale d'ions H+ est
donc nécessaire. Pour chaque ion H+ excrété,
Les valeurs initiales qui ont été indiquées, à un ion HCO3- est formé (cf. p. 147, C1)
savoir 24/1,2 mmol/l pour [HCO3-] / [CO2] (A, en
haut), varient lorsqu'on ajoute par exemple Dans son principe, l'apport d'OH- périphérique
2 mmol/l d'ions H+ et deviennent 22/3,2, le pH agit de façon analogue. Etant donné que
tombant à 6,93 (A. à gauche). Ceci signifie que OH- + CO2 à HCO3-, la [HCO3-] augmente et la
la capacité tampon (voir ci-dessus) du Pco2 sanguine est plus faible que la normale.
HCO3-/CO2 est plus faible dans un système Par suite de la diminution du rejet de CO2, la
ferme, puisque la valeur du pH : 6,93 est assez Pco2 artérielle n'est en rien modifiée (B, à
éloignée de la valeur souhaitée de 7,4 (cf. p. droite), si bien que le pH artériel augmente
334). légèrement du seul fait de l'augmentation de la
concentration du HCO3-.
Mais si le CO2 qui se forme en plus est enlevé
Parallèlement au système HCO3- / CO2, (environ
de la solution (système ouvert; A, à droite),
53 % du pouvoir tampon du sang), des ions OH- ou H+
seule la concentration en bicarbonate varie dans le sang sont également tamponnés par les
lorsqu'on ajoute des ions H+ (2 mmol/l). Le tampons non bicarbonates (principalement
rapport [HCO3-] / [CO2] ( = 22/1,2) et donc aussi intracellulaires) (TNB : ≈ 47 % du pouvoir tampon).
le pH (7,36) diminuent beaucoup moins dans ce Les TNB sont les tampons dans un système fermé ;
cas que lors du tamponnage dans le système autrement dit, leur concentration totale ([base TNB] +
fermé. [acide TNB]) reste constante, même après un
tamponnage. Dans le sang, l'hémoglobine est le TNB
Le pouvoir tampon du bicarbonate dans le plus important (cf. p. 118). La capacité tampon du
l'organisme provoque la formation d'un sang peut être réduite, de façon sensible, dans
système ouvert, car la pression partielle du l'anémie. Les TNB sont efficaces non seulement avec
CO2 (Pco2 et donc la concentration en CO2 le tampon HCO3-/CO2 dans les troubles du
([CO2] = α • Pco2 ; cf. p. 98) du plasma sont métabolisme acido-basique (cf. p. 114), mais ils
réglées par la respiration (B). deviennent le seul tampon efficace dans les troubles
acido-basiques respiratoires dont les premiers signes
Normalement, la quantité de CO2 rejetée est sont des modifications prolongées du CO2 plasmatique
égale à la quantité de CO2 produite lors du (cf. p. 116).
métabolisme (15000 à 20000 mmol/j). Il règne](https://image.slidesharecdn.com/atlasdepoche-120930052817-phpapp01/85/Atlas-de-poche-116-320.jpg)
![114 Équilibre acido-basique
Équilibre acido-basique Maintien normaux du plasma artériel (mesuré dans le
et régulation sang capillaire artérialisé) sont les suivants
(pour les valeurs- dans les érythrocytes. voir
L'équilibre acido-basique est assuré par les tableau P. 96) :
mécanismes homéostatiques maintenant le pH
constant. Les paramètres acido-basiques
Femmes Hommes
[H+] 39.8 ± 1.4 mmol/l 40.7 ± 1.4 mol/l
pH 7.40 ± 0.015 7.39 ± 0.015
PCO2 5.07 ± 0.3 kPa (=38 ± 2 mmHg) 5.47 ± 0.3 kPa (=41 ± 2 mmHg)
[HCO3-] 24 ± 2.5 mmol/l 24 ± 2.5 mmol/l
L'équilibre acido-basique est assuré lorsque les bilans Acidose métabolique
ci-après sont équilibrés dans l'organisme :
Une acidose métabolique (non respiratoire, pH bas,
1. Apport ou production d'ions H+ -Apport ou HCO3- bas) peut être provoquée notamment par :
production de HCO3- = Élimination des ions 1) une incapacité du rein à éliminer les ions H+
H+ - Élimination du HCO3- ≈ 60 mmol/j produits; 2) une ingestion d'acide; 3) une production
acide endogène accrue comme c'est le cas dans le
(suivant l'alimentation) ;
diabète ou lors du jeûne (dégradation incomplète des
2. Production de CO2 = Élimination du CO2 ≈ graisses, acidocétose) ; 4) une production anaérobique
d'acide lactique (oxydation incomplète des hydrates de
15000 à 20000 mmol/j. carbones) ; 5) une augmentation de la production
Dans le premier bilan, la production d'ions H+(H3PO4 d'H3PO4 et d'H2SO4 lors du métabolisme cellulaire ; 6)
et H2SO4) et l'élimination correspondante des ions H+ une perte en HCO3-, comme dans les diarrhées ou
par les reins (cf. p. 144 et suiv.) jouent les principaux vomissements ou encore par le rein (acidose tubulaire
rôles. Cependant, une alimentation végétale peut rénale, ou utilisation d'inhibiteurs de l'anhydrase
entraîner un apport d'HCO3- considérable carbonique; cf. P. 142).
(métabolisme : OH-+ CO2 à HCO3-) (cf. p. 110). Pour Dans l'acidose métabolique (A), il se produit avant tout
que l'équilibre soit rétabli, le HCO3- est éliminé dans un tamponnage des ions H+ excédentaires (une perte
l'urine (c'est la raison pour laquelle l'urine d'un d'HCO3- par les reins ou l'intestin correspond aussi à
végétarien est alcaline). une augmentation des ions H +). Le HCO3- et les
La somme des bases tampon (BT) dans le sang est bases tampon non bicarbonates (TNB-) participent
également importante pour apprécier l'équilibre acido- chacun dans un rapport 2/3 pour 1/3 à ce tamponnage,
basique (cf. p. 110). Les écarts de la BT par rapport à le CO3- formé à partir du HCO3- quittant l'organisme
la normale [qui dépend de la concentration par les poumons (système ouvert, cf. p. 112). La
d'hémoglobine (cf. p. 118)] expriment un excédent en deuxième étape consiste en une compensation de
base ou excès de base (EB) : EB = BTréelle – BTnormale l'acidose métabolique : l'abaissement du pH conduit
La diminution de la BT entraîne un EB négatif et (par l'intermédiaire des chémorécepteurs, cf. p. 118) à
l'augmentation de la BT un EB positif (cf. aussi p .118) une augmentation du débit respiratoire et celle-ci
entraîne à son tour un abaissement de la Pco,
alvéolaire et artérielle. Au cours de cette
Perturbations de l'équilibre acido-basique compensation respiratoire (A, en bas), non
Si le pH sanguin s'élève au-dessus de la limite seulement le rapport [HCO3-] / [CO2] se rapproche à
supérieure de la normale (7,45), on parle d'alcalose ; nouveau de la normale (20/1), mais le TNB-H est
si le pH tombe au-dessous de la limite inférieure de la retransformé en TNB- (en raison de l'augmentation du
normale (7,35), on parle d'acidose. De plus, suivant pH). Ce processus entraîne une consommation de
l'origine du trouble, on distingue d'une part une HCO3- ce qui, pour compenser, rend nécessaire un
acidose métabolique ou une alcalose métabolique rejet supplémentaire de CO2 par le poumon (À, en
et d'autre part une acidose respiratoire ou une bas). Si la cause de l'acidose persiste, la
alcalose respiratoire (troubles respiratoires, cf. p. 116 compensation respiratoire devient insuffisante. Une
et suiv.). augmentation de l'élimination des ions H+ par les
reins (cf. p. 144 et suiv.) devient alors nécessaire.
Les troubles métaboliques sont souvent liés à un
déséquilibre entre la production et l'excrétion des ions
H+. Les troubles de l'équilibre acido-basique peuvent Alcalose métabolique
être partiellement ou totalement compensés ou non Une alcalose métabolique (non respiratoire. pH élevé. HCO3-
compensés. élevé) est provoquée notamment par : 1) l'entrée de substances
alcalines (par exemple HCO3-) ; 2) l'augmentation du métabo-
lisme d'anions organiques comme le lactate et le citrate sous
forme de sels basiques ;](https://image.slidesharecdn.com/atlasdepoche-120930052817-phpapp01/85/Atlas-de-poche-118-320.jpg)
![116 Équilibre acido-basique
cf. p. 110) reste donc égale, contrairement à ce qui se
3) la perte d'ions H+ à la suite de vomissements passe dans l'acidose métabolique (une faible diminu-
ou par suite d'excrétion rénale accrue de H + ou tion des BT conduit donc à une diffusion partielle du
de déficience de K+ (cf. p. 148). Le HCO3- mais pas de l'hémoglobine, dans l'interstitium).
tamponnage de ce trouble évolue suivant le Malgré l'augmentation de la [HCO3-], le rapport [HCO3-
même schéma que lors de l'acidose /CO2] est plus faible et le pH diminue (pH bas,
métabolique (base tampon en excès), mais la acidose). Si l'élévation de la Pco2 persiste, un
compensation respiratoire par hypoventilation processus de compensation se déclenche (A) : après 1
+
est toutefois limitée en raison du manque ou 2 jours, les ions H sont éliminés par les reins (sous
simultané d'O2. Si l'alcalose n'est pas d'origine forme d'acide titrable de NH4+ (cf. p144 et suiv.).
rénale, elle peut être corrigée par une Chaque fois qu'un ion H+ est sécrété par la cellule
augmentation de l'élimination urinaire d'ions tubulaire, un ion HCO3- est rejeté dans le sang (le seuil
HCO3-. rénal pour l'HCO3- augmente). De ce fait, la [HCO 3-]
dans le sang augmente jusqu'à ce que le pH se soit
L'alcalose métabolique est courante en clinique. normalisé à nouveau malgré l'élévation de la PCO2
L'élévation du pH diminue le calcium libre et (compensation rénale). Une fraction du HCO3- est
peut conduire à la tétanie. Le système nerveux +
utilisée pour capter les ions H qui, pendant
devient plus irritable, ce qui peut produire des l'augmentation du pH, sont de nouveau libérés à partir
convulsions. L'ECG se modifie comme dans de la réaction TNB-H à TNB- + H+ (A, en haut).
l'hypokaliémie (cf. p. 172). L'alcalose est parti- Comme la réponse métabolique rénale à l'acidose
culièrement dangereuse pour les patients sous demande 1 à 2 jours de délai, une acidose respiratoire
digitaliques. aiguë est faiblement compensée comparativement à
une acidose respiratoire chronique. Dans ce dernier
cas, HCO3- peut augmenter de 1 mmol pour chaque
Perturbations respiratoires
élévation de 10 mmHg de Pco 2 au dessus de la
Si la quantité de CO2 rejeté est plus importante que normale.
celle qui est produite au cours du métabolisme, la Pco 2 L’hyperventilation est la cause de l'alcalose
qui règne dans le plasma diminue [hypocapnie], ce qui respiratoire (pH élevé, Pco2 basse). Elle est
conduit à une alcalose respiratoire (A). A l'inverse, si
provoquée par un séjour en haute altitude ;
la quantité de CO2 rejetée est trop faible, la Pco2
respiration par manque d'O 2 (cf. p. 108), ou liée à des
plasmatique augmente [hypercapnie], ce qui donne
lieu à une acidose respiratoire (A). Alors que, lors troubles psychiques. De ce fait, la [HCO3-] baisse
d'une acidose métabolique (cf. p. 114), le bicarbonate aussi quelque peu, car une fraction du HCO3- se
et les bases tampon non bicarbonates (TNB-) transforme en CO2 (H+ + HCO3- à CO2 + H2O) et,
+
tamponnent parallèlement la diminution du pH, lors pour cette réaction, des ions H sont fournis en
d'une acidose respiratoire (A) les deux systèmes permanence par les TNB (TNB-H àTNB- + H+). Pour
tampon ont un comportement très différent. Le tampon la même raison, la [HCO'j diminue aussi lors de la
HCO3-/CO2 ne peut être très longtemps efficace car, compensation respiratoire d'une acidose métabolique
dans les perturbations respiratoires, les modifications (cf. p. 115, A, en bas et p. 118). Pour que le pH se
de Pco2 sont la cause et non le résultat de celles-ci, normalise (compensation), il faut qu'il y ait une
comme c'est le cas dans les désordres métaboliques nouvelle diminution de la [HCO 3-]. Ceci est réalisé par
(cf. p. 114). les reins qui éliminent davantage de HCO 3- (par une
diminution de la sécrétion des ions H+ par les tubules)
Les causes de l'acidose respiratoire (pH bas,
; autrement dit, le seuil rénal pour l'HCO3- est abaissé
Pco2 élevée) sont liées à une difficulté des (compensation rénale).
poumons à éliminer le CO2 ; c'est notamment le
cas lors : 1) d'une diminution du tissu Le CO2 peut passer du sang dans le liquide
pulmonaire (tuberculose, pneumonie) ; 2) d'une céphalorachidien beaucoup plus vite que les ions
stimulation ventilatoire insuffisante (par exemple HCO3- et les ions H+. De plus, étant donné que la
concentration des protéines dans le LCR est faible et
lors de polyomyélite ou d'intoxication par les donc que les TNB disponibles sont limités, une acidose
barbyturiques) ; 3) enfin par anomalie de la ou une alcalose respiratoire aiguë déclenchera des
cage thoracique (scoliose). variations du pH relativement fortes dans le LCR. Ces
variations constituent le stimulus adéquat pour les
L'augmentation de la Pco2 provoque une élévation de chémorécepteurs centraux (cf. p. 98 et 104).
la concentration du CO2 dans le plasma
([C02] = α . Pco2), ce qui entraîne à nouveau une
augmentation de la formation de HCO3- et des ions H+
(A). Les ions H+ sont captés par les bases TNB
(TNB- + H+ à TNB-H), alors que la [HCO3-] dans le
plasma augmente. La somme des bases tampon ( BT ;](https://image.slidesharecdn.com/atlasdepoche-120930052817-phpapp01/85/Atlas-de-poche-120-320.jpg)
![118 Équilibre acido-basique
Détermination des rapports acide-base dans valeurs vraies de HCO2- .
le sang A la partie supérieure du nomogramme, la courbe a
deux échelles, l'une pour l'hémoglobine (Hb) l'autre
Dans l'équation d'Henderson-HasselbaIch : pour les bases tampons totales (BT). Les BT sont
pH = pKa + log [HCO3-]/[CO2], composées en majorité de HCO3-, de Hb et d'autres
protéines (cf. p. 110). Une ligne tracée à partir d'une
[CO2] peut être remplacé par α.Pco2 (cf. p. 98). valeur donnée de Hb jusqu'au point Pco2 a 40 mmHg ;
L'équation comprend alors deux grandeurs pH 7.40 représente la courbe de titration normale en
constantes (pour le plasma, à 37°C) : le pKa de HCO3- en présence de tampon non bicarbonate.
[CO2/HCO3-] = 6.1 dans les conditions Quand Hb est diminuée, comme dans l'anémie, la
physiologiques et le coefficient de solubilité pente de cette droite diminue d'une certaine valeur.
α = 0,225 mmol•I-1 • kPa-1 = 0.03 mmol•I-1 • Détermination des droites pour Pco2/pH dans le
mmHg-1. sang. Pour utiliser le nomogramme, on se sert de la
Par ailleurs, l'équation comporte trois variables méthode d'équilibration (méthode d'Astrup). On
(pH, [HCO3-] et Pco2). Si l'une d'entre elles est prélève un échantillon sanguin sur lequel on mesure le
maintenue constante ([HCO3-] par exemple), il pH a trois reprises: dans un premier temps sur
en résulte que les deux autres (PCO2 et pH) l'échantillon inchangé, puis après équilibration à deux
Pco, différentes; les valeurs correspondantes de pH
doivent dépendre l'une de l'autre : si on sont alors couplées. Exemple: Fig. C, point A : pH pour
représente graphiquement le logarithme de la une Pco, élevée de 10kPa (= 75 mmHg) et point B:
Pco2 en fonction du pH (A-C), on obtient une pH pour une Pco, basse de 2.67 kPa ( = 20 mmHg). A
droite. partir de la droite A-B, on peut lire, sur l'axe des y, la
Pco2 initiale correspondant au pH de la première
Dans une solution contenant 24 mmol/l d'HCO3- (mais
mesure (C, ligne verte pour des valeurs normales de
sans aucun tampon), la [HCO3-] reste constante alors
l'équilibre acido-basique).
que la Pco2 varie en fonction du pH (le long de la ligne
bleue sur les nomo-grammes A et B). Pour des valeurs Sur la Fig. C. les majuscules vertes correspondent aux
plus basses (par exemple 13 mmol/l) ou plus élevées valeurs normales tandis que les minuscules rouges
(par exemple 40 mmol/l), on peut aussi tracer des représentent les valeurs respectives obtenues lors d'un
droites de la [HCO,] (A et B, lignes oranges) qui sont trouble de l'équilibre acido-basique : a et b sont les
parallèles Tes unes aux autres. valeurs à l'équilibre. La valeur de 7,2 pour le pH initial
indique une acidose. La concentration standard en
Le sang contient non seulement des ions HCO3- mais HCO3- de 13 mmol/l correspondant à cette courbe (d)
également des tampons non bicarbonates (TNB). est faible. La Pco, du sang de départ est également
Ceux-ci influencent la courbe de titration ; donc si la basse et correspond à une compensation respiratoire
Pco, sanguine est modifiée, les variations de pH seront partielle consécutive | à une hyperventilation. La droite
comparativement moindres que si HCO3- était le seul de pente 45° reliant les points c à e montre que la
tampon. La pente des droites par rapport à l'axe des concentration effective en HCOg du sang de départ est
abscisses est alors supérieure à 45° (B, lignes verte et plus faible (11 mmol/l) que la concentration standard
rouge). Cela signifie qu'un changement de la Pco2, par en HCO;. La différence reflète la diminution de Pco2 .
exemple de 40 (B, d) à 20 mmHg (B, c) s'accompagne La valeur de base tampon totale (BT) peut être lue sur
d'une variation dans le même sens de la concentration la courbe supérieure en g (valeur normale des BT = 48
en HCO3- (B, le point c se situe alors sur la ligne meq/l pour Hb = 150 g/l). L'excès de base (BE) est
pointillée, dont la [HCO3-] est plus basse que celle de indiqué sur le nomogramme à l'endroit où la courbe de
la courbe jaune). La « concentration de bicarbonate titration croise la courbe inférieure (F ou f). Le BE est
standard»,qui est toujours mesurée après équilibration la quantité d'acide ou de base nécessaire pour titrer 1
à une Pco2 de 5.33 kPa ou 40 mmHg, ne change litre de sang à une Pco2 normale de 5,33 kPa (= 40
cependant pas. Cela permet l'évaluation de [HCO3-] mmHg). Le BE est (+) dans l'alcalose métabolique et
indépendamment des changements de Pco 2 (-) dans l'acidose métabolique. Dans les troubles
respiratoires de l'équilibre acido-basique, les BT sont
Le nomogramme de Siggaard-Andersen virtuellement inchangées (cf. p. 116) et BE ≈ 0.
(C) est utilisé pour l'évaluation clinique de l'équilibre
La droite Pco2/pH d'un échantillon sanguin peut aussi
acide-base. Le log de la Pco2, sur l'axe des y, est
être représentée lorsque premièrement la PCO2 (sans
couplé à la valeur du pH, sur l'axe des x. Une ligne
équilibration), deuxièmement le pH et troisièmement la
horizontale servant d'échelle de référence est tracée à
concentration d'hémoglobine dans le sang sont
partir de la valeur de Pco2 normale (5,33 kPa = 40
connus. Connaissant la Pco2 et le pH, on peut marquer
mmHg) sur l'axe des y. Sur cette ligne se trouvent les
le point de la droite recherchée (cf. par exemple C,
valeurs de HCO3- qui représentent la famille des point c). La droite doit dès lors passer par ce point, de
courbes de titration de HCO3- de la figure A. A chaque façon à ce que BT (point g) – BTnormale (dépend du
point de cette ligne, différentes droites de pente 45° pH) soit égale à BE (point f).
peuvent être retracées, sur lesquelles se trouvent les](https://image.slidesharecdn.com/atlasdepoche-120930052817-phpapp01/85/Atlas-de-poche-122-320.jpg)
![166 Cœur et Circulation
2+
quement par les substances bloquant les canaux Ca ,
nœud sinusal en diminuent la fréquence (effet également connues sous le nom d'inhibiteurs
chronotrope négatif) et ceux du sympathique 2+
calciques. La [Ca ]i, très importante pour le couplage
l'augmentent via les adrénorécepteurs β1, (effet excitation-contraction (cf. p. 36 et suiv.), ne dépend
chronotrope positif). Une modification de la pas seulement de l'entrée mais aussi de la sortie de
2+
vitesse de dépolarisation spontanée des Ca du sarcoplasme. Celles-ci s'effectuent grâce à un
2+
cellules du nœud sinusal (D2 et E1) et un mécanisme actif primaire de « pompes » à Ca
2+
(Ca ATPase) dans le système longitudinal et dans
changement brusque du PDM (D3) sont res- 2+
l'espace extracellulaire. Le Ca entre le dernier par
ponsables de ces effets. échange avec le Na
+ 2+ +
(antiport Ca /Na ). Ce
2+
mécanisme de transport actif secondaire du Ca est
La diminution de la pente de dépolarisation + +
directement sous la dépendance d'une Na -K -ATPase
spontanée et le PDM négatif sous l'influence du (cf. p. 11).
nerf vague proviennent d'une augmentation de Perturbations de l'excitation cardiaque (voir aussi p.
la perméabilité au K+ (gK, cf. p. 26) ; l'augmen- 174)
tation de la pente sous l'influence du système
sympathique (et de l'adrénaline) provient d'une Les variations des concentrations électrolytiques du
sérum modifient l'excitation cardiaque Une faible
augmentation de gCa et d'une diminution de gK. hyperkaliémie élève le PDM du nœud sinusal et
Seul le système sympathique exerce une action exerce alors un effet chronotrope positif. Une forte
chronotrope sur le reste du système d'excitation hyperkaliémie conduit à un PDM positif par inactivation
cardiaque, ce qui lui confère un rôle décisif dans du canal sodique (cf. p. 26) et provoque par là même
la prise en charge de la genèse de l'excitation une diminution de la vitesse de montée et de
par d'autres parties du système excitateur l'amplitude du PA du nœud auriculo-ventriculaire (effet
cardiaque. dromotrope négatif). A part cela, le gK s'élève,
entraînant une pente de dépolarisation lente plus faible
Le nerf vague (tronc gauche) retarde la (effet chronotrope négatif; D2 et E1) et la repolarisation
du myocarde s'accélère avec un abaissement de la
conduction vers le nœud AV, alors que le 2+
concentration Ca intracellulaire. Les conséquences
sympathique l'accélère (cf. p. 164) : l'effet en sont un effet inotrope négatif et un bouclage (re-
dromotrope est respectivement négatif et entry) du phénomène au niveau myocardique. Dans
positif. Le PDM (D3) et la vitesse d'ascension les cas extrêmes, il s'ensuit un arrêt du pacemaker
du potentiel d'action sont modifiés par ces (paralysie cardiaque ou cardioplégie). Une
afférences (E2). Il faut aussi souligner le rôle hypokaliémie (massive) a un effet chronotrope et
inotrope positif (E). Une hypercalcémie augmente
important joué par les modifications des
probablement gK et raccourcit par là le potentiel
perméabilités gK et gCa. d'action.
Alors que le système de conduction est sous la La température influence aussi l'excitabilité cardiaque.
dépendance du sympathique et du nerf vague La fièvre par exemple a des effets chronotrope positif
pour le chrono- et le dromotropisme, la (E1) et inotrope négatif, le refroidissement
(hypothermie) des effets chronotrope et dromotrope
contractilité peut être augmentée par une négatifs (E1) et inotrope positif.
stimulation directe sympathique du myocarde
actif : c'est l'effet inotrope positif. L'effet Les perturbations du rythme cardiaque peuvent
concerner les modifications dans la genèse des
stimulant est dû à une augmentation de la impulsions comme la propagation de celles -ci (cf. p.
concentration intracellulaire en Ca2+ (= [Ca2+]i). 174). La cause la plus importante du flutter et de la
fibrillation ventriculaire (cf. p. 174) est certainement
Le potentiel d'action myocardique (cf. p. 42 et une boucle (re-entry, ré-entrée) de l'excitation (F) : une
45) provoque la libération de Ca2+ du système des raisons de ce phénomène pourrait être par
longitudinal intracellulaire, mais en plus faible quantité exemple un blocage de l'excitation normotrope au
que dans le muscle squelettique (cf. p. 34 et suiv.). niveau du passage entre le réseau de Purkinje et le
2+
Pendant le PA, le Ca venant de l'espace myocarde ventriculaire (F2). Cette excitation va alors
extracellulaire, entre dans les fibres myocardiques au se propager « à rebours » jusqu'à atteindre la zone
moyen des canaux calciques ; le PA est probablement normale d'excitation (FI et F3), laquelle va permettre le
le facteur déclenchant de la libération des stocks de réacheminement d'une nouvelle impulsion (F4). Dans
2+ 2+
Ca intracellulaire. L'entrée de Ca de l'extérieur de la le myocarde sain, ce phénomène est suivi d'un
2+
cellule augmente quand la [Ca ] extracellulaire est raccourcissement du PA (par exemple lors d'une
élevée, elle peut être facilitée par les récepteurs β1 hyperkaliémie) et aussi de la période réfractaire ce qui
adrénergiques (effet inotrope positif direct permet cette « ré-entrée » (bouclage).
sympathique) et peut être inhibée pharmacologi-](https://image.slidesharecdn.com/atlasdepoche-120930052817-phpapp01/85/Atlas-de-poche-170-320.jpg)
![172 Cœur et Circulation
Normalement, on distingue le type droit : peut alors correspondre à : 1) une pression
ventriculaire exagérée, 2) un bloc de branche,
α = + 120° à + 90° (fréquent chez l'enfant, il 3) l'effet des digitaliques. La durée du QRS et
peut être déjà pathologique chez l'adulte) ; le l'intervalle QT permettent de différencier ces cas
type vertical : α = + 90° à + 60° (G1 ) ; le type (J).
indifférencié ou type habituel : α = + 60° à + 30°
Lors de l'infarctus (infarctus myocardique),
(G2) ; enfin le type horizontal : α = + 30° à -30° la circulation d'une portion bien précise du myocarde
(G3). En pathologie, dominent la rotation axiale est interrompue. Au centre de l'infarctus, le muscle
droite (H) (α = 120°, lors de la surcharge meurt (nécrose) ; il ne peut plus être le siège d'une
chronique du cœur droit, par exemple à la suite dépolarisation. Ainsi, durant les premières 0,04 s de
de certaines affections pulmonaires) et la l'excitation ventriculaire, naît un vecteur « particulier »
rotation axiale gauche (H) (a plus négatif que - (vecteur 0,04) qui « désigne » l'infarctus. Comme
l'infarctus siège le plus souvent sur le cœur gauche, et
30°, lors de la surcharge du cœur gauche, par
que le vecteur QRS moyen « pointe » aussi vers la
exemple lors de l'hypertension artérielle ou lors gauche, le vecteur « 0,04 » est en opposition avec le
des défaillances valvulaires aortiques). vecteur QRS moyen (K) ; ainsi par ex. lorsque l'onde R
Les six dérivations unipolaires précordiales positive est grande, il y a également une onde 0
V1 à V6 de Wilson, associées à celles précé- négative plus large et plus profonde que la normale
(K2). Entre le myocarde mort et l'environnement sain
demment décrites, permettent de rendre compte se trouve une région mal perfusée dont, par
du vecteur résultant en trois dimensions. Elles conséquent, l'excitabilité est perturbée. Sa repo-
sont enregistrées à partir du thorax le long d'une larisation modifiée conduit souvent dans ce cas à une
ligne à peu près horizontale (F). L'électrode inversion de l'onde T (négative dans beaucoup de
indifférente est constituée par la réunion des dérivations) ; on dit que l'onde T « montre » la zone
trois dérivations des extrémités (F1). Ces ischémiée de l'infarctus (K). En outre, durant le stade
dérivations précordiales permettent de aigu de l'infarctus, l'espace ST est souvent au-dessus
(sus-décalage) ou au-dessous (sous-décalage) de la
visualiser tout particulièrement les vecteurs à ligne de base (« potentiel de lésion » de la « zone
orientation dorsale ; ces vecteurs ne produisent lésée »). Le potentiel de lésion de la région
que des déflections minimes, sinon nulles, dans endommagée déforme l'ensemble QRS-T dans le sens
le plan frontal. Etant donné que le vecteur QRS d'un potentiel d'action monophasique myocardique (cf.
moyen pointe vers le bas, en arrière et à p. 31, A3). On donne à ce potentiel le nom de «
gauche, le thorax (représenté schématiquement déformation monophasique de l'ECG de l'infarctus
comme un cylindre à grand axe vertical) est récent » (K1). La première anomalie à se normaliser
est le sus ou le sous-décalage de ST (K2) ; l'onde T
partagé en deux moitiés par un plan anormale reste visible durant plusieurs mois (K2).
perpendiculaire au vecteur QRS moyen, une L'onde « Q de 0,04 s » (Q profond et large) diminue
moitié positive et une moitié négative (F4). De très progressivement (K2) ; elle reste ainsi visible des
ce fait, le vecteur QRS est le plus souvent années après l'infarctus (K3).
négatif en V1 – V3 et positif en V5-V6.
Dans certains cas particuliers, on peut ajouter ECG et électrolytes sériques
aux 12 dérivations standards déjà citées les Les modifications de concentration de K+ ou
dérivations suivantes : a) enregistrement de Ca
2+
sérique entraînent des modifications
«derrière le cœur» par une électrode déglutie, d'excitabilité du myocarde et de ce fait « perturbent »
placée dans le tube digestif, b) sur d'autres l'ECG : si [K+] > 6,5 mmol/l, l'onde T s'accroît en
parties du thorax, notamment dans le dos à amplitude et devient plus pointue, les troubles de la
gauche (V7 – V9) ou sur le thorax à droite (Vr3 conduction accroissent la durée de QT, le QRS devient
« empâté » et, dans les cas extrêmes, on assiste
– Vr6 (F3).
même à une « pause » cardiaque (arrêt du pacemaker,
La repolarisation du ventricule est à l'origine cf. p. 166). Si [K+] < 2,5 mmol/l, on constate un sous-
d'une boucle vectorielle propre (C) qui donne décalage de ST, une onde T biphasique (d'abord +,
l'onde T sur les dérivations. On peut construire ensuite -) et une onde positive supplémentaire en
dans l'espace un vecteur T. Il fait normalement forme de U apparaît (onde U suivant l'onde T). Si
2+
[Ca ] > 2,75 mmol/l ( > 5, 5 meq/l), l'intervalle QT et
un angle de moins de 60° avec le vecteur QRS 2+
par là même ST se raccourcissent. Si [Ca ] < 2,25
moyen. Avec l'âge, cet angle s'ouvre ce qui mmol/l ( < 4,5 meq/l) l'intervalle QT s'allonge.
semble résulter d'une carence en O2 du cœur.
Un angle QRS-T de 180° est pathologique et](https://image.slidesharecdn.com/atlasdepoche-120930052817-phpapp01/85/Atlas-de-poche-176-320.jpg)
![174 Cœur et Circulation
Troubles du rythme cardiaque une fréquence sinusale basse, l'excitation sinusale
consécutive est transmise normalement aux
(arythmies) ventricules : on parle d'extrystole interposée (B2). Si
Les troubles du rythme sont le résultat de la fréquence sinusale est plus élevée, l'impulsion
perturbations dans la formation ou la conduction sinusale suivante arrive pendant la période réfractaire
du myocarde, aussi seule l'impulsion sinusale
de l'excitation cardiaque. Leur diagnostic se fait
ultérieure sera efficace : on a alors une pause
par l'examen de l'ECG. Les perturbations de la compensatoire. Ici RRES + RESR = 2 RR.
formation de l'excitation se traduisent par une
modification du rythme sinusal. Lorsque la La tachycardie ventriculaire est le résultat d'une
succession d'excitations (ectopiques) ventriculaires à
fréquence sinusale de repos dépasse 100/min, rythme élevé (B3). Le remplissage des ventricules et
[exercice, excitation psychique, fièvre (augmen- les possibilités d'éjection cardiaque diminuent. Il peut
tation de 10 battements/min pour 1 °C). hyper- en résulter une fibrillation ventriculaire, c'est-à-dire des
thyroïdie, etc.] on parle de tachycardie sinu- pulsations non coordonnées dans le temps et dans
sale (A2) ; lorsqu'elle tombe en dessous de l'espace au niveau des différentes parties du myocarde
50/min, il s'agit d'une bradycardie sinusale. (B4). En l'absence de mesure thérapeutique, cette
Dans ces deux cas, le rythme est régulier, alors situation a les mêmes conséquences funestes qu'un
arrêt cardiaque, car la circulation est interrompue. La
que ce rythme oscille lors de l'arythmie fibrillation ventriculaire naît principalement lorsqu'une
sinusale, ce qui se produit surtout chez les extrasystole survient dans la « période vulnérable »
adolescents et est lié à la respiration : l'inspira- du cycle cardiaque, correspondant à la période
tion accélère le rythme, l'expiration le ralentit. réfractaire relative contemporaine de l'onde T de
Même lorsque l'excitation a lieu normalement dans le l'ECG. Les potentiels d'action apparaissant durant
nœud sinusal (excitation nomotope. A). des excitations cette phase : a) montrent une pente moins accentuée
anormales (hétérotopes) peuvent naître dans et sont de ce fait transmis plus lentement, et b) sont de
l'oreillette, dans le nœud AV ou dans le ventricule. Les plus courtes durées. L'ensemble de ces propriétés
impulsions d'un foyer ectopique auriculaire (ou nodal) détermine les possibilités de l'excitation myocardique
sont conduites aux ventricules qui échappent de ce fait répétée de parvenir dans des zones toujours ré-excita-
au rythme sinusal : l'arythmie supraventriculaire est bles (« ré-entrée » ; cf. p. 167, F). La fibrillation
la conséquence d'extrasystoles (ES) auriculaires ou ventriculaire peut aussi résulter d'une électrocution, et
nodales. peut être traitée avec succès à l'aide d'un choc
électrique adéquat (défibrillateur).
Lors d'une ES auriculaire, l’onde P de l'ECG est
déformée mais le complexe QRS est normal. Lors Des arythmies peuvent aussi avoir pour origine
d'une ES nodale, la stimulation auriculaire est un trouble de la conduction dans le nœud AV
rétrograde : l'onde P en principe négative, est soit (bloc AV) ou dans un branche du faisceau de
masquée par l'onde QRS, soit apparaît juste après le His (bloc de branche gauche ou droit).
complexe QRS (B1 à droite). Dans les ES
supraventriculaires, le nœud sinusal se dépolarise 1) Dans le bloc du 1er degré, on a un simple
aussi assez fréquemment, en conséquence l'intervalle ralentissement de la conduction AV (intervalle
entre l'onde R de l'ES (= RES) et l'onde R consécutive PQ > 0,2 s);
normale est augmenté par un intervalle de temps, 2) dans le bloc du 2e degré, seule une excitation sur 2
requis pour que l'impulsion se déplace du foyer ou 3 franchit te nœud AV ; enfin
e
ectopique jusqu'au nœud sinusal : c'est l'intervalle 3) dans le bloc du 3 degré, aucune excitation ne
postextrasystolique. On a alors RESR > RR et (RRES + parvient au myocarde ventriculaire : on a un bloc
RESR) < 2RR (B1). complet (B5) qui se traduit par des pauses cardiaques
temporaires (syndrome d'Adam-Stokes). Des
Dans la tachycardie auriculaire (foyer se dépolarisant
entraîneurs ventriculaires assurent la rythmicité car-
à > 180 /min ; onde P remplacée par une ligne de base
diaque dans ce cas (bradycardie ventriculaire avec
irrégulière), le ventricule peut suivre le rythme
fréquence auriculaire normale). Il s'ensuit une
d'excitation jusqu'à une fréquence de 200/min. Pour
e indépendance totale entre les ondes P de l'ECG et les
des fréquences plus élevées, seule chaque 2 ou 3®
complexes QRS (B5). Lorsque la fréquence sinusale
excitation est transmise, les impulsions intermédiaires
de repos est de 60 à 80/min, celle du cœur décroît
arrivant lors de la période réfractaire (cf. p. 26) du
jusqu'à 40-60/min si le nœud auriculo-ventriculaire
nœud AV. De telles fréquences auriculaires (jusqu'à e
prédomine (B5). Lorsque le bloc est total (bloc du 3
350/min) sont appelées flutter auriculaire. Lors de la
degré), le « foyer » ventriculaire fixe la fréquence
fibrillation auriculaire, les décharges du foyer
cardiaque entre 20 et 40/min. Ces blocs sont une
peuvent atteindre 500/min, mais seules quelques
indication formelle pour l'utilisation thérapeutique
impulsions occasionnelles sont transmises. L'excitation
d'entraîneurs artificiels (pacemakers artificiels).
ventriculaire est alors totalement irrégulière (arythmie
totale). Un bloc de branche se traduit par une importante
déformation de l'ECG car la portion du myocarde
Une stimulation ectopique peut aussi naître dans le
concernée par le bloc est excitée par des voies
ventricule : on parle d'extrasystole ventriculaire (B2,
anormales à partir du côté sain.
B3). Le complexe QRS de l’ES est alors déformé. Pour](https://image.slidesharecdn.com/atlasdepoche-120930052817-phpapp01/85/Atlas-de-poche-178-320.jpg)
![194 Équilibre thermique et Thermorégulation
refroidit la peau et par là même crée le gradient de
Régulation de la température température nécessaire aux pertes de chaleur. La mise
Le rôle de la régulation de la température en jeu de cette réaction a pour origine les récepteurs
(thermorégulation) est de maintenir constante la centraux au chaud. Ceux de la peau, dans ce cas, ne
peuvent rendre compte d'un réchauffement puisque
température du noyau à une valeur de leur environnement est de fait devenu plus froid.
consigne, en dépit des variations des quantités
de chaleur reçues, produites ou perdues (cf. p. Si la température corporelle tombe en
192). Cette valeur de consigne de la dessous de la valeur de consigne, on observe non
seulement une réduction de la déperdition, mais aussi
température est en moyenne de 37 °C. On note
une augmentation (jusqu'à 4 fois le métabolisme de
des variations circadiennes d'environ ± 0,5 °C base) de la production de chaleur, essentiellement
(minimum vers 3 h, maximum vers 18 h. [cf. p. par activité musculaire volontaire et par frisson (D). Le
331, A]). Cette valeur de consigne est contrôlée nouveau-né se refroidit très facilement du fait de son
par une « horloge interne » (cf. p. 292). Un rapport surface/volume élevé. Mais il possède une
décalage à plus long terme du point de possibilité supplémentaire de régulation par
consigne s'observe durant le cycle menstruel thermogenèse sans frisson (dans le tissu adipeux
brun). Si la température centrale chute, la stimulation
(cf. p. 263) et, pathologiquement, lors de la
adrénergique élève le métabolisme, la production de
fièvre (cf. ci-dessous). chaleur augmente. Ces contre-réactions sont
L'hypothalamus (cf. p. 290) est le centre de déclenchées par un environnement thermique froid au
contrôle de la thermorégulation. C'est là que moyen des récepteurs cutanés au froid (cf. p. 276)
avant même que la température centrale ne chute.
se trouvent des récepteurs sensibles à la
température (thermorécepteurs) qui La régulation physiologique de la température
permet à l'organisme de maintenir sa température
enregistrent la température du noyau central constante (C) pour des températures ambiantes
(A). L'hypothalamus reçoit des informations comprises entre 0 et 50 °C (jusqu'à 100°C en air très
complémentaires des thermorécepteurs de la sec, sauna par exemple). En dehors de la zone de
peau (cf. p. 276) et de la moelle épinière. Dans température ambiante « confortable » (C), l'homme
les centres thermorégulateurs de règle sa température en adaptant son comportement
l'hypothalamus, la température effective du (par exemple, recherche de l'ombre, port de vêtements
corps (valeur réelle) est comparée à la valeur adaptés, chauffage des habitations). En dessous de
0°C et au-dessus de 50 °C (C), seul un comportement
de consigne. S'il existe une différence, approprié permet la régulation de la température.
l'organisme met en œuvre plusieurs méca-
La fièvre est généralement provoquée par des
nismes de régulation du bilan thermique (D).
substances particulières, les pyrogènes, qui agissent
Dans un environnement froid par exemple, la sur le centre de la thermorégulation dans
stimulation des récepteurs cutanés au froid (cf. l'hypothalamus. La thermorégulation s'effectue alors à
p. 276) active la production de chaleur et un niveau plus élevé, c'est-à-dire que, lorsqu'on a de la
fièvre, la valeur de consigne est décalée vers le haut.
provoque une vasoconstriction cutanée avant En conséquence, le corps est trop froid au début (d'où
que la température centrale ne chute. Par le frisson musculaire : fièvre avec frissons} '. lors de la
opposition, la stimulation des récepteurs chute de la fièvre, la valeur de consigne redevient
centraux au chaud conduit à une augmentation normale, et l'organisme est trop chaud (d'où
des pertes de chaleur cutanées avant que la vasodilatation et sudation).
peau ne devienne chaude ou même si la peau Les macrophages sont activés par les infections, les
ne devient pas chaude du tout (refroidissement inflammations et les nécroses (cf. p. 66). Ils
évaporatif de la peau !). provoquent alors la libération d'interleukine 1 (cf. p. 70)
synthétisée au niveau du foie, du cerveau et d'organes
Si la température centrale dépasse la valeur fabriquant les précurseurs de certaines hormones :
de consigne (par ex. lors d'un exercice physique), dans c'est un pyrogène endogène (pouvant aussi agir par
un premier temps le flux sanguin cutané augmente, l'intermédiaire des prostaglandines) dont l'action au
et par conséquent le transfert de chaleur du noyau niveau du centre thermorégulateur hypothalamique
vers la peau. Ce n'est pas seulement le volume/temps vient contrecarrer la fièvre.
qui augmente, mais plus encore le transport de La température du noyau central se prend avec une
chaleur/temps, ce qui diminue également les échanges précision suffisante dans le rectum (température
de chaleur par contre-courant entre les artères et les rectale) ou la bouche (température orale). La prise de
veines satellites (B. et cf. p. 134 et suiv.) ; enfin le température dans l'aisselle fermée (température
retour veineux des veines profondes est dévié vers le axillaire) demande baucoup de temps (jusqu'à 1/2 h).
réseau veineux superficiel. Dans un second temps, la
production sudorale est plus importante, ce qui](https://image.slidesharecdn.com/atlasdepoche-120930052817-phpapp01/85/Atlas-de-poche-198-320.jpg)
![222 Nutrition et Digestion
Lipoprotéines, cholestérol des chylomicrons parviennent dans le foie où
les lipases acides hydrolysent à nouveau les
Les triglycérides et les cholestérol-esters cholestérol-esters en cholestérol ; celui-ci peut
font partie des lipides apolaires. Leur transport dès lors, conjointement avec le cholestérol de
dans le milieu aqueux de l'organisme n'est l'« enveloppe » des chylomicrons et le cholesté-
possible que par l'intermédiaire d'autres subs- rol provenant d'autres sources [resynthèse.
tances (protéines, lipides polaires) et leur HDL (high density lipoproteins)], suivre les voies
utilisation dans le métabolisme ne peut se faire ci-après (B) :
qu'après transformation en molécules polaires
1. excrétion biliaire du cholestérol (cf. ci-dessus
(acides gras. cholestérol). Les triglycérides
et p. 214);
servent donc surtout de réserve, dans laquelle
les acides gras libres peuvent être puisés à tout 2. transformation du cholestérol en sels biliaires,
moment (cf. p. 220). De façon tout à fait constituants essentiels de la bile (cf. p. 214);
analogue, les cholestérol-esters constituent la 3. incorporation du cholestérol dans les VLDL
forme de réserve et parfois la forme de Sous l'action d'une lipoprotéine-lipase (LPL, cf.
transport du cholestérol. Les triglycérides, situés p. 220), il se forme des résidus de VLDL et
dans le « noyau » des grosses lipoprotéines (cf. finalement des LDL (low density lipoproteins)
p. 220) sont transportés dans la lymphe qui livrent les cholestérol-esters aux cellules
intestinale et dans le plasma. Ainsi, les ayant des récepteurs LDL (cf. ci-après) ;
chylomicrons sont constitués à 86% de 4. incorporation du cholestérol dans des «pré»-HDL
triglycérides et les VLDL (very low density discoîdales, sur lesquelles agit l'enzyme LCAT
lipoproteins) à 56% de triglycérides (A). Les (lécithine-cholestérol-acyl-transférase). Ici, le
cholestérol-esters (Cho-E) se trouvent dans le « cholestérol est transformé en cholestérol-esters qui
noyau » de toutes les lipoprotéines (A). remplissent le « noyau » des « pré »-HDL qui sont
transformées à leur tour en HDL sphériques. Pour
Font partie des lipides polaires, outre les acides cette estérification, le cholestérol est aussi capté par
gras libres à chaîne longue, les lipides à les résidus des chylomicrons, les résidus des VLDL et
« enveloppe » des lipoprotéines, c'est-à-dire la les cellules mortes. La lécithine est en même temps
phosphatidylcholine (lécithine) et le choles- hydrolysée en lysolécithine qui est transportée (liée à
l'albumine) dans le plasma et qui peut être utilisée
térol. Non seulement tous deux sont des ailleurs pour une nouvelle synthèse de la lécithine. Par
constituants essentiels des membranes cellu- la suite, les cholestérol-esters des HDL sont en grande
laires, mais le cholestérol est aussi le partie transférés (via les résidus des VLDL) sur les
précurseur de substances aussi importantes LDL (B). Le système HDL-LCAT constitue donc un
que les sels biliaires (B et cf. p. 214) et les vaste lieu de regroupement et de traitement du
hormones stéroîdes (cf. p. 258 et suiv.). cholestérol et, si l'on fait abstraction de la brève phase
d'absorption dans l'intestin, la plus importante source
Le cholestérol est absorbé avec les aliments, de cholestérol-esters pour les cellules de l'organisme.
en partie sous forme libre et en partie sous Les LDL constituent le principal véhicule pour l'apport
forme estérifiée. Avant d'être réabsorbés, les de cholestérol-esters aux cellules extrahépatiques ;
cholestérol-esters sont transformés en celles-ci possèdent des récepteurs LDL, dont la
cholestérol par la lipase pancréatique non densité à la surface de la cellule est réglée en fonction
spécifique (cf. p. 218); à ce cholestérol s'ajoute des besoins en cholestérol-esters. Les LDL sont
absorbées dans les cellules par endocytose et les
dans le duodénum du cholestérol provenant de
enzymes lysosomiales hydrolysent les apoprotéines en
la bile (B). Le cholestérol est un constituant des acides aminés et les cholestérol-esters en cholestérol,
micelles (cf. p. 218) et est absorbé au niveau de Ce dernier est donc à la disposition de la cellule pour
l'intestin grêle supérieur. une intégration dans les membranes ou pour la
synthèse stéroïdienne (cf. p. 258). En cas d'excès de
La cellule muqueuse contient au moins une cholestérol. l'ACAT, qui estérifie et stocke le
enzyme estérifiant à nouveau une partie du cholestérol, est activée (B).
cholestérol (ACAT [Acyl-CoA-Cholestérol-
Les pertes quotidiennes de cholestérol dans les fèces
acyltransférase]) si bien que les chylomicrons (sous forme de coprostérol) et par la peau exfoliée
renferment aussi bien du cholestérol que des sont de l'ordre de 0.6 g, alors que les pertes sous
cholestérol-esters (A) ; le premier ne provient forme de sels biliaires s'élèvent approximativement à
qu'en partie de la lumière intestinale, car la 0.4 g. Ces pertes (moins le cholestérol dans les
muqueuse le synthétise elle-même. Après leur aliments) doivent être compensées par une resynthèse
transformation en résidus (remuants) de chylo- permanente (intestin, foie) (B).
microns, le cholestérol et les cholestérol-esters](https://image.slidesharecdn.com/atlasdepoche-120930052817-phpapp01/85/Atlas-de-poche-226-320.jpg)
![226 Nutrition et Digestion
Absorption des vitamines Sous sa forme métaboliquement active (acide
tétrahydrofolique), l'acide folique ou acide ptéroyl-
Les cobalamines (vitamines B12) sont glutamique (Pte-Glu,) est indispen-sable, à la
synthétisées par des microorganismes et synthèse de l'ADN (besoins quotidiens ; 0,1 à 0,2 mg)
constituent des éléments indispensables de (cf. p. 62 et suiv.).
l'alimentation des animaux supérieurs. Les
principales sources de cobalamines sont Les réserves d'acide folique dans l'organisme
d'origine animale : ce sont le foie, les reins, la (7 mg environ) suffisent à répondre aux besoins
viande, les poissons, les œufs et le lait. durant quelques mois.
Une anémie macrocytaire, une leucopénie et une
Étant donné que les cobalamines (CN-, OH-, thrombopénie, des diarrhées, des troubles cutanés et
méthyl-, adénosyl-cobalamine) sont des molé- des phanères, etc. sont autant de symptômes de
cules relativement grosses et difficilement lipo- carence. Les aliments contiennent de l'acide folique
solubles, l'absorption intestinale nécessite la sous des formes ayant à la place d'un acide ptéroyi-
mise en jeu de son propre mécanisme de glutamique (Pte-Glu) jusqu'à 7 résidus de glutamyle
transport (A). Au cours de leur passage dans (chaînes γ-peptidiques) (Pte-Glu7). Étant donné que
l'intestin et dans le plasma, les cobalamines seul le Pte-Glu1 peut être absorbé dans la lumière
sont liées à trois types de protéines: 1. le intestinale (jéjunum proximal) (B), il faut que la chaîne
polyglutamyle soit raccourcie par des enzymes
facteur intrinsèque (FI) dans le suc gastrique spécifiques (ptéroyl-polyglutamate-hydrolases) avant
(formé par les cellules bordantes), 2. la l'absorption. Elles sont probablement localisées au
transcobalamine II (TCII) dans le plasma, 3. la niveau de la membrane luminale de la muqueuse
protéine R dans le plasma (TCI), les intestinale. L'absorption du Pte-GlU1 est assurée par
granulocytes (TCIII), la salive, la bile, le lait. etc. un mécanisme de transport actif spécifique. Par la
suite, dans la cellule muqueuse, le Pte-Glu1 forme de
Les cobalamines sont détachées des protéines
I'acide 5-méthyl-tétrahydrofolate (5-Me-H4-Pte-Glu1)
alimentaires par l'acide gastrique et essentielle-
parmi d'autres métabolites (B). Lorsque ceux-ci sont
ment liées à la protéine R de la salive et aussi déjà présents dans les aliments, ils sont aussi
(à un pH élevé) au FI. Dans te duodénum, la absorbés dans la lumière intestinale selon le
protéine R est digérée par la trypsine: la mécanisme de transport cité plus haut. Il en va de
cobalamine est libérée, puis reprise par le FI même pour le méthotrexate qui est un médicament à
(résistant à la trypsine). La muqueuse de l'iléon action cytostatique. En cas de défaillance du système
renferme des récepteurs très spécifiques pour de transport spécifique, l'apport alimentaire en acide
folique doit être multiplié par 100 afin d'atteindre une
le complexe cobalamine-FI ; elle fixe le
réabsorption suffisante (par diffusion passive). La
complexe et l'absorbe dans ses cellules par cobalamine est indispensable pour la tansformation du
endocytose. Cette opération nécessite la pré- 5-Me-H4-Pte-Glu1 en acide tétrahydrofolique
sence d'ions Ca2+ et un pH> 5,6 (A). La densité métaboliquement actif.
des récepteurs et donc l'absorption augmentent
pendant la grossesse (A). Les autres vitamines hydrosolubles [B1
(thiamine), B2 (riboflavine), C (acide ascorbique) et H
Dans le plasma, la cobalamine est liée à TCI, II (biotine, niacine)] sont absorbées par un mécanisme
et III. TCII sert essentiellement au transport vers de transport actif secondaire, conjointement avec du
+
les cellules qui se renouvellent rapidement dans Na (cotransport), donc de façon tout à fait similaire au
l'organisme (récepteurs TCII, endocytose). TCIII glucose ou aux acides aminés (C). Le lieu de
(provenant des granulocytes) apporte la réabsorption est le jéjunum et, pour la vitamine C,
cobalamine en excès et les dérivés de la l'iléon. Les vitamines B 6 (pyridoxal. pyridoxine,
pyridoxamine) ne sont probablement réabsorbées que
cobalamine indésirables jusqu'au foie (récep- passivement (simple diffusion).
teurs TCIII) où ils sont stockés et excrétés. TCI
(demi-vie : env. 10 j) sert de réserve à court La réabsorption des vitamines liposolublés [A
terme pour les cobalamines dans le plasma (A). (axérophtol). D2 (cholécalciférol). E (tocophérol),
Une alimentation exclusivement végétale ou des K1(phylloquinone). K2 (farnoquinone)] tout comme la
troubles de l'absorption des cobalamines provoquent réabsorption des lipides, nécessite la formation de
de graves symptômes de carence comme l'anémie micelles et un continuum hydrocarboné (cf. p. 218).
pernicieuse, des lésions de la moelle épinière Les mécanismes d'absorption restent inexpliqués (en
(myélose funiculaire), etc. Ces troubles n'apparaissent partie saturables et dépendants de l'énergie). Le
qu'au bout de plusieurs années, car la quantité stockée transport dans le plasma s'effectue après incorporation
dans l'organisme représente environ 1 000 fois la dans des chylomicrons et des VLDL (cf. p. 220 et
quantité nécessaire chaque Jour, c'est-à-dire 1 µg suiv.).
(cf. p. 62 et suiv.).](https://image.slidesharecdn.com/atlasdepoche-120930052817-phpapp01/85/Atlas-de-poche-230-320.jpg)
![254 Système endocrinien et Hormones
Régulation du calcium et du phosphate placenta (environ 625 mmol) ou du lait maternel
(jusqu'à 2000 mmol), celui-ci est absorbé par l'enfant
2+
Le calcium (Ca ) joue un rôle important dans la et intégré dans son squelette. C'est pourquoi un déficit
2+
régulation des fonctions cellulaires (cf. p. 15, 36, 44, 74 en Ca est souvent observé pendant et après une
et suiv., 242 et suiv.). grossesse ; mais il existe aussi des cas pathologiques
2+
Le Ca représente 2% du poids corporel dont 99 % se comme le rachitisme (dû notamment à un manque de
retrouvent dans le squelette et 1 % sous forme vitamine D) ou un déficit en hormone parathyroïdienne
dissoute dans les liquides corporels. La concentration (hypoparathyroïdisme). etc.
du Cardans le sérum est normalement de 2,3 à 2,7 Trois substances hormonales interviennent dans la
mmol/l (4.6 à 5.4 meq/1 ou 9.2 à 10.8 mg/100 ml). 2+
régulation du Ca : la parathormone (PTH), la (thyréo-
Environ 60% du calcium filtre sous forme libre à travers calcitonine et la vitamine D. Elles agissent principale-
les parois capillaires (par exemple dans le glomérule ment sur trois organes : l'intestin, les reins et les os
rénal) : 4/5 se trouvent sous forme ionisée Ca2+ et 1/5 (B et D).
sous forme complexée (phosphate de calcium, citrate
2+ La parathormone (PTH) : La PTH est une hormone
de calcium, etc.). Les 40% du Ca sérique restants
peptidique de 84 acides animés, et est formée dans les
sont liés à des protéines et, ainsi, ne sont pas filtrables
glandes parathyroïdes (corpuscules épithéliaux).
(cf. p. 10). Cette liaison avec les protéines est
La synthèse et la libération de l'hormone est régulée
dépendante du pH sanguin (cf. p. 100 et suiv.) : elle
par la concentration de Ca2+ ionisé dans le plasma. Ce
augmente lors d'une alcalose et diminue lors d'une
Ca2+ contrôle probablement l'absorption des acides
acidose (environ 0,21 mmol/l de Ca2+ par unité de pH).
aminés nécessaires à la synthèse de l'hormone. Si la
C'est la raison pour laquelle l'alcalose (due à l'hyper- 2+
concentration plasmati-que de Ca chute en-dessous
ventilation par ex.) peut entraîner une tétanie.
de sa valeur normale (hypocalcémie), la libération de
Les variations du taux de phosphate sont en PTH dans le sang augmente, et inversement (D).
étroite relation avec celles du calcium, mais ne sont
Les effets de la PTH tendent tous à élever la calcémie
pas aussi étroitement régulées que ces dernières.
(préalablement abaissée) (D) :
L'entrée quotidienne de phosphate est d'environ 1,4 g,
parmi lesquels 0,9 g en moyenne sont absorbés et a) Dans les os : les ostéoclastes sont activés (cf. ci-
2+
sont aussi à nouveau excrétés par les reins. La dessous) (résorption osseuse avec libération de Ca
concentration sérique du phosphate est normalement et de phosphate).
de 0.8 à 1,4 mmol/l (2,5 à 4.3 mg/100 ml). Les b) Au niveau intestinal, l'absorption de Ca
2+
est
phosphates de calcium sont des sels très peu solubles. indirectement favorisée par le fait que la PTH stimule
2+
Si le produit, concentration de Ca par concentration la formation de vitamine D dans le rein.
de phosphate dépasse une certaine valeur (« produit 2+
de solubilité »), le phosphate de calcium précipite. c) Au niveau rénal, la réabsorption de Ca est
Ainsi, dans l'organisme vivant, les sels de phosphate augmentée. Ce phénomène est rendu nécessaire par
2+
de calcium se déposent essentiellement dans les os et, afflux de Ca , à ce niveau, consécutif à a) et b). De
dans les cas extrêmes, dans d'autres parties du corps. plus, la PTH inhibe la réabsorption de phosphate (cf. p.
Par exemple, si une solution de phosphate est 151). L'hypophosphatémie ainsi obtenue stimule la
2+
administrée à un patient, la concentration sérique du libération de Ca par les os et empêche la
calcium est, en conséquence, diminuée. En effet. « le précipitation du phosphate de calcium dans le tissu
produit de solubilité » étant dépassé, le phosphate de (« produit de solubilité » ; cf. ci-dessus).
calcium se dépose dans les os (et éventuellement Une déficience ou une inactivité de la PTH (hypo- et
dans d'autres organes). Inversement, une diminution pseudohypoparathyroïdisme) provoquent une
de la concentration sérique en phosphate entraîne une hypocalcémie (instabilité du potentiel de repos à
hypercalcémie car le calcium est alors libéré dans le crampes à tétanos musculaire) et une déficience
sang à partir des os. secondaire en vitamine D, tandis qu'un excès de PTH
Pour maintenir le bon équilibre du calcium (A), il est (hyperparathyroïdisme), ou une ostéolyse maligne
2+
nécessaire que les entrées du calcium contrebalancent perturbent la régulation du Ca et se traduisent par
2+
ses sorties. L'entrée du Ca est d'environ 12 à 35 une hypercalcémie, qui, lors d'épisodes prolongés,
mmol/j (1 mmol = 2 meq = 40 mg). Le lait, les peut provoquer une décalcification (reins, etc.) et, si
fromages, les œufs et l'eau « dure » sont riches en [Ca2+] > 3,5 mmol/l, un coma et des perturbations du
2+
Ca . Normalement, les 9/10 sont éliminés par les rythme cardiaque (cf. p. 168).
selles, le reste par l'urine, quoique la réabsorption La (thyréo-)calcitonine (CT): La CT est comme
puisse atteindre 90%, si l'entrée de Ca2+ est faible (A). la PTH une hormone peptidique ( 32 acides
Pendant la grossesse et l'allaitement, la femme a un
besoin accru de Ca2+ car, par l'intermédiaire du](https://image.slidesharecdn.com/atlasdepoche-120930052817-phpapp01/85/Atlas-de-poche-257-320.jpg)
![280 Système nerveux central et Organes des sens
Réflexes extéroceptifs fléchisseurs controlatéraux qui se relâchent (A6)
; e) vers d'autres segments de la moelle
Contrairement à ce qui se produit pour le réflexe
épinière (par des fibres ascendantes ou
proprioceptif (cf. p. 278), les récepteurs du descendantes ; A7, A8) car tous les
réflexe extéroceptif ne se situent pas dans
fléchisseurs et extenseurs ne sont pas innervés
l'organe cible : l'arc réflexe peut renfermer des par un seul segment. Par ailleurs, les influx
neurones somatiques (moteurs, sensoriels) ou
douloureux sont véhiculés jusqu'au cerveau où
végétatifs ou même les deux à la fois et il
la douleur est rendue consciente (cf. p. 276 et p.
compte plusieurs synapses (réflexe
282).
polysynaptique). La durée du réflexe
extéroceptif est donc supérieure à celle du Par opposition au réflexe proprioceptif où seuls
réflexe proprioceptif (monosynaptique) et elle les motoneurones a sont activés pendant la
dépend en outre de l'intensité du stimulus réponse réflexe (les motoneurones γ étant in-
(sommation temporelle variable dans le SNC). hibés), dans le réflexe extéroceptif, les deux
Exemple : démangeaisons nasales à types de motoneurones sont activés parallèle-
éternuement. Le fait que la réponse réflexe ment. Les fibres du faisceau neuromusculaire
puisse se propager plus ou moins loin suivant (cf. p. 278) se raccourcissent ainsi
l'intensité du stimulus est typique de certains parallèlement à celles du muscle, ce qui permet
réflexes extéroceptifs (par exemple : de maintenir largement constants l'étirement et
toussotements à toux avec étranglement). la réactivité des récepteurs fusoriaux, malgré le
raccourcissement du muscle.
Parmi les réflexes extéroceptifs, on peut citer
des réflexes de protection comme par
exemple les réflexes de fuite (cf. ci-après), le Mécanismes d'inhibition dans la
réflexe cornéen, l'écoulement lacrymal, la toux, transmission nerveuse
l'éternuement, des réflexes intervenant dans la Lors de la transmission synaptique, l'inhi-
fonction de nutrition (réflexes de nutrition) bition (cf. aussi p. 30) peut intervenir en avant
comme la salivation, la succion ainsi que les (inhibition présynaptique) ou en arrière de
réflexes servant à la locomotion (réflexes l'espace synaptique (inhibition post-synaptique)
locomoteurs). A ces réflexes s'ajoutent les en agissant sur la membrane. Dans l'inhibition
nombreux réflexes végétatifs (circulation, présynaptique (B), un neurone supplémentaire
respiration, estomac, intestin, fonction sexuelle, (B, c) stimule l'extrémité du neurone
vessie, etc.). Citons encore les réflexes présynaptique (B,a). Cette dépolarisation fait
extéroceptifs testés lors d'un examen clinique chuter l'amplitude du potentiel d'action (cf. p.
neurologique, comme le réflexe plantaire, le 26) arrivant sur l'extrémité du neurone a (B), ce
réflexe crémastérien et le réflexe abdominal. qui diminue la quantité de transmetteur
Les réflexes extéroceptifs les plus typiques sont d'activation libérée dans la fente synaptique (B,
les réflexes de flexion (réflexes de fuite. A) : d) : la dépolarisation du neurone post-
on peut remarquer par exemple qu'une synaptique (B, b) est ainsi moins importante et
stimulation douloureuse sous la voûte plantaire l'amplitude du potentiel post-synaptique
droite entraîne une flexion dans toutes les d'excitation (PPSE. cf. p. 30) ne suffit plus, le
articulations de la jambe droite. cas échéant, pour déclencher un potentiel d'ac-
Les influx afférents sont répartis dans la moelle tion (PA) dans le neurone b (B2).
épinière : a) par des interneurones excitateurs Le mécanisme de l'inhibition post-synaptique (C) est
(A1) vers les motoneurones des fléchisseurs du tout à fait différent : dans ce cas, un interneurone
même côté (ipsilatéraux) ; b) par des interneu- inhibiteur hyperpolarise le neurone post-synaptique
(potentiel post-synaptique d'inhibition : PPSI, cf. p. 30).
rones inhibiteurs (A2) vers les motoneurones
des extenseurs ipsilatéraux qui se relâchent L'interneurone inhibiteur peut être activé :
alors (A3) ; c) par des interneurones excitateurs a) par des collatérales axonales récurrentes (C1) des
(A4) vers les motoneurones des extenseurs du neurones à inhiber [inhibition (récurrente) par les
côté opposé (controlatéraux) (A5) (ce réflexe cellules de Renshaw. rétrocontrôle négatif ; C2] ; ou b)
de flexion croisé augmente en outre la directement par le neurone afférent au moyen d'un
neurone intermédiaire (C, à droite). L'inhibition de
distance (de fuite) entre les récepteurs de la l'extenseur ipsilatéral (A2, A3) dans le réflexe de
douleur et l'origine de cette douleur et permet flexion en est un exemple. Comme dans ce cas, le
de protéger le corps) ; d) par des interneurones muscle antagoniste est inhibé ; cet exemple peut aussi
inhibiteurs vers les motoneurones des servir à illustrer l'inhibition antagoniste.](https://image.slidesharecdn.com/atlasdepoche-120930052817-phpapp01/85/Atlas-de-poche-283-320.jpg)
Téléchargé parOuzennou Assou
Atlas de poche
Le document aborde la physiologie générale et cellulaire, décrivant le corps humain comme un système ouvert aux échanges avec son milieu interne. Il traite des mécanismes vitaux tels que le transport des ions, la contraction musculaire, la régulation hormonale, et les fonctions du système nerveux. Cette synthèse met en évidence l'intégration complexe des systèmes biologiques nécessaires à la survie et à l'adaptation de l'organisme.
Atlas de poche
- 1. Sommaire Physiologie générale etphysiologie cellulaire .......................................................................................................1 Le corps humain : un système ouvert avec un milieu interne ......................................................................................1 La cellule ......................................................................................................................................................................2 Les mécanismes de transport : un processus fondamental pour les êtres vivants ......................................................6 Rôle des ions Ca2+ dans la régulation des processus cellulaires ................................................................................15 Apport et transformation de l'énergie ...........................................................................................................................18 Contrôle et transmission de l'information .....................................................................................................................21 Nerf et Muscle ............................................................................................................................................................22 Constitution et fonctionnement de la cellule nerveuse ................................................................................................22 Potentiel membranaire de repos .................................................................................................................................24 Potentiel d'action .........................................................................................................................................................26 Conduction du potentiel d'action ..................................................................................................................................28 Potentiels synaptiques .................................................................................................................................................30 Stimulation artificielle du neurone ................................................................................................................................30 L'unité motrice ..............................................................................................................................................................32 La plaque motrice ........................................................................................................................................................32 Constitution et fonctionnement du muscle squelettique ..............................................................................................34 Mécanisme moléculaire de la contraction musculaire .................................................................................................38 Propriétés mécaniques du muscle ...............................................................................................................................40 La musculature lisse ....................................................................................................................................................44 Les sources d'énergie de la contraction musculaire ...................................................................................................46 L'organisme lors de l'exercice musculaire ...................................................................................................................48 Système nerveux végétatif .......................................................................................................................................50 Organisation du système nerveux végétatif .................................................................................................................50 Acétylcholine comme neuromédiateur .........................................................................................................................54 La noradrénaline. Les récepteurs adrénergiques ........................................................................................................56 La médullosurrénale ....................................................................................................................................................58 Sang ............................................................................................................................................................................60 Composition et rôle du sang ........................................................................................................................................60 Métabolisme du fer. Erythropoïèse et anémies ...........................................................................................................62 Propriétés hémodynamiques .......................................................................................................................................64 Composition du plasma ...............................................................................................................................................64 Défense immunitaire ...................................................................................................................................................66 Hémostase ..................................................................................................................................................................74 Coagulation sanguine et fibrinolyse ............................................................................................................................76 Respiration ................................................................................................................................................................78 Les poumons ..............................................................................................................................................................78 Fonctions de la respiration ..........................................................................................................................................78 Mécanique ventilatoire ................................................................................................................................................80 Epuration de l'air inspiré ..............................................................................................................................................80
- 2. Respiration artificielle .................................................................................................................................................82 Pneumothorax........................................................................................................................................................... 82 Mesure des volumes pulmonaires (spiromètre) ....................................................................................................... 84 Espace mort et volume résiduel ................................................................................................................................ 86 Relation pression/volume des poumons et du thorax. Travail ventilatoire ……………………………………….………88 Tension superficielle des alvéoles ............................................................................................................................ 90 Débit respiratoire et tests dynamiques ...................................................................................................................... 90 Echanges gazeux dans les poumons ....................................................................................................................... 92 Circulation pulmonaire. Rapport ventilation-perfusion .............................................................................................. 94 Transport du CO2 dans le sang ................................................................................................................................ 96 Liaison et répartition du CO2 dans le sang ............................................................................................................... 98 Le CO2 dans le liquide céphalorachidien ................................................................................................................. 98 Liaison et transport de l'O2 dans le sang ............................................................................................................... 100 Déficit en oxygène (hypoxie, anoxie) ...................................................................................................................... 102 Régulation de la respiration ................................................................................................................................... 104 Respiration en plongée ............................................................................................................................................106 Respiration en haute altitude .................................................................................................................................. 108 Intoxication par l'O2 ................................................................................................................................................ 108 Équilibre acido-basique ........................................................................................................................................ 110 pH, tampon, équilibre acido-basique ...................................................................................................................... 110 Le tampon bicarbonate-gaz carbonique ................................................................................................................. 112 Équilibre acido-basique. Maintien et régulation ..................................................................................................... 114 Détermination des rapports acide-base dans le sang ............................................................................................ 118 Rein et Équilibre hydro-électrolytique ............................................................................................................... 120 Structure et fonctions du rein ................................................................................................................................ 120 Circulation rénale .................................................................................................................................................. 122 Filtration glomérulaire. Clairance .......................................................................................................................... 124 Mécanismes de transport dans le néphron ........................................................................................................... 126 Sélection des substances. « Détoxication » et excrétion dans l'organisme ………………………………………… 130 Le rôle du rein dans l'équilibre du sodium et du chlore ........................................................................................ 132 Les systèmes à contre-courant ............................................................................................................................ 134 Réabsorption de l'eau et concentration rénale des urines ................................................................................... 136 Équilibre hydrique dans l'organisme .................................................................................................................... 138 Contrôle hormonal de l'équilibre hydro-électrolytique .......................................................................................... 140 Troubles de l'équilibre hydro-électrolytique .......................................................................................................... 142 Diurèse et substances à action diurétique ........................................................................................................... 142 Rein et équilibre acido-basique ........................................................................................................................... 144 Métabolisme et excrétion de l'azote .................................................................................................................... 146 Régulation du bilan potassique ........................................................................................................................... 148 Minéralocorticoïdes ............................................................................................................................................. 150 2+ Excrétion du Ca et du phosphate .................................................................................................................... 151 Système rénine-angiotensine ............................................................................................................................. 152
- 3. Cœur et Circulation......................................................................................................................................... 154 Système cardiocirculatoire ................................................................................................................................ 154 Le réseau vasculaire ......................................................................................................................................... 156 Echanges liquidiens à travers les parois capillaires .......................................................................................... 158 Pression sanguine ............................................................................................................................................ 160 Les phases du fonctionnement cardiaque (le cycle cardiaque) ………………………………………………….... 162 Electrophysiologie cardiaque ............................................................................................................................ 164 Modifications et perturbations de l'excitabilité cardiaque .................................................................................. 164 L'électrocardiogramme ...................................................................................................................................... 168 Troubles du rythme cardiaque (arythmies) ....................................................................................................... 174 Régulation de la circulation ................................................................................................................................ 176 Hypertension ...................................................................................................................................................... 180 Relations pressions-volume ventriculaires ......................................................................................................... 182 Adaptation du cœur aux modifications du remplissage ..................................................................................... 184 Les veines .......................................................................................................................................................... 184 Le choc circulatoire ............................................................................................................................................ 186 Débit et métabolisme myocardique .................................................................................................................... 188 Mesure du débit ................................................................................................................................................. 188 La circulation chez le fœtus ............................................................................................................................... 190 Équilibre thermique et Thermorégulation ..................................................................................................... 192 Bilan des échanges thermiques ......................................................................................................................... 192 Régulation de la température ............................................................................................................................. 194 Nutrition et Digestion ....................................................................................................................................... 196 Nutrition .............................................................................................................................................................. 196 Métabolisme et calorimétrie ................................................................................................................................ 198 Le tractus digestif ................................................................................................................................................ 200 Débit sanguin intestinal ....................................................................................................................................... 200 Système de défense gastrointestinal ................................................................................................................... 200 Salive ................................................................................................................................................................... 202 Déglutition ............................................................................................................................................................ 204 Vomissement ....................................................................................................................................................... 204 Estomac : structure et motilité .............................................................................................................................. 206 Suc gastrique ........................................................................................................................................................ 208 Intestin grêle : structure et motilité ........................................................................................................................ 210 Suc pancréatique et bile ....................................................................................................................................... 212 Fonction d'excrétion du foie, formation de la bile .................................................................................................. 214 Excrétion de la bilirubine. Ictère ............................................................................................................................ 216 Digestion des lipides .............................................................................................................................................. 218 Absorption des lipides et métabolisme des triglycérides ....................................................................................... 220 Lipoprotéines, cholestérol ...................................................................................................................................... 222 Digestion des glucides et des protéines ................................................................................................................. 224 Absorption des vitamines ....................................................................................................................................... 226
- 4. Réabsorption de l'eauet des substances minérales ................................................................................................ 228 Côlon, rectum, défécation, fèces .............................................................................................................................. 230 Bactériémie intestinale .............................................................................................................................................. 230 Système endocrinien et Hormones ....................................................................................................................... 232 Mécanismes d'intégration de l'organisme ................................................................................................................ 232 Les hormones ........................................................................................................................................................... 234 Régulation par rétroaction. Principes d'action des hormones ................................................................................... 238 Système hypothalamo -hypophysaire ....................................................................................................................... 240 Transmission cellulaire du message hormonal ......................................................................................................... 242 Métabolisme des hydrates de carbone. Hormones pancréatiques ……………………………………………………... 246 Hormones thyroïdiennes .......................................................................................................................................... 250 Régulation du calcium et du phosphate ................................................................................................................... 254 Métabolisme osseux ................................................................................................................................................ 256 Biosynthèse des hormones stéroïdiennes ............................................................................................................... 258 Corticosurrénale : glucocorticoïdes ......................................................................................................................... 260 Cycle menstruel ...................................................................................................................................................... 262 Régulation de la sécrétion hormonale pendant le cycle menstruel ……………………………………………………. 264 Prolactine ................................................................................................................................................................ 264 Œstrogènes ............................................................................................................................................................. 266 Progestatifs ............................................................................................................................................................. 267 Régulation hormonale de la grossesse et de l'accouchement ……………………………………………………........ 268 Androgènes, fonction testiculaire, éjaculation. ........................................................................................................ 270 Système nerveux central et Organes des sens ................................................................................................. 272 Structure du système nerveux central .................................................................................................................... 272 Le liquide céphalorachidien .................................................................................................................................... 272 Perception et traitement des stimulations .............................................................................................................. 274 Les récepteurs de la peau. La douleur .................................................................................................................. 276 Sensibilité profonde. Réflexes proprioceptifs ........................................................................................................ 278 Réflexes extéroceptifs ........................................................................................................................................... 280 Mécanismes d'inhibition dans la transmission nerveuse ....................................................................................... 280 Transmission centrale des stimulations sensorielles ............................................................................................ 282 Motricité posturale ................................................................................................................................................. 284 Rôle du cervelet .................................................................................................................................................... 286 Motricité dirigée ou volontaire ................................................................................................................................ 288 Hypothalamus. Système limbique. Cortex associatif ............................................................................................. 290 Electroencéphalogramme. Comportement éveil-sommeil ……………………………………………………….......... 292 La conscience, le langage et la mémoire ............................................................................................................... 294 L'olfaction ............................................................................................................................................................... 296 La gustation ........................................................................................................................................................... 296 L'équilibration ......................................................................................................................................................... 298 Structure de l'œil. Sécrétion lacrymale, humeur aqueuse ..................................................................................... 300 L'appareil optique de l'œil ....................................................................................................................................... 302 Acuité visuelle. Photorécepteurs rétiniens .............................................................................................................. 304
- 5. Adaptation de l'œilà des niveaux d'éclairement différents ................................................................................... 306 Vision des couleurs ............................................................................................................................................... 308 Champ visuel. Voies optiques ............................................................................................................................... 310 Traitement du stimulus visuel ................................................................................................................................ 312 Mouvements oculaires. Perception de la profondeur et du relief .......................................................................... 314 Physique de l'acoustique. Stimulus sonore et perception auditive …………………………………………………... 316 Réception et transmission des sons. Récepteurs auditifs ..................................................................................... 318 Elaboration des sons au niveau central ................................................................................................................ 322 Voix et parole ........................................................................................................................................................ 324 Appendice ............................................................................................................................................................ 326 Unités et mesures en physiologie et en médecine ................................................................................................ 326 Mathématiques en physiologie et en médecine ..................................................................................................... 330 Puissances et logarithmes ..................................................................................................................................... 330 Représentation graphique des mesures ................................................................................................................ 331 pH, pK, tampon ...................................................................................................................................................... 333 Osmolalité. osmolarité. pression aortique et oncotique ......................................................................................... 335 Ouvrages à consulter .......................................................................................................................................... 337
- 6. Principes de base 1 "... Si l'on décompose l'organisme vivant en isolant ses diverses parties, ce n'est que pour la facilité de l'analyse expérimentale, et non point pour les concevoir séparément. En effet, quand on veut donner à une propriété physiologique sa valeur et sa véritable signification, il faut toujours la rapporter à l'ensemble et ne tirer de conclusion définitive que relativement à ses effets dans cet ensemble." Claude Bernard (1865) Le corps humain : un système nutriments et le rejet des substances ouvert avec un milieu interne habituelles de déchets ne provoquent pas de modification appréciable dans la composition La vie dans sa plus simple expression est de l'environnement cellulaire. Néanmoins, parfaitement illustrée par l'exemple d'un même cet organisme est capable de réagir à organisme unicellulaire. Afin de survivre, des modifications du milieu, par exemple à des l'organisme, même le plus rudimentaire, doit changements de concentration en nutriments. Il faire face à des exigences apparemment se déplace à l'aide d'un pseudopode ou d'une opposées. D'une part, il doit se protéger des flagelle. perturbations de l'environnement, d'autre part, L'évolution d'un être unicellulaire vers un animal comme tout système ouvert (cf. p. 19 et suiv.) multicellulaire, la spécialisation des groupes il est dépendant des échanges de chaleur, cellulaires en organes, le développement d'oxygène, de nutriments, de déchets et d'êtres hétérosexués et possédant une certaine d'information avec son environnement. forme de vie sociale, le passage de la vie aquatique à la vie terrestre, amènent une Le rôle de défense est principalement dévolu à augmentation de l'efficacité, des chances de la membrane cellulaire, dont les propriétés survie. du rayon d'activité et d'indépendance de hydrophobes empêchent le mélange létal des l'organisme. Ceci ne peut être réalisé que par le constituants hydrophiles du milieu intracellulaire développement simultané de structures avec ceux du milieu extracellulaire. La complexes à l'intérieur de l'organisme. Pour perméabilité de la barrière membranaire à survivre et assurer leurs fonctions, les cellules certaines substances est assurée soit par individuelles de l'organisme requièrent un milieu l'intermédiaire de pores, soit par des molécules interne de composition proche de celle du protéiques de la membrane cellulaire appelées milieu aquatique primitif. Le milieu est mainte- transporteurs (cf. p. 10 et suiv.). La nant assuré par le liquide extracellulaire (A), perméabilité aux gaz de la membrane cellulaire mais son volume n'est pas comparativement est relativement bonne. Bien que ce soit un aussi grand. En raison de leur activité avantage pour les échanges vitaux d'02 et de métabolique, les cellules doivent extraire COi. cela signifie aussi que la cellule est à la l'oxygène et les substances nutritives de ce merci d'une intoxication gazeuse, par exemple liquide et y rejeter des déchets ; l'espace par le monoxyde de carbone. La présence de extracellulaire va être inondé de ces tels gaz. à concentration élevée, dans le milieu substances si l'organisme n'a pas développé externe ou d'agents lipophiles comme les d'organes spécialisés, entre autres choses, solvants organiques, représente une menace à pour prélever, métaboliser, transformer, stocker la survie cellulaire. les nutriments, extraire l'oxygène du milieu et Pour percevoir les signaux de l'environnement, évacuer les déchets du métabolisme. Les la membrane cellulaire dispose de certaines dents, les glandes salivaires, l'œsophage, protéines agissant comme récepteurs et qui l'estomac, l'intestin et le foie, les poumons, les transmettent l'information à l'intérieur de la reins et la vessie sont tous également cellule. Seules les substances lipophiles impliqués. peuvent traverser la membrane sans cet La spécialisation des cellules et des organes intermédiaire et se combiner avec leurs pour des fonctions particulières requiert une récepteurs protéiques spécifiques intégration. Celle-ci est assurée par intracellulaires. convection, sur de longues distances, au Un organisme unicellulaire, dans l'envi- moyen d'informations humorales transmises par ronnement aquatique originel (A), ne peut être le système circulatoire et de signaux électriques envisagé que si ce milieu est plus ou moins par le système nerveux. De plus, pour assurer constant. L'extraction des l'apport nutritif et l'évacuation des .
- 7. déchets et contribuerainsi au maintien du milieu intérieur même dans les situations d'urgence, les mêmes mécanismes contrôlent et régulent les fonctions nécessaires à la survie au sens large du terme. par ex. survie de l'espèce. Ceci comprend non seulement le développement opportun des organes reproducteurs et la disponibilité de cellules sexuelles matures au moment de la puberté, mais aussi le contrôle de l'érection, de l'éjaculation, de la fertilisation et de la nidification, la coordination des fonctions des organismes maternel et fœtal durant la grossesse, et la régulation des mécanismes intervenant lors de la parturition et de la période de lactation. Le système nerveux central traite d'une part les signaux provenant des récepteurs périphériques, des cellules sensorielles et des organes, active d'autre part les effecteurs comme les "muscles squelettiques et influence les glandes endocrines ; il joue aussi un rôle décisif lorsque la conduite ou la pensée hu- maine sont engagées dans une discussion. Il est impliqué non seulement dans la recherche de nourriture et d'eau, la lutte contre le froid et le chaud, le choix d'un partenaire, les soins à apporter à ses descendants même longtemps après leur naissance, et leur intégration dans la vie sociale, mais aussi dans la recherche de l'origine des mots. des expressions et leur association avec certains termes comme le A. Le milieu dans lequel vivent les cellules. désir, l'absence de désir, la curiosité, la joie, la (1) La première cellule provient du milieu colère, la crainte et l'envie aussi bien que dans aquatique primitif. Les organismes la créativité, la découverte de soi et la unicellulaires échangeaient des substances responsabilité. Cependant cet aspect dépasse avec le milieu marin, mais sans modification les limites de la physiologie au sens strict du appréciable de sa composition compte tenu de terme comme science des fonctions de l'immensité de l'océan. l'individu, laquelle est le sujet de cet ouvrage. L'éthologie, la sociologie et la psychologie sont (2) Les cellules de l'organisme humain « quelques-unes des disciplines qui avoisinent la baignent » dans le milieu extracellulaire (LEC), physiologie, bien que des liens certains entre dont le volume est plus faible que le volume ces matières et la physiologie aient été établis cellulaire (cf. p. 138).. Ce « milieu interne » sera dans des cas exceptionnels. très rapidement altéré si l'espace entre les cellules n'est pas relié, au moyen du flux sanguin, aux organes et systèmes assurant le La cellule renouvellement des substances nutritives, des électrolytes et de l'eau, et l'excrétion des Théorie cellulaire : produits du catabolisme dans les selles et les 1. Tous les organismes vivants sont composés urines. La régulation du « milieu intérieur » est de cellules et de leurs constituants. surtout assurée par les reins (H2Û et 2. Toutes les cellules sont semblables dans leur électrolytes) et par la respiration (02. CÛ2). Les structure chimique. constituants du LEC sont sans cesse évacués au moyen des poumons (H20) et de la peau 3. Les nouvelles cellules sont formées par (N20 et électrolytes). division cellulaire à partir de cellules existantes.
- 8. Principes de base 3 Le processus de la synthèse protéique est 4. L'activité d'un organisme est la somme des activités fondamentalement un transfert d'information. Inscrite et interactions de ses cellules. initialement dans les gènes (ADN) sous forme d'un La cellule est la plus petite unité des êtres vivants. polynucléotide. cette information va permettre la Une membrane cellulaire délimite l'extérieur de la cellule; à l'intérieur se trouve le cytoplasme cellulaire formation de protéines qui sont des regroupements et les structures subcellulaires, ou organites d'acides aminés. On a estimé qu'une cellule type cellulaires eux-mêmes entourés d'une membrane. synthétise, durant sa vie, environ 100000 protéines Les cellules peuvent être décrites comme pro- différentes. karyotes ou eukaryotes. Les cellules des prokaryotes, Le nucléole contient l'acide ribonucléique comme celles des bactéries, ont une organisation (ARN), et également de l'ARN messager interne assez simple et aucune membrane n'entoure les organites cellulaires. (ARNm). L'ARNm transmet l'information Les organites de la cellule eukariote sont hautement génétique reçue de l'ADN {transcription} aux spécialisés : le matériel génétique de la cellule est ribosomes, où l'information est utilisée dans le concentré dans le nucléus, les enzymes digestives processus de synthèse protéique dans les lysosomes. la production oxydative d'adé- (translocation). L'ARNm et les autres grosses nosine triphosphate (ATP) se fait dans les molécules passent à travers la membrane mitochondries. enfin la synthèse protéique s'effectue nucléaire constituée de deux feuillets (A) par dans les ribosomes. les pores nucléaires. L'ARN de transfert (ARNt) En dépit d'une spécialisation partielle des cellules de transporte les divers acides aminés lors de la l'organisme, leurs éléments constitutifs, les organites cellulaires, synthèse des protéines qui nécessite ont de nombreux points communs. également la présence d'ARN ribosomal Le noyau cellulaire comprend le suc nucléaire (ARNr). (nucléoplasme), les granulations de chromât/ne et les La première étape de la synthèse protéique requiert la nucléoles. La chromatine contient le support de l'infor- formation d'ARN dans le noyau (transcription) en mation génétique : l'acide désoxyribonucléique (ADN). accord avec l'information contenue dans les gènes Deux chaînes d'ADN (formant une double hélice (ADN). Chaque acide aminé (par ex. la lysine) pouvant atteindre jusqu'à 7 cm de long) sont impliqué dans la synthèse d'une protéine est codé par trois bases (dans cet exemple -C-T-T-). Ceci forme le enroulées et pliées pour constituer les chromosomes codogène. Pendant la transcription, le triplet qui ont 10 µm de longueur. complémentaire de base (-G-A-A-), le codon, est Le noyau des cellules humaines contient 46 fabriqué pour servir d'ARNm (messager). La formation chromosomes : 2 X 22 autosomes et 2 chromosomes d'ARN est contrôlée par une polymérase, dont l'action X chez la femme ou / chromosome X et 1 Y chez est normalement inhibée par une protéine répressive située sur t'ADN. La polymérase est réactivée lorsque l'homme. l'agent répresseur est inhibé (dérépression). Ce L'acide désoxyribonucléique (ADN) est une longue précurseur de l'ARNm subit des modifications, chaîne moléculaire composée de quatre différents coupures et additions de différents segments à ses nucléotides : l'adénosine, la thymidine, la guanosine et extrémités, lors d'une seconde étape intranucléaire la cytidine. Son squelette est composé de sucres, les appelée modification posttranscriptionnelle. pentoses désoxyribose, et de résidus d'acides L'ARNm s'attache ensuite aux poly-ribosomes ou phosphoriques, avec des chaînes latérales polysomes intracytoplasmiques et permet composées à partir des bases suivantes : adénine, l'assemblage des acides aminés (polymérisation) thymine, guanine, et cytosine respectivement. La amenés vers lui par l'ARNt. Les anticodons que cet séquence d'arrangement ou de regroupement des ARNt possède, sur son extrémité active, vont bases puriques constitue le code génétique. Les s'apparier avec le codon (3 bases) complémentaire de deux chaînes d'ADN formant une double hélice sont l'ARNm (-C-U-U- dans l'exemple précédent). La ca- reliées entre elles par des ponts hydrogènes entre dence d'assemblage des acides aminés est bases appariées, sachant que l'adénine ne se lie qu'à approximativement de quatre à huit acides aminés par la thymine. la guanine seulement à la cytosine. La seconde. Cette étape, la translation, se termine par la composition des nucléotides formant les deux chaînes formation d'une chaîne polypeptidique. La dernière est dès lors complémentaire. l'arrangement d'une étape, ou modification posttranslationnelle, chaîne déterminant la structure de l'autre, si bien comporte la séparation des chaînes ou se trouve qu'une chaîne peut servir de substrat (template) pour la nouvelle protéine , la modification de certains la synthèse d'une chaîne complémentaire contenant la acides aminés dans la chaîne , par exemple la même information. L'ARN est formé d'une seule carboxylation des résidus glutamate en chaîne, mais le ribose remplace le désoxyribose et agrégats protéiques (cf. p. 74), enfin le plissement l'uracile remplace la thymine. de la protéine dans sa configuration type. La protéine
- 9. 4 Principes de base concentre et les englobe dans une membrane. synthétisée est alors emmenée jusqu'à son site Les grains de sécrétions formés migrent vers d'action, par exemple le noyau, les organites la périphérie de la cellule (B) et sont déversés cellulaires ou en dehors de la cellule dans le dans le milieu extracellulaire par exocytose sang. (par ex. sécrétion d'hormones; cf. p. 240), qui Le réticulum endoplasmique granulaire est un mécanisme énergie-dépendant. (REG) (B-C) est constitué de vésicules aplaties, L'endocytose est le mécanisme inverse de dont les cavités {citernes) reliées entre elles transport par lequel le matériel de gros volume, constituent une sorte de réseau de ça na lieu soit solide soit en solution (pinocytose), peut les à travers la cellule. Les protéines formées entrer dans la cellule (cf. p. 12). au niveau des ribosomes sont avant tout Les mitochondries (B et C) sont essentielles transportées dans les vésicules qui se sont pour la cellule. Elles contiennent des enzymes détachées du REG (cf. ci-dessous). Les du cycle de l'acide citrique (cycle de Krebs) et ribosomes sont généralement fixés à de la chaîne respiratoire. Elles sont le lieu l'extérieur du REG (d'où le nom de RE rugueux principal des réactions oxydatives qui libèrent ou granulaire, cf. B et C). Le RE sans de l'énergie. L'énergie ainsi produite est ribosomes est appelé RE lisse. C'est à son accumulée dans un premier temps sous forme niveau que se fait surtout la synthèse des chimique dans la molécule d'adénosine lipides (comme les lipoprotéines, cf. p. 220 et triphosphate (ATP). La synthèse d'ATP est le suiv.). L'appareil de Golgi (B-C) est constitué plus important pourvoyeur en sources d'énergie de saccules aplatis et empilés ; de la péri- immédiatement disponibles par l'organisme ; la phérie, des vésicules se détachent par dégradation ou hydrolyse de l'ATP par diverses bourgeonnement. Il participe essentiellement enzymes (phosphatases, ATPases) libère aux processus de sécrétion : l'énergie utilisée dans les réactions cellulaires. par exemple, il stocke des protéines issues du Les mitochondries contiennent également des REG, il synthétise les polysaccharides, les ribosomes et peuvent synthétiser certaines protéines.
- 10. Principes de base 5 Les cellules ayant un métabolisme intense, culairement à la surface {crêtes}. Contrai- par exemple les cellules hépatiques ou les rement à la membrane externe, la membrane cellules épithéliales, spécialisées dans le interne est très dense et ne laisse passer transport (C), sont riches en mitochondries. que les substances pour lesquelles existent Les mitochondries sont délimitées par une des mécanismes de transport actifs (cf. p. membrane externe continue, doublée d'une 11); (malate, pyruvate, citrate, Ca2+, membrane interne qui s'invagine perpendi- phosphate. Mg2+ ; etc.; H).
- 11. 6 Principes de base Les lysosomes sont des vésicules en- plusieurs lysosomes ainsi qu'un cytolysome ou zymatiques. Ils proviennent le plus souvent du vacuole autophagique, des appareils de Golgi, RE ou de l'appareil de Golgi {lysosomes le réticulum endoplasmique granulaire (REG) primaires} et servent au transport des protéines parsemé de ribosomes, des ribosomes libres et et à la digestion des substances qui ont été la limite entre deux cellules. La jonction des captées dans la cellule par phagocytose (cf. p. deux cellules est relativement étroite au niveau 12 et suiv.) ou par pinocytose (cf. p. 129, D). de la zonula occludens (« jonction étanche » = (phagolysosomes. lysosomes secondaires; B). jonction serrée). Les noyaux cellulaires sont en La digestion des organites de la cellule a lieu dehors du cliché. également dans ces vésicules {vacuoles autophages ou de cytolyse}. Les éléments « indigestes » sont à nouveau transportés vers la Les mécanismes de transport : périphérie de la cellule et rejetés hors de celle-ci un processus fondamental pour les (exocytose, B). êtres vivants Les centrioles interviennent lors de la division Comme nous l'avons décrit précédemment. le cellulaire ; les microtubules assurent surtout la milieu intracellulaire est protégé du fluide rigidité de la cellule et prennent également une extracellulaire, dont la composition est très part importante dans d'autres fonctions différente, grâce à la membrane cellulaire cellulaires. lipophile. Ainsi, grâce à l'énergie fournie par le La membrane cellulaire, qu'elle soit lisse ou métabolisme, il est possible de maintenir la invaginée (par ex. bordure en brosse et région composition du milieu intracellulaire pour basale ; C), est constituée de phospholipides, assurer la vie et la survie cellulaire. Les pores, de cholestérol et d'autres lipides, dont les pôles les transporteurs, les pompes ioniques et les hydrophobes (qui repoussent l'eau) se font face mécanismes cytosiques rendent possible le dans une double couche, alors que les pôles transport transmembranaire des substances hydrophiles (qui aiment l'eau) sont tournés vers spécifiques, que ce soit l'absorption des le milieu aqueux. Cette membrane lipidique substrats nécessaires au métabolisme contient des protéines (en partie mobiles, cf. p. cellulaire, le rejet des produits du métabolisme 242) dont une fraction traverse entièrement la intermédiaire ou terminal, ou le transport dirigé double couche lipidique (A) et joue le rôle de des ions, lesquels permettent l'établissement du pores pour le passage des ions polaires (et potentiel cellulaire qui est à la base de donc hydrophiles; F). Des « trous » peuvent l'excitabilité des cellules nerveuses et parfois se former pendant un court laps de musculaires. Les conséquences de l'entrée ou temps dans la membrane ; ces « trous », qui de la sortie de substances pour lesquelles la sont délimités par les pôles hydrophiles des membrane cellulaire n'est pas une barrière lipides se faisant face, ne jouent probablement efficace (par ex. pour l'eau et le CÛ2) peuvent pas un rôle majeur pour le passage des être contrecarrées ou au moins amoindries par substances polaires. le transport d'autres substances. Une régulation La membrane cellulaire assure entre autres la de ce type empêche les variations indésirables protection du milieu intracellulaire contre le du volume cellulaire et assure la stabilité du pH. milieu extracellulaire, le transport de substances Comme la cellule est entièrement divisée en (voir ci-dessous), la reconnaissance des compartiments (en relation avec leurs contenus) hormones (cf. p. 234 et suiv.) et la cohésion des par les diverses membranes des organites cellules entre elles. cellulaires, il existe également une grande Le cliché de la planche C montre des cellules richesse de systèmes spécifiques de du tube proximal d'un rein de rat. La membrane transport. On peut citer comme exemples de cette cellule spécialisée dans la fonction de l'ARN de transfert, l'hormone de transport du transport (cf. p. 126 et suiv.) est multipliée par noyau cellulaire, la protéine de transport du 30 à 60 environ du fait de son invagination aussi réticulum sarcoplasmique granuleux vers bien du côté de la lumière du tubule {bordure en l'appareil de Golgi, la captation active et la brosse} que du côté sanguin {région basale}. libération du Ca2+ dans et hors du réticulum On reconnaît aussi de nombreuses sarcoplasmique, les processus de transport mitochondries (siège de la production d'ATP qui spécifique dans les mitochondries (H) et le fournit ici l'énergie pour les processus de transport actif dans les fibres nerveuses (cf. p. transport actif). 22) sur des distances allant jusqu'à 1 mètre.
- 12. Principes de base 7 D. Une gap junction comporte des canaux de communication entre cellules adjacentes (par ex. dans le muscle lisse, les épithélium. les cellules gliales, le foie). (1) Image en microscopie électronique de deux cellules hépatiques dont les membranes cellulaires sont en contact au moyen d'une gap junction. (2) Schéma représentant les canaux. (3) Un complexe globulaire protéique (connexon) d'une cellule 1 est connecté bord à bord avec un complexe similaire d'une cellule 2 par un fin canal de telle manière que les espaces cytoplasmiques des deux cellules soient connectés. (4) Une unité globulaire (connexon) est formée de 6 sous-unités, chacune ayant une masse moléculaire de 27 kD. Les parties terminales des chaînes peptidiques mettent en contact leur propre cytoplasme, tandis que les deux boucles de la chaîne connectent l'une l'autre leur connexon à l'autre extrémité. La partie de la chaîne colorée en bleue en (4) forme la paroi du canal, (d'apr ès W. H. Evans, BioEssays, 8 : 3 - 6, 1988). Chez les organismes multicellulaires, le couplage électrique (ionique) par exemple, per- transport s'effectue entre cellules proches, met à l'excitation des cellules musculaires lisses de s'étendre aux cellules voisines, ce qui crée soit par diffusion à travers l'espace extracellulaire (action de l'hormone paracrine). une vague d'excitation se propageant à l'organe soit à travers des passages appelés « gap tout entier (estomac, intestin, canalicules bi- jonctions », qui sont caractérisés par une liaires, utérus, uretère etc ; voir également page intégrité de deux cellules voisines (D). Les gap 44). La présence de gap junctions permet junctions permettent le passage de substances également aux cellules gliales et épithéliales d'assurer ensemble et harmonieusement leurs de masse moléculaire allant jusqu'à plusieurs centaines de Dalton. Les ions peuvent fonctions de transport et de barrage (voir ci- également utiliser cette voie, les cellules étant dessous). Si, cependant, la concentration en Ca2+ augmente dans l'un des constituants d'un point de vue fonctionnel intimement associées (on parle de syncitium). On peut cellulaires, comme par exemple dans le cas extrême d'une membrane de fuite, les gap junctions citer comme exemples l'épithélium (voir ci- se ferment. En d'autres termes, dans l'intérêt de dessous), le muscle lisse et les cellules gliales du système nerveux central (CNS). JLQ
- 13. 8 Principes de base Les grosses molécules peuvent traverser la barrière endothéliale des parois vasculaires toutes les fonctions, chaque cellule est sanguines par une combinaison d'endocytose autorisée à combattre ses propres problèmes. d'un côté et d'exocytose de l'autre côté, aussi bien que par transcytose (cf. p. 13), mais dans Transport transcellulaire ce cas le transport paracellulaire à travers les Chez les organismes multicellulaires, le rôle de jonctions intercellulaires semble jouer quanti- la membrane cellulaire en tant que protection ou tativement un rôle plus important. Les barrière entre l'intérieur et l'extérieur est souvent macromolécules anioniques comme l'albumine, assuré par le regroupement de cellules de qui sont indispensables dans le milieu sanguin môme fonction. Les épithélium (de la peau, de en raison de leur propriété oncotique (cf. p. l'appareil digestif, du tractus urogénital, de 158), sont maintenues sur les parois épithéliales l'appareil respiratoire, etc.), les endothélium par des charges électriques. vasculaires et les cellules gliales du SNC Enfin, il y a nécessairement des transports à constituent des ensembles protecteurs de ce longue distance d'un organe vers un autre et type. Ils séparent le compartiment de différents organes vers le milieu environnant. extracellulaire d'autres milieux de composition Le moyen de transport principal utilisé dans de différente formant l'environnement naturel de telles situations est la convection. Les l'organisme, comme l'air (épithélium cutané et échanges entre organes s'effectuent par bronchique), les contenus de l'appareil digestif l'intermédiaire des voies sanguine et (estomac, intestin), les espaces contenant la lymphatique ; les échanges avec l'envi- bile ou l'urine (vésicule biliaire. vessie, tubule ronnement sont réalisés au moyen du courant rénaux) l'humeur aqueuse des yeux, le liquide gazeux dans l'appareil respiratoire, du flux cérébrospinal (barrière entre le sang et le urinaire dans les reins et le tractus urinaire, et liquide céphalorachidien), le milieu sanguin par transport liquidien à travers le tractus (endothélium) et le milieu extracellulaire du digestif (bouche-estomac-intestin). système nerveux central (barrière Les chapitres suivants décrivent brièvement les cérébroméningée). Néanmoins, certaines types, phénomènes et lois qui régissent les substances doivent être transportées à travers mécanismes de transport, et leur signification ces barrières ; ce déplacement s'effectue par fonctionnelle pour l'organisme. transport transmembranaire, l'entrée d'un ion ou d'un composé dans la cellule est combinée Transport passif au mouvement d'un autre composé en sens La diffusion d'une substance est un processus inverse. Plusieurs autres cellules (par exemple de transport fondamental. Elle peut se produire les globules rouges) dont la membrane lorsque la substance est plus fortement plasmatique présente des propriétés uniformes concentrée dans le milieu de départ que dans le le long de sa circonférence, comme les cellules milieu d'arrivée, c'est-à-dire lorsqu'il existe un épi- ou endothéliales, sont concernées par ces gradient de concentration. mécanismes (cf. C) ; ce sont des cellules Par exemple, lorsque l'on pose des fleurs sur polarisées. une table dans une pièce, leur parfum se Le transport de substances peut se faire non répand dans la pièce (même sans courant seulement à travers la membrane des cellules d'air!), autrement dit le parfum diffuse de mais également entre cellules : l'endroit où il est le plus concentré (fleurs) vers on parle alors de transport paracellulaire ou l'endroit où il est le moins concentré transépithélial. Quelques épithélium (par ex. (environnement). celui de l'intestin grêle et celui du tubule rénal Une diffusion unidirectionnelle peut se faire en proximal) sont à cet égard relativement l'absence de différence de concentration. Dans perméables ou totalement perméables, alors ce cas, la valeur de cette diffusion est la même que d'autres le sont moins (par ex. au niveau du dans toutes les directions et la diffusion nette tubule distal ou du côlon). Cette plus ou moins est alors égale à zéro. grande perméabilité dépend de l'état des « jonctions serrées » (C) par lesquelles les Dans l'air (et d'une façon générale dans cellules adhèrent les unes aux autres. La les gaz) ce processus de diffusion se bordure cellulaire et son degré de perméabilité déroule relativement vite, mais il est plus (qui peut, par exemple, être spécifique aux cations) sont des éléments fonctionnels lent dans les liquides et en particulier dans importants de l'épithélium. l'organisme. Le temps de diffusion néces-
- 15. 10 Principes de base plasmatique joue aussi un rôle important lors de l'administration de médicaments. car la fraction de la ventilation pulmonaire (cf. p. 78 et suiv.). de ces médicaments liée aux protéines n'est ni de l'élimination de l'urine et des fèces, etc. pharmacologiquement active ni filtrable Par exemple, lors du transport du gaz carbonique (cf. (élimination urinaire retardée), et par ailleurs p. 96), diffusion et transfert alternent : elle peut agir comme allergène (cf. p. 72). diffusion des tissus vers le sang, transfert sanguin des tissus vers le poumon, diffusion du sang vers l'air Des substances dissoutes peuvent être « alvéolaire, transfert de cet air des alvéoles vers entraînées » lors du passage de l'eau à travers l'extérieur. l'épithélium (paroi intestinale, tubule rénal). On parle alors d'un transport par « solvent drag ». On parle de convection (cf. p. 192 et suiv.) lors La quantité de matière dissoute ainsi du transport de l'énergie thermique par le transportée dépend, outre du débit de l'eau et sang et lors du rejet de la chaleur sous forme de la concentration de matière, de la facilité d'air réchauffé. avec laquelle les particules de matière traversent les pores de la membrane ou de la Un autre mécanisme de transport, la filtration, quantité de particules qui ne traversent pas la se produit au niveau des différentes membranes membrane, les particules étant donc « de l'organisme. à condition que la membrane réfléchies ». On parle alors de coefficient de soit perméable à l'eau. Si un gradient de pres- réflexion σ. Pour les grosses molécules qui sion apparaît entre les deux faces de la sont totalement réfléchies, autrement dit qui ne membrane (par exemple une pression sanguine peuvent être transportées par « solvent drag », relativement élevée dans les capillaires σ est égal à 1 et pour les molécules plus petites sanguins et une faible pression dans l'espace a est inférieur à 1. Par exemple. l'urée dans le interstitiel, cf. p. 158), le liquide est alors tube proximal du rein a un coefficient de expulsé à travers la membrane. Les substances réflexion σ = 0,68. pour lesquelles les pores de la membrane sont trop petits ne traversent pas, par exemple les Pour les particules de matière chargées électriquement (ions), une différence de protéines dans les capillaires sanguins, tandis potentiel, en particulier au niveau d'une que d'autres substances de taille moléculaire moindre (Na+. Cl-) sont filtrées avec leur solvant membrane cellulaire, peut constituer une forme à travers la membrane et sont donc soumises à de transport (cf. p. 14) : une sorte de transfert (cf. ci-dessous). De les ions positifs (cations) migrent alors vers le nombreuses substances de petite taille pôle négatif de la membrane et les ions négatifs moléculaire, qui. en elles-mêmes, peuvent être (anions) vers le pôle positif. Mais pour que ce filtrées, se lient aux protéines du plasma : cette type de transport soit effectif, il faut que cette liaison est appelée liaison plasmatique ou membrane soit perméable à l'ion concerné, ce liaison protéique. Elle empêche plus ou moins qui est déterminé par le coefficient de perméabi- la filtration de ces substances, en particulier au lité P (cf. p. 9). niveau du glomérule rénal (cf. p. 126 et suiv.). La quantité d'ions transportée par unité de Illustrons ceci par un exemple : lors du passage rénal, 20% temps dépend, outre du coefficient de environ du liquide plasmatique et donc aussi 20 % d'une substance filtrable sont filtrés par le glomérule rénal. Mais si perméabilité membranaire de cet ion, de la cette substance est liée pour 9/10e aux protéines charge (z) de l'ion, de la différence de potentiel plasmatiques, seul 1/10 e peut être filtré, ce qui signifie que et de la valeur moyenne de la concentration 2 % seulement sont filtrés à chaque passage rénal. ionique (c'est-à-dire de l'activité ionique (c), cf. p. 9) de part et d'autre de la membrane. Plus La liaison protéique a plusieurs fonctions : a) elle simplement, la perméabilité ionique d'une empêche l'élimination de nombreuses substances (par membrane peut être définie par la conductance exemple l'hème), b) elle constitue la forme de électrique g (cf. p. 9). Si l'on introduit g à la transport de certaines substances (par exemple le place de la résistance dans la loi d'Ohm, on obtient (cf. aussi P. 14) : fer), c) elle constitue un « stock » immédiatement gion = courant ionique/potentiel d'entraînement (4). disponible d'ions plasmatiques importants (Ca2+, Mg2+), etc. Du point de vue médical , la liaison On entend par diffusion facilitée un transport passif « facilité » par un transporteur situé dans la membrane. Etant donné que les substances biologiquement im-
- 16. Principes de base 11 portantes sont pour la plupart polaires et que, qui doit être maintenue indirectement par un de ce fait, leur simple diffusion (cf. p. 8) à mécanisme de transport actif de Na+ à travers la membrane serait trop lente, il existe différents endroits de la membrane cellulaire. pour un certain nombre de substances, glucose. Ce mécanisme est appelé cotransport Na+, etc., des protéines situées dans la (simport) si la substance impliquée est déplacée membrane - précisément les transporteurs - qui dans le même sens que l'ion moteur (par fixent la molécule à transporter d'un côté de la exemple le Na+ avec le glucose) ou contre- membrane et s'en séparent de l'autre côté. On transport (antiport) si le gradient de Na+, dans ne sait pas si le transporteur diffuse à travers la ce cas, déplace l'ion H+ dans le sens opposé. membrane, s'il pivote ou s'il modifie sa Citons comme exemple de transports actifs primaires conformation. Ce type de transport par ou secondaires l'excrétion du Na+, du glucose et des transporteurs est saturable et spécifique pour acides aminés par le tubule rénal (cf. p. 126 et suiv.), des substances ayant une étroite analogie de structures (on parle d'inhibition compétitive). l'absorption de ces substances à partir de l'intestin Il se distingue du transport actif (cf. ci-dessous) (cf. p. 224 et suiv.), la sécrétion de l'acide par le fait qu'il s'agit d'un transport « selon » un chlorhydrique dans l'estomac (cf. p. 208). le transport gradient électrochimique (cf. p. 14). du Na+ au niveau de la cellule nerveuse (cf. p. 24 et suiv.), etc. Ces mécanismes de transport actif pré- sentent les caractéristiques suivantes '. Transport actif • ils sont saturables, autrement dit ils ne peuvent Dans l'organisme, le transport des substances assurer qu'un taux de transport maximal déterminé se fait aussi et surtout contre un gradient de (cf. réabsorption du glucose dans le rein, p. 128), concentration et/ou contre un gradient électrique (potentiel). • ils sont plus ou moins spécifiques, ce qui signifie que seules certaines substances de structure chimique Ceci ne peut s'effectuer par le transport passif analogue sont transportées par un système (cf. décrit ci-dessus (qui se fait dans le sens du courant, c'est-à-dire « selon » un gradient), mais fonction d'épuration du foie, p. 214 et suiv.), seulement par des mécanismes de transport • ces substances analogues sont souvent plus ou actif. Ceux-ci nécessitent de l'énergie, car ils moins bien transportées, ce qui signifie qu'elles doivent transporter les substances contre un possèdent une affinité différente (~ 1/Km; cf. ci- gradient. Une partie importante de l'énergie après) pour le système de transport, chimique apportée à l'organisme sous forme d'aliments est transformée en composés riches • ils sont perturbés lorsque l’apport d'énergie en énergie et utilisables par tous les êtres cellulaire est défaillant. vivants (par exemple l'ATP. cf. p. 17). Cette énergie est utilisée notamment pour le transport Le taux de transport Jsat, de ce type de transport actif. saturable se calcule généralement suivant la cinétique de Michaelis-Menten : Dans le transport actif primaire, l'hydrolyse de l'ATP produit directement de l'énergie utilisable Jsat = Jmax-C/(Km + C) [mol.m-2.s-1], pour les mécanismes de « pompe ionique ». Ces pompes sont aussi appelées ATPases. On C étant la concentration finale de la substance à peut citer l'omniprésente Na+-K+ (activée) - transporter, Jmax le taux de transport maximal de la ATPase, mais également la Ca+-ATPase substance et Km sa concentration de demi-saturation, sarcoplasmique et l'H+-ATPase du tube c'est-à-dire pour 0.5 Jmax (cf. p. 333). collecteur rénal comme autant de mécanismes actifs permettant le transport de Na+. K+, Ca+ Cytose ou H+ respectivement. La cytose est un mécanisme de transport Dans le transport actif secondaire d'un actif complètement différent. composé (par exemple le glucose) il y a Elle comprend la formation, avec consomma- couplage par un transporteur avec un tion d'ATP, de vésicules intramembra- mécanisme de transport passif d'un ion (par exemple le Na+). Dans ce cas, le gradient de Na+ est la force motrice
- 17. 12 Principes de base naires, d'environ 50-400 nm de diamètre, qui se va s'accumuler et précipiter dans les lysosomes, détachent ensuite par étranglement de la membrane causant finalement des dommages aux cellules et à plasmique ou de la membrane des organites l'organe tout entier (cystinose). cellulaires (réticulum endoplasmique granulaire, Les phospholipides de la membrane cellulaire, utilisés appareil de Golgi, cf. p. 4). Grâce à la cytose dans les processus d'endocytose pour former les spécifique, ce sont principalement les parois des vésicules, sont réincorporés dans la membrane cellulaire, en même temps que les macromolécules (protéines, polynucléotides et protéines des récepteurs et la clathrine, par des polysaccharides) qui sont transférées dans la cellule procédés de recirculation globalement inexpliqués. (endocytose), ou qui en sortent (exocytose). Le Certaines autres protéines membranaires. comme transport des grosses molécules à l'intérieur de la celles mises en jeu dans les pompes ioniques cellule s'effectue également par ces vésicules, par (appelées protéines résidentes) sont pour la majorité exemple le transport des protéines du REG vers non impliquées dans ces procédés rapides et continus l'appareil de Golgi. Deux formes différentes de recirculation. d'endocytose peuvent être distinguées. L'une, la Un exemple d'endocytose par récepteur est le captage pinocytose, est un mécanisme de transport continu, du cholestérol et de ses esthers. Ils sont transportés non spécifique, permettant l'entrée dans la cellule de par l'intermédiaire du plasma dans les lipoprotéines de type LDL (cf. p. 222 et suiv.) vers les cellules liquide extracellulaire au moyen de vésicules extrahépatiques. Lorsque ces cellules ont besoin de relativement petites, à la manière d'un goutte à cholestérol, par exemple pour la synthèse goutte. Dans le même temps, des molécules membranaire ou pour la production d'hormones dissoutes, grandes ou petites, sont sans distinction stéroïdes, elles incorporent dans leur membrane transférées dans la cellule. cellulaire une plus grande quantité de récepteurs des La seconde forme d'endocytose requiert la présence LDL qui reconnaissent et lient les LDL-protéines (apoli- poprotéines), augmentant ainsi l'endocytose des LDL. de récepteurs sur la face externe de la membrane Une particule de LDL de 22 nm est capable de fixer cellulaire. Une seule et même cellule peut posséder environ 1500 molécules d'esthercholestérol. Les plusieurs types différents de récepteurs (environ 50 patients ayant un défaut génétique de ces récepteurs sur un fibroblaste). On peut trouver jusqu'à 1 000 des LDL ont un taux de cholestérol plasmatique élevé récepteurs concentrés sur les sites membranaires avec comme conséquence une athérosclérose (aussi appelés protéines de transfert) à l'endroit où prématurée. l'intérieur de la membrane est doublé (« coated pits » On peut citer d'autres exemples d'endocytose par - « fosse mantelée » ou encore « puits recouvert » ; récepteur, comme le captage cellulaire du fer de la voir E2) de protéines spécifiques (principalement transferrine, de l'hème de l'hémopexine, de clathrine). Puisque c'est à cet endroit que débute l'hémoglobine de l'haptoglobine (cf. p. 63) et des cobalamines au moyen de leur différents mécanismes l'endocytose. les vésicules endocytosiques sont de transports protéiques membranaires (cf. p. 226). temporairement recouvertes de clathrine (« vésicules mantelées » ou « vésicules recouvertes »). Cette La phagocytose des organismes pathogènes (par reconnaissance des complexes antigène-anticorps) et endocytose s'effectuant via un récepteur (= des débris cellulaires endogènes, pour lesquels les endocytose d'absorption) est spécifique puisque les granulocytes neutrophiles et les macrophages sont récepteurs peuvent seulement reconnaître certaines spécialisés (cf. p. 66 et suiv.) se fait également, de substances et seules celles-ci peuvent être captées par manière habituelle, par l'intermédiaire de récepteur endocytose jusqu'à l'intérieur de la cellule. (voir aussi opsonisation ; p. 66 et suiv.). L'aspect quantitatif de la phagocytose est illustré par le fait Consécutivement à l'endocytose, le « manteau » ou qu'en une heure environ 10 billions de vieux érythro- enveloppe est transféré dans la cellule, et il s'ensuit cytes sont détruits par ce mécanisme (p. 60), et que une fusion avec les lysosomes primaires (B) dont les macrophages par exemple phagocytent en une les enzymes hydrolytiques vont digérer la substance heure environ 125% de leur propre volume et 200% de pynocitée pour former les lysosomes secondaires. leur membrane cellulaire. Les petites molécules résultant de cette digestion, Quand l'insuline se lie aux récepteurs sur la surface tels les acides aminés, les sucres et les nucléotides. des cellules cibles, le complexe hormone-récepteur sont transportées à travers la membrane lysosomale migre dans les « puits recouverts » et subit alors une vers le cytoplasme où elles sont disponibles pour le endocytose (il est « internalisé »; cf. p. 248). De cette métabolisme cellulaire. manière, la densité des récepteurs capables de lier l'hormone est diminuée (« down régulation » : De tels mécanismes de transport à travers la diminution de l'affinité des sites résiduels par des membrane lysosomale sont spécifiques. Si, par concentrations élevées d'insuline). exemple, le facteur responsable du transfert de l'amino-acide L-cystine est défectueux (généti- quement), la cystine (dont la solubilité est plus faible)
- 18. Principes de base 13 L'exocytose est également un processus La cytose comme moyen de locomotion régulé. Les hormones (par ex. celles du lobe En principe, la plupart des cellules sont postérieur de l'hypophyse ; cf. p. 240). les capables de se déplacer activement à l'intérieur neurotransmetteurs (cf. l'acétylcholine. p. 54) et de l'organisme, bien qu'un petit nombre les enzymes (cf. les acini pancréatiques; p. 212) seulement utilise cette possibilité. Les seules peuvent, comme «des vésicules préemballées», cellules équipées spécialement pour de tels être libérées en réponse à une augmentation de déplacements sont les spermatozoïdes, qui la concentration intracellulaire de Ca2+. Il est peuvent « nager » à une vitesse de l'ordre de 35 probable que le Ca2+ intracellulaire agisse non µm/S par agitation de leur flagelle caudal. sous sa forme libre, mais par l'intermédiaire d'une protéine de liaison, la calmoduline. D'autres cellules, comme les fibroblastes. se déplacent également, mais beaucoup plus Le transport transcellulaire de macromolécules lentement, à la vitesse de 0.01 µm/s (E1). En (protéines, hormones) peut également se faire cas de lésion par exemple, ils se déplacent au par pinocytose. L'endothélium, par exemple, niveau de la blessure et participent à la capte la molécule d'un côté de la cellule et la cicatrisation. On peut encore citer les libère, inchangée, de l'autre côté (trans-cytose). granulocytes et les macrophages, lesquels, attirés par chimiotactisme, traversent la paroi vasculaire et migrent dans
- 19. 14 Principes de base la direction de l'invasion bactérienne (migration; cf. jusqu'à ce que les deux gradients soient p. 66 et suiv.). enfin les cellules tumorales qui identiques, mais opposés, c'est-à-dire jusqu'à exercent leurs effets dévastateurs vers les différents ce que leur somme, ou le gradient tissus de l'organisme qu'elles envahissent. électrochimique, soit égale à zéro. Il existe alors une différence de concentration ionique Le déplacement de telles cellules se fait par déterminée de part et d'autre de la membrane glissement sur une base solide, comme pour les (concentration d'équilibre) à laquelle amibes (E). Ceci est possible par endocytose du côté correspond un potentiel déterminé (potentiel de la membrane sur la partie la plus éloignée du but à d'équilibre). atteindre, par transport intracellulaire à travers la Le potentiel d'équilibre Ex de l'ion « x » entre cellule à travers les vésicules d'endocytose et leur t'intérieur (i) et l'extérieur (e) de la membrane réincorporation dans la paroi vasculaire, enfin par cellulaire est calculé d'après l'équation de exocytose près du but à atteindre (E3). Les Nernst (cf. aussi p. 24) : fibroblastes renouvellent environ 2 % de la membrane cellulaire/min par ce mécanisme. Ex = R.T.(F.z)-1.ln ([X]e/[X]i.), (5) Le cycle est complété par des déplacements R étant la constante des gaz (= 8.314 J • K-1 • obligatoires "d'avant en arrière", par des mouvements mol-1), T la température absolue (dans le corps semblables à ceux d'une chenille, des différentes = 310 K). F la constante de Faraday, donc la régions de la membrane cellulaire non impliquées charge par mole (= 9.45.104 A.s.mol-1), z la dans la pinocytose. Puisque la membrane cellulaire charge de l'ion (+ 1 pour K+, +2 pour Ca2+, -1 des fibroblastes adhère surtout à la fibronectine de la pour Cl-, etc.). In le logarithme naturel et [X] la matrice extracellulaire, la cellule se déplace en avant concentration « effective » de l'ion x. Pour la par rapport à la matrice (E3). L'adhérence de la température du corps (310 K), R.T/F = 0.0267 cellule requiert également la présence de récepteurs V-1. Si l'on transforme maintenant In ( Me / Mi ) spécifiques, par exemple la fibronectine dans le cas en -In ([X]e/[X]i) et également In en log (In = 2,3 des fibroblastes. • log6). l'équation (5) peut alors s'écrire : Ex = -61.log ([X]i/[X]e) (mV). (6) Potentiels électriques dus aux processus de transport Par exemple, si l'ion x est K+. si [K+]i = 150 mmol/kgH2O et [K+]e = 5 mmol/kgH2O, le Le transport d'ions signifie un déplacement de potentiel d'équilibre de K+ est alors Ek = - 90 charge, c'est-à-dire l'apparition d'un potentiel mV (cf. aussi p. 24 et p. 25. B). électrique. Par exemple, si des ions K+ diffusent Lorsque le potentiel d'équilibre est atteint. la hors de la cellule, il se crée un potentiel de quantité d'ions qui se déplace selon le gradient diffusion, au cours duquel la cellule devient chimique dans une direction est égale à la positive à l'extérieur par rapport à l'intérieur. Si quantité d'ions repoussée par le potentiel en un ion de même charge diffuse également à sens inverse. La somme des deux, appelée contre-courant ou si un ion de charge opposée courant ionique net, est donc nulle. Mais ce (tel Cl-) diffuse dans le même sens, ce potentiel courant s'écarte de zéro lorsque le potentiel de de diffusion n'est que transitoire. Par contre, si membrane de repos (Em s'éloigne du potentiel des ions non diffusibles (comme les protéines d'équilibre (Ex). Le potentiel d'entraînement du intracellulaires) ou si les ions concernés ne courant ionique net (Ix est donc Em-Ex). La loi peuvent franchir la membrane qu'en faibles d'Ohm pour le courant ionique (cf. p. 10 quantités mais peuvent en revanche être équation (4)) s'écrit donc : transportés activement en sens contraire (Na+). le potentiel de diffusion persiste (cf. p. 24). Mais gx = Ix / (Em –Ex) (7) il entraîne les ions K+ qui avaient diffusé hors (Unités : gx superficie de la membrane en S.m-2; de la cellule (diffusion le long d'un gradient lx superficie de la membrane en A.m-2; E en V.) chimique) à nouveau vers l'intérieur de la cellule (transport par potentiel, cf. p. 10). Dans la cellule au repos (cf. p. 24), Em≈ -70m V. Ek ≈ - 90mV et ENa ≈ +70mV. La diffusion des ions K+ demeure
- 20. Principes de base 15 canaux Ca2+ s'ouvrent (relativement lentement) Ce qui donne pour Na+ un potentiel et, simultanément, la perméabilité des pores d'entraînement de 140mV environ, pour K+ un aux ions K+ diminue. Les canaux Na+ s'ouvrent potentiel d'entraînement d'environ 20 mV (dans dans ce cas très rapidement, mais pour une très le sens opposé). Un lNa important est donc évité courte durée. On pense que ces pores Na+ uniquement au repos, car gNa est très faible à ce disposent de deux « portes » successives, l'une moment-là (environ1/10-1/100 de gk. Par contre, étant ouverte au repos et l'autre fermée. si les pores de Na+ s'ouvrent brièvement au L'excitation (dépolarisation, cf. p. 26) ouvre moment du potentiel d'entraînement (cf. p. 26) {active} la « porte » précédemment fermée et (activation des canaux de Na+ ; cf. ci-dessous), ferme {inactive} aussitôt après la « porte » le Na+ pénètre alors très rapidement dans la précédemment ouverte. Au début du potentiel cellule du fait du potentiel d'entraînement élevé. d'action, pendant le cours laps de temps où les deux « portes » sont ouvertes (conductance Pour Na+, Ca2+, K+. Cl- et les autres ions, la Na+ élevée, cf. p. 26), le Na+ pénètre « conductance » de la membrane cellulaire est brusquement dans la cellule. généralement plus qu'une simple donnée physique. En effet, dans de nombreuses Un potentiel d'action ouvre des pores Ca2+ dans membranes cellulaires, le flux passif de Na+ les terminaisons nerveuses pré-synaptiques; dirigé vers l'intérieur est facilité par des le Ca2+ pénètre et active la libération de transporteurs qui peuvent simultanément neurotransmetteurs (cf. p. 54 et suiv.) ou la cotransporter le glucose ou les ions H+ dirigés libération d'hormones (post-hypophysaires par en sens inverse (cf. p. 128). Dans d'autres exemple, cf. p. 240). membranes cellulaires (nerf, muscle), il existe L'exocytose est également réglée dans les des canaux spécifiques pour les différents types cellules exocrines (comme dans le pancréas) d'ions, la conductance du canal pouvant par le flux de Ca2+ (cf. ci-dessous). L'ouverture s'adapter (cf. ci-dessous). des pores de Ca2+, commandée par le potentiel On parle de transport électriquement neutre d'action créé dans les tubules longitudinaux du lorsque, au cours du transport actif d'ions (par muscle squelettique, provoque la contraction ex. Na+) par ce même mécanisme utilisant des musculaire (cf. p. 36 et suiv.). transporteurs, un ion de charge opposée (par ex. Cl-) est transporté dans la même direction Un principe tout à fait général dans l'organisme ou un ion de même charge (par ex. H+) dans la veut donc que des gradients électrochimiques direction opposée avec comme rapport de (milieu intracellulaire pauvre en Na+) soient charge 1/1. Mais si 3 ions Na+ sont transportés utilisés par des « pompes » ioniques actives dans une direction et, simultanément, 2 ions K+ relativement lentes (par ex. Na+-K+-ATPase : dans l'autre direction (par ex. pour la Na+ - K+ - env. 1 µmol.m-2.s-1) puis que les gradients ATPase). l'ion Na+ excédentaire développe un électrochimiques obtenus soient utilisés, par le potentiel : on parle alors de transport élec- biais de la régulation de la perméabilité trogène (ou rhéogène). membranaire passive (pores), pour les flux ioniques rapides (par ex. flux de Na+ lors du potentiel d'action : env. 1 mmol • m-2 • s-1). Régulation de la perméabilité des membranes aux ions Dans certaines cellules, la conductance aux 2+ Rôle des ions Ca lors de la ions peut être modifiée par la présence de régulation des processus cellulaires canaux ou pores, généralement spécifiques d'un ion ou d'un groupe d'ions, qui peuvent être Le Ca2+ est pour 50% environ lié aux protéines ouverts ou fermés par une sorte de « porte » plasmatiques et pour 50 % sous forme libre (cf. (gâte). L'ouverture de ces portes peut être p. 151 et p. 254). La forme libre (≈ 2,9 mmol/l) réglée par le niveau du potentiel cellulaire (par est largement prédominante dans le liquide exemple les fibres nerveuses et musculaires) ou interstitiel du fait de la faible concentration en être influencée par une substance chimique (par protéines. Dans le cytoplasme, donc à l'intérieur exemple action postsynaptique de de la cellule, la concentration est beaucoup plus l'acétylcholine, cf. p. 54; F). faible (≈0.1-0.01 µmol/l) ; Lors de l'excitation du muscle cardiaque. les ceci est la conséquence du transport actif qui
- 21. 16 Principes de base F. Ouverture ou « perméabilité » des canaux ioniques. (1) Elle se fait obligatoirement par le moyen d'un ligand, par ex. un médiateur chimique comme l'acétylcholine au niveau synaptique, ou une hormone, ou (2) par la dépolarisation d'une membrane cellulaire, par ex. d'une cellule nerveuse, musculaire ou épithéliale. Les canaux membranaires ou pores ne sont pas ouverts ou fermés de manière synchrone, mais la probabilité du canal d'ère ouvert ou fermé augmente ou diminue en fonction de ces mécanismes. La force résultante pour le passage des ions est la somme des gradients électrique (potentiel membranaire) et chimique (différence de concentration) des ions de part et d'autre de la membrane, appelé communément gradient électrochimique. (D'après B. Alberts et coll. : Molecular biology of thé cell. Ist Ed. Garland. New York and London 1983. p. 299).
- 22. Principes de base 17 rejette en permanence le Ca2+ hors de la Lors de la contraction du muscle lisse, la cellule. Un transport actif primaire par Ca2+ a calmoduline semble donc jouer un rôle été démontré comme venant s'ajouter à un analogue à celui de la troponine C dans le transport actif secondaire inverse dépendant du muscle squelettique, bien que son activation gradient de Na+. soit légèrement différente (cf. p. 36 et suiv.). Le La concentration intracellulaire de Ca2+ est mouvement des spermatozoïdes est également réglée par un flux de Ca2+ passif plus ou moins déclenché par le Ca2+ et la calmoduline. important provenant de l'espace extracellulaire L'exocytose des cellules sécrétrices (pancréas (cf. ci-dessus) ou d'autres réservoirs de Ca2+. ou glandes salivaires) est probablement aussi Ce flux peut être déclenché par des potentiels une forme primitive de motricité. Le flux de Ca2+ d'action (cf. p. 164) ou par des transmetteurs ou (principalement venant du REG ; cf. p. 4) et la hormones (cf. p. 242 et suiv.) qui possèdent des liaison calmoduline-Ca2+ influencent ici le récepteurs à l'extérieur de la membrane système microtubule-microfilament qui règle cellulaire (ainsi pour l'acétylcholine, F). l'exocytose selon un mécanisme encore Lors de l'arrivée d'un potentiel d'action au inexpliqué. Dans ce cas également, le flux de niveau du muscle squelettique, le Ca2+ est le plus souvent stimulé par la liaison Ca2+ provenant des tubules longitudinaux - d'hormones sur des récepteurs extracellulaires : lesquels constituent un réservoir spécifique pour lors de l'action d'une telle hormone (premier le Ca2+ - pénètre dans la cellule musculaire où il messager) au niveau de la cellule-cible, le Ca2+ est lié à la troponine C, ce qui provoque la joue le rôle d'un second messager (second contraction musculaire (couplage messenger des Anglais). L'adénosine électromécanique, cf. p. 36 et suiv.) monophosphate cyclique (AMPc. cf. p. 242) a Au niveau du muscle cardiaque, le Ca2+ un rôle tout à fait analogue sur le mode d'action provient également des tubules longitudinaux des hormones peptidj-ques et des comme du LEC. L'augmentation de la catécholamines. Dans des nombreuses cellules, concentration intracellulaire du Ca2+ conduit là l'une de ces hormones déclenche le flux de aussi à une contraction ; le flux supplémentaire Ça24- et l'autre la formation de l'AMPc. Les deux de Ca2+ qui est relativement lent et qui provient seconds messagers ont une action soit de l'espace extracellulaire pendant l'excitation, antagonique soit synergique sur le métabolisme est tel que le potentiel d'action du myocarde cellulaire. L'action antagonique repose peut-être possède un plateau particulièrement long (200- en partie sur le fait que le complexe Ca2+- 500 ms), qui explique la loi du « tout ou rien » à calmoduline active la phosphodiestérase qui est laquelle obéit la contraction du cœur (cf. p. responsable de la dégradation de l'AMPc (cf. p. 166). Par ailleurs, la concentration intracellulaire 242). Par ailleurs, le complexe Ca2+-calmoduline de Ca2+ influence la puissance contractile du joue un certain rôle lors de la croissance myocarde. cellulaire. Il agit aussi sur beaucoup d'autres Au niveau du muscle lisse, un flux de Ca2+ est enzymes, que ce soit dans le foie, les reins, le également déclenché par un potentiel d'action, cœur, le pancréas, le cerveau, les un neurotransmetteur ou une hormone. Le spermatozoïdes, les plaquettes sanguines. etc. récepteur intracellulaire primaire du Ca2+ est Dans une grande variété de cellules, vraisemblablement ici (comme dans beaucoup l'interaction hormone extracellulaire-récepteur d'autres cellules) la calmoduline. transforme les phosphoinositides d'origine Cette protéine, d'un poids moléculaire de 16700, a une forte membranaire en inositol tri-phosphate et en analogie de structure avec la troponine C (cf. p. 34 et suiv.) ; chaque mole fixe 4 moles de Ca 2+ Le complexe Ca2+- diacylgiycérol qui deviennent alors des calmoduline forme, en association avec une autre protéine, seconds messagers dans la cellule (cf. p. 242 et une enzyme (MLCK = Myosin Light Chain Kinase) capable suiv.). Cette modification du signal ne conduit de phosphoryler la méromyosine légère (cf. p. 34) ou « pas seulement à une phosphorilation des chaîne légère » de la myosine. La myosine modifie alors sa protéines et à d'autres événements intra- conformation, ce qui permet à l'actine d'activer l'ATPase de cellulaires, mais agit également comme la myosine, d'où la contraction. Une diminution du Ca2+ et médiateur (par l'inositol triphosphate) dans les une déphosphorylation de la myosine par une autre enzyme (MLCP = Myosin Light Chain Phos-phatase) ont pour effet phénomènes de relaxation liés au Ca2+ .Ici, le d'arrêter la contraction : Ca2+ est le troisième messager qui interfère le muscle se relâche. dans l'activité cellulaire, par exemple en se liant à la calmoduline.
- 23. + le contenuénergétique des métabolites 18 Principes de base excrétés (dans ce cas l'urée). Si, comme dans l'organisme, la pression (p) Apport et transformation de l'énergie demeure constante, une part de l'énergie est utilisée pour les changements de volume (A V) ; La vie est impossible sans apport d'énergie. Les le travail mécanique (p • ΔV) n'est pas quantifia- plantes tirent leur énergie du rayonnement ble et doit être assimilé à : ΔU (voir ci-dessus) solaire pour transformer le CO2 atmosphérique +p.ΔV=ΔH, ou ΔV représente la variation en O2 et en composés organiques. Ces d'enthalpie (ΔV est ordinairement très faible composés peuvent être directement utilisés dans l'organisme si bien que ΔH ≈ ΔU). (principalement les hydrates de carbone) par les être humains et les animaux pour compléter Afin de déterminer quelle part de cette enthalpie leurs besoins énergétiques, mais peuvent éga- AH est franchement utile, le second principe lement être stockés sous forme de combustibles de la thermodynamique doit être pris en fossiles (houille et pétrole). Ainsi l'énergie peut considération. Compte tenu de ce principe, le être convertie, transformée d'une forme en une degré de désorganisation - appelé entropie - autre. Si nous considérons une telle d'un système fermé augmente (ΔS > 0) si, par transformation comme prenant place dans un exemple, une forme d'énergie est transformée système fermé (échange d'énergie mais non en une autre. Le produit -augmentation de matière avec l'environnement), on peut dire d'entropie X température absolue - (ΔS • T) est que l'énergie ne peut ni apparaître. ni égal à la chaleur dissipée durant un tel disparaître spontanément. Ceci est décrit dans processus. Ainsi, l'énergie libre ΔG (= énergie le premier principe de la thermodynamique, de Gibbs) se calcule comme suit : qui dit que la variation d'énergie interne (= ΔG = ΔH – T. ΔS. variation du contenu en énergie ΔU) d'un système (par ex. une réaction chimique) est Cette relation définit également les conditions égale à la somme du travail reçu (+ W) ou cédé sous lesquelles, par exemple, les réactions (-W) et la chaleur dégagée (-Q) ou reçue (+ Q) chimiques spontanées peuvent se produire. Si respectivement. ΔG < 0 la réaction est exergonique, elle s'effectue d'elle-même sans intervention ΔU = Q - W [J] (travail fourni, chaleur extérieure et l'énergie est libérée spontanément reçue) ; si ΔG > 0 la réaction est endergonique et ne ΔU = W - Q [J] (travail reçu. chaleur dégagée) peut s'effectuer spontanément sans fourniture (Par définition, les signes indiquent le sens du flux en accord additionnelle d'énergie. avec le système considéré). ΔG est obtenu en prenant la concentration Pour les systèmes biologiques, la conséquence véritable de chaque composé ou substrat pris essentielle de ce premier principe est que la en compte dans la réaction étudiée. Si la chaleur produite par la transformation d'une réaction considérée est : A ↔ B + C, l'énergie substance en une autre est toujours la même, libre standard ΔG'o (ou les concentrations de A, quelle que soit la voie utilisée. En d'autres B et C sont de 1 mole • I-1 et le pH = 7) est termes, que la combustion du glucose se fasse convertie en ΔG comme suit : directement en présence d'O2 dans un calorimè- tre (cf. p. 198), avec production de CO2 et ΔG = ΔG'o + R • T • In [B].[C] [A] d'eau, ou que ces mêmes produits terminaux ou (à 37 °C) : soient formés à partir du glucose par des voies métaboliques, l'énergie produite est la même ΔG = ΔG'o + 8,31 . 310 . 2,3 (dans cet exemple, les valeurs caloriques Log [B].[C] [J.mol-1]. physiques ou physiologiques sont les mêmes ; [A] cf. p. 198). Il n'y a pas équivalence si. comme En supposant pour l'instant que ΔG'o d'une dans le cas des amino-acides, les produits réaction est de + 20 kJ • mol-1 (réaction formés dans le calorimètre (ici, CO2, etc.) sont endergonique), ΔG devient < 0 (réaction différents de ceux formés par les voies exergonique) si le produit [B].[C] est, par métaboliques de l'homme (ici, l'urée). exemple, 104 fois plus petit que [A] : Cependant, même dans cette situation, l'énergie chimique utilisée par l'organisme (dans ce cas ΔG = 20000 + 5925. log 10-4 = - 3,7 kj.mol-1. les amino-acides) est toujours égale à la chaleur libérée + le travail mécanique produit
- 24. Dans ces conditions,les produits B et C sont Principes de base 19 formés (la réaction se fait vers la droite). Si dans le même exemple le rapport [B]-[C] sur [A] = 4.2-10-4. ΔG devient nul et la réaction s'équilibre (pas de réaction visible). Le rapport ainsi obtenu est appelé constante d'équilibre K de la réaction. En utilisant l'équation (8), K peut être transformé en ΔG'o et vice versa selon la relation suivante : 0 = ΔG'o + R • T • In K, ou ΔG'o = - R.T. ln K. ou ΔG'o/(R.T K = e- ) Si finalement le rapport [B].[C] sur [A]> 4,2.10-4, alors ΔG > 0 et la réaction se déplace vers la gauche, en conséquence le produit A est formé. Il est évident qu'à partir de ces considérations ΔG'o indique le point d'équilibre de la réaction, et que ΔG mesure la distance qui sépare la réaction de son point d'équilibre. Cependant. ΔG ne donne aucune indication sur G. Energie d'activation et réactions ca-talytiques. la vitesse de la réaction. Même si ΔG < 0, la La réaction A ↔ B + C peut s'effectuer à des niveaux réaction peut être extrêmement lente. Sa énergétiques plus ou moins favorables. Cette réaction vitesse dépend de la quantité d'énergie ne peut se produire que si suffisamment d'énergie nécessaire pour l'élaboration des produits d'activation peut être acquise par A. Les catalyseurs et, intermédiaires de la réaction, pour lesquels ΔG en biologie, les enzymes, réduisent la quantité d'énergie d'activation nécessaire et facilitent en cela la est plus grand que celui de la substance initiale réaction (lignes rouges). ou des produits terminaux de la réaction. La quantité d'énergie nécessaire à cette Une réaction peut aussi être accélérée par transformation est appelée seuil ou énergie l'élévation de la température. Une aug- libre d'activation G#. Les catalyseurs mentation de 10 °C se solde habituellement par (« activateurs ») ou, en biologie, les enzymes, un accroissement de 2 à 4 de la vitesse de accroissent la vitesse de réaction en diminuant réaction (par exemple la valeur Q10 passe de 2 l'énergie libre d'activation nécessaire ΔG#. Ceci à 4). est illustré par la figure G. La seconde loi de la thermodynamique (voir En accord avec Arrhenius, la constante plus haut) stipule également que dans un d'équilibre K (s-1) d'une réaction unimoléculaire système fermé, et l'univers est un système est proportionnelle à e-ΔG# / (R/T). Si dès lors fermé dans ce sens, il y a perte continuelle l'énergie d'activation AG# d'une telle réaction est d'énergie libre, la somme de tous les systèmes diminuée de moitié par une enzyme, par conduisant à une augmentation du hasard et exemple de 126 à 63 kJ • mol-1, le facteur K des désordres. Toutefois l'organisme est un augmente à la température de 310 K (37 °C) système ouvert, et comme tel il peut acquérir d'un facteur de de l'énergie et permettre ainsi la délivrance de e -63 000 / (8.31 • 310) / e -126 000 / (8.31 -310) = 4 . 1010 environ. produits terminaux du métabolisme. L'entropie En d'autres termes, le temps pour que d'un système fermé constitué d'un organisme et 50% de la substance soit métabolisée (t/2) de son environnement augmentera, alors que passe de 10 ans à 7 ms dans ce cas ! (valeur K non seulement l'organisme « système ouvert » [s-1] X concentrations des substances de départ considéré seul maintiendra son entropie [mol • l-1] = irréversibilité de la réaction [mol • I-1 • constante, mais pourra éventuellement la s-1] ). diminuer par dépense d'enthalpie libre. Les exemples peuvent se voir dans l'établissement de gradients osmotiques ou de différences de pression à l'intérieur du corps. Ainsi, tandis qu'un système fermé se caractérise par une entropie maximale,
- 25. 20 Principes de base s'effectuer en modifiant le déroulement de la des réactions équilibrées (avec réactions réaction. réversibles), et un travail performant, seul le L'abondance universelle d'enthalpie libre (ou corps humain, comme un système ouvert, est d'énergie libre de Gibbs) dans les organismes capable de développer un travail continu avec est liée à la présence d'adénosine triphosphate un minimum d'entropie. Peu de processus à ou ATP. C'est un produit du métabolisme l'intérieur du corps atteignent un équilibre vrai cellulaire des nutriments. (par ex. le transport du CO2) ', la plupart d'entre L'ATP est formé par l'oxydation des molécules eux (par exemple les réactions enzymatiques, le biologiques comme le glucose. L'oxydation dans potentiel cellulaire) sont en équilibre instable ou ce sens est à attribuer au déplacement des à l'état stable et généralement irréversible (par électrons des liaisons relativement riches en ex. à cause de l'excrétion des produits énergie (= réduction) des hydrates de carbones. terminaux). La réversibilité de la Les produits terminaux de la réaction sont le « transformation » des cellules germinales en CO2 et l'H2O. Cette oxydation (déplacement adultes est bien évidemment impossible. À l'état d'électrons) intervient dans diffé- stable,l'allure de la réaction et non son équilibre est sans importance. La régulation peut H. Transfert d'énergie par phosphorylation oxydative et transport à l'intérieur de la membrane mitochondriale. Un électron de haut niveau d'énergie (e-) passe à un niveau énergétique moindre par l'intermédiaire d'une chaîne de transporteurs, ce mécanisme pompant H+ en dehors de l'espace matriciel. Le gradient électrochimique résultant pour H+(potentiel électrique + gradient chimique) à travers la membrane interne amène les ions H+ à l'intérieur de la matrice grâce à l'ATP synthétase (x). Ici, l'énergie du gradient de l'ion H+ est utilisée pour la production d'ATP. (Si la concentration en ATP dans la matrice est élevée, la réaction est réversible). Il existe des transporteurs qui (a) échangent de l'ATP pour de l'ADP, et des co- transports (b) Pi et (c) du pyruvate (et d'autres substrats) simultanément avec des ions H+ dans l'espace matriciel. Ca2+ est aussi véhiculé dans cette direction par le potentiel électrique.
- 26. Principes de base 21 rents processus et permet à une part de concevable sans une régulation de ses l'énergie rendue libre par cette réaction de diverses fonctions. Cette régulation nécessite participer à la formation d'ATP (réactions une transmission d'informations depuis le centre couplées; H). régulateur et les organes récepteurs et L'enthalpie libre ΔG'o de l'hydrolyse de l'ATP effecteurs. avoisine -30,5 kJ • mol-1. Comme on peut le voir Le rétro-contrôle à partir de l'organe effecteur à partir de l'équation (8), l'enthalpie libre réelle permet au centre régulateur de vérifier dans augmente si le rapport ([ADP] • [Pi]) / [ATP] est quelle mesure « l'ordre » initial a été exécuté, ce plus petit que la constante d'équilibre K de la qui conduit, si nécessaire, à un réajustement. réaction d'hydrolyse de l'ATP (ADP = adénosine Ce système de régulation avec rétro-contrôle diphosphate). La richesse en ATP dans les est appelé boucle de régulation. cellules donne un ΔG d'environ -46 à -54 kJ • Les boucles de régulation jouent un rôle très mol-1. important dans l'organisme. Les mouvements Les substances ayant un ΔG'o significati- musculaires, l'équilibre pondéral, le volume vement plus élevé comme la créatine sanguin, la pression artérielle, le contenu en phosphate ou phosphagène (-43 kJ • mol-1), oxygène du sang, le pH, la température peuvent produire de l'ATP à partir d'ADP et de corporelle, la glycémie et de très nombreuses Pi. D'un autre côté, l'abondance universelle de autres grandeurs de l'organisme sont soumis à l'ATP peut être utilisée pour la formation une régulation. La boucle de régulation se d'autres composés riches en énergie mais de déroule, soit dans l'organe lui-même niveau énergétique moindre, par exemple UTP, (autorégulation), soit par l'intermédiaire d'un GTP, glucose-6-phosphate etc. centre de contrôle supérieur (système nerveux L'énergie libérée lors de l'hydrolyse de l'ATP central. glandes endocrines). Le signal de régulation est transmis depuis le centre de permet des centaines de réactions, par ex, le transport actif à travers les membranes, la régulation (la consigne étant définie à ce synthèse protéique, la contraction musculaire niveau) vers l'organe effecteur (tout ou partie de l'organe) qui. à son tour, répond au signal reçu. etc. Finalement toutes ces réactions provoquent des ordres dans les cellules et dans tout La situation est évaluée par des récepteurs et le l'organisme. Comme cela a été décrit plus haut, résultat est renvoyé vers le centre de régulation où il est comparé avec la valeur originale de le prix du maintien de la vie grâce à la contrôle. Si le résultat ne correspond pas à diminution de l'entropie du corps est assuré par augmentation de l'entropie de l'univers. l'objectif à atteindre, il se produit à nouveau un réajustement. L'information entre ces différents éléments de Contrôle et transmission de l'information contrôle est véhiculée par les nerfs, ou par les L'organisme représente un ensemble de hormones circulantes (cf. p. 232). Sur de mécanismes si compliqués qu'il n'est pas courtes distances (par ex. à l'intérieur d'un organe) la transmission de l'information peut s'effectuer par diffusion.
- 27. 22 Nerf et Muscle vésicules ; l'actine des tubules et l'ATPase des Constitution et fonctionnement de la cellule vésicules ont un rôle important dans ces nerveuse mécanismes. Une cellule nerveuse répond à un stimulus par une modification de ses propriétés La membrane cellulaire du soma se prolonge au membranaires. Chez l'homme, on trouve niveau de l'axone par l'axolemme (A, et Ax en plusieurs types de cellules excitables : a) des C). L'axone est environné dans le système cellules nerveuses, qui transmettent des influx nerveux central par les oligodendrocytes et au qu'elles sont susceptibles de modifier au niveau niveau du système nerveux périphérique par les des liaisons intercellulaires, b) des cellules cellules de Schwann (A et CS en C). L'axone + musculaires qui répondent à ces influx par une son enveloppe = fibre nerveuse. Dans certains contraction. neurones, les cellules de Schwann forment un revêtement lipoprotéiques de couches Le système nerveux est constitué de plus de 2- concentriques autour de l'axone appelé gaine 1010 cellules nerveuses (neurones). Le neurone de myéline (C) laquelle sert d'isolant pour les (A) est l'unité structurelle et fonctionnelle du courants ioniques (protéine hydrophobe). Le système nerveux. Typiquement, un neurone long de l'axone, la gaine de myéline est (motoneurone) présente un corps cellulaire interrompue à intervalle d'environ 1,5 mm par (soma ; A) muni de deux types de les nœuds de Ranvier (A). La vitesse de prolongements : a) l'axone (neurite) et b) les conduction dans les fibres myélinisées est dendrites (A). Comme la plupart des autres relativement élevée comparée à la conduction cellules le neurone renferme un noyau lente des fibres amyéliniques (C). La cellulaire, des mitochondries (Mi. C) etc., et en conduction est aussi d'autant plus faible que le plus des neurofibrilles et des neurotubules (A et diamètre de la fibre nerveuse est petit (cf. p. 29, C). Les dendrites (A) transmettent les influx C). nerveux d'une cellule nerveuse à une autre. L'axone, qui prend naissance au niveau du La synapse (A, B) est la zone de jonction entre l'axone d'une cellule nerveuse et un autre neurone, mais aussi soma cellulaire et qui sur son parcours se avec des cellules musculaires (cf. p. 32) ou des subdivise souvent en collatérales (A), transmet cellules glandulaires. Chez les mammifères (à de rares le signal nerveux à d'autres cellules nerveuses, exceptions près), il n'y a pas de contact véritable au musculaires ou glandulaires. L'axone et les niveau synaptique. L'espace synaptique (10-40 nm) collatérales se divisent et se terminent par des séparant deux neurones sert d'isolateur. La renflements, les boutons synaptiques ou transmission d'un signal électrique atteignant la mem- boutons terminaux (A) qui comportent des brane présynaptique nécessite la libération d'un transmetteur chimique, le neuromédiateur, dans vésicules contenant des neurotransmetteurs l'espace synaptique. Il y a de nombreux transmetteurs : (B). Au niveau de la synapse (voir ci-dessous), l'acétylcholine, la norépinéphrine. l'acide γ-aminobu- les boutons terminaux entrent en contact avec tyrique, la dopamine, la glycine, le glutamate, la le soma, les dendrites ou l'axone du neurone substance P etc., mais en général, chaque neurone a suivant. Sur un seul neurone il y a des milliers son neurotransmetteur spécifique (dans certains cas, de sites de contact qui recouvrent environ 40% la libération d'un « co-transmetteur » est discutée). Le de la surface totale du neurone. transmetteur, libéré des vésicules présynaptiques par exocytose, diffuse vers la membrane post- Partant du soma vers les terminaisons dendriti- synaptique et génère un nouveau signal électrique. ques et axoniques (et en partie en sens Bien qu'il n'y ait pas de libération de inverse), on peut observer, à travers les neurotransmetteur au niveau de la membrane neurotubules un courant de transport postsynaptique, les synapses ne laissent passer axoplasmique de protéines, d'acides aminés, le signal que de la membrane pré vers la de médiateurs chimiques etc. (se déplaçant à membrane postsynaptique : elles ont une une vitesse d'environ 200-400 mm/jour). Le fonction de valve unidirectionnelle. La synapse mécanisme de ces systèmes de transport et est aussi le site où la transmission neuronale de leur rôle (éventuellement en vue de la nutrition signaux peut être modifiée par d'autres cellulaire, de la croissance ou des modifications éléments nerveux. Suivant sa nature, le à long terme des propriétés d'excitabilité) n'ont transmetteur peut produire soit une réponse pas encore reçu d'explication univoque. Pour excitatrice, soit une réponse inhibitrice (cf. p. leur transport le long de la paroi externe des 30). neurotubules vers la périphérie, les neurotransmetteurs sont enveloppés dans des
- 28. Nerf et Muscle 23 A. Neurone et synapse (schéma)
- 29. 24 Nerf et Muscle Potentiel membranaire de repos On peut mesurer un potentiel au niveau de la intracellulaires ne diffusant pas, c'est seulement membrane des cellules vivantes (différence de la diffusion des ions Na+qui donne son efficacité au phénomène (points 1 et 2). Ce potentiel de potentiel ; cf. p. 7). Pour les cellules musculaires et les cellules nerveuses, ce potentiel diffusion augmente jusqu'à ce que le courant membranaire de repos est, selon le type de de sortie d'ions K+ supplémentaires (mis en cellules, de l'ordre de 60 à 100 mV (l'intérieur action par le gradient de concentration) soit de la cellule étant négatif). Le potentiel inhibé par la montée du potentiel. membranaire de repos tire son origine d'une C'est parce que la membrane cellulaire est répartition inégale des ions (B) entre aussi relativement perméable aux ions CI- que l'intérieur et l'extérieur de la membrane le potentiel des ions chlore augmente dans le cellulaire. même temps : il y a transport du Cl- contre un gradient électrochimique, hors de la cellule (A4). Les phénomènes suivants contribuent à assurer La diffusion du K+ (gradient chimique) entraîne ce potentiel membranaire de repos (cf. aussi p. une augmentation du potentiel naissant, la 11 et suiv.) : diffusion du Cl- (contre-potentiel) augmente son 1. Par transport actif, (cf. p. 10) le Na+ est potentiel contre son propre gradient chimique. repoussé en permanence hors de la cellule et le Finalement, un potentiel d'équilibre pour le K+est pompé à l'intérieur (A2) de telle manière K+ (Ex) et pour le Cl- (Eci) s'installe. Grâce à Ex, que, à l'intérieur de la cellule (LIC). la la force de diffusion qui repousse le K+ vers concentration en ions K+ est environ 35 fois l'extérieur (gradient chimique) est égale à la plus grande et que la concentration en ion Na+ force rétroactive (force de retour) du potentiel est par contre 20 fois plus faible qu'à l'extérieur (gradient électrique) ; c'est pourquoi, le gradient de la cellule (LEC. B). Les Na+-K+-ATPase électrochimique pour K+ est de 0. Il en est de (capables de dissocier l'ATP) y contribuent pour même pour Eci. Le potentiel d'équilibre E peut une grande part. être calculé par l'équation de Nernst (cf. p. 14). Comme la membrane est peu perméable aux Bien que la perméabilité à l'ion Na+ de la protéines anioniques et aux phosphates du li- membrane cellulaire au repos soit très faible quide intracellulaire (cf. p. 65. B), ce sont les comparée à celle de K+, des ions Na+ diffusent ions diffusibles qui se distribuent passivement et en permanence vers l'intérieur de la cellule irrégulièrement de part et d'autre de la (gradient électrique et chimique élevé, A5 et B). membrane cellulaire (équilibre de Gibbs- En conséquence, le potentiel membranaire de Donnan, Al) repos est un peu plus négatif que Ek. [K+ + Na+] LIC > [K+ + Na+] LEC [Cl-] LIC < Comme la membrane cellulaire de beaucoup de [Cl-] LEC cellules est relativement plus perméable aux ions Cl-, 2. Dans les conditions de repos, la membrane les ions Cl- se répartissent entre le LIC et le LEC de cellulaire est peu perméable aux ions Na+ (ce telle manière que le potentiel d'équilibre du Cl-, Ek est qui signifie que la conductance sodique [gNa] est égal au potentiel de repos membranaire. Du fait de sa charge négative, le gradient pour le Cl- est en sens faible), de telle sorte que le gradient de opposé à celui du K+ (B). Si, cependant le Ek calculé à concentration à l'ion Na+ (A3 et A5) ne peut partir de la répartition des ions Cl-(équation de Nernst s'annuler à nouveau par rétrodiffusion. avec z = -1 ) s'éloigne du potentiel de repos 3. La membrane cellulaire est très peu membranaire (comme c'est le cas dans certaines perméable (A4 et A5) aux protéines chargées cellules), on peut conclure que le Cl- est transporté contre un gradient électrochimique (la plupart du temps négativement et aux phosphates organiques. secondaire), donc à un transport actif d'ions Cl-(cf. p. 4. La membrane cellulaire est relativement 132). perméable à l'ion K+ (gk > gNa). Du fait du Alors que toutes les cellules vivantes présentent gradient de concentration élevé (point 1), les un potentiel membranaire de repos, les cellules ions K+ diffusent du L l C vers le L E C (A3). Du excitables (nerf, muscle) possèdent la propriété fait de la diffusion du K+. la charge positive de de modifier la perméabilité ionique de leur cet ion conduit à une « distension de charge » membrane en réponse à un stimulus, ce qui (« potentiel de diffusion ») au niveau de la entraîne des modifications importantes de la membrane ; la majeure partie des anions polarisation (cf. p. 24).
- 31. 26 Nerf et Muscle Potentiel d'action (quantité d'ions intracellulaires de l'ordre de 1/100000). Par ailleurs, la pompe Na+-K+ (cf. p. 24) se charge de Le maintien d'un potentiel de membrane est une rétablir rapidement les concentrations ioniques propriété de toutes les cellules vivantes. Cependant d'origine. l'excitabilité est le fait de cellules spécialisées comme le nerf et le muscle. Si ces cellules subissent un Peu de temps après la phase de dépolarisation du PA, stimulus, la stimulation provoque une modification il existe une courte période pendant laquelle le nerf ou transitoire des conductances ioniques et du potentiel le muscle n'est pas excitable même pour des intensités membranaire (cf. p. 15 et suiv.). Si le stimulus est extrêmement fortes : c'est la période réfractaire suffisamment intense, il se produit un potentiel absolue. A cette période succède (à la fin de la d'action (PA), qui représente au niveau du nerf le repolarisation. B) une période réfractaire relative signal transmis et qui produit une contraction au niveau pendant laquelle on ne peut déclencher qu'un PA du muscle. Au cours d'un PA se produisent les d'amplitude et de vitesse d'établissement réduites mais événements suivants : sous l'effet du stimulus, le uniquement au moyen d'un stimulus d'intensité potentiel membranaire de repos (négatif, cf. p. 24) supérieure à celle ayant entraîné le potentiel seuil diminue vers une valeur moins négative initial. Dès que le potentiel membranaire retrouve son (dépolarisation). Quand il atteint une valeur critique, niveau d'origine, le potentiel seuil et le PA reprennent appelée potentiel seuil, le canal sodique est activé leurs valeurs initiales (cf. p. 45). (cf. p. 15) aboutissant à une augmentation « en L'augmentation de gNa (activation), et par là même le avalanche » de la conductance sodique (gNa ; A2 et courant d'entrée de Na+ (INa), dépend du potentiel B) et à une entrée rapide de Na+ dans la cellule. existant avant l'excitation et non de la durée de la Durant cette phase de dépolarisation, l'état de dépolarisation. INa est maximal pour un potentiel de négativité de l'intérieur de la cellule n'est pas départ d'environ - 100 mV, ce qui signifie que pour un seulement inversé, mais le potentiel membranaire peut potentiel membranaire de repos d'environ -60 mV. INa même atteindre des valeurs positives (en anglais est égal à 60% du maximum et que pour les cellules overshoot). Avant que l'overshoot ne soit atteint, gNa de mammifères, les canaux sodiques ne peuvent être diminue (l'inactivation commence après 1 ms) activés au dessus de la valeur de - 50 mV. Ce couplée à une lente augmentation de la conductance phénomène explique les périodes réfractaires absolue potassique (gk ; A3 et B) qui permet aux ions K+ et relative et la non-excitabilité de cellules si chargés positivement de diffuser de la cellule vers d'éventuelles substances ou événements provoquent l'extérieur, concourant ainsi au rétablissement d'un une dépolarisation prolongée. comme c'est le cas pour potentiel de membrane négatif (phase de repolarisa- la succinyl-choline (cf. p. 32) ou l'hypoxie (cf. p. 102). tion). Quelques millisecondes avant que g k retrouve sa le potentiel membranaire de repos ayant alors des valeur de repos, le potentiel de membrane peut même valeurs plus positives que -50 mV. La concentration en atteindre une valeur plus négative que sa valeur de 2 1 Ca - - exerce une influence sur la dépendance entre le repos d'origine (hyperpolarisation; B). potentiel et le courant d'entrée sodique. Une 2+ Comme la Na+ - K+-ATPase est électrogénique (3 Na+ augmentation de la concentration en Ca , par sont échangés pour 2 K+) la « pompe ionique » peut exemple, exerce une activité bénéfique sur les canaux aussi amener une hyperpolarisation consécutivement à à Na+ et dans le même temps le potentiel seuil devient 2+ une fréquence élevée de PA. positif. A l'opposé, un manque de Ca conduit à un potentiel seuil plus bas et entraîne une augmentation En dessous du potentiel seuil, un stimulus (par de l'excitabilité (crampes musculaires, tétanie ; voir p. exemple un courant électrique) induit des 114). changements du potentiel de repos. De manière Alors que les PA du nerf et du muscle strié se symétrique on peut voir apparaître une hyper ou une distinguent principalement par leur durée, les PA du dépolarisation, cela dépend de la direction du courant muscle cardiaque présentent des particularités de stimulation (potentiel électrotonique; voir aussi p. caractéristiques (cf. p. 31, A2 et pp. 42 et 164). 28). Près du potentiel seuil (mais juste en dessous), ces potentiels locaux deviennent plus élevés durant la dépolarisation que durant l'hyperpolarisation. Cette réponse locale (ou excitation locale) suivant une dépolarisation entraîne une plus grande activation du canal de Na+ qui cependant n'est pas suffisante pour générer un PA. Une fois que le potentiel seuil est atteint, la dépolarisation est une « réponse par tout ou rien » de la part de la cellule excitable, c'est-à-dire que la réponse de la cellule se déroule selon la modalité spécifique à ce type cellulaire, indépendamment de l'intensité du stimulus déclenchant. De nombreux PA peuvent être déclenchés successivement, du fait que les quantités d'ions qui diffusent alors à travers la membrane cellulaire sont extrêmement faibles
- 33. 28 Nerf et Muscle Conduction du potentiel d'action supra liminaire. A une distance plus éloignée : Dans un câble électrique, un courant peut a) l'amplitude de la dépolarisation est trop faible passer d'un point à un autre, lorsqu'existe entre et surtout : b) la pente ascendante de cette ces points une tension. Le fil électrique dépolarisation n'est pas assez forte pour que les possédant une faible résistance interne (peu de canaux sodiques soient à nouveau activés et pertes), une impulsion électrique peut être qu'il puisse y avoir un potentiel d'action. acheminée par un tel câble sur de longues Normalement, le potentiel d'action ne se pro- distances. La fibre nerveuse a une résistance page que dans une seule direction: en effet, interne bien plus grande. La conduction locale chaque portion de fibre nerveuse devient, le long de cette fibre (conduction immédiatement après le passage du PA, très électrotonique) s'atténue rapidement dans ce difficilement excitable (période réfractaire, cf. p. cas. Avant que cela ne se produise, l'impulsion 26). Si toutefois il se produit une excitation dont transmise doit donc être régénérée par une la propagation se fait en sens inverse constante reformation du potentiel d'action [conduction antidromique ; par exemple lors (PA, cf. p. 26). d'une stimulation de la fibre nerveuse par voie Dans le détail, ceci se produit de la manière externe, cf. p. 30), celle-ci se terminera au plus suivante : lors du déclenchement d'un PA tard à la prochaine synapse (fonction de valve, unique, il se produit une très brève entrée de cf. p. 22). Na+ [courant entrant de Na+, A1a). De ce fait, Le déclenchement permanent de potentiels d'action au se produit un courant ionique (cf. p. 14) vers niveau des segments de fibre contigus contribue l'intérieur de la cellule nerveuse. La membrane constamment et de manière répétitive à la cellulaire, précédemment chargée positivement régénération du signal, mais nécessite cependant un à l'extérieur (potentiel de repos, cf. p. 24) voit sa temps relativement long : au niveau des fibres charge changer de signe (l'extérieur devenant nerveuses conductrices amyéliniques (C, type C), la vitesse de conduction est de l'ordre de 1 m/s environ alors négatif, cf. p. 27. B). Cette inversion de (B2 et C). Les fibres nerveuses myélinisées [C, types A charge par rapport aux segments membra- et B) peuvent conduire l'influx beaucoup plus vite naires voisins entraîne, le long de la fibre (à (jusqu'à 120 m/s). Comme elles sont, à la manière d'un l'intérieur comme à l'extérieur) une égalisation câble, isolées par une gaine de myéline, la décharge à des charges, c'est-à-dire un courant l'origine de la dépolarisation électrotonique le long de électrique; la soustraction de charge provoque la fibre peut se faire sur une plus longue distance (approx. 1,5 mm ; A2). Le potentiel d'action est alors à proximité une dépolarisation. Si le potentiel transmis par sauts (conduction saltatoire) d'un critique (potentiel seuil) est atteint (cf. p. 27), il étranglement de Ranvier à l'autre (cf. p. 23). La se produit alors localement un nouveau PA longueur d'un saut est limitée par le fait que le courant (Alb), alors que le précédent est en voie de compensation (1-2 nA) s'atténue rapidement d'extinction. lorsque la distance augmente (B1). Avant qu'il ne devienne sous-liminaire, le PA-signal doit être L'entrée du Na+ lors de la création du PA régénéré au niveau d'un étranglement non isolé : pour entraîne tout d'abord, dans la partie proximale cela, un nouveau PA doit être localement déclenché, de l'axone, une décharge de la membrane ce qui nécessite la prise en compte d'un délai (décharge capacitaire de la membrane équiva- supplémentaire (environ 0,1 ms, B1). lant à un condensateur). Afin de rééquilibrer la Le diamètre axonique exerce également une charge, un courant électrique capacitaire va influence sur la vitesse de conduction (C) : s'instaurer [il sera ici dépolarisant), courant qui la résistance à la conduction de l'axone est d'autant avec l'éloignement : a) s'affaiblira ; b) s'établira plus faible que le diamètre de la fibre, donc sa section, moins rapidement (montée moins rapide). Si le est élevé. Le courant électrique de compensation, et par conséquent la dépolarisation des parties potentiel seuil n'est pas atteint (et aucun avoisinantes (A), peut de ce fait s'étendre sur une plus potentiel d'action n'est déclenché) on observe grande distance ; une augmentation du courant de K+ (repolarisa- ainsi, pour une longueur de fibre donnée, moins de PA tion), dirigé vers l'extérieur, puisque le potentiel néoformés seront nécessaires, ce qui entraîne une d'équilibre de la membrane n'est pas différent augmentation de la vitesse de conduction. du potentiel d'équilibre du K+, EK. De ce fait, il se Dans les grosses fibres nerveuses, la capacité produit une augmentation du potentiel activant membranaire est plus élevée, ce qui diminue la pour K+ (=EM-EK; cf. p. 14). Un nouveau potentiel vitesse de conduction de l'influx. Toutefois à cette ne pourra être déclenché, à distance du action s'oppose l'effet positif d'une plus faible résistance longitudinale de la fibre. précédent que si le courant capacitaire est suffisant pour provoquer une dépolarisation
- 35. 30 Nerf et Muscle Potentiels synaptiques p. 280). Des PPSE et des PPSI peuvent se Le potentiel d'action (PA. A1 et p. 26) transmis produire simultanément au niveau de la même le long du neurone (présynaptique) libère au cellule; dans ce cas, c'est la somme de tous les niveau du bouton terminal un PPSE et PPSI qui détermine l'apparition du PA neurotransmetteur. En fonction de sa nature, propagé d'origine postsynaptique (D). celui-ci peut amener une dépolarisation Stimulation artificielle du neurone (excitation) ou une hyperpolarisation (inhibition) de la membrane postsynaptique. Plus la Lorsqu'une cellule nerveuse est excitée élec- fréquence des influx est élevée le long de triquement par voie externe, le courant élec- l'axone, plus la quantité de neurotransmetteur trique passe de l'électrode positive (anode) vers libérée au niveau synaptique sera grande. l'intérieur du neurone et sort par l'électrode négative (cathode). De ce fait, le nerf est L'acétylcholine, la substance P et le glutamate dépolarisé à la cathode. Si le potentiel seuil est sont des exemples de neurotransmetteurs atteint, il se produit un PA (cf. p. 26). excitateurs qui augmentent gNa, gci et gk (cf. p. 9) de la membrane postsynaptique au niveau de Habituellement une hyperpolarisation indési- la synapse (voie subsynaptique). Par suite d'un rable se manifeste à l'anode. Cet effet peut être gradient électrochimique de Na+ élevé, le grandement diminué en employant une très courant entrant de Na+ prédomine ce qui large électrode, ou électrode indifférente. provoque une dépolarisation : c'est le potentiel La durée de stimulation nécessaire pour produire un post-synaptique excitateur (PPSE; maximum PA au niveau d'un neurone est d'autant plus brève que environ 20 mV, C). Le PPSE ne commence que l'intensité du stimulus est élevée (relation durée de 0,5 ms après l'arrivée du PA au niveau du stimulation-intensité de stimulation, B). L'excitabilité bouton terminal (C). Ce délai synaptique d'un nerf est caractérisée : a) par l'intensité minimale de courant continu qui, pour une stimulation de très (latence) résulte d'une libération et d'une longue durée, provoque une réponse (c'est la diffusion relativement lentes du médiateur. rhéobase) et b) par la chronaxie, c'est-à-dire la durée Bien qu'un PPSE unique soit généralement pendant laquelle il faut appliquer un stimulus d'intensité double de la rhéobase, pour observer une réponse (B). insuffisant pour générer un PA postsynaptique, La chronaxie est une mesure de l'excitabilité nerveuse, l'excitabilité du neurone est cependant pour laquelle // n'est pas nécessaire de connaître la augmentée par la dépolarisation locale, de telle valeur absolue de l'intensité de stimulation au niveau manière que plusieurs PPSE simultanés sont en de la cellule nerveuse. La chronaxie peut ainsi être mesure de dépolariser la membrane jusqu'au déterminée à l'aide d'électrodes cutanées. En clinique, seuil de dépolarisation (sommation spatiale et on peut, par exemple, contrôler le décours d'une temporelle), et de générer un PA propagé. atteinte musculaire. L'effet de stimulation du courant électrique provoque, Le PPSE n'est pas une réponse par tout ou rien plus particulièrement sous l'effet de tensions élevées, comme le PA ; le niveau du PPSE dépend en des accidents électriques (électrocution). La quantité effet de l'intensité du stimulus (D). de courant ayant traversé le corps constitue un facteur important. Pour une tension donnée, l'intensité du Si un train de PA arrive au niveau synaptique, le courant est d'autant plus grande que la résistance à PPSE augmente avec chaque PA : c'est la son écoulement est faible. Une peau humide est de ce potentiation synaptique. La raison de ce fait bonne conductrice; de même, le contact des pieds phénomène est que pour des PA de fréquence nus avec des installations électriques (dans une salle élevée (approximativement 30 Hz) la concen- de bain par exemple) est particulièrement dangereux. tration présynaptique en Ca2+ ne peut pas Alors que le courant continu ne présente d'effets excitateurs pratiquement qu'au moment de son indéfiniment retrouver sa valeur de repos entre établissement et de sa rupture, le courant alternatif à deux PA successifs (augmentation de la libéra- faible fréquence (par exemple le secteur. 220 V-50 Hz) tion du neurotransmetteur). peut provoquer notamment une fibrillation cardiaque mortelle (cf. p. 174). Des courants alternatifs de haute Les neurotransmetteurs inhibiteurs comme fréquence ( > 15 kHz) ne peuvent pas dépolariser les la glycine ou l'acide y aminobutyri-que (GABA) nerfs et les muscles ; ils échauffent cependant les n'augmentent pas gNa, mais seulement gci et gk tissus ; cette propriété est utilisée en thérapeutique : au niveau de la membrane subsynaptique. La c'est la diathermie. membrane est de ce fait hyperpolarisée et (Texte pour A1-A3, cf. p. 26 et 40 ; cf. aussi p. 45). l'excitabilité de la cellule est diminuée : il apparaît alors un potentiel post-synaptique inhibiteur (PPSI) (max. environ 4 mV. D et cf.
- 37. 32 Nerf et Muscle substance : Facétylcholine (ACh) qui est stockée L'unité motrice dans les vésicules présynaptiques. Le neurone moteur (motoneurone) et toutes les Autour des zones actives présynaptiques (A3) les fibres musculaires innervées forment ce qu'on vésicules d'ACh peuvent être libérées par exocytose appelle une unité motrice (UM). Le nombre de (cf. p. 12) dans l'espace subsynaptique. Chaque fibres musculaires innervées par un vésicule contient un certain quantum d'ACh. Les replis motoneurone varie entre 5 (pour les muscles postsynaptiques de la membrane musculaire se trouvent en face des zones actives (A2 et A3). C'est au oculaires externes) et 1 000 ou plus (muscles niveau de ces replis postsynaptiques que se trouvent temporaux). Les fibres musculaires d'une seule les récepteurs à ACh (A3). Lorsqu'une molécule unité motrice peuvent être réparties sur tout d'ACh vient se fixer sur un récepteur, la perméabilité + l'ensemble du muscle. Pour les innerver, un de la membrane aux ions Na (et aux ions K+) se motoneurone se scinde en de nombreuses trouve modifiée (cf. p. 16; F); collatérales. il en résulte la formation d'un courant entrant de Na+ (2 pA pour environ 0.2-1 ms ; B1). Un quantum On peut distinguer deux types d'unités motrices : les complet d'ACh est déversé sur une surface de l'ordre unités motrices à contraction rapide et les unités 2 de 1µm ; comme il y a plus de 2 000 canaux, cela motrices à contraction lente. Pour savoir si l'on a signifie que le courant ionique induit sera de plusieurs affaire à une unité motrice du premier ou du deuxième nA pendant quelques ms (courants miniatures de type, on observe l'origine de son motoneurone, et l'on plaque, B2). Quelques quanta isolés peuvent se vider analyse les qualités de ce neurone (notamment pour spontanément, mais cela ne suffit pas pour entraîner ce qui concerne la fréquence des impulsions). Les UM une excitation musculaire. Par contre, l'arrivée des à contraction lente sont plus sensibles au manque d'O 2 potentiels d'action du motoneurone déclenche au mais elles ont un métabolisme oxydatif plus intense (cf. niveau de la terminaison nerveuse l'apparition d'un p. 46), possèdent plus de capillaires et de myoglobine 2+ courant entrant de Ca (cf. p. 54) qui provoque la (fixateur de l'oxygène) et sont moins fatigables que les libération synchronisée de plusieurs centaines de UM à contraction rapide. Dans les muscles « blancs », quanta d'ACh; ce sont les unités motrices à contraction rapide qui sont les plus nombreuses (par exemple dans le muscle le courant de plaque qui apparaît est alors gastrocnémien) ; suffisant pour induire un potentiel d'action musculaire et, par là même. une secousse musculaire (B3). L'ACh elles permettent les mouvements rapides (marche, est très rapidement inactivée (hydrolyse) par les course). Les muscles « rouges » sont surtout formés cholinestérases situées dans l'espace synaptique (cf. d'UM lentes; ces unités sont spécialisées dans les p. 54), si bien que la repolarisation est rendue exercices de longue durée (station debout : muscles possible. posturaux). Chez l'homme existe également une forme intermédiaire d'unité motrice (UM rouge rapide). La transmission neuromusculaire peut être bloquée par toutes sortes de poisons et substances L'augmentation graduelle de la force pharmacologiques (cf. aussi p. 54) ce qui conduit à musculaire résulte d'un recrutement plus ou une faiblesse du muscle, voire, dans les cas extrêmes, moins important d'unités motrices (recrutement à sa paralysie. Les toxines botuliques inhibent la différentiel). Le nombre d'unités motrices libération d'ACh par les vésicules. Des substances recrutées est fonction de la nature ou du type comme le curare, connu pour son utilisation dans la fabrication des fléchettes paralysantes des Indiens, de mouvement ; il en est de même pour le choix sont employées en anesthésiologie pour relâcher des UM qui se fera entre les UM rapides et les (relaxation) la musculature lors des interventions UM lentes (on entend par type de mouvement : chirurgicales. Le curare empoche la fixation de l'ACh mouvement à contraction douce ou violente, sur les récepteurs {inhibition compétitive} tout en intermittente ou durable, activité réflexe ou effort n'ayant lui-même aucun effet dépolarisant. Ce blocage volontaire. etc.). De plus, la force développée peut être levé par administration d'inhibiteurs de la par chaque unité motrice peut s'élever par cholinestérase. Ceci entraîne l'élévation de la concentration en ACh. ACh que le curare va de augmentation de la fréquence d'impulsion de la nouveau bloquer. Cependant, si des inhibiteurs de la fibre nerveuse (les muscles squelettiques sont cholinestérase parviennent à une synapse intacte, la tétanisables, cf. p. 41. B). concentration d'ACh ainsi élevée permet d'obtenir une dépolarisation durable. Il en résulte une inactivation + des canaux Na (cf. p. 26) et une paralysie musculaire. Quelques substances semblables à l'ACh (substances La plaque motrice parasympathicomimétiques, par exemple la di- La transmission de l'excitation du motoneurone à la succinylcholine) ont aussi un effet dépolarisant, mais fibre musculaire s'effectue au niveau de la plaque elles sont détruites plus lentement. Elles provoquent motrice (A) qui constitue la jonction entre le nerf et le également une paralysie par dépolarisation muscle. La transmission est assurée grâce à une persistante.
- 39. 34 Nerf et Muscle Constitution et fonctionnement du la zone H est la partie des sarcomères qui n'est muscle squelettique 1 constituée que de filaments de myosine (environ 1 000 par sarcomère) ; ces filaments L'énergie chimique de l'ATP (cf. p. 20) est s'épaississent dans leur partie moyenne (centre directement transformée par le muscle en du sarcomère) pour former une ligne M. énergie mécanique (et en chaleur), processus La molécule de myosine (C) possède une auquel participent également des éléments partie céphalique scindée en deux (S1 ) (elle est enzymatiques et structurels. le siège de l'activité ATP-asique, cf. p. 36 et La cellule musculaire est une fibre (A) dont le suiv.), qui s'articule avec une partie cervicale diamètre varie en moyenne de 10 à 100 µn et (S2) (la partie céphalique et la partie cervicale dont la longueur peut atteindre 20 cm. Les « constituent la méromyosine lourde, C). laquelle fibres » de viande, reconnaissables à l'œil nu, est réunie à une partie caudale (méromyosine sont en fait des faisceaux de fibres (A, environ légère, C). Un filament de myosine se 0,1-1 mm de diamètre). La fibre musculaire compose d'environ 150 à 360 de ces molécules, (cellule) est limitée par une membrane cellulaire assemblées à la manière d'une torsade. La appelée le sarcolemme; elle renferme les mobilité de la partie cervico-céphalique. à la myofibrilles. Les myofibrilles sont entourées par manière d'une articulation, permet la fixation le sarcoplasme (cytoplasme) qui contient réversible de la myosine avec l'actine (formation plusieurs noyaux cellulaires, des mitochondries au complexe actomyosine, cf. p. 38) et le (appelées aussi sarcosomes), des lysosomes, glissement des filaments d'actine et de myosine des vacuoles lipidiques, des inclusions de les uns sur les autres [glissement des filaments, glycogène. etc. Le sarcoplasme contient égale- cf. p. 36 et 38). ment du glycogène, des enzymes glycolyti- L'actine G est une molécule protéique ques, de la créatine phosphate et des acides globulaire. L'actine F résulte d'une sorte aminés, toutes ces substances pouvant être d'enchaînement à la manière d'un collier de libérées. Une fibre musculaire renferme perles de plusieurs molécules d'actine G (400 plusieurs centaines de myofibrilles (A) dont environ). En fait, deux enchaînements de ce chacune se divise en compartiments de 2,5 µm type, enroulés l'un autour de l'autre pour former environ, délimités chacun par 2 disques Z et une torsade, constituent un filament d'actine (B). appelés sarcomères. Leur longueur est La tropomyosine, qui possède elle aussi une grossièrement de 1.5 à 3.0 µm et dépend de la structure filiforme, s'enroule autour du filament précharge du muscle (B). d'actine. et. tous les 40 nm environ vient s'y Au microscope (en deux dimensions), les rattacher une molécule de troponine (B). sarcomères d'une myofibrille (A) apparaissent La troponine (TN) est composée de trois sous- comme une succession de bandes unités : a) la TN-C qui contracte les liaisons alternativement claires et sombres et de lignes avec le Ca2+ ; b) la TN-T qui relie la TN à la (d'où le nom de muscle strié) ; ceci provient de tropomyosine ; c) la TN-I qui, à l'état de repos, la disposition des filaments (épais) de myosine empêche la formation de liaisons entre l'actine et (fins) d'actine (B). Un sarcomère est compris et la myosine. Cet effet inhibiteur de la TN-I est entre deux lignes Z ou disques Z (microscopie levé lorsque la TN-C est saturée en Ca2+. en trois dimensions. B). qui sont constitués par une structure protéique plane. Les filaments Pendant la contraction, le filament de tropo- d'actine sont traversés en leur milieu par la ligne myosine se dépose dans la gouttière entre les Z, c'est-à-dire qu'une moitié de chacun de ces 2 deux chaînes d'actine F et laisse alors la 000 filaments d'actine pénètre dans deux possibilité à la myosine de créer des liaisons sarcomères voisins à la fois. A proximité de la avec la molécule d'actine. Le signal de ligne Z. le sarcomère n'est constitué que de déclenchement de ce phénomène est assuré filaments d'actine : c'est la bande l (B). La par la fixation des ions Ca2-1- sur les sites de la région dans laquelle les filaments d'actine et de troponine (cf. p. 36 à 39). myosine se chevauchent correspond optiquement à la bande A :
- 41. 36 Nerf et Muscle Constitution et fonctionnement du bande l et la zone H se raccourcissent. Quand, muscle squelettique II à la fin, les filaments épais rencontrent la ligne Z, le muscle se trouve à son maximum de Les unités motrices du muscle squelettique sont raccourcissement : normalement activées par leur propre les extrémités des filaments fins se recouvrent motoneurone (cf. p. 32). L'arrivée du potentiel alors (cf. p. 41. C). d'action du nerf à la terminaison nerveuse libère un médiateur chimique, l'acétylcholine, qui induit L'ATP est nécessaire au glissement des la formation de « courants de plaque » dont la filaments (donc à la contraction musculaire) (cf. sommation spatiale et temporelle provoque (cf. p. 19 et suiv.) ; les part/es céphaliques de la p. 28) une excitation supraliminaire entraînant myosine (ou têtes de myosine. cf. p. 35, C) un potentiel d'action qui sera propagé le long du possèdent la propriété de dissocier l'ATP sarcolemme vers toutes les fibres musculaires (activité ATPasique). Les têtes de myosine se (cellules musculaires). Cette membrane cel- fixent aux filaments fins en formant un angle lulaire présente, en de nombreux endroits, des donné (C). A la suite d'une modification invaginations verticales en direction des structurale de la molécule de myosine, les myofibrilles : ce sont les tubules transverses parties céphalique et cervicale de cette encore appelés système T (A). molécule accentuent leur angulation, à la manière d'une articulation (cf. p. 34 et suiv.) et Le réticulum endoplasmique (cf. p. 4) est un peu entraînent par là même le filament fin dans leur différent dans la cellule musculaire et on mouvement (théorie des filaments glissants, C l'appelle réticulum sarcoplasmique (A). Il est et cf. p. 38). formé de compartiments fermés (sans communication avec le milieu extracellulaire), La traction au niveau des deux extrémités d'un qui sont disposés parallèlement aux myofibrilles filament épais de myosine s'effectue en sens ce sont les tubules longitudinaux (A). Ces opposé entre l'une et l'autre extrémité (cf. p. tubules longitudinaux servent de réservoir aux 35), de telle manière que la zone de ions Ca2+. recouvrement entre actine et myosine, de part et d'autre de la ligne Z, tend à augmenter. Il Le système T est en liaison avec les vésicules s'ensuit un raccourcissement du sarcomère, aux terminales des tubules longitudinaux. Au micro- deux extrémités du faisceau de myosine (cf. p. scope, on voit des triades formées par la 35). réunion, à leur extrémité, de deux tubules Un seul cycle de glissement raccourcit un longitudinaux et d'un tubule transverse (A). sarcomère de 2 X 8 nm. Pour un sarcomère Le potentiel d'action se propage rapidement le d'environ 2 µm, le raccourcissement est de long du système T, lequel fait partie du milieu l'ordre de 1 %. Cela signifie que pour toute la extracellulaire, vers la profondeur de la fibre fibre musculaire (dont la longueur maximale est musculaire. Là, il produit une libération de Ca2+ de 20 cm), formée de sarcomères disposés en par les tubules longitudinaux avoisinants ; série, le raccourcissement est aussi de 1 %. l'élévation de la concentration intracellulaire en Une secousse musculaire pouvant entraîner Ca2+ qui passe de 0,01 µmol/l au repos à 1-10 jusqu'à 50 % de raccourcissement, il est donc (µmol/l, entraîne une suite de réactions indispensable que le cycle précédant se provoquant finalement les secousses renouvelle : liaison des têtes - rotation des têtes musculaires : cet ensemble de réactions est et glissement - séparation ou rupture des appelé couplage excitation-contraction (B; cf. liaisons - traction des têtes de myosine - p. 38). rattachement sur un site d'insertion voisin des filaments d'actine. etc. (C). Les filaments d'actine et de myosine d'un sarcomère (cf. p. 34) sont disposés de telle manière qu'ils peuvent s'emboîter. C'est le glissement des filaments qui conduit au raccourcissement du muscle ; c'est ainsi que les lignes Z se rapprochent les unes des autres et la zone de recouvrement entre filaments fins et filaments épais augmente (la longueur des filaments reste inchangée!). La
- 43. 38 Nerf et Muscle Mécanisme moléculaire de la contraction n'est plus synthétisé. Cela signifie d'une part, musculaire que le Ca2+ ne peut plus être repompé dans les La contraction musculaire nécessite non tubules longitudinaux ; d'autre part, que l'ATP seulement de l'actine et de la myosine mais ne peut plus être à la disposition des complexes aussi la présence de Ca2+, de Mg2+, d'ATP et A-M stables. Le muscle devient alors d'ATPase. inextensible : cet état caractérise la rigidité cadavérique; Le Ca2+ est stocké dans les tubules longitu- celle-ci disparaît seulement lors de la dinaux du réticulum sarcoplasmique ; sa décomposition des molécules d'actine et de concentration y est élevée (cf. p. 36). Le myosine. potentiel d'action se propage au niveau du système T de toutes les fibres musculaires et La présence d'ATP provoque simultanément la provoque la libération momentanée du Ca2+ des dissociation des ponts actine-myosine et le tubules longitudinaux. La concentration du Ca2+ redressement des têtes de myosine (45° → 90°. dans les fibres musculaires est alors multipliée A4), avant que l'ATP ne reforme le complexe par 1 000 environ. Ce Ca2+ libéré se fixe à la myosine-ATP. Lorsque la concentration troponine qui, par l'intermédiaire de la intracellulaire en Ca2+ est suffisamment élevée, tropomyosine, permet la création de ponts ou de nouveaux cycles A1-A4 peuvent se liaisons entre l'actine et la myosine (A et cf. p. reproduire (jusqu'à 50 secousses musculaires) ; 34 et suiv.). Une fois cette réaction terminée, le cela dépend avant tout de la fréquence des Ca2+ se réaccumule aussitôt dans les tubules potentiels d'action. Chaque arrivée d'un PA longitudinaux (transport actif. A et cf. p. 11). Le entraîne un cycle; transport de deux ions Ca2+ nécessite les têtes de myosine n'agissant pas de façon l'utilisation d'une molécule d'ATP. La réunion de synchronisée (la concentration musculaire se deux têtes de myosine (M) en une molécule de fait donc par saccades ou secousses myosine nécessite aussi une molécule d'ATP. consécutives). En fait, les têtes de myosine ont L'ensemble forme alors un complexe (ATP- un mouvement de va-et-vient asynchrone. A myosine) qui réalise avec la partie céphalique chaque instant, une partie est en action mais, (cf. p. 35) un angle de 90°. Pendant que la statistiquement, ce mouvement de bascule concentration en Ca2+ est élevée, se forment les touche toujours le même nombre de têtes de ponts entre les têtes de myosine et l'actine (A). myosine, ce qui produit une continuité dans la L'actine active alors l'ATPase des têtes de réalisation et l'efficacité de la contraction. Une myosine et provoque l'hydrolyse de l'ATP chute de la concentration intracellulaire en Ca2+ (ATP→ADP + Pi). Ces réactions nécessitent en-dessous de 1 (µmol/l arrête le cycle de aussi 3 mmol/l d'ions Mg2+. Il s'ensuit la glissement des filaments (retour à la position de formation d'un complexe A-M-ADP-Pi (Al). Le Pi repos. A). (phosphate inorganique) se détache alors de ce Le renouvellement des cycles de glissement est complexe et l'angle formé par les têtes de essentiel pour la contraction musculaire isotoni- myosine (qui ont pivoté) passe de 90° à 50° que, c'est-à-dire pour une contraction avec (A2a), ce qui provoque le glissement du filament raccourcissement du muscle. Lors d'une de myosine sur celui d'actine. La libération contraction isométrique importante (augmenta- d'ADP amène les têtes de myosine dans leur tion de la tension du muscle sans raccourcisse- position finale (45°), terminant ainsi le ment), la rotation des têtes de myosine devient glissement (A2b). L'excédent de complexe A-M à la longue impossible, tant et si bien que le reste stable {« complexe de rigidité »} et peut complexe M-ATP (A3) se transforme vraisem- uniquement être « régénéré » par fixation d'ATP blablement en complexe A-M-ADP-Pi (Al). La sur les têtes de myosine : c'est cette fixation tension musculaire résulte directement de ces d'ATP qui entraîne la relaxation, c'est-à-dire le mouvements de bascule des têtes de myosine. « ramollissement » du complexe A-M. La faible C'est pourquoi, l'on pense que les parties élongation des muscles au repos est par cervicocéphaliques de la myosine se situent au exemple importante pour le remplissage niveau de la composante élastique en série du cardiaque ou pour un faible relâchement du muscle (cf. p. 40). muscle étiré au cours d'un mouvement rapide de flexion. Dans le muscle d'un organisme mort, l'ATP
- 45. 40 Nerf et Muscle Propriétés mécaniques du muscle 1 l'action pharmacologique de la caféine par La formation d'un potentiel de plaque supra- exemple. La contraction des fibres toniques liminaire (cf. p. 32) provoque, dans le muscle, (comme les fibres des muscles oculaires exter- l'apparition d'un potentiel d'action (PA ; nes ou du fuseau neuromusculaire ; cf. p. 278) maximum de dépolarisation au bout de 2 ms est une contracture. Ces fibres répondent à une environ, cf. p. 31 ; A2) qui se propage très stimulation non par une réponse « par tout ou rapidement (2 m/s) sur les fibres musculaires au rien », mais leur contraction est proportionnelle travers du système T. La concentration à l'importance de la dépolarisation locale (sans intracellulaire en Ca2+ devient maximale au bout aucun PA). Dans ce cas, la contraction est 1 de 10 ms, la secousse musculaire pouvant modulée par les variations de la concentration î apparaître dès 10 ms (par exemple pour les en Ca2+. muscles oculaires externes) ou n'apparaissant Le tonus (tonus réflexe) de la musculature que plus tard et jusqu'à 100 ms après (muscle squelettique est, en général, consécutif à un PA soléaire. cf. p. 37). L'augmentation par paliers d'unités motrices isolées. Si aucune ' secousse de la force musculaire est liée : a) aux isolée n'est perceptible, c'est parce que les diverses formes de recrutement (cf. p. 32) et b) unités motrices fonctionnent en décalage de aux modifications de fréquence du potentiel phase les unes par rapport aux autres (de façon d'action. asynchrone), et amènent les réponses des Une excitation isolée provoque toujours une fibres individuelles à fusionner en une libération maximale de Ca2+ et une secousse contraction régulière globale. Les muscles isolée maximale des fibres musculaires sque- posturaux, en particulier, paraissent en état de lettiques (loi du tout ou rien). Mais comme repos alors qu'ils sont, bien involontairement, l'excitation est trop brève pour que le glissement dans un état de tension: des filaments, relativement lent. soit maintenu cet état peut être modifié de façon réflexe (cf. p. pour toucher l'ensemble des « sites d'activité » 278 et suiv.) : il est en effet augmenté par une entre actine et myosine, une excitation isolée ne attention plus soutenue. provoque pas le raccourcissement maximal Une contraction musculaire se situe généra- possible de la fibre musculaire. L'arrivée d'une lement entre deux situations extrêmes : autre secousse isolée consécutive à une autre a) contraction isométrique : la longueur du muscle stimulation entraîne un raccourcissement un reste constante, mais sa tension change ; b) peu plus important. Un tel renouvellement des contraction isotonique : il y a raccourcissement du muscle, mais la tension ou la charge demeure stimulations conduit graduellement à la inchangée (A). On parle de contraction auxotonique sommation (superposition) des secousses lorsque la longueur et la tension du muscle changent isolées (B). Si la fréquence de stimulation simultanément. Si une contraction isométrique est augmente (de 20 Hz pour les muscles lents à suivie d'une contraction isotonique ou auxotonique, on 60-100 Hz pour les muscles rapides, cf. p. 32), parle de contraction à postcharge (cf. p. 182). on obtient la contraction maximale possible de Le muscle est composé d'éléments élastiques; ceux-ci l'unité motrice : le tétanos (B). Au cours du sont placés soit en série, soit en parallèle par rapport tétanos complet. la force développée est au aux sarcomères (A) ; on différencie : maximum égale à 4 fois la force produite par 1 ) une composante élastique en parallèle (CEP) qui une secousse isolée. Alors que lors de la est représentée par la membrane des fibres superposition consécutive à deux excitations musculaires (sarcolemme) et par le tissu conjonctif de isolées la concentration en Ca2+ diminue, lors soutien (tissu interfibrillaire) et qui empêche, au repos, du tétanos, elle reste élevée. le démantèlement des filaments. La force de cet élément élastique en parallèle (CEP) est représentée Au cours du tétanos (cf. p. 38), si on mesure la quantitativement par la courbe tension/longueur de durée de raccourcissement du muscle on repos (cf. p. 43, A et B) ; 2) une composante élastique en série (CES) qui intervient surtout lors de s'aperçoit qu'elle est différente de celle obtenue la contraction isométrique, pour laquelle le muscle lors de la contracture. La contracture n'est pas dans son ensemble ne se raccourcit pas. Ainsi, les due à la reconduction du potentiel d'action (PA), fibres collagène (les tendons notamment) s'allongent mais provient soit d'une dépolarisation locale un peu lorsque s'effectue le glissement des filaments ème prolongée par exemple lors de l'augmentation d'actine et de myosine alors que la 2 partie du CES de la concentration du K+ extracellulaire représentée par les parties cervicocéphaliques de la (contracture liée au K+), soit d'une inhibition de myosine assure le glissement des filaments (cf. p. 38) la libération du Ca2+ cellulaire consécutive à
- 47. 42 Nerf et Muscle Propriétés mécaniques du muscle II que le muscle cardiaque, ce qui signifie que II existe une étroite relation entre la longueur pour un même allongement, la tension (L) du muscle et sa tension encore appelée passive de repos du muscle cardiaque est force (T; B et cf. p. 41 C). La tension globale plus grande que celle du muscle est la somme de la tension active et de la squelettique. tension de repos. 2. Le muscle squelettique travaille normalement La tension active dépend du nombre de ponts au niveau du plateau de la courbe tension- entre actine et myosine, et augmente donc longueur, tandis que le muscle cardiaque d'abord avec la longueur du sarcomère (A). La travaille dans la partie ascendante, la courbe tension active (To) la plus élevée (tension tension-longueur ne possédant alors pas de isométrique) que le muscle puisse développer plateau (B), ce qui donne au cœur une zone est obtenue pour la plus grande longueur de d'activité supplémentaire (traduit par le repos (LMax. longueur du sarcomère de 2 à 2,2 mécanisme de Frank-Starling). |µm ; cf. p. 41, C). Avec le raccourcissement du 3. La période réfractaire du muscle cardiaque sarcomère (L < LMax) les filaments fins se touche à sa fin lorsque la contraction du cœur recouvrent partiellement, et il n'est possible de est presque terminée (potentiel d'action long, développer qu'une tension inférieure à To (cf. p. cf. p. 45). Le muscle cardiaque n'est donc 41, C). Pour une longueur L = 70 % de LMax pas tétanisable comme le muscle (longueur du sarcomère de 1,65 µm), les squelettique. filaments épais sont contigus aux lignes Z, tant et si bien que T va encore diminuer. D'autre 4. Dans le muscle cardiaque, il n'y a pas d'unité part, pour un arrangement des filaments motrice (cf. p. 32). Contrairement à ce qui se donnant une plus grande longueur au passe pour le muscle squelettique, l'excitation sarcomère (L > LMax) la tension développée est s'étend à tout le myocarde depuis l'oreillette de même amoindrie, parce que le nombre de jusqu'aux ventricules selon la loi du tout ou ponts de liaison entre actine et myosine diminue rien. (cf. p. 41, C). 5. La force de contraction du muscle cardiaque La relation tension-longueur du muscle peut peut varier avec la durée du potentiel d'action être modifiée par un changement de la : celle-ci se modifie par changement de concentration intracellulaire du Ca2+. Cette conduction du flux de Ca2+ entrant dans la régulation homéométrique de la réponse cellule (cf. p. 166). musculaire joue un rôle important au niveau du La vitesse de raccourcissement d'une muscle cardiaque. contraction (contraction isotonique) est d'autant La tension de repos augmente avec l'allon- plus faible que la charge (force) est élevée gement de repos du muscle (L > LMax). Pour un (diagramme force-vitesse; C). La force allongement correspondant à 130 % de LMax , la maximale ou tension maximale (plus un peu de tension de repos représente la part essentielle chaleur) est développée lorsqu'il n'y a aucun de la force totale (A et B). raccourcissement. La vitesse de raccourcisse- ment maximale (pour le biceps environ 7 m/s) et La courbe tension-longueur correspond pour le beaucoup de chaleur sont obtenues pour une cœur au diagramme pression-volume : charge nulle du muscle. Les faibles charges au lieu de prendre en considération la longueur peuvent être levées plus rapidement que les du muscle, on mesure le volume télédiastolique, charges lourdes (C). L'ensemble de la produc- et au lieu de la tension, on étudie la pression tion d'énergie : travail développé plus chaleur, ventriculaire (cf. p. 182 et suiv.). La pression est plus important pour une contraction isotoni- télédiastolique de repos est fonction du que que pour une contraction isométrique (cf. p. remplissage, de telle manière que le volume 46 : production de chaleur lors de la contraction télédiastolique détermine l'éjection du cœur : musculaire). c'est le mécanisme de Frank-Starling (cf. p. 182 et suiv.). Différences essentielles entre le muscle cardiaque et le muscle squelettique (cf. aussi p. 45) 1. Le muscle squelettique est plus extensible
- 49. 44 Nerf et Muscle La musculature lisse l'estomac, l'intestin (cf. p. 210), la vessie, l'uretère, l'utérus appartiennent au type de muscle lisse unitaire. On appelle muscles lisses tous les types de muscles Leurs cellules musculaires sont en grande partie qui n'ont pas de stries transversales. Ils revêtent une reliées entre elles par des ponts (gap junctions, cf. p. très grande importance clinique parce qu'ils prennent 7, D) qui sont hautement perméables aux ions. part à beaucoup de fonctions d'organes (estomac, L'excitation est autonome et apparaît au niveau des intestin, vessie, utérus, bronches, etc.) et parce qu'ils jonctions entre les cellules (celles-ci jouent le rôle de participent à la régulation circulatoire par l'intermédiaire pacemaker comme les cellules nodales du tissu des vaisseaux sanguins. cardiaque ; cf. p. 206) qui se dépolarisent La musculature lisse contient des filaments spontanément ; l'excitation se propage alors à travers d'actine F (cf. p. 35) ainsi qu'une variété de les gap junctions vers toutes les cellules musculaires myosine ; toutefois, on ne rencontre que peu de (muscle lisse unitaire). La contraction de ces muscles est aussi indépendante de toute innervation filaments épais (cf. p. 35). La contraction est en extrinsèque, et persiste souvent plus ou moins général 100 fois plus lente que dans le muscle longtemps à un niveau élevé : c'est le tonus squelettique. Il n'y a ni division en sarcomères, myogénique. L'allongement de ces muscles entraîne ni strie transversal, ni système tubulaire (cf. p. une dépolarisation et par là même une augmentation 36). Le potentiel membranaire de la du tonus. La musculature des petits vaisseaux musculature lisse est souvent instable, il change sanguins prédomine dans cette catégorie de muscles. par modification du rythme avec une fréquence La contraction occasionnée par cet allongement est l'un des mécanismes qui permettent l'autorégulation et une amplitude basses (par exemple 3-15/min des débits périphériques (cf. p. 176). et 10-20 mV pour le tractus intestinal). Si la 2. Le deuxième type de muscle lisse, dit multiunitaire, dépolarisation en rapport avec des ondes se rencontre dans la plupart des vaisseaux sanguins d'excitation lentes dépasse un certain seuil, un mais aussi à une moindre échelle dans l'iris et les train de potentiels d'action (spikes) est corps ciliaires. Ici. l'excitation dépend moins du produit, dont le nombre et la fréquence sont muscle lui-même que du système neurové- d'autant plus élevés que la dépolarisation gétatif : c'est le tonus neurogène. Ce type de spontanée est lente. Environ 150 ms après ces muscle lisse ne possède pas de gap junctions, pointes, apparaît une contraction qui augmente aussi l'excitation reste-t-elle souvent localisée à puis diminue lentement et dont le maximum est l'unité motrice (cf. p. 32, Muscle lisse atteint 500 ms après le potentiel de pointe (A, multiunitaire). diagramme de gauche). La contraction est d'autant plus longue que le nombre de spikes Outre l'acétylcholine et l'adrénaline, est élevé ; aussi, est-il possible d'établir une médiateurs des terminaisons nerveuses du comparaison avec le muscle squelettique. Pour système nerveux végétatif (cf. p. 54 et suiv.), les de faibles spikes, on observe déjà une fusion hormones agissent aussi sur la musculature des secousses (tétanos, cf. p. 40). A la suite de lisse. Ainsi par exemple, le muscle utérin est ces contractions continues, il se produit dans la sensible aux œstrogènes, à la progestérone et musculature lisse un état plus ou moins à l'ocytocine (cf. p. 262 et suiv.) ; important de contraction appelé « tonus ». Pour le muscle lisse vasculaire est, quant à lui, certains muscles lisses, le spike reste sensible à l'histamine, à l'angiotensine II, à longtemps en plateau et rappelle ainsi le PA du l'hormone antidiurétique, à la sérotine, à la cœur (A, diagramme du milieu). bradykinine. etc. Comme dans les autres types de muscle, le Il existe aussi une courbe tension-longueur pour potentiel membranaire des muscles lisses est la musculature lisse (cf. p. 42 et suiv.) ; ici, on souvent dépendant du gradient de K+ (cf. p. 24). voit cependant que, pour un allongement Le flux entrant de Ca2+ (depuis le milieu donné, la tension développée diminue extracellulaire) est à l'origine des contractions progressivement. Cette propriété est appelée de la musculature lisse, et le rôle de la plasticité du muscle lisse. Les conséquences troponine (du muscle squelettique, cf. p. 34) est de cette plasticité peuvent être observées par vraisemblablement favorisé dans le muscle lisse exemple au travers des possibilités de par la calmoduline (cf. p. 17). distension de la vessie : la tension exercée par les parois musculaires (et donc la pression A partir de la nature de leur excitation, il est interne) augmente dans un premier temps possible de distinguer deux types de muscles lorsque la vessie est presque pleine, et c'est à lisses : ce moment-là seulement que se produit le 1. Les muscles lisses présents dans la paroi des besoin d'uriner. organes creux (muscle lisse viscéral) comme
- 51. 46 Nerf et Muscle Les sources d'énergie de la contraction lyse aérobie du glucose beaucoup plus productrice musculaire d'énergie. Si cependant, pour des exercices plus difficiles, la production d'énergie aérobique est L'énergie mécanique de la contraction mus- insuffisante pour couvrir les besoins, la glycolyse culaire provient directement de l'énergie chi- anaérobie commence dans le même temps. Le mique (ATP ; cf. p. 20). Elle est stockée dans le glucose sanguin n'est pas dégradé en acide lactique muscle, surtout sous forme de glycogène (le gain d'énergie dans ce cas n'est que de | 2 moles (environ 100µmol d'unité glucose/g de muscle). d'ATP/mole de glucose, alors | qu'1 ATP est L'hydrolyse du glucose (glycolyse, B) entraîne nécessaire pour la phosphorylation du glucose). Cette voie énergétique est i de toute manière limitée par la formation d'adénosine triphosphate (ATP), l'accumulation d'acide lactique, lequel est tamponné molécule riche en énergie. C'est la source sous forme de lactate (p. 110). directe de l'énergie de la contraction musculaire (A). Par suite du glissement des Le prolongement de l'activité musculaire est seulement possible si l'énergie est produite par filaments, l'ATP se transforme en ADP. hydrolyse aérobie du glucose (2 + 34 moles molécule moins riche en énergie (cf. p. 38). d'ATP/mole de glucose !) et des acides gras (B3). Le Cette hydrolyse de l'ATP ne nécessitant pas débit sanguin musculaire, la performance cardiaque, la d’oxygène, la contraction musculaire peut se respiration etc. doivent être augmentés jusqu'à poursuivre en snaérobiose. L'ATP utilisé est permettre un apport énergétique suffisant aux muscles presque aussitôt régénéré. Trois processus (la fréquence cardiaque devient alors stable ; p. 49, B). peuvent être utilisés : Plusieurs minutes s'écoulent avant que cet « état 1. l'hydrolyse de la créatine phosphate (A) stable » ne soit atteint ; pendant ce temps les besoins sont couverts, d'une part par une production est une source d'énergie rapidement énergétique anaérobique (voir ci-dessus), d'autre part, disponible, mais elle est limitée, par utilisation des réserves d'oxygène du muscle 2. la glycolyse anaérobie, par exemple la (myoglobine) et par une augmentation de l'extraction dégradation du glycogène ou du glucose en de l'oxygène du sang. Le passage d'une phase à une acide lactique, autre est souvent perçu comme un moment 3. la phosphorylation oxydative provient de la d'épuisement et de fatigue. combustion du glucose en présence d'Os, ce La puissance maximale atteinte par des athlètes de qui donne du CO2 et de l'eau (B et cf. p. 196) haut niveau est d'environ 370 W et dépend ; cette réaction libératrice de beaucoup d'ATP premièrement de la rapidité de l'apport d'O 2 et de ne dépend pas uniquement de l'02, c'est en l'hydrolyse anaérobie du glucose et des acides gras. Si effet un procédé relativement lent. cette limite est dépassée, l'équilibre entre le métabolisme et la fonction cardiovasculaire n'est pas La créatine phosphate (CP) : le muscle obtenu (la fréquence, par exemple, continue contient une réserve d'énergie rapidement d'augmenter; cf. p. 49). Bien que l'apport énergétique disponible, la créatine phosphate. Cette énergie puisse être temporairement augmenté par continuation de la glycolyse anaérobique (voir ci- importante présente dans les liaisons dessus) l'acide lactique formé diminue le pH, phosphates peut être reformée à partir de l'ADP simultanément aux niveaux musculaire et systémique. (en anaérobiose), l'ATP est ainsi régénéré (B1). En conséquence les réactions chimiques nécessaires Alors que la concentration en ATP d'environ 5 à la contraction musculaire sont inhibées, aboutissant µmol/g de muscle permet à peu près 10 ainsi à un manque d'ATP et à l'apparition d'une fatigue contractions musculaires, celle de la créatine entraînant l'arrêt de l'exercice. phosphate est de l'ordre de 25 µmol/g de Lors de l'hydrolyse de la CP et de la glycolyse aérobie, muscle et permet d'obtenir les 50 contractions l'organisme contracte une dette d'O2, qui permet suivantes avant que les réserves ne soient d'accomplir des performances brèves d'environ 40 s, épuisées. Grâce à l'énergie de la ceci étant consécutif à une oxydation aérobique phosphocréatine, un exercice court (10 à 20 s) relativement lente du glucose. Pendant la phase de récupération, la dette d’O2 (maximum d'environ 20 I) mais important (par exemple une course de doit être remboursée, ce qui explique que la 100 m) peut être accompli. consommation d'O2 reste encore relativement élevée Pour les exercices de plus longue durée, le glycogène pendant quelques minutes, bien que le sujet soit au musculaire doit être dégradé. La glycolyse anaérobie repos. Le maintien d'une activité cardiaque et commence plus tardivement que la dégradation de la respiratoire élevée durant la phase de récupération est créatine phosphate (au maximum après 0,5 min). Les une des raisons qui font que plus d'O2 doit être réserves de glycogène du muscle sont transformées remboursé par rapport à ce qui a été emprunté. Les en acide lactique via le glucose-6-phosphate, avec transformations énergétiques ayant lieu durant la production de 3 moles d'ATP par mole de glucose récupération permettent principalement de reconstituer (B2). Pour des exercices légers, ce type de formation les réserves de CP, d'O 2 et de glycogène, utilisant en d'ATP est suivi après environ 1 minute par une hydro- partie le lactate accumulé.
- 53. 48 Nerf et Muscle systolique (cf. p. 160) s'élève jusqu'à une valeur de 25 L'organisme lors de l'exercice kPa (185 mmHg), tandis que la pression diastolique musculaire demeure inchangée. On peut distinguer trois types de travail musculaire : L'augmentation du débit cardiaque ne vient pas 1. le travail dynamique « positif » : on observe une seulement de l'augmentation des besoins musculaires, alternance de phases de contraction fournissant mais aussi de la nécessité d'augmenter le débit cutané certaines performances et de phases de (pour évacuer la chaleur produite; cf. p. 192 et suiv.); relâchement (par exemple lors d'une ascension en montagne). pendant ce temps, les débits sanguins du rein 2. le travail dynamique « négatif » : ici un et de 'appareil digestif deviennent inférieurs à allongement musculaire limité (travail de freinage) leur valeur de repos (A). alterne avec une contraction sans post-charge (par exempte lors d'une descente en montagne). Le débit sanguin cutané (environ 0,5 l au repos) 3. le travail de maintien statural (par exemple lors de augmente jusqu'à environ 2 l/min lors de travaux la position de repos debout). pénibles mais retrouve sa valeur de repos durant les Pour un certain nombre d'activités, il y a combinaison exercices maximum prolongés. En conséquence, la de deux ou trois de ces types de travail. température centrale augmente ; ce facteur limite ainsi les exercices musculaires maximum à une courte Lors de l'exercice musculaire dynamique rythmé (ou durée. répété), un travail mécanique est effectué vers l'extérieur, alors qu'au cours du travail de maintien Pour un exercice de faible ou de moyenne puissance, postural, ce n'est plus le cas puisque le produit de la la lactatémie et la fréquence cardiaque atteignent force par le déplacement est nul (force X déplacement rapidement une nouvelle valeur qui reste en plateau = 0; cf. p. 327). Pourtant, il y a là aussi dépense d'énergie chimique (elle est totalement transformée en tant que dure l'exercice (pas de signe de fatigue) ; par chaleur : conservation de l'énergie). La mesure de contre, pour un exercice de puissance élevée, celui-ci cette dépense d'énergie correspond au produit de la doit être interrompu après un bref laps de temps, car le force musculaire par le temps de travail ou de maintien cœur ne peut plus atteindre le niveau de travail requis de l'exercice. (B). Lors d'un travail musculaire important, les muscles Le débit ventilatoire s'élève et passe de 6-8 l/min nécessitent 500 fois plus d'oxygène que lors du repos (valeur de repos) à 100 l/min (C1, 3). Cette musculaire. Simultanément, l'organisme doit évacuer modification est possible grâce à une augmentation de les produits de déchets du métabolisme ; CO2 et la fréquence respiratoire (C2) et du volume courant. La lactates (cf. p. 46) sont en effet accrus. Aussi, le combinaison d'une augmentation simultanée de la travail musculaire provoque des actions régulatrices au ventilation et du débit cardiaque permet d'élever niveau du système cardiocirculatoire et respiratoire. l'extraction d'O2 de 0,3 l/min (au repos) à 4-5 l/min Débit sanguin (A) : l'augmentation du débit (C4). sanguin est la conséquence de modifications L'extraction d'O2 au niveau des capillaires tissulaires chimiques locales du sang : augmente, parce que l'acidose métabolique (cf. p. 114) cette action locale vasodilatatrice est consécutive à consécutive à l'accumulation d'acide lactique (cf. p. 46) l'augmentation de la PCO2 à la diminution de la PO2, et et l'augmentation de la température (cf. p. 101 ) du pH ainsi qu'à l'accumulation de lactates, etc. (cf. p. déplacent la courbe de dissociation de 46). Lors du simple travail de maintien, cette élévation l'oxyhémoglobine vers la droite. de débit peut parfois être entravée par la contraction permanente du muscle qui comprime ses propres L'entraînement chez un sportif ne sert pas seulement à vaisseaux. C'est pourquoi le muscle se fatigue plus accroître sa musculature ou améliorer son adresse : sa vite lors du travail statique de maintien postural que lactatémie augmente plus faiblement et par là même lors de l'exercice dynamique (travail périodique). plus tardivement que chez le non entraîné Cœur : lors de l'exercice musculaire maximal, le débit (sédentaire). Ceci provient du fait que l'entraînement sanguin musculaire est augmenté grâce à l'élévation accroît le nombre de mitochondries, ce qui permet une du débit cardiaque ; celui-ci atteint 25 l/min environ, meilleure utilisation du glucose par la voie du soit 4 à 5 fois la valeur de repos (débit cardiaque ; cf. métabolisme oxydatif aérobie. p. 154) ; il peut même atteindre 30 l/min pour L'entraînement sportif accroît le volume systolique et le certains exercices. Ceci est | obtenu par élévation de volume courant, ce qui entraîne la diminution des fréquences cardiaque et respiratoire de repos, mais la fréquence cardiaque (B), ainsi que par permet également d'obtenir pendant l'exercice un débit augmentation du volume systolique d'environ 1,2 cardiaque et ventilatoire supérieur à celui des sujets fois le volume de repos. La pression artérielle non entraînés.
- 55. 50 Système nerveux végétatif Organisation du système nerveux suiv.) : le système sympathique et le système végétatif parasympathique. Les centres végétatifs Le système nerveux (SN) de la «vie de relation» correspondant se situent, pour le système (nerfs des muscles squelettiques, de la sympathique dans la moelle thoracique et sensibilité superficielle, des organes des sens, lombaire, pour le système parasympathique etc.) répond en général aux stimuli externes par dans le tronc cérébral (en ce qui concerne les une réponse vers l'extérieur (réflexe de fuite par yeux. les glandes et les organes innervés par le exemple) (cf. p. 280). Beaucoup d'activités du nerf vague) et dans la moelle sacrée (en ce qui SN somatique sont sous le contrôle de la concerne la vessie, une partie du gros intestin volonté et se déroulent consciemment. Le SN et les organes génitaux; A). Les fibres végétatif, par contre, régule les fonctions sympathiques préganglionnaires de la moelle organiques internes, les adapte aux besoins épinière se terminent dans les ganglions du du moment et contrôle les fonctions dites tronc sympathique, dans les ganglions du cou et végétatives de l'organisme. Comme ces de l'abdomen ou dans les ganglions terminaux. activités échappent au contrôle volontaire, le SN C'est là que se transmet le signal végétatif est aussi appelé SN autonome. cholinergique (le neuromédiateur étant l'acétylcholine ; cf. p. 54) aux fibres post- A la périphérie, le SN végétatif et le SN de la vie ganglionnaires. Ces fibres post-ganglionnaires de relation sont anatomiquement et fonction- sont adrénergiques : elles stimulent les organes nellement bien séparés, alors qu'il existe des terminaux (excepté les glandes sudoripares) liens étroits entre les deux au niveau du SN grace à la noradrénaline qui joue ici le rôle de central (cf. p. 232 et 290). médiateur (A et cf. p. 56). L'arc réflexe (cf. p. 278 et suiv.) avec ses voies Les fibres préganglionnaires du système afférentes [vers le système nerveux central parasympathique partent du cerveau, (SNC)] et ses voies efférentes (vers la empruntent les nerfs crâniens et gagnent les périphérie) symbolise la base fonctionnelle du muscles et glandes de la tête (nerfs III, VII et SN végétatif. Les fibres afférentes véhiculent IX) et les organes du tronc et des membres les informations relatives à la douleur et celles (nerf X). Les fibres nerveuses de la moelle qui émanent des mécano- et chémorécepteurs sacrée atteignent les organes pelviens par des poumons, du tube digestif et du système l'intermédiaire des nerfs pelviens. Les vasculaire. Les fibres efférentes commandent ganglions du système parasympathique se les réponses réflexes des muscles lisses (cf. p. situent à proximité ou même à l'intérieur de 44) des différents organes (vaisseaux sanguins, l'organe cible. Le neuromédiateur du système yeux, poumons, appareil digestif, vessie, parasympathique est l'acétylcholine, aussi organes génitaux, etc.) et le fonctionnement du bien dans le ganglion que dans l'organe cœur (cf. p. 166) et des glandes (cf. p. 204 et terminal (cf. p. 54). suiv.). Les voies périphériques efférentes du SN La plupart des organes sont innervés par les végétatif se composent de fibres deux systèmes : sympathique et parasympa- préganglionnaires qui entrent en synapse thique ; ainsi, leur réponse à chacun des deux avec les fibres post-ganglionnaires dans les systèmes peut être opposée (antagoniste. ganglions. Des réflexes simples peuvent se dans le cœur par exemple) ou presque dérouler à 'intérieur d'un organe (cf. p. 210). identique (dans les glandes salivaires par Par contre, les mécanismes plus complexes exemple; cf. p. 204 et suiv.). La médullo- sont contrôlés par les centres végétatifs surrénale est une glande mixte, à la fois supérieurs du SNC dont l'hypothalamus (cf. ganglion sympathique et glande à sécrétion p. 290) est le centre d'intégration le plus élevé ; hormonale : des fibres préganglionnaires du il englobe le SN végétatif dans l'élaboration de système sympathique y libèrent de l'adrénaline ses programmes. Le cortex est un niveau et de la noradrénaline dans la circulation (cf. p. supérieur d'intégration du SNC avec les autres 58). systèmes. Il existe aussi d'autres types de réflexes dans lesquels le système nerveux végétatif comme le SN somatique sont séparés. Le SN végétatif se compose de deux parties distinctes tant du point de vue anatomique que du point de vue fonctionnel (A et cf. p. 52 et
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- 58. 54 Système nerveux végétatif L'acétylcholine comme neuromédiateur peut atteindre plusieurs centaines de Hz, dans les motoneurones par exemple (cf. p. 32), le L'acétylcholine (ACh) est le neuromédiateur clivage de l'ACh doit se faire en quelques ms au niveau : 1 ) de toutes les terminaisons pour permettre une repolarisation de la nerveuses végétatives préganglionnaires ', 2) membrane entre deux potentiels d'actions (cf. p. de toutes les terminaisons nerveuses 26 et suiv.). végétatives parasympathiques post-gan- Par contre, la dégradation (hydrolyse) de glionnaires', 3) de quelques terminaisons l'acétylcholine des terminaisons post-gan- sympathiques post-ganglionnaires (cf. p. 53) ; 4) glionnaires (avec une fréquence de décharge de la jonction neuromusculaire (cf. p. 32) et 5) moindre) est beaucoup moins rapide. de quelques synapses du SN central. Quelques innervations cholinergiques sont à l'origine de On peut mettre en évidence deux types de l'activité de certains organes (par exemple le récepteurs cholinergiques : muscle squelettique) tandis que d'autres 1. Les récepteurs nicotiniques [ganglions modifient l'activité intrinsèque d'autres organes végétatifs, plaques motrices terminales des (par ex. le muscle lisse ou le système de muscles squelettiques, médullosurrénale, et conduction de l'excitation du cœur). aussi certains endroits du SNC). En plus de La synthèse de FACh s'effectue dans le leur réponse à l'ACh, ces récepteurs sont stimulés par la nicotine, qui toutefois a une cytoplasme des terminaisons nerveuses à partir action inhibitrice à concentration élevée. Les de la choline et de l'acétyl CoA. L''acétylcoen- récepteurs nicotiniques ne forment pas, zyme A (Ac. CoA) (acide acétique « activé ») se semble-t-il, un groupe homogène : quelques forme dans les mitochondries. Son groupement agents cholinergiques exciteurs ou inhibiteurs acétyl se fixe sur la choline grâce à la choline modulent la transmission cholinergique par le acétylase, enzyme synthétisée dans le soma de moyen de ces récepteurs, par exemple dans la cellule nerveuse et transportée le long de les cellules ganglionnaires et la plaque l'axoplasme (cf. p. 22) vers la terminaison motrice, de manière tout à fait sélective, alors nerveuse. La choline ne peut être synthétisée que l'effet inhibiteur du curare qui dérive de la dans le nerf ; elle est captée dans le milieu d-tubocurarine est partout identique. extracellulaire (ME) par transport actif (cf. p. 11). Ce transport constitue le facteur limitant de 2. Les récepteurs muscariniques (à certains la vitesse de synthèse de l'ACh. Dès sa endroits du SNC et sur les organes cibles libération dans la fente synaptique, l'ACh est cholinergiques parasympathiques) sont dégradée en choline qui est à son tour aussitôt stimulés par la muscarine (en plus de l'Ach). recaptée par la cellule nerveuse (A). Cette substance n'a pas d'effet sur les récepteurs nicotiniques. L'atropine inhibe les Stockage et libération d'ACh : dans la terminaison récepteurs muscariniques du cœur, des nerveuse, l'ACh est emmagasinée dans des vésicules (cf. p. 32). La quantité d'ACh contenue dans les muscles lisses, du SNC, etc. vésicules reste constante car la synthèse d'ACh En thérapeutique, on utilise le carbachol et la s'adapte en permanence à la quantité d'ACh libérée. pilocarpine pour leurs effets excitateurs sur le Le quantum d'ACh emmagasiné ou libéré par parasympathique {parasympathicomimétiques directs}. vésicule (cf. p. 32) contient environ 4 000 molécules Ils sont dégradés plus lentement que l'ACh par l'ACh- d'ACh. L'arrivée d'un potentiel d'action présynaptique estérase. Les parasympathicomimétiques indirects 2+ libère, consécutivement à une entrée de Ca (néostigmine, entre autres) agissent en inhibant l'ACh- (extracellulaire), plusieurs centaines de tels quanta (cf. estérase. Potentiellement, de tels agents anti ACh- p. 30 et suiv.) permettant l'établissement d'un PPSE estérase peuvent 1) stimuler les récepteurs muscarini- (cf. p. 30). Ce passage d'un potentiel présynaptique à ques des organes effecteurs autonomes (par ex. un potentiel post-synaptique est dû à un changement contraction prolongée des bronches), 2) stimuler et des propriétés membranaires : FACh augmente la consécutivement paralyser a) des récepteurs perméabilité ou la conductibilité de la membrane nicotiniques des ganglions autonomes et des muscles 2+ aux ions Na+. K+ et Ca (A et p. 16. F) ; au niveau du squelettiques et b) des récepteurs muscariniques du cœur, l'acétylcholine ne modifie que la conductibilité SNC. Cependant des doses thérapeutiques de tels + aux ions K (cf. p. 166). agents ne causent qu'une part de ces effets alors que L'effet de FACh s'arrête avec le clivage de la presque tous les effets sont observés aux doses élevées toxiques ou létales. Quelques insecticides molécule par une enzyme : l'acétyl- agissent ainsi, par ex. le paraxon qui est le métabolite cholinestérase (ACh-estérase). actif du parathion (E 605). Comme la fréquence des potentiels d'action
- 60. 56 Système nerveux végétatif La noradrénaline -Les récepteurs adrénergiques jouer le rôle de messager accessoire (cf. p. 244 et La noradrénaline (NA) ou norépinéphrine est suiv.). le médiateur de la plupart des terminaisons Les récepteurs α2 se rencontrent, notamment, dans le nerveuses sympathiques post-ganglionnaires et SNC, les reins, l'utérus, les glandes parotides, le de quelques synapses du SNC localisées pancréas, les mastocytes (dégranulation) et dans les particulièrement dans l'hypothalamus. thrombocytes ou plaquettes sanguines (agrégation) L'adrénaline (A) ou épinéphrine est libérée aussi bien qu'au niveau de certaines membranes par la médullosurrénale (cf. p. 58). présynaptiques (voir ci-dessous), par exemple dans les neurones cholinergiques du tractus gastrointestinal. La Les fibres nerveuses amyéliniques sympathi- liaison de l'A et de la NA avec les récepteurs α2 se fait ques post-ganglionnaires sont boursouflées par par l'intermédiaire de la protéine G, en inhibant l'adényl des varicosités (en collier de perles) (A, en cyclase (cf. p. 242 et suiv.). haut). Ces varicosités établissent un contact On distingue également deux types de récepteurs β, synaptique avec l'organe cible (A) et sont aussi dont la plupart utilisent l'AMPc comme second le lieu de synthèse et d'accumulation de la messager (cf. p. 242 et suiv.). noradrénaline. L'augmentation de la concentration intracellulaire en 2+ Ca se fait par leur moyen. Ceci aboutit à des effets Synthèse de la NA : La membrane cellulaire chrono, dromo et inotrope positifs au niveau du cœur, des fibres nerveuses portant ces varicosités et à une libération accentuée de rénine au niveau du prélève, par un phénomène de transport actif, la rein (cf. p. 59, B). L-tyrosine. qui est le précurseur de la synthèse L'emploi d'agonistes spécifiques (par ex. le de la NA (A). La conversion de la L-tyrosine en fenoterol) permet de localiser les β2 récepteurs; L-dihydroxyphénylalanine ou L-dopa est catalysée par la tyrosine hydroxylase. Cette les agonistes β1 (comme la NA) n'ont qu'un effet réaction enzymatique est accélérée par Na+ et relativement faible sur ces récepteurs. Les β2 Ca2+ et inhibée par le produit terminal de la récepteurs agissent en diminuant la concen- chaîne, c'est-à-dire la NA (rétro-action ou feed- tration de Ca2+ et aboutissent par ce moyen à back négatif). une dilatation des vaisseaux sanguins et des bronchioles, à une libération d'insuline et à une La NA est stockée dans de grosses vésicules augmentation de la lipolyse (cellule adipeuse) et granuleuses sous forme de complexe micellaire de la glycogénolyse (foie). (cf. p. 218). La libération de la NA survient lorsqu'un potentiel d'action atteint la synapse. L'action de la NA est stoppée par trois L'arrivée de ce potentiel d'action entraîne mécanismes : l'apparition d'un courant de Ca2+, lequel joue un 1. diffusion de la NA de la fente synaptique vers le très grand rôle. Toutefois, le mécanisme de sang (Al) ; l'exocytose de la NA n'est pas en lui-même 2. dégradation extraneuronale de la NA de la fente connu. synaptique (dans le cœur, les glandes et les Récepteurs adrénergiques (cf. aussi p. 59, B) : On muscles lisses) par la catéchol-o-méthyltransférase distingue deux types principaux de récepteurs : les (COMT) et la mono-amine-oxydase (MAO) des mito- récepteurs α et les récepteurs β selon leur sensibilité chondries (A2) ; aux trois substances adrénergiques : l'adrénaline, la 3. recaptage de la NA (70%) dans la terminaison noradrénaline et l'isoprotérénol (IPR) (ce dernier ne présynaptique (A3) par transport actif, tandis que se présente pas physiologique-ment) : les récepteurs α dans la cellule, la NA libre est inactivée par la mono- sont plus sensibles à la NA, les récepteurs β à l'IPR amine-oxydase (MAO) des mitochondries. alors que l'A agit modérément sur les deux types de La NA de la fente synaptique agit aussi sur les récepteurs. récepteurs a; présynaptiques, inhibant ainsi la On distingue deux types de récepteurs α : α1 libération d'autres vésicules de NA (cf. p. 59, A). Ces récepteurs présynaptiques ganglionnaires existent et α2 différenciables par leurs agonistes ou aussi (par exemple dans les oreillettes) au niveau des antagonistes spécifiques. Les récepteurs α1 terminaisons cholinergiques. Inversement, il existe des prédominent dans les glandes salivaires (augmentation récepteurs acétylcholinergiques (muscariniques) au de la sécrétion de K+ et H2O) et dans le muscle lisse : niveau de terminaisons adrénergiques. Les actions op- contraction des artérioles, de l'utérus, des bronchioles, posées de ces deux types de récepteurs permettent des sphincters des tractus urinaire et digestif, de d'une certaine manière d'assurer la régulation l'artériole efférente du glomérule, du muscle dilatateur périphérique entre le tonus sympathique et le tonus pupillaire, etc. Le second messager est l'inositol parasympathique. 2+ triphosphate : le Ca et le GMP cyclique peuvent
- 62. 58 Système nerveux végétatif La médullosurrénale rénales ne libèrent que de petites quantités d'A et de NA. Cependant lors d'activités La médullosurrénale est une glande endocrine physiques plus importantes ou lors du stress jouant le rôle d'un « transducteur ». Dans la ou d'états émotionnels, leur libération augmente médullosurrénale, les influx nerveux considérablement. Ainsi, des cellules qui ne électriques (fibres sympathiques pré- sont pas innervées par les voies sympathiques ganglionnaires ; cf. p. 51 et suiv.) sont peuvent participer à des réactions d'alarme. transformés en signaux hormonaux [adréna- Les facteurs de libération des catécholamines line (A), noradrénaline (NA)] qui sont des par la médullosurrénale, par suite d'une catécholamines. Dans la médullosurrénale, augmentation de l'activité sympathique sont par comme dans toutes les terminaisons nerveuses ex : le travail physique, le froid, le chaud, préganglionnaires, le neuromédiateur est l'hypoglycémie (faible teneur sanguine en 'acétylcholine (ACh) qui, en se fixant sur la sucre), la douleur, le manque d'oxygène, la membrane post-synaptique, provoque la baisse de la pression artérielle, la peur et libération de NA et de A (par exocytose, cf. p. l'énervement («stress»). Le centre de 13 et 19). commande est l'hypothalamus (cf. p. 290). La synthèse et le stockage des catéchola- Le rôle principal des catécholamines libérées en mines se déroulent de la même manière que situation d'alarme (cf. p. 290) est de mobiliser le dans les terminaisons nerveuses sympathiques stock d'énergie chimique (lipolyse, postganglionnaires (cf. p. 56), mais, du fait de la glycogénolyse ; cf. p. 247) et par là de fournir présence d'une enzyme supplémentaire, la suffisamment de combustible (acides gras, phényl éthanolamine-N-méthyltransférase, la glucose) à tous les muscles en activité. Le bilan plus grande partie de la NA est transformée en potassique est aussi influencé par les A. Le précurseur de la NA, la dopamine (qui catécholamines (cf. p. 148). dérive de la L-tyrosine via la L-dopa), est capté par les granules. La suite et la fin de la synthèse Dans les muscles squelettiques, les catécho- se terminent au niveau des granules ; la NA lamines agissent sur l'AMP cyclique (cf. p. 242), sera stockée dans 15 % de ceux-ci. Dans les 85 enzyme qui accélère la dégradation du % restants, la NA n'est pas stockée mais glycogène et la formation de lactate (cf. p. 46). transférée dans le cytoplasme où elle est Par leur effet inotrope positif (récepteurs β1 ; B partiellement convertie en A, laquelle est à son et cf. p. 56) sur le cœur, les catécholamines tour recaptée par les granules. Le captage de la augmentent le volume systolique et le débit dopamine, de la NA et de l'A se fait par un cardiaque et élèvent, par conséquent, la processus actif. Les granules contiennent non pression artérielle. En même temps, l'irrigation seulement des lipides, mais également des du tractus digestif est réduite au profit de celle protéines (chromogranine) et d'autres des muscles (B et cf. p. 46). substances, notamment 1 mole d'ATP par mole L'adrénaline renforce également la transmission de catécholamine. adrénergique (cf. p. 56). En se liant aux β2 Régulation de la synthèse des catécho- récepteurs des varicosités des fibres lamines : La synthèse est accélérée lors des postganglionnaires sympathiques, elle induit la décharges brutales par la diminution du niveau libération de NA par ces dernières. de Na (des vésicules) qui, en conséquence, Lors d'un stress, les catécholamines stimulent la lève l'inhibition par feed-back de la tyrosine libération d'hormones (cf. p. 261) dans hydroxylase (cf. p. 56). La stimulation chronique l'hypothalamus, déclenchant le renouvellement augmente également l'activité de l'enzyme des stocks d'énergie épuisés. Ces hormones permettant la conversion de la dopamine en Na. atteignent leur taux le plus élevé dans le sang L'ACTH (cf. p. 240) est impliquée dans ce environ 4 h après la réaction d'alarme. processus. Par opposition, le cortisol (arrivant (Pour le texte de A, cf. p. 56). directement à concentration élevée du cortex surrénalien, cf. p. 260) stimule l'activité de la N- méthyl-transférase, augmentant ainsi le rapport A : NA. Le rapport liant les quantités de NA et A libérées varie selon les espèces et l'activité sympathique (voir ci-dessous). Au repos ou pour un faible niveau d'activité, les médullosur-
- 64. 60 Sang Composition et rôle du sang présente à raison de 160 g/l de sang chez l'homme, de 145 g/l chez la femme) et l'anhydrase carbonique (cf. Chez l'adulte, le volume sanguin représente p. 96 et suiv. 144 et suiv.). Un globule rouge renferme environ 6 à 8 % de son poids corporel. Un litre 28-36 pg Hb (Concentration Moyenne en Hémoglobine de sang renferme 0,46 l de globules chez CMH = [Hb] / nombre de GR). l'homme et 0.41 l chez la femme. Cette valeur, La forte concentration cellulaire en hémoglobine exprimée soit en pour cent (46%), soit en (environ 300 g/l, nombre d'érythrocytes = [Hb] / fraction de l (0.46), est appelée hématocrite (cf. hématocrite) impose, afin de rétablir l'équilibre p. 65. A). Normalement, 1 mm3 (1 µI) de sang osmotique avec le plasma environnant, la nécessité contient 5 X 106 (5 millions) érythrocytes chez d'une réduction permanente de la teneur en l'homme (4.5 X 106 chez la femme). 4 000 à électrolytes des globules rouges. Cette fonction est 10000 leucocytes et 0.15 à 0.3 X 106 assurée par les systèmes membranaires de transport + + actif NA - K lesquels tirent leur énergie du glucose, thrombocytes (plaquettes). Environ 67% des (cf. p. 47, B). leucocytes sont des granulocytes, 27 % des lymphocytes et 6 % des monocytes. Comme dans les autres cellules (voir par ex. p. 24 et suiv.), le potentiel membranaire (consécutif dans le GR Le plasma constitue la phase aqueuse du sang. Son à l'accumulation de K+), reflue les ions Cl- de l'intérieur osmolarité (cf. p. 8) est d'environ 290 mosm/l. Il de la cellule (EIC), ce qui aboutit à l'augmentation contient entre autres 70-80 g de protéines par l dont souhaitée de pression osmotique intracellulaire (cf. p. environ 60 % d'albumines. 4 % d'α1 globulines. 8 % 24) jusqu'à l'isotonicité du milieu (cf. p. 336). De plus d'α2 globulines. 12% de β-globulines et 16% de γ- (secondairement) le mouvement actif des ions Cl- globulines (cf. p. 74 et suiv.). Le fibrinogène (3 %) est augmente [Cl-] EIC au dessus de la concentration une autre protéine plasmatique. Lors de la coagulation d'équilibre (cf. p. 24). En conséquence, le rapport sanguine (cf. p. 64 et suiv.), le fibrinogène précipite en entrée active/sortie passive des ions Cl- détermine[Cl-] fibrine, le caillot ainsi formé laissant exsuder le sérum. EIC. Ainsi, par modification de ce rapport, le volume Le sérum et le plasma diffèrent uniquement par leur des GR (et des autres cellules) peut être régulé (le contenu en fibrinogène. volume globulaire moyen d'un GR = VGM = 93 •10- I). 3 Parmi les fonctions du sang, il faut citer le transport de nombreuses substances (O2, CO2, substances La production des érythrocytes est principalement nutritives, produits métaboliques, vitamines, contrôlée par un mécanisme hormonal. Le déficit en O2 électrolytes. etc.), le transport de chaleur (hypoxie) accroît la production et la libération d'une (réchauffement, refroidissement ; cf. p. 192), la hormone, l'érythropoïétine, qui stimule la formation transmission de signaux (hormones, cf. p. 232), le des érythrocytes par la moelle osseuse (A. en haut). pouvoir tampon (cf. p. 110), la défense contre des Plus de 90 % de l'érythopoïétine est produit dans les substances étrangères (cf. p. 66 et suiv.). Outre leur gloméruies du rein, le reste essentiellement dans le rôle dans la défense immunologique, les protéines foie. Quand la masse globulaire augmente et corrige plasmatiques participent au maintien de la pression par là même l'hypoxie, la synthèse de l'érythropoïétine colloido-osmotique (ou pression oncotique) (cf. p. 336), diminue dans les quelques heures (par rétrocontrôle au transport de substances non hydrosolubles négatif). L'érythropoïèse est aussi sous la dépendance (lipoprotéines, p. 222) et à la protection de du SNC, qui peut stimuler la moelle et lui faire nombreuses substances (comme l'hème) contre la décharger les GR stockés en son sein. dégradation ou l'élimination rénale. Les protéines sont La durée de vie des érythrocytes est de 120 aussi susceptibles de neutraliser l'efficacité osmotique jours environ. Dans la pulpe de la rate, les de substances dissoutes en se combinant à elles. La globules rouges quittent continuellement les liaison des médicaments et des substances toxiques aux protéines diminue les effets thérapeutiques et artérioles pour arriver après passage à travers toxiques mais, en contrepartie. leur excrétion rénale des pores étroits dans le sinus de la rate. Au est moins rapide (cf. p. 10 et 127. B). voisinage de ces pores, les érythrocytes âgés Les érythrocytes (globules rouges, GR) sont formés sont expulsés et détruits. Leurs débris sont dans la moelle osseuse. Le fer, les cobalamines et ensuite phagocytés et détruits par le système l'acide folique sont indispensables à leur formation. réticulo-endothélial (SRE) de la rate, du foie et Chez le fœtus, les érythrocytes sont également pro- de la moelle osseuse (A). L'hème libéré au duits dans la rate et le foie. Dans la moelle, les GR cours de 'hémolyse est dégradé en bilirubine immatures sont nucléés, mais ils perdent leur noyau (cf. p. 216). Le fer de l'hémoglobine est recyclé. lorsqu'ils gagnent le flux sanguin. Ils se présentent Dans I'anémie sphérocytaire par exemple, la sous forme de disques (environ 7.5 x 2 µm) pouvant facilement passer à travers les petits capillaires, ce qui résistance des érythrocytes (résistance facilite les mécanismes d'échanges avec les tissus osmotique) est réduite, entraînant une environnants. diminution considérable de leur durée de vie. Les érythrocytes ont pour fonction essentielle le Ce processus peut être partiellement enrayé par transport de l'O2 et du CO2 entre les poumons et les l'ablation de la rate. tissus. Ce transport est assuré par l'hémoglobine (Hb,
- 66. 62 Sang Métabolisme du fer -Erythropoïèse et cœur, muscles, etc.) représente une réserve de anémies fer rapidement disponible, alors que La teneur totale en fer (Fe) de l'organisme est l'hémosidérine est plus difficilement mobi- de l'ordre de 45 mmol (1 mmol = 55,8 mg) chez lisable. La majeure partie du fer se trouve dans la femme et approximativement 60 mmol chez les érythrocytes de la moelle osseuse (≈ 0.54 l'homme : 60 à 70 % sont liés à l'hémoglobine mmol/j), le fer des cellules déficientes (≈ 1/3) (Hb). 10 à 12% se trouvent sous forme de fer étant aussitôt libéré dans les macrophages de «fonctionne» (myoglobuline, enzymes la moelle osseuse et donc de nouveau contenant du fer comme les catalases) et 16 à disponible (A). Les érythrocytes âgés sont 29% forment le fer de réserve (ferritine, également phagocytés par les macrophages (cf. hémosidérine. A). La quantité de Fe absorbée p. 60, 66 et suiv.). Le fer qui en résulte et qui est avec les aliments varie selon l'alimentation et lié à l'hème de l'hémoglobine est absorbé par atteint environ 0.2 mmol/j chez la femme et endocytose du plasma vers les cellules environ 0.3 mmol/j chez l'homme. Sur cette hépatiques. Dans ces deux cas, le fer ainsi quantité, seulement 6 % (chez l'homme) à 12 % renouvelé est disponible (≈ 97 % du Fe recyclé, (chez la femme) sont absorbés par le A). La transferrine est elle aussi absorbée par duodénum (A, B). L'absorption du Fe est endocytose ; les cellules hépatiques, les adaptée aux besoins et peut s'élever en cas de érythroblastes, etc., ont à cet effet leurs propres déficit en fer jusqu'à plus de 25%. récepteurs. Le fer alimentaire lié à l'hème, parmi d'autres Les besoins en fer (= pertes de fer) sont substances lipophiles, est en partie absorbé par généralement faibles (18 µmol/j), mais ils sont diffusion, alors que le fer libre, en particulier le accrus lors de la menstruation (A) et en Fe (II), est absorbé activement par la muqueuse particulier au cours de la deuxième moitié de la intestinale par un phénomène de transport actif. grossesse (développement du fœtus) et après La réabsorption du fer est conditionnée : la naissance (pertes de sang). Durant le 9e 1) par la présence d'acide chlorhydrique dans mois, le fœtus prend environ 60 µmol de Fe/j; l'estomac [il détache le fer des complexes et l'alimentation maternelle doit donc contenir à ce stimule la réabsorption du Fe (III) au début du moment approximativement 0,5 mmol de fer duodénum (cf. « pH 3 » dans B)]. 2) par la supplémentaire par jour (pour ≈ 12% ; quantité de Fe (II) disponible [à un pH neutre, d'absorption). meilleure solubilité que le Fe (III). B] et 3) par la Les anémies sont définies comme une diminution de « gastroferrine », glycoprotéine contenue dans la concentration des érythrocytes et de l'hémoglobine la muqueuse gastrique et qui peut fixer de dans le sang. Outre I’anémie par saignements et par manque de fer (troubles de la réabsorption, grossesse, grosses quantités d'ions Fe (III). saignements chroniques, infections) et d'autres types Les mécanismes de régulation de l'absorption d'anémies, il est à noter qu'un déficit en cobalamines de fer sont encore mal connus, mais il semble (vitamines B12) ou en acide folique (C) peut aussi bien que l'apotransferrine disponible (protéine provoquer une anémie : les érythrocytes augmentent de transport du fer dans le plasma) joue un de volume et leur concentration dans le sang est plus certain rôle (A, B). Le fer qui a été absorbé en faible que celle de l'hémoglobine (anémie hyperchrome excès par la muqueuse intestinale se lie ; hémoglobine globulaire moyenne [= HGM] augmentée), Les anémies sont généralement dues à essentiellement à la ferritine ; il est absorbé une diminution de la sécrétion ou à une neutralisation dans les lysosomes où il est stocké jusqu'à ce auto-immune du « facteur intrinsèque » (nécessaire à qu'il repasse dans la lumière intestinale lors de la réabsorption de la vitamine B12), ou bien à une la desquamation cellulaire (B). Ainsi, pendant diminution de l'absorption d'acide folique en cas de un certain temps, une réabsorption du fer est malabsorption (cf. aussi p. 226). En raison de encore possible. l'importance de son stock, une diminution de la réabsorption de la cobalamine ne provoque de signes Si le tractus gastro-intestinal se trouve saturé à de carence qu'après plusieurs années, alors qu'un la suite d'un apport en fer (injection de Fe), la apport insuffisant en acide folique provoque une anémie au bout de 4 à 5 mois seulement (C). Les capacité de la transferrine (≈ 0,2 mmol au antagonistes de l'acide folique (comme le maximum) peut être dépassée, le fer libre méthotrexate, sont souvent utilisés comme provoquant alors une intoxication par le fer cytostatiques (inhibiteurs de la multiplication cellulaire) (saignements en raison d'une mauvaise coagu- lors des traitements anticancéreux, ce qui conduit lation sanguine, insuffisance circulatoire, etc.). également à une diminution du nombre d'érythrocytes et d'autres cellules à division rapide. La ferritine (intestin, rate, foie, moelle osseuse.
- 68. 64 Sang Propriétés hémodynamiques du sang s'ajoutent à la concentration osmolale (osmolalité) du plasma (cf. p. 136). Parmi les Les érythrocytes sont des « cellules » ions chargés positivement (cations), c'est le anucléées très facilement déformables, dont le Na+ qui prédomine et parmi les ions chargés comportement dans le sang est semblable à négativement (anions), ce sont le Cl- et le celui des gouttes d'eau. La faible viscosité (= HCO3- qui représentent la plus grande fraction 1/fluidité) de leur contenu, les propriétés de leur de cette osmolalité. Les protéines portent de membrane, proches de celles d'un film liquidien, nombreuses charges anioniques qui sont toutes et leur rapport surface/volume élevé font que le électriquement efficaces (B, et cf. p. 24). sang se comporte moins comme une L'efficacité osmotique des protéines est suspension cellulaire que comme une émulsion, ( néanmoins comparativement plus faible car, en particulier lorsqu'il s'écoule vite. La viscosité dans ce cas, c'est le nombre des particules qui du sang est, avec une valeur approximative de compte et non le nombre atomique. 4 unités relatives (rU), seulement le double de celle du plasma (2 rU ; celle de l'eau étant de 1 Les protéines ne peuvent quitter le courant rU soit 0.7 mPa/s à 37°C). sanguin que dans de très faibles proportions. Du fait de leur très bonne déformabilité, le Cette quantité varie suivant les organes. Les passage à travers des capillaires sanguins fins capillaires hépatiques, par exemple, sont et à travers les pores dans la voie splénique (cf. relativement plus perméables que ceux du p. 61 ), dont la largeur est bien moins cerveau. La composition du liquide interstitiel importante que le diamètre des érythrocytes (cf. p. 138 et suiv.) diffère alors d'une manière circulants, ne constitue pas un problème pour plus ou moins importante de celle du plasma les érythrocytes normaux. Cependant, la lenteur (B), particulièrement quant à son contenu du flux sanguin dans les petits vaisseaux protéique. Par contre, la composition du liquide provoque une augmentation de la viscosité, intracellulaire est très différente. En effet, K+ y partiellement compensée par le fait que les est le cation prédominant tandis que les érythrocytes se déplacent au centre du courant phosphates et les protéines constituent la sanguin (η ↓ : effet Fahraeus-Lindqvist). Mais fraction principale des anions (B). Ces la viscosité du sang peut augmenter de manière proportions varient d'un type de cellule à l'autre. critique si a) la vitesse circulatoire diminue trop Les protéines plasmatiques (A) sont constituées pour (choc circulatoire) et/ou b) la fluidité des 60 % d'albumine (35 à 45 g/l) dont le rôle est de érythrocytes s'élève du fait de l'hyperosmolalité transporter de nombreuses substances telles que la (érythrocytes«en sphère hérissée de piquants») bilirubine (cf. p. 216) ou des hormones (cf. p. 234 et des inclusions cellulaires, d'une synthèse suiv.). L'albumine est aussi la principale protéine à l'origine de la pression colloïdo-osmotique (cf. p. 158) anormale d'hémoglobine (comme c'est le cas et peut servir de réserve protéique en cas de déficit dans l'anémie drépanocytaire) et aussi du fait protéique. Les protéines jouent un rôle dans le de modifications de la membrane cellulaire transport des lipides (lipoprotéines; p. 220 et suiv.), de (chez les érythrocytes âgés par exemple), etc. l'hémoglobine [haptoglobine , p. 63), du fer Dans tous ces cas, le sang acquiert, sous l'effet (transferrine. p. 62 et suiv.), du cortisol (transcortine , de l'agrégat/on érythrocytaire (« formation de p. 260), des cobalamines (transcobalamine', p. 226) et rouleaux »), les propriétés d'une suspens/on à de plusieurs autres substances. Les facteurs plasmatiques de la coagulation et de la fibrinolyse (cf. haute viscosité (supérieur à 1 000 rU), ce qui p. 74 et suiv.) sont pour la plupart des protéines. peut conduire rapidement à l'arrêt de l'écoulement sanguin dans les petits vaisseaux Les immunoglobulines (Ig) font partie essentiellement des γ-globulines (C). Elles constituent (cf. p. 156 et 186). les substances immunitaires du plasma (anticorps, cf. p. 66 et suiv.). Parmi les immunoglobulines, l'IgG est Composition du plasma celle qui a la concentration plasmatique la plus élevée (7 à 15 g/l) et c'est l'immunoglobuline pouvant Le plasma est obtenu après séparation par traverser le plus facilement la barrière placentaire centrifugation (A) des éléments cellulaires (cf. p. (transfert de la mère à l'enfant, C). Les 60) du sang rendu incoagulable (cf. p. 74). Le immunoglobulines sont constituées de deux chaînes plasma est constitué d'eau dans laquelle sont protéiqties lourdes spécifiques pour chaque groupe (IgG : γ, IgA : α. IgM : µ,; IgD : δ. IgE : ξ) et de deux dissous des protéines de poids moléculaire chaînes protéiques légères (λ et Ж ) qui sont reliées élevé (A), ainsi que des substances neutres entre elles par des ponts -S-S ayant une forme (glucose, urée. etc.) et des ions de faible poids caractéristique en Y (cf. p. 67). moléculaire. Toutes ces particules dissoutes
- 70. 66 Sang Défense immunitaire L'organisme est constamment sous la menace de synthèse (peptides). Chaque rappel conduit à une d'une infection microbienne venant de production d'anticorps suffisante (immunisation active) qui assure une parfaite protection. Une fois l'environnement (bactéries, virus, fongus, déclarée, la maladie peut être combattue par parasites). De manière à lutter contre ces corps l'administration de sérum (ou des globulines extraites étrangers, l'organisme est équipé d'un système de celui-ci) d'animaux ayant déjà formé des anticorps de défense qui le pourvoit d'un bon degré contre l'organisme pathogène (immunisation passive, d'immunité. Il y a deux sortes d'immunité : par ex. avec le sérum antidiphtérique). (pathogène) non spécifique, l'immunité naturelle ou innée, et (pathogène) spécifique, Immunité non spécifique l'immunité acquise (acquise = immunité au La défense non spécifique contre des substances sens strict du terme). Les deux systèmes sont étrangères (bactéries, virus, particules inorganiques, étroitement imbriqués et font intervenir des etc.) et dans certaines conditions contre des cellules mobiles et des facteurs solubles. substances propres à l'organisme (par ex. les débris d'érythrocytes). est assurée par certaines substances Si des agents pathogènes réussissent à envahir le dissoutes comme les protéines (par ex. lysosyme, corps, le système de défense non spécifique entre en facteurs du complément}, les substances d'alarme (par action. Au même instant, l'organisme réagit contre ex. les lymphokines et monokines regroupées sous le l'agent étranger ou antigène par son système de terme d'interleukines) et les groupements cellulaires défense spécifique qui produit des anticorps, avec d'attaque comme les phagocytes (par ex. les l'aide desquels l'organisme peut combattre l'agent monocytes ou les macrophages) et enfin par les pathogène plus efficacement, « mémorisant » de plus granulocytes neutrophiles. Ces derniers sont des celui-ci {mémoire immunologique}. leucocytes formés dans la moelle osseuse (durée de C'est pratiquement dès la naissance que le vie approximative = 1 jour). Les granulocytes sont système immunitaire « apprend » à reconnaître actifs non seulement dans le sang et les tissus, mais comme étrangère ou comme propre à l'orga- également au niveau des muqueuses, par ex. dans la bouche. nisme une substance antigène (par exemple une protéine cellulaire). Les substances avec Lors de la pénétration de bactéries dans les tissus de lesquelles il est mis en contact à cet instant l'organisme (Al), les granulocytes neutrophiles sont seront reconnues durant toute la vie comme attirés par des substances chimiques ou par des facteurs du complément (C5a) [chimiotactisme ; A2). faisant partie de l'organisme (tolérance Les granulocytes circulant se fixent alors à la paroi immunitaire), toutes les autres seront vasculaire {margination}. quittent la circulation et se reconnues comme étrangères. Si cette déplacent vers la zone lésée (migration). Là, ils distinction entre « substance étrangère » et « entourent les germes puis les absorbent par substance propre » vient à disparaître, endocytose : c'est la phagocytose (A3). Ces l'organisme va produire des anticorps contre événements, combinés à une augmentation du débit ses propres protéines : c'est la maladie auto- sanguin (rougeur) et à une perméabilité capillaire aux protéines accrue (tumescence), constituent immune. l'inflammation. Quand un enfant est mis en contact pour la première Les substances organiques dont « digérées » dans les fois avec le virus de la rougeole, il contracte la granulocytes. Cette phase est précédée d'une fusion maladie. Bien que le système de défense non entre le germe phagocyté (phagosome) et les vacuoles spécifique soit pleinement actif, il est incapable de du granulocyte (lysosomes} contenant les enzymes, prévenir la multiplication et l'extension du virus dans pour former le phagolysosome (hétérophagosome). l'organisme. Cependant, durant la maladie, en plus de Dans celui-ci, se produit la dégradation finale du germe la production de lymphocytes T (cellules tueuses, p. (A4). Les particules « non digestibles » (comme la 72) le corps produit des anticorps contre le virus poussière de charbon dans les poumons) sont (réponse primaire ou sensibilisation) entraînant leur retenues en permanence dans l'organisme. destruction et la guérison du malade. Cette production d'anticorps peut être relancée rapidement si besoin est Bien que les granulocytes macrophages puis- (« mémoire immunologique ») ; ceci arrive si sent directement se lier aux microorganismes, l'organisme est remis en contact avec le virus de la leur activité peut être augmentée si la surface rougeole. Les anticorps, alors immédiatement produits (réponse secondaire) neutralisent le virus dès son des bactéries est « recouverte » (opsonisa- intrusion, évitant ainsi une rechute. L'organisme est tion) du facteur de complément C3b (non alors immunisé contre cette maladie. spécifique), ou des immunoglobulines spéci- fiques de l'antigène (IgM, IgG) ou encore mieux La prévention d'une maladie dès la première infection est obtenue par la vaccination à l'aide d'une variété des deux car les granulocytes possèdent des moins pathogène du germe en cause (dans le cas de récepteurs spécifiques à ces opsogènes. la vaccination antivariolique) ou d'un germe tué (dans L'opsonisation avec Ig est encore améliorée le cas de la vaccination antitétanique) ou de produits
- 72. 68 Sang si l'organisme a été préalablement en contact outre plus longtemps aptes à la synthèse avec l'antigène (immunité acquise), attendu que d'enzymes et à la sécrétion du complément. le C3b et d'autres opsogènes agissent En plus des monocytes et des macrophages circulants, fortement et de façon non spécifique sur il y a également des macrophages fixés localement beaucoup d'agents pathogènes. dans les organes, comme par exemple dans le foie (cellules étoilées de Kuppfer), dans les alvéoles Les germes sont aussi attaqués (de manière pulmonaires, sur la séreuse intestinale, dans les sinus non spécifique) en dehors des phagocytes. Les spléniques, les ganglions lymphatiques, la peau, au réactions en cascade du complément niveau des articulations (cellules synoviales A) et dans aboutissent à la perforation de la paroi externe le cerveau (microglie), de même que des macrophages des bactéries (Gram négatif). Au même instant, fixés à l'endothélium (par ex. dans le glomérule rénal). le lysozyme (du plasma, de la lymphe et des Ces cellules sont aussi connues sous le nom général sécrétions) dégrade par action enzymatique la de système phagocytaire mononucléaire ou de système réticuloendothélial. paroi des bactéries, et provoque éventuellement leur dissolution définitive (lyse) (A, a à e). Les cellules « natural killer » (cellules tueuses. NKC) sont spécialisées (5 % des leucocytes du sang) dans Pour la destruction des germes phagocytés, les la défense non spécifique contre les virus. Elles granulocytes neutrophiles disposent, non détectent les modifications à la surface des cellules seulement des enzymes stockées dans les infectées par le virus, se rassemblent à leur surface et lysosomes, mais aussi d'oxydants comme le les tuent, ce qui non seulement empêche les virus de peroxyde d'oxygène (H2O2) et de radicaux ou se reproduire (appareil enzymatique cellulaire !), mais les rend vulnérables aux autres agents du système de composés oxygénés (O2, 1O2). Normalement, la défense. Les NKC sont stimulées par les interférons concentration de ces oxydants est maintenue produits et libérés par les cellules infectées par un basse par des enzymes réductrices telles que la virus. Les interférons augmentent également la catalase et la superoxyde-dismutase, ce qui résistance au virus des cellules non infectées. évite l'autodestruction prématurée des granulocytes. Ce « frein » disparaît lors de Immunité spécifique l'invasion par substances étrangères, afin que Bien que les phagocytes soient efficaces contre une l'effet bactéricide des composés oxygénés soit grande variété de bactéries, d'autres germes ont pleinement efficace, moyen par lequel les « appris » au cours de leur évolution à résister à ces granulocytes et même d'autres cellules de phagocytes. Quelques germes, par exemple les l'organisme peuvent être atteints. mycobactéries, peuvent réprimer la formation de phagolysosomes, inhiber la phagocytose, ou encore, Les perturbations du mécanisme de phago- une fois phagocytés (par ex. les streptocoques ou les cytose entraînent une augmentation du risque staphylocoques) entraîner la mort des granulocytes. infectieux. On peut citer deux exemples : « le Les germes de ce type et la plupart des virus ne syndrome des leucocytes paresseux » dans peuvent être combattus avec succès que par les lequel la migration est perturbée, et la granulo- systèmes immunitaires spécifiques, dans lesquels matose chronique, dans laquelle la formation les macrophages, les anticorps humoraux (immunoglobulines; cf. p. 64) et différents types de d'H2O2 dans les granulocytes est déficiente. lymphocytes collaborent étroitement (voir ci-dessous). Plus souvent, la migration et la phagocytose sont perturbées pour des raisons inconnues, Les lymphocytes proviennent initialement de la moelle osseuse (B). Au cours du développement fœtal par ex. dans les diabètes, les abus d'alcool ou et pendant la première enfance, une partie des cellules lors de traitement par corticothérapie. dites précurseurs migrent vers le thymus où elles Bien que les granulocytes neutrophiles soient acquièrent leur spécificité [immunocompétence) : ce sont les lymphocytes T. Une autre fraction des disponibles rapidement et en grand nombre sur lymphocytes subit une maturation, chez les oiseaux le lieu de l'infection, leur capacité de défense dans la Bourse de Fabricius et, chez l'homme, dans « chimique s'affaiblit rapidement et leur durée de l'équivalent de la bourse » c'est à dire le système vie est brève. Après la première « vague lymphatique, pour former les lymphocytes B. Par la d'assaut » des granulocytes, les macrophages suite, ces deux types sont formés essentiellement prennent en charge l'étape suivante de la dans la rate et dans différentes régions des ganglions défense immunitaire. Ils dérivent des lymphatiques. De là ils parviennent dans les systèmes monocytes circulants du sang et sont lymphatique et sanguin où ils circulent et assument leur fonction de défense immunitaire. Leur durée de vie également capables de phagocytose. La vitesse individuelle peut atteindre plusieurs années. de migration des macrophages est certes plus faible que celle des granulocytes, mais ils ont une durée de vie bien plus longue et sont en
- 74. 70 Sang Le premier contact avec l'antigène (récepteurs libérer par exocytose) les immunoglobulines spécifiques de l'antigène sur la surface du spécifiques à chaque antigène (B ; C5, 6). Cette lymphocyte) entraîne une activation des deux production d'anticorps est beaucoup plus rapide types de lymphocytes (voir ci-dessous). et leur et plus forte lors d'un contact renouvelé avec transformation en lymphoblastes (B). l'antigène, car l'information de la première L'immunité humorale (qui a aussi une réponse a été mémorisée dans les cellules mémoires. composante cellulaire) est une réaction La grande variété d'anticorps (106 à 109?) n'est spécifique du système immunitaire ; dans cette réaction, les immunoglobulines (anticorps) pas déterminée génétiquement dans les cellules réagissent avec l'antigène, donc avec les germinales ; au contraire, certaines portions des gènes (V, D, J, C) subissent des microorganismes ou leurs toxines ou avec d'autres macromolécules étrangères (PM > recombinaisons et des mutations durant le développement des lymphocytes. 4000 Dalton. par ex. des protéines) (cf. p. 67 A). Si de petites molécules (par ex. des substances Les immunoglobulines sont incapables de détruire directement les germes, mais peuvent seulement les thérapeutiques) sont reconnues comme des marquer comme des cibles capables d'être attaquées protéines étrangères, elles peuvent agir comme par d'autres systèmes de défense (opsonisation. des antigènes. De telles substances sont système du complément, voir ci-dessus). Lors de la appelées haptènes. réponse primaire, les IgM et plus tard les IgG (cf. p. 64) apparaissent dans le sérum et le liquide interstitiel en La libération des anticorps humoraux est quantités approximativement égales ; dans la réponse précédée par la liaison de l'antigène au secondaire la libération des IgG prédomine. Dans les complexe immunoglobulino-membranaire situé poumons, le liquide lacrymal, la salive l'intestin se à la surface des lymphocytes B (agissant produit surtout la synthèse d'IgA dirigée contre les comme récepteurs) et par là l’activation germes infestants. (présentation) de l'antigène par les macro- Dès les premiers mois de son existence, le phages ou par les cellules B elles-mêmes. nourrisson est protégé contre les germes grâce à son système de défense non spécifique et grâce aux Après la phagocytose des germes par les anticorps humoraux qui proviennent, bien avant la macrophages (Cl), les phagolysosomes sont naissance, du plasma maternel à travers le placenta formés et les germes détruits (C2). Ces (IgG : cf. p. 65, C), ou plus tard du lait maternel. peptides antigéniques sont liés, dans la cellule, La défense immunitaire humorale n'est pas totalement aux protéines de classe II formant le complexe efficace contre certains germes (virus, mycobactéries. majeur d'histocompatibilité (en anglais major brucellae etc.), ceux-ci pouvant échapper en partie à la histocompatibility complex : MHC). Le complexe destruction intracellulaire. La défense immunitaire cellulaire pallie ces déficiences immunitaires MHC-antigène formé est incorporé dans la humorales (D). membrane cellulaire des macrophages (C3) et présenté aux lymphocytes T auxiliaires (Ta) L'une de ces réactions relativement lente (maximum après 2 jours environ), est assurée par les (C4) ; ces derniers sont équipés de récepteurs lymphocytes Ta : c'est la réponse immunitaire spécifiques au complexe MHC-antigène. D'une retardée. L'autre réaction, celle des cellules tueuses, manière similaire, le lymphocyte B, qui a est responsable de la mort des cellules virales internalisé et détruit l'antigène (dans ce cas infectées et des cellules tumorales, et de la réaction de soluble) avec l'immunoglobuline membranaire rejet d'organes transplantés qui trouve son origine (récepteur de l'antigène), est aussi capable dans le fait que les protéines étrangères à l'organisme d'activer le complexe MHC-protéine de classe II sont rejetées par le système d'histocompatibilité. Les cellules suivantes sont impliquées dans l'immunité (typiquement les cellules B et les macrophages) cellulaire : les lymphocytes Ta (voir ci-dessus), les auquel l'antigène est lié. lymphocytes T-suppresseurs (Ts) responsables de En réponse à cette double information faisant la régulation de la réponse immune, les cellules tueuses (voir ci-dessous) et les macrophages intervenir les cellules B ou les macrophages, activateurs de l'antigène. parmi lesquels un sous par ex. en présence (1) d'un antigène et (2) groupe, que l'on rencontre principalement dans le d'une cellule immuno-compétente, le thymus, la rate et la peau, est particulièrement lymphocyte T libère des lymphokines qui vont spécialisé dans ce mécanisme. Finalement, les activer les cellules B. Les lymphocytes T ainsi substances qui assurent la coopération intercellulaire activés se multiplient rapidement (prolifération sont les lymphokines et les monokines qui sont clonale ou expansion), donnant ainsi naissance libérées par les cellules T et les monocytes. aux cellules mémoires et aux plasmocytes. Ces cellules sont spécialisées pour produire (et
- 76. 72 Sang La réaction initiale de la défense immunitaire cellulaire Si, par la suite d'une erreur de transfusion sanguine consiste également en une phagocytose par les par exemple, l'antigène A est mis en contact avec anti- macrophages (D1). La majeure partie des germes A, ou B avec anti-B, les érythrocytes s'agglutinent (G) continue certes de vivre dans la cellule, mais la faible et éclatent (hémolyse). C'est la raison pour laquelle il quantité d'antigène présentée au contact des protéines est indispensable de connaître les groupes sanguins MHC de classe II (pour activer les lymphocytes Ta) et du donneur et du receveur et de tester la celles de classe 1 (activation des cellules tueuses) à la compatibilité sanguine (test de compatible croisée) surface des lymphocytes T, suffit à activer ces avant de procéder à une transfusion sanguine. lymphocytes T. La monokine interleukine 1 des Contrairement au système ABO, les anticorps dirigés macrophages, mais également les lymphocytes Ta, contre les antigènes C, D, E, c, e, du système rhésus participent à cette activation (D3). Une fois activés, les des érythrocytes (présent Rh+; absent rh-). lymhpocytes T responsables de cette réaction n'apparaissent qu'après une sensibilisation préalable. spécifique de défense se multiplient rapidement (prolifération clonale, D4), entraînant, avec l'aide Les anticorps du système rhésus peuvent franchir notamment des cellules-mémoires et des lymphokines, assez facilement la barrière placentaire car ils l'activation des macrophages. Ces derniers sont appartiennent à la classe des IgG (cf. p. 64 et 65, C). alors capables de faire face à tous les germes et aux Les personnes avec un groupe rh- peuvent former des cellules étrangères. anticorps contre les érythrocytes Rh+ (anti-Rh+) Les cellules attaquées par de tels virus présentent comme par exemple à la suite d'une erreur de + simultanément à leur surface les antigènes viraux et transfusion ou de la présence d'un fœtus Rh chez une + les protéines MHC de classe 1 que l'on rencontre dans mère rh-, Un nouveau contact avec du sang Rh toutes les cellules nucléées de l'organisme. Toutes les produira une importante réaction antigène-anticorps cellules killer (cellules tueuses. Te), très avec comme conséquence une agglutination et une cytotoxiques, possèdent des récepteurs au complexe hémolyse érythrocytaires (H). MHC-antigène. Ces récepteurs ne reconnaissent et fixent que les cellules infectées par un virus. Ceci Allergies permet aux cellules saines de ne pas être détruites. mais également aux récepteurs de ne pas être rendus L'allergie est un dysfonctionnement de la régulation inefficaces par fixation de virus libre. Les cellules du système immunitaire. Par exemple, un antigène malades devant être tuées sont ainsi agglutinées normalement inoffensif (comme un pollen) peut être (conséquences pour le virus : voir ci-dessus, NKC). Jugé par erreur comme « dangereux » pour Malgré tous ces mécanismes de défense antivirale, l'organisme, et provoquer ainsi une réaction générale. certains virus parviennent à survivre dans l'organisme Les réactions allergiques peuvent être de type durant des années (virus de l'hépatite et de l'herpès anaphylactique (réponse rapide de la s. à la min.) ou par exemple). Ce type d'infection virale lente est retardé (quelques jours), et ont comme médiateurs néanmoins relativement « conventionnel » en regard à respectifs les défenses immunitaire, humorale et la configuration virale et à la réponse immune. Les « cellulaire. Dans la réponse de type anaphylactique, virus non conventionnels » responsables du prurit, l'antigène (= allergène) sensibilise les lymphocytes B du kuru et de la maladie de Creutzfeld-Jacob ne et, lors d'un second contact, les cellules plasmatiques provoquent pas du tout de réponse immunitaire et relarguent rapidement de grandes quantités d'IgE aboutissent à une dégénérescence lente et (normalement les IgE représentent 0.001 % des Ig). La progressive du SNC. Le Virus de l'Immunodéficience liaison de l'allergène à deux IgE. fixées aux récepteurs Humaine (VIH ou HIV en anglais) responsable du des mastocytes ou granulocytes sanguins, amène la SIDA décime les lymphocytes Ta-(T4-) qui Jouent un libération par exocytose de substances comme rôle prépondérant dans le système immunitaire (voir ci- l'histamine ou les lymphokines, entre autres. Ces dessus). Il en résulte que la vie des patients atteints de substances agissent sur les vaisseaux sanguins SIDA est mise en danger par un grand nombre (dilatation, œdème), les muqueuses et les d'infections normalement inoffensives. terminaisons nerveuses sensorielles. Elles stimulent la synthèse et la libération de prostaglandines et Groupes sanguins d'interleukines (cf. p. 235). Ces dernières interviennent Les érythrocytes présentent également des propriétés dans le SRS-A (« slow reacting substance of ana- antigéniques permettant de distinguer les différents phylaxis » = leukotriène C). Le leukotriène C provoque groupes sanguins du système ABO : groupe A un spasme bronchique (vasoconstriction de l'asthme). (antigène A sur l'érythrocyte et anticorps anti-B dans le La réponse allergique de type retardé peut être sérum) ; groupe B (antigène B et anticorps anti-A) ; déclenchée par des mycobactéries (BK), des groupe 0 (antigènes A et B absents mais anticorps champignons, des allergènes de contact (composés anti-A et anti-B) ; groupe AB (A et B mais ni anti-A ni chromés, poison du lierre) et bien d'autres substances. anti-B) (G). Ces anticorps ABO appartiennent à la Au sens large du terme, la maladie sérique qui classe des IgM. Avec leur masse moléculaire élevée s'accompagne de hautes concentrations d'antigènes de 900 000 Dalton, ils sont normalement incapables de (par ex. dans l'immunisation passive) est aussi une franchir la barrière placentaire et de se répandre allergie. Après 6 jours, la concentration de ailleurs. complexes antigènes-anticorps sanguins augmentent
- 78. 74 Sang considérablement (F) ; ceux-ci se déposent activent le facteur plasmatique X lequel entraîne dans les capillaires sanguins (au niveau du avec d'autres facteurs (cf. p. 76 suiv.) la glomérule par exemple), où ils provoquent les transformation de la prothrombine (facteur II) symptômes de la maladie. en thrombine, qui à son tour transforme le fibrinogène (facteur I) en fibrine (B). Hémostase La présence de phospholipides est nécessaire L'hémostase résulte de l'interaction entre des au fonctionnement du système endogène aussi facteurs plasmatiques et tissulaires et les bien qu'à l'entrée en action du facteur X activé plaquettes (thrombocytes, TC). Elle permet (Xa) (cf. ci-dessus) :soit ils sont libérés par les l'obturation d'une déchirure vasculaire en plaquettes, c'est ce qu'on appelle le facteur quelques minutes. plaquettaire ou facteur thrombocytaire 3 (FT3; B), soit ils proviennent des tissus lésés, ce sont Si la tunique interne d'un vaisseau sanguin les facteurs tissulaires. {endothélium} est lésée (lors d'une blessure par exemple), le sang vient en contact à l'endroit de La fibrine se compose de filaments qu la brèche avec les fibres collagènes sous- s'entrelacent pour former une sorte de réseau endothéliales. Il en résulte, grâce à l'aide du qui constitue avec les plaquettes et les globules facteur von Willebrand (FW), une agglutination rouges le thrombus rouge définitif (ou des TC (thrombocytes) au niveau du site. Ce thrombus complexe) (Ben bas). phénomène est connu sous le terme L'obturation se poursuit par les événements d'adhésion (Al ) et il active les TC, qui vont suivants : 1 ) la rétraction du caillot, qui fait alors changer de forme (métamorphoses intervenir les protéines des thrombocytes, 2) visqueuses des plaquettes qui prennent, par l'organisation, pendant laquelle les fibroblastes mécanisme pseudopode. l'aspect de sphères) prolifèrent pour former du tissu conjonctif, 3) la et expulsent par exocytose des substances formation d'une cicatrice, la face interne du contenues dans les vésicules {granules} : il y a vaisseau se recouvrant à nouveau sécrétion. Parmi ces substances, l'ADP par d'endothélium (B, en bas). exemple stimule l'agrégation; le FW et les liaisons fibrinaires provoquent l'adhésion (cf. p. La présence d'ions Ca2+ (« facteur IV») est 14), la sérotonine (A2, B), le mitogène et le nécessaire dans de nombreuses phases de la PDGF (= platelet - derived growth factor) entre coagulation (cf. ci-dessus; p. 77). L'addition de autres ont un effet vascoconstricteur. De plus, citrate ou d'oxalate à du sang frais, en l'activation des TC libère le thromboxane A2 complexant les ions Ca2+ rend le prélèvement (vasoconstricteur) et le PAF (platelet-activating incoagulable. Ce procédé est nécessaire à de factor). Le PAF, tout en augmentant l'activation nombreux examens et tests sanguins de des TC, active également les phagocytes (cf. p. laboratoire. 66 et suiv.). Le résultat final consiste en une La vitamine K est nécessaire à la synthèse des accumulation massive de TC : c'est facteurs de la coagulation : prothrombine (II), VII, IX l'agrégation. et X (cf. p. 76 et suiv.). Après la synthèse de leurs chaînes protéiques, ces derniers sont carboxylés à Ce bouchon thrombocytaire (thrombus blanc) quelques groupements N terminaux glutamiques. La permet, grâce au concours d'une vitamine K est le cofacteur de cette réaction vasoconstriction locale et au déroulement de enzymatique, à partir de laquelle se forment les l'endothélium, une obturation provisoire de la groupements γ-carboxyglutamiques (modification fuite. posttranslationnelle). Grâce aux groupements carboxyglutamiques, les facteurs de la coagulation Simultanément à cette hémostase, la coagu- 2+ cités ci-dessus peuvent se lier au Ca , lequel se fixe à lation proprement dite (A3) est mise en route son tour aux phospholipides. Ainsi, les principales grâce à deux autres mécanismes : réactions de la coagulation peuvent s'effectuer à la surface des lipoprotéines (cf. p. 220 et suiv.). La a) un système exogène déclenché par les vitamine K est normalement synthétisée par les facteurs tissulaires libérés par les tissus lésés bactéries intestinales, mais si la flore intestinale a été (cf. p. 76) ; détruite, par ex. par l'administration orale d'antibiotiques, une carence en vitamine K apparaît. Il b) un système endogène amorcé par le en est de même lors de dysfonctionnements de la contact des facteurs de coagulation XII avec les digestion ou de l'absorption des graisses du fait de la fibres de collagène (cf. p. 76 et suiv.). liposolubilité de cette vitamine. Isolément ou conjointement, ces deux systèmes
- 80. 76 Sang Coagulation sanguine et fibrinolyse Dans le cas de lésions minimes de l'endothélium des substances appelées antiplasmines. En vasculaire en dehors de l'action des plaquettes thérapeutique, on utilise à cet effet des acides E décrites p. 74, l'activation de la coagulation est due aminocaproïques, l'aprotinine ou des sub- essentiellement au système endogène. Le facteur stances analogues (A). Les produits de dégra- plasmatique XII est activé (Xlla; A), dès qu'il arrive au dation de la fibrine, libérés au cours de la contact de surfaces autres que celle de l'épithélium vasculaire (comme le collagène). C'est ce facteur Xlla fibrinolyse, inhibent en retour la formation de qui amorce la mise en route du système endogène, fibrine (A), empêchant ainsi la poursuite du lequel ne comporte, en dehors du facteur plaquettaire processus de coagulation. 2+ (FT3) que des facteurs plasmatiques et du Ca (A). L'antithrombine 3 est la protéine anti- Lors d'une lésion tissulaire un peu plus thrombose plasmatique la plus importante, Elle importante, des facteurs tissulaires (appelés forme un complexe avec la thrombine, le facteur thrombokinases tissulaires) peuvent intervenir. Xa. etc., et peut donc inhiber ces derniers. Ce Ils constituent, avec le facteur plasmatique VII complexe est renforcé par de l'héparine et les ions Ca2+, le système exogène. endogène (par exemple provenant des mastocytes, cf. p. 72) ou introduite par la Ces deux systèmes (exogène et endogène) thérapeutique. Une carence en anti-thrombine 3 activent alternativement ou conjointement le provoque des thromboses. facteur X (cf. p. 75). Celui-ci, dans sa forme En cas de danger de thrombose, c'est-à-dire lorsque activée (Xa), en liaison avec les phospholipides des vaisseaux d'importance vitale risquent d'être d'origine plaquettaire (FT3) ou tissulaire, le obstrués par des caillots, on entreprend un traitement facteur plasmatique V et le Ca2+, transforme la anticoagulant L'héparine agit notamment en inhibant prothrombine en thrombine (A, au milieu). La indirectement la thrombine et le facteur Xa, alors que thrombine transforme non seulement le fibrino- le dicoumarol et ses dérivés ont pour effet d'inhiber gène en fibrine, mais active aussi le facteur XIII dans le foie la γ-carboxylation. due à la vitamine K (cf. (facteur de stabilisation de la fibrine ; A, au p. 74), de la prothrombine et des facteurs VII, IX et X. L'aspirine, l'anturan, etc., inhibent l'agrégation milieu) : elle agit également sur les plaquettes plaquettaire (cf. p. 74). au cours de l'hémostase (B et cf. p. 75). La tendance aux hémorragies ou réduction Les filaments individuels de fibrine (mono- pathologique du pouvoir de coagulation peut résulter : mères) s'organisent en un réseau de fibrine a) d'un déficit congénital en certains 1 facteurs de la finalement stabilisé en fibrine, par le facteur coagulation (par exemple un 1 manque du facteur VIII Xllla (A). entraîne ce qu'on appelle l'hémophilie A) : b) d'un déficit acquis en ces facteurs (maladie du foie, carence Au-delà de la réaction locale de coagulation, en ' vitamine K) : c) d'une utilisation accrue de ces une coagulation générale dans tout le réseau facteurs (hémopathie de consommation) d) d'un vasculaire (thrombose) doit être évitée. En manque de plaquettes (thrombopénie) ;e) de certaines dehors de l'antithrombine 3 (cf. ci-dessous), la maladies vasculaires ; f) d'un excès de fibrinolyse, etc. plasmine joue dans ce cas un rôle important en permettant la redistribution physiologique de la Facteurs de la coagulation Demi vie in vivo (h) fibrine (fibrinolyse ; A) et d'autres facteurs de la coagulation. Les fragments de fibrine I Fibrinogène 96 II Prothrombine 72 provenant de la fibrinolyse inhibent la formation III Thromboplastine tissulaire, de nouvelle fibrine, évitant ainsi une coagulation thrombokinase illimitée. 2+ IV Ca , ionisé La plasmine est formée à partir du plasmino- V Proaccélérine 20 gène qui peut être activé par divers facteurs VII Proconvertine 5 humoraux et tissulaires, parmi lesquels sans VIII Facteur antihémophilique (A) 12 doute le facteur Xlla. IX PIC, facteur Christmas 24 X Facteur Stuart-Power 30 En thérapeutique, la streptokinase est utilisée XI plasma thromboplastin comme activateur pour tenter de redissoudre antécédent ou PTA 48 des caillots fraîchement formés. Physiologique- XII Facteur Hageman 50 ment, une fibrinolyse excessive est entravée par XIII Facteur stabilisant de la fibrine 250
- 82. 78 Respiration Les poumons aux alvéoles tandis que l'O2 diffuse des alvéoles La fonction principale des poumons est la dans le sang des capillaires pulmonaires (cf. p. respiration. Cependant, les poumons rem- 92 et suiv.). Ainsi, le sang peu riche en oxygène plissent aussi des fonctions métaboliques. Ils (« veineux ») de l'artère pulmonaire est « artérialisé » et gagnera à nouveau la transforment par exemple l'angiotensine 1 en angiotensine II (cf. p. 152) et éliminent certaines périphérie par le cœur gauche. substances (comme la sérotonine) du Au repos, le cœur pompe environ 5 l de sang compartiment sanguin. La circulation par minute (débit cardiaque Qc) successive- pulmonaire joue en outre un rôle de tampon ment à travers les poumons et à travers la pour le volume sanguin (cf. p. 160 et 184) et circulation générale. Environ 0,3 l d'O2 est intercepte les petits caillots dans le circuit transporté par minute avec ce courant sanguin veineux avant que ceux-ci ne provoquent des depuis les poumons vers la périphérie (VO2 et dégâts dans les voies artérielles (cœur, environ 0.25 l de CO2 est transporté par minute cerveau). de la périphérie vers les poumons (VCO2). Au repos, un débit ventilatoire total (VT) de Fonctions de la respiration l'ordre de 7,5 1/min est nécessaire pour apporter ce volume d'O2 de l'environnement aux La respiration au sens strict du terme, c'est-à- alvéoles et pour éliminer le CO2. Cet apport est dire la respiration « extérieure », consiste en un réalisé grâce à l'inspiration et l'expiration d'un échange gazeux entre l'organisme et le milieu volume courant (VT) de 0,5 l et ceci 15 fois par ambiant (« respiration intérieure » = oxydation minute (fréquence respiratoire f). La des aliments, cf. p. 198). Contrairement aux ventilation alvéolaire (VA, de l'ordre de 5,25 organismes unicellulaires chez lesquels la l/min, est plus faible que VT ; le reste constitue la distance entre les cellules et le milieu ventilation de l'espace mort (cf. p. 86), environnant est suffisamment courte pour que l'O2 et le CO2 puissent diffuser facilement (cf. p. Dans un mélange gazeux, les pressions par- 8), l'organisme humain multicellulaire a besoin tielles des divers gaz s'additionnent pour d'un système de transport spécial par donner la pression totale du mélange gazeux convection pour assurer les échanges gazeux : (loi de Dalton). La part relative de chacun des c'est l'appareil respiratoire et le système circula- gaz par rapport au volume total du mélange toire (cf. p. 154 et suiv.). gazeux («concentration fractionnaire», F; p. Grâce aux mouvements respiratoires, l'oxygène 329) détermine la pression partielle. Une parvient avec l'air inhalé dans les alvéoles concentration fractionnaire de 0,1 (= 10%) pulmonaires (ventilation) d'où il diffuse dans le correspond, pour une pression totale (P) de 100 sang. L'O2 est transporté dans le sang jusqu'aux kPa, à une pression partielle de 10 kPa (100 • tissus ; il diffuse alors dans les mitochondries, à 0,1). l'intérieur des cellules. Le CO2 qui est produit à Composition de l'air sec ce niveau parcourt le chemin inverse. Les gaz respiratoires sont ainsi transportés par Gaz F ( l/l ) Pau niveau de la mer convection sur de longues distances (kPa) (mmHg) (ventilation, circulation) et par diffusion à O2 0,209 21,17 158,8 travers des membranes limitantes peu épaisses CC2 0,0003 0,03 0,23 (gaz/fluide dans les alvéoles, sang/tissus en N2 + gaz inertes 0,791 80,1 601 périphérie). Air sec 1,0 101,3 760 Environ 300 millions de vésicules aux parois peu épaisses, les alvéoles (diamètre de l'ordre Lors du passage à travers les voies aériennes de 0.3 mm), se trouvent aux extrémités des (bouche, nez, pharynx, système bronchique), l'air ramifications terminales de l'arbre bronchique. inspiré est entièrement saturé d'eau, si bien que la PH2O Elles sont entourées par un réseau de atteint sa valeur maximale de 6.27 kPa (47 mmHg) à 37 °C (cf. aussi bilan hydrique, p. 138). De ce fait, la capillaires pulmonaires très dense. La surface PO2, accuse une baisse et passe de 21,33 kPa environ globale de ces alvéoles est d'environ 100 m2. (159 mmHg) à 19,87 kPa (149 mmHg) et PN2 décroît Ainsi, en raison de cette importante surface proportionnellement. Les différentes pressions alvéolaire, les échanges gazeux se font par partielles dans l'alvéole, l'artère, la veine et l'air expiré diffusion, autrement dit le CO2 parvient du sang sont indiquées sur la planche A.
- 84. 80 Respiration Mécanique ventilatoire Le moteur des échanges gazeux entre les Pour que les mouvements du diaphragme et de alvéoles et l'air ambiant, donc le moteur de la la cage thoracique puissent être utilisés pour la ventilation, est constitué par les différences de ventilation, il faut que les poumons puissent pression qui existent entre ces deux milieux. suivre ces mouvements, mais sans être fixés Lors de 'inspiration, la pression dans les entièrement à la cage thoracique et au alvéoles (pression intrapulmonaire : Ppulm ; B) diaphragme. Ceci est réalisé grâce à l'existence doit être inférieure à la pression d'un film très mince de liquide se trouvant entre (atmosphérique) de l'air ambiant ; les deux feuillets de la plèvre qui recouvrent les lors de l’expiration, c'est l'inverse qui doit se poumons (plèvre pulmonaire) d'une part, et les produire. Si l'on suppose que la pression organes avoisinants (plèvre pariétale) d'autre atmosphérique est égale à zéro. il s'ensuit que part. Dans sa position naturelle, le poumon a pendant l'inspiration, la pression pulmonaire est tendance à s'affaisser sur lui-même du fait de négative et que, pendant l'expiration, elle est sa propre élasticité. Mais comme le liquide positive (B). Pour atteindre ces pressions, le contenu dans la cavité pleurale est volume pulmonaire doit augmenter lors de incompressible, le poumon reste solidaire de la l'inspiration et diminuer lors de l'expiration. Ceci face interne de la cage thoracique, ce qui est assuré, d'une part, directement grâce aux conduit à une attraction, donc une pression mouvements du diaphragme, et, d'autre part, négative par rapport à la pression environnante indirectement grâce aux autres muscles (pression intrapleurale, également appelée respiratoires qui agissent sur la cage thoracique pression intrathoracique [Ppl] ; B). Durant (thorax) (A). l'inspiration, lorsque la cage thoracique Les mécanismes intervenant au cours de augmente de volume l'attraction augmente; l'inspiration sont : a) la contraction par contre au moment de l'expiration elle (aplatissement) du diaphragme : b) le soulè- devient plus faible (B). Ce n'est qu'en cas vement (augmentation) de la cage thoracique d'expiration forcée faisant intervenir les muscles par contraction des muscles scalènes et des expiratoires (cf. ci-dessus) que Ppl, peut devenir muscles intercostaux externes et c) le positive. soulèvement de la cage thoracique par d'autres muscles accessoires. Les mécanismes Epuration de l'air inspiréé intervenant au cours de l'expiration sont : a) Un grand nombre de particules étrangères ou les mouvements des muscles de la paroi impuretés présentes dans l'air inspiré sont ' abdominale qui poussent le diaphragme vers le captées par le mucus tapissant les fosses haut ; b) l'abaissement (diminution) de la cage nasales et la cavité pharyngienne aussi bien thoracique, mouvement passif dû à la pesanteur que la trachée et l'arbre bronchique. et à l'élasticité (cf. p. 88) et c) la contraction des Dans les ramifications bronchiques (plus de 20 muscles intercostaux internes. ramifications successives) la surface de section totale des « ramifications filles » est supérieure à celle de la Les muscles intercostaux externes, tout comme bronche correspondante. L'écoulement de l'air, produit les muscles intercostaux internes, s'insèrent sur par les variations de Ppulm diminue donc déjà au niveau deux côtes successives. Leur action des ramifications terminales des bronches, si bien que antagoniste s'explique essentiellement par la les impuretés de l'air sont arrêtées à ce niveau (l'O2 et différence de longueur du levier sur la côte le CO2 parcourent les quelques mm restant, de supérieure ou inférieure (A) : la distance entre le ou vers l'alvéole, par diffusion). point d'insertion des muscles intercostaux Dans l'arbre bronchique, les impuretés sont retenues externes sur la côte supérieure (B) et l'axe de par les mucosités et phagocytées sur place, ou bien rotation de cette côte (A) est inférieure à la ramenées vers la trachée grâce aux cils de l'épithélium distance entre le point d'insertion de ces trachéo-bronchique. Les cils battent environ 12 à 20 muscles sur la côte inférieure (C') et son axe de fois/s et entraînent le déplacement du film muqueux à une vitesse de l'ordre de 1 cm/min. Le mucus est rotation (A'). Cette dernière longueur de levier produit à raison de 10 à 100 ml/jour; sa production C'-A' est donc supérieure à la longueur de levier dépend de l'irritation locale, par ex. la fumée du tabac, A-B, de sorte que la contraction de ces muscles et de la stimulation vagale. Le mucus est entraîne un soulèvement des côtes. Les habituellement avalé et les sécrétions réabsorbées au muscles intercostaux internes ont une action niveau du tractus intestinal. antagoniste, ce qui conduit à un abaissement de la cage thoracique lors de leur contraction.
- 86. 82 Respiration Respiration artificielle malade est placé dans un caisson («poumon d'acier »), La respiration artificielle est indispensable sa tête restant hors du caisson. La pompe crée une lorsque la respiration spontanée est insuffisante pression négative dans l'enceinte : cette pression est ou totalement défaillante. L'insuffisance d'apport inférieure à la pression extérieure et donc aussi à la en oxygène aux tissus conduit en quelques pression intrapulmonaire. Cette dépression provoque fractions de minute à une perte de une augmentation du volume thoracique donc une connaissance et, en quelques minutes, à des inspiration. Puis survient une pression positive qui provoque une expiration. Cette méthode de ventilation dégâts irréversibles au niveau du cerveau est surtout utilisée en cas de paralysie respiratoire (anoxie, cf. p. 102). chronique (par exemple, pour la paralysie infantile). Le bouche-à-bouche est une manœuvre Ces modes de ventilation assistée gênent toutefois le adoptée en urgence en cas d'arrêt brutal de la retour veineux du sang vers le cœur (ci p. 184). On respiration. Le malade est allongé sur le dos. Le pallie cet inconvénient en adoptant la ventilation par sauveteur pose sa bouche ouverte sur celle du pressions alternées, dans laquelle la ventilation par pression positive (A, en haut) est complétée par une malade, une joue obturant les narines, puis il lui aspiration artificielle de l'air au cour de la phase insuffle de l'air (A, à droite). Ceci a pour effet d'expiration. d'élever la pression intrapulmonaire du malade (cf. p. 80) par rapport à la pression atmosphérique qui pèse sur le thorax, si bien Pneumothorax que les poumons et le thorax augmentent de On parle de pneumothorax lorsque de l'air (par volume (inspiration). Lorsque la bouche du exemple à la suite d'une blessure à la cage thoracique) malade est à nouveau libérée, l'air insufflé pénètre dans la cavité pleurale (cf. p. 80 et suiv.). Dans ressort (expiration). Ceci est dû à l'élasticité de le pneumothorax ouvert, le poumon atteint s'affaisse sur lui-même du fait de sa propre élasticité et ne peut la cage thoracique. L'expiration peut être plus assurer la respiration (B). Même le accélérée par une pression exercée sur le fonctionnement de l'autre poumon est gêné, car une thorax. Le sauveteur remplit à nouveau ses partie de l'air inspiré circule entre le poumon sain et le poumons d'air et renouvelle la manœuvre poumon collabé et ne peut donc plus participer aux environ 15 fois par minute. La teneur en 0^ de échanges gazeux. Contrairement à ce qui se produit l'air expiré par le sauveteur (Paoy cf. p. 92) suffit dans le pneumothorax ouvert, dans le pneumothorax pour apporter au malade une quantité à soupape (B), l'air ayant | pénétré dans la cavité pleurale à chaque S mouvement respiratoire ne peut d'oxygène satisfaisante. La respiration artificielle plus s'échapper j (par exemple, un lambeau cutané sur peut être considérée comme réussie lorsque la la plaie i se comporte comme une soupape). La coloration bleutée (cyanotique) de la peau du pression dans l'espace pleural du côté atteint devient malade disparaît pour faire place à une couleur positive ; l'hypoxie qui en découle provoque une rosé. augmentation du volume courant avec, pour conséquence, une élévation de la pression dans Dans son principe, le respirateur à pression l'espace pleural atteint de l'ordre de 30 mmHg. Cette positive fonctionne de la même façon. Il peut surpression pleurale conduit à un refoulement du cœur être utilisé, au cours d'une anesthésie, lorsque et à une compression du poumon sain : le remplissage des médicaments (substances analogues au cardiaque diminue (cf. p. 162) et les veines périphériques se distendent. Une cyanose apparaît et curare) ont paralysé les muscles respiratoires l'état du patient peut s'aggraver très sérieusement. du malade lors d'une intervention. L'insufflation Cependant, si la plaie est fermée, la Ppl se stabilise, le d'air (inspiration) est commandée par une poumon sain reprend ses fonctions normales et pompe (A, à gauche). Dans ces respirateurs, l'anoxie n'apparaît pas. Après 1 ou 2 semaines, la les tuyaux expiratoire et inspiratoire doivent être poche d'air est complètement résorbée. Le traitement bien séparés (valve contrôle. A, en haut) sinon approprié consiste en une lente évacuation de cette l'espace mort (cf. p. 86) serait trop important. surpression et en un arrêt de l'action de la «soupape». Cette ventilation peut être effectuée à volume Le pneumothorax fermé (le plus commun des constant (« volume donné ») ou à pression pneumothorax) peut se développer spontanément, constante (« pression donnée »). Ces deux particulièrement dans l'emphysème quand il y a rupture du poumon à travers l'espace pleural, créant méthodes présentent des avantages et des ainsi une liaison directe entre le système bronchique et inconvénients. Dans chaque cas, les constantes l'espace pleural. La respiration forcée (mécanique) à physiologiques doivent être constamment pression positive ou une remontée trop rapide à la contrôlées (concentration gazeuse expiratoire, surface suite à une plongée (cf. p. 106) peuvent gaz du sang, etc.). également entraîner un pneumothorax fermé. Le respirateur à pression négative (A, en bas) fonctionne suivant un principe différent. Le
- 88. 84 Respiration Mesure des volumes pulmonaires mesurer la compliance (cf. p. 88) et la (spiromètre) consommation d'oxygène, lors des tests dynamiques de la respiration (cf. p. 90). etc. Après une expiration normale, le thorax se trouve dans une position d'équilibre, dite aussi Il faut souligner que les volumes et capacités position de relaxation. Au cours d'une indiqués plus haut varient considérablement inspiration normale (au repos). 0,5 1 d'air d'un sujet à l'autre en fonction de l'âge, de la environ (volume courant) pénètre dans les taille, de la constitution, du sexe et de la poumons. A ce volume courant peuvent condition physique. Ainsi, la capacité vitale peut s'ajouter 2,5 1 d'air environ lors d'une inspiration aussi bien atteindre 2,5 ou 7 l sans que cela soit forcée (volume de réserve inspiratoire). pathologique. Inversement, à partir de la position d'équilibre. Pour pouvoir utiliser une partie au moins de ces 1,5 l d'air au maximum peut encore être expiré facteurs, on fait appel à des formula empiriques (volume de réserve expiratoire). Ces deux de normalisation. Les valeurs normales de volumes de réserve sont sollicités lorsque, lors capacité vitale (CV) des Européens sont par d'un exercice physique par exemple (cf. p. 48 et exemple : suiv.), le volume courant de repos ne suffit plus chez l'homme : pour assurer les échanges gazeux nécessaires. CV = 5,2h - 0.022a - 3.6 (±0.58) Le volume résiduel est le volume de gaz qui chez la femme : reste dans les poumons à la fin d'une expiration CV = 5,2h - 0.018a - 4.36 (±0,42), forcée. Les sommes de ces différents volumes pulmonaires correspondent aux capacités. La h désignant la taille en m, a l'âge en années et capacité vitale est définie comme étant le la valeur entre parenthèses représentant l'écart volume d'air mobilisé lors d'une expiration type. Même ainsi, on peut encore enregistrer forcée qui suit une inspiration forcée, donc des écarts relativement importants par rapport à comme étant la somme des volumes suivants : la norme. Les mesures des volumes volume courant + volume de réserve inspiratoire pulmonaires sont d'autant plus probantes que le + volume de réserve expiratoire (environ 4.5 à nombre de mesures effectuées sur la même 5,7 l pour un jeune homme mesurant 1,80 m). personne est plus élevé avec, par conséquent, La capacité pulmonaire totale (≈ 6 I) comprend un enregistrement des variations (par exemple en plus le volume résiduel, alors que la capacité lors de la surveillance de l'évolution d'une résiduelle fonctionnelle est la somme du volume maladie pulmonaire). de réserve expiratoire et du volume résiduel (A Conversion des volumes gazeux. Le volume et cf. p. 86). V [I] d'une quantité de gaz n [mol] dépend de la A l'exception du volume résiduel et des température absolue T [K] et de la pression capacités qui le contiennent, toutes les totale P [kPa], c'est-à-dire de la pression grandeurs indiquées ci-dessus peuvent être barométrique PB diminuée de la pression de mesurées à l'aide d'un spiromètre (A). vapeur d'eau PH,O : Cet appareil est constitué d'une enceinte étan- V = n • R • T/P, che remplie d'eau, dans laquelle est renversée ou R = la constante des gaz parfaits = une cloche. La poche d'air ainsi délimitée est 8.31 J • K-1 • mol-1. munie d'un conduit par lequel sort l'air et qui est On fait une distinction entre les conditions relié aux voies respiratoires du sujet. L'équilibre suivantes : de la cloche est assuré par un contre-poids. La STPD : Standard Température Pressure Dry position de la cloche, qui est étalonnée en ATPS : AmbientTemp.Press.H2O-Saturated unités de volume (litres), renseigne sur le BTPS : Body Temp. Press. Sat. contenu gazeux du spiromètre. Lorsque le sujet respire dans le spiromètre (expiration), la cloche ce qui donne : se soulève et, lorsqu'il est en inspiration, elle VSTPD = n • R • 273/101 descend (A). VATPS = n • R • Ta,b/(Pe - Phw) Si l'appareil est doté d'un cylindre enregistreur VBTPS = n • R • 310/(PB - 6.25) avec stylet inscripteur, il s'agit d'un spirographe. VSTPD/VBTPS par exemple est alors égal à On peut ainsi mesurer le débit ventilatoire VT, donc le volume inspiré ou expiré par minute (cf. 273 . PB - 6,25 p. 90). On utilise également le spirographe pour 310 101
- 90. 86 Respiration rapport VD/VT est un index de « défaillance » Espace mort et volume ventilatoire (au repos il est de l'ordre de 0,2 à résiduel 0.3; cf. p. 92). Les échanges gazeux dans l'appareil respira- Le volume résiduel ou la capacité résiduelle toire se font uniquement au niveau des fonctionnelle par exemple (cf. p. 84) ne peuvent alvéoles. Ainsi, le volume courant (VT) être mesurés à l'aide du spiromètre et doivent comprend deux parties, l'une (VA) venant de être déterminés indirectement. l'espace alvéolaire, l'autre (VD) de l'espace mort. On peut par exemple utiliser, comme traceur L'espace mort représente le volume total de gazeux, de l'azote (N2). La concentration frac- toutes les voies anatomiques conduisant l'air tionnaire de l'azote dans les poumons (FLN2 ) est inspiré jusqu'aux alvéoles ; il ne participe pas constante (≈ 0,80 = 80% du volume alvéolaire). aux échanges gazeux. La cavité buccale, les On fait inhaler à un sujet un volume déterminé fosses nasales, le pharynx, la trachée et les (VB) d'un gaz qui ne contient pas d'azote et qui bronches forment l'espace mort anatomique provient d'un récipient ; on fait ensuite expirer le (EMA), dont le volume en ml est équivalent à sujet : l'azote se répartit dé façon homogène deux fois le poids de l'individu (environ 150 ml). dans les poumons et dans le récipient (B). L'EMA fonctionne comme un conduit d'air dans Comme l'ensemble du volume de N2 n'a pas lequel l'air est simultanément débarrassé varié, on peut considérer que le volume de N2 (purifié) des particules de poussières, humidifié au début de l'épreuve (N uniquement dans les et réchauffé avant d'atteindre les alvéoles. Il poumons) est égal au volume de N2 à la fin de contribue également à la parole, un peu comme l'épreuve (N2 dans les poumons et dans le une caisse de résonance qui détermine les récipient). VL peut ensuite être calculé (B). Les caractéristiques de la voix (cf. p. 324). L'EMA grandeurs VB et FLN2 sont déjà connues et il est normalement grossièrement égal à l'espace reste donc à déterminer la concentration mort fonctionnel; cependant quand les fractionnaire de N2 à la fin de l'épreuve (FXN2). échanges gazeux sont diminués dans une Pour cela, on analyse le contenu du récipient partie des alvéoles, l'espace mort fonctionnel une fois l'épreuve terminée. VL est égal au excède l'EMA (cf. p. 92). Le VD peut être calculé volume résiduel (≈ 1,5 I), lorsqu'on débute à à partir du contenu en CO2 du gaz alvéolaire et partir de la position d'expiration extrême, ou à la du volume courant (VT) au moyen de l'équation capacité résiduelle fonctionnelle (≈ 3 I) lorsque de Bohr (A). le thorax se trouvait initialement en position de relaxation. Le volume courant VT se compose du volume provenant de l'espace mort (VD) et du volume Pour mesurer le volume résiduel ou la capacité alvéolaire (VA) (A). Dans chacun de ces trois résiduelle fonctionnelle, on peut aussi utiliser un volumes règne une certaine « concentration » mélange hélium-O2 provenant du spiromètre. Au fractionnaire de CO2 (A), à savoir FECO2 dans VT, moment de l'inspiration ou de l'expiration, FACO2,dans VA et la concentration fractionnaire l'hélium se répartit dans les poumons. La de CO2 dans l'air ambiant (FiCo2 qui reste dilution de l'hélium dans le spiromètre permet, identique dans VD. Le produit des volumes de la même façon que dans la méthode avec totaux et de la concentration fractionnaire de l'azote (cf. ci-dessus), de déterminer le volume CO2 correspondante donne la quantité de CO2. résiduel ou la capacité résiduelle fonctionnelle. La quantité de CO2 dans le volume expiré est Ces techniques ne permettent d'enregistrer que les en outre égale à la somme des quantités de espaces pulmonaires qui sont ventilés, alors que la pléthysmographie permet le calcul du volume résiduel CO2 dans les deux espaces VA et VD (A, II). d'espaces pulmonaires remplis d'air et n'ayant pas de Cependant le facteur FiCO2, est faible et peut communication avec l'extérieur. La valeur du rapport être négligé. du volume résiduel à la capacité pulmonaire totale revêt une importance clinique (cf. p. 84). Ce rapport est Pour calculer VD, trois grandeurs doivent être normalement de 0,25 au maximum. Dans l'em- mesurées : (1)VT déterminé à l'aide d'un physème, qui est une dilatation pathologique des spiromètre (cf. p. 84). (2) FACO2, déterminé à alvéoles, ce rapport est supérieur à 0,55 et peut donc partir de la fraction terminale du gaz expiré qui être considéré comme un reflet approximatif du degré correspond au gaz alvéolaire, et (3) FDECO2. de gravité de cette affection. Quand VT = 0,5 I, FACO2, = 0,06 l/l (6 vol %) et FECO2 = 0,045 l/l (4,5 vol %), VD est de 0.15 I. Le
- 92. 88 Respiration La compliance est augmentée dans l'emphysème et Relation pression/volume des poumons et diminuée lors de fibrose et congestion pulmonaires. du thorax. Travail ventilatoire Par analogie avec la courbe de distension de repos, on La courbe pression-volume (PV) est obtenue en peut également tracer le diagramme pression/volume mesurant la pression dans les voies aériennes lors d'une contraction maximale des muscles (pression intrapulmonaire. Ppulm ; respiratoires (A, courbes rouge et verte), expiration et cf. p. 81 ) pour différents niveaux de gonflement inspiration étant maximales. Les muscles des poumons (Vpulm) durant un cycle expiratoires ne peuvent provoquer qu'une pression relativement faible à partir d'une position d'expiration respiratoire. La relation entre ces grandeurs est forcée (Vpulm <0) (A, g), alors que le maximum de représentée graphiquement en couplant chaque pression atteint plus de 15 kPa (≈ 150cm H2O) lorsque valeur de Vpulm à la valeur de Ppulm Vpulm est positif et élevé (A, e). Delà même façon, correspondante (A). l'attraction la plus élevée lors de l'inspiration peut être Pour déterminer les caractéristiques de la rela- obtenue à partir de la position d'expiration maximale tion pression-volume, Vpulm à la position de (A,d,f). repos expiratoire (position de relaxation) est Si l'on mesure la courbe de distension pendant la considéré égal à zéro. Ppulm = 0 par rapport à la respiration (diagramme dynamique pression/volume), pression atmosphérique (A, a). A partir de cette on obtient des valeurs différentes au cours de l'inspiration et de l'expiration : cela donne sur le position de départ, de petits volumes d'air diagramme un ovoïde (C). Le « gradient de pression » connus sont inspirés (+Vpulm) ou expirés (-Vpulm) . porté en abscisse correspond par exemple à la A la fin de chaque palier, le robinet du différence de pression entre la bouche et l'atmosphère spiromètre placé à la bouche du sujet est fermé lors de la ventilation artificielle à pression positive (cf. et on mesure Ppulm, correspondant au volume P. 83, A). des voies respiratoires. (Les muscles Les surfaces comprises à l'intérieur de l'ovoïde (C, respiratoires doivent être relaxés). Il faut noter ARins, ARexp) correspondent au travail respiratoire que durant les mesures, Vpulm est développé durant l'inspiration ou l'expiration contre les respectivement comprimé ou distendu par résistances à l'écoulement de l'air et contre les forces rapport au volume original mesuré à l'aide du de frottement du poumon et du thorax. Ce travail est 3 spiromètre (A, flèches obliques). égal au produit pression-volume (Pa X m = J, cf. p. 328). La surface hachurée (C) représente ! le travail Dans ces conditions statiques de relaxation, on contre les forces élastiques (Aelast) de l'ensemble obtient la courbe de distension de repos de poumons + thorax. Le travail inspiratoire total l'ensemble « poumon + thorax » (A, courbe correspond à ARinsp + ARexp (aire rosé + surface bleue c-a-b). L'inspiration crée une augmenta- hachurée). Le travail expiratoire total est égal à ARexp tion de pression (Vpulm et Ppulm > 0; A,b), – ARinsp, (petite surface hachurée en vert). Comme au l'expiration produit une chute de pression (Vpulm repos l'énergie élastique accumulée durant l'inspiration et Ppulm < 0; A,c). Ces pressions s'élèvent à est plus grande que le travail expiratoire contre les partir de la position de relaxation passive (A, forces de frottement (ARinsp > ARexp l'expiration ne flèches bleues) des poumons et de la cage demande aucune énergie supplémentaire. Lors de la respiration forcée la surface verte devient supérieure à thoracique puis retournent à leur position de la surface hachurée (ARexp > ARinsp). Ainsi, l'activité départ (A, a). Ces forces de distension sont musculaire devient nécessaire et est utilisée (1 ) pour d'autant plus élevées que Vpulm, s'écarte de 0. le déplacement accéléré de l'air et (2) pour diminuer La pente de la courbe de distension de repos décrit la Vpulm en dessous du niveau respiratoire de repos. compliance (statique) (distensibilité du volume) de Durant des exercices pénibles, le travail respiratoire l'ensemble « poumons + thorax ». La compliance peut atteindre 20 fois sa valeur de repos. s'exprime par ΔVpulm / ΔPpulm en chaque point de la Le travail respiratoire effectué contre les forces de courbe (B). La compliance la plus élevée se situe entre frottement de l'air à l'écoulement et du poumon (mais la position de relaxation et Vpulm =+11, donc dans la pas du thorax) et contre les forces élastiques du zone de respiration normale. A ce niveau, il faut que la poumon, peut être mesuré durant la respiration contre-pression par unité de volume soit la plus faible spontanée. Au lieu de mesurer le « gradient de (valeur normale = 1 ml/Pa ou 0.1 l/cm H2O). pression efficace » (C), Ppl est mesuré à l'aide d'un capteur de pression placé dans l'œsophage. Dans ce La compliance qui vient d'être décrite s'applique à cas, sur le diagramme C, « 0 kPa » doit être remplacé l'ensemble poumons + thorax. On peut aussi distinguer séparément d'une part, une compliance pour le thorax par Ppl au niveau de repos respiratoire (- 0,3 kPa ; cf. p. 81, B) et la pression inspiratoire la plus élevée doit seul ΔVpulm/ΔPpl et d'autre part une compliance pour être remplacée par la Ppl la plus négative (cf. p. 81, B). les poumons seuls ΔVpulm /Δ(Ppulm - Ppl) (Ppl = pression intrapleurale, cf. p. 81, B).
- 94. 90 Respiration Tension superficielle des alvéole (Δp élevé) continuerait de diminuer pour se vider dans le plus gros (Δp petit) (A4). Dans les alvéoles poumons sains, ces deux phénomènes sont évités grâce à une substance tenso-active constituée d'un La compliance passive des poumons et du film phospholipidique (surfactant) recouvrant la thorax (en tant qu'unité, cf. p. 88) dépend surface de l'alvéole. Le surfactant abaisse γ à un grandement de la tension superficielle. Ces niveau relativement bas, mais moins bas pour les gros forces apparaissent au niveau de l'interface alvéoles que pour les petits. Ainsi, les phénomènes a) gaz/liquide, c'est-à-dire à la surface des et b) sont pratiquement supprimés. échanges gazeux des alvéoles (≈100 m2). Le surfactant est un complexe de phospholipides et de On peut démontrer l'action de la tension protéines, dans lequel le composant majeur est la dipalmitoyl lécithine. Le surfactant, produit dans l'un superficielle en mesurant la pression des deux groupes cellulaires recouvrant les alvéoles, intrapulmonaire par remplissage d'un poumon les cellules de type II, est sécrété par exocytose. Une collabé. Quand on utilise de l'air, le poumon déficience de surfactant diminue la compliance ; les oppose, surtout au début, une forte résistance alvéoles se collabent (atélectasie) contribuant ainsi au remplissage, un peu comme lorsqu'on gonfle dans certaines conditions à la création d'un œdème un ballon neuf. Chez un nouveau-né, lors des pulmonaire, au développement d'anomalies pul- premiers soupirs de la vie, cette résistance est monaires notamment après occlusion bronchique ou après respiration de mélanges gazeux à PO2, élevées vaincue seulement grâce à une pression intra- (intoxication à l'oxygène, cf. p. 96). pleurale (cf. p. 81, B) d'au moins -6 kPa (= -60 cm H2O), alors qu'ultérieurement une pression Chez un certain nombre de nouveaux-nés, le surfactant a une action insuffisante (maladie des d'environ -0,6 kPa est suffisante pour gonfler les membranes hyalines, syndrome de détresse poumons. Au contraire, si le poumon est rempli respiratoire), beaucoup d'alvéoles sont collabés et la d'une solution saline, la résistance est quatre pression d'ouverture ne peut être atteinte. fois plus faible car la solution saline réduit la tension superficielle à une valeur proche de Débit respiratoire et tests zéro. dynamiques L'augmentation de pression Δp due à la tension superficielle γ entre un liquide et une bulle de Le débit respiratoire VT est égal au produit; 1 gaz de rayon r, entourée de ce liquide, est volume courant VT (l) X fréquence respiratoire f (min- ). Lors de la respiration au repos, il est de l'ordre de 0,5 • décrite par la loi de Laplace ; Δp = 2 γ/r 1 15 = 7,5 l • min- . Ce débit peut atteindre des valeurs (dimension de γ : N • m -1) ; γ étant normalement 1 de 120-170 l • min- si VT et f augmentent : constant pour un liquide donné (pour le plasma, on parle de respiration volontaire maximale. La γ = 10-3 N • m-1). Δp est d'autant plus grand que mesure de celle-ci revêt une certaine importance r est petit. clinique, par exemple pour la surveillance de l'évolution des maladies des muscles respiratoires (comme la Lorsqu'une bulle de savon aplatie apparaît à myasthénie grave; B). l'extrémité d'un cylindre, r est relativement Un autre test consiste à déterminer le volume expiré grand (A1) et Δp petit (il faut prendre en compte maximal dans la première seconde (volume expiratoire ici 2 interfaces air-liquide, si bien que, dans ce maximum seconde, test de Tiffeneau) qui représente cas, Δp = 4γ/r). Lorsqu'on essaie d'augmenter le généralement une fraction, de la capacité vitale (cf. p. volume de la bulle, il faut tout d'abord que r 84) (rapport de Tiffeneau : normalement > 0,7, C). (La diminue (A2) pour que Δp augmente : il faut capacité vitale forcée est le volume gazeux qui, après une inspiration maximale, peut être expiré des pour cela une « pression d'ouverture » poumons au cours d'une expiration rapide et aussi relativement élevée. Si le volume de la bulle forcée que possible. Cette valeur est souvent plus continue d'augmenter, r grandit à nouveau (A3) faible que CV ; cf. p. 84). Tout comme pour la capacité et le rapport pression nécessaire/augmentation vitale (cf. p. 84), le rapport de Tiffeneau est déterminé du volume redevient beaucoup plus faible. La selon des formules empiriques qui tiennent compte de bulle est prête à éclater. Dans son principe, l'âge et du sexe. Le débit expiratoire maximal l'alvéole se comporte d'une façon analogue. possible est de l'ordre de 10 l/s. Cela permet de différencier cliniquement les troubles respiratoires res- Mais ici, l'élasticité du tissu pulmonaire s'oppose trictifs (diminution du volume pulmonaire lors d'un à l'éclatement. œdème pulmonaire ou d'une pneumonie ou obstacle à Le modèle des bulles de savon permet aussi de la distension pulmonaire, à la suite d'une déviation de constater que a) les alvéoles sont collabés au-dessous la colonne vertébrale) des troubles respiratoires d'une certaine pression (A2) et b) dans le cas de deux obstructifs (rétrécissement des voies aériennes, dû à alvéoles situés l'un à côté de l'autre, le plus petit l'asthme, à une bronchite, à un emphysème, ou à une paralysie des cordes vocales) (C).
- 96. 92 Respiration Échanges gazeux dans les poumons quotient respiratoire : selon l'alimentation, il Les poumons doivent être ventilés (ventilation} varie entre 0,75 et 1,0 (cf. p. 198). pour permettre les échanges gazeux entre les Étant donné que les pressions partielles alvéoles et le sang. A chaque cycle respiratoire, alvéolaires moyennes sont de 13,33 kPa (100 le volume courant (VT) est inspiré et expiré. mmHg) pour O2 et de 5.33 kPa (40 mmHg) pour Mais de ce volume VT seule la fraction alvéolaire CO2 et que les pressions partielles dans le sang (VA) est en contact avec les alvéoles, tandis que veineux sont de 5,33 l kPa (40 mmHg) environ le reste (VD) représente l'espace mort. On a pour O2 et 6,13 kPa (46 mmHg) pour CO2, il donc VT = VA + VD (cf. p. 86). existe pour 0; un gradient de pression partielle Le volume ventilé par unité de temps VT de 8 kPa environ (60 mmHg) en sens inverse. (I • min-1) est égal au produit : VT • fréquence La diffusion des gaz entre l'espace alvéolaire et respiratoire f. Par analogie, on peut aussi l'intérieur des érythrocytes est due à ces calculer la ventilation alvéolaire : VA = VA • f ou différences de pression (cf. aussi p. 94 et suiv.) la ventilation de l'espace mort : (A). VD = VD • f. Le trajet de diffusion entre l'alvéole et les Lorsque la fréquence respiratoire f augmente érythrocytes est de 1 à 2 µm, ce qui est aux dépens de VT, VT restant constant (« respi- suffisamment court pour qu'un équilibre de la ration superficielle »), la grandeur VA nécessaire pression partielle puisse s'établir pendant le aux échanges gazeux diminue ; ceci est dû à laps de temps où l'érythrocyte et l'alvéole sont l'augmentation de VD (= VD . f), car VD est une en contact (au repos ≈ 0,75 s; A). La PO2 et la grandeur anatomique donnée, et à l'augmen- PCO2 ont donc pratiquement la même valeur tation de f. dans le sang capillaire ainsi artérialisé que dans l'alvéole [pour la diffusion du CO2, la faible Exemple : différence de pression (6 mmHg environ) est Normal : VT = 0,5 I, f = 15 min-1 ; VD = 0,15 l suffisante, car le CO2 diffuse beaucoup plus vite donc VT = 7.5 l • min -1 ; VD = 2.25 l • min-1 ; que l'O2. Lors d'un travail physique (Qc élevé), 1 VA = 5.25 l • min- . le temps de contact baisse jusqu'au tiers de la Respiration superficielle : VT = 0,375 I; valeur de repos. S'il existe par exemple un f = 20 min-1 ; VD = 0,15 l (constant) donc VT = obstacle à la diffusion (cf. ci-dessous), l'adapta- 7.5 l • min-1,( resté constant) ; VD = 3 l • min-1 tion de la pression partielle alvéolaire sera donc (augmenté) ; VA = 4.5 l • min-1 (diminué !). plus difficile lors d'un effort qu'au repos. La respiration superficielle conduit donc à une Troubles relatifs aux échanges gazeux : ils sont réduction des échanges gazeux du fait de la dus au ralentissement de la circulation des diminution de VA. Le même phénomène se capillaires sanguins alvéolaires (par exemple produit lorsque l'espace mort est augmenté lors d'un infarctus pulmonaire; B2), à la artificiellement (cf. p. 106). présence d'un obstacle à la diffusion (un épaississement de la membrane lors d'un oe- Combien d'O2 est utilisé et combien de CO2 est dème pulmonaire par exemple, B3), à la non formé ? ventilation des alvéoles (par exemple lors de L'air inspiré contient une proportion d'O2 égale l'inhalation d'un corps étranger, B4). Dans les à 0,21 (FlO2 et une proportion de CO2 de 0,0003 cas B3 et B4, le sang est insuffisamment (FlCO2) ; dans l'air expiré, la proportion d'O2 est artérialisé : on parle alors d'admission veineuse de 0,17 environ (FEO2) et celle de CO2 est de (alvéolaire) dans le sang artériel. Une admission 0.035 (FECO2). Le volume d'O2 inspiré en fonction veineuse (extra-alvéolaire) (B) est observée du temps est donné par la formule VT • FIO2 et le lorsque du sang veineux d'une partie des veines volume d'O2 expiré en fonction du temps est bronchiques et des veines de Thebesius du donné par la formule VT • FEO2. La différence VT cœur, provenant de court-circuits (shunts) arté- (FIO2 – FEO2) correspond a la consommation rioveineux, parvient dans les poumons. Ces d'oxygène VO2 qui est, au repos, d'environ mélanges provoquent une baisse de la PO2, de 0.3 l • min-1. De façon analogue le volume de 13,33 kPa (100 mmHg) (après passage alvéo- CO2 libéré VCO2 est égal à VT (FECO2 – FICO2 ), soit laire) à 12,66 kPa environ (95 mmHg) dans environ 0,25 l • min-1, au repos. VO2 et VCO2 sont l'aorte (et une augmentation correspondante de multipliés par dix environ lors d'un travail la PCO2) (A et cf. p. 78). pénible. Le rapport VCO2/VO2 est appelé
- 98. 94 Respiration Circulation pulmonaire. Rapport ventilation- une PO2 de 100 mmHg (13.33 kPa) et une P CO2, de 40 perfusion mmHg (5.33 kPa). Dans le sang de l'artère pulmonaire pauvre en O2, la PO2 s'élève à 40 mmHg (5.33 kPa) et Le ventricule droit envoie en moyenne exacte- la PCO2 à 46 mmHg (6.13 kPa). Ces deux dernières ment autant de sang vers les poumons que le valeurs sont ajustées aux pressions alvéolaires par les ventricule gauche en envoie dans la circulation échanges gazeux alvéolaires (cf. p. 92). Ces valeurs générale. A l'exception de la faible quantité de moyennes pour l'ensemble des poumons sont valables sang qui parvient aux poumons par les artères pour une ventilation alvéolaire moyenne VA de 5,25 l • -1 1 bronchiques, la circulation pulmonaire moyenne min environ et pour une perfusion Q de 5 1 • min- ou perfusion moyenne Ô est égale au débit environ. Le rapport ventilation-perfusion VA/Q s'élève donc dans ce cas à 5,25/5≈1 (C2). Si, dans un cardiaque (Qc = 5 l • min-1). Cette valeur peut cas extrême, il ne se produit absolument aucune être calculée grâce au principe de Fick à partir ventilation «cour-circuit» fonctionnel (shunt), le rapport de la différence artérioveineuse en oxygène et VA/Q est alors égal à zéro (Cl). Mais, à l'inverse, en cas de la consommation d'oxygène (cf. p. 154). de perfusion insuffisante, les conditions régnant dans les alvéoles concernés sont celles de la pression La pression sanguine au début de l'artère pul- atmosphérique (espace, mort physiologique, cf. p. 86). monaire s'élève à 25 mmHg environ (3,33 kPa) Le rapport VA/Q tend alors vers l'infini (C3). Cela au cours de la systole, à environ 8 mmHg (1,07 signifie que, dans un cas extrême, le rapport VA/Q peut kPa) durant la diastole et en moyenne (P) à varier, dans différentes régions du poumon, entre 0 et environ 15 mmHg (2 pKa). Jusqu'au début des ∞ ou la PO2, entre les valeurs du sang du ventricule capillaires sanguins, P tombe droit et celles de l'air ambiant (D). Ainsi, VA/O diminue approximativement à 12 mmHg (1,6 kPa) (Pa) et fortement au repos de la pointe vers la base lorsque le atteint finalement environ 8 mmHg seulement poumon est en position verticale (3,3-0,63. D, B, ligne verte). Lors d'un effort physique, ces variations sont (1,07 kPa) (Pv à la fin du lit capillaire. Ces moins marquées. valeurs sont valables pour toutes les régions pulmonaires se situant à hauteur de la valve Les valeurs du rapport VA/Q très variables suivant les régions réduisent l'efficacité des poumons en ce qui pulmonaire. Dans les vaisseaux se trouvant au- concerne les échanges gazeux, car la P O2, alvéolaire dessous du niveau de la valve pulmonaire (vers relativement élevée dans la pointe des poumons (D, à la base du poumon), P ou Pa s'élèvent lorsque droite) n'intervient pratiquement pas pour équilibrer la le thorax est en position verticale, car ici la PO2 alvéolaire relativement faible dans la base des pression hydrostatique de la colonne sanguine poumons en raison de la forme de la courbe de s'ajoute (jusqu'à 12 mmHg environ), alors que P dissociation de l’O2du sang (cf. p. 101). En cas de diminue dans les régions situées au-dessus de shunt total (VA/Q = 0), même une oxygénothérapie ne la valve pulmonaire (vers la pointe du poumon) sert à rien pour les régions pulmonaires concernées, (A). Ici, la pression au niveau de l'extrémité car à ce niveau l'O2 apporté n'entre pas en contact artérielle des capillaires (Pa) peut même tomber avec le lit capillaire (situation C1). Pour éviter que le au-dessous de 0 (pression barométrique), si rapport VA/Q n'atteigne des valeurs extrêmes, il existe toutefois un mécanisme qui régule la perfusion bien que la pression atmosphérique régnant alvéolaire ; ce mécanisme est appelé dans les alvéoles ( PA) comprime les capillaires vasoconstriction hypoxique. Des récepteurs situés ( PA > Pa > Pv ; A). Dans cette zone 1 (A), le dans les alvéoles déclenchent, suivant un mécanisme poumon n'est guère perfusé que pendant la encore inconnu (hormones tissulaires?), une systole. Dans les régions moyennes du poumon constriction des vaisseaux sanguins afférents lorsque (zone 2, A), il peut se produire, au moins la Pô, alvéolaire est très basse. Ainsi, les régions partiellement, un rétrécissement de la lumière pulmonaires mal ou pas du tout ventilées sont shuntées, de sorte que les régions pulmonaires plus au niveau de l'extrémité des capillaires veineux «productives» disposent d'une quantité de sang (Pa > PA > Pv), alors que la base du poumon relativement plus importante pour le transport des gaz. (zone 3, A) est constamment perfusée (Pa > Pv > PA). Par conséquent, la perfusion du poumon Dans de nombreuses, maladies pulmonaires, la (Ô) augmente, par unité de volume pulmonaire, valeur du rapport VA/Q peut s'écarter considéra- depuis la pointe jusqu'à la base (B. ligne rouge). blement de la normale. Ainsi, dans le poumon Pour d'autres raisons, la ventilation de l'espace de choc, le shunt peut atteindre jusqu'à 50% de alvéolaire (VA) augmente également dans ce Ô. Un œdème pulmonaire associé (cf. p. 102), sens ; cette augmentation est toutefois moins un autre obstacle à la diffusion alvéolaire ou prononcée (B, ligne orange), si bien que VA/Q une déficience du surfactant (cf. p. 90) augmente de la base vers la pointe (B, ligne provoquent alors très rapidement une insuffi- verte). sance respiratoire grave. Dans les alvéoles pulmonaires, il règne en moyenne
- 100. 96 Respiration Transport du CO2 dans le sang de l'AC ne joue quantitativement aucun rôle. Il en est Le gaz carbonique et l'eau constituent les principaux de même de la liaison carbaminée du CO2 aux produits terminaux du métabolisme énergétique (cf. p. protéines plasmatiques). 109). Le CO2 produit dans les cellules de l'organisme est physiquement dissous et diffuse dans les Lors de la combinaison du CO 2, les ions H+ sont capillaires sanguins. Dans le sang, le CO2 reste pour libérés dans l'érythrocyte : une faible part dissous et, pour une part plus Formation de bicarbonate : importante, il est sous forme combinée (A, flèches CO2 + H2O ó HCO3- + H+. bleues et cf. différence artérioveineuse en CO2 dans le Liaison carbaminée : tableau ci-dessous). Ainsi chargé en CO2, le sang véhiculé dans les vaisseaux parvient jusqu'aux Hb - NH2 + CO2 ó Hb-NH-COO- + H+ capillaires pulmonaires par l'intermédiaire du cœur Les ions H+ ainsi libérés sont tamponnés (A, pouvoir droit. Là, le CO2 est à nouveau dissocié (A. flèches tampon). L'hémoglobine constitue le principal tampon rouges) et il diffuse dans les alvéoles avant d'être dans l'érythrocyte, l'hémoglobine réduite (B, Hb) rejeté dans l'air libre (A, et cf. p. 78 et tableau ci- pouvant capter davantage d'ions H+ que l'hémoglobine dessous). oxygénée (B, oxy-Hb). Ceci permet d'expliquer le phénomène suivant : la libération d'O2, autrement dit la Le CO2 diffuse hors des cellules (A, tissu) si bien que transformation de l'oxy-Hb en Hb, dans les capillaires la PCO2 du sang artériel est de 5.33 kPa environ ou 40 des tissus périphériques augmente la capacité de mmHg et celle du sang veineux est de 6,27 kPa liaison du CO2 (effet Haldane). car une augmentation environ ou 47 mmHg. De ce fait, le CO2 dissous dans + du pouvoir tampon des ions H par l'Hb augmente les le plasma augmente aussi. La majeure partie du CO2 possibilités de combinaisons du CO2, aussi bien sous parvient aux érythrocytes où il augmente ainsi la la forme de HCO3- que sous la forme de composé concentration de CO2 dissous et où il est en outre carbaminé. combiné. Il se forme du HCOg ainsi qu'un composé carbaminé avec l'hémoglobine Hb. Les trois quarts Dans les capillaires pulmonaires, toutes ces réactions environ du HCO3- quittent à nouveau les érythrocytes : se produisent à l'inverse (A et B, flèches rouges) : le ils sont échangés contre des ions Cl- [échange HCO3- diffuse à nouveau dans les érythrocytes, capte anionique (courbe d'Hamburger-Shift), A]. les ions H+ et est transformé en CO2. L'oxygénation de l'Hb en oxy-Hb renforce ce processus par Lors de la formation de HCOg à partir du COz dans les + augmentation de la libération des ions H (effet érythrocytes, l'anhydrase carbonique (AC ; A) joue un rôle déterminant (cf. p. 145) : en effet, cette enzyme Haldane. B). Le CO2 issu du composé carbaminé est permet une accélération de la réaction qui est également à nouveau dissous. Il diffuse enfin dans les relativement lente normalement, si bien que le court alvéoles, car, à ce niveau, la Pco 2 est plus basse que laps de temps ( < 1 s), durant lequel les érythrocytes et dans le sang veineux. les capillaires sont en contact, est suffisant pour que le CO2 se transforme en HCO3-. (Le HCOg formé directement dans le plasma sans aucune intervention
- 102. 98 Respiration Liaison et répartition du CO2 dans le sang façon suivante (B) : 0,60-0,63 sous forme d'HCO3- dans le plasma, 0,26-0,29 sous forme La teneur en CO2, du sang s'exprime en mmol/1 d'HCO3- dans l'érythrocyte, 0,05 sous forme de et dépend plus ou moins de la pression partielle carbamino-hémoglobine, 0,032 sous forme dis- du CO2 (PCO2, en kPa ou en mmHg), qu'il soit soute dans le plasma et 0,023 sous forme sous forme combinée ou qu'il soit dissous. Elle dissoute dans l'érythrocyte. Parmi ces valeurs, est de 24 à 25 mmol/1 dans le sang veineux ce sont certes les composés carbaminés dans mêlé, de 22 à 23 mmol/1 dans le sang artériel. le sang veineux qui augmentent le plus, mais le La représentation graphique de cette relation CO2 est transporté malgré tout essentiellement donne la courbe de dissociation du CO2 dans sous forme d'HCO3 (78% de la quantité le sang (A). transportée, cf. tableau p. 96, dernière ligne) La concentration en CO2 dissous dans le sang des tissus vers les poumons. dépend de façon linéaire de la PCO2, régnant Le rapport concentration de HCO3/concentra- dans le sang et est égale au produit α • PCO2. α tion de CO2 dissous est différent dans le plasma étant le coefficient de solubilité du CO2. Dans le et dans l'érythrocyte (≈ 20: 1 et 12:1). Ceci se plasma à 37°C : α = 0,22 (mmol • I-1 • kPa -1). traduit par une différence de pH entre le plasma La courbe de dissociation du CO2 dissous (7,4) et l'érythrocyte (≈ 7,2) (cf. p. 110 et suiv.). obtenue est donc une droite (A, ligne verte). Par contre, le CO2 sous forme combinée n'est pas Le CO2 dans le liquide céphalorachidien en relation linéaire avec la PCO2, car le pouvoir tampon est réduit et seul un nombre limité de Contrairement au HCO3 et à H +, le CO2 diffuse liaisons carbaminées avec l'hémoglobine est assez aisément à travers la barrière hémato- possible : on obtient pour ce «CO2» une courbe méningée (cf. p. 272), si bien que la PCO2, du de dissociation incurvée. La courbe de liquide céphalorachidien s'adapte rapidement dissociation pour l'ensemble du «CO2» (A, aux variations brutales de la PCO2, sanguine. lignes rouge et violette) se calcule à partir de la Mais les variations (respiratoires) du pH dans somme du CO2 dissous et du CO2 lié. l'organisme, qui sont dues au CO2, ne peuvent L'allure de la courbe de dissociation du CO2 plus dès lors être tamponnées que par les dans le sang dépend de la saturation en tampons non bicarbonates (TNB) (cf. p. 116). oxygène de l'hémoglobine : pour une Pco, Leur concentration dans le liquide donnée, le sang entièrement saturé en O2; peut céphalorachidien étant faible, les variations fixer moins de CO2 que le sang désoxygéné (A, brutales de la PCO2 entraînent à ce niveau des courbes rouge et violette). Cela s'explique variations relativement importantes du pH. également d'un point de vue physiologique : Celles-ci sont captées par les chémorécepteurs lorsque le sang veineux dans les poumons se centraux et la réponse se traduit par une charge d'O2, la fixation du CO2 diminue adaptation de l'activité respiratoire (cf. p. 104). simultanément (effet Haldane, cf. p. 96). Le Contrairement au liquide céphalorachidien, le sang veineux n'est cependant jamais sang est riche en TNB (cf. p. 118), de sorte que, complètement désoxygéné et est toujours par exemple, une chute du pH dans le sang due saturé d'une certaine fraction d'oxygène (en au CO2 (acidose respiratoire) est tamponnée de moyenne ≈ 0,70) suivant que l'organe concerné façon efficace. De ce fait, la concentration finale a plus ou moins épuisé ses réserves. La courbe du HCO3 dans le sang (cf. p. 118) atteint des correspondant à cette valeur (A, ligne en valeurs plus élevées que dans le liquide pointillés) se situe entre les deux courbes céphalorachidien, si bien que le HCO3 diffuse correspondant à une saturation en O2, de 0,00 (relativement lentement) dans le liquide ou de 1,00. La PCO2, régnant dans le sang céphalorachidien; artériel est de 5,33 kPa environ (40 mmHg) pour ceci entraîne à ce niveau une remontée du pH une saturation en O2 de 0,97 (A, point a). Dans et donc (par le biais des chémorécepteurs) un le sang veineux, la PCO2, est de 6,27 kPa affaiblissement de la « stimulation respiratoire », environ (47 mmHg) avec une saturation en O2 un phénomène qui est renforcé par une de 0,70 environ (A, point v). La courbe reliant compensation rénale (augmentation du pH, cf. les points a et v est appelée « courbe de p. 118). Ainsi, il se produit finalement une sorte dissociation physiologique du CO2 ». «d'accoutumance » aux variations chroniques de la PCO2, normale. La totalité du CO2 (= 1,00) se répartit quantitativement dans le sang artériel de la
- 104. 100 Respiration Liaison et transport de l’O2 dans le sang entraîner un déplacement des courbes vers la droite ou vers la gauche, donc rendre la partie initiale de la L'hémoglobine (Hb) est une protéine de 64800 courbe plus plate ou plus prononcée, sans que la Dalton, comprenant quatre sous-unités. capacité de fixation de l’O2 soit modifiée. Le chacune contenant une moitié d'hème. L'hème « déplacement vers la gauche » est provoqué par est un complexe de porphyrine et de fer (II). une baisse de la PCO2, et donc une augmentation du Chacun des quatre fragments de Fe (II) se pH, ainsi que par une diminution de la température et combine de façon réversible à une molécule du 2,3-diphosphoglycérate (2,3-DPG) qui se trouve d'oxygène. Ce mécanisme est une oxygénation dans les érythrocytes. Le « déplacement vers te et non une oxydation. La courbe de droite » est dû, quant à lui, à une chute du pH et à une augmentation des autres facteurs indiqués ci-dessus dissociation de l'oxygène (A. courbe rouge) a (B). une forme sigmoïde due aux variations d'affinité des groupements hèmes pour l'Os. Quand l'O2 Un « déplacement vers la droite » signifie que, pour se lie au premier groupement hème, l'affinité du une même PO2, le volume d'O2 fixé à l'Hb est moins second est augmentée ; la liaison de l'O2 au important (A, flèches en pointillés) ou que, à l'inverse, la PO2, doit être plus élevée pour obtenir une second groupement augmente l'affinité du concentration d'O2 déterminée • (B, flèches en troisième, etc. pointillés). Un « déplacement vers la gauche » a les Quand elle est totalement saturée d'oxygène, 1 effets inverses. Les déplacements vers la droite ou mol Hb fixe 4 mol O2 (4 X 22.4 I) ou 1 g Hb peut vers la gauche peuvent être exprimés simplement par transporter 1.38 ml d'O2. la pression de demi-saturation en O2 (P50), pression pour laquelle l'hémoglobine est saturée à 50%. A partir d'une pression partielle d'O2 donnée (≈ Normalement, c'est-à-dire à pH 7,4 et à 37 °C, la P50 20 kPa), l'Hb est entièrement saturée et la est de 3,46 kPa soit 26 mmHg (cf. par exemple courbe teneur en O2 combiné dans le sang ne peut plus bleue dans C). augmenter, même si la pression d'O2 s'élève. La Le pH relativement bas ou la P CO2, relativement élevée concentration maximale possible en O2 combiné dans les tissus périphériques provoquent, à ce niveau, est appelée capacité de fixation de l'oxygène une augmentation de la dissociation de dans le sang. Elle peut être calculée à partir de l'oxyhémoglobine par « déplacement vers la droite ». la teneur en Hb dans le sang : 1 g Hb fixe au Inversement, le pH augmente dans les capillaires maximum 0.062 mmol d'O2 (1.38 ml). Pour une pulmonaires et la quantité d'O2 fixé peut être plus teneur en Hb de 150 g/l, on a une capacité de importante (effet Bohr). Etant donné que le pH des fixation de l'O2 de 9,3 mmol/l ou 0.2071 l d'O2/l sangs veineux et artériel ne cesse de varier (entre 7.2 de sang. La fraction de la totalité de l'Hb et 7,4 environ), de même que la PO2, il est possible de effectivement oxygénée est dite saturée en O2. tracer, comme pour le CO2 (cf. p. 98), une « courbe de Cette saturation en O2 peut aussi être calculée dissociation physiologique de l'O2 du sang » (B). à partir du rapport : concentration d'O2 La myoglobine (qui sert de réservoir transitoire à l'O2 réelle/capacité de fixation de l'O2. Du fait des dans les muscles) et l’hémoglobine fœtale présentent, shunts AV alvéolaires et extraalvéolaires (cf. p. pour une faible PO2, une courbe de dissociation dont la 92) la PO2, du sang artériel est plus faible que pente est plus prononcée que celle de l'Hb normale. la PO2 alvéolaire et atteint 12.7 kPa (95 mmHg) L'oxyde de carbone (CO) présente une courbe de chez l'adulte jeune, ce qui amène à une dissociation dont la pente est extrêmement abrupte, ce qui signifie que même un très faible pourcentage de saturation en O2 du sang artériel d'environ 0,97 CO dans l'air ambiant entraîne un déplacement de l'O2 tandis que la saturation du sang veineux mêlé initialement fixé à l'Hb (intoxication par le CO) (C). est de l'ordre de 0.73 (PO2, = 5.33 kPa, = 40 Lorsque le fer normalement bivalent dans l'Hb est mmHg). La valeur artérielle diminue avec l'âge, oxydé en un fer trivalent, il se forme de la Met-Hb qui tandis que la valeur veineuse varie d'un organe n'est plus en mesure de fixer l'O2 (C). à l'autre, car l'extraction d'O2 dépend de la nature et du travail de chaque organe. La concentration en oxygène dissous est très faible et dépend linéairement de la PO2, (—> A, courbe La courbe de dissociation de l'O2 du sang est incurvée orange). La concentration est donnée par le produit en forme de S (voir ci-dessus) et atteint un plateau α X PO2, ou α représente le coefficient de solubilité de lorsque les pressions partielles de l'O2 sont élevées (A, l'O2 Dans le plasma, à 37°C, ce coefficient pour 1 1 courbe rouge), car la capacité de fixation de l'O2 est l'oxygène est α = 0,01 mmol • I- kPa- . Dans le sang atteinte. Si la teneur en Hb dans le sang augmente ou artériel (PO2 = 12,7 kPa) il y a environ 0.13 mmol/l d'O2 diminue (A, courbe jaune ou violette), la courbe se dissous. Cette valeur représente environ 1/70 de déplace (et la capacité de fixation de l'O2 aussi) vers le l'oxygène combiné à l'hémoglobine. haut ou le bas. Plusieurs facteurs peuvent aussi
- 106. 102 Respiration Déficit en oxygène (hypoxie, d'érythrocytes suffisant (anémie hypo-chrome) : ceci peut être dû à un manque de fer (cf. p. 62) ; anoxie) c) la formation d'Hb déficiente (comme lors d'une L'anoxie ou absence complète d'oxygène ne se anémie à hématies falciformes) ; d) une inefficacité de l'Hb : par exemple à la suite rencontre pas cliniquement, mais le terme est d'une intoxication par l'oxyde de carbone ou d'une souvent employé. L'hypoxie correspond à une formation de Met-Hb (cf. p. 100). situation dans laquelle les cellules reçoivent trop 3. Anoxie ischémique (A, 3) : Elle apparaît lors peu d'O2, ce qui provoque, au niveau des d'un état de choc, d'une insuffisance cardiaque mitochondries, une diminution de la pression ou d'une obstruction vasculaire, La PO2, partielle en dessous d'une valeur critique de 0,1 pulmonaire comme la concentration en Hb sont -1 mm Hg. L'hypoxie se développe car seul un normales, mais la délivrance d'O2 aux tissus se espace cylindrique restreint autour du capillaire fait mal et les PO2, locales deviennent peut être normalement approvisionné en O2 insuffisantes. La différence arté-rioveineuse grâce au mécanisme de diffusion. Le rayon de pour l'O2 augmente par suite d'une élévation de ce cylindre dépend de la PO2, du coefficient de l'extraction. diffusion, de la consommation d'O2 par les tissus et du débit sanguin capillaire. Pour un A la différence de l'hypoxie hypoxémique ou anémique, dans l'hypoxie ischémique, le transport des produits du fonctionnement optimal du muscle, ce rayon est métabolisme est également impliqué. Dans ce cas, la de l'ordre de 20 µm (diamètre de la lumière glycolyse anaérobie (cf. p. 46) ne peut même pas être capillaire : 6 µm) : une aide car l'acide lactique produit s'accumule dans la au delà de 20 µm, les cellules des tissus zone ischémiée; le métabolisme cellulaire est alors environnants reçoivent trop peu d'O2 (hypoxie ; rapidement bloqué par suite de l'acidose locale. A, 4). Quatre types d'hypoxie peuvent être 4. Anoxie cytotoxique (A, 5) : Elle apparaît distingués selon leur étiologie : lorsque l'utilisation de l'Os est bloquée malgré 1. Anoxie hypoxémique (A, 1) : Elle apparaît une quantité d'O2 suffisante dans la cellule lorsque le sang est insuffisamment oxygéné : (mitochondries). L'acide cyanhydrique (HCN) a) lorsque la PO2, de l'air ambiant est trop basse par exemple bloque l'oxydation des substances c'est ce qui se produit en altitude (cf. p. 108) ; nutritives (substrats) de la cellule par inhibition b) lors d'hypoventilation consécutive, par de la cytochrome-oxydase. exemple, à une paralysie des muscles respira- La sensibilité à l'anoxie varie suivant les différents toires (cf. p. 80 et suiv.) ou du « centre » organes et tissus. Le cerveau est particulièrement respiratoire (cf. p. 104) ou à la suite d'une sensible au manque d'O2 (B). Cela est d'autant plus pression ambiante trop élevée sur le thorax, par grave qu'une cellule nerveuse qui meurt n'est pas exemple en cas de plongée avec tuba (cf. p. remplacée. Lors d'une anoxie, c'est la durée de survie 106); du cerveau qui est le facteur limitant dans le rétablissement du sujet après la guérison de l'anoxie. c) lors de troubles de la diffusion alvéolocapil- Après 15 secondes seulement d'anoxie, le sujet perd laire, par exemple : œdème pulmonaire, pneu- connaissance. Après 2 minutes d'anoxie les cellules monie ou fibrose ; sont endommagées de manière irréversible et après 4 d) lors de troubles de l'équilibre ventilation- à 5 minutes elles meurent. Des hypoxies de moindre perfusion (cf. p. 94), comme par exemple dans importance, comme lors d'insuffisance cardiaque ou de l'emphysème. troubles pulmonaires chroniques, peuvent se mani- fester par des états cliniques tels que confusion, 2. Anoxie anémique (A, 2) : II s'agit d'une désorientation ou conduite bizarre. anoxie due à une diminution de la capacité de On parle de cyanose lorsque la quantité d'Hb réduite fixation de l'O2 dans le sang (cf. p. 100). La dépasse 50 g/l dans les capillaires. Elle se manifeste pression partielle en O2 du sang artériel est par une coloration violacée du lit de l'ongle, des lèvres, normale, mais la quantité d'hémoglobine des lobes d'oreille et des régions où la peau est mince, capable de fixer l'O2 est diminuée. Au repos. ce qui lui fait prendre une coloration pourpre foncée. l'hypoxie consécutive à l'anémie est rarement Comme le développement d'une cyanose dépend de la sévère, mais à l'exercice elle peut être restrictive. concentration absolue d'Hb réduite, une hypoxie peut être sévère sans cyanose (c'est le cas dans l'anémie), Elle est provoquée par : de même une cyanose peut se rencontrer sans a) un déficit en érythrocytes (ex. lors d'une hypoxie significative (comme dans la polyglobulie). hémorragie), une diminution de la formation Dans ce dernier cas, la polyglobulie peut être une d'érythrocytes ou une augmentation de leur réponse adaptative, par exemple pour prévenir une dégradation ; anoxie hypoxémique (cf. p. 108). b) un déficit en hémoglobine Hb malgré un nombre
- 108. 104 Respiration Régulation de la respiration récepteurs sont les tensorécepteurs pulmonaires qui participent au réflexe de La respiration est soumise à une régulation du Hering-Breuer. Lors de l'augmentation de système nerveux central (SNC). La respiration l'inspiration, les tensorécepteurs sont stimulés volontaire est sous l'influence du cortex tandis et engendrent des impulsions transportées que la respiration automatique est commandée jusqu'au SNC par des grosses fibres par la région médullo-pontique (A). Les muscles myélinisées du nerf vague (X). Ils augmentent la respiratoires sont innervés par les nerfs des durée de chaque cycle et diminuent la racines cervicales (C IV-VIII) et dorsales (D 1- fréquence. Ils sont également impliqués dans VII). La régulation de la respiration permet des réflexes amenant bronchoconstriction, d'ajuster la ventilation de manière à maintenir tachycardie et vasoconstriction. les PO2, PCO2, et le pH sanguin à des valeurs appropriées, le pH et la PCO2, du sang étant Le contrôle de la respiration automatique par le intimement dépendants l'un de l'autre (cf. p. 110 système nerveux central est sous l'influence des et suiv.). Il y a différents types de récepteurs au centres respiratoires situés au niveau du pont et niveau des voies afférentes du SNC, des de la moelle. Ces centres bulbaires modulent la chémorécepteurs, des mécanorécepteurs et profondeur de l'inspiration et le point de rupture d'autres récepteurs. de la fin de l'inspiration. Le centre médullaire est important pour établir l'activité rythmique Les chémorécepteurs périphériques se respiratoire et joue également un rôle dans le situent au niveau des corpuscules aortique et réflexe de Hering-Breuer, lequel inhibe l'ins- carotidien. Chez l'homme le premier organe piration lorsque le poumon est distendu. sensible à O2 est le corpuscule carotidien. Les impulsions partant de ces récepteurs D'autres afférences arrivent aux centres médullaires augmentent dès que la PO2, chute au dessous concernant notamment : les propriorécepteurs (cf. p. 278) qui coordonnent l'activité musculaire avec la d'environ 13,3 kPa (= 100 mmHg). La fréquence respiration ; la température corporelle qui, par des impulsions ne peut être accrue au dessous exemple, augmente la fréquence respiratoire pendant de 4 kPa = 30 mmHg). L'augmentation de la la fièvre ; les barorécepteurs (cf. p. 179) qui envoient réponse ventilatoire à une chute de PO2, est des afférences aux centres médullaires aussi bien potentialisée par une élévation de PCO2, ou par qu'aux centres cardio-inhibiteurs médullaires ; en sens une concentration accrue en H+. La réponse à inverse, l'activité respiratoire a une influence sur la PCO2 est linéaire en dessous de 5,3 kPa ( = 40 pression sanguine et la fréquence cardiaque, mais les effets sont faibles; les centres nerveux supérieurs mmHg) et pour un pH de 7,7 à 7,2. (cortex, hypothalamus, système limbique) ont égale- Une augmentation du CO2 et consécutivement ment une action sur la respiration durant les émotions une chute du pH du liquide cépha-lorachidien (anxiété, peur, douleur), ou lors des réflexes tels que (LCR) stimule les chémorécepteurs centraux l'éternuement. le bâillement, etc. Quand on retient volontairement sa respiration, on peut inhiber la du bulbe rachidien antérieur (médulla respiration automatique jusqu'au point de rupture oblongata. cf. p. 272). Ce stimulus renforce atteint quand l'augmentation de PCO2, et la chute de l'activité respiratoire afin d'abaisser la PCO2, PO2, sont telles qu'elles outrepassent l'inhibition sanguine (et par là-même celle du LCR). volontaire. L'apparition du point de rupture peut être Lors de la rétention chronique de CO2, le retardée par une hyperventilation préalable (cf. p. 106). centre médullaire devient insensible aux Les termes suivants décrivent l'activité respiratoire : variations de PCO2, de telle manière que la PO2, l'hyperpnée et l'hypopnée caractérisent la profondeur devient le « moteur de la respiration » (voir de la respiration ; la tachypnée, la bradypnée et aussi p. 98). Dans ce cas, si la PO2, est l'apnée caractérisent la fréquence respiratoire sans tenir compte de l'efficacité ou des besoins. La augmentée par respiration d'oxygène pur dyspnée est la conscience d'une respiration peu (100%d'02), la commande respiratoire peut être profonde et l'orthopnée est une dyspnée sévère abolie avec comme conséquence le coma et la nécessitant une position verticale du thorax pour mort. Pour prévenir cette éventualité, les permettre la respiration. L'hypo- ou l'hyperventilation malades ayant une élévation chronique de PCO2, décrivent les situations ou la ventilation alvéolaire est doivent seulement recevoir un air enrichi en O2 trop faible ou trop élevée par rapport aux besoins plutôt que 100% d'O2 (cf. p. 108). métaboliques, ceci aboutissant à une élévation ou une diminution respective de la PCO2 alvéolaire. Les mécanorécepteurs se rencontrent dans les voies aériennes supérieures et les poumons. Ils sont de différents types et ont des fonctions variées. Dans les poumons, les principaux
- 110. 106 Respiration Lorsque l'on plonge sans aucun appareil en retenant sa respiration, la pression partielle du CO2, PCO2, Respiration en plongée augmente (cf. p.78) dans le sang, car le CO2 produit dans l'organisme n'est pas rejeté. A partir d'une Même si l'apport d'air est assuré, la plongée est la certaine PCO2, la stimulation des chémorécepteurs (cf. cause de problèmes respiratoires par suite de p. 104), donne la sensation de dyspnée correspondant l'augmentation de pression barométrique (PB) de 98 au signal « remontée ! ». Pour retarder ce moment, on kPa (= 1 at = 735 mmHg) tous les 10 m de profondeur peut, avant la plongée, diminuer la PCO2, normale dans d'eau. Lors de la plongée juste sous la surface de le sang en procédant à une hyper-ventilation (plusieurs l'eau, les voies respiratoires peuvent être reliées à respirations amples successives). L'évolution des l'extérieur par un tuba qui permet de respirer l'air pressions partielles dans l'alvéole ainsi que ambiant (B). Cependant, plusieurs facteurs limitent la l'importance et la direction des échanges gazeux profondeur à laquelle la plongée avec tuba est possible alvéolaires pour ce type de plongée (10 m de 1) Le tuba augmente l'espace mort fonctionnel (B). profondeur pendant 40 s) sont indiquées en C : Quand l'espace mort (cf. p. 86. 92) atteint le volume l'hyperventilation initiale abaisse la PCO2, (Cligne verte courant, l'air renouvelé ne peut plus atteindre les en trait plein) et augmente quelque peu la PO2, (C, alvéoles. La réduction du diamètre du tuba permet de ligne rouge) dans l'alvéole (et dans le sang). La diminuer le volume de l'espace mort mais n'a pas plongée à 10 m de profondeur double la pression sur d'intérêt : cela augmente la résistance des voies le thorax et donc sur les alvéoles, ce qui provoque une aériennes. forte augmentation des pressions partielles (PCO2. PO2. 2) La pression exercée par l'eau sur le thorax PN2) des gaz. De ce fait, les alvéoles libèrent augmente les forces nécessaires à l'inspiration. La davantage d'O2 dans le sang et le CO2 circule dès lors pression inspiratoire maximum que peuvent produire dans le même sens (C, en bas). Lorsque la PCO2, dans les muscles est approximativent de 11 kPa (112 cm le sang a suffisamment augmenté, le signal «remontée H2O ; cf. p. 89), si bien qu'à 112 cm de profondeur !» se produit (cf. ci-dessus). Au cours de la remontée, l'inspiration est impossible et le thorax est fixé en la Pô, dans le sang et l'alvéole diminue rapidement expiration (B). 3) De plus, la pression externe élevée (consommation d'O2 et décompression) et l'échange comprime le sang de la périphérie dans les poumons d'oxygène alvéolaire cesse. Au niveau de la surface de (retour veineux, cf. p. 184), provoquant un œdème l'eau, la PO2, atteint ainsi une valeur encore tolérable. pulmonaire. Par contre, si l'on procède à une hyperventilation La plongée à de grandes profondeurs (jusqu'à 70 m excessive avant la plongée, le signal « remontée ! » environ) nécessite l'utilisation d'appareils de plongée arrive trop tard et la PO2, tombe à zéro avant que la réglant automatiquement la pression de l'air inspiré surface de l'eau soit atteinte (perte de connaissance, mort par noyade, C, lignes en pointillés). (contenu dans des bouteilles sous pression) à la pression de l'eau. L'élévation de la PB liée à la Barotraumatisme : Au cours de la plongée, certaines profondeur augmente la quantité de N2 et d'autres gaz dissous dans le plasma, par augmentation de leur cavités remplies de gaz (poumons, oreille moyenne, pression partielle (A). Par rapport au niveau de la mer, etc.) sont réduites de volume sous l'effet de à moins 60 m, il y a 7 fois plus d'azote sous forme l'augmentation de la pression (jusqu'à 1/2 à 10 m de dissoute. Lors de la remontée par paliers vers la profondeur et 1/4 à 30 m), à moins que le volume d'air surface, la pression diminue à nouveau et le N2 manquant ne soit remplacé. C'est ce qui se produit supplémentaire ne reste pas en solution. Si la automatiquement dans les poumons lorsqu'on utilise remontée est trop rapide, le N2 est brutalement libéré des appareils de plongée. Mais la communication entre dans le sang à Y état gazeux sous forme de bulles l'oreille moyenne et le pharynx par l'intermédiaire de la (comme lorsqu'on ouvre une bouteille de boisson trompe d'Eustache n'est ouverte qu'occasionnellement gazeuse) lesquelles provoquent une obstruction des (lors de la déglutition) ou pas du tout (par exemple, petits vaisseaux sanguins créant ainsi une embolie lorsqu'on est enrhumé). Si la compensation volumique gazeuse (maladie des plongeurs ou des caissons, fait défaut à ce niveau lors de la plongée, l'augmen- A). Le traitement des troubles de décompression tation de la pression de l'eau dans le conduit auditif consiste en une recompression immédiate et ensuite externe provoque un bombement du tympan vers une lente décompression. Bien que N 2 ne soit pas l'intérieur (douleur) et peut même occasionner sa physiologiquement actif à la pression barométrique, rupture : l'eau pénètre et irrite l'organe de l'équilibration des niveaux de PN2 élevés sont toxiques et dépriment (cf. p. 298) d'un côté, ce qui conduit à des nausées, le système nerveux de la même manière que les gaz des vertiges et une perte du sens de l'orientation. Pour utilisés en anesthésie. A une pression de 400-500 kPa prévenir cela, on doit de temps à autre comprimer l'air (correspondant à 30-40 m de profondeur), N 2 peut être hors des poumons vers l'oreille moyenne (se boucher cause d'euphorie, à de plus grandes profondeurs et le nez et comprimer). pour une plus longue exposition il provoque une Lors de la remontée, les cavités remplies de gaz narcose (« ivresse des profondeurs »), qui ressemble à une intoxication alcoolique. Ces effets peuvent être augmentent à nouveau de volume. Si la remontée se prévenus en substituant l'hélium à N2 car l'hélium a un fait trop rapidement ( > 18 m/min), donc sans aucun effet anesthésique moindre. La fraction normale d'O2 rejet d'air à étapes régulières, il se produit notamment dans l'air (0,21 l/l ou 21 Vol %) devient mortelle à une des fissures dans les poumons (pneumothorax ; p. 82) profondeur de 100 m car la PO2 inspiratoire atteint la avec des hémorragies et des embolies gazeuses souvent mortelles. valeur toxique absolue de 220 kPa (cf. p. 108).
- 112. 108 Respiration Respiration en haute altitude pour survivre. Au niveau de la mer, la pression barométrique L'accélération maximale de la respiration (environ 3 (PB) est en moyenne de 101,3 kPa (760 mmHg). fois la respiration de repos) est relativement plus faible A partir du pourcentage d'O2 dans l'air (0.21 ), en cas de manque d'oxygène que lors d'un effort physique à une altitude normale. Ceci est dû au fait on peut calculer la pression partielle de l'O2 que l'hyperventilation d'altitude entraîne une chute de dans l'air inspiré (PlO2 soit 21.33 kPa environ la PCO2 dans le sang ; il en résulte une alcalose (160 mmHg) (cf. p. 78). Au fur et à mesure que respiratoire (cf. p. 116). Cela se traduit par une l'altitude s'élève au-dessus du niveau de la mer, diminution de la stimulation respiratoire par les la PB et donc la PlO2 (A, colonne 1), diminuent de chémorécepteurs centraux (cf. p. 104), effet qui même que la pression partielle de l'O2 dans les s'oppose à la stimulation respiratoire par les chémoré- alvéoles (PAO2) la pression partielle alvéolaire de cepteurs à l'O2. L'alcalose respiratoire est néanmoins compensée au bout d'un certain temps par une l'O2 au niveau de la mer étant de 13.33 kPa augmentation de l'élimination du HCO 3. De ce fait, le environ (100 mmHg) (A, colonne 2). Si la PAO2, pH sanguin se rapproche à nouveau de la normale, et qui détermine l'apport d'O2, atteint le seuil la stimulation respiratoire peut être mise en évidence critique de 4.7 kPa environ (35 mmHg), des par l'insuffisance d'O2. L'excitation des troubles de la fonction cérébrale apparaissent chémorécepteurs à l'O2 en altitude provoque aussi une (hypoxie. cf. p. 102). Lors d'une respiration augmentation de la fréquence cardiaque: un apport normale, ce seuil serait atteint à une altitude de d'O2 suffisant dans les tissus est également assuré par l'augmentation du débit cardiaque (cf. p. 154). 4 000 m environ (A, courbe en pointillés dans la colonne 2). Mais la diminution de la PO2, L’érythropoïèse est également stimulée en altitude. Après une période d'acclimatation prolongée, le provoque, grâce aux chémorécepteurs (cf. p. nombre de globules rouges s'élève dans le sang 102), une augmentation du débit respiratoire VT (polyglobulie) par suite de l'augmentation de la (respiration par manque d'O2) (A, colonne 4). sécrétion d'érythropoïétine (cf. p. 60). Cependant cette La PAO2 peut ainsi être maintenue à un niveau augmentation est limitée par l'élévation simultanée de plus élevé, de sorte que le seuil critique n'est la viscosité sanguine (cf. p. 64 et p. 156). Quand la Pô, atteint qu'autour de 7 000 m environ artérielle s'élève, la sécrétion d'érythropoïétine (gain d'altitude. A). Comme on peut le voir à diminue. Les habitants du massif des Andes (5 500 m), ont une polyglobulie et une PAO2 basse, mais les plus partir de l'équation des gaz alvéolaires, jeunes d'entre eux, tout au moins, semblent vivre PAO2 = PlO2 – PACO2 / QR à un niveau de pression assez normalement. barométrique donné, aucune chute de PACO2 (provoquée par une hyperventilation) ne peut amener une élévation de la PO2 alvéolaire. Au Intoxication par l'O2 dessus de 7 000 m d'altitude, il y a Si la pression partielle de l'O 2 dans l'air inspiré (PlO2) généralement perte de connaissance. est supérieure à la normale ( > 22 kPa ou 165 mmHg), Cependant la respiration d'O2 à l'aide de que ce soit en raison d'une augmentation de la bouteilles sous pression permet d'atteindre concentration d'Os (oxygénothérapie) ou d'une éléva- des altitudes plus élevées (A, colonne 1, courbe tion de la pression totale pour une teneur en O2 normale [plongée, cf. p. 106), il se produit une verte). La PAO2 critique est alors atteinte pour hyperoxie. La toxicité de l'O2 dépend de la PlO2 (seuil une altitude de 12000 m (A, colonne 3), mais si critique > 40 kPa environ ou 300 mmHg) et de la durée VT est également augmenté, cette limite peut de l'hyperoxie. Des lésions pulmonaires apparaissent être repoussée à 14000 m. (diminution du surfactant, cf. p. 90) lorsque la PlO2 s'élève à 70 kPa environ (0,7 at) pendant plusieurs Toutefois à une altitude de 10400 m, la PB chute jours ou à 200 kPa environ (2 at) pendant 3 à 6 à 25 kPa (= 187 mmHg) et même en respiration heures. Les premiers symptômes en sont la toux et sous 100% d'O2, il est impossible d'assurer une des douleurs lors de la respiration. Si la P lO2 est PO2, de 13.33 kPa (= 100 mmHg). De telles supérieure à 220 kPa (2,2 at), ce qui correspond à altitudes ne peuvent être dépassées sans environ 100 m de profondeur avec alimentation en air qu'apparaisse une hypoxie. Les avions long comprimé, des crampes apparaissent, suivies d'une courrier modernes volent de ce fait légèrement perte de connaissance. sous ce plafond de PB de façon à permettre la Les prématurés perdent la vue s'ils sont ventilation à l'aide de masque à oxygène, sans longtemps exposés à une PlO2 > 40 kPa (par risque d'hypoxie, en cas de dépressurisation de exemple en couveuse), car, dans de telles la carlingue. En dessous des valeurs critiques conditions, le corps vitré se trouble. de PAO2 (4,7 kPa = 35 mmHg) ou de PB (16.3 kPa = 122 mmHg) une combinaison pressurisée ou des cabines pressurisées sont indispensables
- 114. 110 Équilibre acido-basique pH, tampon, équilibre acido-basique Les protéines plasmatiques ainsi que les phos- Le pH qui représente la concentration en phates inorganiques (H2PO4- H+ + HPO42-) ions H+ [H+] est donné par la formule : et organiques (dans l'érythrocyte) exercent en pH = - log [H+] (cf. p. 333 et suiv.). outre un effet tampon. L'intérieur des cellules des divers tissus peut aussi servir de tampon. Le pH du sang s'élève en moyenne à 7,4 environ (valeurs normales, cf. p. 114), ce qui L'ensemble des tampons du sang (cf. p. 112) correspond à une [H+] de 40 nmol/l environ. En à pH 7.4 constant est d'environ 75 mmol • I-1 dehors de certaines sécrétions locales (suc (ΔpH)-1 et la somme des bases tampons est pancréatique, urine) le pH est presque identique normalement de l'ordre de 48 meq/l (cf. p. 114 pour tous les liquides de l'organisme avec une et 118). Cette dernière est la somme de toutes valeur de l'ordre de 7.2-7.4 pour les liquides les formes de tampon qui peuvent capter des intracellulaires. La constance du pH est ions H+ (HCO3-,Hb-, HbO2-, phosphoglycérate, particulièrement importante pour l'organisme : la protéine e- plasmatique. HPO42-, etc). forme moléculaire des protéines par exemple Pour évaluer le pouvoir tampon du sang dans dépend du pH ; il en est de même de la l'organisme, la concentration en base tampon structure normale des éléments constitutifs de est généralement préférée à la capacité tampon la cellule. L’activité optimale enzymatique est car cette dernière valeur dépend de la PCO2. assurée pour un pH normal. Par conséquent, Le pH du plasma, et donc du sang, peut être lorsque le pH s'écarte beaucoup de cette valeur, influencé par toute une série de facteurs (A) : des troubles du métabolisme, de la perméabilité membranaire, de la répartition électrolytique, a) des ions H+ peuvent être directement etc. apparaissent. Des pH inférieurs à 7,0 et apportés sous forme d'acide chlorhydrique, supérieurs à 7,8 sont incompatibles avec la vie. d'acide lactique, d'acide acétyl-acétique, d'acide β-hydroxybutyrique, d'acide cétonique, d'acide Plusieurs tampons pH assurent la constance du pH dans l'organisme (cf. p. 334 et suiv.). Le sulfurique, etc., au cours du métabolisme ou éliminés du sang, par voie rénale (cf. p. 144 et principal tampon du sang et du liquide interstitiel est le système : CO2 + H2O HCO3- + H+ suiv.) ou lors de vomissements (cf. p. 114), Pour un pH donné dans une solution, le rapport b) des ions OH- peuvent être apportés avec les des concentrations de chaque « base » tampon sels (basiques) des acides faibles lors d'une (par exemple [HCO3-]) est fixé par « l'acide » alimentation essentiellement végétale. Les ions tampon correspondant (donc, dans l'exemple OH- libérés au cours de la dégradation se lient cité, [CO2]) (équation d'Henderson- principalement au CO2 ; il se forme du HCO3-, HasselbaIch ; A et cf. P. 113). ce qui provoque une augmentation du pH. Le système tampon CO2/HCO3- revêt une c) la concentration en gaz carbonique [CO2] grande importance dans le sang ; non peut changer à la suite de modifications de la seulement il peut tamponner les ions H+ production de CO2 lors du métabolisme ou à la (comme les autres tampons), mais aussi les suite du rejet du CO2 dans les poumons. Si la concentrations des deux constituants du concentration en CO2 diminue, le pH augmente tampon peuvent varier sensiblement, indé- et inversement (A). pendamment l'une de l'autre : la [CO2] est d) la concentration en bicarbonates [HCO3-] régulée par la respiration et la [HCO3-] est peut être modifiée, à la suite de l'élimination du régulée par les reins (A). HCO3- par les reins ou de la perte de HCO3- Parmi les autres tampons, le plus important est lors de diarrhées (cf. p. 114 et 146), l'hémoglobine contenue dans les érythrocytes : l'augmentation (ou la diminution) de la [HCO3-] HbH Hb- + H+ ; provoquant une augmentation (ou une diminution) du pH. HbO2H HbO2 + H+. L'Hb oxygénée et relativement acide capte moins d'ions H+ et en libère davantage que l'Hb réduite qui est moins acide (cf. aussi p. 96 et 98). De ce fait, si de l'Hb est oxygénée en HbO2 dans les poumons, des ions H+ sont libérés : ils compensent partiellement l'augmentation du pH qui est due au rejet du CO 2 à ce niveau.
- 116. 112 Équilibre acido-basique Le tampon bicarbonate-gaz carbonique dans les alvéoles une Pco2 constante (cf. p. 92 et suiv.), qui modifie la Pco2 plasmatique à Dans une solution de bicarbonate, le rapport chaque passage pulmonaire ; entre la concentration en bicarbonate [HCO3-] et autrement dit, la Pco2 dans le sang artériel est la concentration en gaz carbonique dissous également constante. Un apport d'ions H+ [CO2H] détermine le pH (A. en haut, équation provoque une augmentation de la Pco2 dans le d'Henderson-HasselbaIch). sang (H+ + HCO3- à CO2 + H2O) (B, à gauche). Si par exemple la [HCO3-] = 24 mmol/1 et la Le CO2 supplémentaire est rejeté très [CO2] = 1,2 mmol/l, le rapport [HCO3-] / [CO2] rapidement par le poumon, de sorte que la Pco2 est alors égal à 24/1,2 = 20 ; si on introduit artérielle ne varie pratiquement pas malgré log 20 (= 1,3) et pK (= 6,1) dans l'équation, on l'addition d'ions H+ (système ouvert). obtient un pH de 7,4 (A, en haut). Si la [HCO3-] Le calcul ci-après montre qu'une telle tombe à 10 mmol/l et la [CO2] à 0,5 mmol/l, le augmentation du rejet de CO2 n'est rapport devient 10/0,5 = 20 : bien que les quantitativement pas très importante : par concentrations baissent, le rapport des deux exemple, si la production d'ions H+ est valeurs ne varie pas et le pH reste donc multipliée par 2 dans l'organisme en l'espace constant. d'une journée (normalement 60 mmol/j), il se Si des ions H+ sont introduits dans une solution forme (sans tenir compte du tampon non tamponnée, ils se lient à la base tampon bicarbonate) 60 mmol de CO2 supplémentaires (ici HCO3-), ce qui donne l'acide tampon par jour, ce qui représente environ 0,3 % HCO3- + H+ —> CO2 + H2O. Dans un système seulement du rejet normal deCO2 par jour. D'un fermé, la quantité d'acide tampon qui se forme autre côté, le HCO3- utilisé pour tamponner ces est exactement la même que la quantité de 60 mmol/j d'ions acides est quantitativement base tampon qui est consommée (l'inverse est beaucoup plus important. Il représente environ également valable lorsqu'on ajoute des ions 1/6 de la quantité totale de HCO3- contenue OH-). dans le LEC. L'excrétion rénale d'ions H+ est donc nécessaire. Pour chaque ion H+ excrété, Les valeurs initiales qui ont été indiquées, à un ion HCO3- est formé (cf. p. 147, C1) savoir 24/1,2 mmol/l pour [HCO3-] / [CO2] (A, en haut), varient lorsqu'on ajoute par exemple Dans son principe, l'apport d'OH- périphérique 2 mmol/l d'ions H+ et deviennent 22/3,2, le pH agit de façon analogue. Etant donné que tombant à 6,93 (A. à gauche). Ceci signifie que OH- + CO2 à HCO3-, la [HCO3-] augmente et la la capacité tampon (voir ci-dessus) du Pco2 sanguine est plus faible que la normale. HCO3-/CO2 est plus faible dans un système Par suite de la diminution du rejet de CO2, la ferme, puisque la valeur du pH : 6,93 est assez Pco2 artérielle n'est en rien modifiée (B, à éloignée de la valeur souhaitée de 7,4 (cf. p. droite), si bien que le pH artériel augmente 334). légèrement du seul fait de l'augmentation de la concentration du HCO3-. Mais si le CO2 qui se forme en plus est enlevé Parallèlement au système HCO3- / CO2, (environ de la solution (système ouvert; A, à droite), 53 % du pouvoir tampon du sang), des ions OH- ou H+ seule la concentration en bicarbonate varie dans le sang sont également tamponnés par les lorsqu'on ajoute des ions H+ (2 mmol/l). Le tampons non bicarbonates (principalement rapport [HCO3-] / [CO2] ( = 22/1,2) et donc aussi intracellulaires) (TNB : ≈ 47 % du pouvoir tampon). le pH (7,36) diminuent beaucoup moins dans ce Les TNB sont les tampons dans un système fermé ; cas que lors du tamponnage dans le système autrement dit, leur concentration totale ([base TNB] + fermé. [acide TNB]) reste constante, même après un tamponnage. Dans le sang, l'hémoglobine est le TNB Le pouvoir tampon du bicarbonate dans le plus important (cf. p. 118). La capacité tampon du l'organisme provoque la formation d'un sang peut être réduite, de façon sensible, dans système ouvert, car la pression partielle du l'anémie. Les TNB sont efficaces non seulement avec CO2 (Pco2 et donc la concentration en CO2 le tampon HCO3-/CO2 dans les troubles du ([CO2] = α • Pco2 ; cf. p. 98) du plasma sont métabolisme acido-basique (cf. p. 114), mais ils réglées par la respiration (B). deviennent le seul tampon efficace dans les troubles acido-basiques respiratoires dont les premiers signes Normalement, la quantité de CO2 rejetée est sont des modifications prolongées du CO2 plasmatique égale à la quantité de CO2 produite lors du (cf. p. 116). métabolisme (15000 à 20000 mmol/j). Il règne
- 118. 114 Équilibre acido-basique Équilibre acido-basique Maintien normaux du plasma artériel (mesuré dans le et régulation sang capillaire artérialisé) sont les suivants (pour les valeurs- dans les érythrocytes. voir L'équilibre acido-basique est assuré par les tableau P. 96) : mécanismes homéostatiques maintenant le pH constant. Les paramètres acido-basiques Femmes Hommes [H+] 39.8 ± 1.4 mmol/l 40.7 ± 1.4 mol/l pH 7.40 ± 0.015 7.39 ± 0.015 PCO2 5.07 ± 0.3 kPa (=38 ± 2 mmHg) 5.47 ± 0.3 kPa (=41 ± 2 mmHg) [HCO3-] 24 ± 2.5 mmol/l 24 ± 2.5 mmol/l L'équilibre acido-basique est assuré lorsque les bilans Acidose métabolique ci-après sont équilibrés dans l'organisme : Une acidose métabolique (non respiratoire, pH bas, 1. Apport ou production d'ions H+ -Apport ou HCO3- bas) peut être provoquée notamment par : production de HCO3- = Élimination des ions 1) une incapacité du rein à éliminer les ions H+ H+ - Élimination du HCO3- ≈ 60 mmol/j produits; 2) une ingestion d'acide; 3) une production acide endogène accrue comme c'est le cas dans le (suivant l'alimentation) ; diabète ou lors du jeûne (dégradation incomplète des 2. Production de CO2 = Élimination du CO2 ≈ graisses, acidocétose) ; 4) une production anaérobique d'acide lactique (oxydation incomplète des hydrates de 15000 à 20000 mmol/j. carbones) ; 5) une augmentation de la production Dans le premier bilan, la production d'ions H+(H3PO4 d'H3PO4 et d'H2SO4 lors du métabolisme cellulaire ; 6) et H2SO4) et l'élimination correspondante des ions H+ une perte en HCO3-, comme dans les diarrhées ou par les reins (cf. p. 144 et suiv.) jouent les principaux vomissements ou encore par le rein (acidose tubulaire rôles. Cependant, une alimentation végétale peut rénale, ou utilisation d'inhibiteurs de l'anhydrase entraîner un apport d'HCO3- considérable carbonique; cf. P. 142). (métabolisme : OH-+ CO2 à HCO3-) (cf. p. 110). Pour Dans l'acidose métabolique (A), il se produit avant tout que l'équilibre soit rétabli, le HCO3- est éliminé dans un tamponnage des ions H+ excédentaires (une perte l'urine (c'est la raison pour laquelle l'urine d'un d'HCO3- par les reins ou l'intestin correspond aussi à végétarien est alcaline). une augmentation des ions H +). Le HCO3- et les La somme des bases tampon (BT) dans le sang est bases tampon non bicarbonates (TNB-) participent également importante pour apprécier l'équilibre acido- chacun dans un rapport 2/3 pour 1/3 à ce tamponnage, basique (cf. p. 110). Les écarts de la BT par rapport à le CO3- formé à partir du HCO3- quittant l'organisme la normale [qui dépend de la concentration par les poumons (système ouvert, cf. p. 112). La d'hémoglobine (cf. p. 118)] expriment un excédent en deuxième étape consiste en une compensation de base ou excès de base (EB) : EB = BTréelle – BTnormale l'acidose métabolique : l'abaissement du pH conduit La diminution de la BT entraîne un EB négatif et (par l'intermédiaire des chémorécepteurs, cf. p. 118) à l'augmentation de la BT un EB positif (cf. aussi p .118) une augmentation du débit respiratoire et celle-ci entraîne à son tour un abaissement de la Pco, alvéolaire et artérielle. Au cours de cette Perturbations de l'équilibre acido-basique compensation respiratoire (A, en bas), non Si le pH sanguin s'élève au-dessus de la limite seulement le rapport [HCO3-] / [CO2] se rapproche à supérieure de la normale (7,45), on parle d'alcalose ; nouveau de la normale (20/1), mais le TNB-H est si le pH tombe au-dessous de la limite inférieure de la retransformé en TNB- (en raison de l'augmentation du normale (7,35), on parle d'acidose. De plus, suivant pH). Ce processus entraîne une consommation de l'origine du trouble, on distingue d'une part une HCO3- ce qui, pour compenser, rend nécessaire un acidose métabolique ou une alcalose métabolique rejet supplémentaire de CO2 par le poumon (À, en et d'autre part une acidose respiratoire ou une bas). Si la cause de l'acidose persiste, la alcalose respiratoire (troubles respiratoires, cf. p. 116 compensation respiratoire devient insuffisante. Une et suiv.). augmentation de l'élimination des ions H+ par les reins (cf. p. 144 et suiv.) devient alors nécessaire. Les troubles métaboliques sont souvent liés à un déséquilibre entre la production et l'excrétion des ions H+. Les troubles de l'équilibre acido-basique peuvent Alcalose métabolique être partiellement ou totalement compensés ou non Une alcalose métabolique (non respiratoire. pH élevé. HCO3- compensés. élevé) est provoquée notamment par : 1) l'entrée de substances alcalines (par exemple HCO3-) ; 2) l'augmentation du métabo- lisme d'anions organiques comme le lactate et le citrate sous forme de sels basiques ;
- 120. 116 Équilibre acido-basique cf. p. 110) reste donc égale, contrairement à ce qui se 3) la perte d'ions H+ à la suite de vomissements passe dans l'acidose métabolique (une faible diminu- ou par suite d'excrétion rénale accrue de H + ou tion des BT conduit donc à une diffusion partielle du de déficience de K+ (cf. p. 148). Le HCO3- mais pas de l'hémoglobine, dans l'interstitium). tamponnage de ce trouble évolue suivant le Malgré l'augmentation de la [HCO3-], le rapport [HCO3- même schéma que lors de l'acidose /CO2] est plus faible et le pH diminue (pH bas, métabolique (base tampon en excès), mais la acidose). Si l'élévation de la Pco2 persiste, un compensation respiratoire par hypoventilation processus de compensation se déclenche (A) : après 1 + est toutefois limitée en raison du manque ou 2 jours, les ions H sont éliminés par les reins (sous simultané d'O2. Si l'alcalose n'est pas d'origine forme d'acide titrable de NH4+ (cf. p144 et suiv.). rénale, elle peut être corrigée par une Chaque fois qu'un ion H+ est sécrété par la cellule augmentation de l'élimination urinaire d'ions tubulaire, un ion HCO3- est rejeté dans le sang (le seuil HCO3-. rénal pour l'HCO3- augmente). De ce fait, la [HCO 3-] dans le sang augmente jusqu'à ce que le pH se soit L'alcalose métabolique est courante en clinique. normalisé à nouveau malgré l'élévation de la PCO2 L'élévation du pH diminue le calcium libre et (compensation rénale). Une fraction du HCO3- est peut conduire à la tétanie. Le système nerveux + utilisée pour capter les ions H qui, pendant devient plus irritable, ce qui peut produire des l'augmentation du pH, sont de nouveau libérés à partir convulsions. L'ECG se modifie comme dans de la réaction TNB-H à TNB- + H+ (A, en haut). l'hypokaliémie (cf. p. 172). L'alcalose est parti- Comme la réponse métabolique rénale à l'acidose culièrement dangereuse pour les patients sous demande 1 à 2 jours de délai, une acidose respiratoire digitaliques. aiguë est faiblement compensée comparativement à une acidose respiratoire chronique. Dans ce dernier cas, HCO3- peut augmenter de 1 mmol pour chaque Perturbations respiratoires élévation de 10 mmHg de Pco 2 au dessus de la Si la quantité de CO2 rejeté est plus importante que normale. celle qui est produite au cours du métabolisme, la Pco 2 L’hyperventilation est la cause de l'alcalose qui règne dans le plasma diminue [hypocapnie], ce qui respiratoire (pH élevé, Pco2 basse). Elle est conduit à une alcalose respiratoire (A). A l'inverse, si provoquée par un séjour en haute altitude ; la quantité de CO2 rejetée est trop faible, la Pco2 respiration par manque d'O 2 (cf. p. 108), ou liée à des plasmatique augmente [hypercapnie], ce qui donne lieu à une acidose respiratoire (A). Alors que, lors troubles psychiques. De ce fait, la [HCO3-] baisse d'une acidose métabolique (cf. p. 114), le bicarbonate aussi quelque peu, car une fraction du HCO3- se et les bases tampon non bicarbonates (TNB-) transforme en CO2 (H+ + HCO3- à CO2 + H2O) et, + tamponnent parallèlement la diminution du pH, lors pour cette réaction, des ions H sont fournis en d'une acidose respiratoire (A) les deux systèmes permanence par les TNB (TNB-H àTNB- + H+). Pour tampon ont un comportement très différent. Le tampon la même raison, la [HCO'j diminue aussi lors de la HCO3-/CO2 ne peut être très longtemps efficace car, compensation respiratoire d'une acidose métabolique dans les perturbations respiratoires, les modifications (cf. p. 115, A, en bas et p. 118). Pour que le pH se de Pco2 sont la cause et non le résultat de celles-ci, normalise (compensation), il faut qu'il y ait une comme c'est le cas dans les désordres métaboliques nouvelle diminution de la [HCO 3-]. Ceci est réalisé par (cf. p. 114). les reins qui éliminent davantage de HCO 3- (par une diminution de la sécrétion des ions H+ par les tubules) Les causes de l'acidose respiratoire (pH bas, ; autrement dit, le seuil rénal pour l'HCO3- est abaissé Pco2 élevée) sont liées à une difficulté des (compensation rénale). poumons à éliminer le CO2 ; c'est notamment le cas lors : 1) d'une diminution du tissu Le CO2 peut passer du sang dans le liquide pulmonaire (tuberculose, pneumonie) ; 2) d'une céphalorachidien beaucoup plus vite que les ions stimulation ventilatoire insuffisante (par exemple HCO3- et les ions H+. De plus, étant donné que la concentration des protéines dans le LCR est faible et lors de polyomyélite ou d'intoxication par les donc que les TNB disponibles sont limités, une acidose barbyturiques) ; 3) enfin par anomalie de la ou une alcalose respiratoire aiguë déclenchera des cage thoracique (scoliose). variations du pH relativement fortes dans le LCR. Ces variations constituent le stimulus adéquat pour les L'augmentation de la Pco2 provoque une élévation de chémorécepteurs centraux (cf. p. 98 et 104). la concentration du CO2 dans le plasma ([C02] = α . Pco2), ce qui entraîne à nouveau une augmentation de la formation de HCO3- et des ions H+ (A). Les ions H+ sont captés par les bases TNB (TNB- + H+ à TNB-H), alors que la [HCO3-] dans le plasma augmente. La somme des bases tampon ( BT ;
- 122. 118 Équilibre acido-basique Détermination des rapports acide-base dans valeurs vraies de HCO2- . le sang A la partie supérieure du nomogramme, la courbe a deux échelles, l'une pour l'hémoglobine (Hb) l'autre Dans l'équation d'Henderson-HasselbaIch : pour les bases tampons totales (BT). Les BT sont pH = pKa + log [HCO3-]/[CO2], composées en majorité de HCO3-, de Hb et d'autres protéines (cf. p. 110). Une ligne tracée à partir d'une [CO2] peut être remplacé par α.Pco2 (cf. p. 98). valeur donnée de Hb jusqu'au point Pco2 a 40 mmHg ; L'équation comprend alors deux grandeurs pH 7.40 représente la courbe de titration normale en constantes (pour le plasma, à 37°C) : le pKa de HCO3- en présence de tampon non bicarbonate. [CO2/HCO3-] = 6.1 dans les conditions Quand Hb est diminuée, comme dans l'anémie, la physiologiques et le coefficient de solubilité pente de cette droite diminue d'une certaine valeur. α = 0,225 mmol•I-1 • kPa-1 = 0.03 mmol•I-1 • Détermination des droites pour Pco2/pH dans le mmHg-1. sang. Pour utiliser le nomogramme, on se sert de la Par ailleurs, l'équation comporte trois variables méthode d'équilibration (méthode d'Astrup). On (pH, [HCO3-] et Pco2). Si l'une d'entre elles est prélève un échantillon sanguin sur lequel on mesure le maintenue constante ([HCO3-] par exemple), il pH a trois reprises: dans un premier temps sur en résulte que les deux autres (PCO2 et pH) l'échantillon inchangé, puis après équilibration à deux Pco, différentes; les valeurs correspondantes de pH doivent dépendre l'une de l'autre : si on sont alors couplées. Exemple: Fig. C, point A : pH pour représente graphiquement le logarithme de la une Pco, élevée de 10kPa (= 75 mmHg) et point B: Pco2 en fonction du pH (A-C), on obtient une pH pour une Pco, basse de 2.67 kPa ( = 20 mmHg). A droite. partir de la droite A-B, on peut lire, sur l'axe des y, la Pco2 initiale correspondant au pH de la première Dans une solution contenant 24 mmol/l d'HCO3- (mais mesure (C, ligne verte pour des valeurs normales de sans aucun tampon), la [HCO3-] reste constante alors l'équilibre acido-basique). que la Pco2 varie en fonction du pH (le long de la ligne bleue sur les nomo-grammes A et B). Pour des valeurs Sur la Fig. C. les majuscules vertes correspondent aux plus basses (par exemple 13 mmol/l) ou plus élevées valeurs normales tandis que les minuscules rouges (par exemple 40 mmol/l), on peut aussi tracer des représentent les valeurs respectives obtenues lors d'un droites de la [HCO,] (A et B, lignes oranges) qui sont trouble de l'équilibre acido-basique : a et b sont les parallèles Tes unes aux autres. valeurs à l'équilibre. La valeur de 7,2 pour le pH initial indique une acidose. La concentration standard en Le sang contient non seulement des ions HCO3- mais HCO3- de 13 mmol/l correspondant à cette courbe (d) également des tampons non bicarbonates (TNB). est faible. La Pco, du sang de départ est également Ceux-ci influencent la courbe de titration ; donc si la basse et correspond à une compensation respiratoire Pco, sanguine est modifiée, les variations de pH seront partielle consécutive | à une hyperventilation. La droite comparativement moindres que si HCO3- était le seul de pente 45° reliant les points c à e montre que la tampon. La pente des droites par rapport à l'axe des concentration effective en HCOg du sang de départ est abscisses est alors supérieure à 45° (B, lignes verte et plus faible (11 mmol/l) que la concentration standard rouge). Cela signifie qu'un changement de la Pco2, par en HCO;. La différence reflète la diminution de Pco2 . exemple de 40 (B, d) à 20 mmHg (B, c) s'accompagne La valeur de base tampon totale (BT) peut être lue sur d'une variation dans le même sens de la concentration la courbe supérieure en g (valeur normale des BT = 48 en HCO3- (B, le point c se situe alors sur la ligne meq/l pour Hb = 150 g/l). L'excès de base (BE) est pointillée, dont la [HCO3-] est plus basse que celle de indiqué sur le nomogramme à l'endroit où la courbe de la courbe jaune). La « concentration de bicarbonate titration croise la courbe inférieure (F ou f). Le BE est standard»,qui est toujours mesurée après équilibration la quantité d'acide ou de base nécessaire pour titrer 1 à une Pco2 de 5.33 kPa ou 40 mmHg, ne change litre de sang à une Pco2 normale de 5,33 kPa (= 40 cependant pas. Cela permet l'évaluation de [HCO3-] mmHg). Le BE est (+) dans l'alcalose métabolique et indépendamment des changements de Pco 2 (-) dans l'acidose métabolique. Dans les troubles respiratoires de l'équilibre acido-basique, les BT sont Le nomogramme de Siggaard-Andersen virtuellement inchangées (cf. p. 116) et BE ≈ 0. (C) est utilisé pour l'évaluation clinique de l'équilibre La droite Pco2/pH d'un échantillon sanguin peut aussi acide-base. Le log de la Pco2, sur l'axe des y, est être représentée lorsque premièrement la PCO2 (sans couplé à la valeur du pH, sur l'axe des x. Une ligne équilibration), deuxièmement le pH et troisièmement la horizontale servant d'échelle de référence est tracée à concentration d'hémoglobine dans le sang sont partir de la valeur de Pco2 normale (5,33 kPa = 40 connus. Connaissant la Pco2 et le pH, on peut marquer mmHg) sur l'axe des y. Sur cette ligne se trouvent les le point de la droite recherchée (cf. par exemple C, valeurs de HCO3- qui représentent la famille des point c). La droite doit dès lors passer par ce point, de courbes de titration de HCO3- de la figure A. A chaque façon à ce que BT (point g) – BTnormale (dépend du point de cette ligne, différentes droites de pente 45° pH) soit égale à BE (point f). peuvent être retracées, sur lesquelles se trouvent les
- 124. 120 Rein et Équilibre hydro-électrolytique Structure et fonctions du rein la capsule de Bowman est formé de cellules (les podocytes) disposées en une succession de Une des fonctions essentielles du rein est de digitations séparées par des interstices en contrôler l'élimination du sel et de l'eau et forme de « fente » recouvertes par une mem- donc de limiter les variations du volume et de brane dotée de pores de 5 nm de diamètre ; l'osmolalité (cf. p. 335) du milieu côté sang, la membrane basale et I’endothélium extracellulaire (cf. p. 138). Le rein maintient la capillaire constituent les deux autres couches concentration du K+ extracellulaire et le pH de la membrane filtrante. sanguin constant par une régulation de b) Le tube proximal, qui constitue la partie la l'élimination des ions H+ et HCO3-, en fonction plus longue du néphron, est contourné dans sa de leur absorption dans l'organisme et des partie initiale (d'où son nom : tube contourné processus respiratoires et métaboliques (cf. p. proximal ; A3) et se transforme ensuite en une 110 et suiv.). section droite (pars recta;A4). Ses cellules Le rein a en plus pour fonction d'excréter les possèdent, au pôle luminal, une bordure en produits terminaux du métabolisme (urée, brosse assez dense et, au pôle basai, la acide un que) mais aussi, en même temps, de membrane basale présente de profondes conserver des composants essentiels (glucose, invaginations (région bassie) qui sont en contact acides aminés). Il joue en outre un rôle dans le étroit avec les mitochondnes de la cellule (A et métabolisme (dégradation des protéines et des p. 5, C). peptides, néoglu-cogenèse) et dans la synthèse c) Prolongeant la partie terminale du tube de certaines hormones (rénine, proximal, l'anse de Henle (faisant partie de la érythropoïétine, vitamine D, prostaglandine). médullaire) comporte une branche grêle Le néphron représente I’unité fonctionnelle du descendante (A5), une branche grêle ascen- rein. Chez l'homme, chaque rein contient dante et un segment large ascendant (A6). Ce 1200000 néphrons. Le sang est filtré au départ dernier se prolonge par un amas de cellules du néphron dans le glomérule : les protéines et spécialisées (la macula densa; cf. p. 152) qui les cellules sont retenues, alors que l'eau est jouxtent les capillaires glomérulaires du néphron éliminée, avec toutes les autres substances, concerné. dans le tubule (tubule urini-fère). La majeure Seulement 20 % des anses des néphrons dits partie de ce filtrat retourne ensuite dans le sang, juxtamédullaires parviennent jusque dans la à travers la paroi tubulaire (réabsorption). Le médullaire, le reste étant plus court (A et p. reste est éliminé avec l'urine (excrétion). 122). Quelques solvants urinaires pénètrent dans la d) Le tube contourné distal (A7) est plus court lumière du néphron, en provenance des cellules que le tube proximal. Les cellules du tubule tubulaires, par un phénomène de sécrétion. distal ne sont pas homogènes et ne possèdent pas de bordure en brosse et ont moins de mitochondries que celles du tube proximal (A). Il Les parties du néphron commence au niveau de la macula densa et a) Les corpuscules de Malpighi, situés dans la débouche dans les tubes collecteurs (A8). partie corticale (A1 et A2), sont constitués de la D'un point de vue anatomique et fonctionnel, les capsule de Bowman et du glomérule (B), lui- tubes collecteurs sont répartis en une zone même logé dans la capsule. Cet ensemble corticale (cortex) et une zone médullaire forme le feuillet épithélial viscéral et le feuillet (médulla) au niveau desquelles ont lieu les épithélial pariétal de la capsule. Entre les deux, dernières modifications de l'urine définitive ; se trouve l'espace capsulaire dans lequel se celle-ci est alors conduite jusqu'aux papilles produit la filtration de l'urine primitive (B). Une rénales et au pelvis pour y être excrétée. artériole afférente (vas afferens) transporte le sang jusqu'au glomérule. Là, elle se divise en capillaires qui fusionnent à nouveau pour former une artériole efférente (vas efferens), celle-ci donnant naissance à un réseau capillaire péritubulaire (cf. p. 122). Le filtre glomérulaire est constitué de plusieurs couches (B) : côté urine, l'épithélium viscéral de
- 126. 122 Rein et Équilibre hydro-électrolytique Circulation rénale (FSR) le fait que le flux plasmatique rénal (FPR. cf. ci- dessous) et le TFG (cf. p. 124) ne varient guère (y Le sang passe par I’artère rénale (A. renalis), compris sur un rein dénervé) lorsque la pression puis par les artères interlobaires (A. interlo- sanguine dans la circulation générale oscille entre 10,6 bares) et enfin par les artères arquées (A. kPa environ (80 mmHg) et 26.6 kPa (200 mmHg) (C). arcuatae) (A1a et A2a) qui circulent dans la Par un mécanisme encore en partie inexpliqué, la zone entre cortex et médullaire. Le flux résistance artériolaire des néphrons corticaux s'adapte sanguin se répartit inégalement entre ces deux automatiquement à la pression sanguine régnante, parties : sur l'ensemble du débit sanguin rénal Néanmoins, si celle-ci tombe en dessous de 10,6 kPa (80 mmHg), il n'y a plus de contre-régulation possible : qui est de 1.2 l/min environ (1/4 - 1/5 du débit le flux sanguin chute rapidement et la filtration cesse cardiaque; cf. p. 154), la médullaire ne «prend» (C). normalement que 8 % seulement bien que son poids représente 20 à 25 % du poids total du Le flux sanguin rénal (FSR) peut être déterminé selon le principe de Fick en mesurant /e flux rein. plasmatique rénal (FPR). La quantité d'une substance Contrairement à la plupart des autres organes, le rein éliminée du plasma au niveau d'un organe est égale à possède deux réseaux capillaires disposés en série la quantité de cette substance entrant dans cet organe (A2 et B). Le premier réseau à pression élevée se situe par le plasma artériel (FPR • concentration artérielle) entre l'artériole afférente (A 2c) et l'artériole efférente diminuée de la quantité sortant de cet organe par le (A2d) du glomérule (cf. p. 120). Les modifications de plasma veineux (FPR • concentration veineuse). En résistance de ces vaisseaux influencent non seulement d'autres termes, FPR = quantité de substance le flux sanguin cortical rénal mais également la éliminée/ (C artérielle - C veineuse). Ce principe est pression de filtration glomérulaire. Le sang de applicable à tous les organes pourvu qu'une substance l'artériole efférente est dirigé vers le second réseau indicatrice adéquate soit utilisée. La concentration capillaire. Celui-ci enveloppe les tubules (vaisseaux plasmatique de la substance indicatrice arrivant et péritubulaires). Il sert à la vascularisation des cellules quittant l'organe doit être déterminée. Pour le rein, la tubulaires et aussi aux échanges des substances avec concentration de la substance indicatrice, l'acide para- la lumière tubulaire (réabsorption, sécrétion ; cf. p. amino-hippurique (PAH) quittant le rein par voie veineuse est très faible (pour des concentrations 126 et suiv.). rénales faibles, la concentration veineuse de PAH est Le rein possède deux types de néphrons qui environ 10 fois plus faible que la concentration diffèrent, notamment par la disposition du artérielle), et donc seule la concentration artérielle est réseau capillaire péritubulaire (A2). mesurée. Etant donné que : quantité/unité de temps = volume/unité de temps • concentration, on obtient 1. Les néphrons corticaux ont des anses de l'équation : Henle courtes et un réseau capillaire semblable (FPR • PaPAH) - (FPR • PrPAH) = Vu • UPAH à celui de la plupart des tissus de l'organisme. ou FPR = Vu .UPAH /(PaPAH- PrPAH) 2. En revanche les néphrons juxtamé- dullaires (à la limite corticomédullaire) avec PaPAH = concentration artérielle du PAH ; PrPAH = concentration du PAH dans la veine rénale ; possèdent des artérioles efférentes qui se UPAH = concentration urinaire du PAH ; divisent pour donner des vaisseaux très longs Vu = volume urinaire par minute (= débit urinaire). (40 mm !), les vasa recta, lesquels parcourent FSR peut être calculé à partir de l'hématocrite (Ht) (cf. la médullaire. Ils accompagnent en partie les p. 60) et du flux plasmatique rénal selon la formule longues anses de Henle des néphrons FSR = FPR/(1 - Ht). PrPAH ne s'élevant qu'à environ juxtamédullaires jusqu'à la pointe de la papille 1/10 de PaPAH, on utilise souvent simplement la formule (cf. p. 121). Les vasa recta vascularisent seuls FPR = Vu • UPAH/PaPAH , donc = clairance du PAH (cf. la médullaire. Leur allure en forme d'épingle à p. 124). cheveux est importante pour la concentration La consommation rénale en oxygène est de des urines (cf. p. 136). 18 ml/min. En raison de la vascularisation élevée des Toute modification dans la distribution du flux sanguin reins qui ne pèsent que 300 g environ (0,5 % du poids entre les capillaires des deux types de néphrons a une corporel), la différence artérioveineuse rénale en influence sur l'élimination du NaCI en particulier. oxygène reste faible ( 14 ml/l de sang). L'oxygène est surtout utilisé pour le métabolisme oxydatif du cortex Une augmentation du flux sanguin médullaire entraîne rénal. Celui-ci a besoin d'une énergie considérable une diminution de l'osmolalité de la médullaire rénale pour le transport actif. Dans la médullaire, le (effet de lavage) et donc du pouvoir de concentration métabolisme est principalement anaérobie (cf. p. 46 et des urines (cf. p. 136 et diurèse osmotique. p. 142). p. 246). Autorégulation du débit sanguin rénal. On désigne par autorégulation du flux sanguin rénal
- 128. 124 Rein et Équilibre hydro-électrolytique Filtration glomérulaire -Clairance Le TFG est le produit résultant de la pression de Le volume du filtrat de l'ensemble des filtration efficace dans le glomérule (Peff), de la surface glomérules par unité de temps est appelé taux de filtration glomérulaire (qui, bien entendu, dépend de filtration glomérulaire (TFG en ml/min). aussi du nombre de glomérules fonctionnels) et de la conductivité hydraulique du filtre glomérulaire (cf. p. Pour mesurer le TFG on utilise une substance 120) qui est la valeur de sa perméabilité à l'eau. contenue dans le sang et ayant les propriétés Peff correspond à la pression sanguine dans les suivantes : 1) elle doit être filtrée sous forme capillaires (env. 6,0 kPa = 45 mmHg) moins la pression libre ; 2) la quantité de substance filtrée ne doit oncotique (cf. p. 158) dans le plasma (2,7 à 4,0 kPa = être ni réabsorbée, ni sécrétée par les cellules 20 à 30 mmHg ; cf. ci-après) et moins la pression dans tubulaires et doit donc rester constante ; 3) elle la capsule de Bowman (env. 2 kPa = 15 mmHg). Peff et doit être ni détruite, ni produite par le rein ; 4) donc TFG peuvent varier s'il y a une modification de la elle ne doit avoir aucun effet sur les fonctions du résistance des artérioles glomérulaires (cf. p. 122). rein. Ces exigences sont remplies, par exemple, Il est à noter qu'environ 20% seulement du plasma par l'inuline. Dans certaines limites (voir ci- traversant le rein sont filtrés (fraction de filtration = dessus), on peut aussi utiliser une substance TFG/FPR). La filtration peut être limitée lorsque la endogène : la créatinine (normalement pression oncotique dans les capillaires glomérulaires présente dans le sang). passe de 2,7 à 4,0 kPa du fait de la filtration de l'eau, Peff tombant ainsi à zéro (équilibre de filtration), La quantité de substance filtrée par unité de Parallèlement à l'autorégulation du FSR (cf. p. 122), le temps se calcule (A) à partir de la concentration TFG est constant pour des pressions systématiques de plasmatique de la substance : Pin (g/l) multipliée l'ordre de 11 kPa. Ainsi, la pression de filtration est par le TFG (ml/min). Selon les exigences 2 et 3 maintenue constante dans cette plage de valeur par (cf. plus haut), cette quantité filtrée par unité de modifications des résistances préartériolaire et temps ne varie pas durant le passage dans le artériolaire. Les facteurs déclenchant cette néphron : par conséquent, la quantité appa- autorégulation sont : a) la pression artérielle du sang (réponse myogénique) et b) un signal déclenchant un raissant dans les urines pendant le même inter- mécanisme de feed back (connu, en partie seulement), valle de temps est la même. On l'obtient en transmis par I’appareil juxta-gloméruiaire (cf. p. 152). multipliant le volume urinaire par minute Vu Si la pression moyenne systémique tombe en dessous (ml/min) par la concentration urinaire de la sub- de 8 kPa (= 60 mmHg), la filtration cesse. stance Uin (g/l) soit : L'expression U • Vu /P définit la clairance. La clairance Pin • TFG = Uin • Vu . D'où : des substances citées plus haut, par exemple l'inuline TFG = Uin • Vu (ml/min) (A). (Cin), est égale à TFG (voir plus haut). La clairance Pin d'une substance X quelconque (Cx) peut être comparée à Cin. Ce rapport C x/Cin est équivalent à Le TFG est alors égal à la clairance (voir ci-dessus) l'élimination fractionnelle et indique quel de l'inuline ou de la créatinine. Bien que la pourcentage de la quantité filtrée a été éliminé. concentration plasmatique de la créatinine (Pcr) Lorsqu'une substance est excrétée des cellules augmente avec une chute du TFG, la P cr est seulement tubulaires par réabsorption, le rapport C x/Cin est un indicateur approximatif de la valeur du TFG. inférieur à 1 (B1, par ex. Na+, Cl-, glucose, acides aminés ; cf. p. 126 et suiv.). D'autres substances sont Le TFG varie avec la surface corporelle. Afin d'avoir épurées du sang par les cellules tubulaires et ajoutées des valeurs cliniquement comparables, le TFG est à l'urine par sécrétion transépithéliale (B2). Avec généralement rapporté à une surface corporelle de l'acide PAH (cf. 122), cette sécrétion est si forte que 2 1,73 m . Celle-ci se calcule à partir de la taille et du 90% de cet acide sont épurés du sang (taux poids corporel. d'épuration) après un seul passage rénal. La Le TFG est normalement de l'ordre de 120 ml/min/1,73 clairance du PAH représente donc approximati-vement m2 de surface corporelle, c'est-à-dire 180 l/jour. Étant le flux plasmatique rénal (FPR) et est environ 5 fois donné qu'un homme de 70 kg dispose d'environ 15 supérieure à la Cin ou au TFG. D'autres substances litres de liquide extracellulaire échangeable (LEC) (cf. encore sont ajoutées par synthèse cellulaire et sont p. 138), les LEC passent dans lestubules rénaux à peu sécrétées à travers la membrane cellulaire luminale près 12 fois par jour et même près de 60 fois par jour (par exemple NH3/NH4+). Dans tous ces cas, la pour ce qui concerne le volume plasmatique (3,2 I). quantité apparaissant dans l'urine est supérieure à la Sur les 180 litres ainsi filtrés chaque jour, plus de 99 % quantité filtrée, et le rapport Cx/Cin est supérieur à 1. quittent les cellules tubulaires et retournent dans La quantité d'une substance réabsorbée ou sécrétée l'espace extracellulaire par un processus de par unité de temps est égale à la différence entre la réabsorption (cf. p. 136) (réabsorption fractionnelle de quantité de substance filtrée par unité de temps (Px • l'eau) et 1,5 litre d'urine seulement sont éliminés par TFG) et la quantité de substance éliminée pendant le jour. même intervalle de temps (Ux • Vu).
- 130. 126 Rein et Équilibre hydro-électrolytique Mécanismes de transport dans le néphron 1 Les substances dissoutes dans le plasma Les transports actifs et passifs (cf. p. 8 et 11 et suiv.) parviennent dans l'urine, soit par filtration au sont souvent étroitement liés: l'H2O par exemple est niveau du glomérule, soit par sécrétion à travers réabsorbé passivement lorsqu'un gradient osmotique la paroi tubulaire. Ces substances peuvent à apparaît (cf. p. 335) à la suite de la réabsorption active nouveau quitter le tubule par réabsorption (A) d'une substance dissoute (Na+ ou HCO3-). La réabsorption de l'eau conduit, d'une part, au « solvent 1. Filtration : Environ 1/5e du plasma est filtré par le drag » (entraînement par le solvant) (cf. p. 10 et p. glomérule (fraction de filtration = TFG/FPR. cf. p. 124). 132) et, d'autre part, à une concentration tubulaire Ainsi, le filtre glomérulaire (cf. p. 120) laisse passer d'autres substances dissoutes (dont l'urée) qui sont toutes les substances dissoutes dans le plasma qui ont ensuite réabsorbées passivement dans le sang, le long un rayon moléculaire r< 1,8 nm (poids moléculaire ≈ d'un gradient de concentration. Pour les ions, il faut 15000 Dalton). Les substances ayant un rayon r > 4,4 aussi tenir compte de leurs charges électriques : nm (poids moléculaire ≈ 80000 Dalton) ne sont + lorsque l'ion Na est réabsorbé, il faut qu'un anion soit normalement pas filtrables (par exemple la globuline). excrété (par exemple dans le tube proximal Cl-; cf. p. Les molécules dont le rayon est compris entre 1,8 et 132) ou qu'un cation soit éliminé (par exemple dans le tube distal. K+ ; cf. p. 148 et suiv.). Le glucose, les 4,4 nm ne sont que partiellement filtrables, le filtre acides aminés, le phosphate, etc. sont transportés glomérulaire laissant moins bien passer les particules chargées négativement (comme I’albumine, r = 3,5 de façon active: dans de nombreux cas, l'énergie libérée est étroitement liée au transport de Na+ (co- nm) que les substances neutres. Ceci est transport), ce type de transport actif secondaire est probablement dû aux charges négatives de la paroi du décrit pages 11 et 128. filtre glomérulaire (cf. p. 120) qui repoussent les anions. Le PAH est transporté à travers la membrane basale dans les cellules par un processus de Lorsque des petites molécules sont liées partiellement à des protéines plasmatiques (liaison protéique ; cf. transport actif « tertiaire ». Au début, les p. 10), la fraction liée aux protéines ne peut dicarboxylates (par ex. le glutarate) pénètrent virtuellement pas être filtrée (B : T). dans la cellule par un transport actif secondaire (cf. p. 129. B, c), après quoi, échangés avec le Pour les substances restées accrochées au filtre glomérulaire, l'épuration se fait probablement par PAH (antiport, cf. p. 11) ils quittent la cellule et phagocytose (cf. p. 66) grâce aux cellules mésangiales regagnent le flux sanguin. du glomérule. Nombre de substances sont réabsorbées par 2. Réabsorption (A. w. x. y) : Après filtration, l'eau et diffusion passive (par ex. l'urée). La perméabi- plusieurs substances sont soumises à réabsorption lité de ces substances dépend, notamment, de 2+ tubulaire. Ce sont les électrolytes (Na+, Cl-, K+. Ca . leur liposolubilité. Les électrolytes faibles non HCO3-, phosphate, etc.), les acides aminés, l'acide urique, les lactates, l'urée, les peptides, la vitamine C ionisés ont une meilleure liposolubilité et peu- ou acide ascorbique, le glucose et bien d'autres encore vent donc passer à travers la membrane plus (C et p. 128 et suiv.). facilement que les substances ionisées (diffu- sion non-ionique; A:«Y- ó Y°»). Le pH de 3. Sécrétion transcellulaire active (A. z) : Les l'urine a donc une influence sur la réabsorption métabolites de l'organisme comme l'acide urique, le glucuronide, l'hippurate, les sulfates ainsi que les passive. La grosseur des molécules joue aussi substances exogènes (pénicilline, diurétiques et aussi un rôle lors de la diffusion : plus la molécule est acide PAH ; cf. p. 124) sont excrétés de cette manière petite, mieux elle diffuse (cf. p. 8 et suiv.). (C). Les voies de diffusion à travers l'épithélium 4. Sécrétion cellulaire : Plusieurs substances (comme tubulaire incluent les mécanismes + les ions ammonium = NH 4+, les ions H et l'hippurate) transcellulaire et paracellulaire. Les « tight ne sont formées que dans la cellule tubulaire et junctions » (= jonctions serrées) du tubule parviennent ensuite dans le tubule par un mécanisme proximal (cf. p. 8) sont relativement perméables de sécrétion cellulaire. Alors que le NH3 diffuse et permettent le transport par diffusion passivement dans la lumière tubulaire (A : v). les ions paracellulaire des petites molécules et des ions. + H sont sécrétés de façon active (A : u et cf. p. 144 et suiv.).
- 132. 128 Rein et Équilibre hydro-électrolytique Mécanismes de transport dans le néphron II l'urine primitive (par ex. dans le cas d'un diabète Lorsque l'on multiplie le TFG (cf. p. 124), c'est- sucré), le système de réabsorption est saturé à-dire 180l/jour, par la concentration (Jact se rapproche de Jmax) et la courbe de plasmatique de la substance filtrée, on obtient concentration du glucose (A) s'aplatit : cela se une quantité filtrée par unité de temps traduit par l'apparition de glucose dans l'urine («load» = charge) ; par exemple pour le définitive {glycosurie}. glucose, elle est de 160 g/jour et, pour l'en- La réabsorption des acides aminés est très semble des acides aminés, de 70 g/jour envi- voisine de celle du glucose (A et B). Il existe ron. Malgré la faible perméabilité du filtre environ 7 systèmes de transport différents glomérulaire à l'albumine (environ 0,01-0,05 %), (généralement co-transport du Na+), de sorte on estime cependant que 1 à 3 g/jour (180 l/j • que Jmax et Km peuvent varier en fonction de la 42 g/l • 0.0001 à 0.0005) parviennent dans nature des acides aminés et du transporteur l'urine primitive. Les systèmes de réabsorption («carrier»). La L-valine par exemple est très dans le néphron limitent ainsi l'excrétion de ces rapidement réabsorbée (A, b), la L-glutamine à substances indispensables à l'organisme. peu près comme le glucose (A, a) et la L-histi- dine relativement lentement (A, c). En consé- Le glucose est absorbé dans la cellule tubulaire quence, on peut considérer pour ces acides contre un gradient de concentration (c'est-à-dire aminés que respectivement 99,9%, 99,2% et de façon active). Pour cela, il utilise un système seulement 94,3 % de la quantité filtrée retour- de transport dans la membrane à bordure en nent dans le sang. brosse («carrier», B, a) ; simultanément le Na+ passe aussi dans la cellule («selon un Une augmentation de l'excrétion des acides aminés (hyperamino-acidurie) apparaît en aval du rein gradient») (co-transport secondaire actif avec lorsque la concentration plasmatique s'élève Na+). Le gradient du Na+ est à son tour (saturation de la réabsorption, cf. plus haut) ou au maintenu contre la membrane basolatérale par niveau du rein en raison d'un transport défaillant qui la « pompe » à Na+ active (Na+-K+-ATPase) (B). peut être spécifique (par ex. cystéinurie) ou non Le glucose quitte à nouveau la cellule par un spécifique (par ex. syndrome de Fanconi). Les acides mécanisme de diffusion facilitée (B, b et p. 11). aminés sont également absorbés, du côté sang, dans les cellules tubulaires (B et C), ce qui permet bien sûr Le glucose est normalement réabsorbé à plus une alimentation cellulaire, en particulier dans les de 99 %. La courbe de la concentration du parties distales du néphron. glucose dans le tube proximal (A, a) montre que Le phosphate (cf. p. 144). le lactate et le la réabsorption s'effectue très rapidement au citrate, parmi d'autres substances, sont également début du tube proximal, alors que la soumis à une réabsorption secondaire active dans le concentration du glucose devient très faible, tube contourné proximal (co-transport du Na+). Un quoique constante, vers la fin du tube (C ∞ ). A cotransport Na+-CI--K+ s'opère dans le néphron distal ce stade, la réabsorption active augmente à (cf. p. 132). L'acide urique et l'oxalate sont l'extérieur de la lumière tubulaire et la « fuite » simultanément réabsorbés et sécrétés. Dans le cas de l'acide urique, la réabsorption domine (seulement 10% passive devient plus forte vers l'intérieur de la d'excrétion) et, pour l'oxalate, c'est la sécrétion lumière tubulaire. Plus loin, en aval, le glucose (excrétion > quantité filtrée). peut encore être réabsorbé, car la concentration Les oligopeptides (par ex. le glutathion, l'an- luminale est à nouveau supérieure à C∞ en giotensine) sont si rapidement scindés par les raison de la réabsorption de l'eau. peptidases luminales actives de la bordure en brosse La fuite mentionnée ci-dessus est le résultat (γ-glutamyltransférase, aminopeptidase M, etc.) qu'ils d'une diffusion passive du glucose essentielle- peuvent être entièrement réabsorbés sous forme d'acides aminés. Il en est de même pour le maltose qui ment au niveau des espaces intercellulaires est dégradé en glucose et réabsorbé sous cette forme mais également à travers les cellules dans la (C). lumière. La réabsorption active Jact du glucose est saturable lorsque la concentration du Les protéines (albumine, lysozyme, β-micro- glucose (C) augmente ; elle est fonction, selon globuline, etc.) sont réabsorbées par endo- Michaelis et Menten, du taux de transport cytose et soumises à une « digestion » maximal (Jmax) et de la constante de demi- intracellulaire lysosomale (D). Cette saturation (Km) (cf. aussi p. 11 et 333) : réabsorption est normalement déjà saturée, de sorte qu'une augmentation de la perméabilité Jact = Jmax • C/(Km + C). glomérulaire aux protéines provoque une Lorsque C dépasse 10 mmol/l dans le plasma et protéinurie.
- 134. 130 Rein et Équilibre hydro-électrolytique Sélection des substances, « détoxication » Le poumon (A6) peut aussi servir d'organe et excrétion dans l'organisme excréteur. Il agit comme un filtre pour le sang Lorsque l'homme s'alimente (A1), il absorbe qui, venant du tube digestif, est passé dans le non seulement des substances que l'organisme foie. Le poumon peut en particulier capter les peut utiliser pour sa croissance et son équilibre substances liposolubles (comme la sérotonine, énergétique, mais aussi des substances la méthadone) avant de les inactiver et de les physiologiquement inutiles ou même toxiques, excréter en partie au niveau de la muqueuse ces dernières étant inhalées, le cas échéant, bronchique. Le cerveau, particulièrement sensi- avec I''air respiré. L'organisme est à même de ble à ces substances, est ainsi protégé. discerner les substances utilisables des autres Une fraction des substances absorbées dans au moment où elles sont absorbées, lors du l'intestin arrive telle quelle dans la circulation métabolisme et lorsqu'elles sont excrétées. Ce générale où elle devient disponible pour les processus débute lors de l'ingestion cellules des autres organes ; il se produit. là alimentaire : aussi, une nouvelle sélection. Les cellules L’odeur et le goût (cf. p. 296) de nombreuses nerveuses ou musculaires par exemple ab- substances toxiques empêchent leur absorption sorbent, par des mécanismes de transport ou provoquent des vomissements (cf. p.204). spécifiques, les substances qui sont néces- Les substances utiles sont ensuite scindées et saires à leur propre métabolisme. absorbées dans le tube digestif (A2) du fait de Enfin, le rein exerce un contrôle efficace sur la la spécificité des enzymes digestives et des composition du sang, car son débit représente mécanismes de réabsorption (cf. p. 218 et une part importante du débit cardiaque (cf. p. suiv.), tandis que les substances 154). physiologiquement inutiles ne sont guère absorbées par l'épithélium intestinal et sont Les tubules rénaux se comportent de façon éliminées dans les fèces. tout à fait analogue : les substances inutilisables et toxiques se trouvant dans le sang ne sont Les substances absorbées dans l'intestin guère réabsorbées après la filtration parviennent jusqu'au foie qui, dès le premier glomérulaire et sont donc excrétées dans passage dans la circulation portale, peut déjà l'urine. Il en est ainsi par exemple des produits capter jusqu'à 95 % d'une substance donnée. résultant du métabolisme des substances Les groupes de substances citées plus haut azotées (cf. p. 146). Les acides organiques ou sont à nouveau différenciés dans la cellule les bases inutiles ou néfastes pour l'organisme hépatique : les produits utiles sont stockés dans sont sécrétés dans le tubule par un processus la cellule ou sont métabolisés. de transport actif (A7 et cf. p. 126). Par contre, Le foie est en outre en mesure de rendre des substances essentielles pour l'organisme inoffensives des substances inutiles ou toxiques (comme le glucose, les acides aminés, etc.) (« détoxication ») : sont réabsorbées par des systèmes de transport propres au rein et à l'intestin et sont Le foie dispose pour cela de plusieurs méca- donc protégées contre toute excrétion. nismes : après action enzymatique par addition d'un groupe OH ou COOH (A3), ces produits se Le plexus choroïde des ventricules cérébraux combinent avec l’acide glycuronique, un sulfate, et le tractus uvéal de l'œil peuvent transporter un acétate ou des acides aminés (A4 et cf. p. ces mêmes anions organiques hors du tissu et 214) ; les substances ainsi formées peuvent vers le sang, à la manière dont le foie et le rein être sécrétées de façon active dans la bile et le font pour ces ions hors du sang et dans la parviennent ainsi jusqu'à l'intestin où elles sont bile ou l'urine respectivement. pour la plupart éliminées dans les fèces (A5). Pour les substances devant être excrétées, un second mécanisme utilise le glutathion comme accepteur : des enzymes spécifiques combinent des substances aussi toxiques ou cancérigènes que le chloroforme, l'iodure de méthyle, les époxydes, le naphtalène, le phénanthrène, etc. au glutathion, et ces composés sont ensuite excrétés par le rein sous forme d’acides mercapturiques.
- 136. 132 Rein et Équilibre hydro-électrolytique Le rôle du rein dans l'équilibre du les acides aminés, etc. (cf.p. 128) sont réab- sodium sorbés à partir de l'urine primitive. Une fraction Le sel (NaCI) est absorbé, suivant le goût de importante du Na+ est a priori réabsorbée chacun, à raison de 8 à 15 g/jour. Les 180 litres passivement dans le tube proximal, essentielle- ment à travers les interstices entre les cellules qui sont filtrés quotidiennement dans les reins tubulaires (paracellulaires), contrairement au contiennent environ 1,5 kg de NaCI (load = charge, cf. p. 128). Normalement, plus de 99% transport actif. Deux mécanismes sont à de cette quantité sont réabsorbés et moins de l'origine de ce flux transépithélial passif des ions 1% est excrété. Le rein régule la quantité exacte Na+ et Cl- : de Na+ excrétée en fonction de l'absorption de a) les ions Na+ et Cl- diffusent le long de leur gradient électrochimique de la lumière vers sodium, de telle sorte que la concentration de Na+ et donc le volume extracellulaire (cf. p. l'interstitium ; 138) restent constants dans l'organisme. Le b) au transport actif du Na+ et du HCO3- transport tubulaire du Na+ nécessite une succède un transport paracellulaire de l'eau. certaine consommation d'énergie tandis que le Celle-ci entraîne avec elle les ions Na+ et Cl- (et Cl- est réabsorbé par un transport passif ou un aussi l'urée) : phénomène dit de «l'entraînement transport actif secondaire. Le NaCI ainsi que par le solvant » (« solvent drag ») (cf. p. 10). l'eau qui le suit passivement sont réabsorbés au De plus, 15 à 20% du NaCI filtré sont niveau du tube contourné proximal sur toute réabsorbés activement dans le segment large sa longueur. Le liquide réabsorbé, tout comme ascendant de l'anse de Henle. le liquide restant dans le tubule, est en permanence isotonique au plasma. A l'extrémité Le transport actif primaire du Na+ est assuré à du tube proximal, 60 à 70% de la quantité d'eau nouveau par la Na+-K+-ATPase basolatérale, et de Na+ filtrée sont à nouveau réabsorbés tandis qu'il existe un « carrier » luminal commun dans le sang (B). Du fait de la réabsorption au Na+, au K+ et à 2 Cl- (cotransport actif simultanée du HCO3-, la réabsorption du Cl- est secondaire; cf. p. 149, B2). Ce transport peut légèrement postérieure. Les ions H+ sont être inhibé par des substances appelées diuré- sécrétés dans la portion initiale du tubule tiques comme par exemple le furosémide (cf. p. proximal en échange d'ions Na+. Ainsi, les ions 142). Cet épithélium n'est que très peu perméa- HCO3- sont réabsorbés rapidement (environ 85 ble à l'eau. La perméabilité passive aux ions a 90% sont absorbés pendant le temps de Na+ et Cl- est également faible, de sorte que passage du filtrat jusqu'à la fin du tubule ces ions ne peuvent plus rétrodiffuser dans la proximal). La réabsorption du CI- est plus lumière tubulaire. La pompe à sodium peut donc tardive, mais le gradient électrochimique produire dans la lumière une urine hypotonique s'inverse rapidement établissant un passage et, dans l'interstitium, un milieu hypertonique (B pour la réabsorption du Cl- (moins de 60 % de et p. 134 et suiv.). la quantité totale filtrée en amont sont Les 10 à 20% de Na+ restant parviennent jusqu'au réabsorbés dans le tubule contourné proximal). tube contourné distal, puis au tube collecteur. Le + Na (suivi du Cl-) est ensuite réabsorbé activement au Mécanisme de la réabsorption « proximale » niveau de ces deux zones. C'est surtout dans le tube du Na+ : la Na+-K+-ATPase, localisée dans la collecteur cortical que la réabsorption du Na+ (par le + membrane basolatérale (région basale, cf. p. 5 moyen de canaux Na ou de systèmes antiport Na+/H+ etsuiv.), constitue le mécanisme de transport dans la membrane luminale) est sous l'influence de actif pour le Na+ qui est pompé de la cellule l'aldostérone (cf. p. 140 et 150). Cette excrétion varie, vers l'interstitium. La concentration cellulaire du suivant l'absorption du sodium et de l'eau, entre 5 % et 0,5 % de la quantité filtrée. Na+ est ainsi maintenue à un niveau bas et de nouveau Na+ peut quitter la lumière tubulaire Mais outre l'aldostérone, le TFG, la vasculari-sation f médullaire rénale, l'in nervation sympathique rénale et par un transport passif et parvenir jusque dans les « peptides natriurétiques » auriculaires (PNA, p. la cellule à travers la membrane des cellules à 140) agissent également sur l'excrétion du Na+. La bordure en brosse. Ce flux est maintenu par le somme de ces effets stimulateurs, mais aussi parfois gradient électrochimique élevé du Na+ entre la inhibiteurs (sur des parties du tubule très différentes), lumière et la cellule; il entraîne le transporteur détermine en fin de compte l'excrétion des ions Na+ et (« carrier ») à l'aide duquel les ions H+ sont Cl". libérés vers la lumière (cf. p. 144) et le glucose,
- 138. 134 Rein et Équilibre hydro-électrolytique Les systèmes à contre-courant dessous). Pour des raisons d'équilibre osmotique, une fraction du plasma coule de la Les systèmes à contre-courant, largement partie descendante vers la partie ascendante répandus dans la nature, remplissent plusieurs des vasa recta et donc dans la médullaire (A4). fonctions : Inversement, les substances dissoutes venant 1. Système d'échange simple (A1 ) : un de la branche veineuse ascendante, qui système d'échange simple est constitué par entraîne ces substances hors de la médullaire exemple de deux tubes dans lesquels de l'eau hypertonique, arrivent toujours dans la branche froide (0°C) et de l'eau chaude (100°C) coulent descendante. Cela concerne en particulier les en parallèle. Grâce à l'échange de chaleur entre substances formées dans la médullaire rénale les deux tubes l'eau sortant à leurs extrémités comme le CO2 et celles qui y sont réabsorbées est à 50 °C, ce qui signifie que le gradient de comme l'urée (cf. p. 137, B). L'osmolalité élevée température initial (100°C) a disparu. de la médullaire (cf. ci-après) n'est donc que 2. Un système d'échange à contre-courant peu perturbée malgré l'apport sanguin (A2) apparaît lorsque le sens du courant dans nécessaire. un des deux tubes est inversé. Etant donné 3. Dans le système à contre-courant qu'un gradient de température se manifeste dès multiplicateur, un gradient de concentration lors sur l'ensemble du système, la chaleur peut permanent est créé, par dépense d'énergie, être échangée sur toute la longueur. Mis à part entre les deux branches (A5).Ce gradient la chaleur, certaines substances peuvent aussi relativement faible entre les deux branches être échangées à travers une paroi semi- (effet élémentaire) est renforcé par le contre- perméable, dans la mesure où il existe un courant et devient un gradient relativement gradient de concentration pour ces substances. élevé le long des branches de l'anse. Ce Prenons l'exemple du foie : la bile coule à gradient est d'autant plus élevé que 'anse est contre-courant vers le sang artériel et portai, de longue et le gradient de l'effet élémentaire sorte que de nombreuses substances excrétées important; il est, en outre, inversement avec la bile peuvent retourner vers le sang. proportionnel (au carré) à la force du courant Si l'on considère maintenant un flux liquidien dans l'anse. s'écoulant dans un tube coudé en épingle à Dans le tubule rénal (A5 et A6), les ions Na+ et cheveux, en contact avec un milieu dont la Cl- sont constamment transportés activement, température s'écarte de celle régnant à c'est-à-dire avec dépense d'énergie, de la l'intérieur du tube (glace, A3), il y aura certes branche ascendante de l'anse de Henle vers perte constante de chaleur au début du coude, l'interstitium environnant (cf. p. 132). Cette mais le liquide à la sortie sera à peine plus froid partie tubulaire est très peu perméable à l'eau que le liquide se trouvant à l'entrée du coude. contrairement à la branche descendante, dont Un tel mécanisme permet par exemple aux l'osmolalité (A5) s'équilibre avec celle de pingouins et aux canards de se poser sur la l'interstitium; le transport actif du NaCI produit glace et d'y rester. Cet échange de chaleur donc le gradient de l’effet élémentaire entre la entre les artères et les veines joue aussi un rôle branche ascendante de l'anse d'un côté et la dans la thermorégulation chez l'homme (cf. p. branche descendante ainsi que l'interstitium de 194). la médullaire de l'autre côté. Etant donné que l'osmolalité élevée de l'interstitium provoque Un échange à contre-courant semblable se une fuite de l'eau hors du tube collecteur (cf. p. produit, dans les vasa recta du rein (cf. p. 136), on peut considérer que ce transport actif 122), pour le plasma et les substances du NaCI constitue la force motrice du dissoutes dans le sang. La condition préalable à mécanisme de concentration rénale. cet échange est une augmentation de l'hypertonie de la médullaire rénale (cf. ci-
- 140. 136 Rein et Équilibre hydro-électrolytique Réabsorption de l'eau et concentration d'autres substances (NH3. K+) sont excrétées ; rénale des urines de plus, pour des raisons osmotiques, l'H2O passe aussi dans l'interstitium (environ 5 % du La filtration du plasma dans les glomérules TFG; A). rénaux de l'homme est d'environ 120 ml/min ou 180 l/jour (TFG ; cf. p. 124). Cette urine La régulation définitive du volume urinaire à primitive est isotonique au plasma, ce qui excréter a lieu dans les tubes collecteurs. signifie qu'elle a une osmolalité (cf. p. 335 et Sous l’action de l'ADH (c'est-à-dire pendant suiv.) de 300 mosm/kg H2O environ. Par contre, l'antidiurèse), la quantité d'eau excrétée de l'excrétion urinaire n'est en moyenne que 1,5 l'urine lors de son passage à travers la l/jour et l'osmolalité de l'urine définitive peut médullaire rénale de plus en plus hypotonique varier, suivant la quantité d'eau absorbée, entre est si importante que l'osmolalité de l'urine 50 et 1 200 mosm/kg H2O (cf. p. 140). (Uosm) tait plus que quadrupler par rapport à celle du plasma (Posm), ce qui donne L'urine définitive peut être hypotonique si le U/Posm= 4.5. En l'absence d'ADH, il se produit débit urinaire est de l'ordre de 18 ml/min une diurèse aqueuse; le rapport U/Posm peut (diurèse), ou au contraire hypertonique si le tomber à moins de 0,2. Cette faible osmolalité débit est inférieur à quelques dixièmes de urinaire (min. environ 50 mosm/kg H2O) est due ml/min (antidiurèse). à la très faible perméabilité à l'eau du tube Tube proximal : Les 2/3 environ de l'urine collecteur en l'absence d'ADH, si bien que primitive sont réabsorbés le long de ce l'eau n'est plus éliminée de l'urine à ce niveau. segment du néphron (A). La force motrice L'osmolalité tombe même au-dessous de celle en est la réabsorption du Na+ ; elle est suivie de du tube distal car le transport du NaCI se la réabsorption de Cl-, HCO3- etc. établissant poursuit dans le tube collecteur (cf. p. 132) sans ainsi un (petit) gradient osmolaire facilitant le que l'eau puisse suivre. passage de l'eau et l'atteinte de l'équilibre L'urée joue un rôle important dans la concen- osmotique. L'urine primitive reste donc tration des urines : les détails de ce mécanisme isotonique le long de ce segment tubulaire (cf. ne sont toutefois pas très bien connus. Le tube p. 132). distal et la partie initiale du tube collecteur ne La pression oncotique (π : cf. pp. 124. 158, 335 sont que peu perméables à l'urée ; la concentra- et suiv.) dans les capillaires péritubulaires tion de celle-ci augmente donc constamment constitue probablement une autre force motrice dans ces parties du néphron (B). Les parties du de la réabsorption de l'eau. La pression tube collecteur au voisinage de la papille oncotique est d'autant plus élevée que le présentent une bonne perméabilité à l'urée. De volume d'eau filtré dans le glomérule est ce fait, l'urée rétrodiffuse en partie dans l'inter- important. En effet, les protéines restent dans le stitium (où elle contribue au maintien d'une sang lors de la filtration (cf. p. 127, B). osmolalité élevée) ; le reste de l'urée est Anse de Henle : Le système à contre-courant excrétée (B et cf. p. 146). La diurèse augmente multiplicateur (A et cf. p. 134) concentre de plus l'excrétion de l'urée. en plus d'urine dans la branche descendante de L'osmolarité médullaire élevée nécessaire à la l’anse. L'eau qui va dans l'interstitium est en concentration urinaire peut être diminuée par de grande partie transportée par les vasa recta (A). nombreux facteurs : a) par un flux sanguin Le NaCI est transporté activement de la médullaire trop important qui « élimine » les branche ascendante de l'anse de Henle vers solutés (NaCI et urée) de la médullaire, b) par l'interstitium (A et p. 134). Étant donné que la une diurèse osmotique abolissant le gradient paroi de la branche ascendante de l'anse de osmotique médullaire, c) par une diurèse Henle est imperméable à l'eau, l'urine est aqueuse réduisant le gradient médullaire et hypotonique à l'entrée du tube distal et le reste limitant celui-ci à la médullaire interne, d) par un probablement le long du tube distal. Là, le Na+ blocage du transport du NaCI dans la partie (et le Cl-) sont à nouveau réabsorbés (cf. p. ascendante épaisse de l'anse de Henle, enfin e) 132) ; malgré tout, l'osmolalité n'en est par déficience en ADN (voir ci-dessus). vraisemblablement pas trop modifiée, car
- 142. 138 Rein et Équilibre hydro-électrolytique Équilibre hydrique dans l'organisme jeune à 0,64 (femme : 0,53) et chez un homme L'eau est un solvant vital pour l'organisme. âgé a 0,53 (femme : 0.46). Ces différences Suivant l'âge et le sexe, l'eau représente 0,46 entre l'homme et la femme (ainsi que les (46 %) à 0,75 (75 %) du poids corporel (1,0) (B). variations individuelles) sont dues essentiellement à une plus ou moins grande La teneur exacte en eau de l'organisme quantité de graisse dans l'organisme , alors que (régulation, cf. p. 21) est le résultat d'un la plupart des tissus (chez l'adulte jeune) ont équilibre du bilan de l'eau : l'apport (et la une teneur en eau de 0,73 en moyenne, celle-ci formation) d'eau doit constamment équilibrer les n'est que de 0,2 environ dans les graisses (B). pertes d'eau (cf. ci-dessous) (A). Un apport Pour une teneur en eau totale moyenne de 0,6 d'eau moyen (2.5 l/jour) se décompose de la dans l'organisme (poids corporel = 1,0), le façon suivante (A) : compartiment intracellulaire (CIC) contient a) boissons (environ 1,3 l/jour), b) eau des environ 3/5 (= 0,35 du poids du corps) de cette aliments solides (0,9 l/jour) et c) eau provenant eau et le compartiment extracellulaire (CEC) de l'oxydation des aliments (cf. p. 199, C). A cet environ 2/5 (=0,25 du poids du corps), le CEC apport d'eau correspond une perte d'eau comprenant l'espace intercellulaire équivalente (A) qui se décompose comme suit (interstitium:0,19), le plasma (0.045) et les a) urine (1,5 l/jour), b) eau éliminée par l'air liquides transcellulaires (liquide céphalo- expiré et par la peau (cf. p. 193, B3) et c) eau rachidien, lumière intestinale. etc. : 0,015) (C). contenue dans les fèces (A et cf. p. 231, C). Le Le CIC présente une composition ionique très « turnover » moyen de l'eau représente donc différente de celle du CEC (cf. p. 65, B) et, à chez l'adulte environ 1/30 du poids corporel (2,4 l'intérieur du CEC, le plasma se distingue 1/70 kg) ; par contre, il représente chez le essentiellement par sa teneur en protéines. nourrisson 1/10 du poids corporel (0,7 1/7 kg), Puisque le Na+ est l'ion principal du CEC, le ce qui rend le nourrisson plus sensible aux contenu de l'organisme en Na+ est le facteur troubles de l'équilibre hydrique. déterminant essentiel du volume de CEC (cf. p. Le « turnover » de l'eau (ou les échanges, les 132 et 140). mouvements) peut s'écarter considérablement Les compartiments liquidiens de l'organisme des quantités indiquées, mais le bilan de l'eau sont généralement mesurés suivant le principe doit toujours être rééquilibré. Une marche dans de dilution des indicateurs. En supposant que la des conditions de température extérieure élevée substance test considérée (qui est injectée par ou le travail dans une fonderie par exemple voie sanguine) diffuse uniquement dans peuvent entraîner d'énormes pertes d'eau par l'espace à mesurer (C), on aura : volume de cet sudation (cf. p. 192) (plusieurs litres par espace (I) = quantité d'indicateur injectée (g) / heure!), ces pertes devant être compensées par concentration de l'indicateur (g/l) après diffusion l'ingestion de quantités d'eau (et de sel) équiva- dans l'espace concerné (mesure dans le sang lentes. Inversement, l'absorption d'une trop prélevé). L'inuline, par exemple, est un grande quantité de liquides doit être équilibrée indicateur pour la plus gande partie du volume par une excrétion urinaire élevée (cf. p. 140). du liquide extracellulaire et l’antipyrine pour Une déshydratation provoque la sensation de l'eau totale de l'organisme. Le volume du soif ; la régulation s'effectue grâce à un centre liquide intracellulaire est donc exactement de la soif situé dans l’hypothalamus. Les égal à l'espace antipyrine moins l'espace facteurs qui déclenchent la soif sont, d'une part, inuline. Le bleu Evans, qui se lie fortement aux une augmentation de l'osmolalité des liquides protéines plasmatiques, est un indicateur pour de l'organisme et, d'autre part, une le volume plasmatique. .Le volume sanguin augmentation de la concentration d'an- peut se calculer dès lors à partir de giotensine II dans le liquide céphalorachidien l'hématocrite HT (cf. p. 65. A) : (cf. p. 140 et 290). volume plasmatique Volume sanguin = —————-—-------- Alors que la proportion d'eau chez le nourrisson 1 — Ht est encore de 0.75, elle tombe chez un homme
- 144. 140 Rein et Équilibre hydro-électrolytique Contrôle hormonal de l'équilibre hydro- importante ou une trop faible ingestion de électrolytique sodium pour un volume d'eau normal diminuent Les liquides extra- et intracellulaires de la sécrétion d'ADH du fait de l'abaissement de l'organisme ont, à peu d'exceptions près, une l'osmolalité sanguine et augmente ainsi osmolalité de 290 mosm/kg H2O environ (cf. l'élimination de l'eau (cf. ci-dessus). Cela se traduit par une diminution du volume du CEC p. 335). L'absorption de NaCI ou les pertes et donc aussi du volume plasmatique (A4). La d'eau par exemple accroissent l'osmolalité dans diminution du volume plasmatique et le compartiment extracellulaire (CEC) ; celui-ci étant en équilibre osmotique avec le l'abaissement éventuel de la pression sanguine compartiment intracellulaire (CIC), il devrait en (cf. p. 153, B) conduisent à une sécrétion d'angiotensine II. Cette hormone déclenche la résulter logiquement une fuite d'eau hors du soif et stimule la sécrétion d'aldostérone (cf. p. CIC (cf. p. 143, A). En fait les cellules sont 150 et suiv.). L'aldostérone stimule à son tour la protégées contre d'importantes variations de volume et d'osmolalité par une régulation stricte réabsorption du Na+ (cf. p. 153, B) et inhibe de l'osmolalité du CEC. Celle-ci est assurée par ainsi l'excrétion du Na+ (rétention du Na+). des osmorécepteurs (surtout dans L'eau est alors retenue en raison de la rétention l'hypothalamus), par l'hormone antidiurétique du sel ; cela entraîne simultanément une (ADH = vasopressine) et par le rein en tant ingestion d'eau (soif), si bien que le volume du CEC redevient normal (A4). qu'organe cible (cf. p. 136). Dans l'exemple ci- dessus (absorption trop élevée de NaCI), Une diminution du volume plasmatique pro- l'osmolalité est régulée par une rétention d'eau voque également une chute de la pression dans qui entraîne, en contre-partie, une augmentation le système basse pression de la circulation du CEC. La concentration du NaCI dans sanguine ; cela est directement signalé à l'hypo- l'organisme détermine donc le volume du CEC. thalamus par des tensorécepteurs situés dans Comme c'est l’aldostérone qui contrôle l'oreillette gauche et déclenche une sécrétion l'excrétion du NaCI (cf. p. 132 et p. 150), cette d'ADH (réflexe de Henry-Gauer). hormone régule donc aussi le volume du CEC. Excès de sel (A3) : L'augmentation de Déshydratation (Al) : Lorsque les pertes d'eau l'osmolalité plasmatique qui en résulte entraîne (par la sudation, l'air expiré) ne sont pas une augmentation de la sécrétion d'ADH compensées ou le sont insuffisamment, le CEC (rétention d'eau et soif). A l'inverse de ce qui se devient hypertonique : une augmentation de passe pour les déficits en sel, le volume du l'osmolalité de seulement 3 mosm/kg H2O suffit CEC et donc du plasma augmentent : ceci se à provoquer une augmentation de la sécrétion traduit par une augmentation de l'excrétion du d'ADH au niveau de l'hypothalamus et de la sodium et ultérieurement de l'eau sous l'effet posthypophyse (Al) (cf. p. 240). L'ADH, d'un freinage du système rénine-angiotensine II- transportée jusqu'au rein par le flux sanguin, aldostérone, d'une libération accrue de FNA provoque une réduction de l'excrétion de l'eau (Facteur Natriurétique Auriculaire, voir ci- (cf. p. 136). La soif qui se manifeste simultané- dessous) et aussi d'autres mécanismes (p. 132 ment incite à l'ingestion d'eau (cf. p. 138). et p. 152) ; le volume du CEC redevient normal Hyperhydratation (A2) : L'absorption d'un (A4). liquide hypotonique diminue l'osmolalité dans le CEC. Ce signal inhibe la sécrétion d'ADH. Il Le Peptide Natriurétique Auriculaire ou Facteur (PNA = FNA) ou peptide auriculaire est stocké dans des s'ensuit une élimination excédentaire d'urine vésicules au niveau des cellules de la paroi auriculaire hypotonique (cf. p. 136) : l'eau en excès est cardiaque. Une augmentation de la tension de éliminée en moins d'une heure. l'oreillette induit une libération de ce peptide, dont l'un des effets est d'accroître jusqu'à un certain point Lorsqu'une trop grande quantité d'eau est trop + l'excrétion de Na par le rein. Comme il a aussi des vite ingérée, il peut se produire une effets directs sur le système cardiovasculaire, sur intoxication par l'eau (nausées, vomisse- d'autres hormones et sur le SNC, le terme de peptide ments, choc). La cause en est une forte auriculaire doit être préféré. Bien que cette hormone diminution de l'osmolalité du plasma avant semble agir par intégration sur de nombreux organes même que l'inhibition de la sécrétion d'ADH cibles pour moduler les fonctions cardiovasculaires et puisse être efficace. la balance hydrique, son rôle physiologique n'est pas totalement élucidé. Déficit en sel (A4) : Une perte de sel trop
- 146. 142 Rein et Équilibre hydro-électrolytique Troubles de l'équilibre hydro-électrolytique (= Posm = 290 mosm/kg H2O). La proportion d'eau libre Les troubles de l'équilibre hydro-électrolytique (A et p. peut être calculée à partir de la relation 1 - (Uosm/Posm 140) peuvent être dus à des perturbations dans : a) le où Uosm est l'osmolalité urinaire. bilan de l'eau et du sodium (c'est-à-dire l'apparition Ainsi, 1 litre d'urine avec une osmolalité de 60 d'un déséquilibre entre l'apport et les pertes), b) la mosm/kg H2O par exemple contient 0.8 litre d'eau libre. répartition entre le plasma, l'interstitium (c'est-à-dire b) La diurèse osmotique apparaît lorsque des l'espace extracellulaire) et l'espace intracellulaire et c) substances non réabsorbables sont filtrées dans le la régulation hormonale. Voici quelques causes et tubule (par exemple, le mannitol utilisé en théra- conséquences de ces troubles ( ↓ = diminution. ↑ = peutique). Pour des raisons d'équilibre osmotique, ces augmentation, inch. = inchangé) : substances fixent l'eau dans le tubule, l'eau étant 1. Diminution du volume iso-osmotique ensuite éliminée avec la substance. Lorsque, avec des substances réabsorbables comme le glucose, la (Al) : volume extracellulaire (LEC) ↓ . volume capacité de réabsorption tubulaire est dépassée du fait intracellulaire (LIC) inch. osmolalité (osm) inch. ; lors de concentrations plasmatiquestrès élevées (cf. p. de vomissements, de diarrhées, de thérapie diurétique 128), l'eau n'est pas éliminée avec la fraction de (cf. ci-dessous), d'hémorragies, de brûlures, de substance non réabsorbée ( par exemple glycosurie et ponction d'ascite, etc. diurèse en cas de diabète). 2. Déshydratation (A2) : LEC ↓, osm ↑. déplacements c) La diurèse forcée est consécutive à une liquidiens de LIC vers LEC ; lors de sudation, augmentation de la pression sanguine (cf. p. 122). d'hyperventilation, de diurèse osmotique (cf. ci-après), Quand la pression sanguine augmente, l'autorégulation de déficit en ADH (diabète insipide), etc. empêche une augmentation du FPR dans le cortex (cf. 3. Déficit en sel (A3) : osm ↓ . déplacement liquidien p. 122). Dans la médullaire, cependant, l'autorégulation de LEC vers LIC et LEC ↓ ; lors de vomissements, de est moins efficace ; le flux sanguin médullaire diarrhées, de sudation, de déficit en aldostérone, augmente et abolit le gradient de concentration d'hypokaliémie. de lésions du SNC. de néphrite avec médullaire (cf. p. 136). Cette action diminue pertes de sel. etc. l'osmolalité urinaire maximale, aboutissant à une diurèse forcée. Puisqu'une augmentation du volume du 4. Augmentation du volume iso-osmotique (A4) : CEC élève la pression sanguine (cf. p. 180), provo- LEC ↑. osm inch. ; lors d'une insuffisance cardiaque, quant une diurèse forcée qui ramène le volume du de néphroses, de glomérulonéphrite aiguë, de cirrhose CEC à la normale, la diurèse forcée peut jouer un rôle hépatique décompensée, etc. important dans la régulation à long terme de la 5. Hyperhydratation (A5) : LEC↑. osm↓ . déplacement pression sanguine. d) Les diurétiques (B) sont des médicaments qui provoquent la liquidien de LEC vers LIC ; lors de l'ingestion d'eau, diurèse. Ils agissent généralement en inhibant la réabsorption d'une trop grande sécrétion d'ADH, d'un lavage du NaCI (salidiurétiques}, ce qui entraîne, comme effet se- d'estomac intensif, d'une perfusion de solutions condaire, une diminution de la réabsorption de l'eau (cf. p. 132). glucosées. etc. Toutefois, la diminution du volume des LEC qui en résulte peut entraîner une stimulation de la sécrétion d'aldostérone (cf. p. 6. Excès de sel (A6) : osm ↑. déplacement liquidien de 140 et p. 152), ce qui peut gêner l'effet diurétique LIC vers LEC et LEC ↑ : lors de perfusions de solutions (hyperaldostéronisme secondaire). Les inhibiteurs de l'an- salines hypertoniques, d'une trop grande sécrétion hydrase carbonique (AC ; cf. p. 144 et suiv.) comme par d'aldostérone, d'une thérapie par des hormones exemple l'acétazolamide agissent sur le tube proximal et le tube stéroïdes, de l'ingestion d'eau salée (mer), de lésions distal en inhibant la réabsorption du NaHCO3 (B) et produisent du SNC, etc. une diurèse modérée (pH élevé, augmentation du NaHCO3 et diminution du NH4+ dans les urines). Les inhibiteurs de Les conséquences des troubles 1, 2 et 3 sont une l'anhydrase carbonique ne sont plus utilisés comme diurétiques. hypovolémie (cf. p. 186), celles des troubles 3 et 5 un Les diurétiques les plus puissants (par ex. le furosémide) inhi- œdème intracellulaire (notamment œdème cérébral) et bent le système de co-transport Na+ - K+ - 2CI- au niveau de la celles des troubles 4, 5 et 6 un œdème extracellulaire branche ascendante de l'anse de Henle (cf. p. 132) et (œdème pulmonaire). produisent une diurèse abondante et une diminution de la clairance de l'eau libre comme du gradient osmotique médul- + Diurèse et substances à action diurétique laire. L'excrétion du Na+ est augmentée, mais celle du K est diminuée (cf. p. 150). Les diurétiques thiazidiques inhibent La diurèse est l'augmentation de l'élimination urinaire 2+ + avant tout le transport du Ca et du Na au niveau du tube ( > 1 ml/min environ). Causes : distal ; ils peuvent augmenter la sécrétion de K+. L'amiloride et a) La diurèse aqueuse apparaît lors d'une diminution les diurétiques semblables inhibent les échanges entre Na+ et K+ au niveau du tube proximal et diminuent l'excrétion du H+ en de l'osmolalité plasmatique et/ou d'une segmentation bloquant le canal sodique, et par là même le potentiel du volume sanguin (cf. p. 140). La baisse du taux transépithélial au niveau du tubule distal (cf. p. 148). Une d'ADH conduit à une excrétion d'une urine hypotonique diminution de l'excrétion du K+ est aussi observée avec les (minimum 40 mosm/kg H 2O) et donc aussi de l'eau diurétiques antagonistes de l'aldostérone dans le tube distal libre. Le même phénomène se produit lorsqu'il existe (comme la spironolactone), ce qui provoque une faible perte en un trouble de la sécrétion d'ADH, comme c'est le cas Na+ (cf. p. 152). dans le diabète insipide. Le terme à'eau libre définit la quantité d'eau qui pourrait être soustraite à une telle urine jusqu'à ce qu'elle devienne isotonique au plasma
- 148. 144 Rein et Équilibre hydro-électrolytique Rein et équilibre acido-basique malgré tout être excrétés (pour la régénération du tampon). L'anhydrase carbonique (AC) est une enzyme qui joue un rôle essentiel dans l'organisme partout où Le pH urinaire peut tomber jusqu'à 4 dans les cas s'établit un gradient d'ions H+ (donc une différence de extrêmes, ce qui signifie que la concentration de l'urine pH), ainsi dans le tabule rénal, la muqueuse en ions H+ est de 0,1 mmol/l au maximum (cf. p. 334). intestinale, l'intestin grêle, les glande salivaires. etc. Donc, pour un volume urinaire de 1,5 l/jour, seulement L'AC joue aussi un rôle important lors du transport du 0,15 mmol/l, soit moins de 1% des ions H+ produits CO2 dans les érythrocytes (cf. p. 96). L'AC catalyse la sous forme libre, est excrété. Cependant, réaction H2O + CO2 ó H+ +HCO3- l'établissement d'un pH urinaire bas, spécialement au niveau du tube collecteur (pompe à H+, voir ci-dessus), La réaction peut être catalysée selon deux processus est nécessaire pour tamponner le phosphate, etc., et (A) : pour que les ions H+ se fixent au NH3 sécrété afin de a) H2O+ CO2 ó H2CO ó H+ + HCO3-; former les ions NH4+ (voir ci-dessous). + b) H2O ó H OH-; Une grande quantité d'acides appelés fixes, 10-30 mmol/jour, est excrétée, sous forme d'acidité dite OH- + CO2 ó Hco3- titrable (B) (80% de phosphate, 20 % d'urate, de Habituellement, l'acide carbonique (H2CO3) est citrate, etc.). considéré comme un composé intermédiaire dans Cette acidité excrétée est dite titrable car la quantité de cette réaction (A). Cependant, on a aussi récemment l'acide peut être déterminée par retitration de l'urine proposé que l'ion OH- au lieu de H2O se lie à l'enzyme avec du NaOH jusqu'au pH plasmatique (7,4). (A). Le phosphate est présent dans le sang (pH 7,4) à Dans le tubule rénal et la paroi gastrique (cf. p. 208), 2- 80% sous forme d'HPO4 , dans I’urine (acide) presque les ions H+ sont transportés vers la lumière, alors que exclusivement sous forme d'H 2PO4 (cf. p. 335), ce qui les ions HCO3- quittent la cellule du côté basal (sang). signifie que les ions H+ sécrétés ont été tamponnés Inversement, le HCO3- apparaît dans la lumière des par du HP04'(B). Environ 150-250 mmol de phosphate glandes salivaires (cf. p. 202 et p. 212), tandis que les sont filtrées par jour et 80 à 95% de cette quantité sont ions H+ passent dans le sang. réabsorbés (cf. aussi p. 154 et suiv.) ; le reste est La libération d'ions H+ dans la lumière tubulaire excrété. Sur cette quantité, 80% ont capté une quantité rénale s'effectue par échange contre des ions Na+ équimolaire d'ions H+ lors du passage tubulaire. Il est (transporteur commun, cf. p. 132). La majeure partie à noter qu'un ion Na+ a pu être réabsorbé pour chaque des ions H+ est sécrétée dans le tubule proximal, où, ion H+ sécrété et excrété (B). Lors d'une acidose (cf. p. malgré l'action tampon des ions HCO3-, phosphate 114 et suiv.), l'excrétion de phosphate augmente. etc., le pH chute de 7.4 a approximativement 6.7. Au L'augmentation de l'excrétion d'ion H+ qui en résulte niveau du tube collecteur on a mis en évidence une précède une augmentation de la formation de NH4+; pompe à H+ ATP-dépendante. A ce niveau, le pH cette augmentation est provoquée principalement par luminal peut chuter à environ 4,5. La libération d'ions la mobilisation des phosphates d'origine osseuse H+ dans la lumière tubulaire a deux fonctions consécutive à l'acidose (cf. p. 254 et suiv.). essentielles : Cela n'est pas le cas lors de l'excrétion d'ions H+ 1. l'excrétion des acides (sous forme d'acides sous forme d'ions NH4+ (cf. p. 147, C2). Le titrables, de NH4+ et sous forme libre ; cf. ci-dessous) ; métabolisme des acides aminés (cf. ci-dessous) 2. la réabsorption du bicarbonate filtré (HCO3-). provoque constamment la formation d'ammoniac (NH3) Excrétion urinaire des acides : Dans le cas d'une dans les cellules tubulaires. Le NH3 n'est pas chargé et alimentation moyenne contenant environ 70-100 g de peut donc aisément diffuser dans la lumière tubulaire protéines par jour (cf. p. 196), la production d'ions H+ (cf. p. 126 et 11). Les ions H+ libérés à ce niveau dans l'organisme est de 190 mmol/jour. Les principaux forment, avec le NH3, les ions NH4+ qui ne peuvent acides (appelés fixes) sont HCI (provenant du plus guère rétrodiffuser. 30 à 50 mmol/jour d'ions H+ métabolisme de l'arginine, de la lysine et de l'histidine), sont ainsi excrétées. Pour une alimentation normale en H2SO4 (provenant de la méthionine et de la cystine), protéine, le métabolisme des acides aminés produit H3PO4 (provenant du métabolisme des phospholi- des ions HCO3- et NH4+ en quantité approxima- pides) et l'acide lactique. Environ 130 mmol/jour sont tivement équimolaire (environ 700-1000 mmol/jour). La utilisés pour le métabolisme des acides aminés majorité de ces composés est utilisée (mécanisme anioniques (glutamate et aspartate ; à partir des énergie-dépendant) pour la formation d'urée dans le protéines) et des autres anions organiques (lactate, foie : O etc.) ; le résultat global est une production nette d'ions ll + H+ d'environ 60 (40-80) mmol/jour. 2HCO3- + 2NH4 ó H2N-C-NH2 + CO2 +3H2O. Les ions H+ de ces acides sont certes tamponnés (cf. p. 110 et suiv.) lorsqu'ils sont libérés, mais ils doivent
- 150. 146 Rein et Équilibre hydro-électrolytique Ainsi, chaque ion NH4+ excrété par le rein Réabsorption du bicarbonate (HCO3-) épargne un ion HCO3- hépatique qui peut (C1) : Environ 4300 mmol/jour de HCO3- sont filtrées, tamponner un H+. Ce mécanisme est appelé soit approximativement 35 fois la quantité contenue « excrétion indirecte d'H+ ». Cependant, le foie dans le sang. Il faut donc que la réabsorption du exporte seulement 15 à 30% du NH4+ vers le HCO3- soit extrêmement efficace, sinon l'équilibre rein (sous forme inchangée). La majorité du acido-basique dans l'organisme serait rompu (cf. p. 110 et suiv.). Les ions H+ libérés dans le tubule NH4+ est incorporée, au niveau des réagissent avec du HCO3- pour donner du CO2 et du hépatocytes, à la glutamine (= Glu-NH2), pour H2O (C1), une AC luminale (dans la bordure en former des ions glutamate qui sont brosse) jouant aussi éventuellement un rôle. Le CO2 temporairement privés de leur H+ pour les peut aisément diffuser dans la cellule ; là, les ions H+ besoins du métabolisme (voir ci-dessus). et HCO3-, se forment à nouveau. Les ions H+ sont Le rôle du foie dans l'homéostasie du pH par alors libérés, tandis que le HCO3-passe dans le sang. Le HCO3- est ainsi transporté, sous forme de CO2 à régulation du transfert de la glutamine vers le travers la membrane cellulaire luminale. 85-90 % des rein a même été évoqué. ions HCO3- filtrés sont réabsorbés dans le tube Dans le rein, la glutamine peut être scindée par proximal, le reste principalement dans le tube des glutaminases rénales (C2,a) en NH4+ et collecteur. Le cas échéant, le HCO3- peut aussi passer glutamate (= glu-). Glu-peut être à nouveau tel quel (donc sans être transformé en CO2) entre les cellules de la paroi tubulaire. métabolisé en 2-oxoglutarate et en un second NH4+ par une glutamate déshydrogénase rénale Une augmentation (ou une diminution) de la Pco2 dans (C2, b) (ou peut être recyclé au niveau le plasma conduit à une augmentation (ou à une baisse) de la sécrétion d'ions H+ et donc aussi de la hépatique pour une nouvelle synthèse de réabsorption du HCO3- ce qui revêt une grande glutamine). Lorsqu'un métabolite bivalent de la importance dans la compensation des troubles glutamine, le 2-oxoglutarate est finalement respiratoires (cf. p. 116). converti en un composé non ionisé, comme le glucose ou le CO2 (ce qui se passe Métabolisme et excrétion de l'azote habituellement dans le rein), deux ions H+ sont Alors que les hydrates de carbone et les graisses de alors neutralisés, et par là même «indirectement l'organisme sont presque exclusivement dégradés en excrétés », sous forme de NH4+. eau et en CO2 (cf. p. 198), l'azote (N) des substances azotées, donc des protéines, des acides aminés. des Le NH4+ est dissocié en NH3 + H+ dans les nucléotides, etc., est excrétée par le rein sous forme cellules du tubule proximal et sécrété dans la d'autres substances azotées, le plus souvent sous lumière par diffusion non ionique (NH3) et par forme d'urée (formée dans le foie) mais aussi, pour sécrétion de H+ (en échange avec Na+, ou une faible part, sous forme de NH4+ (cf. ci-dessus), de pompé par l'H+-ATPase) dans la lumière créatinine, d'acide urique, etc. tubulaire où le NH4+ est à nouveau formé (C2). L'excrétion de l'acide urique (formé par le Une partie de ce NH4+ est apparemment résorbée métabolisme des nucléotides) ne joue quantitativement (sous sa forme ionisée !) par utilisation des qu'un rôle secondaire avec environ 4 mmol/jour contre mécanismes de transport du K+ au niveau de la partie plus 300 mmol/jour pour l'urée. L'excrétion de l'acide épaisse de la branche ascendante (cf. p. 149, B2). Par urique revêt malgré tout une importance clinique diffusion non ionique (par ex. sous forme de NH3), il considérable, car cet acide est difficilement soluble et réintègre l'espace urinaire au niveau du tube peut former des calculs rénaux. Un taux d'acide urique collecteur, où, grâce au pH très bas de ce segment, il élevé dans le sang peut en outre être à l'origine de la est définitivement entraîné avec les urines sous forme goutte. de NH4+. L'excrétion de NH4+ est normalement de Du point de vue du bilan énergétique de l'organisme, la l'ordre de 25-50 mmol/jour. voie la plus favorable serait une excrétion de l'azote Dans l'acidose métabolique chronique sous forme de NH3, ce que font les animaux vivant dans l'eau. Mais les animaux terrestres ne peuvent pas (cf. p. 114), l'excrétion de NH4+ augmente. La excréter le NH3 car il est toxique. Par contre, l'urée, formation de glutamine hépatique augmente bien que sa synthèse exige la présence d'ATP, est non parallèlement à la formation d'urée et est toxique, parfaitement hydrosoluble et elle porte en accompagnée d'une augmentation du flux par le outre 2 atomes d'azote par molécule. Les reptiles et les moyen de la glutaminase rénale. En conséquence, oiseaux éliminent l'azote essentiellement sous forme l'excrétion de NH4+ peut atteindre 3 fois la normale. Il de cristaux d'acide urique, ce qui signifie que faut 1-2 jours pour que cette adaptation soit totale. Les l'excrétion de l'azote est ici combinée à l'excrétion des mécanismes de régulation mis en jeu ne sont pas + ions H (acide urique) sans l'intermédiaire de l'eau. Ce complètement élucidés. mécanisme convient donc aussi tout à fait aux animaux vivant dans le désert.
- 152. 148 Rein et Équilibre hydro-électrolytique Régulation du bilan potassique réabsorbés le long du tube proximal, indépend- amment de l'apport en potassium (A). Ce transport Environ 50 à 150 mmol de K+ sont absorbées s'effectue probablement contre un faible gradient chaque jour (quantité minimale nécessaire : 25 électrochimique. Les ions K+ doivent de ce fait être mmol). 90 % de cette quantité étant excrétés excrétés activement de la lumière tabulaire mais, tout comme pour la réabsorption du Na+, la majeure partie par l'urine et 10% par les fèces. La des ions K+ quitte passivement le tube proximal (B1). concentration plasmatique en K+ est de 3,4 à 10 à 20% environ de la quantité de potassium filtrée 5,2 mmol/l, alors que dans les cellules de quittent le liquide tubulaire au niveau de l'anse de l'organisme la concentration « efficace » en Henle (la sécrétion dans la branche descendante est potassium est 20 à 30 fois supérieure (cf. p. 65, plus faible que la réabsorption dans le segment ascen- B) ; en d'autres termes, 98 à 99 % des 4500 dant ; B2), de sorte que 10% seulement de la quantité mmol d'ions K+ de l'organisme se trouvent dans filtrée apparaissent dans le tube distal (A). les cellules (3 000 mmol dans les cellules En cas de surcharge en potassium, la quantité musculaires, 200 mmol environ dans les excrétée dans l'urine augmente (dans les cas cellules hépatiques et les érythrocytes, etc.). extrêmes, jusqu'à 150% de la quantité filtrée) et, en Bien que la fraction extracellulaire ne cas de déficit en potassium, l'excrétion urinaire du représente que 1 à 2 %, elle n'en est pas moins potassium diminue (au minimum 3% environ de la quantité filtrée). Cette adaptation suivant les besoins importante car elle règle l'ensemble du bilan s'effectue presque exclusivement par une forte potassique. augmentation ou par une diminution de la libération La concentration extracellulaire en K+ peut être d'ions K+, dans la portion terminale du tube distal et dans les parties initiales du tube collecteur (B) ; le régulée de façon brutale par un déplacement potassium peut en outre être à nouveau (activement) des ions K+ entre le liquide extracellulaire réabsorbé à ce niveau. (LEC) et le liquide intracellulaire (LIC). Ce Les mécanismes cellulaires du transport du phénomène relativement rapide empêche ou potassium dans le tube distal et dans la partie initiale freine par exemple une augmentation du tube collecteur ne sont pas encore parfaitement dangereuse du nombre des ions K+ dans le connus. Le potassium venant aussi bien de la lumière LEC lorsque d'importantes quantités d'ions K+ tubulaire que du sang, est probablement transporté sont apportées de l'extérieur (alimentation) ou activement vers l'intérieur de la cellule (cf. ci-dessus, libérées dans l'organisme (par exemple par B) (dans ce dernier cas, par un échange contre des ions Na+). Il en résulte une concentration potassique hémolyse). Ce déplacement des ions K+ a une intracellulaire très élevée, celle-ci constituant la force régulation principalement hormonale. Une motrice essentielle du flux passif de potassium augmentation brutale du potassium dans le LEC s'échappant de la cellule (B). C'est la raison pour conduit ainsi à une sécrétion d'insuline qui laquelle les variations de l'absorption active de stimule par la suite l'absorption des ions K+ et potassium et de la perméabilité passive de la abaisse ainsi à nouveau la concentration membrane cellulaire luminale aux ions K+ influencent potassique dans le LEC. L'épinéphrine, la sécrétion du potassium par le biais du potentiel cellulaire et de la concentration intracellulaire des ions l'aldostérone et une alcalose stimulent aussi K+. l'absorption cellulaire du potassium. Il y a deux types de cellules dans cette zone tubulaire : La régulation de fond du bilan potassique dans les cellules principales, qui sécrètent K+, et les l'organisme est principalement assurée par le rein (cf. cellules intermédiaires, qui, on le pense, sont ci-dessous) mais aussi, pour une part plus faible, par le responsables de la réabsorption active du K+ durant côlon. L'excrétion du potassium est surtout influencée les déficiences en K+ (et de la sécrétion de H+ dans ce par la concentration en ions K+ et H+ du LEC, par segment du tubule). l'aldostérone et par l'excrétion du sodium (C). En cas Mécanisme de la sécrétion du K+ par les cellules d'augmentation chronique de l'apport en potassium, la principales (B3) : Comme avec toutes les autres capacité du mécanisme excréteur du potassium cellules tubulaires, la Na+-K+-ATPase de la membrane augmente (adaptation potassique). Même dans le des cellules basolatérales diminue la concentration cas d'une fonction rénale très réduite, l'appareil intracellulaire en Na+ et augmente dans le même tubulaire restant encore fonctionnel assure par cette temps celle du K+. K+ peut quitter la cellule au moyen adaptation l'équilibre du bilan potassique. des canaux K+ des deux côtés de la cellule, où le Le potassium est filtré au niveau du glomérule rénal gradient électrochimique membranaire détermine la et est normalement à nouveau réabsorbé en grande diffusion du K+. De plus sur la membrane cellulaire partie (réabsorption nette) ; mais la quantité excrétée luminale des cellules principales, il y a des canaux Na+ peut, le cas échéant, dépasser la quantité filtrée (qui peuvent être inhibés par les diurétiques tels que (sécrétion nette, cf. ci-dessous). l'amiloride) à travers lesquels le Na+ peut diffuser de la 70% de la quantité de potassium filtrée sont
- 154. 150 Rein et Équilibre hydro-électrolytique lumière jusque dans la cellule. Cette entrée est de limitée par une concentration luminale en K+ donnée. nature électrogénique (cf. p. 15), si bien que la Ceci signifie que le passage d'un plus grand volume membrane luminale est dépolarisée à environ 30 mV par unité de temps peut entraîner avec lui plus de K+ (+ du côté luminal) alors que la membrane basolatérale par unité de temps. garde son potentiel de repos normal, soit approx. 70 4. L'aldostérone (voir aussi ci-dessous) augmente mV (extérieur +). Il en résulte une force motrice plus l'incorporation, la formation et/ou les mécanismes importante pour la sortie de K+ du côté de la lumière d'entrée au moyen des canaux Na+ et K+ au niveau de par rapport à l'autre côté de la cellule, celle-ci favorise la membrane luminale, ce qui aboutit directement ou + la sortie de K dans la direction de la lumière tubulaire : indirectement (dépolarisation) à une augmentation de il y a sécrétion. la sécrétion de K+ (et une réabsorption de Na+). Le potentiel membranaire des cellules principales étant L'aldostérone accroît l'activité de la Na+-K+-ATPase et différent des deux côtés de la cellule, il en résulte un aboutit à plus longue échéance, par ex. dans le cas potentiel transépithélial luminal négatif d'environ 40 d'une adaptation potassique (voir ci-dessus), à des mV. Parmi d'autres moyens, il peut être une force changements morphologiques importants des cellules motrice pour la réabsorption paracellulaire du Cl-, mais cibles. (Toutefois l'excrétion de K+ reste élevée en cas il n'est pas encore certain que ce mécanisme soit le d'administration chronique d'aldostérone. alors que la principal ou même le seul moyen de passage pour la réabsorption du Na+, pour des raisons inconnues. réabsorption du Cl- dans cette portion du néphron. augmente à nouveau au bout de 2 semaines : phénomène de « fuite » = escape phenomenon). Les cellules intermédiaires (B4) n'ont pas de canaux Na+ du côté luminal, et la conductivité au K+ est + diminuée si bien qu'il n'y a presque pas de K sécrété à Minéralocorticoïdes + ce niveau. La réabsorption active de K s'effectue au Les minéralocortico(stéro)-ïdes sont synthétisés dans niveau des cellules au moyen de la H+-K+-ATPase la corticosurrénale (CS). Ces hormones ont pour présente dans leur membrane luminale. fonction essentielle de réguler le transport du Na+ et Plus la réabsorption de Na+ est importante au niveau du K+ dans le rein et dans d'autres organes (vésicule des cellules principales, plus la sécrétion de K+ est biliaire, intestin, glandes sudoripares, glandes élevée. Il y a deux raisons probables à ce mécanisme salivaires. etc.). Le principal représentant des de couplage de transport Na+-K+ dans le tubule distal minéralocorticoïdes est l'aldostérone, mais la et dans le tube collecteur cortical : a) l'augmentation de corticostérone, la désoxycorticostérone et même les la dépolarisation luminale (voir ci-dessus) au fur et à glucocorticoïdes (cf. p. 260) ont une influence sur le mesure que le Na+ est réabsorbé et b) l'augmentation transport du sel. de la concentration en Na+ à l'intérieur de la cellule. Biochimie : L'aldostérone appartient aux stéroïdes 2+ Ceci ralentit les échanges Na+/Ca au niveau de la C21; elle possède donc 21 atomes C et est formée membrane cellulaire basolatérale, avec en dans la zone glomérulaire (zona glomerulosa) (cf. p. conséquence une augmentation de la concentration 261 ) de la corticosurrénale (CS). La biosynthèse de 2+ intracellulaire en Ca qui est à l'origine de l'ouverture l'aldostérone se fait à partir du cholestérol qui est issu + des canaux K du côté luminal de la cellule. essentiellement du plasma, mais qui peut aussi être Facteurs modifiant l'excrétion du K+ (C) : formé dans la corticosurrénale. L'ACTH (cf. p. 261 ) + agit en stimulant la biosynthèse (et non la sécrétion) de 1. Une augmentation de l'apport en K provoque une l'aldostérone. Le taux de synthèse de l'aldostérone élévation de la concentration plasmatique et cellulaire est de 80 à 240 µg/jour et la concentration plasmatique + en K , qui en retour augmente la force motrice est de 0.10 à 0,15 µg/l. Ces valeurs varient selon essentielle pour la sécrétion de K+. l'absorption de NaCI et l'heure de la journée : les taux 2. pH sanguin. L'alcalose augmente et l'acidose de sécrétion les plus élevés sont observés le matin et diminue la concentration potassique intracellulaire et ils atteignent un minimum tard le soir. L'aldostérone se en conséquence l'excrétion de K+ ; toutefois dans combinée l'acide glycuronique dans le foie (cf. p. 214) l'acidose chronique l'excrétion de K+ continue de et est excrétée, sous cette forme, dans la bile et dans croître. Ce phénomène a pour origine a) une I’urine. augmentation du flux urinaire distal (voir point 3), et b) Régulation de la sécrétion d'aldostérone : l'hyperkaliémie qui provoque une libération L'aldostérone provoque dans tout l'organisme une d'aldostérone (voir point 4). rétention du /Va+ et une augmentation de l'excrétion 3. S'il y a une augmentation de l'apport en liquide du K+. On constate aussi une rétention secondaire de dans le tubule distal, consécutive par ex. à une l'eau, si bien qu'il en résulte, entre autres, une augmentation de l'apport en NaCI, de la diurèse augmentation du volume extracellulsire (cf. p. 140 et osmotique, ou à toute autre forme d'inhibition du suiv.). courant de réabsorption de Na+, le potassium excrété Il est donc compréhensible que, d'un point augmente (voir par ex. perte de K+ lors de l'administration de certains duirétiques; cf. p. 142). de vue physiologique, la sécrétion d'aldostérone L'explication probable est que l'excrétion de K+ est
- 155. Rein et Équilibrehydro-électrolytique 151 soit stimulée : a) par une diminution du volume une forte augmentation de l'excrétion du Na+ sanguin, b) par une hyponatrémie et c) par une avec rétention du K+, ce qui conduit, associé à un déficit en glucocorticoïdes (cf. p. 260), à une hyperkaliémie. L'angiotensine II (cf. p. 152) joue un rôle essentiel dans la sécrétion situation dont le pronostic est vital. d'aldostérone mais on ne connaît pas encore le mécanisme permettant ce déclenchement. Excrétion du Ca2+ et du phosphate La libération d'aldostérone est également En tant qu'organe excréteur, le rein participe de stimulée par l'ACTH (cf. p. 261, A) ; elle est façon importante à l'équilibre du bilan calcique inhibée par l'atriopeptine provenant des (cf. p. 254 et suiv.). La concentration oreillettes du cœur (cf. p.140). plasmatique du calcium libre et lié est de 2,3 à Action de l'aldostérone : L'aldostérone 2,7 mmol/l (4,6 à 5.4 meq/l) : stimule la réabsorption du Na+ et l'excrétion du K+ au niveau des cellules transportant le sel. 1.3 mmo/l environ sont à l'état de Ca2+ ionisé, Son action commence 1/2 heure à 1 heure 0.2 mmol/1 sont liés (à du phosphate et du après sa libération (ou sa sécrétion) et atteint citrate) et le reste, 0.8 à 1.2 mmol/l. est lié à des sa valeur maximale au bout de quelques protéines plasmatiques et n'est donc pas heures. Ce retard s'explique par le temps filtrable (cf. p. 10 et p. 127, B). Ainsi, environ nécessaire à la progression de la réaction 270 mmol (1,5 mmol/l X 180l/jour) sont filtrées intracellulaire jusqu'au moment de l'action des quotidiennement et, de cette quantité, 0,5 à 3 % hormones stéroïdes (cf. p. 244) : seulement apparaissent dans l'urine. Le site de réabsorption est l'ensemble du néphron, à (1) diffusion de l'aldostérone (= A) à travers la l'exception des tubes collecteurs. La réab- membrane cellulaire. (2) liaison spécifique aux sorption du Ca2+ est généralement parallèle à récepteurs protéiques cytoplasmiques (= R), (3) celle du Na+ (cf. p. 132). Cela est vrai, tant pour « activation » et changement de conformation l'action des diurétiques (cf. p. 142) que pour le du complexe activé A-R, (4) liaison sur la site de la régulation fine de l'excrétion du Ca2+ chromatine des récepteurs intranucléiques en qui se déroule essentiellement dans le tube vue de la réaction, (5) induction de l'ARN, (6) distal. La parathormone (cf. p. 254) et, à un production des Protéines Induites par moindre degré, le 1.25 dihydroxycalciférol l'Aldostérone (AlPs) qui modulent les effets (provenant de la vitamine D ; cf. p. 256) cellulaires de celle-ci. diminuent l'excrétion du Ca2+, tandis que la Lorsque la corticosurrénale synthétise une trop calcitonine (cf. p. 256) l'augmente. grande quantité d'aldostérone, cela provoque un 80 à 95% du phosphate filtré dans le glomérule hyperaldostéronisme. Lors d'un hyperaldo- (cf. p. 144 et suiv.) sont réabsorbés stéronisme primaire (à la suite de tumeurs (principalement dans le tube proximal). corticosurrénates produisant de l'aldostérone : Contrairement à ce qui se passe pour le Ca2+, la syndrome de Conn), la sécrétion de l'aldosté- parathormone stimule l'élimination du rone ne répond pas au rétrocontrôle. La réten- phosphate, alors que le 1.25-dihydroxycalciférol tion du Na+ conduit à une augmentation du diminue l'excrétion du phosphate et la volume extracellulaire (CEC) et de la pression calcitonine l'augmente (cf. p. 256). artérielle; les pertes en K+ provoquent une hypokaliémie qui est accompagnée d'une alca- lose hypokaliémique. L'hyperaldostéronisme secondaire, encore plus fréquent, apparaît lors d'une diminution du volume plasmatique efficace (lors de la gros- sesse, d'une insuffisance cardiaque, de l'admi- nistration chronique de diurétiques, d'un régime pauvre en NaCI, d'une cirrhose hépatique avec ascite). Dans chacune de ces situations, l'activation du système rénine-angiotensine II (cf. p. 152) aboutit à la sécrétion d'aldostérone. En cas d’insuffisance surrénalienne (maladie d'Addison), l'absence d'aldostérone provoque
- 156. 152 Rein et Équilibre hydro-électrolytique Système rénine-angiotensine La libération de rénine est assurée (du moins en partie) par des β2-adrénorécepteurs (cf. p. 56) ; L'appareil juxtaglomérulaire (A) comprend : elle réagit à l'adrénaline circulant dans le sang a) les cellules de la macula densa au début du et est inhibée par quelques β-bloqueurs. tube contourné distal, b) les cellules granulaires L'angiotensine II et l'aldostérone libérée (cf. ci- en contact étroit avec les artérioles afférentes et dessous) agissent en inhibant également la efférentes du même néphron et c) les cellules sécrétion de rénine (B). interstitielles agranulaires (Poikissen = coussi- Organes-cibles et action de l'angiotensine II net polaire) (cf. p. 120). 1. Système cœur-circulation : L'angiotensine II Par sa position, l'appareil juxtaglomérulaire est est le plus puissant vasoconstricteur de tout à fait apte à capter les signaux rendant l'organisme et agit directement sur les compte de la composition urinaire dans la partie artérioles. Il en résulte une augmentation de la initiale du tube distal (macula densa) et à les pression sanguine (B). On ne sait pas encore utiliser pour la régulation du flux sanguin exactement si cela joue un rôle dans la glomérulaire, de la pression de filtration et donc régulation physiologique. du TFG (cf. p. 124) {rétroaction}. 2. SNC : L'angiotensine II provoque aussi une Biochimie (B) : Parmi d'autres organes (comme vasoconstriction par le biais d'une stimulation du le cerveau, le cœur, la glande surrénale) le rein « centre » circulatoire, ce qui renforce encore contient (dans les cellules granulaires de l'effet immédiat sur les artérioles. L'angiotensine l'appareil juxtaglomérulaire) de la rénine, une II déclenche en outre le mécanisme de la soif enzyme protéolytique qui passe dans le sang. au niveau de l'hypothalamus et joue le rôle de La rénine détache de son substrat, stimulateur lors de la régulation du besoin de l'angiotensinogène (venant du foie), un sel (B). décapeptide (peptide ayant 10 groupes d'acides 3. Rein : L'angiotensine II agit là aussi comme aminés) encore appelé angiotensine I . L'en- vasoconstricteur, ce qui entraîne une chute du zyme de conversion ( converting enzyme), qui flux sanguin rénal et du TFG (cf. p. 122 et suiv.). est présente dans le poumon et dans d'autres Certains résultats d'examens montrent que le tissus, détache de l'angiotensine l deux acides système rénine-angiotensine dans l'appareil aminés et donne naissance à l'angiotensine II, juxtaglomérulaire peut aussi intervenir purement octapeptide très actif qui est ensuite inactivé localement comme une rétroaction sur le (dégradé) dans le foie et le rein. néphron isolé. Une augmentation du TFG La régulation du système rénine-angio- pourrait de ce fait provoquer une élévation de la tensine (B) n'est pas encore totalement concentration (ou de la réabsorption) du NaCI élucidée. Les concentrations de NaCI élevées au niveau de la macula densa, ce qui se au niveau de la macula densa (par exemple à la traduirait par une production locale de rénine et suite d'une augmentation du TFG) stimulent de d'angiotensine II. Une constriction de l'artériole toute évidence l'excrétion de la rénine, de sorte afférente abaisserait alors le TFG et la charge que le flux sanguin rénal (FSR) et le TFG en Na+, et inhiberait la stimulation de la macula diminuent. D'où une diminution de l'excrétion du densa. NaCI (B). En outre, une chute brutale de la Cependant, la libération de rénine dans la circulation pression sanguine (ou une diminution brutale du systémique, et la formation d'angiotensine II qui en volume plasmatique) conduit à une libération de découle, diminue si la concentration en NaCI (ou sa réabsorption) au niveau de la macula densa augmente. rénine (barorécepteurs dans l'artère rénale?), ce Ainsi, l'angiotensine II plasmatique ne peut être le qui provoque une remontée de la pression signal qui engendre la vasoconstriction par artérielle, du volume plasmatique et une rétrocontrôle au niveau de l'artériole afférente. Bien diminution de la libération de rénine (rétroaction que l'angiotensine II intracellulaire ou d'autres signaux négative ; B). Une diminution de la pression (prostaglandines?) soient impliqués dans ce rétro- artérielle moyenne dans un seul rein (par ex. contrôle, leur mode d'action reste à élucider, suite à une sténose de l'artère rénale) 4. Corticosurrénale : L'angiotensine II y stimule augmente également la libération de rénine par la sécrétion d'aldostérone (cf. p. 150) ; celle-ci le rein, ce qui conduit dans ce cas à une augmente la réabsorption du Na+ dans le tube hypertension systémique (cf. p. 180). distal et accentue ainsi l'économie du Na + et du H2O provoquée par la diminution du TFG (B).
- 158. 154 Cœur et Circulation Le système cardiocirculatoire circulation pulmonaire, quant à elle, reçoit Le cœur propulse le sang à partir de sa cavité l'ensemble du débit cardiaque car elle est gauche (ventricule gauche) dans les vaisseaux « placée en série » sur la grande circulation (A). artériels de la grande circulation jusqu'aux Une irrigation suffisante du cerveau (environ vaisseaux capillaires périphériques. Le sang 13% du débit cardiaque) est essentielle : d'une revient au cœur droit par le réseau veineux : il part, le cerveau est un organe d'importance est à nouveau propulsé du ventricule droit vers vitale, d'autre part, il est très sensible à un les poumons d'où il revient au cœur gauche manque d'O2 (hypoxie ; cf. p. 102) et, enfin, une (circulation pulmonaire ou petite circulation; cellule nerveuse détruite ne peut être A). remplacée. Le volume total de sang (volémie) est de 4.5- 5.5 litres environ (soit 6 à 8 % de la masse L'irrigation du muscle cardiaque (environ 4 % corporelle) ; environ 80% de ce volume se de Qc au repos, cf. p. 188) ne doit pas chuter, trouvent dans le système à basse pression car sa diminution entraînerait la défaillance qui comporte, d'une part, les veines, d'autre globale du cœur et, par voie de conséquence, part. toute la petite circulation, éléments du celle de toute la circulation. système circulatoire où la pression est relati- Les poumons reçoivent du sang par deux vement basse (A), en moyenne 2 kPa voies : 1) par les artères pulmonaires (petite (15mmHg); ce système à basse pression sert circulation), du sang veineux arrive aux pou- de réservoir de sang grâce à sa grande mons où il s'artérialise (100% du débit ventri- capacité et à sa grande extensibilité. Si l'on culaire droit) ; 2) par les artères bronchiques, du augmente la volémie (par exemple par une sang artérialisé vient de la grande circulation et transfusion), 98 % du volume de sang transfusé alimente le tissu pulmonaire. Tout ce sang se répartissent dans le système à basse retourne au cœur par une voie commune : les pression contre 2 % seulement dans le système veines pulmonaires. ' artériel à haute pression. Inversement, la diminution de la volémie globale se traduit Les reins reçoivent à peu près 20 à 25 % de presque exclusivement par une diminution de Qc (cf. p. 122). Cette irrigation tout à fait volume du système à basse pression. exceptionnelle compte tenu du poids de ces organes (seulement 0,5 % du poids corporel) Le débit cardiaque (Qc, c'est-à-dire le volume s'explique par leur rôle de contrôle et d'épura- de sang éjecté du cœur par unité de temps, est tion. L'alimentation du tissu rénal ne requiert le produit de la fréquence cardiaque par le qu'une infime fraction du débit sanguin rénal. En volume d'éjection systolique. ce qui donne : 70 cas de défaillance circulatoire (par exemple lors (min-1) • 0,07 (I) ≈ 5 l/min pour un sujet normal d'un état de choc ; cf. p. 186), le débit rénal peut au repos (4.5 chez la femme. 5,5 chez chuter en faveur d'un maintien de la circulation l'homme). Une élévation simultanée de la cérébrale et cardiaque. fréquence et du volume systolique peut conduire à une augmentation considérable de Lors d'un effort musculaire intense, près des 2/3 Qc (cf. p. 48). de Qc peuvent être consacrés à l'alimentation Qc peut être déterminé à partir du principe de des muscles squelettiques (cf. p. 48). Durant Fick appliqué à la prise en charge de l'oxygène la digestion, le tractus digestif reçoit, de par le sang au niveau du poumon (Vo2 cf. p. 92) même, une importante fraction de Qc. Il est et à la différence des concentrations artérielle et donc évident que ces deux groupes d'organes veineuse en O2, DAVo2 (cf. p. 92) : ne peuvent pas recevoir simultanément un débit maximum de sang (A). Qc= VO2 . L'irrigation de la peau (au repos environ 10% du DAVO2 débit cardiaque) intervient principalement dans Qc se partage entre plusieurs organes « placés la thermolyse (cf. p. 192). La peau est, de ce en parallèle » sur la grande circulation fait, richement irriguée lorsque l'organisme (cerveau, myocarde, tractus digestif. muscles, produit beaucoup de chaleur (effort musculaire) reins, peau, etc.). La répartition entre les divers et/ou lorsque la température ambiante est organes tient compte, d'une part. de élevée. l'importance vitale de chacun d'eux et, d'autre part, de leur besoin à tout instant ; la
- 160. 156 Cœur et Circulation Le réseau vasculaire leur ensemble responsables de 50 % de la RPT (cf. p. 155) ; il en résulte une chute Les artères qui reçoivent le sang de l'aorte se considérable des pressions sanguines à ce divisent elles-mêmes plusieurs fois jusqu'aux niveau (vaisseaux résistifs). La moindre artérioles. Celles-ci se ramifient pour former le modification des résistances artériolaires a un réseau capillaire, puis les capillaires se grand effet sur la RPT (cf. p. 176 et suiv.). Le réunissent pour donner des veinules à partir diamètre de chaque artériole, et plus desquelles le sang par les petites veines, puis spécialement des sphincters précapillaires, les grosses veines, enfin les veines caves détermine également le flux sanguin dans les supérieure et inférieure gagne le cœur droit (A). capillaires d'aval et, par là même, l'importance Dans ce circuit, la pression sanguine de la surface d'échange capillaire. moyenne (cf. p. 160) passe de 13,33 kPa D'après la loi de Hagen-Poiseuille, (100mmHg) dans l'aorte à 0,25 à 0,5 kPa R=8.l.η (environ 2 à 4 mmHg) dans les veines caves (cf. π . r4 p. 94). La différence de pression moyenne la résistance (R) d'un tube dépend de la longueur de (AP) entre l'aorte et le ventricule droit (environ ce tube (I), de la fluidité (viscosité, η) du liquident de la 13 kPa) et la résistance périphérique totale 4 puissance quatre du rayon de ce tube (r ). Ainsi, (TPR) dans la circulation systématique (environ une diminution de 16 % du rayon (par ex. des 2,4 kPa. min. I-1) déterminent le flux sanguin artérioles) suffit pour doubler la résistance. total (Q) qui est l'équivalent du débit cardiaque La viscosité η du sang augmente lorsque (cf. p. 154). La loi d'Ohm ΔP = Q • R peut I'hématocrite augmente (cf. p. 65, A) mais aussi s'appliquer, soit a la circulation dans son lorsque la vitesse d'écoulement du sang diminue car le ensemble (Q = Qc et R = résistance totale sang est un liquide hétérogène dans lequel les périphérique, RPT), soit à des portions du hématies ont tendance à s'agglutiner en pile réseau circulatoire ; la chute de pression ΔP est d'assiettes lorsqu'il s'écoule lentement (cf. p. 64 et p. particulièrement importante dans les portions du 186). Cette propriété peut conduire au cercle vicieux réseau où la résistance est élevée. Le débit suivant, notamment lors d'un état de choc : sanguin Q (mVs) est le même dans deux η↑ àRPT ↑ à Qc ↓ à η ↑↑ etc., ce qui fait tendre portions successives du circuit placées en série, Qc vers 0 (stase). en d'autres termes, l'aorte est traversée, par Les capillaires, bien qu'ayant chacun un rayon bien unité de temps, par autant de sang que plus faible que les artérioles (A), ne participent que l'ensemble des artères et par autant de sang pour 27 % à la RPT car leur nombre est considérable 9 (5.10 ). La chute de pression dans le réseau capillaire que l'ensemble des capillaires de la grande joue un rôle important dans les échanges de liquide circulation. D'autre part, la vitesse sanguine entre le sang et l'espace extracellulaire des tissus (m/s), qui détermine le temps de contact, est (cf. p. 158), échanges qui constituent le rôle majeur inversement proportionnelle à la surface de des capillaires. Compte tenu de la faible vitesse du section (A2) des vaisseaux (vitesse rapide dans sang a ce niveau (0,3 mm/s) de leur surface d'échange 2 l'aorte, lente dans les capillaires). L'aorte et les importante (environ 300 m ) et de leur paroi perméable grosses artères ne font pas que répartir le et extrêmement mince, les capillaires sont particulièrement bien adaptés à ce rôle d'échange de sang vers la périphérie (au repos, la vitesse solutés et de liquides. moyenne du sang est de 0.2 m/s, ou 0,05-0,1 m/s respectivement), elles servent également, D'après la loi de Laplace, la tension de paroi (T) est égale, dans un vaisseau sanguin, à la pression grâce à leur élasticité (qui diminue avec l'âge) à transmurale (Pt = pression sanguine dans le vaisseau transformer un flux de sang puisé au niveau de moins la pression de l'environnement) multipliée par le la portion initiale de l'aorte (systole : 0,7 m/s) en rayon du vaisseau r; un flux continu (effet Windkessel ; cf. p. 163). T = Pt • r Quand le cœur se contracte et que la pression Étant donné que r est très petit dans les capillaires augmente, les artères se distendent et (3 000 fois plus petit que dans l'aorte ; A), la tension de emmagasinent de l'énergie potentielle; quand il la paroi est faible, ce qui explique qu'une paroi se relâche (diastole), la pression diminue et les capillaire mince suffise pour résister à cette pression. artères restituent cette énergie. Ceci permet au Les veines collectent le sang et assurent son retour flux sanguin de progresser durant la diastole vers le cœur. Leur volume global considérable leur fait bien que les valves aortiques soient fermées. jouer un rôle important comme réservoir de sang (A) ; elles représentent une part essentielle du système à Les artérioles et les petites artères sont dans basse pression (cf. p. 184) (vaisseaux capacitifs).
- 162. 158 Cœur et Circulation Échanges liquidiens à travers les applicables aux régions situées au dessus du cœur ; pour celles situées au dessous, le « poids » de la parois capillaires colonne sanguine (pression hydrostatique) Les capillaires ravitaillent les cellules. Leurs augmente considérablement la pression dans les parois relativement minces (cf. p. 156) capillaires (+ 12 kPa a niveau des pieds en position comportent des pores de 8 nm de diamètre qui debout). Lorsque la station debout se prolonge, les permettent un libre passage des solutés, hormis valeurs élevées de ΔP dans les capillaires du pied (16 les grosses molécules de protéines. Les cellules kPa s 120 mmHg au niveau artériel) conduisent à une fiitration locale élevée ; ces pressions élevées seront sanguines sont elles aussi retenues dans le lit compensées, comme au niveau du rein, par une sortie vasculaire. Au niveau de l'ensemble des d'eau et donc une augmentation (disproportionnée) de capillaires de l'organisme, 20 litres de liquide Δπ (cf. p. 336 et suiv.), (soit 1/200 environ de l'eau plasmatique éjectée par le cœur dans la grande circulation) filtrent Le flux transcapillaire et la formation des œdèmes sont susceptibles d'être influencés par les facteurs du sang vers le milieu interstitiel en 24 heures. suivants : Dix-huit litres de liquide sont réabsorbés, c'est- a) Modification de la pression dans la partie artérielle à-dire retournent dans les capillaires pendant le du capillaire; même temps. La différence, soit 2 litres, b) Modification de la pression dans la portion veineuse retourne dans la voie sanguine par l'intermé- du capillaire ; ceci peut survenir par contraction diaire de la circulation lymphatique (A). différentielle des veinules. Dans le domaine Les forces motrices de la filtration et de la pathologique, cette pression peut augmenter par suite de stase veineuse (conséquence d'une insuffisance réabsorption au niveau de la paroi capillaire cardiaque par exemple) ce qui conduit à un excès de (A) sont, d'une part, la différence de pression fiitration par rapport à la réabsorption (B1) et donc à hydrostatique (ΔP), d'autre part, la différence de une rétention de liquide dans l’espace interstitiel pression oncotique (Δπ) et le coefficient de (œdème). fiitration (σ) (cf. p. 335 et suiv.) entre l'intérieur c) Modification du taux des protéines plasmatiques, et l'extérieur des capillaires {hypothèse de agissant sur Δπ. Le changement de Δπ est plus Starling, 1896). ΔP et Δπ sont en rapport avec la important que celui attendu d'après la loi de van't Hoff différence de pression en question, avec la (cf. p. 336, E). perméabilité (conductibilité électrique) et avec la d) Lors de l’augmentation de la perméabilité aux surface d'échange de la paroi capillaire. protéines (σ < 1), par exemple occasionnée par l'histamine (cf. p. 72), la filtration prédomine (œdème). ΔP, force motrice de fiitration, a pour valeur environ 3,9 kPa (29 mmHg) au niveau de l'artériole, et chute à e) Enfin, la diminution du flux lymphatique peut avoir environ 1.9 kPa (14 mmHg) au niveau de la veinule (A un effet sur la quantité d'eau interstitielle et conduire à et B. lignes rouge et violette). La différence de pression la constitution d'un œdème (par exemple par obstruction ou destruction des voies lymphatiques). oncotique. Δπ = 2.7 kPa (20 mmHg ; A et B ligne verte) (lorsque σ = 1 ; aucune protéine ne passe), agit Toute augmentation du volume du tissu interstitiel à rencontre de ΔP. Dans la mesure où les protéines conduit à une augmentation de la pression et donc à une diminution de AP. La constitution d'un œdème sont rares dans le milieu interstitiel, on peut concevoir augmente la distension de l'espace interstitiel tant que les protéines du plasma retiennent l'eau. La qu'un nouvel équilibre n'est pas atteint entre, d'une différence ΔP - Δπ est de 1.2 kPa (3,9 - 2.7) du côté part, la fiitration et, d'autre part, la réabsorption et le artériolaire, c'est-à-dire favorable à la filtration, et de drainage lymphatique. -0.8 kPa (1.9 - 2,7) du côté veinulaire, c'est-à-dire favorable à la réabsorption. L'augmentation de la La fiitration et la réabsorption de l'eau au travers des perméabilité d'un endothélium aux protéines (par parois capillaires entraînent aussi des solutés exemple dans le foie) signifie que la pression (« solvent drag ». cf. p. 10) ; cependant il faut oncotique (Δπ • σ) s'est modifiée parce que σ<1 (cf. p. reconnaître aux processus de diffusion un rôle 336 et suiv.). quantitativement prépondérant dans les échanges de matière (cf. p. 8). Lorsque la concentration d'une La branche veineuse du système d'échanges liquidions substance est égale de part et d'autre de la paroi est plus large et plus perméable que la branche capillaire, le flux de diffusion qui pénètre équilibre celui artérielle. La réabsorption nécessite donc un trajet plus qui sort, c'est-à-dire que la résultante de ces flux est court ou une ΔP - Δπ plus faible que la filtration (A). nulle. Si. par contre, il existe une différence de Ces données montrent que, en moyenne, une partie concentration entre le plasma et le tissu interstitiel, le du capillaire seulement assure la réabsorption tandis flux résultant devient unidirectionnel pour la substance que l'autre partie assure la filtration. Le flux en question. Les éléments nutritifs et O2 quittent ainsi transcapillaire est le reflet global de ces mouvements. la voie sanguine, tandis que les catabolites et CO2 diffusent dans la direction opposée. Les pressions mentionnées ci-dessus sont seulement
- 164. 160 Cœur et Circulation Pression sanguine tracée de telle manière que les surfaces définies par la courbe de pression au-dessus et au-dessous de la droite soient égales. Lorsque, dans le langage courant, on parle de « L'intersection de la droite avec l'axe des y (axe des pressions) tension artérielle », il est question, en fait, de la indique la pression moyenne. Bien que la pression moyenne pression artérielle. Elle oscille entre chaque décroisse de l'aorte à l'artère fémorale, on peut trouver une battement cardiaque entre une valeur maximale pression maximale plus élevée dans l'artère fémorale que dans (pression systolique) qui se situe durant la systole du l'aorte (A1 et A2). cœur (cf. p. 162) et une valeur minimale (pression Il est indispensable, pour l'alimentation des tissus, que diastoli-que) qui se produit pendant la diastole (A et la pression sanguine (cf. p. 176 et suiv.) soit bien B). Alors que la pression systolique dépend de la régulée. Une pression artérielle trop faible conduit à fonction cardiaque et de l'élasticité des grosses un état de choc (cf. p. 186), à l’anoxie (cf. p. 102) et à artères, la pression diastolique dépend surtout de la la mort tissulaire. Une pression artérielle trop haute vitesse d'écoulement du sang, c'est-à-dire de la chroniquement (hypertension, cf. p. 180) est, elle résistance totale périphérique (cf. p. 156). aussi nuisible, car les vaisseaux en souffrent (en La valeur de la pression systolique au repos (assis particulier ceux du cœur, du cerveau, des reins et de la ou couché) mesurée au bras est de 16 kPa peau), (120mmHg), et la pression diastolique de 10,7 kPa (80 mmHg). La moyenne « géométrique » des deux La pression est beaucoup plus basse dans l'artère grandeurs (voir ci-dessus) est la pression moyenne pulmonaire que dans l'aorte (B2) ; la pression (P) ; la différence entre elles est la pression systolique n'est que de 3,3 kPa environ (25 mmHg) et différentielle (ou pulsatile : PP). la pression diastolique de 1,3 kPa (10 mmHg). La circulation pulmonaire appartient donc au système PP est principalement fonction du volume systolique à basse pression (cf. p. 154). Une autre particularité (Vs ; cf. p. 154) et de la compliance artérielle ou de la circulation pulmonaire est la souplesse de capacitance (= changement de volume/ changement l’environnement des vaisseaux pulmonaires (tissu de pression ; ΔV / ΔP). Pour un Vs donné et une pulmonaire rempli d'air). Une augmentation du débit compliance diminuée (les vaisseaux deviennent plus dans la circulation pulmonaire (par ex. durant rigides), Ps augmente plus que PD, et en conséquence l'exercice) entraîne plutôt une dilatation des vaisseaux PP augmente (c'est ce qui se passe lors du pulmonaires (diminution des résistances) qu'une vieillissement). Une augmentation de Vs sans évélation de pression pulmonaire. A cet instant, les modification de compliance occasionne aussi une plus vaisseaux pulmonaires font transitoirement fonction de forte augmentation de Ps que de PD (PP augmente). réservoir (cf. p. 94 et p. 184). Pour une fréquence cardiaque et un Vs donnés, P est proportionnelle à la RPT (cf. p. 156). Si la RPT Alors que la pression artérielle dépend en premier du augmente et que le Vs est éjecté aussi rapidement que débit cardiaque Qc et de la résistance périphérique précédemment, Ps et PD augmentent dans la même totale RPT (cf. p. 156), la pression dans les veines proportion et PP reste inchangée. Toutefois, est surtout liée au volume sanguin et à ses l'augmentation de RPT allonge la durée d'éjection. modifications en fonction du temps; ainsi la pression Dans ce cas, le rapport augmentation du volume veineuse n'est que de 0,2 à 0,5 kPa (soit 1,5 à 4 artériel/écoulement périphérique durant l'éjection mmHg) dans les veines proches du cœur (B3). Une diminue. En conséquence, Ps augmente moins que PD pression aussi basse dans les vaisseaux rend le et PP est diminuée. diamètre de ceux-ci fortement dépendant de la pression environnante, car le diamètre dépend de la On peut mesurer la pression sanguine soit pression transmurale (cf. p. 156 et p. 184). Dans la directement à l'aide d'une aiguille placée dans le flux cage thoracique, cette pression varie en fonction du sanguin (A et B1, courbe de pression figurée), soit de cycle respiratoire [pression thoracique) (B4 et p. 80), manière indirecte à l'aide d'un brassard gonflable. Pour de sorte que le diamètre des veines caves oscille en cela, le brassard placé autour du bras est gonflé fonction de la ventilation, ce qui se traduit par une jusqu'à ce que la pression du brassard dépasse la sorte de pompage du flux veineux lors de la respiration pression maximale du sang. Un stéthoscope est placé de la périphérie vers le cœur (cf. aussi p. 184). A en regard de l'artère humérale, au pli du coude, et l'on l'inspiration, la pression intrathoracique chute (B4) en dégonfle peu à peu le brassard. Pour une pression dessous de la pression veineuse moyenne de la veine donnée, lue sur le manomètre, on entend des cave (B3), ce qui a pour effet d'élargir la lumière battements traduisant le passage en jet du sang au veineuse et donc (B5) d'augmenter le débit veineux niveau de l'obstacle que constitue le brassard : cette instantané du sang revenant au cœur droit. Le pression correspond approximativement à la pression phénomène de Frank-Starling (cf. p. 182 et suiv.) systolique. Les battements s'atténuent et disparaissent entraîne en conséquence une augmentation du volume lorsque l'écoulement du sang devient continu ; la pres- d'éjection du ventricule droit (B7) et donc une sion lue sur le manomètre correspond alors à la augmentation du flux dans les artères pulmonaires pression diastolique. La pression artérielle peut être (B6). Le volume d'éjection du cœur gauche diminue en exprimée aussi bien en mmHg qu'en kPa (cf. p. 328). même temps légèrement car l'élargissement des La pression artérielle moyenne permet de déterminer la veines pulmonaires, lors de l'inspiration, diminue le perfusion d'un organe. Cette pression peut être estimée par un retour du sang vers le cœur gauche. graphique (A) : une ligne droite, parallèle à l'axe des temps, est
- 166. 162 Cœur et Circulation Les phases du fonctionnement A2 et A3), les sigmoïdes s'ouvrent. Cet cardiaque (le cycle cardiaque) événement marque le début de la phase d'éjection (phase II), durant laquelle la pression La fréquence cardiaque au repos est de dans le ventricule gauche et dans l'aorte atteint 70/min ; les quatre phases du fonctionnement un maximum de 16 kPa (120 mmHg) (A2, se succèdent en moins d'une seconde ; ce sont phase llb). Les pressions systolique et la phase de mise en tension (I), la phase diastolique dans l'artère pulmonaire sont d'éjection systolique (II), la phase de respectivement de 3,3/1,1 kPa ou 25/8 mmHg ; relaxation (III) et la phase de remplissage cf. p. 94). Après l'éjection totale du sang (A6 diastolique (IV) (A). et A7), les ventricules se relâchent (relaxation isovolumétrique, phase III) et leur pression Les valvules cardiaques assurent l'écoulement tombe subitement en-dessous de celle de unidirectionnel dans le cœur, c'est-à-dire des l'aorte et de l'artère pulmonaire respectivement oreillettes vers les ventricules (phase IV) et des (A3). De ce fait, les valves sigmoïdes se ventricules vers l'aorte ou 'artère pulmonaire ferment ce qui marque le commencement de la selon le cas (phase II). phase de remplissage, phase IV, première L'ouverture ou la fermeture des valvules partie de la diastole. (A10) dépend de la différence de pression de Pendant ce temps, les oreillettes se sont à nouveau part et d'autre de celles-ci : par exemple, remplies sous l'effet prépondérant de l'aspiration lorsque la pression dans le ventricule gauche réalisée par l'abaissement du plancher valvulaire devient supérieure à celle de l'aorte, les (mitral ou tricuspidien) dû à la contraction ventriculaire. valvules aortiques s'ouvrent, et inversement si Tout est ainsi prêt, dès le début de la phase de cette pression devient plus faible que la remplissage (phase IV a), pour un nouveu remplissage pression dans l'aorte, elles se ferment. énergique des ventricules (A6). La contraction active des oreillettes (phase IV c) n'intervient que pour 15% Les phases mécaniques du cycle cardiaque du remplissage ventriculaire pour une fréquence correspondent à des modifications électriques cardiaque normale. bien précises (A1); celles-ci peuvent être L'apport sanguin au muscle cardiaque se fait par les recueillies pour donner un tracé ECG (cf. p. 168 artères coronaires (A8 et p. 188). Le débit coronaire et suiv.) (les diverses phases du cœur gauche n'a lieu que pendant la diastole, surtout au niveau du ne se superposent pas exactement aux phases ventricule gauche, car ces vaisseaux sont comprimés correspondantes du cœur droit; A1 a). par la contraction du muscle cardiaque durant la systole (pression transmurale < 0). Le cycle cardiaque « L'expression acoustique » des phases cardiaques Contraction de l'oreillette (phase IV c) : normales reflète les bruits du cœur (A9) : le premier, Pendant la diastole ventriculaire, la dépolari- durant la phase de contraction isovolumétrique, le sation du pacemaker cardiaque (= nœud sinusal deuxième à la fermeture brutale des valvules sigmoïdes. Des bruits pathologiques du cœur se ; cf. p. 164) excite la musculature de l'oreillette manifestent lorsque les valvules sont trop étroites ou (onde P sur l'ECG ; Al) qui se contracte (la lorsqu'elles occasionnent des fuites {sténose ou pression auriculaire croît, phase IV c ; A4) ; le insuffisance}. sang éjecté par cette contraction achève le Les ondes des pulsations veineuses (A5, a, c, x, v. y) remplissage ventriculaire. La diastole prend fin sont aussi le reflet du cycle cardiaque. C'est ainsi, par à ce moment ; le volume ventriculaire en fin exemple, que 'onde « a » positive est provoquée par de diastole est en principe de 125 ml environ la contraction auriculaire. L’onde « x » négative par (A6) mais peut atteindre 250 ml. l'abaissement du plan valvulaire. L'excitation électrique du cœur (cf. p. 164) Le fonctionnement intermittent de la pompe cardiaque atteint alors les ventricules (complexe QRS de produit une onde pulsatile (A, effet « Windkessel »), qui s'étend à travers les vaisseaux artériels avec une l'ECG ; A1 ) qui vont se contracter. Durant la certaine vitesse : vitesse pulsatile. Celle-ci est plus phase de mise en tension (phase I), les quatre élevée que la vitesse sanguine (cf. p. 156), d'autant valvules sont fermées : le volume ventriculaire plus grande que les parois des vaisseaux sont reste stable (A6) (contraction isovolum- épaisses et rigides (elle augmente dans l'hypertension étrique) et la pression monte alors très et avec l'âge) et d'autant moins grande que le diamètre rapidement (A3). Quand la pression dans le des vaisseaux est élevé (environ 6 m/s dans l'aorte et ventricule gauche dépasse la pression aortique 10 m/s dans l'artère radiale). (10,7 kPa ou 80 mmHg ;
- 168. 164 Cœur et Circulation Electrophysiologie cardiaque d'abord lentement puis brutalement. La courbe du PA, après une montée rapide, s'infléchit, s'arrondit : le Le cœur comporte deux types de cellules maximum du PA est atteint ; alors il décroît et la cellule musculaires : se repolarise jusu'à son PDM (cf. p. 167, D). 1) des cellules qui produisent et conduisent des Dans le myocarde actif, la naissance rapide du PA (cf. p. 31, A) est la conséquence de l'entrée brève mais impulsions, + brutale de Na (cf. p. 42). Au contraire, au niveau du 2) des cellules qui répondent à ces impulsions nœud sinusal et du nœud AV où la densité des canaux par un raccourcissement (contraction). Ces sodiques est plus faible, la naissance du PA (dont 2+ l'origine principale est l'entrée de Ca ) est relativement cellules représentent la musculature plus lente. fonctionnelle du cœur, le myocarde. La genèse de l'excitation (impulsion) siège dans l'organe Chaque potentiel d'action du nœud sinusal produit un lui-même contrairement à ce qui se passe pour battement cardiaque, ce qui signifie que la fréquence de cet entraîneur (pacemaker) détermine la les muscles squelettiques (cf. p. 32) : on parle fréquence des battements. Celle-ci peut être de rythme spontané ou d'autonomie du modifiée, de ce fait, par des changements de cœur. potentiels membranaires des cellules de l'entraîneur (dans le nœud sinusal) : 1) le seuil du potentiel d'action Du point de vue fonctionnel, le myocarde peut être augmenté, et de ce fait, le prépotentiel est ventriculaire est un syncitium, c'est-à-dire que atteint plus tard (D1); les cellules ne sont pas isolées les unes des 2) la pente du prépotentiel peut être diminuée, ce qui autres ; une excitation qui naît quelque part conduit au même résultat qu'en 1) (D2) ; dans les ventricules conduit, quelle que soit sa 3) le potentiel diastolique maximum peut devenir plus localisation, à une contraction complète des négatif et, de même qu'en 1) et 2), le seuil est atteint deux ventricules (contraction par tout ou plus tard, la remontée du prépotentiel débutant pus bas (D3) ; 4) la repolarisation après un potentiel rien). Il en est de même pour les oreillettes. d'action peut avoir un décours temporel plus lent L'excitation du cœur (B et C) naît normalement au (potentiel d'action plus durable). niveau du nœud sinusal : c'est l'entraîneur du cœur Le rôle prépondérant du nœud sinusal dans ou pacemaker (A). L'excitation s'étend à partir de ce l'excitation normale du cœur tient au fait que les autres point aux deux oreillettes et au nœud atrioventri- parties du système excitateur et conducteur du cœur culaire (nœud AV; A et B) et aboutit au réseau de ont une fréquence propre plus basse que celle du Purkinje après avoir cheminé le long du faisceau de nœud sinusal. C'est pourquoi l'excitation venue du His et de ses deux branches (Tawara). Le faisceau de nœud sinusal touche les autres cellules avant qu'elles Purkinje conduit l'excitation au myocarde ventriculaire : ne se soient spontanément dépolarisées jusqu'à leur l'excitation parcourt le myocarde de l'intérieur vers potentiel seuil propre. l'extérieur, de la pointe à la base, ce qui peut être suivi sur l'organisme intact à l'aide de l'ECG (B; cf. p. 168). Dans ce système où l'excitation naît et se propage, il Modifications et perturbations de n'existe pas de potentiel de repos membranaire l'excitabilité cardiaque stable ; mais après chaque repolarisation, ce potentiel Le cœur peut battre sans innervation extérieure en de repos réaugmente peu à peu jusqu'à un certain raison de son autonomie ; pourtant l'innervation est niveau (seuil ou prépotentiel) au delà duquel un nécessaire à l'adaptation de la fonction cardiaque et potentiel d'action (PA) se produit (cf. p. 26 et p. 45; à une demande variable de l'organisme (cf. p. 48). Les D). On appelle potentiel diastolique maximal (PDM) le caractéristiques suivantes de la fonction cardiaque potentiel le plus négatif qui est enregistré juste après peuvent être modifiées : un potentiel d'action. 1) la fréquence de la formation des impulsions par Les changements ultérieurs de conductance ou l'entraîneur, donc la fréquence des battements du perméabilité g et les courants ioniques déterminent le cœur (effet chronotrope) ; PA des cellules du nœud sinusal (pacemaker; cf. 2) la vitesse de conduction de l'excitation, aussi p. 26) : à partir du PDM (environ - 70 mV au spécialement dans le nœud AV (effet dromotrope) ; nœud sinusal), on observe d'abord une diminution 3) la force de contraction musculaire, c'est-à-dire la continue de gK alors que, pendant le même temps, gCa contractilité du cœur (effet inotrope) ; et gNa sont tous deux bas ; ICa et INa entraînent une 4) l'irritabilité, dans le sens d'une modification du lente dépolarisation qui peut conduire par étapes au niveau d'excitation ou de stimulation (effet bathmo- prépotentiel ou potentiel seuil. Ensuite gCa (et un peu trope). gNa) s'élève par palier jusqu'à ce que l'augmentation de L'innervation cardiaque par des branches du ICa amène finalement au prépotentiel. Quand le nerf vague et du sympathique agit sur la potentiel seuil (PS) est atteint (environ - 40 mV pour le fonction cardiaque (cf. p. 51 et suiv.) de diverses nœud sinusal), gCa augmente rapidement puis retrouve manières : les faisceaux du nerf vague qui vont au ensuite sa valeur de départ tandis que gK augmente
- 170. 166 Cœur et Circulation 2+ quement par les substances bloquant les canaux Ca , nœud sinusal en diminuent la fréquence (effet également connues sous le nom d'inhibiteurs chronotrope négatif) et ceux du sympathique 2+ calciques. La [Ca ]i, très importante pour le couplage l'augmentent via les adrénorécepteurs β1, (effet excitation-contraction (cf. p. 36 et suiv.), ne dépend chronotrope positif). Une modification de la pas seulement de l'entrée mais aussi de la sortie de 2+ vitesse de dépolarisation spontanée des Ca du sarcoplasme. Celles-ci s'effectuent grâce à un 2+ cellules du nœud sinusal (D2 et E1) et un mécanisme actif primaire de « pompes » à Ca 2+ (Ca ATPase) dans le système longitudinal et dans changement brusque du PDM (D3) sont res- 2+ l'espace extracellulaire. Le Ca entre le dernier par ponsables de ces effets. échange avec le Na + 2+ + (antiport Ca /Na ). Ce 2+ mécanisme de transport actif secondaire du Ca est La diminution de la pente de dépolarisation + + directement sous la dépendance d'une Na -K -ATPase spontanée et le PDM négatif sous l'influence du (cf. p. 11). nerf vague proviennent d'une augmentation de Perturbations de l'excitation cardiaque (voir aussi p. la perméabilité au K+ (gK, cf. p. 26) ; l'augmen- 174) tation de la pente sous l'influence du système sympathique (et de l'adrénaline) provient d'une Les variations des concentrations électrolytiques du sérum modifient l'excitation cardiaque Une faible augmentation de gCa et d'une diminution de gK. hyperkaliémie élève le PDM du nœud sinusal et Seul le système sympathique exerce une action exerce alors un effet chronotrope positif. Une forte chronotrope sur le reste du système d'excitation hyperkaliémie conduit à un PDM positif par inactivation cardiaque, ce qui lui confère un rôle décisif dans du canal sodique (cf. p. 26) et provoque par là même la prise en charge de la genèse de l'excitation une diminution de la vitesse de montée et de par d'autres parties du système excitateur l'amplitude du PA du nœud auriculo-ventriculaire (effet cardiaque. dromotrope négatif). A part cela, le gK s'élève, entraînant une pente de dépolarisation lente plus faible Le nerf vague (tronc gauche) retarde la (effet chronotrope négatif; D2 et E1) et la repolarisation du myocarde s'accélère avec un abaissement de la conduction vers le nœud AV, alors que le 2+ concentration Ca intracellulaire. Les conséquences sympathique l'accélère (cf. p. 164) : l'effet en sont un effet inotrope négatif et un bouclage (re- dromotrope est respectivement négatif et entry) du phénomène au niveau myocardique. Dans positif. Le PDM (D3) et la vitesse d'ascension les cas extrêmes, il s'ensuit un arrêt du pacemaker du potentiel d'action sont modifiés par ces (paralysie cardiaque ou cardioplégie). Une afférences (E2). Il faut aussi souligner le rôle hypokaliémie (massive) a un effet chronotrope et inotrope positif (E). Une hypercalcémie augmente important joué par les modifications des probablement gK et raccourcit par là le potentiel perméabilités gK et gCa. d'action. Alors que le système de conduction est sous la La température influence aussi l'excitabilité cardiaque. dépendance du sympathique et du nerf vague La fièvre par exemple a des effets chronotrope positif pour le chrono- et le dromotropisme, la (E1) et inotrope négatif, le refroidissement (hypothermie) des effets chronotrope et dromotrope contractilité peut être augmentée par une négatifs (E1) et inotrope positif. stimulation directe sympathique du myocarde actif : c'est l'effet inotrope positif. L'effet Les perturbations du rythme cardiaque peuvent concerner les modifications dans la genèse des stimulant est dû à une augmentation de la impulsions comme la propagation de celles -ci (cf. p. concentration intracellulaire en Ca2+ (= [Ca2+]i). 174). La cause la plus importante du flutter et de la fibrillation ventriculaire (cf. p. 174) est certainement Le potentiel d'action myocardique (cf. p. 42 et une boucle (re-entry, ré-entrée) de l'excitation (F) : une 45) provoque la libération de Ca2+ du système des raisons de ce phénomène pourrait être par longitudinal intracellulaire, mais en plus faible quantité exemple un blocage de l'excitation normotrope au que dans le muscle squelettique (cf. p. 34 et suiv.). niveau du passage entre le réseau de Purkinje et le 2+ Pendant le PA, le Ca venant de l'espace myocarde ventriculaire (F2). Cette excitation va alors extracellulaire, entre dans les fibres myocardiques au se propager « à rebours » jusqu'à atteindre la zone moyen des canaux calciques ; le PA est probablement normale d'excitation (FI et F3), laquelle va permettre le le facteur déclenchant de la libération des stocks de réacheminement d'une nouvelle impulsion (F4). Dans 2+ 2+ Ca intracellulaire. L'entrée de Ca de l'extérieur de la le myocarde sain, ce phénomène est suivi d'un 2+ cellule augmente quand la [Ca ] extracellulaire est raccourcissement du PA (par exemple lors d'une élevée, elle peut être facilitée par les récepteurs β1 hyperkaliémie) et aussi de la période réfractaire ce qui adrénergiques (effet inotrope positif direct permet cette « ré-entrée » (bouclage). sympathique) et peut être inhibée pharmacologi-
- 172. 168 Cœur et Circulation composition de vecteurs force, on peut L'électrocardiogramme (ECG) déterminer un vecteur somme (A). Le vecteur Le tracé électrocardiographique (ECG) est une somme des potentiels d'excitation cardiaque forme de visualisation des tensions électriques varie tout au long du cycle d'excitation tant en (potentiels en mV; cf. p. 329) qui résultent de taille qu'en direction ; la pointe du vecteur l'excitation du cœur. Ces signaux sont obtenus résultant décrit une trajectoire en lacet (C). Le à partir de points bien précis situés sur la peau vectocardiogramme visualise directement ces (dérivations). L'ECG exprime donc les « lacets » sur l'écran d'un oscillographe événements électriques de l'excitation cathodique. cardiaque et peut renseigner sur l'état du cœur. L'étude du décours temporel du vecteur la fréquence de battement, la nature et la résultant est obtenue en clinique par l'examen genèse du rythme, l'extension et les effets de des dérivations des extrémités et des l'excitation, ainsi que sur les perturbations dérivations à partir de la paroi thoracique. En éventuelles, que celles-ci soient d'origine d'autres termes, chaque dérivation ECG donne anatomique ou mécanique, qu'elles concernent une image unidirectionnelle du vecteur résultant des altérations tissulaires ou des perturbations et, de ce fait, deux dérivations (3 points au de la circulation sanguine. Les variations des moins) déterminent un plan dans lequel elles concentrations électrolytiques (cf. p. 166 et 172) indiquent l'évolution du vecteur résultant (il et les effets de certains agents s'agit le plus souvent du plan frontal) ; une pharmacologiques (par ex. la digitaline) peuvent représentation tridimensionnelle du vecteur être détectés sur l'ECG. L'ECG n'apporte résultant nécessite au moins l'addition d'une aucune information directe sur la contraction dérivation à partir d'un autre plan (cf. p. 171, F). proprement dite, ni sur la fonction de « pompe » du cœur. Pour analyser ces éléments, il faudrait Il faut encore ajouter que les amplitudes des recueillir des informations sur la pression potentiels ne sont comparables d'une dérivation sanguine (cf. p. 160), le débit sanguin (cf. p. à l'autre que si la résistance entre le cœur et 154) et les bruits du cœur (cf. p. 162). chacun des points de mesure est la même (elle On admet que les potentiels dérivés à la surface dépend de la distance et de l'état des tissus); du corps naissent à la limite entre ta zone cette condition est à peu près remplie pour les excitée et celle non excitée du myocarde, c'est- trois dérivations standards des extrémités. Pour à-dire que la courbe ECG rend compte du la représentation vectocardiographique, les mouvement de ce front d'excitation. Un différences de résistance doivent être corrigées myocarde non excité ou totalement excité se par l'addition de résistances dans tes circuits de manifeste par un potentiel ECG nul (= ligne de mesure (dérivations orthogonales corrigées de base. cf. p. 170). Frank). Pendant la progression du front d'excitation à travers le muscle cardiaque, se constituent des Les dérivations électrocardiographiques potentiels de formes diverses qui se distinguent standards I, II, III de Einthoven (D) sont des par leur taille et leur direction. Ces grandeurs dérivations bipolaires dans le plan frontal. Pour orientées sont des vecteurs : ils sont les obtenir, on place des électrodes sur chacun représentés sur un graphique par des flèches des deux avant-bras et sur la jambe gauche. On plus ou moins longues selon la valeur absolue examine l'évolution temporelle de la différence du potentiel ; la direction de ces flèches exprime de potentiel entre les deux bras (I). entre le bras la direction du potentiel (point de la flèche : +). droit et la jambe gauche (II), et entre le bras Comme dans un parallélogramme de gauche et la jambe gauche (III) (D).
- 174. 170 Cœur et Circulation Les dérivations unipolaires de Goldberger conduction. L'intervalle QT dépend de la sont aussi des dérivations dans le plan frontal. fréquence cardiaque et sa valeur est de 0.35 à Ces dérivations sont obtenues également à 0,40 s pour une fréquence de 75/min ; c'est le partir des deux bras et de la jambe gauche, temps nécessaire à la repolarisation des cependant, ici, deux électrodes sont reliées ventricules. ensemble (par des résistances) et servent Selon les diverses dérivations ECG, le vecteur d'électrode de référence par rapport à la résultant instantané de l'excitation apparaît troisième (E). La dénomination des électrodes « sous divers angles ». Une mesure de potentiel de Goldberger est la suivante : aVR = bras droit sur une dérivation parallèle au vecteur résultant (El). aVL = bras gauche et aVF = jambe montre, de ce fait, l'extension maximale de gauche. celui-ci ; une dérivation orthogonale ne montre, Le tracé ECG (B) comporte plusieurs quant à elle, aucune extension (amplitude déflections (ondes), une incursion vers le haut nulle). Dans les dérivations l-lll, le vecteur est étant notée positivement et vers le bas observé sous « trois faces » (D2 et D3) et pour négativement. L'onde P ( < 0.25 mV. < 0,1 s) les dérivations de Goldberger sous « trois traduit la dépolarisation des oreillettes. Leur autres faces » (E). repolarisation n'est pas visible car elle disparaît Si l'on enregistre des événements contempo- dans les déflections suivantes. L'onde Q rains dont les potentiels ont la même direction (amplitude < 1/4 de l'amplitude de R), l'onde R sur deux dérivations (par exemple l et II), on et l'onde S (R + S > 0.6 mV) forment ensemble peut construire la projection du vecteur résultant le complexe QRS (< 0.1s) (on l'appelle ainsi dans le plan frontal (par exemple pour le même s'il manque une composante) ; celui-ci complexe QRS) et connaître, de ce fait, traduit la dépolarisation des ventricules. Pour le l'amplitude des potentiels dans les autres complexe QRS, la convention veut que toute dérivations du même plan frontal (par exemple première détection négative soit notée par Q, III; D2 et D3). Un procédé analogue permet de toute déflection positive (avec ou sans onde Q déterminer « l'axe électrique du cœur ». On précédente) soit notée R, et toute déflection entend par ce terme le vecteur QRS moyen qui négative suivant l'onde R soit appelée S. Ceci représente à peu près l'axe anatomique du peut donner une situation dans laquelle des cœur lorsque l'excitation se propage de manière déflections de QRS portant la même appellation normale. ne sont pas synchrones sur toutes les dérivations. Puis survient l'onde T qui traduit la Le potentiel moyen du QRS se calcule exacte- ment à partir de la somme des surfaces des repolarisation des ventricules. Bien que la ondes Q, R et S. Les ondes négatives sont dépolarisation et la repolarisation soient des déduites des ondes positives. En pratique, il événements opposés, l'onde T est de même suffit de calculer la somme des amplitudes de signe que l'onde R (positive dans la plupart des ces ondes. Si le calcul est fait sur deux cas), ce qui indique que la formation de dérivations (par exemple : dérivation l : 0,5 mV - l'excitation et son extension se font de manière 0,5mV = 0 mV et dérivation II : + 1.1 mV; G1), différente. on peut construire « l'axe électrique du cœur » L'espace PQ et l'espace ST (B) sont (les valeurs d'une troisième dérivation, la III normalement proches de la ligne de base du dans l'exemple choisi, ne seraient d'aucune tracé (0 mV). Les oreillettes totalement utilité car elle est déterminée par différence de I dépolarisées (espace PQ) ou les ventricules et II). totalement dépolarisés (espace ST) ne pro- Le « domaine » normal de « l'axe électrique du duisent aucun potentiel dérivable à l'extérieur du cœur » (H) s'étend de la verticale (α = + 90°) corps. L'intervalle PQ ( < 0.2 s ; B et cf. p. 165, vers le bas, à un peu plus que l'horizontale en C) représente le temps écoulé entre le début de remontant vers la gauche (α = + 30° ; tableau l'excitation des oreillettes et celui des angulaire, E3). ventricules, on l'appelle aussi le temps de
- 176. 172 Cœur et Circulation Normalement, on distingue le type droit : peut alors correspondre à : 1) une pression ventriculaire exagérée, 2) un bloc de branche, α = + 120° à + 90° (fréquent chez l'enfant, il 3) l'effet des digitaliques. La durée du QRS et peut être déjà pathologique chez l'adulte) ; le l'intervalle QT permettent de différencier ces cas type vertical : α = + 90° à + 60° (G1 ) ; le type (J). indifférencié ou type habituel : α = + 60° à + 30° Lors de l'infarctus (infarctus myocardique), (G2) ; enfin le type horizontal : α = + 30° à -30° la circulation d'une portion bien précise du myocarde (G3). En pathologie, dominent la rotation axiale est interrompue. Au centre de l'infarctus, le muscle droite (H) (α = 120°, lors de la surcharge meurt (nécrose) ; il ne peut plus être le siège d'une chronique du cœur droit, par exemple à la suite dépolarisation. Ainsi, durant les premières 0,04 s de de certaines affections pulmonaires) et la l'excitation ventriculaire, naît un vecteur « particulier » rotation axiale gauche (H) (a plus négatif que - (vecteur 0,04) qui « désigne » l'infarctus. Comme l'infarctus siège le plus souvent sur le cœur gauche, et 30°, lors de la surcharge du cœur gauche, par que le vecteur QRS moyen « pointe » aussi vers la exemple lors de l'hypertension artérielle ou lors gauche, le vecteur « 0,04 » est en opposition avec le des défaillances valvulaires aortiques). vecteur QRS moyen (K) ; ainsi par ex. lorsque l'onde R Les six dérivations unipolaires précordiales positive est grande, il y a également une onde 0 V1 à V6 de Wilson, associées à celles précé- négative plus large et plus profonde que la normale (K2). Entre le myocarde mort et l'environnement sain demment décrites, permettent de rendre compte se trouve une région mal perfusée dont, par du vecteur résultant en trois dimensions. Elles conséquent, l'excitabilité est perturbée. Sa repo- sont enregistrées à partir du thorax le long d'une larisation modifiée conduit souvent dans ce cas à une ligne à peu près horizontale (F). L'électrode inversion de l'onde T (négative dans beaucoup de indifférente est constituée par la réunion des dérivations) ; on dit que l'onde T « montre » la zone trois dérivations des extrémités (F1). Ces ischémiée de l'infarctus (K). En outre, durant le stade dérivations précordiales permettent de aigu de l'infarctus, l'espace ST est souvent au-dessus (sus-décalage) ou au-dessous (sous-décalage) de la visualiser tout particulièrement les vecteurs à ligne de base (« potentiel de lésion » de la « zone orientation dorsale ; ces vecteurs ne produisent lésée »). Le potentiel de lésion de la région que des déflections minimes, sinon nulles, dans endommagée déforme l'ensemble QRS-T dans le sens le plan frontal. Etant donné que le vecteur QRS d'un potentiel d'action monophasique myocardique (cf. moyen pointe vers le bas, en arrière et à p. 31, A3). On donne à ce potentiel le nom de « gauche, le thorax (représenté schématiquement déformation monophasique de l'ECG de l'infarctus comme un cylindre à grand axe vertical) est récent » (K1). La première anomalie à se normaliser est le sus ou le sous-décalage de ST (K2) ; l'onde T partagé en deux moitiés par un plan anormale reste visible durant plusieurs mois (K2). perpendiculaire au vecteur QRS moyen, une L'onde « Q de 0,04 s » (Q profond et large) diminue moitié positive et une moitié négative (F4). De très progressivement (K2) ; elle reste ainsi visible des ce fait, le vecteur QRS est le plus souvent années après l'infarctus (K3). négatif en V1 – V3 et positif en V5-V6. Dans certains cas particuliers, on peut ajouter ECG et électrolytes sériques aux 12 dérivations standards déjà citées les Les modifications de concentration de K+ ou dérivations suivantes : a) enregistrement de Ca 2+ sérique entraînent des modifications «derrière le cœur» par une électrode déglutie, d'excitabilité du myocarde et de ce fait « perturbent » placée dans le tube digestif, b) sur d'autres l'ECG : si [K+] > 6,5 mmol/l, l'onde T s'accroît en parties du thorax, notamment dans le dos à amplitude et devient plus pointue, les troubles de la gauche (V7 – V9) ou sur le thorax à droite (Vr3 conduction accroissent la durée de QT, le QRS devient « empâté » et, dans les cas extrêmes, on assiste – Vr6 (F3). même à une « pause » cardiaque (arrêt du pacemaker, La repolarisation du ventricule est à l'origine cf. p. 166). Si [K+] < 2,5 mmol/l, on constate un sous- d'une boucle vectorielle propre (C) qui donne décalage de ST, une onde T biphasique (d'abord +, l'onde T sur les dérivations. On peut construire ensuite -) et une onde positive supplémentaire en dans l'espace un vecteur T. Il fait normalement forme de U apparaît (onde U suivant l'onde T). Si 2+ [Ca ] > 2,75 mmol/l ( > 5, 5 meq/l), l'intervalle QT et un angle de moins de 60° avec le vecteur QRS 2+ par là même ST se raccourcissent. Si [Ca ] < 2,25 moyen. Avec l'âge, cet angle s'ouvre ce qui mmol/l ( < 4,5 meq/l) l'intervalle QT s'allonge. semble résulter d'une carence en O2 du cœur. Un angle QRS-T de 180° est pathologique et
- 178. 174 Cœur et Circulation Troubles du rythme cardiaque une fréquence sinusale basse, l'excitation sinusale consécutive est transmise normalement aux (arythmies) ventricules : on parle d'extrystole interposée (B2). Si Les troubles du rythme sont le résultat de la fréquence sinusale est plus élevée, l'impulsion perturbations dans la formation ou la conduction sinusale suivante arrive pendant la période réfractaire du myocarde, aussi seule l'impulsion sinusale de l'excitation cardiaque. Leur diagnostic se fait ultérieure sera efficace : on a alors une pause par l'examen de l'ECG. Les perturbations de la compensatoire. Ici RRES + RESR = 2 RR. formation de l'excitation se traduisent par une modification du rythme sinusal. Lorsque la La tachycardie ventriculaire est le résultat d'une succession d'excitations (ectopiques) ventriculaires à fréquence sinusale de repos dépasse 100/min, rythme élevé (B3). Le remplissage des ventricules et [exercice, excitation psychique, fièvre (augmen- les possibilités d'éjection cardiaque diminuent. Il peut tation de 10 battements/min pour 1 °C). hyper- en résulter une fibrillation ventriculaire, c'est-à-dire des thyroïdie, etc.] on parle de tachycardie sinu- pulsations non coordonnées dans le temps et dans sale (A2) ; lorsqu'elle tombe en dessous de l'espace au niveau des différentes parties du myocarde 50/min, il s'agit d'une bradycardie sinusale. (B4). En l'absence de mesure thérapeutique, cette Dans ces deux cas, le rythme est régulier, alors situation a les mêmes conséquences funestes qu'un arrêt cardiaque, car la circulation est interrompue. La que ce rythme oscille lors de l'arythmie fibrillation ventriculaire naît principalement lorsqu'une sinusale, ce qui se produit surtout chez les extrasystole survient dans la « période vulnérable » adolescents et est lié à la respiration : l'inspira- du cycle cardiaque, correspondant à la période tion accélère le rythme, l'expiration le ralentit. réfractaire relative contemporaine de l'onde T de Même lorsque l'excitation a lieu normalement dans le l'ECG. Les potentiels d'action apparaissant durant nœud sinusal (excitation nomotope. A). des excitations cette phase : a) montrent une pente moins accentuée anormales (hétérotopes) peuvent naître dans et sont de ce fait transmis plus lentement, et b) sont de l'oreillette, dans le nœud AV ou dans le ventricule. Les plus courtes durées. L'ensemble de ces propriétés impulsions d'un foyer ectopique auriculaire (ou nodal) détermine les possibilités de l'excitation myocardique sont conduites aux ventricules qui échappent de ce fait répétée de parvenir dans des zones toujours ré-excita- au rythme sinusal : l'arythmie supraventriculaire est bles (« ré-entrée » ; cf. p. 167, F). La fibrillation la conséquence d'extrasystoles (ES) auriculaires ou ventriculaire peut aussi résulter d'une électrocution, et nodales. peut être traitée avec succès à l'aide d'un choc électrique adéquat (défibrillateur). Lors d'une ES auriculaire, l’onde P de l'ECG est déformée mais le complexe QRS est normal. Lors Des arythmies peuvent aussi avoir pour origine d'une ES nodale, la stimulation auriculaire est un trouble de la conduction dans le nœud AV rétrograde : l'onde P en principe négative, est soit (bloc AV) ou dans un branche du faisceau de masquée par l'onde QRS, soit apparaît juste après le His (bloc de branche gauche ou droit). complexe QRS (B1 à droite). Dans les ES supraventriculaires, le nœud sinusal se dépolarise 1) Dans le bloc du 1er degré, on a un simple aussi assez fréquemment, en conséquence l'intervalle ralentissement de la conduction AV (intervalle entre l'onde R de l'ES (= RES) et l'onde R consécutive PQ > 0,2 s); normale est augmenté par un intervalle de temps, 2) dans le bloc du 2e degré, seule une excitation sur 2 requis pour que l'impulsion se déplace du foyer ou 3 franchit te nœud AV ; enfin e ectopique jusqu'au nœud sinusal : c'est l'intervalle 3) dans le bloc du 3 degré, aucune excitation ne postextrasystolique. On a alors RESR > RR et (RRES + parvient au myocarde ventriculaire : on a un bloc RESR) < 2RR (B1). complet (B5) qui se traduit par des pauses cardiaques temporaires (syndrome d'Adam-Stokes). Des Dans la tachycardie auriculaire (foyer se dépolarisant entraîneurs ventriculaires assurent la rythmicité car- à > 180 /min ; onde P remplacée par une ligne de base diaque dans ce cas (bradycardie ventriculaire avec irrégulière), le ventricule peut suivre le rythme fréquence auriculaire normale). Il s'ensuit une d'excitation jusqu'à une fréquence de 200/min. Pour e indépendance totale entre les ondes P de l'ECG et les des fréquences plus élevées, seule chaque 2 ou 3® complexes QRS (B5). Lorsque la fréquence sinusale excitation est transmise, les impulsions intermédiaires de repos est de 60 à 80/min, celle du cœur décroît arrivant lors de la période réfractaire (cf. p. 26) du jusqu'à 40-60/min si le nœud auriculo-ventriculaire nœud AV. De telles fréquences auriculaires (jusqu'à e prédomine (B5). Lorsque le bloc est total (bloc du 3 350/min) sont appelées flutter auriculaire. Lors de la degré), le « foyer » ventriculaire fixe la fréquence fibrillation auriculaire, les décharges du foyer cardiaque entre 20 et 40/min. Ces blocs sont une peuvent atteindre 500/min, mais seules quelques indication formelle pour l'utilisation thérapeutique impulsions occasionnelles sont transmises. L'excitation d'entraîneurs artificiels (pacemakers artificiels). ventriculaire est alors totalement irrégulière (arythmie totale). Un bloc de branche se traduit par une importante déformation de l'ECG car la portion du myocarde Une stimulation ectopique peut aussi naître dans le concernée par le bloc est excitée par des voies ventricule : on parle d'extrasystole ventriculaire (B2, anormales à partir du côté sain. B3). Le complexe QRS de l’ES est alors déformé. Pour
- 180. 176 Cœur et Circulation Régulation de la circulation ce qui veut dire que la perfusion varie en La régulation de la circulation a pour objet de fonction de la consommation d'O2 du tissu. Par procurer à toutes les parties du corps assez de contre, dans le poumon, la chute de PO2 dans sang, que l'individu soit au repos ou au travail, l'environnement du vaisseau se traduit par une et quelles que soient les conditions ambiantes constriction de ce dernier : il en résulte que le (cf. aussi p. 48 et p. 154). Pour ce faire, il faut a) flux sanguin est dévié vers des zones pulmo- assurer une perfusion minimale à chaque naires « plus riches en O2 », ce qui va dans le organe, b) garantir la régulation de la fonction sens d'une amélioration de la prise en charge cardiaque et de la pression artérielle de l'O2 au niveau du poumon (cf. p. 94). (homéostasie) et c) assurer la répartition du c) Une augmentation locale des métabolites débit sanguin au profit des organes en activité (CO2,Ca+2.ADP.AMP.adénosine.etc.) et, d'une (par exemple les muscles) et aux dépens des façon plus générale, les substances à effet organes au repos (par exemple le tube digestif osmotique (K+), accroît la perfusion, effet qui et les reins ; cf. p. 48) ; une perfusion maximale participe au réglage de l'évacuation de ces simultanée de tous les organes (A) dépasserait produits. Ces effets métaboliques ajoutés à les capacités du cœur. ceux de la carence en O2 expliquent qu'après Le contrôle de la perfusion des organes se un blocage de l'irrigation sanguine (garrot, etc.), fait d'abord par une modification du diamètre l'augmentation de la perfusion peut être multi- des vaisseaux. L'état de tension (« tonus ») de pliée par 5 par rapport à la valeur de repos, dès la musculature des vaisseaux est sensible 1 ) à lors que le blocage est levé (hyperémie des facteurs locaux, 2) à des signaux réactionnelle). nerveux ou 3) hormonaux. La plupart des d) Les substances vasoactives (« hormones vaisseaux sont, au repos, dans un état de tissulaires ») telles que la kallicréine, la bradyki- tension moyenne (« tonus de repos », C). La nine, l'histamine (vasodilatateurs) et l'angioten- dénervation provoque un élargissement partiel sine II (vasoconstricteur ; cf. p. 152), peuvent des vaisseaux («tonus de base », C). Le tonus être déversées en un lieu donné aussi bien de base résulte de la dépolarisation spontanée sous l'effet de facteurs locaux que nerveux. Ces de la musculature vasculaire (cf. aussi p. 44). produits peuvent, en outre, être véhiculés par la 1. La régulation circulatoire locale (auto- circulation et agir à distance comme signaux régulation) a deux fonctions : hormonaux au même titre que les catéchola- mines, et elles peuvent participer à la régulation a) d'une part, lorsque la demande de l'organe perfusé est constante, l'autorégutation sert à du flux de perfusion, à distance de leur lieu de libération. assurer une perfusion constante quelle que soit la pression artérielle (par exemple Les débits sanguins cérébral et coronaire vasoconstriction lors de l'augmentation de la sont exclusivement sous contrôle métabolique pression artérielle dans les reins; cf. P. 122): local (points 1b et 1c). b) d'autre part, la deuxième fonction de 2. Le contrôle nerveux du diamètre des l'autorégulation est d'ajuster la perfusion à vaisseaux (en premier lieu des artérioles) l'activité de l'organe, c'est-à-dire d'ajuster la passe, sauf rares exceptions, par le sympa- perfusion à la demande (autorégulation thique (cf. p. 53), dont les terminaisons post- métabolique). Dans le cas du muscle cardiaque ganglionnaires ont un effet sur les récepteurs a ou du muscle squelettique par exemple, la (ai : cf. p. 56) (vasoconstricteurs, C) et sur les perfusion peut augmenter de plusieurs fois la récepteurs β2 ( vasodilatateurs). valeur de la perfusion de repos (A et B). Les récepteurs α se trouvent principalement dans les Mécanisme de l'autorégulation reins et la peau, les récepteurs β2 dans les muscles squelettiques alors que les vaisseaux du tractus a) Effets myogènes (dépendant de la mus- digestif et du cœur possèdent autant de récepteurs α culature des vaisseaux) : un élargissement des que de récepteurs β. Dans la peau (et les reins?) seule vaisseaux sous l'effet de l'augmentation de la une vasoconstriction est possible (C, à droite) tandis pression sanguine provoque une contraction de que dans les muscles, les intestins, etc., les vaisseaux la musculature vasculaire (par exemple : reins, peuvent soit se distendre, soit se contracter (C, à cerveau mais pas la peau). gauche). Les récepteurs β des muscles squelettiques sont moins sensibles aux influences nerveuses qu'à b) Effets de la carence en O2 : généralement, l'adrénaline circulant dans le sang (cf. p. 56 et suiv.). la carence en O2 provoque une vasodilatation,
- 182. 178 Cœur et Circulation catécholamines sécrétées par les surrénales. La coordination nerveuse de la perfusion L'adrénaline est vasodilatatrice à faible concentration des organes se fait principalement par deux (récepteurs β2) et constrictrice à forte concentration (récepteurs α, cf. voir aussi p. 58). La noradrénaline voies : a) par coactivation d'origine centrale : n'agissant que par les récepteurs α est exclusivement lors d'une activation d'un groupe musculaire, le vasoconstrictrice (C). cerveau envoie aussi des impulsions aux Le contrôle central de la circulation siège dans centres régulateurs de la circulation (D) ; ou le SNC, dans le bulbe et dans le pont (cf. p. 272). C'est b) par voie réflexe à partir des organes dont là qu'aboutissent les voies qui viennent des l'activité et le métabolisme se sont modifiés. récepteurs du système à haute pression [récepteurs Lorsque des influences locales et nerveuses sensibles à l'étirement ou à la pression dans l'aorte et sont en conflit, par exemple la stimulation les carotides, RD en D). les voies qui viennent des récepteurs du système à basse pression sympathique durant le travail musculaire, les in- (récepteurs sensibles a l'étirement dans la veine cave fluences métaboliques prédominent. et dans les oreillettes ; RA + RB en D) et les voies qui La perfusion du cerveau et du muscle viennent des récepteurs du ventricule gauche (RV). cardiaque dépend presque exclusivement des Ces récepteurs évaluent la pression artérielle, la fréquence cardiaque (RD et RV) et la pression de facteurs locaux métaboliques, alors que la remplissage du système à basse pression (par là perfusion de la peau est essentiellement sous même le volume sanguin) : récepteurs A (RA) lors de le contrôle du système nerveux central, et ceci la contraction auriculaire et récepteurs B (RB) lors du principalement à des fins thermorégulatrices (cf. remplissage passif (D). Aux perturbations de ces p. 194). grandeurs, les zones concernées du SNC (centre circulatoire) répondent par l'envoi d'impulsions vers le Lorsque la température est très basse, la cœur et les vaisseaux (E). vasoconstriction d'origine thermique au niveau Dans le « centre circulatoire », se trouve, en position de la peau, est périodiquement levée (réaction latérale, une « zone pressogène » (D), dont les de Lewis), pour éviter des lésions tissulaires. neurones envoient continuellement des impulsions au On pense que les effets directs de la cœur et aux vaisseaux par le système sympathique ; température sur les vaisseaux sanguins aussi celui-ci exerce donc une action stimulante sur le cœur bien que le réflexe d'axone jouent un rôle (fréquence et force de contraction) et une action important dans ce mécanisme, par exemple une vasoconstrictrice (tonus de repos; C). « Les zones impulsion afférente venant de la peau retourne pressogènes » sont en étroites liaisons avec le champ des neurones dépresseurs situés au milieu du « centre à la périphérie par des fibres nerveuses circulatoire » (D) ; les deux « zones » (pressogène et efférentes. L'érythrodermie due au grattage dépressogène) sont aussi reliées aux noyaux du nerf (dermographisme) est provoquée par un vague, dont l'excitation conduit à une diminution de mécanisme analogue. En plus, lors d'un déficit fréquence et à un allongement du temps de conduction du volume sanguin, la peau fait office de dans le cœur (D). réservoir de sang (pâleur cutanée due à la Les impulsions afférentes des circuits réflexes de mobilisation du sang hors de la peau ; cf. p. l'homéostasie circulatoire passent par des voies qui 186). vont des barorécepteurs de l'aorte et des carotides vers les centres nerveux (E) ; ces impulsions main- Les récepteurs α et β des veines (vaisseaux tiennent en premier lieu la pression artérielle à un capacitifs) contrôlent le volume et par là-même niveau fixe (régulation de la pression artérielle). Une le débit de retour de sang au cœur (cf. p. 184). hyperpression aigue augmente la fréquence de décharge dans ces neurones et active le champ Il existe une voie nerveuse vasodilatatrice particulière dépresseur où naît la réponse réflexe (dépressive) : a) aux mammifères qui contrôle les anastomoses AV au par le nerf vague, elle diminue la vigueur du cœur et b) niveau des muscles squelettiques ; elle suit le trajet par une inhibition de l'innervation vasculaire des faisceaux sympathiques en périphérie, mais est sympathique s'installe une vasodilatation, qui entraîne cholinergique dans sa portion postganglionnaire (cf. p. en conséquence une diminution des résistances 53). La perfusion augmente grâce à cette voie juste au périphériques. Ces deux effets conduisent à une chute moment de la mise en jeu des muscles de la pression qui était anormalement élevée au départ squelettiques (réaction de préparation ou de (E. schéma de droite). Inversement, une chute de démarrage). Cette voie est actuellement incertaine pression sanguine active le système pressogène, ce chez l'homme. Une dilatation vasculaire contrôlée par qui entraîne une augmentation du débit et une le système parasympathique a lieu au niveau des augmentation de la résistance périphérique, de telle organes génitaux (érection), dans certains vaisseaux sorte que la pression se rétablisse. C'est grâce aux de l'arachnoïde et dans les glandes salivaires et propriétés des récepteurs sensibles aux différences de sudorales (de manière indirecte par la kinine). pression (cf. p. 276) que peut s'effectuer 3. Un contrôle humoro-hormonal du diamètre l'autorégulation de la pression sanguine ; vasculaire se fait par l'intermédiaire des
- 184. 180 Cœur et Circulation cette autorégulation concerne les variations (hypertension de « résistance » ou hypertension brutales ou aiguës de pression qui se mécanique). Comme les différents types d'hypertension provoquent des lésions des produisent par exemple lors des changements posturaux (passage de la position couchée à la parois artérielles dont les résistances position debout) du fait des nouvelles augmentent, l'hypertension de type (a) se transforme dans le temps en hypertension de répartitions du sang. Le retour veineux modifié par ces processus conduirait à des oscillations type (b) ; il s'établit donc, quelle que soit importantes de la pression artérielle si ces l'origine de l'hypertension, un cercle vicieux. réflexes d'homéostasie circulatoire n'avaient Le CEC devient plus important si l'entrée de pas lieu (réaction orthostatique . cf. p. 184). De NaCI (et d'eau) est augmentée. Pour restaurer même, une augmentation de PO2, ou une chute la balance hydrosodée, un rein normal excrète de PCO2 dans le sang conduisent à une réaction davantage de Na+ et d'eau, si bien que la pressogène, c'est-à-dire à une augmentation de pression artérielle n'est que légèrement la pression artérielle indispensable dans ce cas augmentée par la suite. Ainsi, l'habitude assez (il faut noter que les centres circulatoire et répandue d'avoir une alimentation trop riche en respiratoire sont étroitement liés). NaCI est tenue pour responsable des formes Cependant, si la pression sanguine est élevée les plus communes d'hypertension appelée de manière chronique (hypertension artérielle essentielle ou hypertension primaire (mis à = HTA), cette pression excessive est soumise, part les formes d'hypertension liées à une par le réflexe circulatoire, à une stabilisation, ce vasoconstriction d'origine inconnue ou liées à qui empêche les hypotenseurs d'agir sur l'HTA d'autres facteurs). L'augmentation de l'excrétion chronique ; ils contribuent plutôt à la stabiliser. de NaCI par diminution de la libération d'aldostérone (cf. p. 141, A3) est difficilement Une augmentation transitoire du retour veineux réalisable dans ce cas puisque la concentration (par exemple lors d'une perfusion intraveineuse) conduit à une stimulation de l'action cardiaque plasmatique de l'hormone est déjà pratiquement (E, schéma de gauche). La signification physio- nulle lors d'un apport normal en NaCI. logique de cette action réflexe, appelée réflexe Une hypertension de « volume » se produit de Bainbridge, n'est pas évidente. Ce réflexe également si, consécutivement à une insuffi- complète sans doute le mécanisme de Frank- sance rénale par ex., un apport relativement Starling (cf. p. 182 et suiv.). faible de NaCI ne peut plus être équilibré ou si une tumeur surrénale produit de manière in- contrôlée une trop grande quantité d'aldosté- Hypertension rone, amenant ainsi une rétention de Na+. Parmi les causes connues d'hypertension arté- L'hypertension caractérise une élévation rielle liée aux résistances périphériques, on peut chronique de la pression sanguine artérielle citer par ex. le phéochromocytome, tumeur systémique. Le critère décisif est, en règle produisant des catécholamines. générale, l'obtention d'une pression diastoli-que supérieure à 12 kPa (90 mmHg) pour des Si le débit sanguin rénal est diminué dans le mesures répétées effectuées au repos par la rein (suite à une sténose de l'artère rénale par méthode de Riva-Rocci (cf. p. 160). Le non- ex.) ou dans les deux (suite à une sténose de traitement ou un traitement inadéquat de l'isthme aortique), la libération de rénine est l'hypertension ne provoque pas seulement une accrue dans le(s) rein(s) touché(s). Ceci amène surcharge et un dommage permanent du une plus grande production d'angiotensine II (cf. ventricule gauche, mais également une p. 152) et donc une hypertension de athérosclérose et ses conséquences (infarctus «résistance». L'angiotensine II augmente du myocarde, attaque. lésion rénale, etc.), tout également la libération d'aldostérone, ce qui ceci aboutissant à une diminution de la durée provoque une rétention de Na+ (cf. p. 150) et de vie d'une part importante de la population. consécutivement, par accumulation hydrique, une hypertension de « volume ». Quand la L'hypertension peut avoir pour cause : sténose d'une artère rénale n'est pas traitée, a) une augmentation du volume du compar- l'hypertension rénale provoque également des timent extracellulaire (CEC) et une augmen- lésions au niveau des vaisseaux du rein sain, tation consécutive du débit cardiaque aggravant par là même l'hypertension. (hypertension de « volume ») ou, b) une augmentation des résistances périphériques
- 186. 182 Cœur et Circulation Relations pression-volume combinaisons de variations concomitantes de pression et de volume (contraction auxo-tonique). Le graphe MA ventriculaires est la ligne qui relie le point isovolumétrique (A2, point La relation tension-longueur d’un muscle (cf. p. T) et le maximum isotonique (A2, point M) 40 et suiv.) peut se transposer au niveau du correspondant à un remplissage donné. Les variations cœur et être décrite sous la forme d'une relation de volume de remplissage (Al) comme celles de contractilité déplacent la courbe MA (cf. p. 184). volume ventriculaire (qui exprime la longueur du muscle) - pression intra-ventriculaire (qui Boucle pression/volume. Si l'on traite les valeurs de exprime la tension du muscle). Si l'on reporte pression et de volume d'un cycle cardiaque effectif à la les variations du volume et de la pression manière d'un diagramme de travail établi en fonction de la pression et du volume, on obtient pour le durant tout un cycle cardiaque sur un ventricule gauche le cycle suivant (A2 et cf. p. 162 et diagramme pression/volume, on obtient le suiv.) : le volume en fin de diastole est de 130 ml (VTD ; diagramme du travail du cœur (Frank, 1895) A2 point A). Durant la phase de contraction, la (A2, points A-D-S-V-A pour le ventricule pression ventriculaire augmente de manière gauche). isovolumétrique (toutes les valvules sont fermées) jusqu'à ce que la pression ventriculaire atteigne la Pour construire le diagramme du travail valeur de la pression aortique (ici 10.7 kPa. soit cardiaque, il faut connaître les courbes pres- 80mmHg; A2, point D). Pendant la phase d'éjection, la sion/volume suivantes : pression continue à croître du moins au début, alors que le volume ventriculaire décroît d'un volume a) La courbe de « longueur de repos » équivalent au volume d'éjection (/ES). Lorsque la indique les pressions qui se forment passive- pression maximale est atteinte (pression systolique ; ment (en l'absence de contraction musculaire) A2. point S), le volume ne change presque plus, mais pour divers volumes de remplissage du ventri- la pression chute jusqu'à devenir inférieure à la cule (A1 et A2. courbe bleue). pression aortique (A2, point K). Durant la phase de relaxation, la pression chute (volume constant) jusqu'à b) La courbe des maxima isovolumétriques 0 (A2, point V). Il ne reste dans le ventricule que le « (A1 et A2, courbe verte) est obtenue volume résiduel » (volume télésystolique. VTS ; dans expérimentalement puisque la variation de pres- l'exemple = 60ml). Durant la phase de remplissage, la sion ventriculaire maximale se produit en situa- pression ventriculaire monte à nouveau peu à peu (selon la courbe d'étirement de repos). tion isovolumique, c'est-à-dire en l'absence d'éjection cardiaque. Elle dépend du volume de L'adaptation du cœur aux modifications de remplissage ventriculaire (précharge) et de pression remplissage (Al, flèches verticales). Cette aortique (postcharge) est assurée de manière courbe s'élève si la contractilité est accrue (cf. automatique par les variations de tension de repos p. 185. C3). (longueur des fibres myocardiques) : mécanisme de c) La courbe des maxima isotoniques (A1 et Frank-Starling (cf. p. 184). A2, courbe violette) : l'éjection est contrôlée Étant donné que le travail (N.m) est le produit d'une 2 3 pression (N.m- ) par un volume (m ), la surface (expérimentalement) de manière à ce que la comprise dans le tracé représente la relation pression soit constante durant la diminution de pression/volume du cycle cardiaque (A2. points A-D-S- volume ventriculaire (isotonie; A1, flèches V-A) et exprime le travail de la fonction cardiaque horizontales). Elle dépend aussi du volume de (travail = P • V). C'est le travail fourni par le ventricule remplissage. gauche (A2) durant la systole. La surface comprise sous la courbe d'étirement de repos (A2) exprime le d) La courbe de maximum auxotonique (courbe travail de remplissage diastolique. MA) pour chaque volume de remplissage (A1, et A2, courbe brune). La systole (cf. p. 162) comprend une Il faut ajouter au travail systolique (P • V) de chacun phase de contraction isovolumétrique (A2. A-D), qui des ventricules (environ 1,1 J au repos) environ 20% est suivie d'une phase d'éjection auxotonique (le (soit 0,22 J) qui représentent le travail de 'onde de volume ventriculaire décroît mais la pression continue pression (dilatation des parois des vaisseaux). La de s'élever ; A2, D-S). L'addition de ces deux types de quantité de travail absorbée par l'accélération du sang contractions (A2. A-D-S) porte le nom de contraction (inertie) est négligeable au repos (1 % du travail P • V) auxotonique (cf. p. 40). Pour un certain volume de mais augmente lorsque la fréquence cardiaque est remplissage (A2. A) son maximum change (A2, S), élevée. celui-ci dépendant de la pression aortique La puissance totale développée au repos par le cœur télédiastolique (A2, D), mais tous ces maxima sont est d'environ 1,5 W. situés sur la courbe MA. La courbe MA comporte les valeurs pression/volume qui résultent de toutes les
- 188. 184 Cœur et Circulation Adaptation du cœur aux modifications du Les veines remplissage Le sang venant des capillaires se rassemble dans les Tandis que l'adaptation de l'activité cardiaque aux veines et est ramené vers le cœur, Les forces de besoins d'oxygène de l'organisme est sous contrôle propulsion du flux veineux sont les suivantes : extrinsèque (nerfs cardiaques ; cf. p. 164 et suiv., p. 178 et suiv.), l'adaptation du volume d'éjection aux a) le résidu de pression artérielle maintenu au-delà du modifications de remplissage (liées à la position du réseau capillaire (vis a tergo, soit 15mmHg = 2 kPa), corps, à la respiration) et de la pression aortique est un b) l’effet de succion dû à l’abaissement du plancher mécanisme autonome intrinsèque et dépend de des valvules au moment de la contraction cardiaque, l'étirement télédiastolique des fibres ventriculaires (cf. p. 41 et suiv.) : c'est la loi du cœur ou mécanisme de c) la pression exercée sur les parois des veines lors de Frank-Starling. la contraction des muscles squelettiques (« pompe musculaire ») ; tout mouvement du sang à contre- Lorsque le remplissage (précharge) augmente (C1), la courant est empêché par la présence de valvules dans phase de mise en tension représentée sur la courbe de les veines. tension de repos (longueur au repos) est déplacée vers la droite (C1. point A1). De ce fait, le volume d) durant l'inspiration se produisent simultanément une d'éjection systolique (et le travail du cœur) augmente, hyperpression dans l'abdomen et une dépression dans et le volume télédiastolique (VTS) augmente lui aussi la cage thoracique (pression intrapleurale ; cf. p. 80), légèrement. ce qui conduit à une dilatation veineuse dans le thorax et à une aspiration du sang (cf. p. 160). Lorsque la pression aortique (postcharge) augmente (C2), les valvules sigmoïdes aorti- Lors d'un changement de position, de la position ques s'ouvrent pour une pression ventri-culaire couchée à la position debout par exemple (orthostatisme), les vaisseaux des jambes se plus élevée (C2, point D'). Pendant la phase surchargent sous l'effet de la colonne de sang, c'est-à- transitoire d'adaptation, le volume d'éjection est dire sous l'effet de la pression hydrostatique. Cela moindre (VESh). Il s'ensuit que le VTS augmente entraîne une dilatation veineuse grâce à l'extensibilité pour atteindre VTSh (C2). Le remplissage des veines, laquelle est bien supérieure à celle des diastolique suivant déplace alors le début de la artères, et une rétention d'environ 0,4 l de sang. Cette phase de mise en tension vers la droite (C2, quantité de sang est en quelque sorte retirée du point A2). Le volume d'éjection systolique se volume sanguin directement utile à la circulation («volume de sang central»). Il en résulte une baisse du normalise alors (VES2) malgré l'augmentation de retour veineux au cœur gauche, et une chute du la pression aortique (D2). Le VTS est alors volume d'éjection systolique et par là-même du débit relativement augmenté (VTS2). cardiaque. Pour éviter une trop forte chute de pression Le mécanisme de Frank-Starling a pour but sanguine consécutive à ce changement de position principalement d’égaliser simultanément les volumes (c'est-à-dire pour éviter un collapsus orthostatique), la d'éjection systolique des deux ventricules afin d'éviter, résistance périphérique et la fréquence cardiaque dans la circulation pulmonaire, toute stase (œdème augmentent de manière réflexe (réflexe orthostatique). pulmonaire) ou pompage inutile, lesquels auraient une La rétention de sang dans les jambes est plus suite fatale. importante lors de la simple station debout que lors de la marche (pompe musculaire ; voir ci-dessus). La contractilité du muscle cardiaque peut être Inversement, lors de la station debout, il se produit une augmentée de manière extrinsèque (effet inotrope baisse de pression dans les veines céphaliques. positif; cf. p. 166). L'un de ces effets est de déplacer Cependant le « point indifférent » de la pression le maximum de la contraction isovolumétrique (C3). Le veineuse ne se modifie pas en dessous du diaphragme cœur peut alors travailler contre une pression plus lors des changements de position. élevée (C3, point D3), et/ou aux dépens du VTS augmenter le VES (VES4) sans modification de pression. La pression veineuse centrale (pression dans l'oreillette droite, normalement de 0 à 12cm H2O = Pendant un étirement passif au repos, seule la force 0-1,2 kPa) dépend surtout du volume de sang. Sa (ou tension) du muscle cardiaque est modifiée (B1) ; la mesure est utile pour surveiller, en clinique, les vitesse de raccourcissement, quant à elle, varie par variations de volume sanguin (par exemple lors des action inotrope positive de la noradrénaline ou par perfusions). Une augmentation de la pression veineuse augmentation de la fréquence cardiaque (B2, change- centrale (20cm H2O = 2 kPa) se produit en cas ments de fréquence ; cf. p. 166). La dérivée en d'insuffisance cardiaque, lorsque l'effet de pompage du fonction du temps de la pression ventriculaire pendant cœur est insuffisant ; ceci se rencontre en pathlogie et, la contraction isovolumétrique (dP/dt max.) est dans les conditions physiologiques, lors de la également employée en clinique pour mesurer la grossesse. contractilité.
- 190. 186 Cœur et Circulation Le choc circulatoire circulation. Une vasoconstriction des vaisseaux capacitifs (réseau veineux) augmente le remplissage On entend par choc une diminution de la cardiaque. La tachycardie concomitante compense, perfusion des organes d'importance vitale, ce du moins en partie, la diminution du débit résultant de la baisse du volume d'éjection. Les catécholamines qui a pour conséquence une hypoxie ou une libérées par les surrénales (cf. p. 58) complètent le anoxie aiguë (cf. p. 102) et une accumulation mécanisme neurogène. des métabolites (CO2, acide lactique). Dans un sens plus large, on peut aussi inclure dans les Rétablissement du volume sanguin chocs les perturbations dans l'alimentation et La chute de pression artérielle et la diminution l'utilisation d'O2 sans diminution de la perfusion artériolaire abaissent la pression de filtration au niveau (du moins au départ du phénomène) par capillaire (cf. p. 158) ; de cette manière, le liquide exemple le choc septique d'origine bactérienne. interstitiel est drainé vers le circuit sanguin. En dehors Le dénominateur commun du choc est de cela, l'hypovolémie et l'hypotension déclenchent la principalement une diminution du débit mise en jeu du système rénine-angiotensine- cardiaque ayant pour origine : 1) une aldostérone (cf. p. 152). Ce mécanisme entraîne la soif et diminue la perte de sel au niveau du rein et par défaillance cardiaque (choc cardiogène), là-même celle de l'eau. L'abaissement de la pression ou 2) une restriction du retour veineux dont les auriculaire provoque une libération d'ADH (réflexe de causes peuvent être : a) une diminution du Henry et Gauer ; cf. p. 140), ce qui conduit aussi à une volume sanguin (choc hypovolémique) économie d'eau. Plus tard, sous l'effet de la sécrétion conséquence d'une hémorragie (choc hé- d'érythropoîétine, les érythrocytes perdus seront morragique) ou d'une autre perte de liquide remplacés (cf. p. 60 et suiv.) et les protéines plasmatiques seront synthétisées par le foie, à un (par exemple lors de brûlures, de vomissements rythme accru. abondants, de diarrhées persistantes), b) une dilatation vasculaire périphérique avec un Au sens strict, on entend par choc une stockage du sang en périphérie. Ce mécanisme situation telle que l'organisme ne puisse plus est mis en jeu lors du choc anaphylactique (cf. assurer l'homéostasie, sans intervention exté- p. 72) dans lequel des substances vasoactives rieure (perfusion). Dans ce cas, se constituent comme l'histamine sont libérées et constituent des mécanismes auto-entretenus qui aggravent le facteur primordial. Le choc cardiogénique ou le choc, jusqu'à un point tel que la situation hypovolémique s'accompagne d'une chute de échappe même à la thérapeutique (on parle de pression artérielle (pouls filant), d'une choc irréversible ou de choc réfractaire). Les augmentation de la fréquence cardiaque, d'une mécanismes suivants sont impliqués dans ce pâleur (non observée dans le cas de choc phénomène : consécutif à une vasodilatation), d'oligurie 1 ) Volume ↓ à vasoconstriction périphérique à (diminution du débit urinaire) et de soif. perturbations métaboliques en périphérie à La plupart de ces symptômes sont l'expression dilatation des vaisseaux capacitifs à stockage des moyens d'action des systèmes de sang à volume ↓↓. régulateurs de l'organisme contre le choc 2) Vasoconstriction périphérique et diminution naissant (A). Deux groupes de moyens de pression sanguine à vitesse circulatoire ↓ d'action se complètent mutuellement pour cela à viscosité ↑à résistance↑ à débit sanguin ↓↓. : des moyens rapides et d'autres plus lents ; /es premiers visent à augmenter la pression 3) Pression artérielle ↓ à anoxie et acidose à artérielle et les seconds font face à souffrance myocardique à force du cœur ↓ à l'hypovolémie. pression artérielle ↓↓, etc. 4) Chute d'O2 (anoxie) à souffrance des Rétablissement de la pression sanguine vaisseaux à dilatation artériolaire à pertes La chute de pression artérielle diminue l'activité des volémiques vers le milieu interstitiel. barorécepteurs artériels (cf. p. 176 et suiv.) ce qui 5) Pression artérielle ↓ à souffrance stimule les aires pressogènes du SNC et conduit à une élévation du tonus sympathique. Le débit cardiaque est métabolique périphérique à dommages alors dérivé de manière prioritaire vers les organes vasculaires à coagulation à obstruction vitaux (artères coronaires, cerveau) par vasculaire et coagulopathie de consommation vasoconstriction artérielle cutanée (la peau pâlit car (cf. p. 76) à hémorragies diffuses à volume ↓↓ elle est moins perfusée, sauf en cas de choc par etc. vasodilatation), digestive (tractus digestif) et rénale (oligurie) : il s'établit une « centralisation » de la
- 192. 188 Cœur et Circulation plus élevée que pour de petites pressions et des Débit et métabolisme myocardique volumes d'éjection importants, bien que le travail soit Le muscle cardiaque est perfusé, à partir de identique dans ces deux situations (cf. p. 182). Cela l'aorte, par les artères coronaires (vaisseaux signifie que la performance cardiaque (degré d'action du cœur) droite (1/7 du débit sanguin coro- du cœur) qui est dans ce dernier cas de 0.3 (30%), chute en réalité à 0,15 (15%) lorsque la pression naire) et gauche (6/7 du débit sanguin coro- systolique augmente. Lors d'une mauvaise perfusion naire). Le retour veineux vers l'oreillette droite coronaire (insuffisance coronaire), l'apport d'O2 est est assuré, pour environ 2/3 par le sinus diminué, et la situation empire notamment lorsque la coronaire et pour le 1/3 restant par les petites pression ventriculaire doit augmenter (par exemple lors veines du cœur (A). de l'augmentation des résistances périphériques). D'autre part, on observe chez ces patients une chute Le débit coronaire (Qcor) est d'environ 250 de la pression sanguine (par exemple le matin) qui ml/min au repos pour un cœur normal pesant diminue encore Qcor. Une diminution de la PO2, dans 300 g et peut tripler (ou quadrupler) lors d'un l'air, et par conséquent une modification de la DAVO2 exercice intense (A). Qcor dépend : (lors d'une ascension en montagne ou d'un voyage en 1) de la différence de pression entre l'aorte et avion), peut entraîner chez l'insuffisant coronarien une l'oreillette droite, 2) du diamètre des vaisseaux hypoxie ou une anoxie (cf. p. 102) du muscle cardiaque (par exemple une crise d'angine de coronaires, lequel est sous la dépendance a) de la poitrine ou un infarctus du myocarde). Une hypoxie pression transmurale (Pt, maximale au cours de la montée en pression pendant la systole; cf. p. 163) et b) myocardique peut être atténuée par une diminution de du tonus de la musculature vasculaire lisse des la résistance périphérique totale, donc de la pression vaisseaux coronaires. artérielle (effet de la trinitrine) ou par une action directe sur le travail du cœur (β bloquants; cf. p. 59). La pression transmurale des vaisseaux est la différence entre la pression interne (Pi = pression Le myocarde consomme du glucose, des acides gras sanguine) et la pression du milieu environnant (Ps ). libres et du lactate selon les disponibilités. Ces trois Plus spécialement dans les zones subendocardiques substrats, répartis en fonction de leur contribution des artères coronaires, la Ps est si élevée durant la dans la consommation en O2 (« coefficient systole, consécutivement à la contraction cardiaque, d'extraction d'O2 »), prennent part chacun pour que Pt s'abaisse de manière appréciable (ventricule 1/3 à la consommation de repos. Lors de droit), ou devient < 0. De ce fait le débit sanguin l'exercice physique, le lactate, produit en coronaire est, en pratique, uniquement diastolique (cf. p. 163, A8). quantité par les muscles squelettiques (A; cf. p. 46, p. 247), prend une part significativement plus Le contrôle du débit coronaire dépend importante dans la fourniture d'énergie au muscle essentiellement du métabolisme local (cf. p. 176 et cardiaque. En cas de déficience en O 2, l'ATP est suiv.). Le sang veineux du sinus coronaire a, au repos, également produit par le métabolisme anaérobie (dans une concentration fractionnelle en O2 d'environ 0,06 ce cas, il y a formation de lactate dans le myocarde). ml/ml de sang (soit 6 ml/100 ml de sang). C'est La réserve énergétique constituée par le glycogène pourquoi, lorsque le contenu en O2 du sang artériel est peut servir à un catabolisme anaérobie (en situation de 0,20 (soit 20 ml/100 ml de sang ; cf. p. 100), la d'anoxie) mais ne suffit à assurer l'approvisionnement différence artérioveineuse coronaire au repos énergétique du cœur que pendant 8 minutes {en (DAVo2) est de 0.14; elle peut lors de l'exercice fonctionnement normal}. Au-delà de 30 minutes atteindre 0.16 (A). Compte tenu du débit et de la d'anoxie, le cœur ne peut plus récupérer (s'il est à différence artérioveineuse coronaire, cela signifie que 37 °C). Si l'on maintient le cœur à 10 °C, ce temps la consommation d'O2 (Vo2) du cœur varie de 30 (au double, car la consommation énergétique chute repos) à 90 ml/min ou plus. (refroidissement des organes lors des L'augmentation de la consommation d'oxygène transplantations). myocardique est ainsi assurée par une augmentation du débit coronaire. Celle-ci est obtenue avant tout Mesure du débit grâce à des facteurs chimiques locaux tels le manque oxygène, la libération d'adénosine, de K+, Les méthodes de mesure des débits sanguins sont : bien qu'il semble que des facteurs endothéliaux et la stimulation des nerfs du système végétatif contribuent 1) la pléthysmographie (B), qui mesure le débit à la vasodilatation. sanguin artériel en déterminant l'augmentation de La consommation d'oxygène (Vo2) du myocarde poids ou de volume d'un organe placé sous garrot augmente, d'une part, proportionnellement à la vitesse veineux ; 2) la mesure du flux par application du principe de l'induction électrique (C) : plus le sang de raccourcissement maximale (V max) des fibres se déplace vite (le sang est le conducteur électrique) myocardiques (cf. p. 42 et suiv.), d'autre part, en entre les pôles d'un aimant, plus la tension électrique fonction du produit longueur de repos des fibres par induite est élevée ; et 3) la mesure basée sur les durée de la systole (index tension-durée). Pour de indicateurs gazeux (D) : un gaz indicateur (par ex. petits volumes d'éjection systolique et des pressions l’argon) est inhalé durant 10 minutes. sanguines élevées (tension myocardique ↑) la Vo2 est
- 194. 190 Cœur et Circulation poumon que partiellement, un tiers du volume Des prises de sang répétées permettent de d'éjection (en raison de la haute résistance du circuit déterminer le décours temporel de la concentra- pulmonaire, les poumons n'étant pas encore déplissés) tion sanguine dans une artère (Ca) et dans une ; les deux tiers restant traversent la communication veine (Cv ; on détermine une valeur moyenne entre l'artère pulmonaire et l'aorte (ductus arteriosus dans le temps et une différence artérioveineuse ou canal artériel) du fait de la faible résistance (DAVindic ; D). Compte tenu des résultats, de la périphérique (placenta). En effet, la pression dans l'aorte est faible puisqu'elle n'atteint que 8.7 kPa (65 concentration pondérée (Ce), du gaz (Ca = Cv = mmHg) en fin de grossesse. Le sang partiellement Ctissu) et du temps nécessaire pour atteindre la artérialisé du ventricule gauche irrigue surtout les situation d'équilibre, on peut calculer un débit de artères céphaliques (le cerveau est très sensible à un perfusion (Q) d'un tissu (cerveau ou myocarde manque d'oxygène) et la partie supérieure du corps par exemple). (A). Ce n'est que dans la portion descendante de La circulation chez le fœtus l'aorte que le sang veineux venu par le ductus arteriosus se mélange avec le reste du sang veineux. Le placenta maternel remplit plusieurs La partie inférieure du corps ne dispose, de ce fait, que d'un sang relativement pauvre en 0, (saturation = 60%; fonctions à l'égard du fœtus ; il sert : A). La plus grande partie de ce sang retourne vers le 1) « d'intestin » (fourniture de nutriments, placenta par l'artère ombilicale où il se recharge en réalisée par transfert actif), 2) de « rein » O2 (épuration des catabolites), et enfin 3) de « Lors de la naissance, l'alimentation et l'épuration par poumon » pour la fourniture d'O2 et le placenta cessent brusquement. La Pco2 du sang l'épuration en CO2. Malgré la déviation vers la augmente de ce fait, ce qui stimule fortement les droite de la courbe de dissociation de centres respiratoires (par le biais des chémorécepteurs l'hémoglobine pour l’O2 par rapport à celle de ; cf. p. 104). Le mouvement inspiratoire ainsi provoqué crée une dépression dans le thorax, ce qui l'adulte (cf. p. 101. C), la saturation de entraîne, d'une part, une aspiration du sang contenu l'oxyhémoglobine n'atteint que 80 % dans le dans le placenta et dans la veine ombilicale placenta. («tansfusion placentaire») et, d'autre part, un déplisse- Le sang est réparti dans le fœtus en fonction ment des poumons. des besoins particuliers de chaque organe : Le déplissement des poumons fait chuter la résistance vasculaire de la circulation pulmonaire alors que la des organes non encore fonctionnels ou peu résistance de la grande circulation augmente, du fait fonctionnels, comme les poumons, sont prati- de « l'auto-amputation » du territoire placentaire au quement exclus. Le débit cardiaque et de 0,25 niveau de l'artère placentaire. Une modification du flux l/min/kg de poids corporel, la fréquence de 130 sanguin dans le ductus arteriosus se produit alors. La à 160/min. Environ 50 % du sang venant du circulation pulmonaire reçoit encore pendant quelques cœur fœtal vont vers le placenta, le reste jours du sang de l'aorte. Le remplissage de l'oreillette alimente le corps (35 %) et les poumons (15%) droite est réduit par suppression du sang en provenance du placenta, tandis que celui de l'oreillette du fœtus. Le cœur gauche et le cœur droit sont gauche s'accroît (car la perfusion des poumons aug- pratiquement branchés en parallèle , un mente). La chute de pression qui s'établit entre montage en série comme chez l'adulte n'est pas l'oreillette gauche et la droite provoque la fermeture du nécessaire à ce stade. foramen ovale. Avec la croissance, le foramen ovale se ferme complètement, de même que le ductus Trajet du sang fœtal (A) : Après s'être artérialisé arteriosus et le ductus veinosus (canal d'Arantius). Par dans le placenta (saturation 80%), le sang ces modifications néonatales, les circulations retourne vers le fœtus par la veine ombilicale ; pulmonaire et systémique sont alors placées en série. il aboutit ensuite par le « ductus veinosus » (canal Si le foramen ovale ou le ductus arteriosus restent d'Arantius) au foie. A l'abouchement dans la veine perméables (20 % des malformations cardiaques cave inférieure, ce sang se mêle au sang veineux congénitales), il se produit un court circuit (shunt) qui venant de la partie inférieure du corps. Conduit par des surcharge le cœur. L'ouverture du foramen ovale crée replis spéciaux de la veine cave, ce sang mélangé un circuit : arrive dans l'oreillette droite puis passe directement oreillette gauche à oreillette droite à ventricule droit dans l'oreillette gauche au travers d'un orifice de la (surcharge du cœur droit) à poumon à oreillette paroi interauriculaire (foramen ovale), puis dans le gauche ; l’ouverture du ductus arteriosus permet le ventricule gauche. Dans l'oreillette droite existe un circuit suivant : aorte à artère pulmonaire à poumons autre carrefour (avec seulement un mélange partiel du (surcharge en pression) à cœur gauche (surcharge en sang) avec le sang veineux drainé par la veine cave volume) à aorte. supérieure (sang venant de la tête) lequel s'écoule vers le ventricule droit. Ce sang n'aboutit dans le
- 196. 192 Équilibre thermique et Thermorégulation Bilan des échanges thermiques température de l'émetteur. Ceci est valable, d'une part pour la surface cutanée, d'autre part L'homme est un homéotherme (température pour tous les êtres et objets de l'environnement. régulée) ; sa température reste constante même Si un objet de l'environnement est plus chaud si la température ambiante varie. Cette que la peau, le corps en recevra de la chaleur définition n'est valable que pour les parties par radiation ; s'il est plus froid (ou s'il n'y a pas profondes du corps (température du noyau ≈ d'émetteur : ciel nocturne), la peau peut perdre 37 °C). Les membres et la peau sont de la chaleur radiante dans cette direction. pratiquement poïkilothermes (température La radiation n'a pas besoin de support matériel variable, cf. p. 194. A). Le maintien de la pour le transport de la chaleur ; elle est peu température constante du noyau n'est possible influencée par la température de l'air qui est un que lorsqu'il existe un équilibre entre les mauvais émetteur. Ainsi, malgré la présence quantités de chaleur produite et reçue et la d'air chaud dans une pièce, la chaleur peut être quantité de chaleur perdue : c'est la transmise à une paroi froide ; inversement, on thermorégulation (cf. p. 194). peut recevoir la chaleur radiante émise par le La production de chaleur (Al) dépend des soleil (malgré le vide sidéral), ou par une lampe échanges d'énergie (cf. p. 196). Au repos, la infrarouge (malgré l'air froid). thermogenèse est due pour plus de la moitié 2. Conduction de chaleur de la peau à 'air aux organes internes, et pour presque un ambiant. L'air doit être plus froid que la peau, cinquième à la musculature et à la peau (A2. en c'est-à-dire qu'un gradient thermique est néces- haut). L'activité physique augmente la saire. Ce type de déperdition de chaleur est production de chaleur dans une proportion telle fortement accéléré par le déplacement de la que la part de la musculature augmente, tant en couche d'air réchauffée par la peau (par le vent valeur absolue qu'en valeur relative, atteignant par exemple) (convection; B2, C). 90 % de la production de chaleur totale (A2. en bas). 3. Lorsque la température ambiante est élevée et l'activité physique intense, les mécanismes Le maintien de la chaleur corporelle peut de radiation et de conduction ne sont plus assez nécessiter une production de chaleur supplé- efficaces : dans ces conditions, la chaleur doit mentaire par mouvements du corps, par frisson être perdue par évaporation d'eau (B3, C). Aux thermique et (chez le nouveau-né) par températures ambiantes supérieures à 36 °C thermogenèse sans frisson (cf. p. 194). Ce type (C), seule l'évaporation peut assurer la déperdi- de « défense contre le froid » ne peut se tion de chaleur. Aux températures ambiantes produire que si la production d'hormone encore plus élevées, l'organisme reçoit de la thyroïdienne est suffisante (cf. p. 250). chaleur par radiation et conduction (+ convec- La chaleur reçue (par rayonnement. tion). Pour compenser cet apport, il faut conduction, etc.) devient importante quand la augmenter en conséquence la déperdition par température ambiante dépasse la température évaporation. cutanée. Pour que la chaleur produite puisse être La chaleur produite à l'intérieur du corps est éliminée par évaporation, il faut que l'air prise en charge par le courant sanguin et ambiant soit relativement sec (déserts, sauna). transportée à la surface du corps. Ce flux A l'inverse, si l'atmosphère est trop chargée thermique interne n'est possible que pour une d'humidité (par exemple dans la forêt tropicale), température de peau inférieure à celle du les températures ambiantes supérieures à noyau. Le transport de chaleur vers la peau 33 C° sont très difficilement supportées, même dépend surtout de l'irritation sanguine de la au repos. peau (cf. p. 194). L'eau nécessaire à l'évaporation est amenée à Plusieurs mécanismes interviennent dans la la surface de la peau par un phénomène de déperdition de chaleur (flux thermique diffusion (respiration insensible) et par les externe) (B) : glandes sudoripares (B3; cf. p. 53 et 195, D). Chaque litre d'eau évaporé entraîne une 1. Radiation thermique (B1, C). La quantité de déperdition de chaleur de 2 428 kJ (580 kcal). chaleur perdue par radiation est fonction, entre autres, de la puissance quatrième de la
- 198. 194 Équilibre thermique et Thermorégulation refroidit la peau et par là même crée le gradient de Régulation de la température température nécessaire aux pertes de chaleur. La mise Le rôle de la régulation de la température en jeu de cette réaction a pour origine les récepteurs (thermorégulation) est de maintenir constante la centraux au chaud. Ceux de la peau, dans ce cas, ne peuvent rendre compte d'un réchauffement puisque température du noyau à une valeur de leur environnement est de fait devenu plus froid. consigne, en dépit des variations des quantités de chaleur reçues, produites ou perdues (cf. p. Si la température corporelle tombe en 192). Cette valeur de consigne de la dessous de la valeur de consigne, on observe non seulement une réduction de la déperdition, mais aussi température est en moyenne de 37 °C. On note une augmentation (jusqu'à 4 fois le métabolisme de des variations circadiennes d'environ ± 0,5 °C base) de la production de chaleur, essentiellement (minimum vers 3 h, maximum vers 18 h. [cf. p. par activité musculaire volontaire et par frisson (D). Le 331, A]). Cette valeur de consigne est contrôlée nouveau-né se refroidit très facilement du fait de son par une « horloge interne » (cf. p. 292). Un rapport surface/volume élevé. Mais il possède une décalage à plus long terme du point de possibilité supplémentaire de régulation par consigne s'observe durant le cycle menstruel thermogenèse sans frisson (dans le tissu adipeux brun). Si la température centrale chute, la stimulation (cf. p. 263) et, pathologiquement, lors de la adrénergique élève le métabolisme, la production de fièvre (cf. ci-dessous). chaleur augmente. Ces contre-réactions sont L'hypothalamus (cf. p. 290) est le centre de déclenchées par un environnement thermique froid au contrôle de la thermorégulation. C'est là que moyen des récepteurs cutanés au froid (cf. p. 276) avant même que la température centrale ne chute. se trouvent des récepteurs sensibles à la température (thermorécepteurs) qui La régulation physiologique de la température permet à l'organisme de maintenir sa température enregistrent la température du noyau central constante (C) pour des températures ambiantes (A). L'hypothalamus reçoit des informations comprises entre 0 et 50 °C (jusqu'à 100°C en air très complémentaires des thermorécepteurs de la sec, sauna par exemple). En dehors de la zone de peau (cf. p. 276) et de la moelle épinière. Dans température ambiante « confortable » (C), l'homme les centres thermorégulateurs de règle sa température en adaptant son comportement l'hypothalamus, la température effective du (par exemple, recherche de l'ombre, port de vêtements corps (valeur réelle) est comparée à la valeur adaptés, chauffage des habitations). En dessous de 0°C et au-dessus de 50 °C (C), seul un comportement de consigne. S'il existe une différence, approprié permet la régulation de la température. l'organisme met en œuvre plusieurs méca- La fièvre est généralement provoquée par des nismes de régulation du bilan thermique (D). substances particulières, les pyrogènes, qui agissent Dans un environnement froid par exemple, la sur le centre de la thermorégulation dans stimulation des récepteurs cutanés au froid (cf. l'hypothalamus. La thermorégulation s'effectue alors à p. 276) active la production de chaleur et un niveau plus élevé, c'est-à-dire que, lorsqu'on a de la fièvre, la valeur de consigne est décalée vers le haut. provoque une vasoconstriction cutanée avant En conséquence, le corps est trop froid au début (d'où que la température centrale ne chute. Par le frisson musculaire : fièvre avec frissons} '. lors de la opposition, la stimulation des récepteurs chute de la fièvre, la valeur de consigne redevient centraux au chaud conduit à une augmentation normale, et l'organisme est trop chaud (d'où des pertes de chaleur cutanées avant que la vasodilatation et sudation). peau ne devienne chaude ou même si la peau Les macrophages sont activés par les infections, les ne devient pas chaude du tout (refroidissement inflammations et les nécroses (cf. p. 66). Ils évaporatif de la peau !). provoquent alors la libération d'interleukine 1 (cf. p. 70) synthétisée au niveau du foie, du cerveau et d'organes Si la température centrale dépasse la valeur fabriquant les précurseurs de certaines hormones : de consigne (par ex. lors d'un exercice physique), dans c'est un pyrogène endogène (pouvant aussi agir par un premier temps le flux sanguin cutané augmente, l'intermédiaire des prostaglandines) dont l'action au et par conséquent le transfert de chaleur du noyau niveau du centre thermorégulateur hypothalamique vers la peau. Ce n'est pas seulement le volume/temps vient contrecarrer la fièvre. qui augmente, mais plus encore le transport de La température du noyau central se prend avec une chaleur/temps, ce qui diminue également les échanges précision suffisante dans le rectum (température de chaleur par contre-courant entre les artères et les rectale) ou la bouche (température orale). La prise de veines satellites (B. et cf. p. 134 et suiv.) ; enfin le température dans l'aisselle fermée (température retour veineux des veines profondes est dévié vers le axillaire) demande baucoup de temps (jusqu'à 1/2 h). réseau veineux superficiel. Dans un second temps, la production sudorale est plus importante, ce qui
- 200. 196 Nutrition et Digestion sont en effet en quantité insuffisante dans la plupart Nutrition des protéines végétales, ce qui diminue leur « valeur Une alimentation convenable doit apporter à biologique ». Un acide aminé essentiel est un acide l'organisme suffisamment d'énergie, un aminé qui ne peut être synthétisé par l'organisme minimum de protéines (avec tous les acides qu'en cas d'apport insuffisant ou nul. Chez l'homme, les acides aminés essentiels sont : l'histidine, aminés essentiels), des glucides ou hydrates de l'isoleucine, la leucine, la lysine, la méthionine, la carbone, des substances minérales (y compris phénylalanine, la thréonine, le tryptophane et la valine. des oligo-éléments), des acides gras essentiels Les besoins énergétiques restants sont couverts par et des vitamines. L'organisme doit en outre des glucides (amidon, sucre, glycogène) et des lipides disposer d'une quantité d'eau suffisante. Pour (graisses et huiles animales et végétales) qui, en tant assurer un transit intestinal normal, que substances nutritives, peuvent dans une large particulièrement au niveau du côlon, mesure se substituer l'une à l'autre : l'alimentation doit contenir des déchets la part des glucides dans l'énergie fournie par les («fibres»), c'est-à-dire les constituants non- aliments peut être ramenée à 10% (contre 60% digestibles des plantes (cellulose, lignine. etc.). normalement) sans qu'il y ait de troubles du métabolisme. D'autre part, à partir du moment où un Les besoins énergétiques quotidiens, qui apport en vitamines liposolubles (vitamines A, D, E, K) représentent l'équivalent de la ration énergétique et en acides gras essentiels (acide linoléique par nécessaire à une activité normale (1 J/s = 1 W = 86,4 exemple) est assuré, les lipides ne deviennent plus kJ/jour), dépendent d'un grand nombre de facteurs et absolument indispensables. varient considérablement même au repos (métabo- En moyenne, les lipides représentent environ 25-30% lisme de base). Il faut donc établir une définition du de l'apport énergétique alimentaire (1/3 sous forme métabolisme de base ; celui-ci est mesuré : d'acides aminés essentiels), bien que cette proportion 1) pendant la matinée, 2) à jeun. 3) au repos, en puisse s'élever en fonction des besoins énergétiques position couchée. 4) à une température corporelle (autour de 40% pour un agriculteur). Compte tenu des normale, et 5) dans une ambiance de confort conditions de travail plus faciles du monde occidental, thermique (cf. p. 194). Ses valeurs varient en fonction notre apport alimentaire est trop riche en énergie du sexe, de l'âge, du poids et de la taille corporelle ; (lipides au lieu d'hydrates de carbone). Un autre chez l'adulte, elles s'élèvent en moyenne à environ 7 facteur a prendre en compte est la consommation MJ/jour (= approximativement 80 W). L'activité d'alcool (environ 30 KJ/g). Cet apport alimentaire physique augmente les besoins énergétiques (ration excessif occasionne souvent une surcharge pondérale. énergétique d'activité) : pour un travail de bureau, il L'apport alimentaire d'un certain nombre de faut approx. 11 MJ/jour (= 127 W) ; pour une femme substances minérales est indispensable pour employée à des activités pénibles, 15 MJ/jour (= 175 l'organisme : l'apport de calcium (0,8 g/j), de fer (10 W) ; enfin pour un homme ayant une activité pénible mg/j, 15 mg/j pour les femmes) et d'iode (0,15 mg/j) (travailleur de force) environ 20 MJ/jour (= 230 W) ; est spécialement important. Un grand nombre d'autres toutes ces valeurs sont données pour un poids « oligo-éléments » (comme As, F, Cu, Si, V, Sn, Ni, corporel de 70 kg. Ces cas de figures représentent des Se, Mn, Mo, Cr, Co) sont également indispensables, moyennes sur un certain nombre d'années, mais en mais lorsque l'alimentation est normale, cet apport est une seule journée, un homme qui effectue le travail le suffisant. D'autre part, en quantité excessive, ils plus pénible qui soit peut développer jusqu'à 50 peuvent être toxiques. MJ/jour au maximum (= 600 W). Dans les compétitions Les vitamines (A, B1, B2, B9. B12. C, D2, D3, E, H, sportives (le marathon par exemple) il est possible de K1, K2, acide folique, nicotinamide, acide développer jusqu'à 1 600 W pendant 2 heures, bien pantothénique) sont des composés organiques dont que le niveau métabolique journalier soit beaucoup l'organisme a besoin pour le métabolisme plus faible. (généralement sous forme de coenzymes) et qu'il ne Les besoins énergétiques sont couverts par les peut synthétiser lui-même ou seulement en quantité protéines, les lipides et les glucides qui insuffisante. constituent les trois substances de base de Bien que les quantités généralement nécessaires l'alimentation (A, B). Les besoins en protéines, soient très faibles, lorsque l'apport est insuffisant on indispensables à l'équilibre du bilan azoté, sont au peut observer des signes de carence spécifique minimum de 0,5 g par kg de poids corporel et par jour (avitaminoses) comme l'héméralopie (vitamine A), le (apport minimum) : mais, pour une activité physique scorbut (vitamine C), le rachitisme (vitamine D), normale, cet apport doit doubler (minimum fonctionnel l'anémie pernicieuse (vitamine B12), le béribéri d'apport protéique), les protéines animales (viande, (vitamine B1) et des troubles de la coagulation poisson, lait. œufs) doivent représenter la moitié de (vitamine K). l'apport protéique afin d'assurer à l'organisme l'apport nécessaire en acides aminés essentiels. Ceux-ci
- 202. 198 Nutrition et Digestion résultant de la fonte de la glace. Métabolisme et calorimétrie Chez l'homme, la dépense énergétique peut Le métabolisme transforme l'énergie chimique être déterminée plus simplement par calori- des denrées alimentaires en chaleur et en métrie indirecte. Ici. la consommation d'O2, (VO2 travail mécanique (muscles) (cf. p. 18 et suiv.), ; cf. p. 92) permet de calculer la dépense mais une part de cette énergie est aussi utilisée d'énergie. Il faut pour cela connaître l'équivalent pour la synthèse de substances endogènes. Le calorique (EC) de la substance alimentaire « contenu énergétique des aliments, quantifiable brûlée » qui se calcule à partir de la VCphysiol et par leur combustion complète, est appelé de la quantité d'O2 nécessaire à la combustion. valeur calorique physique (VCphy) : cette La valeur calorique du glucose est de 15,7 kJ/g. combustion produit CO2 et H2O et nécessite une Ainsi, le contenu énergétique de 180 g de certaine consommation d'O2. glucose est de 2827 kJ pour une consommation La VCphy est déterminée à l'aide d'un d'oxygène de 134,4 l soit 21 kJ/l O2 ; cette calorimètre de combustion (A), réservoir d'eau valeur représente l'EC de l'oxygène pour le qui renferme une chambre de combustion, dans glucose dans les conditions standards. L'EC laquelle on introduit une certaine quantité de la des différents glucides de l'alimentation est de substance alimentaire considérée. Cette 21.15 (18,8) kJ/l O2 , celui des lipides est de substance est ensuite brûlée (avec l'O2). La 19.6 (17.6) kJ/l O2, celui des protéines est de chaleur ainsi dégagée est absorbée par l'eau 19,65 (16,8) kJ/l O2 ; dans chacun de ces cas, la environnante et le réchauffement de cette eau première valeur s'applique à la mesure dans les permet ainsi de mesurer la VCphy recherchée. conditions standards (0°C), celle entre pa- Dans l'organisme, les lipides et les glucides renthèses à une mesure à 37°C. sont également entièrement dégradés en Donc, pour calculer la dépense d'énergie à présence d'O2 et transformés en CO2 et H2O. partir de l'EC, il faut en plus connaître la nature Leur valeur calorifique physiologique exacte des aliments qui sont « brûlés ». A cet (VCphysiol) est donc identique à la VCphy. Elle est effet, on peut utiliser le quotient respiratoire en moyenne de 38.9 KJ/g pour les lipides et de QR = VCO2 / VO2 (cf. p. 92) comme valeur de 17.2 kJ/g pour les glucides digestibles (cf. p. référence. Il est égal à 1 lorsque l'alimentation 197. A). Par contre, les protéines ne sont pas ne comporte que des glucides, comme on peut totalement dégradées dans l'organisme ; elles le le voir à partir de la réaction suivante : sont seulement jusqu'au stade de l'urée qui C6H12O6 + 6 O2 ó 6 CO2 + 6 H2O. fournirait à nouveau de l'énergie s'il y avait Pour la tripalmitine qui est un lipide, la réaction combustion complète. De ce fait, les protéines est la suivante : ont une VCphy (23 U/g) supérieure à leur VCphysiol (≈ 17.2 kJ/g) (cf. p. 197. A). 2 C51H98O6 + 145 O2 ó 102 CO2 + 98 H2O. Au repos, l'énergie apportée à l'organisme sous Le QR = 102/145 = 0,7. Étant donné que la part forme de nutriments est en grande partie des protéines dans l'alimentation est transformée en énergie thermique (chaleur), relativement constante, il est possible d'attribuer car l'activité physique externe est infime. Le un EC à chaque QR compris entre 0.7 et 1 (D). dégagement de chaleur (à une température du La dépense d'énergie (DE) résulte finalement corps constante) correspond alors à une de la formule : dépense d'énergie à l'intérieur de l'organisme DE = EC X Vo2. (par exemple activité des muscles cardiaque et respiratoire ; transport des substances, etc.). Une alimentation à base de protéines élève la dépense d'énergie de 15 à 20 % environ La quantité de chaleur dégagée par le corps (action dynamique spécifique). Le peut être directement mesurée par calorimétrie métabolisme augmente, car il faut 89 kJ pour dite directe (B). Ici, l'animal expérimental est produire une mole d'ATP à partir de protéines placé dans un récipient ; une enveloppe d'eau (acides aminés) contre seulement 74 kJ à partir ou de glace, isolée de l'extérieur, absorbe la de glucose. L'utilisation optimale de l'énergie chaleur qui doit être mesurée et dont la quantité libre des acides aminés est donc plus faible que peut être calculée à partir de l'augmentation de celle du glucose. la température de l'eau et de la quantité d'eau
- 204. 200 Nutrition et Digestion Le tractus digestif intestinal (cf. p. 204 et suiv.,210 et suiv., 230 et suiv.). Les transits dans l'œsophage, dans l'estomac et dans Dans le tractus gastrointestinal ou tube digestif les diverses parties de l'intestin varient d'un individu à (TD), qui est la ligne de démarcation entre le l'autre et sont aussi étroitement liés à la composition milieu externe et le milieu interne, la nourriture des aliments (valeurs moyennes A; cf. aussi p. 206). est digérée afin de passer dans le milieu Débit sanguin intestinal interne. Les aliments sont déglutis, mixés, scindés par la musculature du tube digestif en Trois branches principales de l'aorte abdominale assurent la vascularisation de l'estomac, de l'intestin, petites particules (digestion) lesquelles sont du foie, du pancréas et de la rate. L’irrigation absorbées à travers la muqueuse intestinale intestinale augmente, durant la digestion, sous l'effet (absorption) et passent dans la lymphe et le de pompage des mouvements intestinaux sur les sang portal. L'absorption s'effectue par vaisseaux de l'intestin, ainsi que sous l'effet de la diffusion, au moyen de transporteurs et par stimulation vagale, des hormones (VIP par exemple : endocytose. peptides intestinaux vasoactifs) et des réflexes locaux. L'irrigation intestinale est indépendante de la pression Les aliments solides sont tout d'abord broyés sanguine totale (autorégulation). Une paralysie par les dents et mélangés à la salive qui est intestinale (appelée iléus paralytique) ou une occlusion sécrétée par les glandes salivaires (cf. p. 202). intestinale constituent une gêne considérable pour la Au cours de la déglutition (cf. p. 204), le bol vascularisation, car les gaz intestinaux se forment en alimentaire passe dans l'œsophage et parvient quantité croissante provoquent un ballonnement de l'intestin avec augmentation de la pression. Celle-ci jusqu'à l'estomac où il subit l'action du suc finit par dépasser la pression qui règne dans les gastrique (cf. p. 208). Le liquide alimentaire est vaisseaux intestinaux, ce qui conduit à une interruption alors appelé chyme. Le contenu stomacal totale de l'irrigation intestinale. passe à travers le sphincter pylorique dans le Le sang veineux chargé de substances absorbées duodénum. A ce niveau, les sécrétions des dans l'intestin passe par la veine porte et arrive cellules intestinales et les sucs digestifs du jusqu'au foie. Une partie des constituants lipidiques pancréas (suc pancréatique) et de la vésicule absorbés (cf. p. 218 et suiv.) se retrouve dans la biliaire (bile) s'ajoutent au contenu intestinal. lymphe intestinale et parvient ainsi dans la circulation générale après avoir contourné le foie. La bile produite par le foie permet la digestion des graisses (cf. p. 218 et suiv.) ainsi que l’excrétion de la bilirubine, des toxines, etc. (cf. p. 214 et suiv.). Le foie Système de défense gastrointestinal joue en outre un rôle majeur dans le métabolisme des Pour protéger l'organisme contre les bactéries, les glucides, des lipides, des protéines et des hormones. virus et les macromolécules étrangères pouvant Le pancréas fournit du bicarbonate HCO3- et des pénétrer par la cavité buccale, le tube digestif est doté de systèmes immunitaires très efficaces (cf. aussi p. enzymes digestives (cf. p. 212 et suiv.) mais a également une fonction endocrine importante (cf. p. 66 et suiv.) : au niveau de la bouche déjà, les 246 et suiv.). constituants salivaires (mucines, IgA, lysozyme, thiocyanate) empêchent la pénétration des germes (cf. Plusieurs hormones tissulaires ou hormones p. 202). Dans l'estomac, l'acide chlorhydrique et les digestives qui contribuent à la régulation de la pepsines agissent comme bactéricides, le tube digestif digestion sont primitivement produites dans la partie possédant son propre tissu lymphatique supérieure de l'intestin grêle, la partie inférieure de immunocompétent, à savoir les plaques de Peyer. Des l'estomac et dans le pancréas. cellules M spécialisées (« cellules membraneuses ») La majorité de l'absorption des aliments digérés, aussi de la muqueuse permettent aux antigènes luminaux bien que des liquides sécrétés par les glandes (cf. p. 66 et suiv.) d'accéder aux plaques de Peyer. Là, salivaires, l'estomac, etc., s'effectue au niveau de la réponse peut être une activation de la sécrétion l'intestin grêle (duodénum, jéjunum et iléon). Le d'IgA (immunisation orale, dans certaines conditions passage dans le gros intestin (caecum, côlon aussi allergisation orale, cf. p. 72). En contraste avec ascendant, transverse, descendant, sigmoïde) les autres immunoglobulines, l'IgA dans la lumière permet la poursuite de la désagrégation des aliments, intestinale est protégée contre les enzymes digestives l'absorption de leurs produits de dégradation, des grâce à un composant de sécrétion qui est attaché aux vitamines ainsi que des substances minérales et, en IgA dans les cellules épithéliales. Enfin, les branches outre, l'épaississement du chyme sous l'effet de la de la veine porte, dans le foie, renferment des réabsorption de l'eau (cf. p. 228). Le sigmoïde et en macrophages particulièrement nombreux (cellules particulier le rectum constitue le lieu de stockage des étoffées de Kupffer) formant une autre barrière contre fèces jusqu'à la défécation ultérieure (cf. p. 230). les germes qui proviennent du tube digestif. Chez les nouveau-nés, la muqueuse du tube digestif est surtout Les trois couches musculaires du tube digestif protégée par l'IgA provenant du lait maternel. participent au mélange et au transporta contenu
- 206. 202 Nutrition et Digestion stimule également l’exocytose (cf. p. 12) des La composition de la salive met en évidence protéines salivaires. son rôle : les substances mucilagineuses La salive primaire subit ensuite des modifi- (mucines) lubrifient les aliments et les rendent cations lors de son passage dans les canaux ainsi déglutissables ; elles facilitent également excréteurs de la glande (A) : le Na+ est les mouvements de la mastication et de la réabsorbé à ce niveau, tandis que les ions K+ et parole. La salive a aussi un rôle important dans HCO3- sont sécrétés. L'anhydrase carbonique (cf. p. l'hygiène buccale (irrigation de la bouche et des 145. A) participe à la forte sécrétion d'HCO3- dans la dents) et sert de liquide obturateur lors de salive et au transport des ions H+ dans le sang + l'allaitement du nourrisson. Les substances (antiport Na+/H ). Comme la réabsorption de NaCI alimentaires sont en partie dissoutes dans la dépasse la sécrétion d'HCO3- la salive devient hypoosmolaire au repos jusqu'à 50 mosm/kg H20. La salive, ce qui constitue une des conditions de la faible concentration en NaCI (B) améliore la solubilité digestion buccale et de l'efficacité du stimulus protéique et diminue le seuil de perception des gustatif (cf. p. 296). La digestion des glucides récepteurs gustatifs pour le sel (cf. p. 296). (amidon) peut commencer dès la mastication La production de salive est déclenchée par grâce à l’α-amylase salivaire (ptyaline). voie réflexe (D). Les stimuli sont, notamment, l'odeur et L'immunoglobuline A, la lysozyme (cf. p. 65 et le goût des aliments, le contact avec les muqueuses suiv.) et la peroxydase (cf. p. 68) servent à la buccales et la mastication. Les réflexes conditionnés défense contre les agents pathogènes, et la peuvent aussi jouer un rôle. Ils doivent faire l'objet d'un forte concentration de HCO3- alcalinise et apprentissage. Un fait anodin, comme par exemple le tamponne la salive jusqu'à un pH de 7 à 8. Un bruit des assiettes avant un repas, peut, par la suite, constituer à lui seul un stimulus suffisant. L'activation pH acide inhiberait l'α-amylase et cholinergique, β-adrénergique et peptidergique endommagerait l'émail dentaire. (substance P) stimule la formation d'une salive La sécrétion salivaire est de 0,5 à 1,5 l/j. En aqueuse (en partie via IP3 ; cf. p. 244). C'est 2+ fonction du degré de stimulation, le débit l'augmentation du flux de Ca dans le cytoplasme salivaire peut varier de 0.1 à 4 ml/min. Pour un cellulaire à partir des stocks intracellulaires et du LEC qui constituent le facteur déclenchant (C et cf. p. 17). débit de 0,5 ml/min, environ 95% de la salive Lors de la stimulation cholinergique (cf. p. 54), les provient des glandes parotides (salive aqueuse) glandes salivaires sécrètent aussi des enzymes et des glandes submaxillaires (salive riche en (kallicréines) qui libèrent un puissant vasodilatateur, la mucine) ; le reste est sécrété par les glandes bradikinine, à partir du kininogène plasmatique. Ici, les sublinguales et les glandes de la muqueuse VIP (peptides intestinaux vasoactifs) jouent proba- buccale. blement le rôle de cotransmetteurs. Une telle vasodilatation est nécessaire, car la salivation Les acini des glandes salivaires sont le lieu de maximale dépasse la valeur du flux sanguin local au formation de la salive primaire (A, C) dont la repos. L’activation (β-adrénergique des glandes composition électrolytique est similaire à celle salivaires conduit (via l'AMPc ; C et cf. p. 56 et suiv., p. du plasma et dont la formation est assurée au 242) à une salive très visqueuse et riche en mucines. moyen du transport transcellulaire de Cl-. La production de cette salive augmente chez les chiens qui mangent de la viande, alors qu'une Le Cl-, prélevé du sang, est transféré dans les nourriture sèche provoque avant tout une activation cellules des acini par un mécanisme de co- cholinergique donnant une salive aqueuse. La transport actif secondaire Na+-K+-2CI signification biologique de cette dualité dans le contrôle (transport inverse par rapport au rein ; cf. p. des phénomènes moteurs sécrétoires chez l'homme et 149, B2) ; il atteint la lumière des acini au la raison pour laquelle ces deux systèmes de contrôle moyen des canaux Cl-. Ceci provoque un produisent des compositions salivaires différentes sont potentiel luminal transcellulaire négatif qui inconnues. amène également le Na+ dans la lumière Étant donné que la production salivaire moyenne est (diffusion paracellulaire) ; l'eau suit le même étroitement liée à la teneur en eau de l'organisme, la mouvement pour des raisons osmotiques. Les bouche et la gorge deviennent sèches en cas de carence en eau ; ce phénomène entraîne non neurotransmetteurs qui stimulent la sécrétion seulement une économie d'eau mais contribue aussi à salivaire augmentent la concentration la sensation de soif qui est important pour l'équilibre intracellulaire en Ca2+ (C), lequel permet non du bilan hydrique de l'organisme (cf. p. 138 et 152). seulement l'ouverture des canaux Cl- (et par là même augmente la sécrétion liquide), mais
- 208. 204 Nutrition et Digestion Déglutition mène réflexe (B). Les stimuli déclenchants sont : une forte dilatation (remplissage) de l'estomac et Une fois que les aliments sont mâchés et mêlés des lésions de celui-ci (provoquées par l'ingestion à la salive (cf. p. 202), la langue forme une d'alcool par exemple). Des odeurs ou des visions bouchée déglutissable (bol alimentaire). La écœurantes, le contact avec la muqueuse déglutition (A1-A10) est déclenchée de façon pharyngienne ainsi que l’irritation de l'organe de l'équilibration (cf. ci-après) constituent aussi des volontaire : le bol est tout d'abord comprimé par facteurs d'activation du « centre de vomissement » la langue vers l'arrière, puis contre le voile du dans le bulbe rachidien (medulla oblongata) (B). Le palais (Al). centre de vomissement est situé entre l'olive (B1) et le faisceau solitaire (B2), c'est-à-dire au niveau de la Les étapes suivantes de la déglutition s'effec- formation réticulée (B3). tuent par voie réflexe : Outre les facteurs déclenchants cités plus haut, les La mâchoire se ferme, le voile du palais se soulève vomissements peuvent aussi être fréquemment (A2), obturant ainsi la cavité naso-pharyngienne (A3), provoqués par la grossesse [vomissements matinaux tandis que le bol alimentaire appuie sur l'épiglotte et la (vomitus matutinus) et hyperémèse gravidique pousse en arrière (A4). Sous la pression de la langue, (hyperemesis gravidarum), par des douleurs violentes, le bol descend dans le pharynx. La respiration est alors des substances toxiques (toxines), des médicaments momentanément suspendue, la glotte se ferme et l'os (vomissement déclenché volontairement par le hyoïde ainsi que le larynx sont soulevés jusqu'à médecin), par une radio-exposition (lors d'une obturation complète des voies respiratoires par irradiation tumorale par exemple), par une l'épiglotte (A5). Les muscles constricteurs du pharynx augmentation de la pression cérébrale comme lors inférieur se relâchent (A6), permettant ainsi à la langue d'un œdème cérébral (cf. p. 142) ou à la suite de pousser le bol dans l’œsophage , le bol chemine d'hémorragies ou de tumeurs cérébrales et enfin par ensuite le long de l'oesophage (A7, A8). Tandis que le certains phénomènes psychiques. Dans ce dernier larynx revient dans sa position initiale et que la cas, les chémorécepteurs au voisinage du centre de respiration reprend (A9), le bol alimentaire, entraîné vomissement (area postrems : B4) jouent un rôle non par les ondes péristaltiques de la couche musculaire négligeable. de l'oesophage (A10), parvient jusqu'à l'entrée de l'estomac. S'il advient que le bol alimentaire Nausées, augmentation de la salivation, pâleur, «s'attache» sur les parois d'aval, la distension de transpiration abondante et dilatation des pupilles l'oesophage à cet endroit produit une onde constituent les prodromes du vomissement (B). péristaltique secondaire. Lors du vomissement proprement dit, le diaphragme L'œsophage a une longueur de 25 à 30 cm. Sa est bloqué en position inspiratoire et les muscles couche musculaire est striée dans sa partie abdominaux se contractent brusquement (sangle abdominale). Simultanément, le duodénum se supérieure et lisse dans sa partie inférieure. La contracte et le cardia se relâche, ce qui a pour effet progression de l'onde péristaltique dans le d'exercer une pression sur l'estomac et de comprimer muscle strié est contrôlée par la medulla ainsi le contenu gastrique vers l'œsophage. Le oblongata (voir ci-dessous) ; les signaux sphincter pharyngien est forcé et le voile du palais afférents et efférents sont transmis par le nerf soulevé, laissant ainsi le passage libre au chyme vague. Le péristaltisme de la musculature lisse alimentaire qui est expulsé par la bouche (B). est contrôlé par ses propres ganglions. Le vomissement est avant tout un réflexe de protection : les aliments qui, par exemple, ont une L'œsophage est fermé par un sphincter au niveau de l’entrée de l'estomac (cardia). Une plicature de la odeur désagréable et qui peuvent endommager couche musculaire œsophagienne (mécanisme de l'estomac ou l'ensemble de l'organisme (toxines) sont torsion), la pression intra-abdominale et un coussin rejetés de l'estomac (et, dans certaines conditions, de veineux (réflexe d'ouverture, cf. p. 206) participent à la l'intestin grêle). De toute façon, un vomissement fermeture du cardia. important se traduit par une perte sensible de liquide et surtout d'ions H+ (acidité gastrique), ce qui provoque La motilité du muscle lisse gastrointestinal est une alcalose « métabolique » (cf. p. 114 et suiv. et directement liée aux fonctions du plexus myentérique 208) et des perturbations de l'équilibre liquidien (cf. p. (cf. p. 210) ; les dysfonctionnements de ce plexus 142). s'accompagnent de troubles du péristaltisme. Au niveau de l'œsophage, ces désordres provoquent une Nausées et vomissements sont aussi des symptômes mauvaise relaxation du cardia ; les aliments de la cinépathie (mal des transports). Au cours de s'accumulent et l'œsophage se dilate pour s'adapter à transports en avion ou en bateau, l'organe de cet engorgement (achalasia). l'équilibration subit des excitations inhabituelles (cf. p. 298) qui provoquent ce type de troubles, en particulier Vomissement lorsque la tête est en plus soumise à des mouvements divers et qu'il existe des divergences par rapport à Le vomissement est généralement un phéno- l'impression optique.
- 210. 206 Nutrition et Digestion Estomac : structure et motilité motiline et la P-Ch augmentent la fréquence des réponses et des stimulations. D'autres hormones L'œsophage débouche dans le fundus, situé au niveau peptidiques comme par exemple les GIP (gastric du cardia , le fundus est lui-même suivi du corps et de inhibitory peptide) inhibent directement cette motilité, l'antre. L'extrémité inférieure de l'estomac (pylore) tandis que la somatostatine (SIH, cf. p. 246) agit s'abouche au duodénum (A). D'un point de vue indirectement (D). fonctionnel, on fait une distinction entre l'estomac « proximal » et l'estomac « distal » (A). La taille de Évacuation gastrique. L'évacuation de l'estomac l'estomac dépend de son remplissage ; c'est surtout pendant la digestion dépend primitivement du tonus l'estomac « proximal » qui augmente de volume (sans de l'estomac proximal et du pylore, qui sont sous que la pression ne s'élève beaucoup) (A et B). La contrôle réflexe et hormonal (D2). Les fibres paroi gastrique est du même type que celle de cholinergiques du nerf vague augmentent le tonus de l'intestin grêle (cf. p. 211). La muqueuse du fundus et l'estomac proximal, tandis que les autres fibres du corps contient des cellules principales (CP) et des efférentes du vague (ayant comme co-transmetteurs cellules bordantes (CB) (A) qui produisent les l'ATP et le VIP) et les fibres sympathiques constituants du suc gastrique (cf. p. 208). La adrénergiques l'inhibent. La motiline favorise muqueuse gastrique contient en outre des cellules l'évacuation gastrique (le tonus de l'estomac proximal endocrines qui sécrètent de la gastrine et des cellules augmente; le pylore se dilate), tandis que la CCK mucipares (CM) qui sécrètent du mucus. Le système (= pancréozymine = cholécystokinine), la gastrine et nerveux végétatif (cf. p. 50 et suiv.) agit sur la motilité d'autres substances l'inhibent en produisant les effets gastrique par l'intermédiaire des deux plexus contraires. La plupart du temps, le pylore est largement autonomes (cf. p. 208) de la paroi gastrique (D). ouvert (libre évacuation du « chyme terminal »). Il se contracte seulement : 1) à la fin de la « systole » La déglutition d'un bol alimentaire entraîne l'ouverture antrale (voir ci-dessus), afin de retenir les aliments réflexe du cardia, et les fibres vagales inhibitrices solides, et 2) durant les contractions duodénales, afin provoquent à court terme un relâchement de l'estomac d'empêcher tout reflux (sels biliaires) dans l'estomac. « proximal » (relaxation réceptive; D2). L'entrée des Néanmoins, si cet événement survient. le reflux aliments produit également la relaxation réflexe de d'acides aminés normalement absents dans la lumière l'estomac « proximal » (réflexe d'accomodation) de gastrique, produit la fermeture réflexe du pylore. manière à empêcher la pression interne de monter au fur et à mesure du remplissage gastrique. Finalement, La durée de séjour des aliments dans l'estomac est l'excitation locale de la paroi gastrique conduit (en très variable. Les aliments solides restent dans partie par voie réflexe, en partie sous l'action de la l'estomac jusqu'à ce qu'ils soient transformés en gastrine) à une activation de l'estomac « distal ». Sous petites particules en suspension de 0,3 mm de l'effet d'une contraction (tonique) continuelle de l'esto- diamètre environ ; ce n'est qu'après qu'ils peuvent eux mac « proximal » - qui sert avant tout de « réservoir » - aussi passer dans le duodénum sous forme de chyme. le contenu gastrique est lentement entraîné vers Le temps nécessaire pour que 50 % de la quantité l'estomac « distal » pour y être digéré : au niveau de la ingérée aient à nouveau quitté l'estomac est déterminé limite supérieure de l'estomac « distal » (au tiers pour l'eau essentiellement par le tonus de l'estomac « supérieur du corps) se trouve une zone de stimulation proximal » ; ce temps, qui est de l'ordre de 10 à 20 (cf. ci-après) d'où partent des ondes péristaltiques qui min, augmente pour les aliments solides en fonction de atteignent rapidement le pylore. Les contractions sont leur consistance et de l'intensité de l'activité d'une intensité particulièrement forte au niveau de péristaltique. Il peut ainsi atteindre 1 à 4 heures (durée l'antre. Les mouvements péristaltiques provoquent de séjour des glucides < à celle des protéines < à celle ainsi la progression du chyme vers le pylore (C5, C6, des lipides). L'évacuation gastrique diminue lorsque C1) où il est ensuite comprimé (C2 et C3) et à nouveau le pH baisse et lorsque l'osmolarité augmente avec le refoulé après la fermeture du pylore (C3 et C4). Durant rejet du chyme. Cette régulation est assurée (D2) par ce cycle, les aliments sont brassés, mélangés au suc des récepteurs situés dans le duodénum, des réflexes gastrique et partiellement digérés ; les graisses sont en entérogastriques et des hormones peptidiques (cf. ci- outre émulsionnées. après). Les matières indigestibles (os, fibres, substances étrangères) ne quittent pas l'estomac La zone de stimulation de l'estomac « distal » (cf. durant la phase digestive. Ce n'est qu'au cours de la ci-dessus) est le siège de variation de potentiel qui se phase interdigestive qui suit que des ondes produisent toutes les 20 secondes environ et dont la contractiles particulières parcourent l'estomac et vitesse (0,5 à 4 cm/s) et l'amplitude (0,5 à 4 mV) l'intestin toutes les deux heures (horloge interne), ce augmentent au fur et à mesure que l'on se rapproche qui provoque l'évacuation gastrique non seulement de du pylore. Ce faisant, l'activité du potentiel de ces substances indigestibles mais aussi des produits stimulation des zones distales de l'estomac est sécrétés par la digestion et des cellules muqueuses dépassée (un peu comme dans le cœur) par un rejetées : complexes moteurs de migration. La stimulateur situé plus haut, en raison de sa fréquence régulation de cette phase est aussi assurée par la plus faible. La fréquence des contractions qui suivent motiline qui provient de la muqueuse de l'intestin cette onde d'excitation dépend de la somme des grêle. influences neuronales et humorales. La gastrine, la
- 212. 208 Nutrition et Digestion Suc gastrique la sécrétion d'HCO3- (comme les médicaments anti- L'estomac sécrète jusqu'à 3 litres de suc gastrique inflammatoires) favorisent l'apparition des ulcères par jour. Les principaux constituants du suc gastrique gastriques, alors que les activateurs de la sécrétion sont des pepsinogènes, du mucus (mucine), de d'HCO3- comme les prostaglandines E2 s'y opposent. l'acide chlorhydrique (HCI), le facteur intrinsèque Le déclenchement de la sécrétion physiologique de (cf. p. 226) et de la « gastroferrine » (cf. P. 62). suc gastrique permet de distinguer trois types d'influences (« phases ») (A) : La sécrétion du suc gastrique s'effectue dans les glandes tubulaires ou dans les puits de la muqueuse 1. Influences psychonerveuses : l'ingestion gastrique ; les constituants du suc gastrique sont d'aliments conduit, par voie réflexe, à une sécrétion élaborés par différents types de cellules (cf. p. 270, A). de suc gastrique, les nerfs gustatifs, olfactifs et Les cellules dites principales (cf. p. 207, A) du fundus optiques constituant les branches afférentes de ces sont le lieu de formation des pepsinogènes, alors réflexes en partie « conditionnés » (cf. p. 202). Une que des cellules muqueuses spéciales (cellules carence en glucose dans le cerveau peut aussi mucipares) élaborent le mucus, dont la fonction déclencher ce réflexe. D'autre part, certaines essentielle est de protéger la surface de l'estomac agressions peuvent avoir pour effet d'augmenter la contre le suc gastrique. Les cellules principales ou sécrétion de suc gastrique alors que la peur l'inhibe. Le cellules bordantes (cf. p. 207, A) du fundus et du corps nerf efférent est dans tous les cas le nerf vague ; la gastrique constituent le lieu de formation de l'acide section de ce nerf (vagotomie) a pour effet de chlorhydrique. supprimer toutes ces influences (lors du traitement de l'ulcère). L'acétylcholine libérée par le nerf vague et Les pepsines sont formées par scission d'une fraction les nerfs innervant l'estomac active (par l'IP3 et par un de molécule de leurs précurseurs, les pepsinogène, à 2+ flux de Ca ) non seulement les cellules principales pH 6. Une sécrétion maximale d'HCI donne un suc mais aussi les cellules bordantes, les cellules H gastrique de pH égal environ à 1 qui est tamponné par (histamine) voisines et les cellules G (gastrine) de le chyme pour atteindre un pH de 1,8 à 4 environ, ce l'antre; ainsi, le nerf vague déclenche aussi indirecte- qui constitue des valeurs voisines de celles du pH ment des influences paracrines (histamine) et optimal d'action de la plupart des pepsines. Un pH bas endocrines (gastrine) sur la sécrétion de l'acide contribue en outre à dénaturer les protéines à digérer gastrique (C). et agit comme bactéricide. 2. Influences locales : lorsque le chyme entre en Sécrétion d'acide chlorhydrique : sous l'action de contact avec des parties plus profondes de l'estomac l'anhydrase carbonique, AC, (cf. p. 144 et suiv.) et (antre), il y a libération de gastrine à ce niveau avec d'une « pompe » entraînée par l'ATP (H+-K+-ATPase intervention de facteurs mécaniques (dilatation) et + 2+ ; B), les ions H+ qui sont échangés contre des ions K chimiques (peptides, acides aminés, Ca substances voient multiplier leur concentration dans la lumière grillées, alcool, etc.). La gastrine parvient, par voie 7 + gastrique par 10 (transport actif). Le K retourne dans sanguine (activation endocrine, cf. ci-dessus), jusqu'à la lumière par un mécanisme passif (recirculation du la partie supérieure de l'estomac où elle stimule la K+). Le Cl- entre également passivement dans la sécrétion d'acide gastrique. Un suc gastrique ayant un lumière. Pour chaque ion H+ sécrété, un ion HCO3- pH très bas inhibe la libération de la gastrine (provenant de CO2 + OH-, B) quitte la cellule du côté (rétroaction négative). sang (échange passif contre du Cl-). En outre, comme 3. Influences intestinales : lorsque les premières dans toute cellule, on trouve ici une « pompe » à + + + fractions du chyme arrivent dans le duodénum, elles Na+/K active (Na -K -ATPase). influencent, par rétroaction, la sécrétion du suc L'ingestion d'aliments provoque une activation des gastrique. La dilatation de la paroi intestinale stimule, cellules bordantes (cf. ci-après). Ici, des canalicules, par voie endocrine (entérooxyntine ? gastrine?), la dont les parois possèdent une bordure en brosse sécrétion du suc gastrique ; les acides aminés déjà dense et qui s'enfoncent profondément à l'intérieur de absorbés ont une action similaire. Un pH bas et la la cellule, s'ouvrent dans la lumière gastrique. Cet présence de lipides dans le chyme duodénal inhibent énorme accroissement de la surface de la membrane la sécrétion du suc gastrique par libération de cellulaire du côté luminal permet une augmenta tion différentes hormones peptidiques (sécrétine, GIP, maximale de la sécrétion gastrique d'ions H+ qui passe SIH). Ainsi, le duodénum adapte non seulement la de 2 mmol/h environ au repos à plus de 20 mmol/h. quantité mais aussi la composition du chyme gastrique aux besoins de l'intestin grêle. La SIH a d'une façon Du HCO3- est activement sécrété par la muqueuse générale un effet régulateur et retardé sur l'absorption afin d'assurer une autoprotection contre les ions H+ du alimentaire, la sécrétion de la SIH et celle de l'insuline suc gastrique ; le HCO3- tamponne l'acide qui pénètre dans le pancréas étant éventuellement réglées l'une dans la couche muqueuse par la surface de la sur l'autre (cf. aussi p. 246). muqueuse sans pour autant influencer de façon sensible le pH du contenu gastrique. Les inhibiteurs de
- 214. 210 Nutrition et Digestion (par ex. le fer; cf. p. 62). D'autres constituants cellu- Intestin grêle : structure et motilité laires. en particulier l'albumine, apparaissent en partie dans les fèces (cf. p. 230). L'intestin grêle (environ 2 m de long in vivo) comprend trois segments : le duodénum, le Les vaisseaux sanguins et lymphatiques (A12-A14) ainsi que les nerfs sympathiques et parasympathiques jéjunum et l'iléon. L'intestin grêle a pour (A15 et cf. p. 50 et suiv.) atteignent l'intestin grêle par fonction essentielle de terminer la digestion l'intermédiaire du mésentère (A11). des aliments et de réabsorber les produits de On peut distinguer quatre sortes de mouvements dégradation conjointement avec de l'eau et des intestinaux, tous indépendants de l'innervation électrolytes. externe (autonomie). Les villosités sont dotées d'une L'intestin grêle est recouvert extérieurement par le mobilité propre, grâce à la musculature de leur péritoine (membrane séreuse. A1) ; au-dessous se membrane muqueuse, ce qui permet un contact étroit trouvent une couche musculaire longitudinale (A2), entre l'épithélium et le chyme. Les mouvements puis une couche musculaire circulaire (A3) et enfin la pendulaires (musculature longitudinale, C1) et la muqueuse (A4) qui contient une autre couche segmentation rythmique (musculature circulaire, C2) musculaire (A5) et, au niveau de la lumière intestinale, constituent des mouvements mixtes alors que les une couche de différentes cellules épithéliales (A6-A8) ondes péristaltiques (30-120 cm/min) servent à faire avancer le contenu intestinal (à environ 1 cm/min ; La surface de l'épithélium bordant la lumière intestinale C3) en direction du gros intestin. Dans l'intestin grêle, représente environ 300 à 1 600 fois (plus de 100 m2) la la fréquence des fluctuations lentes de potentiel de la surface d'un tube lisse cylindrique : environ 3 fois pour musculature lisse diminue du côté anal. De cette les valvules conniventes (1 cm de haut) de la manière, les portions situées du côté oral ont une muqueuse et de la sous-muqueuse (valvules de fonction pacemaker (cf. p. 44), c'est la raison pour Kerckring, A), 7 à 14 fois pour le plissement de laquelle les ondes péristaltiques (= répétition continue l'épithélium ( villosités de 1 mm de long environ et de du réflexe péristaltique) se propagent seulement dans 0,1 mm d'épaisseur. A9) et 15 à 40 fois pour le la direction de l'anus. plissement (bordure en brosse, A10) de la membrane luminale des cellules épithéliales de réabsorption (A7). En stimulant les tensorécepteurs, le bol alimentaire (B) En plus des cellules de réabsorption, les villosités déclenche un réflexe péristaltique qui resserre la sont tapissées des cellules muqueuses (A6). A la base lumière intestinale en amont du contenu intestinal. En des villosités, l'épithélium présente une dépression. même temps, des motoneurones cholinergiques étant appelée crypte de Lieberkuhn (A8) dont la paroi est soumis à une excitation continue très longue (de type recouverte de diverses cellules : a) des cellules qui 2) et stimulés par l'intermédiaire d'interneurones sécrètent le mucus, formant une couche lisse de sérotoninergiques, activent la musculature lon- protection dans la lumière intestinale ; b) des cellules gitudinale et la musculature circulaire respectivement indifférenciées et mitotiques d'où proviennent les avant et après le passage du bol alimentaire. cellules villeuses (cf. ci-après) ; c) des cellules Parallèlement à cette activation, la musculature endocrines qui ont probablement des récepteurs au circulaire est stimulée en amont et inhibée en aval (B). niveau de la lumière intestinale et qui libèrent, du côté Les nerfs efférents sympathiques ont une action sang, leur hormone peptidique respective (sécrétine, constrictrice sur les vaisseaux sanguins et provoquent CCK. motiline. SIH, GIP, etc.) ; d) des cellules de indirectement un relâchement de la musculature Paneth qui libèrent des protéines dans la lumière intestinale par inhibition du plexus d'Auerbach (A16). (enzymes, immunoglobulines) ; et e) des cellules Les nerfs efférents parasympathiques passent d'une membraneuses (cf. p. 200). Les glandes de Brûnner situation pré-ganglionnaire à une situation post- spécifiques du duodénum, sont situées plus ganglionnaire dans le plexus d'Auerbach. Ils stimulent profondément encore dans la paroi intestinale : elles les trois couches musculaires et les glandes exocrines libèrent dans la lumière un produit de sécrétion riche et endocrines de l'intestin. Le plexus sous-muqueux en HCO3- et en glycoprotéines. (A17) contient essentiellement les neurones sensitifs Les bords des villosités sont constamment repoussés des chémo- et des mécanorécepteurs de la muqueuse. tandis que de nouvelles cellules se reproduisent à Les informations de ces derniers et celles des partir des cryptes. Ainsi, l'ensemble de l'épithélium de tensorécepteurs de la musculature constituent des l'intestin grêle est renouvelé à peu près tous les 2 jours stimuli qui déclenchent des réflexes périphériques ou, (temps de mue). Les cellules épithéliales repoussées grâce aux nerfs afférents, des réflexes centraux. se désintègrent dans la lumière intestinale où elles libèrent des enzymes digestives et d'autres substances
- 216. 212 Nutrition et Digestion Suc pancréatique et bile une α-amylase scinde l'amidon (cf. p. 197, B) et le glycogène en tri- et disaccha-rides (maltose, Le pancréas produit chaque jour 2 litres de maltotriose, α-dextrine limite), une 1,6- suc pancréatique qui s'écoulent dans le glucosidase intestinale transforme les dextrines duodénum. Ce suc contient de grosses et une maltase, une lactase et une saccharase quantités d'ions bicarbonates (HCO3- et hydrolysent les disaccharides : maltose, lactose d'enzymes digestives (ferments) qui sont et saccharose correspondants (sucre de canne) nécessaires à la digestion des protéines, des en monosaccharides (cf. p. 197, B et p. 224). lipides et des glucides dans le chyme. c) L'enzyme la plus importante pour la La sécrétion du suc pancréatique est contrôlée digestion des lipides provient également du par le nerf vague et surtout par deux hormones pancréas : il s'agit de la lipase pancréatique qui (provenant de la muqueuse duodénale) : scinde les triglycérides en 2-mono-glycérides et la sécrétine et la pancréozymine- en acides gras libres (cf. p. 197, B et p. 218 et cholécystokinine (CCK, A). suiv.). La présence de lipides et un pH bas dans le Pour être efficace, la lipase nécessite la chyme duodénal sont les facteurs déclenchant présence d'une autre enzyme, la co-lipase, qui la libération de la sécrétine. Celle-ci parvient, est formée (aussi sous l'action de la trypsine) à par voie sanguine, jusqu'au pancréas où elle partir d'une pro-co-lipase du suc pancréatique stimule la sécrétion de suc pancréatique et son (cf. p. 218 et suiv.). enrichissement en HCO3-. Plus la concentration La bile est indispensable à la digestion normale en HCO3- augmente, plus celle en Cl- diminue des lipides. Elle est sécrétée de façon continue (B). Le HCO3- sert à neutraliser les chymes par les cellules hépatiques (≈ 0,7 l/j), mais elle acides (acide gastrique !). n'est pas toujours immédiatement déversée La sécrétion de la CCK est également dans l'intestin. Lorsque, par exemple entre les déclenchée par un chyme riche en lipides. La repas, le muscle constricteur (sphincter d'Oddi) CCK provoque une augmentation de la est fermé au niveau de l'abouchement du canal concentration enzymatique dans le suc cholédoque dans le duodénum, la bile parvient gastrique. dans la vésicule biliaire où elle est concentrée jusqu'à 1/5e - 1/10e de son volume d'origine par a) Enzymes pancréatiques de la protéolyse retrait d'eau, laquelle suit passivement le « (protéases) : les deux protéases les plus transfert actif » des ions Na+ et Cl- hors de la importantes, le trypsinogène et le chymo- lumière de la vésicule biliaire (cf. p. 215, D). trypsinogène, sont sécrétées sous une forme Cela aboutit à un concentré qui, sous un faible inactive (pro-enzymes). Ces enzymes sont volume, fournit pour la digestion de grandes ensuite activées dans l'intestin par une quantités de constituants biliaires spécifiques, entéropeptidase (l'ancienne appellation mais qui, par ailleurs, favorise la formation de d'entérokinase est désuette) qui transforme le calculs biliaires. trypsinogène en trypsine qui, à son tour, transforme le chymotrypsinogène en Lorsque l'organisme a besoin de la bile pour la chymotrypsine (A). Lorsque cette activation a digestion, la vésicule biliaire se contracte et son déjà lieu à l'intérieur du pancréas, il se produit contenu se mêle au chyme duodénal. une « autodigestion » de l'organe, appelée La contraction de la vésicule biliaire est nécrose pancréatique aiguë. déclenchée, par voie réflexe et par voie hormonale, par la CCK (cf. ci-dessus et A). Outre les lipides du chyme, La trypsine et la chymotrypsine rompent les le jaune d'œuf et le MgSO4 constituent des stimuli liaisons peptidiques à l'intérieur de la molécule particulièrement efficaces pour la sécrétion de la CCK protéique : ce sont des endopeptidases, alors (cholagogues). Par contre, la sécrétine et les sels qu'une autre enzyme pancréatique, la biliaires contenus dans le sang stimulent la production carboxypeptidase détache les acides aminés de la bile dans le foie (cholérétiques. cf. p. 214). de l'extrémité carboxyterminale (cf. p. 197. B et Certaines substances endogènes (cf. p. 214 et suiv.) p.224). ainsi que des substances étrangères comme les La carboxypeptidase est libérée (aussi grâce à produits iodés sont éliminées par voie biliaire : les la trypsine) sous forme d'un précurseur (la voies biliaires sont ainsi rendues visibles aux rayons X (cholangio- et cholécystographie). procarboxypeptidase). b) Enzymes pancréatiques de la glycolyse :
- 218. 214 Nutrition et Digestion Fonction d'excrétion du foie, formation nouveau une augmentation du flux biliaire. de la bile L'explication de cette cholérèse dite sels biliaires dépendante (cf. aussi p. 212) est Outre ses fonctions métaboliques importantes probablement liée au fait que l'élévation de la (cf. p. 200), le foie a en plus des fonctions concentration en sels biliaires plasmatiques, qui d'excrétion (A). La bile est sécrétée directement se sont accumulés (activement) dans les des cellules hépatiques dans les canalicules cellules hépatiques, augmente la force motrice biliaires, situés entre les travées de cellules pour le transport des sels biliaires hors des hépatiques, puis dans les canaux biliaires (A). hépatocytes vers les canalicules. L'eau et les De là, elle gagne la vésicule biliaire (cf. p. 212), électrolytes inorganiques suivent passivement ou le duodénum, ou les deux. (B). Il existe aussi une cholérèse sels biliaires Les constituants de la bile sont, outre l'eau et indépendante assurée au moyen d'un transport les électrolytes : la bilirubine, des hormones actif de NaCI des hépatocytes vers les stéroides, des acides biliaires, du cholestérol, canalicules. de la lécithine (phosphatidylcholine), etc. La bilirubine est également sécrétée Certains médicaments peuvent aussi être activement (cf. p. 216) dans la bile. Ce système excrétés avec la bile. Certaines de ces de transport est aussi utilisé par d'autres substances sont très peu hydrosolubles et substances endogènes comme la porphyrine, et circulent dans le sang liées à l'albumine : c'est exogènes telles que l'acide para-amino- le cas de la bilirubine. Ces substances sont hippurique (PAH), le rouge de phénol, la brome- absorbées par la cellule hépatique (après être sulfone-phtaléine, la pénicilline, les glycosides, séparées de l'albumine) et sont transportées par etc., une inhibition compétitive pouvant se des protéines de transport jusqu'au réticulum produire (cf. p. 11). Comme dans le cas de la endoplasmique lisse où elles sont conjuguées bilirubine (cf. p. 216), de la thyroxine et de (combinées) à de l'acide glucuronique (cf. p. nombreuses hormones stéroîdes, certaines 216 et suiv.). substances exogènes sont aussi préalablement La sécrétion biliaire est stimulée par : a) une conjuguées : le chloramphénicol est conjugué augmentation de la vascularisation hépatique ; avec de 'acide glucuronique. la naphtaline et le b) une stimulation vagale ; c) une augmentation phénanthrène avec du glutathion, la fonction de la concentration sanguine en sels biliaires ; de « détoxication » de la conjugaison étant d) la sécrétine, etc. La bile hépatique produite prédominante, en particulier pour les dernières en continu est stockée et concentrée dans la substances citées (cf. p. 130). vésicule biliaire (cf. aussi p. 212). La composition biliaire subit des modifications dans les voies biliaires situées plus loin en Les acides cholique et chénodésoxycholique, aval (B). C'est ici que se trouve le site d'action appelés acides biliaires primaires, sont synthé- cholérétique de la sécrétine (cf. p. 212). Tout tisés dans le foie à partir du cholestérol (A). Les comme dans le pancréas, la sécrétion d'HCO3- acides biliaires secondaires (acide désoxycholi- joue ici un certain rôle (conjointement avec que, acide lithocholique notamment) sont l'anhydrase carbonique, cf. p. 130). formés uniquement par action bactérienne dans l'intestin, d'où ils sont réabsorbés (comme les La composition biliaire subit d'autres modifica- acides biliaires primaires) et déversés à tions dans la vésicule biliaire (D et p. 212). nouveau dans le foie. Là, les acides biliaires Le cholestérol est « dissous » dans la bile, sont conjugués avec la taurine, la glycine. comme dans la lumière intestinale, et forme des 'ornithine, etc. (A) et déversés dans la bile sous micelles (cf. p. 218) avec de la lécithine et des cette forme. Le cycle entérohépatique acides biliaires. Des modifications dans les provoque une augmentation du taux d'acides rapports du mélange de ces trois substances biliaires dans la veine porte, ce qui conduit à un peuvent provoquer une précipitation des cris- ralentissement de la production d'acides taux de cholestérol, ce qui constitue une des biliaires dans le foie (rétroaction négative) et, en causes de la formation de calculs biliaires (C). même temps, à une augmentation de la sécrétion d'acides biliaires provoquant à
- 220. 216 Nutrition et Digestion Excrétion de la bilirubine. Ictère trois groupes : 1. Ictère préhépatique : une augmentation de La bilirubine, qui provient à 85 % environ de la l'hémolyse par exemple ou une formation dégradation des érythrocytes (cf. p. 60 et suiv.) déficiente d'érythrocytes (anémie pernicieuse) est un constituant essentiel de la bile (A et B). provoquent un accroissement tel de la sécrétion La dégradation de l'hémoglobine (principale- de bilirubine que le foie ne suit le rythme de ment dans les macrophages ; cf. p. 66 et suiv.) l'excrétion que lorsque le niveau plasmatique de provoque la scission entre les constituants de la la bilirubine est élevé. Chez ces patients, la globine et le fer, ce qui donne lieu concentration de la bilirubine non conjuguée successivement à la formation de biliverdine et (indirecte) en particulier est forte. de bilirubine (35 mg de bilirubine pour 1 g 2. Ictère intrahépatique : il est provoqué par : d'hémoglobine). La bilirubine libre, difficilement hydrosoluble, est toxique du fait de sa a) une lésion des cellules hépatiques produite liposolubilité ; elle est donc liée à l'albumine par exemple par des substances toxiques (ama- dans le sang (2 moles de bilirubine pour 1 mole nite) ou par inflammations (hépatite) avec d'albumine), mais elle est absorbée dans la perturbation du transport et défaut de conjugai- cellule hépatique sans l'albumine (A). son de la bilirubine ; b) une absence totale L'utilisation du glucose, de l'ATP et de l'UTP (syndrome de Crigler et Najjar) ou un manque permet ici la formation d'UDP-glucuronide qui de glycuronyl-transférase chez l'adulte (maladie est catalysée par la glycuronyl-transférase ainsi de Gilbert) ou un déficit du mécanisme de que sa conjugaison avec la bilirubine (dé- glycuroconjugaison dans l'ictère grave du nou- toxication). La bilirubine glycuroconjuguée veau-né qui est en outre provoqué par l'hémo- hydrosoluble ainsi obtenue est sécrétée lyse ; c) une inhibition enzymatique de la activement dans les canalicules biliaires (A et p. glycuronyl-transférase par des stéroïdes ; d) un 214). Une partie parvient dans la circulation trouble congénital ou une inhibition (par des générale (« bilirubine directe ») et est excrétée médicaments ou des hormones stéroïdes par par le rein. exemple) de la sécrétion de bilirubine dans les canalicules biliaires. L'excrétion biliaire de la bilirubine est de 200 à 250 mg par jour, dont 15% environ sont à 3. Ictère posthépatique : il est dû à la présence nouveau réabsorbés par l'intestin, uniquement d'un obstacle sur les voies excrétrices de la bile comme des calculs biliaires ou des tumeurs qui sous forme non conjuguée (cycle provoquent un engorgement de la vésicule biliaire. entérohépatique). La bilirubine est dégradée en Cette forme d'ictère se caractérise par une partie en urobilinogène dans le foie et la bile et augmentation de la concentration en bilirubine en stercobilinogène en partie dans l'intestin, conjuguée « directe » et en phosphatases alcalines tous deux étant incolores. (importantes pour le diagnostic) qui sont un constituant normal de la bile. Ces constituants biliaires atteignent Ces produits de dégradation de la bilirubine le sang, partiellement par passage à travers les sont éliminés avec les fèces après oxydation jonctions « serrées » situées entre les canalicules et partielle en urobiline et en stercobiline (fèces de les sinusoïdes biliaires (cf. p. 215, A), partiellement par couleur marron). L'urobilinogène est réabsorbé diffusion à contre-courant (cf. p. 134) au niveau de la en grande partie dans l'intestin grêle, puis il triade portale ou le flux biliaire est contrecarré par les parvient jusqu'au foie où il continue d'être flux sanguins portai et artériel proches. dégradé. Le stercobilinogène est partiellement Dans le cas 2 a) et d) ainsi que dans le cas 3, la réabsorbé au niveau du rectum (contournement concentration de la bilirubine (conjuguée) hydrosoluble du foie, cf. p. 230) et est donc en partie excrété augmente aussi dans l'urine (coloration foncée). Pour le troisième cas en particulier, les fèces sont en outre (2 mg/j) par le rein en même temps que des décolorées, car l'intestin ne reçoit plus de bilirubine, ce traces d'urobilinogène. Lors de lésions des qui empêche toute formation de stercobiline, etc. cellules hépatiques, l'excrétion rénale de ces Chez le nouveau-né, le taux d'albumine est faible deux substances augmente, ce qui constitue un tandis que le taux de bilirubine est très élevé. Cette élément important pour le diagnostic. bilirubine normalement fixée à l'albumine peut être Normalement, la concentration plasmatique libérée à la suite de traitement par des anions en bilirubine est de 3 à 10 mg/l. Lorsque cette organiques comme les sulfonamides. Les médicaments et l'albumine ayant le même site de concentration dépasse 18 mg/l environ, la fixation entrent en compétition pour la bilirubine : celle- conjonctive de l'œil (sclérotique) et ensuite la ci passe sous forme libre dans le système nerveux peau deviennent jaunes : il s'agit d'un ictère. central et provoque un ictère nucléaire. Les causes de l'ictère peuvent être réparties en
- 222. 218 Nutrition et Digestion Digestion des lipides acides gras se transforme en savons de Ca2+ qui échappent à l'absorption, puis sont excrétés. La quantité de lipides absorbés (beurre. huile, margarine, lait, viande, œufs. etc.) varie Sous l'action conjuguée des sels biliaires (cf. beaucoup selon les individus (de 10 à 250 g/j) p. 214), des micelles (B3) se forment et est en moyenne de 60 à 100 g/j. Les graisses spontanément à partir des monoglycérides et neutres ou triglycérides représentent la majeure des acides gras libres à chaîne longue. Grâce à partie (90%) ; à cela s'ajoutent des leur petite taille, 3 à 6 nm seulement (environ phospholipides. des esters du cholestérol (ou 300 fois plus petites que les gouttelettes cholestérol-esters) et les vitamines liposolubles graisseuses mentionnées plus haut), elles A. D. E, K. Ces lipides sont généralement permettent un contact étroit entre les produits réabsorbés à plus de 95 % dans l'intestin grêle. de dégradation des graisses lipophiles et la paroi intestinale, et sont donc absolument Les lipides sont peu hydrosolubles. Leur indispensables à une absorption normale des digestion et leur absorption dans le milieu lipides (cf. p. 220). Les fractions polaires des aqueux du tube digestif et leur transport dans le molécules participant à la formation des plasma (cf. p. 220 et suiv.) posent donc certains micelles sont ici tournées vers le milieu aqueux problèmes particuliers. et les fractions apolaires le sont vers l'intérieur Les triglycérides peuvent certes être absorbés de la micelle. Durant ces phases, les lipides en faibles quantités sans être scindés, mais la apolaires dans leur ensemble (comme les vita- dégradation enzymatique des graisses mines liposolubles mais aussi les substances alimentaires est une condition préalable à une toxiques lipophiles) sont toujours enrobés dans absorption normale. Les enzymes lipolytiques un milieu lipophile (appelé film d'hydrocarbures) (lipases) proviennent des glandes sublinguales ils atteignent ainsi finalement l'épithélium et du suc pancréatique (A). 10 à 30% des intestinal d'absorption. Par contre, les acides lipides sont déjà scindés dans l'estomac (pH gras à courte chaîne sont très relativement acide optimal pour l'activité des lipases polaires et n'ont pas besoin de sels biliaires sublinguales). 70-90% dans le duodénum et le pour être absorbés. jéjunum supérieur. La phospholipase A2 (activée par la trypsine à Les lipases agissent essentiellement au niveau partir de la pro-phospholipase A2 du suc de l'interface huile/eau (B1). Il faut pour cela pancréatique) scinde, en présence de sels qu'il y ait une émulsification mécanique des biliaires et de Ca2+, les phospholipides (surtout lipides (provoquée surtout par la motricité de la phosphotidylcholine = lécithine) des aliments l'estomac « distal », cf. p. 206), car les et de la bile, tandis que la cholestérolestérase gouttelettes graisseuses relativement petites (provenant du suc pancréatique) n'attaque pas dans une émulsion (1-2 µm. B1) offrent aux seulement les cholestérol-esters (provenant lipases une surface d'action importante. Pour par exemple du jaune d'œuf et du lait) mais pouvoir exercer son activité lipolytique aussi la deuxième liaison ester des triglycérides, (maximum 140 g lipide/min !), la lipase les esters des vitamines A, D et E ainsi que de pancréatique requiert la présence de Ca2+ et nombreux autres esters lipidiques (y compris d'une colipase qui résulte de l'action de la des corps étrangers !) ; de ce fait, cette enzyme trypsine sur une pro-colipase (provenant du suc est depuis peu appelée lipase non spécifique. pancréatique). La scission des triglycérides Il est intéressant de noter que cette lipase est (première et troisième liaison d'ester, cf. p. 197. présente aussi dans le lait maternel (et non B) conduit, grâce à un apport d'H2O, à des dans le lait de vache), ce qui apporte au acides gras libres et des 2-monoglycérides. nourrisson que la mère allaite la graisse du lait Autour de l'enzyme se forme une phase en même temps que son enzyme de digestion. isotrope visqueuse contenant simultanément L'enzyme est instable à la chaleur ; la des zones aqueuses et des zones hydrophobes pasteurisation du lait maternel diminue donc (B2). considérablement la digestion des lipides du lait En cas d'excès de Ca2+ ou de concentrations chez les nouveau-nés. trop faibles en monoglycérides, une partie des
- 224. 220 Nutrition et Digestion Absorption des lipides et métabolisme E, dans une nouvelle forme de lipoprotéines, les des triglycérides VLDL (very low density lipoproteins, cf. p. 222 et suiv.) qui sont déversés tels quels dans le Les triglycérides contenus dans les aliments plasma. sont hydrolyses dans le tube digestif en acides gras libres et en monoglycérides (cf. p. 218). Les triglycérides et leurs produits de dégra- Enrobés dans les micelles, ils atteignent la dation, les acides gras libres, constituent des bordure en brosse de l'intestin grêle où ils sont substrats riches en énergie pour le métabolisme absorbés (par transport passif) dans la cellule énergétique (cf. p. 198 et suiv.). Des acides muqueuse (A). L'absorption des lipides se gras sont hydrolyses, à partir des triglycérides termine à la fin du jéjunum tandis que celle des des chylomicrons tout comme des VLDL, par sels biliaires qui sont libérés des micelles ne les lipoprotéine-lipases (LPL) de l'endothélium se fait qu'au niveau de l'iléon (co-transport actif capillaire de nombreux organes (B). secondaire avec Na+). Dans l'organisme, la Cette étape est précédée d'un échange actif de teneur globale en sels biliaires est de 6 g fractions protéiques entre les différentes lipopro- environ ; ceux-ci parcourent un cycle entéro- téines. Une de ces protéines, l'apolipoprotéine hépatique 4 fois par jour (bile - intestin grêle - CIl, parvient ainsi sur les chylomicrons où elle veine porte - foie - bile ; cf. p. 223, B), car participe, en tant que cofacteur important, à environ 24 g/j sont nécessaires pour l'absorption l'hydrolyse des triglycérides. L'insuline, qui est des lipides. sécrétée après un repas, active la lipoprotéine- Les acides gras à chaîne courte sont relative- lipase, ce qui stimule la brusque dégradation ment hydrosolubles et peuvent donc parvenir des triglycérides alimentaires réabsorbés. sous forme libre jusqu'au foie par la veine porte, alors que les produits hydrophobes de la L'héparine (provenant des granulocytes digestion des lipides, donc les acides gras à basophiles) joue également un rôle dans longue chaîne et les monoglycérides, sont à l'activité des lipases protéiques. Celles-ci nouveau synthétisés en triglycérides dans le contribuent à « clarifier » le plasma dont la réticulum endoplasmique lisse de la muqueuse nature laiteuse est due aux chylomicrons (voir intestinale; comme ceux-ci ne sont pas ci-dessus) (facteur de clarification). hydrosolubles, ils sont finalement enrobés dans Dans le plasma, les acides gras libres sont liés le « noyau » des lipoprotéines, c'est-à-dire les à l'albumine et atteignent ainsi les cibles chylomicrons (A et p. 222 et suiv.). Il en est de suivantes (B) : même des esters apolaires du cholestérol (cf. p. 222 et suiv.) et des vitamines liposolubles. 1. la musculature et de nombreux organes où L'« enveloppe » hydrophile de ces chylomicrons ils sont « brûlés », en tant que source d'énergie, est formée par des lipides plus polaires dans les mitochondries et transformés en CO2 et (cholestérol, phospholipides) et des protéines. H2O (il s'agit de la β-oxydation) ; Ces dernières sont synthétisées dans le 2. les adipocytes où des triglycérides sont à réticulum endoplasmique granulaire de la cellule nouveau synthétisés et stockés à partir des muqueuse sous forme d'apolipoprotéines (de acides gras libres. En cas d'augmentation des type Al, AIl et B). Le mélange lipide-protéine est besoins énergétiques ou de diminution de dirigé au niveau de l'appareil de Golgi vers des l'apport alimentaire, les acides gras sont à vésicules sécrétoires, puis est finalement nouveau hydrolyses dans l'adipocyte à partir déversé sous forme de chylomicrons dans des triglycérides et transportés par voie l'espace extracellulaire ; de là, il passe dans la sanguine là où ils sont nécessaires (B). Cette lymphe intestinale et, par la suite, dans le libération d'acides gras (cf. p. 246 et suiv.) est plasma sanguin systémique. En raison de sa stimulée par l'adrénaline et inhibée par teneur en chylomicrons, le plasma devient l'insuline. trouble pendant 20 à 30 minutes après un repas 3. le foie où des acides gras peuvent être riche en graisses. oxydés ou à nouveau synthétisés en triglycé- Le foie synthétise lui aussi les triglycérides ; rides. Leur transformation en VLDL étant pour cela, il prélève les acides aminés néces- limitée, il peut se produire un dépôt de saires dans le plasma ou il les élabore à partir triglycérides dans le foie (« foie graisseux ») en du glucose (B). Les triglycérides hépatiques cas d'apport excessif d'acide gras (y compris sont enrobés, avec les apolipoprotéines B, C et indirectement par du glucose, B).
- 226. 222 Nutrition et Digestion Lipoprotéines, cholestérol des chylomicrons parviennent dans le foie où les lipases acides hydrolysent à nouveau les Les triglycérides et les cholestérol-esters cholestérol-esters en cholestérol ; celui-ci peut font partie des lipides apolaires. Leur transport dès lors, conjointement avec le cholestérol de dans le milieu aqueux de l'organisme n'est l'« enveloppe » des chylomicrons et le cholesté- possible que par l'intermédiaire d'autres subs- rol provenant d'autres sources [resynthèse. tances (protéines, lipides polaires) et leur HDL (high density lipoproteins)], suivre les voies utilisation dans le métabolisme ne peut se faire ci-après (B) : qu'après transformation en molécules polaires 1. excrétion biliaire du cholestérol (cf. ci-dessus (acides gras. cholestérol). Les triglycérides et p. 214); servent donc surtout de réserve, dans laquelle les acides gras libres peuvent être puisés à tout 2. transformation du cholestérol en sels biliaires, moment (cf. p. 220). De façon tout à fait constituants essentiels de la bile (cf. p. 214); analogue, les cholestérol-esters constituent la 3. incorporation du cholestérol dans les VLDL forme de réserve et parfois la forme de Sous l'action d'une lipoprotéine-lipase (LPL, cf. transport du cholestérol. Les triglycérides, situés p. 220), il se forme des résidus de VLDL et dans le « noyau » des grosses lipoprotéines (cf. finalement des LDL (low density lipoproteins) p. 220) sont transportés dans la lymphe qui livrent les cholestérol-esters aux cellules intestinale et dans le plasma. Ainsi, les ayant des récepteurs LDL (cf. ci-après) ; chylomicrons sont constitués à 86% de 4. incorporation du cholestérol dans des «pré»-HDL triglycérides et les VLDL (very low density discoîdales, sur lesquelles agit l'enzyme LCAT lipoproteins) à 56% de triglycérides (A). Les (lécithine-cholestérol-acyl-transférase). Ici, le cholestérol-esters (Cho-E) se trouvent dans le « cholestérol est transformé en cholestérol-esters qui noyau » de toutes les lipoprotéines (A). remplissent le « noyau » des « pré »-HDL qui sont transformées à leur tour en HDL sphériques. Pour Font partie des lipides polaires, outre les acides cette estérification, le cholestérol est aussi capté par gras libres à chaîne longue, les lipides à les résidus des chylomicrons, les résidus des VLDL et « enveloppe » des lipoprotéines, c'est-à-dire la les cellules mortes. La lécithine est en même temps phosphatidylcholine (lécithine) et le choles- hydrolysée en lysolécithine qui est transportée (liée à l'albumine) dans le plasma et qui peut être utilisée térol. Non seulement tous deux sont des ailleurs pour une nouvelle synthèse de la lécithine. Par constituants essentiels des membranes cellu- la suite, les cholestérol-esters des HDL sont en grande laires, mais le cholestérol est aussi le partie transférés (via les résidus des VLDL) sur les précurseur de substances aussi importantes LDL (B). Le système HDL-LCAT constitue donc un que les sels biliaires (B et cf. p. 214) et les vaste lieu de regroupement et de traitement du hormones stéroîdes (cf. p. 258 et suiv.). cholestérol et, si l'on fait abstraction de la brève phase d'absorption dans l'intestin, la plus importante source Le cholestérol est absorbé avec les aliments, de cholestérol-esters pour les cellules de l'organisme. en partie sous forme libre et en partie sous Les LDL constituent le principal véhicule pour l'apport forme estérifiée. Avant d'être réabsorbés, les de cholestérol-esters aux cellules extrahépatiques ; cholestérol-esters sont transformés en celles-ci possèdent des récepteurs LDL, dont la cholestérol par la lipase pancréatique non densité à la surface de la cellule est réglée en fonction spécifique (cf. p. 218); à ce cholestérol s'ajoute des besoins en cholestérol-esters. Les LDL sont absorbées dans les cellules par endocytose et les dans le duodénum du cholestérol provenant de enzymes lysosomiales hydrolysent les apoprotéines en la bile (B). Le cholestérol est un constituant des acides aminés et les cholestérol-esters en cholestérol, micelles (cf. p. 218) et est absorbé au niveau de Ce dernier est donc à la disposition de la cellule pour l'intestin grêle supérieur. une intégration dans les membranes ou pour la synthèse stéroïdienne (cf. p. 258). En cas d'excès de La cellule muqueuse contient au moins une cholestérol. l'ACAT, qui estérifie et stocke le enzyme estérifiant à nouveau une partie du cholestérol, est activée (B). cholestérol (ACAT [Acyl-CoA-Cholestérol- Les pertes quotidiennes de cholestérol dans les fèces acyltransférase]) si bien que les chylomicrons (sous forme de coprostérol) et par la peau exfoliée renferment aussi bien du cholestérol que des sont de l'ordre de 0.6 g, alors que les pertes sous cholestérol-esters (A) ; le premier ne provient forme de sels biliaires s'élèvent approximativement à qu'en partie de la lumière intestinale, car la 0.4 g. Ces pertes (moins le cholestérol dans les muqueuse le synthétise elle-même. Après leur aliments) doivent être compensées par une resynthèse transformation en résidus (remuants) de chylo- permanente (intestin, foie) (B). microns, le cholestérol et les cholestérol-esters
- 228. 224 Nutrition et Digestion Digestion des glucides et des isozymes de la pepsine. Lorsque le pH est protéines compris entre 2 et 4 (acide chlorhydrique), la pepsine scinde les protéines, principalement au La digestion des glucides commence dès niveau de la tyrosine ou de la phénylalanine qui qu'ils sont dans la bouche (A et cf. p. 202). La suit le groupement carboxyl terminal de la salive contient de la ptyaline, une α-amylase qui chaîne peptidique (cf. p. 197, B). Les isozymes est capable, à pH neutre, de scinder en oligo- et de la pepsine sont à nouveau inactivés dans le disaccharides (maltose, isomaltose, maltotriose, duodénum lorsque le pH est voisin de la α-dextrine limite), l'amidon qui représente la neutralité (pH 6,5 environ par suite du HCO3- majeure partie des glucides (incluant les venant du pancréas). A cet effet, le polysaccharides, l'amylose et l'amylopectine) trypsinogène et le chymotrypsinogène ingérés avec les aliments. Ce processus de provenant du pancréas parviennent jusqu'au digestion se poursuit dans l'estomac «proximal» duodénum où une entéropeptidase sécrétée à (cf. p. 206) mais il est stoppé dans l'estomac ce niveau transforme le trypsinogène en distal par l'acidité du suc gastrique. Un pH à peu trypsine, laquelle transforme à son tour le près neutre s'établit une nouvelle fois dans le chymotrypsinogène en chymotrypsine (cf. p. duodénum, et une α-amylase parvient à 213, A). Toutes deux sont des enzymes qui nouveau dans le chyme alimentaire avec le suc peuvent scinder la molécule protéique jusqu'aux pancréatique (cf. p. 212). La digestion des dipeptides. En outre, la carboxypeptidase polysaccharides peut ainsi être achevée (formée dans le pancréas) et les jusqu'aux produits terminaux cités plus haut. aminopeptidases (provenant de la muqueuse L'absorption proprement dite des glucides ne intestinale) attaquent les protéines par leur peut se produire que lorsqu'ils sont transformés partie terminale (cf. p. 197, B). La dégradation en monosaccharides. La scission du maltose, définitive des peptides en différents acides de l'isomaltose, du maltotriose et de l'α-dextrine aminés est assurée par les dipeptidases limite doit donc se poursuivre. A cet effet, le suc localisées au niveau de la bordure en brosse de pancréatique et notamment la muqueuse de la muqueuse de l'intestin grêle. l'iléon renferment des maltases et des iso- Les divers acides aminés sont transportés par maltases. La 1,6-glucosidase intestinale est plusieurs systèmes spécifiques de cotransport nécessaire pour hydrolyser les différentes du Na+ (B et cf. p. 229, D3), c'est-à-dire par un dextrines. Le glucose, qui est le produit transport actif secondaire depuis ta lumière terminal, est absorbé dans la cellule muqueuse intestinale jusque dans la cellule muqueuse, « en amont » (cotransport actif secondaire avec puis de là vers le sang de la veine porte, du Na+. cf. p. 229. D2) et déversé dans le sang probablement par diffusion facilitée. « en aval » par diffusion facilitée (cf. p. 10 et suiv.). Des enzymes de la muqueuse (lactases, Les acides aminés « basiques » (arginine, lysine, saccharases) hydrolysent également d'autres ornithine) ont leur propre système de transport, de disaccharides alimentaires tels que le lactose même que les acides aminés « acides » (acide et le saccharose. Le galactose qui en résulte glutamique et acide aspartique) qui sont déjà dégradés dans la cellule muqueuse. En ce qui concerne les est réabsorbé selon le même mécanisme de acides aminés « neutres », on ne connaît pas encore transport que le glucose, alors que pour le exactement le nombre de systèmes de transport : fructose, seuls sont mis en jeu des méca- l'hypothèse d'un mécanisme d'absorption propre d'une nismes de transport passifs. part aux β- et d'autre part aux γ-aminoacides ainsi qu'à la proline, etc. est actuellement discutée (B). Si la lactase fait défaut, le lactose ne peut pas être hydrolyse et ne peut donc pas être Il existe une série de troubles congénitaux de la réabsorption spécifique des groupes d'acides aminés réabsorbé. Ce déficit enzymatique provoque qui sont souvent combinés à des troubles similaires au des diarrhées car, pour des raisons osmotiques, niveau du tubule rénal (amino-aciduries rénales) (lors le lactose retient l'eau dans la lumière d'une cystinurie par exemple). intestinale, et les bactéries intestinales le De plus, l'intestin grêle est capable d'absorber, sans transforment en substances toxiques. transformation, certains di- et tripeptides. Comme dans le rein, (cf. p. 128), cette absorption se La digestion des protéines commence dans fait par des transporteurs présents dans la membrane l'estomac (B). L'acide chlorhydrique qui y est des cellules luminales. Là où le transport des peptides sécrété active les pepsinogènes provenant + est actif, il est gradient H dépendant. surtout des cellules principales de la muqueuse gastrique et les transforme en plusieurs
- 230. 226 Nutrition et Digestion Absorption des vitamines Sous sa forme métaboliquement active (acide tétrahydrofolique), l'acide folique ou acide ptéroyl- Les cobalamines (vitamines B12) sont glutamique (Pte-Glu,) est indispen-sable, à la synthétisées par des microorganismes et synthèse de l'ADN (besoins quotidiens ; 0,1 à 0,2 mg) constituent des éléments indispensables de (cf. p. 62 et suiv.). l'alimentation des animaux supérieurs. Les principales sources de cobalamines sont Les réserves d'acide folique dans l'organisme d'origine animale : ce sont le foie, les reins, la (7 mg environ) suffisent à répondre aux besoins viande, les poissons, les œufs et le lait. durant quelques mois. Une anémie macrocytaire, une leucopénie et une Étant donné que les cobalamines (CN-, OH-, thrombopénie, des diarrhées, des troubles cutanés et méthyl-, adénosyl-cobalamine) sont des molé- des phanères, etc. sont autant de symptômes de cules relativement grosses et difficilement lipo- carence. Les aliments contiennent de l'acide folique solubles, l'absorption intestinale nécessite la sous des formes ayant à la place d'un acide ptéroyi- mise en jeu de son propre mécanisme de glutamique (Pte-Glu) jusqu'à 7 résidus de glutamyle transport (A). Au cours de leur passage dans (chaînes γ-peptidiques) (Pte-Glu7). Étant donné que l'intestin et dans le plasma, les cobalamines seul le Pte-Glu1 peut être absorbé dans la lumière sont liées à trois types de protéines: 1. le intestinale (jéjunum proximal) (B), il faut que la chaîne polyglutamyle soit raccourcie par des enzymes facteur intrinsèque (FI) dans le suc gastrique spécifiques (ptéroyl-polyglutamate-hydrolases) avant (formé par les cellules bordantes), 2. la l'absorption. Elles sont probablement localisées au transcobalamine II (TCII) dans le plasma, 3. la niveau de la membrane luminale de la muqueuse protéine R dans le plasma (TCI), les intestinale. L'absorption du Pte-GlU1 est assurée par granulocytes (TCIII), la salive, la bile, le lait. etc. un mécanisme de transport actif spécifique. Par la suite, dans la cellule muqueuse, le Pte-Glu1 forme de Les cobalamines sont détachées des protéines I'acide 5-méthyl-tétrahydrofolate (5-Me-H4-Pte-Glu1) alimentaires par l'acide gastrique et essentielle- parmi d'autres métabolites (B). Lorsque ceux-ci sont ment liées à la protéine R de la salive et aussi déjà présents dans les aliments, ils sont aussi (à un pH élevé) au FI. Dans te duodénum, la absorbés dans la lumière intestinale selon le protéine R est digérée par la trypsine: la mécanisme de transport cité plus haut. Il en va de cobalamine est libérée, puis reprise par le FI même pour le méthotrexate qui est un médicament à (résistant à la trypsine). La muqueuse de l'iléon action cytostatique. En cas de défaillance du système renferme des récepteurs très spécifiques pour de transport spécifique, l'apport alimentaire en acide folique doit être multiplié par 100 afin d'atteindre une le complexe cobalamine-FI ; elle fixe le réabsorption suffisante (par diffusion passive). La complexe et l'absorbe dans ses cellules par cobalamine est indispensable pour la tansformation du endocytose. Cette opération nécessite la pré- 5-Me-H4-Pte-Glu1 en acide tétrahydrofolique sence d'ions Ca2+ et un pH> 5,6 (A). La densité métaboliquement actif. des récepteurs et donc l'absorption augmentent pendant la grossesse (A). Les autres vitamines hydrosolubles [B1 (thiamine), B2 (riboflavine), C (acide ascorbique) et H Dans le plasma, la cobalamine est liée à TCI, II (biotine, niacine)] sont absorbées par un mécanisme et III. TCII sert essentiellement au transport vers de transport actif secondaire, conjointement avec du + les cellules qui se renouvellent rapidement dans Na (cotransport), donc de façon tout à fait similaire au l'organisme (récepteurs TCII, endocytose). TCIII glucose ou aux acides aminés (C). Le lieu de (provenant des granulocytes) apporte la réabsorption est le jéjunum et, pour la vitamine C, cobalamine en excès et les dérivés de la l'iléon. Les vitamines B 6 (pyridoxal. pyridoxine, pyridoxamine) ne sont probablement réabsorbées que cobalamine indésirables jusqu'au foie (récep- passivement (simple diffusion). teurs TCIII) où ils sont stockés et excrétés. TCI (demi-vie : env. 10 j) sert de réserve à court La réabsorption des vitamines liposolublés [A terme pour les cobalamines dans le plasma (A). (axérophtol). D2 (cholécalciférol). E (tocophérol), Une alimentation exclusivement végétale ou des K1(phylloquinone). K2 (farnoquinone)] tout comme la troubles de l'absorption des cobalamines provoquent réabsorption des lipides, nécessite la formation de de graves symptômes de carence comme l'anémie micelles et un continuum hydrocarboné (cf. p. 218). pernicieuse, des lésions de la moelle épinière Les mécanismes d'absorption restent inexpliqués (en (myélose funiculaire), etc. Ces troubles n'apparaissent partie saturables et dépendants de l'énergie). Le qu'au bout de plusieurs années, car la quantité stockée transport dans le plasma s'effectue après incorporation dans l'organisme représente environ 1 000 fois la dans des chylomicrons et des VLDL (cf. p. 220 et quantité nécessaire chaque Jour, c'est-à-dire 1 µg suiv.). (cf. p. 62 et suiv.).
- 232. 228 Nutrition et Digestion Réabsorption de l'eau et des substances muqueuse intestinale à l'H2O et aux petites molécules minérales au niveau de la barrière entre deux cellules (« tight » L'homme ingère en moyenne 1,5 l d'eau junctions), ce flux de Cl-, de K+ et d'H2O se produit surtout entre les cellules (flux paracellulsire) (D à (boissons, aliments) chaque jour. Par ailleurs, gauche : quotidiennement 6 l sont déversés en plus dans Cl-). le tube digestif avec la salive, le suc gastrique, 4. Le Na+ et d'autres substances de faible poids la bile, le suc pancréatique et le suc intestinal. moléculaire sont « entraînés » (solvent drag ; cf. p. 10) Etant donné que seulement 0,1 l/j est excrété par le flux d'H2O de réabsorption des mécanismes 1 à avec les fèces, il faut donc que le tube digestif 3. Il s'agit ici également d'un processus paracellulaire. en réabsorbe au minimum 7,4 l/j. Cette Une sécrétion de Cl- se produit aussi dans les réabsorption d'eau a lieu principalement dans le cellules épithéliales des cryptes de Lieberkuhn (cf. p. jéjunum, dans I'iléon et aussi, pour une faible 211, A8). Ici, le cotransport de Na+ et de Cl- a lieu du part, dans le côlon (A). sang vers la cellule. Le flux de Cl- vers la lumière est accéléré par l'AMPc et sous contrôle du VI P (peptides Les mouvements d'eau à travers la paroi de la intestinaux vasoactifs) et des prostaglandines. La membrane sont conditionnés osmotiquement. Lorsque toxine cholérique bloque la GTPase de la Gs- des particules osmotiquement efficaces, comme Na+ protéine, et de ce fait maintient une activation et Cl-, sont absorbées, l'eau « suit » ; au contraire, si permanente de l'adénylcyclase (cf. p. 242) conduisant des substances sont sécrétées dans la lumière ou si à une augmentation maximale du taux d'AMPc. Du fait des substances non réabsorbables sont ingérées avec de l'accroissement de la sécrétion de Cl-, d'autres ions les aliments, l'eau s'écoule alors vers le pôle luminal. et de grandes quantités d'eau sont déversés dans la Ainsi, les sulfates difficilement réabsorbables agissent lumière, ce qui provoque des diarrhées dont le volume comme des laxatifs. La réabsorption de l'eau dans peut atteindre 1 l/h. Les rôles physiologiques de cette l'ensemble de l'intestin est généralement bien « sécrétion » d'H2O pourraient être : a) la liquéfaction supérieure à la sécrétion (différence : ≈ 7,4 I, cf. ci- d'un chyme trop visqueux, b) l'épuration des produits dessus). des celulles de Paneth (cf. p. 210), et c) une La force motrice de l'absorption de l'eau dans l'intestin recirculation de l'H2O (cryptes à lumière à villosités réside surtout dans l'absorption du Na+ (et du Cl-) (B). à cryptes) afin de stimuler la réabsorption des Le Na+ est absorbé par plusieurs mécanismes : la « substances mal dissoutes. pompe » à Na+ et K+ (ATPase) sur le côté basolatéral de la cellule est, dans tous les cas, Le HCO^ du suc pancréatique tamponne le chyme fsuc l'élément essentiel. Elle maintient la concentration du gastrique acide) ; un excès d'HCO;, est réabsorbé + Na dans la cellule à un faible niveau et le potentiel dans le jéjunum (A). cellulaire à un niveau élevé. Le HCO3- est en outre sécrété dans l'intestin grêle et le 1. Cotransport du Na+ avec du CI- : le Na+ s'écoule gros intestin (protection contre les acides; stabilité du « en aval » (gradient chimique et électrique) contre la pH). Lors de diarrhées, il se produit une perte d'HCO3- membrane cellulaire luminale, et le Cl- avec le (acidose « métabolique », cf. p. 114) : les fèces ne «carrier» commun (D2) « en amont » dans la cellule. contiennent presque pas de Na+ et de Cl-; par contre, Le Cl- quitte à nouveau la cellule « en aval ». Ce 2+ elles renferment au moins 1/3 du Ca absorbé. transport assure la majeure partie de la réabsorption du Na+, du Cl- et de H2O hors de l'intestin et est Le K+ est sécrété dans l'iléon et le côlon (A, C) et il influencé par des hormones et des substances apparaît très concentré dans les fèces (environ 90 transmettrices par l'intermédiaire de l'AMPc (cf. p. mmol/l ; pertes de K+ lors de diarrhées !). Une carence 242). en vitamine D (rachitisme) ou certaines substances 2+ donnent avec du Ca des composés insolubles dans 2. Cotransport du Na+ avec des substances l'eau (phytine, oxalate, acides gras) réduisant la organiques : le flux de Na+ dans la cellule est ici 2+ réabsorption du Ca dans l'intestin. Tout comme le utilisé pour le transport du glucose, des acides aminés, Ca2+, le Mg2+ est réabsorbé dans l'intestin alors que le des vitamines, des acides biliaires, etc. « en amont » fer (Fe) est soumis à un mode de réabsorption spécial dans la cellule (D3). (cf. p. 62). 3. Le Na+ est aussi absorbé seul dans une faible proportion au moyen de canaux à travers la Côlon, rectum, défécation, fèces membrane luminale (iléon, rectum; D1) (ce transport du Na+ subit l'influence de l'aldostérone, cf. p. 150). La dernière partie du tube digestif est constituée du L'entraînement de la charge positive conduit à un gros intestin (caecum et côlon, 1,3 m de long environ) potentiel transcellulaire négatif du côté luminal et du rectum (cf. p. 200). La muqueuse du gros (transport « électrogène » : cf. p. 15), le long duquel intestin est caractérisée par la présence de profondes peut se produire soit une réabsorption du Cl- (intestin invaginations (cryptes) recouvertes essentiellement par grêle supérieur), soit une sécrétion de K+ (iléon ; C). des cellules muqueuses, appelées cellules En raison de la perméabilité relativement élevée de la caliciformes.
- 234. 230 Nutrition et Digestion Une partie des cellules superficielles (avec une absolument indispensable : en cas de tumeurs, on bordure en brosse, cf. aussi p. 210) sert à la peut en enlever une grande partie. réabsorption. Défécation. La fermeture de l'anus (orifice terminal du Le gros intestin sert de lieu de stockage pour tube digestif) est réglée par plusieurs mécanismes (B) le contenu intestinal (1er stockage : caecum et déclenchés par : la valvule de KohIrausch (B1), qui s'insère entre deux valvules superposées. Au fur et à côlon ascendant ; 2e stockage : rectum). A son mesure que le rectum supérieur (ampoule rectale) (B6) niveau, la résorption de l'eau et des électrolytes est rempli par le contenu intestinal, des récepteurs de (cf. p. 228) du contenu intestinal (chyme) se pression (B7) sont stimulés, ce qui déclenche le besoin poursuit. Ainsi, les chymes de 500 à 1500 ml, de déféquer (B). La défécation (B) correspond à la qui apparaissent chaque jour dans le gros satisfaction volontaire (dans la majorité des cas) de ce intestin, sont concentrés à 100-200 ml environ. besoin. Motilité. Quand les aliments pénètrent dans Pour cela, les muscles longitudinaux du rectum se contractent (B8), les valvules (B1) se rejoignent, les l'estomac, la valve iléo-caecale se relâche, deux sphincters de l'anus (anal intgerne à motricité permettant à l'intestin grêle de vider son involontaire, B3, et anal externe à motricité volontaire. contenu dans le gros intestin (réflexe gastroiléal B4) et les muscles puborectaux (B2) se relâchent, ou réflexe gastrocolique). Le gros intestin est le l'intestin se rétracte et les muscles circulaires (B9), siège de différents mouvements mixtes locaux ; aidés par la sangle abdominale (B10), poussent les les fortes constrictions transversales sont des fèces et les évacuent. mouvements caractéristiques. Des Les fèces (C) sont constitués pour 1/4 environ de mouvements péristaltiques de masse se substances sèches dont 1/3 proviennent de bactéries produisent également toutes les 2 à 4 heures. qui sont les hôtes physiologiques du gros intestin. La Les mouvements de masse requièrent l'intégrité fréquence des défécations (de 3 fois par jour à 3 fois par semaine) varie beaucoup suivant les individus et du plexus myentérique. Normalement trois ou dépend notamment de la quantité de fibres (cellulose quatre de ces mouvements suffisent pour par exemple, cf. p. 196) indigestibles qui a été ingérée. déplacer le contenu du côlon vers le rectum ; La cellulose est métabolisée par les bactéries cependant ils ne servent qu'au transfert et ne intestinales en méthane et autres gaz, ce qui provoque sont pas en rapport avec la défécation. les flatulences suivant, par ex. un repas de haricots. Sur des radiographies (A1-A8), on peut observer le Diarrhées. Des évacuations trop fréquentes de selles déroulement type des mouvements du gros intestin liquides (diarrhées) peuvent provoquer autant de après absorption d'un chyme contenant de la baryte troubles (cf. p. 114 et suiv. et p. 142) que des (substance de contraste) : on administre le produit de défécations trop espacées (constipation, constipation contraste à 7 h (A1) ; à 12 h, la substance se trouve opiniâtre). déjà dans les dernières boucles de l'iléon et dans le caecum. Le début du repas de midi accélère la Bactériémie intestinale vidange de l'iléon (A2). 5 minutes plus tard, un A la naissance, le tractus intestinal est stérile, mais étranglement se forme à l'extrémité de la substance de durant les premières semaines de la vie, il est colonisé contraste (A3), puis, peu après, le côlon transverse est par des bactéries ingérées oralement. L'intestin de rempli par la substance (A4) qui est aussitôt à nouveau 10 12 l'adulte contient 10 -10 bactéries par ml de contenu segmentée et donc malaxée par des constrictions intestinal (la plupart exclusivement anaérobiques). La transversales (A5). Quelques minutes plus tard (tou- présence de bactéries dans l'intestin augmente jours pendant le repas), l'intestin se resserre l'activité de défense immunitaire intestinale brusquement autour de la partie la plus avancée du (« inflammation physiologique »), et leur métabolisme contenu intestinal et l'entraîne très rapidement (A6-A8) est important pour l'« hôte ». Les sels biliaires et les jusque dans le sigmoïde : ce sont les mouvements hormones sexuelles par ex. sont déconjugés (ce qui péristaltiques de masse. Ces mouvements se augmente leur recirculation hépatique : cf. p. 214) et déclenchent presque toujours après les repas ; ils sont les disaccharides qui n'ont pas été absorbés en amont dus à un réflexe gastrocolique et à des hormones sont dégradés en chaînes courtes, absorbables sous gastro-intestinales. L'absorption terminale de l'eau forme d'acides gras. s'effectue dans le rectum. Dans l'iléon (principalement à cause du transport plus L'eau introduite artificiellement dans le rectum rapide du chyme), la densité bactérienne est environ 4 (lavement) peut être réabsorbée. Les médicaments fois plus faible que dans le côlon. Le pH peu élevé de (suppositoires) diffusent également dans le sang à l'estomac est un obstacle à la prolifération bactérienne travers la paroi intestinale. Les substances ainsi gastrique, si bien qu'à ce niveau comme dans la partie apportées sont donc soumises à l'influence de l'acide initiale de l'intestin grêle, le nombre de bactéries est gastrique et des enzymes digestives ; en outre, elles 4 très faible (0-10 /ml). contournent le foie. Le gros intestin n'est pas
- 236. 232 Système endocrinien et Hormones Mécanisme d'intégration de cellule-cible (= «target-cell»), une autre glande l'organisme ou des cellules non endocriniennes. Comme toutes les hormones circulent plus ou Chez les organismes unicellulaires, comme les moins en même temps dans le sang, il est bactéries et les protozoaires, toute la cellule nécessaire que l'hormone et sa cellule-cible répond à une stimulation venant de spécifique puissent se reconnaître l'environnement. A l'intérieur de cette cellule, mutuellement. A cet effet, les cellules-cibles des signaux éventuels peuvent, grâce à la possèdent des sites de liaison spécifiques courte distance à parcourir, être transmis par (récepteurs) à l'hormone correspondante. Les diffusion de composés chimiques. Au contraire, affinités (cf. p. 11) de ces récepteurs pour chez les organismes multicellulaires les l'hormone doivent être très élevées car les différents groupes cellulaires spécialisés, ou concentrations hormonales atteignent organes, doivent être intégrés et coordonnés de seulement 10-8-10-12 mol/l. façon ingénieuse. En étroite collaboration avec les centres Chez les mammifères, ce sont les systèmes végétatifs du cerveau et le système nerveux nerveux et endocrinien qui assurent ces autonome, le système endocrinien contrôle la fonctions. Par ces deux systèmes, les signaux nutrition, le métabolisme, la croissance, le sont transmis respectivement par voies développement physique et la maturation nerveuse et hormonale (A). Ils servent à psychique, les mécanismes de la contrôler le métabolisme, la régulation du milieu reproduction, l'adaptation à l'effort et intérieur (circulation. pH, température. équilibre l'équilibre du milieu intérieur (homéostasie) (A). hydroélectrolytique, etc.). De plus, ils dirigent la La plupart de ces fonctions essentiellement croissance et la maturation de l'organisme, les végétatives se trouvent sous le contrôle central fonctions nécessaires à la reproduction et, de l'hypothalamus, lui-même influencé par des enfin, les réponses de cet organisme face au centres supérieurs du cerveau (cf. p. 290). milieu extérieur. Dans ce contrôle interviennent Dans l'hypothalamus, des stimulations ner- des stimulations venant du monde extérieur, veuses peuvent être transformées en stimula- des facteurs psycho-émotionnels et, enfin, tions hormonales. Des cellules spécialisées de des mécanismes de rétroaction en prove- l'hypothalamus (cellules neuro-endo- nance de l'organisme lui-même. criniennes) produisent des hormones qui, à la Les nerfs sont spécialisés dans la transmission suite d'une stimulation, sont libérées dans le rapide de signaux, généralement à gradation sang. fine. A la périphérie, on distingue : Les substances libérées aux terminaisons 1) un système nerveux somatique (cf. p. 272 nerveuses (acétylcholine. adrénaline, etc.) sont et suiv.) qui contrôle en premier lieu les muscles appelées, au contraire, médiateurs ou squelettiques et conduit les signaux des neurotransmetteurs car elles ne transmettent organes des sens vers les centres ; et 2) un le signal que sur une courte distance, l'espace système autonome ou végétatif (cf. p. 50 et synaptique, c'est-à-dire jusqu'à la cellule suiv.) qui contrôle essentiellement la circulation, suivante (en général, cellule nerveuse ou les organes internes, les fonctions sexuelles, musculaire) (cf. p. 30 et suiv.). etc. La médullosurrénale (cf. p. 58) occupe une Le système endocrinien est spécialisé dans position intermédiaire ; en effet, l'adrénaline et une transmission lente et continue des signaux. la noradrénaline passent dans le sang, bien Il utilise le système circulatoire pour couvrir de qu'elles fassent partie des transmetteurs du fait plus grandes distances dans l'organisme. Les de leur structure chimique, et qu'elles soient messagers («messengers») du système aussi utilisées en tant que tels dans l'organisme. endocrinien sont les hormones; elles proviennent de cellules sécrétrices et ont comme organe effecteur ou organe-cible (ou
- 238. 234 Système endocrinien et Hormones Les hormones Hiérarchie des hormones (A). Dans de nombreux cas, une stimulation nerveuse dans le SNC précède Les hormones sont des substances messa- une libération d'hormone. En premier lieu, gères de l'organisme. Elles assurent la l'hypothalamus (cf. p. 240 et 290) intervient comme transmission d'informations dans la régu- relais neurohormonal. Il transforme le signal nerveux en une libération d'hormones dans le lobe antérieur lation de fonctions organiques et dans la de l'hypophyse (LA) ou dans le lobe postérieur de régulation des étapes du métabolisme. Les l'hypophyse (LP). Une grande partie des hormones hormones sont synthétisées dans les glandes du LA (appelées aussi hormones glandulotropes) endocrines et (à l'exception des hormones commandent des glandes endocrines périphériques tissulaires) sont transportées par voie sanguine (A : en vert olive) à partir desquelles est libérée vers les cellules de l'organe-cible (cellules- l'« hormone effectrice » (A). Dans ces relais, le signal cibles). On distingue d'après leur structure original peut non seulement être amplifié, mais encore être modulé plusieurs fois (régulation par rétroaction; chimique, trois groupes d'hormones : 1. les cf. p. 238). hormones peptidiques (A : en bleu foncé) et les hormones glycoprotéiques (A : en bleu La libération des hormones du LA est clair) ; 2. les hormones stéroïdiennes (A : en commandée par des hormones de rang supérieur : ce sont les hormones de I'hypothalamus (A et cf. p. jaune) et des hormones chimiquement 240). Ici, il faut distinguer les hormones qui favorisent apparentées (hormone D ; A : en jaune) ; et cette libération (releasing hormone = RH) de celles 3. les hormones dérivées de la tyrosine (acide qui la freinent (inhibiting hormone = IH) (A et tableau aminé) (A : en orange). Les hormones p. 235). stéroïdiennes sont hydrophobes. Dans le sang, Les hormones du LP (ADH, ocytocine) sont elles sont fixées à des protéines dites protéines synthétisées dans l'hypothalamus, transportées vers le de transport qui leur sont spécifiques, par LP où leur libération est provoquée par des signaux exemple la transcortine (cortisol. progestérone) nerveux (cf. p. 240). Les deux hormones du LP ou la globuline liée aux hormones sexuelles agissent directement sur la cellule-cible (comme celles (testostérone. œstrogène). du LA) (STH, prolactine et LPH ; cf. p. 240). Les hormones de la médullosurrénale (A et La plupart des hormones sont dégradées par le cf. p. 58) sont libérées par l'intermédiaire de fibres métabolisme avant que leur action ne puisse nerveuses végétatives. Les hormones pancréatiques être décelée. L'hormone de croissance (STH, le sont également en partie mais, toutefois, elles sont GH), par exemple, est dégradée de moitié au essentiellement commandées par des signaux bout de 20 minutes mais son effet dure toute humoraux (cf. p. 246) venant du métabolisme. une semaine. La libération de parathormone (cf. p. 254 et Les récepteurs pour les hormones peptidiques et suiv.), de calcitonine (cf. p. 256), d'al- glycoprotéiques ainsi que pour les catécholamines se dostérone (cf. p. 152) et d'érythropoïétine (cf. trouvent du côté extérieur de la membrane cellulaire p. 60) se fait également de cette façon. (cf. p. 242). Pour autant qu'on le sache, ces récepteurs sont les chaînes peptidiques (PM environ 50000 Les hormones dites hormones tissulaires sont synthétisées en dehors du système endocrinien Dalton) qui pénètrent la membrane cellulaire à classique et, en général, agissent localement : action plusieurs reprises et en zig-zag. Si l'hormone se fixe à paracrine. L'angiotensine (cf. p. 152), la bradykinine cet endroit, un second messager intracellulaire (« second messenger ») est libéré du côté interne de (cf. p. 176 et 202). L'histamine (cf. p. 72 et 208), la la membrane. Celui-ci transmet le signal hormonal sérotonine (cf. p. 74) et les prostaglandines font partie dans la cellule. Ce « second messager » peut être par de ce groupe. Quelques hormones agissent également exemple l'AMPc, le GMPc, l'inositol triphosphate, le sur les cellules où elles sont libérées : elles ont une 2+ action autocrine (par ex. l'interleukine 2). diacylgiycérol ou le Ca (cf. p. 242 et suiv.). Au contraire, les hormones stéroîdiennes parviennent Chez l'homme, les prostaglandines (PG) sont elles-mêmes à l'intérieur de la cellule pour se fixer à synthétisées à partir des acides gras de l'acide des protéines réceptrices spécifiques situées dans le arachidonique (AA ; on utilise l'index 2 pour qualifier cytoplasme (cf. p. 244). Les hormones thyro ïdiennes les prostaglandines dérivant de l'AA) ou des acides pénètrent aussi dans la cellule et se lient probablement gras essentiels apportés par l'alimentation. Dans aux récepteurs du noyau cellulaire. l'organisme, l'AA est estérifié comme un composant de la membrane cellulaire phospholipidique de Une cellule-cible peut posséder plusieurs récepteurs différents pour la même hormone (par ex. l'adrénaline laquelle il est libéré grace à une phospholipase qui peut se fixer aux α1, α2, β1 et β2 récepteurs) ou A2. des récepteurs pour différentes hormones (par ex. l'insuline et le glucagon).
- 241. 238 Système endocrinien et Hormones Régulation par rétroaction. Principes d'action des hormones périphériques. Par exemple, la concentration La rétroaction (« feedback ») est un processus de l'hormone effectrice dans le sang peut être par lequel la réponse à un signal (par exemple, encore trop faible malgré une synthèse et une la réponse de la cellule à une stimulation libération maximales par les cellules hormonale) influence, par voie de retour, la glandulaires présentes. Ces cellules vont, alors, structure émettrice du signal (dans l'exemple, la se multiplier jusqu'à ce que l'effet de rétroaction glande endocrine). Dans la rétroaction de l'hormone effectrice synthétisée soit suffisant positive (rare), la réponse va amplifier le signal pour inhiber la ' glande endocrine supérieure original ce qui conduit à une réponse elle-même correspondante (voir la formation des goitres, p. amplifiée, et ainsi de suite (cf. par exemple p. 252). Une telle hypertrophie compensatrice 264). Dans la rétroaction négative, la réponse (croissance compensatrice) d'une glande endo- du récepteur va réduire le signal déclencheur crine périphérique peut aussi s'observer, par original. Comme la plupart des mécanismes de exemple après ablation chirurgicale partielle de régulation de l'organisme, les actions des la glande. La glande en question augmente en hormones sont soumises à une telle rétroaction taille et en fonction endocrine jusqu'à ce que sa négative. sécrétion initiale soit rétablie. Les releasing hormones de l'hypothalamus (par Les hormones de synthèse administrées (par exemple, la CRH) provoquent la libération de exemple la cortisone) présentent la même l'hormone glandulotrope correspondante du action inhibitrice sur la libération des hormones lobe antérieur de l'hypophyse (dans l'exemple, glandulotropes (dans l'exemple. l'ACTH) que les l'ACTH ou corticotropine) qui, elle-même, hormones libérées physiologiquement par la influence la glande endocrine périphérique glande périphérique (dans l'exemple, la cortico- (dans l'exemple, la corticosurrénale) (A1). surrénale). L'administration continue d'une L'hormone effectrice excrétée (ici, le cortisol) hormone périphérique entraîne ainsi une agit non seulement sur la cellule-cible mais inhibition et une régression du rythme de encore inhibe en retour la libération de la production normale de cette hormone : atrophie releasing hormone par l'hypothalamus (A3 et compensatrice. A4), avec pour résultat une diminution de la quantité d'hormone terminale libérée (A5-A7). On appelle phénomène de rebond (« rebound L'inhibition de la libération de la releasing phenomenon »), une libération, passagèrement hormone est ainsi assurée (A7), etc. sus-normale, d'une hormone de rang supérieur (LA) en réponse à une interruption de la La rétroaction peut également s'effectuer si, par production de l'hormone périphérique. exemple, l'hormone du LA inhibe l'hypo- thalamus ou bien si l'hormone du LA ou les La principale action des hormones sur les cellules produisant l'hormone terminale sont cellules-cibles est de contrôler leur inhibées par l'hormone terminale elle-même, métabolisme, ceci de 3 façons : 1) modification comme c'est le cas avec la TSH ou l'ACTH de la configuration des enzymes (mécanismes (autoinhibition ; A. en bas à droite). Le allostériques), qui a pour conséquence une métabolite contrôlé par l'hormone (par exemple, modification directe de l'activité enzymatique, 2) la concentration plasmatique de Ca2+) peut lui- inhibition ou stimulation (induction) de la même régler la libération de cette hormone synthèse enzymatique, 3) modification de la (dans l'exemple, la parathormone ; cf. p. 254 et disponibilité du substrat aux réactions suiv.). La rétroaction concerne également les enzymatiques, par exemple, par modification de signaux nerveux (circuit de contrôle la perméabilité membranaire. L'insuline utilise neuroendocrine), par exemple dans te contrôle ces trois voies pour modifier la disponibilité endocrine de notre conduite alimentaire (niveau intracellulaire du glucose. Pour cela, un de glycémie à faim ; homéostasie osmotique et «programme» cellulaire est initié par la hydrique à soif. etc.). phosphorylation intracellulaire des sous-unités β Les hormones de « rang supérieur » dirigent des récepteurs membranaires à l'insuline non seulement la synthèse et la libération de lorsque cette dernière entre à leur contact (cf. p. l'hormone effectrice mais encore influencent la 248) croissance des glandes endocrines
- 243. 240 Système endocrinien et Hormones existe également des inhibiting hormones (IH) Système hypothalamo-hypophysaire (hormones inhibitrices) provenant également de l'hypothalamus et rejoignant le LA par le Certains neurones de l'hypothalamus sont en système porte. Une diminution de la libération mesure de sécréter des hormones : neurosé- d'une IH a donc pour effet une augmentation de crétion. Les hormones ainsi formées dans la la libération de l'hormone correspondante du LA cellule nerveuse ne sont pas libérées, comme (cf. p. 236 et suiv.). les médiateurs, dans un espace synaptique (cf. Pour permettre une sécrétion normale de cer- p. 54 et suiv.) mais directement dans le sang. taines hormones du LA, la présence dans le Les hormones des neurones neurosécréteurs sang d'hormones supplémentaires est de l'hypothalamus moyen sont synthétisées nécessaire. Ainsi, en plus des SRH et SIH, des dans le réticulum endoplasmique du soma (cf. glucocorticoïdes et des hormones thyroïdiennes p. 23). Ensuite, elles passent dans l'appareil de participent à la libération de STH. Golgi où elles sont incluses dans des granules L'hypothalamus est en relation étroite avec le de 100 à 300 nm de diamètre, limités par une système limbique, la formation réticulée et membrane. Dans les axones, ces granules (par l'intermédiaire du thalamus) le cortex (cf. migrent vers les terminaisons nerveuses p. 290). Le système endocrinien participe ainsi (transport axoplasmique ; cf. p. 22). à la régulation végétative (équilibre énergétique L'ocytocine et l'ADH sont transportées de cette et hydrique, circulation et respiration). manière jusqu'au lobe postérieur de l'hypophyse Cependant, il est également dépendant du et les releasing hormone jusqu'à 'éminance rythme veille-sommeil, de facteurs psycho- médiane de l'hypothalamus (voir ci-dessous). émotionnels. Des stress peuvent provoquer Au niveau des terminaisons nerveuses, la chez la femme des saignements menstruels par libération dans le sang des granules l'intermédiaire d'hormones (cf. p. 262 et suiv.). contenant les hormones se fait grâce aux Au niveau du LA, les hormones suivantes sont potentiels d'action (cf. p. 26 et suiv.). Comme sécrétées (cf. p. 236 et suiv.) : STH (cf. ci- lors de la libération des neurotransmetteurs (cf. dessous). ACTH (agit sur la corticosurrénale ; p. 56), le Ca2+ pénètre dans la terminaison cf. p. 246 et suiv. et p. 260). TSH (agit sur la nerveuse. La durée des potentiels d'action dans thyroïde ; cf. p. 250 et suiv.), FSH et LH (ICSH) les nerfs neurosécréteurs est 10 fois plus (agissent sur les ovaires et les testicules ; cf. p. grande que dans les autres nerfs, ce qui assure 262 et suiv.) et prolactine (agit principalement une libération d'hormone suffisante. sur les glandes mammaires; cf. p.264). Les hormones du lobe postérieur de L'ACTH, la TSH, la FSH et la LH agissent sur l'hypophyse, c'est-à-dire l'hormone anti- des glandes endocrines subalternes et sont de diurétique (vasopressine) et l'ocytocine, et ce fait des hormones trophiques ou celles de la médullosurrénale, l'adrénaline et la glandulotropes. La prolactine est non noradrénaline (cf. p. 58), passent directement glandulotrope, la STH agit des deux manières. des nerfs neurosécréteurs dans la circulation L'hormone de croissance STH contrôle la générale. croissance du squelette et certains processus Les releasing hormones (RH) (hormones de métaboliques (cf. p. 246 et suiv.); ici, la libération) du lobe antérieur de l'hypophyse somatomédine (provenant du foie) sert d'in- (LA) ou adénohypophyse sont, en premier lieu, termédiaire, par exemple lors de l'incorporation déversées dans un système porte à partir des des sulfates ou lors de la synthèse protéique neurones neurosécréteurs de l'hypothalamus. dans le cartilage. La somatomédine C (= insu- Elles parviennent ainsi, par une voie sanguine lin-like growth factor = IGF ; action tissulaire courte, au système capillaire du LA, où elles semblable à l'insuline) inhibe aussi la libération provoquent par l'intermédiaire de seconds de la STH dans le LA (rétroaction négative). messagers (cf. p. 242) la libération des Sans l'intermédiaire des somatomédines, la hormones du LA dans la circulation générale STH est lipo- et glycogénolytique. Le LA libère (A). en outre la β-endorphine et une hormone lipo- La régulation de la libération des RH se fait par trope β-LPH) dont le rôle physiologique reste rétroaction (cf. p. 238) provoquée par la encore obscur. Tout comme l'ACTH, ces deux concentration plasmatique de l'hormone hypo- hormones sont formées par la pro-opiomélano- physaire concernée ou de l'hormone effectrice. cortine (POMC). Pour certaines hormones du lobe antérieur, il
- 245. 242 Système endocrinien et Hormones Transmission cellulaire du message hormonal D'autres hormones ou les mêmes hormones agissent sur un récepteur différent par l'intermédiaire de Gi et Les hormones passent par l'espace extracellulaire, diminuent l'AMPc : acétylcholine (réc. M2), jouant le rôle de « signal » ou de « messager » somatostatine, opioïde, angiotensine II, adrénaline (premier messager = « first messenger ») et (réc. α2), adénosine (réc. A1), dopamine (réc. D2), parviennent jusqu'à la cellule-cible. Pour les hormones sérotonine (réc. S1a) et d'autres. autres que les hormones lipophiles (par ex. les hor- La toxine cholérique bloque la GTPase. De ce fait, mones stéroïdes. cf. p. 244 et suiv. ; les hormones son action de « rupture » sur l'adényl-cyclase est thyroïdiennes, cf. p. 250 et suiv. ; et le calcitriol = supprimée et la concentration d'AMPc augmente vitamine D. cf. p. 151 et 254 et suiv.) l'extérieur jusqu'à des valeurs extrêmes (voir les conséquences de la membrane de la cellule-cible possède des sur la cellule intestinale p. 228). La toxine récepteurs hormonaux spécifiques à chaque pertussique (coqueluche) inhibe la protéine Gi, hormone, fixant celle-ci avec une haute affinité. supprimant ainsi ses effets inhibiteurs sur l'adénylcyclase, et provoque par là même une Suite à cette liaison hormone-récepteur (avec augmentation de l'AMPc intracellulaire. quelques exceptions comme par ex. l'insuline ; cf. p. 248), et à certaines réactions entre les L'AMPc active les protéines kinases (type A) protéines cellulaires membranaires (et parfois responsables de la phosphorylation des protéines (enzymes ou protéines membranaires. incluant les aussi les phospholipides), il y a libération de récepteurs eux-mêmes ; A). La réponse spécifique de seconds messagers à l'intérieur de la cellule. la cellule dépend de la nature de la protéine Parmi ceux-ci on distingue l'adénosine phosphorylée. Celle-ci est elle-même contrôlée par la monophosphate cyclique et la guanosine protéine kinase présente dans cette même cellule- monophosphate cyclique (AMPc, GMPc), cible. l'inositol-1.4.5-triphosphate (IP3) et le 1,2- Une autre sorte de spécificité peut être obtenue par le diacylglycérol (DAG). Bien que la spécificité de fait que la phosphorylation active certaines enzymes et l'action hormone soit liée aux récepteurs de la en inactive d'autres. Ainsi, l'AMPc a une double action cellule-cible, beaucoup d'hormones peuvent glycolytique : la phosphorylation inactive la avoir le même second messager. De plus, la glycogénosynthé-tase (qui favorise la formation de glycogène) tandis qu'elle active la phosphorylase (qui concentration de celui-ci dans la cellule peut catalyse la glycogénolyse). être augmentée par une hormone mais En règle générale, pour modifier la chaîne diminuée par une autre. Les cellules possèdent d'information, l'α-GTP est transformée par l'action de la souvent différents types de récepteurs pour une GTPase activée en α-GDP, qui éventuellement se même et seule hormone. réunit avec β-γ pour former le G-GDP. Ultérieurement, l'AMPc est inactivé par une phosphodiestérase en L'AMPc comme second messager 5'-AMP ; de même les protéines antérieurement Pour qu'une réponse cellulaire faisant intervenir l'AMPc phospho-rylées peuvent être déphosphorylées par des ait lieu, la membrane cellulaire de la cellule-cible doit phosphatases. L'inhibition de la réaction AMPc à contenir en plus du récepteur une protéine régulatrice 5'-AMP par la théophylline ou par la caféine entraîne des nucléotides liée à la guanidine ; cette protéine peut une prolongation de la durée de vie de l'AMPc, et ainsi être stimulante et/ou inhibante, Gs et Gi (A). Ces de l'effet de l'hormone correspondante. protéines sont composées de trois sous-unités αs (ou Par l'intermédiaire des Gs, Gi et autres protéines G ai), β et γ. Au repos, α est lié à la guanosine (Go, Gk) les canaux ioniques et les pompes ioniques diphosphate (GDP). Lorsque l'hormone réagit avec le + 2+ (K , Ca ) peuvent aussi être régulés sans récepteur, le complexe H-R ainsi formé se lie à la Gs- l'intervention de l'adényl-cyclase. GDP (ou Gi-GDP). La GDP est alors remplacée par la guanosine triphosphate cytosolique (GTP) et au même L'inositol triphosphate (IPa) et le 1.2-diacylgiycérol instant β-γ et H-R se partagent. Ce mécanisme requiert (DAG) comme second messager la présence de Mg2+. L'αs-GTP ou αi-GTP ainsi formée Par suite de la liaison hormone extracellulaire- active l'adényl-cyclase intra-membranaire, avec récepteur, et une fois de plus grâce à l'action des comme conséquence une élévation de l'AMPc tandis protéines G (cf. ci-dessus), dans ce cas Gp et autres, que l'αi-GTP (par l'intermédiaire de cofacteurs la phosholipase C présente sur la face interne de la inconnus, peut-être γ) l'inhibe (chute de l'AMPc). membrane cellulaire est activée. Cette enzyme trans- forme le phosphatidyl inositol-4,5-diphosphate Les hormones agissant par l'intermédiaire de Gs et (PiP2) de la membrane cellulaire en IP3 et DAG (cf p. entraînant une élévation de 242), qui en tant que seconds messagers,ont l'AMPc sont les suivantes : glucagon, VIP, ocytocine, adénosine (récepteurs A2), sérotonine (réc. S2), sécrétine, PGE2, PGI2, histamine (réc. H2), adiurétine (réc. VP2), LH, FSH. TSH, ACTH, adrénaline (réc. Β1 et β2), corticolibérine et somatolibérine.
- 247. 244 Système endocrinien et Hormones différents effets (B). L'effet du DAG est ex. l'estradiol et la progestérone). La concentra- beaucoup plus durable que celui de l'IP3 par le tion de la protéine réceptrice est variable : par fait que le Ca2+ libéré par ce dernier (voir ci- exemple, l'estradiol peut provoquer une aug- dessous) est immédiatement pompé. mentation du nombre des récepteurs à la Le DAG lipophile reste dans la membrane progestérone dans les cellules-cibles de la cellulaire où il active la protéine kinase C. qui progestérone. parmi d'autres fonctions, permet la phosphoryla- Le complexe protéine réceptrice-hormone tion et ainsi l'activation des protéines de migre, après sa formation, dans le noyau transport pour les échanges Na+/H+. II en cellulaire (translocation ; cf. structure résulte une augmentation du pH cellulaire, cellulaire, p. 18 et suiv.). Il y stimule une signal important pour bon nombre d'événements augmentation de la formation de l'ARNm, cellulaires (par ex. la synthèse d'ADN). L'acide c'est-à-dire que la transcription ADN-ARNm arachidonique qui peut être libéré par le (ou à est influencée par le couple récepteur-hormone partir du) DAG exerce par l'intermédiaire de ses (induction). métabolites, les prostaglandines et -cyclines (cf. p. 234 et suiv.), plusieurs autres effets sur le Le fonctionnement des gènes structuraux d'un métabolisme cellulaire. chromosome, à partir desquels sont formés les ARNm, dépend presque exclusivement d'un En passant par le cytoplasme, l'IP3 atteint et gène opérateur. Un répresseur formé par un vide les réserves de Ca2+ de la cellule (ER) si gène régulateur peut inactiver le gène bien que le Ca2+ peut alors, en tant que opérateur. L'effet de l'hormone consiste troisième messager, modifier plusieurs fonctions probablement à inactiver ce répresseur : le cellulaires. Le Ca2+ peut se lier à la calmodu- gène opérateur devient ainsi à nouveau line (cf. p. 17 et p. 44) comme un intermédiaire fonctionnel et l'ARNm est produit en plus grande possible de réactions cellulaires. quantité. Les hormones comme l'adrénaline (réc. α1), L'ARNm (cf. p. 3) quitte le noyau et migre vers l'acétylcholine (réc. M1, la sérotonine (réc. S1), les ribosomes, lieu de synthèse des protéines. la thyréolibérine, la CCK, l'adiurétine (réc. VP1), A ce niveau, le nombre plus élevé de matrices l'histamine (réc. H1) et le thromboxane agissent (ARNm) permet une transcription accrue de par l'intermédiaire de IP3 et DAG. protéines (translation). De plus, la présence Les hormones à récepteurs intracellulaires d'ARNr est nécessaire ainsi que celle d'ARNt (cf. p. 3) pour l'activation des acides aminés qui Les hormones stéroïdes (cf. p. 237, en jaune), entrent en jeu. La production accrue des le calcitriol ou vitamine D3 (1,25- protéines (par ex. le PIA. p. 151) par cette dihydroxycholécalciférol) et les hormones induction conduit alors à la réponse cellulaire thyroïdiennes ont en commun avec les autres proprement dite (C). hormones la spécificité de la réponse cellulaire, bien que le déroulement de la chaîne Les glucocorticoïdes induisent, notamment, des réactions biochimiques intracellulaires soit une série d'enzymes qui conduisent à une très différente. Contrairement aux hormones augmentation de la glycémie (cf. p. 260). Une peptidiques hydrophiles (p. 242), les hormones induction des enzymes de la néoglucogenèse stéroïdes traversent relativement facilement la (comme la glucose-6-phosphatase ou la pyru- membrane cellulaire grâce à leur bonne vate-carboxylase) et des enzymes stimulant la liposolubilité. Elles trouvent dans leurs cellules- transformation d'acides aminés en glucose cibles respectives la protéine cytoplasmique (tryptophane-pyrolase, tyrosine-α-cétogluta- de liaison (protéine « réceptrice », C), qui leur rate-transaminase) participe également à cette est spécifique et à laquelle elles se lient : augmentation de la glycémie. transformation. L'hormone ne peut agir que si La protéine induite par le 1,25-dihydroxycho- la liaison hormone-récepteur s'effectue ; pris lécalciférol influence le transport du Ca2+(cf. p. séparément, aucun des deux composants n'a 254 et suiv.). d'effet. La triiodothyronine, hormone thryoïdienne (T3; Une cellule-cible peut contenir plusieurs pro- cf. p. 250 et suiv.) se fixe dans la cellule aux téines réceptrices pour une même hormone (par récepteurs nucléaires et développe ainsi ses actions ex. l'estradiol) ; d'autres cellules peuvent avoir métaboliques par instruction enzymatique. des récepteurs pour différentes hormones (par
- 249. 246 Système endocrinien et Hormones Métabolisme des hydrates de carbone. énergétiques pendant le jeûne ou le travail, en Hormones pancréatiques situation de stress, etc. (glucagon ; voir aussi les effets de l'adrénaline, p. 58) ; et 3) maintenir, ainsi, la Le glucose est le principal support énergétique du glycémie constante (A). métabolisme chez l'homme; le cerveau et les Les effets du glucagon et de l'adrénaline (β-récepteurs) érythrocytes sont totalement dépendants du glucose. deviennent effectifs grâce à l'AMPc (cf. p. 242). Le « La glycémie ( concentration du glucose sanguin) se second messager » de l'insuline et des a-récepteurs trouve au centre du métabolisme énergétique. Elle est 2+ fixée, d'une part, par la consommation de glucose et, (Ca ?) n'est pas connu avec certitude. d'autre part, par la synthèse du glucose et son Insuline absorption alimentaire. Le pancréas renferme environ 6 à 10 mg d'insuline Les notions qui suivent sont importantes pour dont 2 mg environ sont excrétés par jour. Si on injecte comprendre le métabolisme des hydrates de carbone 4 µg d'insuline par kilogramme de poids corporel, la (A) : glycémie baisse à peu près de moitié. La demi-vie de 1. Glycolyse : au sens strict du terme, la glycolyse est l'insuline est d'environ 10 à 30 minutes, elle est la dégradation anaérobie du glucose en lactate (cf. p. essentiellement dégradée dans le foie et le rein. 46) ; dans un sens plus large, c'est également la Synthèse de l'insuline : l'insuline est un peptide combustion aérobie du glucose. La glycolyse constitué de 51 acides aminés, formé à partir de la pro- anaérobie se produit dans les érythrocytes, dans la insuline (84 acides aminés) par élimination de la médullaire rénale et en partie (cf. p. 46) dans le muscle chaîne C. Elle contient 2 chaînes (A et B) reliées par 2 squelettique. La dégradation aérobie du glucose a lieu ponts disulfure (pont S-S). La pro-insuline est formée principalement dans le SNC, dans le muscle dans le réticulum endoplasmique des cellules B. Avec squelettique et dans la pluplart des autres organes. la participation de l'appareil de Golgi, il se forme des 2. Glycogenèse : c'est la formation de glycogène à granules contenant l'insuline. Grâce à 'AMPc ces partir du glucose ; elle s'effectue dans le foie et le derniers libèrent leur contenu par exocytose (cf. p. 4) muscle. La glycogenèse réalise le stockage du glucose dans le milieu extracellulaire. et stabilise la glycémie. Le glycogène ne peut être Le principal stimulus de la sécrétion d'insuline est stocké dans le muscle que pour les besoins propres de une augmentation de la glycémie (B), Les étapes de la celui-ci. sécrétion d'insuline sont les suivantes : ↑ du glucose 3. La glycogénolyse est la dégradation du glycogène plasmatique à ↑ du glucose cellulaire à ↑ ATP en glucose, c'est donc le phénomène inverse de la cellulaire à fermeture des canaux K+ à dépolarisation 2+ glycogenèse. à ouverture des canaux Ca à ↑ du Ca2+ cytoplasmique à (a) sécrétion d'insuline par exocytose 4. La néoglycogenèse (dans le foie et le cortex rénal) et, par rétroaction négative, (b) réouverture des canaux est la synthèse de glucose à partir de substances non K+. glucidiques, c'est-à-dire des acides aminés (à partir Le glucagon (localement dans le pancréas, cf. ci- des protéines musculaires), du lactate (provenant de la dessus) et les hormones du tractus digestif, sécrétine, glycolyse anaérobie du muscle et de l'érythrocyte) et gastrine (cette dernière pouvant agir indirectement par du glycérol (provenant de la dégradation des lipides). la sécrétine) et le polypeptide inhibiteur gastrique (GIF 5. La lipolyse est la dégradation des lipides avec = gastric inhibitory polypeotide) stimulent aussi la formation de glycérol et d'acides gras libres. libération d'insuline. Éventuellement, il existe aussi un polypeptide libérant l'insuline (IRP = insulin releasing 6. La lipogenôse est la synthèse des lipides (stockés polypeptide), Par ailleurs, plusieurs acides aminés ensuite dans le tissu adipeux). (lysine, arginine, leucine) et une série d'autres Les cellules sécrétrices des îlots de Langerhans du hormones (STH. ACTH, TSH et quelques hormones pancréas jouent un rôle prépondérant dans le stéroïdes) provoquent une augmentation de la métabolisme des hydrates de carbone. Les cellules A. sécrétion d'insuline. L'adrénaline et la noradrénaline B et D des îlots forment une sorte de syncitium (α-récepteurs) freinent la libération d'insuline (A, B). fonctionnel (gap junctions ; cf. p. 7). Les cellules A (ou Par exemple, une glycémie trop faible sera enregistrée α; 25% des cellules) produisent le glucagon, les par le SNC (chémorécepteurs sensibles au glucose) et cellules B ou cellules β (60 % des cellules), entraînera, par voie réflexe, une augmentation de la l'insuline. En plus, il y a formation de somatostatine libération d'adrénaline (cf. p. 58). dans les cellules D (cf. p. 208). Ces hormones ont probablement une influence purement locale sur leur Le récepteur à insuline est composé de deux sous- formation réciproque (action paracrine). unités α qui lient l'hormone et de deux sous-unités β (transmembranaires) qui sont des protéines-kinases Les principales fonctions des hormones spécifiques de la tyrosine activée par l'insuline en pancréatiques sont : 1) stocker les aliments (pris lors d'un repas) sous forme de glycogène et de graisse moins d'une minute. (insuline) ; 2) mobiliser à nouveau les réserves
- 251. 248 Système endocrinien et Hormones L'étape suivante consiste en un changement des flux s'accumule sous forme de triglycérides au niveau du + + de K (par le moyen des canaux K ATP dépendants) et foie (adipose hépatique). le complexe hormone-récepteur est internalisé. Les effets ultérieurs (ou parallèles ?) de l'insuline sur le Glucagon métabolisme intermédiaire et sur la croissance sont Le glucagon est une hormone peptidique comprenant inconnus. 29 acides aminés. Il est synthétisé dans les cellules A Actions de l'insuline (A, B, C) : l'insuline assure le du pancréas. Comme l'insuline, il est stocké dans des stockage du glucose, principalement dans le foie, où granules et excrété par exocytose. elle augmente l'absorption du glucose par les cellules et conduit à une augmentation de la glycolyse et de la Les stimuli essentiels entraînant la sécrétion de glycogenèse intracellulaire. De cette manière, glucagon sont la faim (hypoglycémie. B) et un excès l'hyperglycémie qui suit une prise alimentaire est d'acides aminés. Une excitation du sympathique (via ramenée rapidement à une valeur plus basse. Environ les β-récepteurs ; A) et une diminutuion de la 2/3 du glucose absorbé dans l'intestin en période concentration plasmatique en acides gras provoquent postprandiale sont temporairement stockés par ce également une sécrétion de glucagon. Une moyen, de manière à échelonner leur remobilisation hyperglycémie inhibe la libération de glucagon. durant les périodes de « jeûne ». Ceci assure avant Le glucagon (A, B, C) est un antagoniste de l'insuline ; tout au SNC, qui est fortement dépendant du glucose, son effet principal consiste à augmenter la glycémie un apport suffisant en glucose relativement peu et donc assurer partout l'approvisionnement en dépendant des prises alimentaires. L'insuline assure glucose par: également le stockage des acides animés sous forme a) une augmentation de la glycogénolyse (dans le foie de protéines, principalement dans le muscle et non dans le muscle), et squelettique (anabolisme). Elle permet la croissance b) une augmentation de la néoglucogenèse à partir du et influence la répartition du K+ dans l'organisme (cf lactate, des acides aminés (dégradation des protéines p. 148). = catabolisme) et du glycérol (provenant de la lipolyse). Un excès d'insuline se traduit par une hypo- Une augmentation de la concentration plasmatique en glycémie, qui pour des valeurs < à environ 2 mmol/l (< acides aminés élève la sécrétion d'insuline ce qui, en 0,35 g/l) entraîne des désordres métaboliques l'absence d'apport simultané de glucose, aboutirait à cérébraux (avec possibilité de coma) pouvant une hypoglycémie. Celle-ci est contrecarrée par une rapidement aboutir à la mort : c'est le choc libération de glucagon (hyperglycémiant) provoquée hypoglycémique. également par les acides aminés. De plus d'ailleurs, le Une absorption excessive d'hydrates de carbone glucagon entraîne une augmentation de la (surcharge adipeuse) dépasse la capacité de stockage néoglucogenèse à partir des acides aminés, Ainsi, ces en glycogène si bien que le foie transforme le glucose derniers alimentent en partie le métabolisme en acides gras. Ceux-ci sont convoyés vers le tissu énergétique. Si, par exemple, un patient reçoit une adipeux et accumulés sous forme de triglycérides. perfusion d'acides aminés pour stimuler la synthèse Leur mobilisation et le catabolisme des graisses en protéique, il faut, en même temps, lui administrer du acides gras libres (lipolyse) est inhibé par l'insuline (cf. glucose pour empêcher la combustion de ces acides p. 220 et suiv.). aminés. Le diabète sucré peut être causé par : 1. un manque La somatostatine (SIH) est un inhibiteur de la d'insuline (type I) ; 2. une diminution du nombre de libération d'insuline et du glucagon (action paracrine) ; récepteurs fonctionnels à l'insuline (type II, comme par elle diminue la vitesse d'assimilation de tous les ex. dans l'obésité ou l'urémie) ; 3. une diminution de nutriments au niveau du tube digestif. Les l'affinité des récepteurs à l'insuline (par ex. dans concentrations plasmatiques élevées en glucose, l'acidose ou par suite d'un excès de glucocorticoïdes) ; acides animés et acides gras favorisent sa libération. 4. une surabondance d'hormones hyperglycémiantes Les catécholamines inhibent sa sécrétion. La SIH a (glucagon, STH ; voir ci-dessous). Il est caractérisé par également un effet inhibiteur sur la motilité et la une augmentation de la concentration en glucose sécrétion du tube digestif. Ainsi, c'est probablement en (hyperglycémie), pouvant conduire à la glucosurie partie par une boucle de rétroaction qu'elle empêche (cf. p. 128, 142). De plus, dans les situations (1) et (3), une surcharge alimentaire rapide. Elle peut aussi agir il n'y a pas d'inhibition de la lipolyse (voir ci-dessus) ce comme une hormone antiobésité. qui signifie qu'une grande quantité d'acides gras est La somatotropine (STH) agit à court terme comme libérée. Bien qu'une partie des acides gras puisse être l'insuline (par l'intermédiaire de la somatomédine) utilisée pour la production d'énergie par l'intermédiaire mais, à long terme, elle est hyperglycémiante de l'acétyl CoA, les autres provoquent une (stimulation de la croissance). augmentation de l'acide acétique et, à partir de là, d'acide β-oxybutyrique (acidose métabolique, cf. p. L'influence des glucocorticoïdes sur le métabolisme 114) et d'acétone (cétose). Puisque la synthèse des hydrates de carbone (C) est expliquée plus en hépatique des graisses est indépendante de l'insuline, détail à la p. 260. une grande quantité d'acides gras libres est utilisée et
- 253. 250 Système endocrinien et Hormones Hormones thyroïdiennes ce moyen, les hormones T 3 et T4 sont libérées (environ La thyroïde est formée de follicules arrondis (de 50 à 0,2 et 1-3 mol/mol de thyroglobuline) et rejoignent le 500 µm de diamètre), dont les cellules produisent les flux sanguin où l'I- des MIT et DIT, qui sont également deux hormones thyroïdiennes : la thyroxine (T4 ; libérées, est scindé par une déiodinase et redevient prohormone) et la triiodothyronine (T3 ; hormone disponible pour une resynthèse hormonale. active). Les cellules parafolliculaires ou cellules C T3 et T4 dans l'organisme : T3 est 2 à 4 fois plus synthétisent la calcitonine (cf. p. 256). T3 agit sur la active que T4 et agit plus rapidement (T3 a son effet croissance et la maturation ainsi que, de diverses maximum en quelques heures, T 4 en quelques jours). façons, sur le métabolisme. T3 ne provient qu'en partie de la thyroïde (20%), la T3 et T4 sont stockées dans le colloïde des follicules majeure partie (80%) est produite au niveau des (B) où elles se lient à une glycoprotéine, la cellules-cibles par désiodation de T4. C'est pourquoi T3 thyroglobuline. est considérée comme la véritable hormone active et Biochimie : Dans les ribosomes des cellules T4 comme une prohormone (réserve). thyroïdiennes, la thyroglobuline (PN = 660 000 Dalton) La conversion de T4 en T3 (essentiellement dans le est synthétisée à partir d'acides aminés puis elle migre foie et le rein) est catalysée par une 5'-déiodinase dans les appareils de Golgi où elle se lie aux hydrates mycrosomale qui libère l'iode de l'anneau externe de de carbone. Tout comme pour « l'exportation » de T4 (D). certaines protéines, la thyroglobuline est « emballée » Si, par contre l'atome d'iode enlevé provient de dans une vésicule, puis libérée dans le colloïde par l'anneau interne (action de la 5-déiodinase), la T4 est exocytose (A et cf. p. 12 et 13). Ici, et probablement du transformée en une reverse T3 inactive (rT3). côté externe de la membrane, les fractions tyrosine Normalement la production de T 3 et de rT3 en de la thyroglobuline sont iodées. Cela nécessite de périphérie est du même ordre de grandeur (25 µg/j). La l'iode qui, à partir du sang, est activement (ATP- formation de Ta diminue et celle de rT3 augmente dépendant) enrichie 25 fois environ dans la cellule durant le jeûne, du fait de l'inhibition de la 5'- thyroïdienne sous forme d'ions iodures (I-) (B). La déiodinase. Fait exceptionnel, la 5'-déiodinase thyrostimuline (TSH) de l'adénohypophyse, hormone hypophysaire (voir ci-dessous) n'est pas inhibée, si de contrôle de la thyroïde, stimule cette absorption de bien que la libération de TSH (non souhaitable dans ce I- en augmentant sa capacité de transport cas) par rétroaction négative ne s'effectue pas. (enrichissement en I- jusqu'à 250 fois), tandis que T3 et T4 se trouvent dans le plasma dans un rapport de d'autres anions (par exemple et dans l'ordre d'efficacité 1/100 et elles y sont liées à trois protéines différentes : ClO4-, SCN-, NO2-) l'inhibent par compétition. A partir (ayant une affinité plus marquée pour T4) : 1) une du stock intracellulaire de I- (pool I-), cet ion est globuline fixant la thyroxine («thyroxin binding continuellement extrait et oxydé en iode élémentaire globulin» = TBG) qui transporte les 2/3 de T4. 2) une ou en 13 par l'intermédiaire d'une peroxydase ; l'iode préalbumine fixant la thyroxine (« thyroxin binding élémentaire, liée à une iode transférase, passe par prealbumin » = TBPA) qui transporte le reste de T4, exocytose dans l'espace folliculaire où il réagit aussitôt conjointement avec 3) une albumine. Des traces de T3 avec les 110 résidus tyrosine de la thyroglobuline. Par et T4 libres circulent dans le sang. ce procédé, le groupement phénol des résidus tyrosyl est iodé en position 3 et/ou 5, si bien que la chaîne Régulation de la sécrétion des hormones protéique contient maintenant deux résidus tyrosyne : thyroïdiennes : Contrairement à la plupart des autres diiodotyrosine (DIT) ou un seul monoiodotyrosine hormones, la concentration plasmatique de T3 et T4 est (MIT). Les étapes de cette synthèse sont activées par relativement constante. L'hormone de contrôle est la la TSH et inhibées par le thiouracile, le thiocyanate, la TSH (adénohypophyse), elle-même sous l'influence de résorcine, le glutathion et d'autres substances. la TRH ou thyréostimuline (hypothalamus) par l'intermédiaire de l'AMPc. La somatostatine La structure tertiaire de la thyroglobuline est telle que hypothalamique inhibe la libération de TSH. L'effet de les résidus de tyrosine iodés (restant dans le colloïde) la TRH est modifié par T3 : par exemple une peuvent s'unir les uns aux autres : le groupement augmentation de la concentration des hormones phénol d'un DIT (ou MIT) va se coupler avec un autre thyroïdiennes entraîne une diminution de la sensibilité DIT par une liaison éther, de telle manière que la de l'adénohypophyse à la TRH (diminution des chaîne de thyroglobuline va devenir une récepteurs à TRH), se traduisant par une diminution de tétraiodothyro-nine et (pour une extension moindre) la sécrétion de TSH et, en conséquence, une une triiodothyronine (D). Ce sont les formes de diminution du taux de Ta et T 4 (rétroaction négative; cf. stockage des hormones thyroïdiennes T4 et T3. p. 238). (La T4 est convertie en T 3 dans l'hypophyse La TSH stimule également la libération de T3 et T4, la par une 5-déiodinase très active : cf. p. 250). La thyroglobuline du colloïde entrant à nouveau dans la sécrétion de TRH peut également être modifiée, par cellule par endocytose (C et cf. p. 12). Ces vésicules exemple, négativement par T3 et T4 ( rétroaction) ou de pinocytose fusionnent avec les lysosomes pour par des influences nerveuses (positivement, par former des phagolysosomes au niveau desquels la exemple lorsqu'il fait froid). thyroglobuline est hydrolysée par des protéases. Par
- 255. 252 Système endocrinien et Hormones Chez le nouveau-né, le froid semble stimuler la crêtes mitochondriales augmentent (cf. p. 4 et libération de TRH par voie nerveuse suiv.), ce qui est à l'origine de la stimulation du (thermorégulation, cf. p. 194). La T3 ne semble métabolisme par T3 et T4. pas être utilisée à des fins thermorégulatrices Ayant une certaine analogie avec l'effet des normales ou lors de situations aiguës (réaction catécholamines. T3 et T4 augmentent, en trop lente), mais seulement pour « ajuster » la général, la consommation d'oxygène, au sensibilité du tissu adipeux et du cœur à cours d'une activation des échanges l'adrénaline (voir ci-dessous). énergétiques et favorisent ainsi la production Un goitre est une hypertrophie diffuse ou sous de chaleur. La T3 joue un rôle important dans la forme de nodosités de la thyroïde. La cause thermorégulation (cf. p. 194). La température d'un goitre diffus peut être, par exemple, un centrale et le métabolisme de base sont manque d'iode dans l'eau de boisson qui diminués dans l'hypothyroïdisme et augmentés entraîne un déficit en T3 et T4, celui-ci provoque dans l'hyperthyroïdisme sévère. T3 et T4 influen- notamment une augmentation de la sécrétion cent en outre l'efficacité d'autres hormones. de TSH (cf. ci-dessus). Une augmentation Par exemple, lors d'une hypothyroïdie, l'insuline, chronique de TSH conduit à un goitre car les le glucagon, la TSH et l'adrénaline perdent leurs cellules folliculaires se multiplient sous son effets stimulateurs sur les échanges influence (goitre hyperplasique). La synthèse de énergétiques. Au contraire, lors d'un T3 et T4 augmente alors et peut normaliser la hyperfonctionnement de la thyroïde, la concentration sanguine de cette hormone : sensibilité de l'organisme à l'adrénaline euthyroïdie. Souvent un tel goitre persiste augmente, probablement parce que le T3 même quand l'agent goitrigène a disparu (par stimule la synthèse de β-adrénorécepteurs. exemple, le déficit en iode). T3 et T4 stimulent également la croissance et Un déficit en T3 et T4 (hypothyroïdie) peut la maturation, en particulier du cerveau et des apparaître quand la thyroïde hypertrophiée ne os. Un manque d'hormones thyroïdiennes chez peut plus fournir suffisamment de T3 et T4, goitre le nouveau-né entraîne ainsi un retard de la hypothyroîdique. Ce dernier se forme aussi lors croissance et de la maturation (par ex. nanisme de perturbations congénitales dans la synthèse et ralentissement du développement sexuel) et de T3 et T4 (cf. ci-dessous), d'une destruction des troubles du SNC (déficience intellectuelle, inflammatoire de la thyroïde, etc. Dans l'hyper- convulsions, etc.) pouvant aller jusqu'au thyroïdie, une tumeur de la thyroïde (nodule crétinisme. Un traitement par des hormones sécrétant) ou un goitre diffus (maladie de thyroïdiennes durant les six premiers mois de la Basedow) produit trop de T3 et T4 indépendam- vie peut empêcher, en partie, l'apparition de ces ment de la TSH. Dans ce cas, une immunoglo- troubles. buline thyréostimulante se lie aux récepteurs Métabolisme de l'iode (E) : L'iode circule dans le à TSH et provoque ainsi la production de T3 et sang sous trois formes : 1) iode inorganique, I- (2 à 10 T4. µg/l) ; 2) iode organique non hormonal (traces) sous forme de thyroglobuline iodée (MIT et DIT) ; et 3) iode combiné à T3 et T4 (35 à 80 µg d'iode/l) qui, elles- Les effets des hormones thyroïdiennes sont mêmes, sont liées aux protéines plasmatiques variés mais il n'existe pas vraiment d'organes- (« protein bound iodine » = PBI). 90% de ce dernier cibles spécifiques. sont inclus dans la T4, fraction encore appelée « iode pouvant être extraite par le butanol » (« butanol- T3 et T4 sont, comme toutes les hormones extractable iodine » = BEI). Quotidiennement, 150 µg stéroïdiennes, captées par les cellules-cibles ; environ de T3 et de T4 sont « consommés » (dans un cependant, elles ne nécessitent pas de protéine rapport de 5/2). En cas de fièvre ou d'un hyper- réceptrice spécifique. Le point d'impact intracel- fonctionnement de la thyroïde, ce chiffre atteint 250 à lulaire de T3 et T4 est l'ADN du noyau 500 µg . L'iode excrété (E) doit être remplacé par un apport alimentaire : le sel marin (et par conséquent les cellulaire (influençant la transcription ; cf. p. 3). animaux marins) et les plantes provenant de terrains L'affinité des récepteurs nucléaires est 10 fois riches en iode (céréales) en contiennent beaucoup. Un plus faibles pour la T4 que pour la T3. Les manque d'iode dans l'alimentation peut être compensé influences sur les mitochondries sont proba- par une adjonction d'iode dans le sel de cuisine. Le lait blement secondaires. Sous l'action de T3 et T4, maternel contient de l'iode et les femmes allaitantes le nombre de mitochondries comme celui des ont un besoin accru en iode (environ 200 µg/jour).
- 257. 254 Système endocrinien et Hormones Régulation du calcium et du phosphate placenta (environ 625 mmol) ou du lait maternel (jusqu'à 2000 mmol), celui-ci est absorbé par l'enfant 2+ Le calcium (Ca ) joue un rôle important dans la et intégré dans son squelette. C'est pourquoi un déficit 2+ régulation des fonctions cellulaires (cf. p. 15, 36, 44, 74 en Ca est souvent observé pendant et après une et suiv., 242 et suiv.). grossesse ; mais il existe aussi des cas pathologiques 2+ Le Ca représente 2% du poids corporel dont 99 % se comme le rachitisme (dû notamment à un manque de retrouvent dans le squelette et 1 % sous forme vitamine D) ou un déficit en hormone parathyroïdienne dissoute dans les liquides corporels. La concentration (hypoparathyroïdisme). etc. du Cardans le sérum est normalement de 2,3 à 2,7 Trois substances hormonales interviennent dans la mmol/l (4.6 à 5.4 meq/1 ou 9.2 à 10.8 mg/100 ml). 2+ régulation du Ca : la parathormone (PTH), la (thyréo- Environ 60% du calcium filtre sous forme libre à travers calcitonine et la vitamine D. Elles agissent principale- les parois capillaires (par exemple dans le glomérule ment sur trois organes : l'intestin, les reins et les os rénal) : 4/5 se trouvent sous forme ionisée Ca2+ et 1/5 (B et D). sous forme complexée (phosphate de calcium, citrate 2+ La parathormone (PTH) : La PTH est une hormone de calcium, etc.). Les 40% du Ca sérique restants peptidique de 84 acides animés, et est formée dans les sont liés à des protéines et, ainsi, ne sont pas filtrables glandes parathyroïdes (corpuscules épithéliaux). (cf. p. 10). Cette liaison avec les protéines est La synthèse et la libération de l'hormone est régulée dépendante du pH sanguin (cf. p. 100 et suiv.) : elle par la concentration de Ca2+ ionisé dans le plasma. Ce augmente lors d'une alcalose et diminue lors d'une Ca2+ contrôle probablement l'absorption des acides acidose (environ 0,21 mmol/l de Ca2+ par unité de pH). aminés nécessaires à la synthèse de l'hormone. Si la C'est la raison pour laquelle l'alcalose (due à l'hyper- 2+ concentration plasmati-que de Ca chute en-dessous ventilation par ex.) peut entraîner une tétanie. de sa valeur normale (hypocalcémie), la libération de Les variations du taux de phosphate sont en PTH dans le sang augmente, et inversement (D). étroite relation avec celles du calcium, mais ne sont Les effets de la PTH tendent tous à élever la calcémie pas aussi étroitement régulées que ces dernières. (préalablement abaissée) (D) : L'entrée quotidienne de phosphate est d'environ 1,4 g, parmi lesquels 0,9 g en moyenne sont absorbés et a) Dans les os : les ostéoclastes sont activés (cf. ci- 2+ sont aussi à nouveau excrétés par les reins. La dessous) (résorption osseuse avec libération de Ca concentration sérique du phosphate est normalement et de phosphate). de 0.8 à 1,4 mmol/l (2,5 à 4.3 mg/100 ml). Les b) Au niveau intestinal, l'absorption de Ca 2+ est phosphates de calcium sont des sels très peu solubles. indirectement favorisée par le fait que la PTH stimule 2+ Si le produit, concentration de Ca par concentration la formation de vitamine D dans le rein. de phosphate dépasse une certaine valeur (« produit 2+ de solubilité »), le phosphate de calcium précipite. c) Au niveau rénal, la réabsorption de Ca est Ainsi, dans l'organisme vivant, les sels de phosphate augmentée. Ce phénomène est rendu nécessaire par 2+ de calcium se déposent essentiellement dans les os et, afflux de Ca , à ce niveau, consécutif à a) et b). De dans les cas extrêmes, dans d'autres parties du corps. plus, la PTH inhibe la réabsorption de phosphate (cf. p. Par exemple, si une solution de phosphate est 151). L'hypophosphatémie ainsi obtenue stimule la 2+ administrée à un patient, la concentration sérique du libération de Ca par les os et empêche la calcium est, en conséquence, diminuée. En effet. « le précipitation du phosphate de calcium dans le tissu produit de solubilité » étant dépassé, le phosphate de (« produit de solubilité » ; cf. ci-dessus). calcium se dépose dans les os (et éventuellement Une déficience ou une inactivité de la PTH (hypo- et dans d'autres organes). Inversement, une diminution pseudohypoparathyroïdisme) provoquent une de la concentration sérique en phosphate entraîne une hypocalcémie (instabilité du potentiel de repos à hypercalcémie car le calcium est alors libéré dans le crampes à tétanos musculaire) et une déficience sang à partir des os. secondaire en vitamine D, tandis qu'un excès de PTH Pour maintenir le bon équilibre du calcium (A), il est (hyperparathyroïdisme), ou une ostéolyse maligne 2+ nécessaire que les entrées du calcium contrebalancent perturbent la régulation du Ca et se traduisent par 2+ ses sorties. L'entrée du Ca est d'environ 12 à 35 une hypercalcémie, qui, lors d'épisodes prolongés, mmol/j (1 mmol = 2 meq = 40 mg). Le lait, les peut provoquer une décalcification (reins, etc.) et, si fromages, les œufs et l'eau « dure » sont riches en [Ca2+] > 3,5 mmol/l, un coma et des perturbations du 2+ Ca . Normalement, les 9/10 sont éliminés par les rythme cardiaque (cf. p. 168). selles, le reste par l'urine, quoique la réabsorption La (thyréo-)calcitonine (CT): La CT est comme puisse atteindre 90%, si l'entrée de Ca2+ est faible (A). la PTH une hormone peptidique ( 32 acides Pendant la grossesse et l'allaitement, la femme a un besoin accru de Ca2+ car, par l'intermédiaire du
- 259. 256 Système endocrinien et Hormones 2+ concentration plasmatique en Ca et en phosphate aminés), synthétisée dans les cellules parafolli- par amélioration de la réabsorption intestinale (voir ci- culaires, ou cellules C de la thyroïde. Une dessous) et (b) inhibe aussi directement la libération hypercalcémie augmente considérablement la de PTH (rétroaction négative). concentration plasmatique de la CT ; une 2+ concentration de Ca inférieure à 2 mmol/l donne un L'organe-cible le plus important de la vitamine D est taux de CT non décelable. La CT diminue la l'intestin, bien qu'elle ait également un effet sur les os, 2+ concentration sérique de Ca (préalablement élevée) les reins, le placenta et les glandes mammaires par une action sur les os et les reins, a) Dans l'os, la (liaison aux récepteurs protéiques intracellulaires, CT inhibe l'activité ostéoclastique stimulée par la PTH altérations dans l'expression des gènes ; cf. p. 244). (+ vitamine D), ce qui entraîne (au moins Aux concentrations physiologiques, elle accroît 2+ temporairement) une augmentation de l'absorption de l'absorption intestinale du Ca et la minéralisation du 2+ Ca par les os (D). b) Au niveau rénal, la CT squelette. Cependant, à doses excessives, elle augmente l'excrétion de Ca 2+. provoque une décalcification osseuse, cet effet étant potentialisé par la PTH. Dans le rein (cf. p. 151), le Quelques hormones gastro-intestinales augmentent placenta et les glandes mammaires, la vitamine D la libération de CT, ce qui facilite l'incorporation 2+ 2+ semble augmenter le transport du Ca et des osseuse du Ca absorbé en période postprandiale. phosphates. Cet effet, ajouté à une possible influence retardatrice de la CT sur la digestion, empêche toute Dans l'hypocalcémie transitoire, les os peuvent servir 2+ hypercalcémie postprandiale, laquelle entraînerait de tampon momentané (réserve) pour le Ca (D), 2+ (dans cette situation indésirable) une inhibition de la mais en définitive le déficit en Ca est rétabli par un libération de la PTH avec en conséquence une apport intestinal augmenté sous l'influence de vitamine 2+ augmentation de l'excrétion rénale du Ca venant D. Si par ailleurs, l'insuffisance en vitamine D est d'être absorbé. effective, comme dans les déficiences en vitamine D liées à un apport ou une absorption inadéquats La vitamine D (= calcitriol = 1.25-(OH)2- (altération de la digestion des graisses), un cholécalciférol) : Plusieurs organes sont impliqués rayonnement UV insuffisant ou par réduction de la dans la synthèse de cette hormone lipidique qui est en synthèse en vitamine D (insuffisance rénale), une relation étroite avec les hormones stéroïdes (C). Au déminéralisation osseuse survient (ostéomalacie, niveau de la peau, l'action des rayons UV (soleil, rachitisme chez les enfants). La raison principale de lampes solaires) permet la transformation du 7-dé- ces événements est une libération excessive de PTH hydrocholestérol en provitamine D (étape consécutive à l'hypocalcémie chronique intermédiaire) puis en cholécalciférol (= vitamine Da (hyperparathyroïdie compensatoire). = calciol). Tous ces produits sont liés dans le sang à une protéine de transport de la vitamine D (α-globu- line), pour laquelle le calciol a la plus grande affinité ; Métabolisme osseux c'est donc lui est le mieux transporté. C'est pourquoi la L'os est formé d'une matrice organique à l'intérieur de provitamine D reste quelques temps dans la peau laquelle sont inclues des substances minérales : après irradiation solaire (stockage à court terme). Le 2+ 2+ Ca phosphate (en tant que Ca10(PO4)6(OH)2), Mg calcidiol (voir ci-dessous) et le calcitriol sont aussi liés et Na+. La matrice est essentiellement constituée à la protéine de transport qui est produite en plus d'une protéine, le collagène, contenant en grandes grandes quantités pendant la grossesse, sous quantités un acide aminé : I'hydroxyproline (qui l'influence des œstrogènes. Quand le rayonnement UV apparaît dans le plasma et dans l'urine lors d'une est médiocre, la vitamine D est produite en quantité destruction de la matrice). Normalement, un équilibre insuffisante et le complément en vitamine doit être s'établit entre la formation et la dissociation de l'os, administré oralement. Les besoins sont de l'ordre de mais il peut exister un déséquilibre passager. Les 400 unités soit 10 µg/j pour les enfants, la moitié pour cellules indifférenciées de la surface osseuse peuvent les adultes. L'ergocalciférol (= vitamine D2) provenant être activées en ostéoclastes (par exemple par la des plantes peut être utilisé en quantité égale à la PTH) et conduire à la résorption osseuse. Si leur place de la vitamine D3 animale. Les étapes suivantes activité est réprimée (par exemple par la CT et les sont identiques pour les vitamines D2 et D3. Le œstrogènes), elles se transforment en ostéoblastes cholécalciférol est transformé dans le foie en 25-OH- favorisant la formation osseuse. L'activité cholécalciférol (= calcidiol). Ce produit est la ostéoblastique est dépendante de la teneur en principale forme de stockage, avec des concentrations phosphatase alcaline. Cette enzyme produit plasmatiques de 25 µg/l et une demi-vie de 15 jours. localement une forte concentration en phosphate et Le 1,25-(OH)2-cholécalciférol ( = vitamine D ; C) est 2+ provoque ainsi un dépôt de Ca (par dépassement du formée dans le rein (et parfois dans le placenta). « produit de solubilité »). La vitamine D accroît l'activité La régulation de la formation de la vitamine D de cette enzyme. s'effectue par l'intermédiaire de la 1-α-hydroxylase au dernier stade de la synthèse. La PTH (D) qui est libérée en grandes quantités lors d'hypocalcémie, de déficience en phosphate sérique ou en présence de prolactine (lactation) favorise cette synthèse. Celle-ci est ralentie par le fait que la vitamine D (a) rétablit la
- 261. 258 Système endocrinien et Hormones Biosynthèse des hormones stéroïdiennes corticostérone et l'aldostérone) (A, d et e) peuvent être synthétisés. Si l'hydroxylation a Le cholestérol est la substance de base des d'abord lieu sur l'atome C17 (A, f ou g), la voie hormones stéroïdiennes (A). Il est synthétisé de synthèse conduit d'une part aux dans le foie et dans les glandes endocrines à glucocorticoïdes (zones fasciculées et partir de 'acide acétique activé (acétyl CoA) et réticulées de la CSR ; A, h, j, k) et d'autre part en passant par des stades intermédiaires aux 17-cétostéroïdes (groupement cétone sur le (squalène. lanostérol...}. Le placenta. qui produit C17 ; A. 1 et m). Les deux groupes d'hormones également des hormones stéroïdiennes (cf. p. peuvent également être synthétisés, en 268), ne peut pas synthétiser le cholestérol et contournant la progestérone à partir du 17αOH- doit l'extraire du sang (cf. p. 222). Les hormones prégnénolone (glucocorticoïdes : A, g, m, h, stéroïdiennes sont stockées en faible quantité etc. ; 17-cétostéroïdes : A, g, m ou g, n, I). sur le lieu de leur production (corticosurrénales, Les 17-cétostéroïdes peuvent conduire aux ovaires, testicules). En cas de besoin, elles deux œstrogènes (cf. p. 266), œstrone et doivent donc être synthétisées à partir de la œstradiol, soit par une voie directe (A,o-p), soit réserve cellulaire de cholestérol (et d'acide par une voie indirecte ayant comme inter- ascorbique). médiaire un androgène, la testostérone (A, q- Le cholestérol contient 27 atomes de C (cf. r-p). Certaines cellules-cibles des androgènes numérotation. A, en haut à gauche). Après (par exemple, la prostate) ont comme véritable plusieurs étapes intermédiaires, le prégné- substance active la dihydrotestostérone ou nolone (21 atomes de C), substance de départ l'œstradiol synthétisées toutes deux à partir de des hormones stéroïdiennes, est formé (A, a). A la testostérone (A, s ou r, respectivement). partir du prégnénolone, la progestérone est synthétisée (A, b). Cette dernière est non Les 17-cétostéroïdes sont synthétisés dans les seulement une hormone active (hormone gonades (ovaires, testicules) et dans la CSR. Ils sexuelle femelle) (cf. p. 262 et suiv.) mais aussi apparaissent aussi dans l'urine, ce qui permet une étape à partir de laquelle toutes les autres de les utiliser dans te test à la métopyrone hormones stéroïdiennes peuvent être formées : (méthopyrapone) pour détecter la réserve 1. les hormones de la corticosurrénale (CSR) d'ACTH : en effet, normalement, la sécrétion avec 21 atomes de C (A. en jaune et orange) ; d'ACTH se trouve sous le contrôle (rétroaction) des glucocorticoïdes (cf. p. 260) ; la métopyrone 2. les hormones sexuelles mâles (androgènes ; inhibant la 11-hydroxylase (A, d et j), l'inhibition cf. p. 270) avec 19 atomes de C (A, en vert et portant sur la stimulation de l'ACTH est levée et, bleu) ; chez l'homme sain, la formation des 17- 3. les hormones sexuelles femelles cétostéroïdes se trouve augmentée. Si cela (œstrogènes; cf. p. 262 et suiv.) avec 18 n'est pas le cas malgré une CSR saine, il faut atomes de C (A, en rouge). conclure à une variation pathologique de la Les substances de base de la synthèse des libération d'ACTH. hormones stéroïdiennes sont présentes dans La dégradation des hormones stéroïdiennes toutes les glandes hormonales stéroïdiennes. se fait essentiellement dans le foie. Là, elles Le type d'hormone et le lieu de production sont sont généralement conjuguées, par leur en définitive fixés par : 1) la présence, ou non, groupement OH, à des sulfates ou à des acides de récepteurs spécifiques à une hormone de glucuroniques (cf. p. 130 et p. 214). Elles sont contrôle de rang supérieur (ACTH, FSH, LH) ; ensuite excrétées par la bile ou l'urine. La forme 2) la prédominance d'un type d'enzyme interve- principale d'excrétion des œstrogènes est nant sur la structure moléculaire des stéroïdes l'œstriol, celle des progestatifs (progestérone, dans les cellules de la glande hormonale 17α-OH progestérone) est le prégnandiol. Son concernée. La corticosurrénale contient des 17-, dosage dans les urines peut servir de test de 21- et 11-hydroxylases, enzymes qui introdui- grossesse (cf. p. 268). Une augmentation du sent un groupement OH sur l'atome de C taux d'œstrogènes chez l'homme (valeurs correspondant. Une hydroxylation sur l'atome normales : cf. tableau p. 266), par exemple à la C21 (A, c) rend le stéroïde inattaquable par la suite d'une diminution de la dégradation des 17-hydroxylase. Ainsi, dans la zone œstrogènes (troubles hépatiques), provoque glomérulaire de la CSR, seuls les notamment une hypertrophie des glandes minéralocorticoïdes (cf. p. 150, c'est-à-dire la mammaires (gynécomastie).
- 263. 260 Système endocrinien et Hormones Corticosurrénale : glucocorticoïdes retrouvent dans les muscles squelettiques, le muscle cardiaque et les muscles lisses, dans le La zone glomérulée (A) de la corticosurrénale cerveau, l'estomac, les reins, le foie, les pou- (CSR) produit les minéralocortico(stéro)ïdes mons et les tissus lymphatique et adipeux. Les (aldostérone, corticostérone ; cf. p. 150 et p. effets des glucocorticoïdes essentiels sont de 259) dont la fonction première est la rétention ce fait variés. Ils agissent notamment sur les de Na+ dans l'organisme (cf. p. 140). La zone fonctions suivantes : fasciculée (A) synthétise surtout les glucocorticoïdes : le cortisol (hydrocorti- 1. Métabolisme des hydrates de carbone et sone) et, en moindre quantité, la cortisone (cf. des acides aminés (cf. également p. 247, A et p. 259). La zone réticulée est la source p. 249. C) : le cortisol augmente la principale des androgènes, anabolisants concentration du glucose sanguin (« diabète actifs de la CSR (déhydroépiandrostérone, stéroïdien ») en consommant des acides notamment ; cf. p. 268 et suiv.). aminés qui, ainsi, sont retirés du métabolisme protéique : effet catabolisant des glucocorti- Le rôle physiologique des androgènes de la coïdes. Ceci entraîne une augmentation de CSR n'est pas encore clairement établi. Dans le l'excrétion d'urée (cf. p. 146). cas d'un déficit pathologique (congénital) en 11- 2. Cœur et circulation : les glucocorticoïdes ou 21-hydroxylase (cf. p. 258) dans la CSR, la provoquent une augmentation de la force de formation d'androgènes est augmentée, ce qui contraction cardiaque et une vasoconstriction entraîne chez la femme une masculinisation (cf. périphérique. Ces deux phénomènes sont dus à P. 270). une augmentation de l'effet des catécholamines En athlétisme de haute compétition, des sté- (cf. p. 176). De plus, les glucocorticoïdes roïdes de synthèse, à actions anabolisantes favorisent la formation de l'angiotensinogène (anabolisants), sont prescrits pour augmenter le (cf. p. 152). développement musculaire. 3. Au niveau de l'estomac, les glucocorticoïdes Dans le sang, les glucocorticoïdes sont trans- stimulent la production du suc gastrique. A forte portés sous forme liée à la transcortine (pro- dose, ils représentent donc un risque d'ulcère téine de transport spécifique au pouvoir de d'estomac (cf. p. 208). liaison élevé) et à l'albumine. 4. Reins : les glucocorticoïdes ralentissent Le CRH et l'ACTH sont responsables de la l'excrétion de l'eau et maintiennent un taux de régulation de la libération des glucocorti- filtration glomérulaire normal (cf. p. 124). A forte coïdes (cf. p. 234 et suiv.). L'ACTH (qui dose, ils ont le même effet que l'aldostérone (cf. provient de la POMC de l'antéhypophyse ; cf. p. p. 150). 240) stimule la libération des hormones de la 5. Au niveau du cerveau, en cas de forte CSR, surtout celle des glucocorticoïdes (A). concentration de glucocorticoïdes, apparais- L'ACTH est également responsable du maintien sent, en plus de l'effet sur l'hypothalamus (A), de la structure de la CSR et de la disponibilité des modifications de l'EEG et des variations des précurseurs des hormones (cholestérol psychiques. entre autres ; cf. p. 258). La sécrétion d'ACTH 6. A forte dose, les glucocorticoïdes ont des effets se trouve, d'une part, régulée par le cortisol anti-inflammatoires et anti-allergiques. Ces effets (rétroaction négative en partie par le CRH ; A et sont dus, d'une part, à l'inhibition de la synthèse cf. p. 238) et, d'autre part, augmentée par les protéique et de la formation des lymphocytes, d'autre catécholamines de la médullosurrénale (A). De part, à l'inhibition de la libération de l'histamine (cf. p. plus, il existe un rythme (circadien spontané de 72) et enfin au blocage des lysosomes participant à la la sécrétion d'ACTH et, donc, de la sécrétion de phagocytose (cf. p. 66). cortisol (B, « valeur moyenne »). Les mesures Le stress entraîne une réaction d'alarme de répétées (à courts intervalles) des taux hormo- l'organisme (cf. p. 290). Ainsi, les catécholamines naux montrent que la sécrétion d'ACTH, et par libérées (cf. p. 58) augmentent la libération de l'ACTH conséquent de cortisol, se fait de manière qui, elle-même, augmente la sécrétion de régulière toutes les 2 à 3 heures (B, courbe glucocorticoïdes (A). La plupart des effets des pointillée). glucocorticoïdes cités ci-dessus composent cette « réaction d'alarme » (mobilisation du métabolisme Des récepteurs protéiniques (protéines récep- énergétique, augmentation du travail cardiaque...). trices ; cf. p. 244) des glucocorticoïdes se
- 265. 262 Système endocrinien et Hormones Cycle menstruel saignement et se prolonge jusqu'à l'ovula- tion. Cette phase est nécessaire au Les sécrétions de FSH, LH et de prolactine développement de la muqueuse utérine (PRL) au niveau du lobe antérieur de l'hypophyse sont relativement constantes (et (endomètre) qui se trouve ainsi préparée à faibles) chez l'homme ; au contraire, chez la recevoir un ovocyte fécondé (et donc prête femme, une sécrétion hormonale cyclique se pour la grossesse). Pendant cette phase, produit après la puberté. Les fonctions un follicule mûrit dans l'ovaire sous sexuelles de la femme se trouvent sous la l'influence de FSH (A) et sécrète des dépendance d'un contrôle périodique (fré- quantités croissantes d'œstradiol (E2; cf. quence environ 1/mois). Le trait caractéristique p. 266). Le col (orifice de l'utérus) est petit de ce cycle menstruel est le saignement et fermé ; le mucus cervical se présente menstruel, se répétant environ tous les mois. sous forme de longs filaments (mucus Les hormones qui jouent un rôle dans le cycle filamenteux). menstruel (cf. p. 234 et suiv. et p. 264) sont la FSH/LH-RH ou gonadolibérine (Gn-RH) et la 14e jour (variable, cf. ci-dessus) : ovulation. La PIH (= dopamine) qui commandent la libération production de E2 par le follicule augmente des hormones du lobe antérieur de l'hypophyse fortement à partir du 13e jour environ (A et cf. p. (FSH, LH et PRL). Tandis que la prolactine agit 264). Il en résulte une augmentation de la surtout sur les glandes mammaires (cf. p. 264), sécrétion de LH qui provoque l'ovulation, suivie FSH et LH agissent sur les ovaires. Ces d'une élévation de la température basale dernières contrôlent donc essentiellement (température corporelle prise le matin avant le l'hormone œstrogène ou œstradiol (E2 ; cf. p. lever) d'environ 0,5 °C (A). Au moment de 266) et l'hormone progestative ou l'ovulation, le mucus cervical est fluide et le col progestérone (P, cf. p. 267). utérin légèrement ouvert, ce qui rend possible le passage des spermatozoïdes (cf. p. 266 et P. La longueur du cycle est de 21 à 35 jours. 270). Alors que la seconde phase, phase sécré- toire ou phase du corps jaune (phase lutéale) Du 14e au 28e jour : phase lutéale (phase du (A), a une durée assez régulière d'environ 14 corps jaune) ou phase sécrétoire. Elle est jours, la première phase, phase prolifératrice caractérisée par le développement du corps ou phase folliculaire (A), peut varier de 7 à 21 jaune et par des modifications au niveau de la jours. La durée de la phase folliculaire est muqueuse utérine (A) : ses glandes se déterminée par le temps de maturation du développent, prennent une forme spiralée (ainsi follicule. Contrairement à de nombreux que les artères correspondantes). C'est au 22e animaux, l'«horloge» du cycle chez la femme se jour que la muqueuse utérine réagit le plus trouve donc dans l'ovaire. Pendant le cycle, à fortement à la progestérone ; c'est à cette côté de variations corporelles et psychiques ont période qu'est possible la nidation. Si celle-ci lieu des modifications périodiques au niveau de n'a pas lieu, E2 et P provoquent une inhibition l'ovaire, de l'utérus et du col utérin (A) : de Gn-RH (cf. p. 264), entraînant une involution du corps jaune. La chute rapide du taux de E2 1er jour : début du saignement menstruel (durée et P. qui en résulte, provoque une constriction de 2 à 6 jours). des artères de l'endomètre et donc une e e ischémie. Il s'ensuit une desquamation de la Du 5 au 14 jour (durée variable, cf. ci- dessus) : phase folliculaire ou prolifé- muqueuse utérine avec comme conséquence une hémorragie menstruelle. ratrice. Elle commence après la fin du
- 267. 264 Système endocrinien et Hormones Régulation de la sécrétion hormonale pendant le cycle menstruel Si dès la première moitié du cycle, on administre simultanément des œstrogènes et Chez la femme, la gonadolibérine ou Gn-RH des progestatifs, l'ovulation n'a pas lieu. La stimule la libération de FSH et de LH par plupart des inhibiteurs de l'ovulation (anti- l'antéhypophyse (LA). conceptionnels type « pilule ») reposent sur ce principe. La Gn-RH est libérée par à-coups, c'est-à-dire à intervalle d'environ 1,5 h pendant la période pré- ovulatoire et de 3 à 4 h après celle-ci. Un Prolactine stimuline (PRH) est contestée. E2 rythme beaucoup plus rapide ou une libération et P inhibent la libération de PIH (A), de sorte continue ont pour effet de diminuer considéra- que la sécrétion de PRL augmente, en blement la sécrétion de FSH et de LH (stérilité). particulier au cours de la deuxième partie du Cependant, il doit exister d'autres facteurs cycle et durant la grossesse. Chez la femme, la influençant leur libération ; en effet, pendant le PRL provoque (conjointement avec d'autres cycle menstruel, la sécrétion de ces deux hormones) un développement de la poitrine hormones varie de façon continue et de façon durant la grossesse et stimule aussi la relative l'une par rapport à l'autre. La libération lactogenèse (formation du lait). La succion du de ces hormones est influencée par le système mamelon maternel (tétée) déclenche une nerveux central (effets psychiques) et, sur- sécrétion particulièrement forte de PRL pendant tout, par l'œstradiol (E2). Cette action de E2 l'allaitement. (L'ocytocine est nécessaire à est à son tour modifiée par la progestérone l'éjection du lait, cf. p. 240 et suiv.). Par ailleurs, (P). la PRL augmente chez l'homme et la femme la libération de PIH par l'hypothalamus (rétroaction Pendant la phase folliculaire du cycle négative). menstruel, la sécrétion de LH reste relativement basse (A et cf. p. 262). Aux 12e-13e jours (A), Le stress et certains médicaments, par exemple la production de E2 provoquée par FSH stimule la morphine, la réserpine, la phénothiazine ainsi la libération de FSH et LH qui, à leur tour, que plusieurs tranquillisants, inhibent également entraînent une augmentation de la sécrétion de la sécrétion de la PIH et augmentent de ce fait E2 (et de P un peu plus tard). Cette boucle de celle de PRL. Une trop forte augmentation de rétroaction positive (cf. p. 238) conduit PRL dans le sang (hyperprolactinémie) peut rapidement à des taux importants de LH (cf. p. être provoquée par une tumeur produisant de la 262) provoquant l'ovulation au 14e jour (cf. p. PRL mais aussi par une hypothyroïdie (cf. p. 262). En l'absence de cette brusque 252), au cours de laquelle l'augmentation du augmentation de LH, ou si celle-ci est trop taux de TRH stimule la libération de la PRL faible, l'ovulation n'a pas lieu et, de ce fait, il ne Chez les femmes, une hyperprolactinémie ne peut y avoir de grossesse (stérilité par absence provoque pas seulement une formation de lait d'ovulation). (indépendante de la grossesse; galactorrhée) mais aussi des troubles du cycle avec absence Dans la phase lutéale du cycle menstruel (A, de saignement menstruel (aménorrhée) et de 20e jour). E2 et P ont une action inhibitrice sur l'ovulation, donc une stérilité. Ceci constitue un la sécrétion de FSH et de LH. Ceci s'oppose moyen de contraception chez de nombreux aussi à la maturation d'autres follicules. Cette peuples primitifs dans la mesure où les mères inhibition de la libération des gonadotropines allaitent pendant de longues années (cf. ci- par E2 et P dans la seconde phase du cycle dessus) et sont donc en principe stériles correspond à une rétroaction négative. Il en pendant cette période. Chez l'homme, qui a résulte que la sécrétion de E2 et P s'atténue en normalement un taux plasmatique de PRL fin de cycle pour chuter fortement vers le 26e analogue à celui de la femme non enceinte, une jour. Cette chute déclenche, probablement, le hyperprolactinémie provoque des troubles de la saignement menstruel. fonction testiculaire et de la libido.
- 269. 266 Système endocrinien et Hormones Œstrogènes (cf. p. 267). Les œstrogènes modifient la consistance de la glaire afin de favoriser la Les œstrogènes jouent un rôle important dans migration des spermatozoïdes et leur survie en le développement des caractères sexuels période d'ovulation (cf. p. 262). femelles (mais pas avec la même ampleur que ne le font les androgènes sur le développement Fécondation : E2 règle la vitesse du chemi- sexuel mâle; cf. p. 270). De plus, les nement de l'ovule à travers l'oviducte (trompe). œstrogènes stimulent le développement de la Il prépare également les spermatozoïdes (dans muqueuse utérine (cf. p. 262), le processus de l'organisme femelle) à leur pénétration dans la la fécondation, etc. Enfin, un effet optimal de la membrane de l'ovule (capacitation). progestérone (cf. p. 267) est souvent obtenu par Influence sur d'autres cellules endocrines : l'action combinée des œstrogènes (par exemple E2 agit sur les glandes endocrines de rang pour la préparation de l'utérus). supérieur (cf. p. 265) et sur les cellules-cibles Les œstrogènes sont des hormones stéroï- de la progestérone (cf. p. 267 et suiv.). Sang : diennes à 18 atomes de C et sont essentielle- les œstrogènes augmentent la coagulabilité du ment formés à partir du 17-cétostéroïde sang ce qui, par exemple, augmente le risque androstènedione (cf. p. 259). Les lieux de leur de thrombose chez la femme prenant la pilule. synthèse sont l'ovaire (cellules de la granulosa Équilibre hydroélectrolytique : au niveau et de la thèque), le placenta (cf. p. 268), la rénal, ou local, E2 entraîne une rétention d'eau corticosurrénale et les cellules interstitielles de et de sels, pouvant provoquer un œdème local Leydig des testicules (cf. p. 270). La (cf. p. 158). Cet effet a été utilisé pour «dérider» testostérone est transformée en œstradiol dans la peau à l'aide de produits cosmétiques quelques cellules-cibles à testostérone où il contenant des œstrogènes. Au niveau du sque- accomplit ses effets. lette, la croissance en longueur des os est freinée, la soudure épiphysaire accélérée et A côté de l'œstradiol (E2), œstrogène le plus l'activité des ostéoblastes stimulée (cf. p. 256). important, l'œstrone (E1) et l'œstriol (E3) ont Métabolisme des lipides : avant la méno- également un effet œstrogénique mais plus pause, l'athérosclérose est rare chez la femme; faible (effets relatifs : E2/E1/E3 = 10/5/1). E2 est ceci pourrait être en partie expliqué par la transporté dans le sang, lié à une protéine baisse du taux de cholestérol provoquée par spécifique. Son principal produit de dégrada- E2. tion est E3. Administré oralement, E2 est Peau : E2 rend la peau plus mince et plus pratiquement sans effet car il est en grande souple, réduit l'activité des glandes sébacées et partie éliminé du sang dès le premier passage augmente le dépôt de graisse dans les tissus dans le foie. De ce fait, les œstrogènes actifs sous-cutanés. par voie orale doivent avoir une autre constitu- SNC : les œstrogènes influencent le comporte- tion chimique. ment sexuel et social, la réactivité psychique, Effets des œstrogènes etc. Ovaire : E2 favorise la maturation du follicule et de l'ovule (cf. p. 262 et suiv.). Taux moyens de sécrétion d'œstradiol (mg/j) : Homme : 0.1 Utérus : E2 stimule la prolifération de la muqueuse utérine et augmente les contractions Femme : des muscles utérins. Phase menstruelle 0.1 Phase folliculaire 0.2-0.3 Vagin : E2 provoque un épaississement de la Ovulation 0.7 muqueuse et une augmentation de la Phase du corps jaune 0.3 desquamation des cellules épithéliales riches en Grossesse 8-15 glycogène. Le glycogène permet une plus grande production d'acide lactique par les bactéries (bacille de Dôderlein), ce qui diminue le pH du vagin jusqu'à 3,5-5,5 et atténue les risques d'infection. Col : l'orifice utérin constitue, avec le bouchon cervical, une barrière importante pour la pénétration des spermatozoïdes dans l'utérus
- 270. Système endocrinien etHormones 267 e Progestatifs leur maximum vers le 22 jour du cycle. A ce moment, la P participe aussi, et d'une façon importante, à la L'hormone progestative la plus active, et de nidation éventuelle d'un œuf fécondé. Une action beaucoup, est la progestérone (P). Elle est prolongée de la P entraîne une régression de l'endomètre, rendant alors impossible une nidation (cf. sécrétée essentiellement pendant la phase p. 262). La P réduit, en outre, l'activité du myomètre, sécrétoire du cycle menstruel (phase du corps ce qui est particulièrement important pendant la jaune). Le rôle principal de la P est de grossesse. préparer le tractus génital de la femme (utérus) à l'implantation et au développement de l'œuf Au niveau du col, la P modifie la consistance du bouchon cervical de telle sorte que les spermatozoïdes fécondé et de maintenir la grossesse. ne puissent plus le traverser. C'est sur ce dernier effet La P est une hormone stéroîdienne à 21 atomes de C que repose l'action contraceptive de la P pendant la (cf. p. 259). Les lieux de synthèse sont : le corps première phase du cycle. jaune, le follicule (cf. p. 264), le placenta (cf. p. 268) et, comme chez l'homme, la corticosurrénale. Au niveau des glandes mammaires, la P stimule (conjointement avec la prolactine, la STH et d'autres La biosynthèse de la progestérone se fait à partir du hormones) le développement des canaux cholestérol par l'intermédiaire du prégnénolone (cf. p. galactophores. 259). Comme l'œstradiol (cf. p. 266), la P est dégradée Influence de la P sur d'autres cellules endocrines : en grande partie lors de son premier passage dans le pendant la phase du corps jaune, la P inhibe fa foie ; c'est pourquoi son administration orale est libération de LH (cf. p. 264). Des progestatifs proches pratiquement inefficace. La P est transportée dans le de la progestérone administrés pendant la phase plasma liée à une protéine spécifique. Le produit folliculaire auront donc pour effet d'inhiber l'ovulation. principal de sa dégradation est le prégnandiol. Cet effet inhibiteur joint à celui de la capacitation des Effets de la progestérone : une action préliminaire ou spermatozoïdes (cf. p. 266) et à l'action sur le col (cf. simultanée de l'œstradiol (E2) est presque toujours ci-dessus) est responsable de l'effet contraceptif de la nécessaire à celle de la progestérone. Ainsi, pendant « mini-pilule ». la phase folliculaire du cycle. E2 accélère la synthèse SNC : des doses élevées de P ont un effet des protéines réceptrices intracellulaires de P (cf. p. anesthésique dû au produit de dégradation, le 244) ; pendant la phase du corps jaune, le nombre de prégnénolone. La P favorise la prédisposition à des ces récepteurs diminue à nouveau. crises d'épilepsie. Elle a une action thermogène L'utérus est l'organe-cible le plus important de la entraînant une augmentation de la température basale progestérone : après une action préliminaire de E2, la (cf. p. 263). Elle est probablement responsable des P stimule la croissance du muscle utérin (myomètre) ; troubles du comportement et de l'état dépressif elle provoque dans la muqueuse utérine (endomètre), précédant le saignement menstruel ou se situant en fin préalablement élaborée par E2, une transformation de grossesse. glandulaire (cf. p. 262) et en modifie l'approvisionnement des vaisseaux et la teneur en Au niveau du rein, la P inhibe légèrement l'action de glycogène : passage d'un endomètre proliférateur à un l'aldostérone (cf. p. 140 et p. 150), ce qui a pour effet endomètre sécrétoire. Ces modifications atteignent d'augmenter l'élimination de NaCI. Progestérone Sécrétion (mg/j) Concentration (µg/j) Homme 0.7 0.3 Femme: Phase prolifératrice 4 0.3 Phase du corps jaune 30 15 Début de grossesse 90 40 Fine de grossesse 320 130 1 jour aprèse l'accouchement -- 20
- 271. 268 Système endocrinien et Hormones au tout début de la grossesse (A et B). Ses Régulation hormonale de la grossesse rôles fondamentaux sont : a) dans la et de l'accouchement corticosurrénale fœtale, et en particulier dans la Le placenta sert à l'alimentation et à « zone corticale fœtale », de stimuler la l'approvisionnement en oxygène du fœtus (cf. p. production de DHEA et d'autres stéroïdes ; b) 190 et suiv.) ; il en élimine les produits du dans l'ovaire maternel, d'inhiber la formation métabolisme et couvre une grande partie des des follicules et de maintenir la fonction du besoins hormonaux se manifestant pendant la corps jaune, c'est-à-dire la production de P et grossesse. Les hormones de l'ovaire maternel de E2 (B). A partir de la 6e semaine de sont également nécessaires au maintien de la grossesse, ce rôle n'est plus nécessaire car le grossesse, surtout à son début (A). placenta produit suffisamment de P et de E2. Le placenta humain produit les hormones La plupart des tests de grossesse sont basés suivantes : œstradiol (E2). œstriol (E3), sur la détection biologique ou immunologique progestérone (P), gonadotrophine chorionique de HCG dans l'urine (à partir du 6-8e jour après humaine (HCG), une hormone appelée la fécondation). somatomammotropine chorionique humaine (HCS) ou hormone lactogène placentaire Pendant la grossesse, les taux de sécrétion de humaine (HPL), FSH, POMC (cf. p. 240) et E2 et P augmentent de façon importante (cf. d'autres encore. tableau p. 266) ; ces hormones et leurs produits de dégradation (œstriol et prégnandiol) sont En tant que glande endocrine, le placenta alors excrétés en grandes quantités dans l'urine possède quelques particularités : sa pro- des femmes enceintes. Ceci peut être duction hormonale est (probablement) in- également utilisé pour le diagnostic de dépendante des rétrocontrôles normaux (cf. p. grossesse. 238). Il produit tout aussi bien des hormones stéroïdiennes que des hormones protéiques. Le taux de HCS (human chorionic somato- Ces dernières (A) dominent pendant le premier tropin), identique à HPL (human placental tiers de la grossesse (phase de synthèse lactogen), croît de façon continue pendant la protéique), les hormones stéroïdiennes grossesse. Elle aurait pour rôle, notamment, dominent à la fin de la grossesse (phase de d'influencer la mammogenèse (développement synthèse stéroïde, 2e et 3e trimestres). des seins) et de diriger la synthèse stéroïdienne dans la corticosurrénale et le placenta. Les hormones placentaires parviennent aussi bien dans l'organisme maternel que dans celui La régulation hormonale de la naissance du fœtus. Les liens étroits qui existent entre la n'est pas encore élucidée. On admet qu'à la fin de la grossesse, une augmentation de la libération d'ACTH formation d'hormones chez la mère, le fœtus et dans le fœtus stimule la libération de cortisol par le le placenta (A) ont conduit à la notion d'unité cortex surrénalien (cf. p. 260), qui en retour inhibe la fœtoplacentaire. production placentaire de progestérone et favorise Pour la production de P et de E2, le placenta celle des œstrogènes. Il s'en suit une dépolarisation de la musculature utérine, une formation accrue de gap est, contrairement aux autres glandes endo- junctions (cf. p. 7) et une augmentation du nombre de crines, dépendant de 'approvisionnement en récepteurs à l'ocytocine et aux catécholamines précurseurs stéroïdiens adéquats (cf. p. 259) (récepteurs a). Ces réactions augmentent l'excitabilité venant des corticosurrénales maternelles et utérine. Les récepteurs à l'étirement de l'utérus fœtales (CSR, A). Chez le fœtus, la CSR est répondent à l'augmentation de taille et aux momentanément plus importante que le rein. mouvements du fœtus par l'envoi de signaux nerveux à l'hypothalamus, entraînant ainsi une libération Ainsi dans le placenta, la progestérone se importante d'ocytocine qui déclenche les contractions forme à partir du cholestérol, puis donne utérines (rétroaction positive). Le nom d'okytocine (à la naissance dans la CSR fœtale à la place d'ocytocine) serait dès lors plus approprié (du grec ώκυτόκος = mise au monde rapide). Par ailleurs, déhydroépiandrostérone (DHEA) : enfin, celle-ci l'ocytocine augmente la production de pros- est transformée dans le placenta en E2 qui, à taglandines (cf. p. 235) dans l'endomètre; leur son tour, est métabolisée essentiellement en arrivée dans le myomètre a un effet activateur œstriol (E3) dans le foie fœtal. Chez le fœtus sur celui-ci. Les gap junctions permettent à mâle, la progestérone est transformée en l'excitation spontanée des cellules pace maker testostérone (cf. p. 270) dans le testicule. du fundus de se propager d'une manière L'hormone peptidique HCG (« human chorionic «homogène» dans le myomètre tout entier (à gonadotropin ») est sécrétée en grande quantité environ 2 cm/s) (cf. P. 44).
- 273. 270 Système endocrinien et Hormones Androgènes, fonction testiculaire, éjaculation La T a une action stimulante sur I'hémato- poïèse (cf. p. 60) et une action anabolisante Le principal représentant des androgènes (hormones sexuelles mâles) est la testosté- (cf. p. 260) ; ceci se traduit surtout par le rone (T). Elle a pour fonctions essentielles de développement de la musculature chez l'homme. Au niveau du SNC, la T a, en plus des stimuler la différenciation sexuelle, la spermatogenèse et la pulsion sexuelle chez actions déjà citées, un certain rôle dans le comportement (comme l'agressivité). l'homme. Différenciation sexuelle. Après détermination Les androgènes sont des hormones stéroï- du sexe génétique (chromosomique; B), les diennes à 19 atomes de C. Outre la testostérone et la 5-α dihydrotestostérone (DHT gonades (glandes génitales) suivent un développement spécifique à chaque sexe ; puis ; cf. p. 259), les 17-cétostéroîdes (DHEA, etc.) sont également des androgènes mais leur les cellules germinales primaires vont migrer à action androgénique est moins importante. Le l'intérieur de celles-ci. Ultérieurement, le développement et la différenciation des taux de sécrétion de la testostérone est chez caractères sexuels somatiques (physiques) et l'homme (testicules) d'environ 7 mg/j (le taux diminue avec l'âge) et chez la femme (ovaire. psychiques se font en l'absence de testostérone dans le sens d'une féminisation (C). La CSR), d'environ 0,3 mg/j ; les concentrations testostérone est nécessaire au développement plasmatiques sont respectivement de 7 et 0,5 sexuel môle dans ces deux étapes (C) ; pour µg/l. Comme les autres stéroïdes, la T est liée dans le sang à une protéine (TeBG ; A). Elle d'autres étapes (comme la descente des peut être métabolisée soit en DHT, soit en testicules dans le scrotum), un facteur œstradiol (E2 ; cf. p. 259), de sorte que la E2 supplémentaire, mais inconnu, doit être présent. Une surproduction d'androgènes, ou peut être, tout comme la DHT, considérée comme une forme hormonale intracellulaire l'administration artificielle de T, peut entraîner active (par ex, dans les cellules de Sertoli avant une masculinisation de l'organisme féminin (C). la puberté, et dans le cerveau). Fonction testiculaire : dans le testicule, en plus de la testostérone, les cellules germinales La régulation de la sécrétion de la T mêles (spermatozoïdes) sont formées en s'effectue par les hormones du lobe antérieur de plusieurs étapes (spermatogenèse puis l'hypophyse, LH et FSH. L'hormone de contrôle spermiogenèse). La spermiogenèse a lieu est la Gn-RH qui, comme chez la femme, est dans les tubes séminifères qui sont séparés de libérée par à-coups (cf. p. 264), toutes les 2 à 4 l'environnement par une barrière hémato- heures. La LH (encore appelée ICSH chez testiculaire rigoureuse (par ex. les cellules de l'homme) stimule la sécrétion de la T dans les Sertoli). La testostérone, nécessaire à la cellules interstitielles de Leydig des testicules maturation des spermatozoïdes des testicules (A). La FSH stimule la formation d'une protéine et de l'épididyme, ne peut franchir cette barrière de liaison (« récepteur » BP) dans les cellules que sous sa forme liée à la protéine de liaison de soutien de Sertoli des testicules (A). Par (BP: A). ailleurs, la testostérone inhibe la sécrétion de LH par rétroaction négative. L'existence d'une L'éjaculat humain (liquide séminal, 2-6 ml) contient 35-200 millions de spermatozoïdes/ml mélangés au « inhibine » a été postulée pour la régulation de liquide spermal produit par la prostate et les glandes la sécrétion de FSH chez l'homme (A). séminales, mais également du fructose, substrat nutritif Outre son rôle essentiel sur la différenciation des spermatozoïdes, et des prostaglandines qui favorisent la contraction utérine. Au maximum de sexuelle mâle, le développement de la prostate l'excitation sexuelle (orgasme), le sperme est et des vésicules séminales, la spermatogenèse, transporté de manière réflexe dans l'urètre postérieur la T est responsable du développement des (émission), dont la distension conduit à une contraction caractères sexuels secondaires mâles (crois- réflexe des muscles bulbo-caverneux principalement sance des organes génitaux, pilosité, aspect et, dès lors, à l'expulsion de l'éjaculat (éjaculation). physique, volume du larynx et mue, sécrétion L'alcalinité du plasma séminal augmente le pH vaginal, des glandes sébacées, acné, etc.). De plus, une ce qui est essentiel pour la motilité des spermatozoïdes qui doivent traverser les trompes de sécrétion suffisante de T est nécessaire à une Fallope pour fertiliser l'ovule (pour cela un seul libido normale (pulsion sexuelle), à l'aptitude spermatozoïde est nécessaire). à procréer (potentia generandi) et à l'aptitude à s'accoupler (potentia coeundi de l'homme.
- 275. 272 Système nerveux central et Organes des sens Structure du système nerveux central constitue un relais important pour toutes les fibres afférentes (de la peau, des yeux, des Le système nerveux périphérique (système oreilles, etc., mais aussi des autres parties du nerveux de la vie de relation et système cerveau). L'hypothalamus appartient aussi au nerveux autonome) véhicule les informations diencéphale (D5) ; il est le siège des centres vers le SNC (voies afférentes), ou des centres végétatifs (cf. p. 290) et joue un rôle essentiel vers la périphérie (voies efférentes). Le rôle du dans l'activité endocrine (cf. p. 240) de SNC est d'examiner, d'évaluer (par ex. l'hypophyse voisine (E6). comparaison avec une information stockée) et Le télencéphale est formé de noyaux et d'intégrer les informations reçues et d'y d'écorce cérébrale. En ce qui concerne les répondre par des messages efférents. Le SNC noyaux, on peut citer, notamment, les gan- est ainsi un organe qui intègre et coordonne les glions de la base, importants pour la motricité : différentes fonctions. le noyau caudé (D7), le putamen (D8), le Le système nerveux central (SNC) comprend pallidum (D9) et en partie 'amygdale (D10). le cerveau et la moelle épinière (A). Cette Cette dernière appartient, avec d'autres parties dernière est divisée en segments en rapport du cerveau comme le gyrus cingulaire par avec les vertèbres mais elle est plus courte que exemple (E11) au système limbique (cf. p. la colonne vertébrale (A). Cependant, les nerfs 290). Le cortex, partie externe du télencéphale, spinaux ne quittent le canal médullaire qu'à la est divisé en quatre lobes (C, D, E) : frontal, hauteur de la vertèbre correspondante. Le nerf pariétal, occipital et temporal, séparés par des spinal (B) est formé de fibres afférentes qui sillons : sillon central (C12. D12, E12) et sillon vont de la racine postérieure vers le SNC et de latéral (C13). Les deux moitiés du télencéphale fibres efférentes qui vont de la racine sont étroitement liées par le corps calleux (D14, antérieure vers la périphérie. Un nerf est donc E14). Le cortex est responsable de toutes les un faisceau de fibres nerveuses (cf. p. 22) ayant activités conscientes et de nombreuses activités des fonctions et des directions en partie inconscientes. C'est le lieu d'intégration de différentes. toutes les sensations conscientes, le siège de la En coupe transversale, la moelle épinière (B) mémoire, etc. présente une partie sombre, en forme de papillon, la substance grise. Dans ses cornes Le liquide céphalorachidien antérieures, elle renferme principalement les corps cellulaires des voies efférentes Les cavités internes (ventricules) du cerveau (essentiellement vers les muscles : moto- renferment un liquide (liquide céphalorachi- neurones) et, dans ses cornes postérieures, les dien) qui baigne aussi les espaces périphéri- corps cellulaires des interneurones (neurones ques du SNC. Les deux ventricules latéraux intermédiaires du SNC). Les corps cellulaires (D15, F) sont reliés aux Illème et IVème ventri- des fibres afférentes se trouvent hors de la cules (F) et au canal central de la moelle moelle épinière, dans le ganglion spinal. L'autre épinière (B). Les plexus choroïdes (D16, F) partie de la moelle épinière est formée de produisent environ 650 ml de LCR par jour. Ce substance blanche qui contient surtout les LCR est réabsorbé au niveau des villosités axones des voies ascendantes et arachnoïdiennes (F). Les échanges de subs- descendantes. tances entre le sang et le LCR ou le cerveau sont plus ou moins inhibés, sauf pour le CO2 Le cerveau prolonge la moelle épinière : il l'O2 et l'H2O (barrière hémo-encéphalique ou comprend le bulbe (E1), le pont (E2), le barrière hémoliquidienne}. Certaines subs- mésencéphale (E3), le cervelet (C, E), le tances, comme le glucose et les acides aminés, diencéphale et le telencéphale (C, D, E). Les sont véhiculées selon des mécanismes de trois premières parties forment le tronc transport particuliers, d'autres, comme les pro- cérébral, qui dans l'ensemble, est structuré téines, ne peuvent pas passer la barrière hémo- comme la moelle épinière et contient les corps encéphalique ; ceci doit être pris en cellulaires des nerfs crâniens (noyaux) et, parmi considération lors de l'administration de médica- d'autres choses les centres respiratoires (cf. p. ments (accessibilité liquidienne). Si le LCR ne 104) et circulatoires (cf p. 176 et suiv.). Le peut pas s'écouler, le cerveau est comprimé ce cervelet est particulièrement important en ce qui est à l'origine de l'hydrocéphalie chez les qui concerne la motricité (cf. p. 284 et suiv.). enfants. Le thalamus (D4), formation du diencéphale,
- 277. 274 Système nerveux central et Organes des sens Perception et traitement des stimulations véhiculé par la fibre nerveuse : il y a transformation du stimulus. Plus la stimulation Par les organes des sens, nous captons dans est forte, plus le potentiel récepteur est ample et l'environnement de très nombreuses plus le nombre de PA véhiculés par le nerf est informations (109 bit/s) dont une faible partie grand (C2). seulement (101 à 102 bit/s) nous devient L'information primitive est ainsi codée sous consciente (A) ; le reste est traité par forme de fréquence de PA. L'information l'inconscient ou pas traité du tout. Les transmise est décodée à la synapse suivante informations importantes (intéressantes) sont (cf. p. 30) : plus la fréquence est élevée, plus la choisies par le cortex (le conscient), ce que quantité de transmetteur (cf. p, 54) libéré est traduisent bien les termes d'«épier» et de importante et plus le potentiel post-synsptique «guetter». Inversement, nous donnons des d'excitation (PPSE. cf. p. 30) est grand. Si ce informations (107 bit/s) à l'environnement (A) dernier atteint à nouveau le seuil (B2), de grâce à la parole et aux mouvements nouveaux PA prennent naissance et l'informa- (mimique). tion est recodée. Bit (en anglais : binary digit) est une unité de Le codage sous forme de fréquence a mesure qui définit le contenu en informations', l'avantage de transmettre plus sûrement le signal que bit/s définit donc un flux d'informations (une si c'était l'amplitude du potentiel qui servait de support à l'information : sur de longues distances (jusqu'à plus lettre vaut environ 4,5 bit, la page d'un livre vaut d'un mètre chez l'homme), l'amplitude du potentiel environ 1000 bit ; si on la lit en 20 s, on capte serait beaucoup plus facilement modifiée (et ainsi le 1 000/20 = 50 bit/s. Une image télévisée trans- signal erroné) que ne l'est la fréquence du PA. D'autre met plus de 106 bit/s). part, au niveau de la synapse, le signal est amplifié ou affaibli (par d'autres neurones) : la hauteur du potentiel Les stimulations sont transmises à l'organisme se prête mieux à cette dernière modulation. D'autres sous différentes formes d'énergie (énergie méthodes permettent de coder le message en fonction électromagnétique pour les stimulations de la durée de l'événement, de l'échantillonnage des visuelles, énergie mécanique pour les impulsions, du début de la décharge, de l'augmentation stimulations tactiles. etc.). Pour ces stimula- ou de la diminution du stimulus, etc. tions, il existe des récepteurs spécifiques, Les afférences inhibitrices ou excitatrices au groupés en organes des sens (œil, oreille) ou niveau des synapses servent par exemple à dispersés à la surface du corps (récepteurs de « contraster » une information pendant son trajet vers la peau) ou à l'intérieur de l'organisme le SNC (D et cf. p. 312) ; pour cela, des informations véhiculées par les fibres voisines sont atténuées : (récepteurs de pression). Chaque type de inhibition latérale. cellule sensorielle est spécialisé pour enregistrer son stimulus propre, amenant ainsi Objectivement, la transformation des stimuli une impression sensorielle spécifique sensoriels peut être représentée, au fur et à mesure de leur intégration dans le SNC, par l'enregistrement des (modalité). Dans beaucoup de cas, différentes potentiels cellulaires. Cependant, le passage de qualités peuvent être perçues dans une seule l'information au niveau conscient ne peut être apprécié modalité (par ex. le niveau et la fréquence d'un que subjectivement. En premier lieu, nous sommes son dans l'oreille ; cf. p. 316 et suiv.). capables de décrire des impressions sensorielles et des sensations, L'expérience et le raisonnement A la réception du signal (B), chaque récepteur permettent d'interpréter l'événement et, par suite, de le « choisit » parmi les informations de reconnaître. Les figures d'un puzzle montrent qu'un l'environnement celles qui lui sont appropriées ; seul et même individu peut ressentir (interpréter) la les récepteurs tactiles de la peau par exemple même impression sensorielle de différentes manières. (cf. p. 276) sélectionnent les informations Les autres concepts importants en physiologie concernant l'intensité de la pression. Dans le sensorielle sont : a) le seuil absolu (cf. p. 296, 306 et récepteur, la stimulation modifie les propriétés 316) ; b) le seuil différentiel (cf. p. 296, 306 et 322) ; de la membrane de la cellule réceptrice c) la sommation spatiale et temporelle (cf. p. 306); (transduction), ce qui entraîne la formation d'un d) l'adaptation (habituation, accommodation, cf. p. potentiel récepteur (potentiel générateur, 306) ; e) le champ récepteur (cf. p. 312); f) les «réponse locale») : plus la stimulation est récepteurs proportionnels, récepteurs différentiels, intense, plus le potentiel récepteur est ample récepteur P-D (cf. p. 276). Ces notions ne sont citées (Cl). Si l'amplitude de ce potentiel atteint un qu'à titre d'exemple aux pages indiquées mais elles peuvent être généralisées aux récepteurs. certain seuil (B1), il y a naissance d'un potentiel d'action PA (cf. p. 26 et suiv.) qui est
- 279. 276 Système nerveux central et Organes des sens impulsions (D, sommet de la courbe) ; la Les récepteurs de la peau. La douleur position définitive de l'articulation est définie par la fréquence constante des impulsions qui La peau est sensible à la pression, au toucher, suivent (D). Des discussions se poursuivent aux vibrations (tact), à la température et à la encore afin de déterminer si cette réception P-D douleur. Cette sensibilité superficielle fait se produit dans l'articulation elle-même ou dans partie de la sensibilité somatoviscérale, tout les fuseaux (cf. p. 278) des muscles. comme la sensibilité profonde [récepteurs musculaires, articulaires et tendineux (cf. p. Il existe des récepteurs thermiques pour les 278) et la sensibilité douloureuse profonde. températures inférieures à 36°C (récepteurs au Les mécanorécepteurs de la peau sont froid) et des récepteurs thermiques pour les sensibles à trois types de sensations tactiles : températures supérieures à 36°C (récepteurs la pression, le toucher et les vibrations. au chaud). Plus la température est basse (entre 36° et 20°C), plus la fréquence des impulsions Quand les cellules de Merkel (A2), ou disques dans les fibres nerveuses qui innervent les tactiles (A5), sont stimulées à la suite de récepteurs au froid est élevée ; c'est l'inverse l'application de différentes pressions par exem- qui se produit pour les récepteurs au chaud ple, on enregistre dans les fibres nerveuses (entre 36° et 43°C) (C). Entre 20°C et 40°C, on correspondantes des PA dont la fréquence constate une adaptation rapide de la thermo- (impulsions/s) est proportionnelle à l'intensité de régulation (réception P-D : une eau à 25°C ne la pression appliquée (B1). C'est ainsi que l'on semble froide qu'au début). Des températures mesure l'intensité de la pression (détecteurs extrêmes sont en revanche ressenties comme d'intensité). Les corpuscules de Meissner (Al) froides ou chaudes en permanence, d'où notre ou récepteurs de la racine du poil (A4) sont réflexe de protection de la peau contre d'éven- sensibles au toucher ; ici l'intensité de la tuelles blessures. Pour les températures supé- stimulation (courbure d'un poil par exemple) rieures à 45°C, il existe probablement des n'intervient pas autant que la vitesse de récepteurs au chaud particuliers qui seraient variation de l'intensité de stimulation des récepteurs thermospécifiques de la douleur. (détecteurs de vitesse) : le nombre des influx La douleur est une impression sensorielle est dans ce cas proportionnel à la vitesse (B2). Les corpuscules de Pacini (A3) sont spécialisés déplaisante accompagnée par la conscience dans l'enregistrement des vibrations. Ils ne d'une expérience désagréable. C'est la réponse à un message signifiant qu'une lésion menace répondent que par une impulsion à une variation unique de l'intensité de la stimulation, l'organisme ou est même déjà survenue (nociception). L'identification de la cause est quelle que soit la vitesse de la variation. Mais si moins importante que la reconnaissance de (comme dans le cas d'une vibration), cette vitesse varie constamment (en d'autres termes, l'effet. Les douleurs peuvent provenir des si I''accélération du déplacement de la peau est viscères (cf. p. 282), des régions « profondes » (maux de tête par exemple) ou de la peau (cf. plus ou moins importante), on enregistre une fréquence d'impulsions proportionnelle à cette aussi douleur irradiée, p. 282). A propos de accélération sur les fibres nerveuses cette dernière, on distingue une douleur correspondantes (B3). De tels récepteurs immédiate, rapide (« vive ») et une deuxième d'accélération se trouvent non seulement dans douleur, retardée (« sourde ») qui dure plus la peau, mais aussi dans les tendons, les longtemps. La première douleur entraîne surtout des réflexes de fuite (cf. p. 280), la deuxième muscles et les capsules articulaires, ce qui montre qu'ils jouent aussi un rôle dans la conduit plutôt à des attitudes de protection sensibilité profonde (cf. p. 278). (0,5-1 s plus tard). Les récepteurs de la douleur (terminaisons nerveuses libres) ne sont pas On appelle aussi récepteurs proportionnels adaptables (mal de dents pendant des jours (P) les récepteurs du type détecteurs d'intensité, entiers ! cf. p. 262) sinon une blessure et récepteurs différentiels (D) les récepteurs prolongée serait vite oubliée. du type détecteurs d'accélération. Les récepteurs P-D sont des récepteurs mixtes Les lésions des voies douloureuses sont comme ceux qui détectent la position d'une ressenties comme si elles venaient de la articulation (sensibilité profonde) : la vitesse de périphérie : douleur projetée (par exemple douleurs dans le dos dues à l'écrasement d'un la variation de position est codée par une fréquence passagèrement élevée des nerf après déplacement d'un disque vertébral).
- 281. 278 Système nerveux central et Organes des sens somatique α aux impulsions provenant des fibres la Sensibilité profonde. Réflexes rendant celles-ci inactives. Cette réponse a d'autres proprioceptifs origines, notamment l'inhibition de Renshaw (cf. p. 281, C) consécutive à l'excitation antidromique des Les propriocepteurs servent à détecter la fibres a, et la stimulation des fibres Ib (inhibition auto- position d'une articulation, à mesurer la génique, voir ci-dessous). longueur d'un muscle, etc. (sensibilité profonde). Les récepteurs articulaires, les Le réflexe myotatique est complété par d'autres circuits polysynaptiques. Si le réflexe proprioceptif contracte récepteurs tendineux et les fuseaux neuro- l'extenseur (comme par exemple dans le réflexe musculaires sont des propriocepteurs (A). Les patellaire), il faut que les motoneurones α du fibres intrafusoriales des fuseaux neuro- fléchisseur correspondant soient inhibés pour musculaires s'étendent entre les fibres striées permettre une extension efficace, ce qui est possible (extrafusoriales) et sont innervées par les grâce à l'intervention d''interneurones inhibiteurs (B1). motoneurones γ efférents. La région centrale Pour mettre fin au réflexe, il faut aussi inhiber la contraction de l'extenseur. Quatre mécanismes du fuseau (2 types : fuseaux à sac nucléaire, interviennent alors : a) le fuseau neuromusculaire se fuseaux à chaîne), en forme de spirale, est relâche, ce qui produit une diminution de l'excitation entourée par des terminaisons nerveuses dans les fibres la ; b) pour des tensions élevées, les (terminaisons annulospiralées) qui informent la fibres Ib des récepteurs tendineux inhibent le moelle épinière de l'état d'étirement du fuseau motoneurone α (B2, inhibition autogène ou réflexe (fibres la des récepteurs à sac, A-C ; fibres du myotatique inverse) ; groupe II pour les récepteurs à chaîne). Les c) par ailleurs, les fibres Ib stimulent les motoneurones récepteurs tendineux (organes de Golgi) se α du muscle antagoniste (innervation réciproque, B, situent à la limite muscle-tendon et mesurent la fléchisseur) ; d) les collatérales des motoneurones tension du tendon et du muscle. s'inhibent mutuellement par un interneurone inhibiteur (récurrent) : la cellule de Renshaw (B et cf. p. Les informations en provenance des propriocepteurs 281, C). vont notamment au cervelet et au cortex (cf. p. 282 et 286), mais en réponse à ces informations, des L'activité réflexe des motoneurones, où aboutissent réactions inconscientes (réflexes) sont déjà possibles des centaines d'autres neurones synaptiques, est au niveau de la moelle épinière. notamment contrôlée par les centres supraspinaux Quand un muscle squelettique est soudainement étiré cervicaux. Des lésions de ces centres peuvent (par un coup sur son tendon par exemple), les fuseaux entraîner une exagération des réflexes proprioceptifs neuromusculaires le sont aussi. Leur étirement (cf. p. 284) alors que l'absence de réflexes provoque une stimulation des fibres la (B, C) et des proprioceptifs traduit des lésions localisées dans la fibres II. Ces fibres passent par la racine postérieure moelle épinière ou dans le nerf périphérique. de la moelle épinière et gagnent la corne antérieure où La terminaison annulospiralée peut être stimulée, non elles excitent directement les motoneurones α du seulement par l'étirement de tout le muscle (C. à même muscle, entraînant une contraction. Il n'y a donc gauche) mais aussi par la contraction de fibre ici Qu'une seule liaison (synapse) entre le neurone intrafusoriale (C, à droite) excitée par le motoneurone afférent (qui vient) et le neurone efférent (qui part). γ. ce qui entraîne, via les fibres la, une activation Ainsi, la durée d'un tel réflexe monosynaptique indirecte du motoneurone a. Cette boucle y (en liaison (réflexe myotatique) est particulièrement courte avec l'activation directe des fibres a) permet sûrement (environ 20 ms). Comme la stimulation et la réponse une précision plus grande dans le mouvement concernent le même organe, on parle de réaction musculaire (couplage α-γ). réflexe proprioceptive. Les fuseaux servent avant tout à ajuster la longueur Les réflexes à l'étirement peuvent aussi être testés du muscle. Des variations involontaires du muscle (par ex. avec des électrodes cutanées) par la sont ainsi corrigées par réflexe proprioceptif. Les stimultion électrique des nerfs (mixtes) musculaires et variations de la longueur musculaire théorique sont par l'enregistrement simultané de l'excitation du modulées par les variations d'activité des fibres γ (sous muscle : réflexe H de Hoffmann. Une faible contrôle central), qui déterminent 'état d'étirement des stimulation (de l'ordre de 25 V) excite seulement les fuseaux neuromusculaires (principe de la boucle γ; C, fibres nerveuses la, l'activation musculaire se faisant à droite). avec une latence (temps de réaction) de 30 ms environ (vague ou volée H). Si l'intensité du stimulus est Les récepteurs tendineux sont disposés en série augmentée (environ 60 V), les motoneurones α sont avec les fibres musculaires contractiles. Ils participent aussi directement activés (vague M après 5-10 ms). principalement au réglage de la tension musculaire Avec des stimuli plus importants (95 V), les vagues M (afférences Ib) ; la stimulation d'une simple unité augmentent tandis que les vagues H disparaissent. motrice (cf. p. 32) est suffisante pour les stimuler. Ils Cette réponse provient du fait que l'excitation protègent également le muscle contre des tensions antidromique des fibres α se heurte sur le corps trop fortes.
- 283. 280 Système nerveux central et Organes des sens Réflexes extéroceptifs fléchisseurs controlatéraux qui se relâchent (A6) ; e) vers d'autres segments de la moelle Contrairement à ce qui se produit pour le réflexe épinière (par des fibres ascendantes ou proprioceptif (cf. p. 278), les récepteurs du descendantes ; A7, A8) car tous les réflexe extéroceptif ne se situent pas dans fléchisseurs et extenseurs ne sont pas innervés l'organe cible : l'arc réflexe peut renfermer des par un seul segment. Par ailleurs, les influx neurones somatiques (moteurs, sensoriels) ou douloureux sont véhiculés jusqu'au cerveau où végétatifs ou même les deux à la fois et il la douleur est rendue consciente (cf. p. 276 et p. compte plusieurs synapses (réflexe 282). polysynaptique). La durée du réflexe extéroceptif est donc supérieure à celle du Par opposition au réflexe proprioceptif où seuls réflexe proprioceptif (monosynaptique) et elle les motoneurones a sont activés pendant la dépend en outre de l'intensité du stimulus réponse réflexe (les motoneurones γ étant in- (sommation temporelle variable dans le SNC). hibés), dans le réflexe extéroceptif, les deux Exemple : démangeaisons nasales à types de motoneurones sont activés parallèle- éternuement. Le fait que la réponse réflexe ment. Les fibres du faisceau neuromusculaire puisse se propager plus ou moins loin suivant (cf. p. 278) se raccourcissent ainsi l'intensité du stimulus est typique de certains parallèlement à celles du muscle, ce qui permet réflexes extéroceptifs (par exemple : de maintenir largement constants l'étirement et toussotements à toux avec étranglement). la réactivité des récepteurs fusoriaux, malgré le raccourcissement du muscle. Parmi les réflexes extéroceptifs, on peut citer des réflexes de protection comme par exemple les réflexes de fuite (cf. ci-après), le Mécanismes d'inhibition dans la réflexe cornéen, l'écoulement lacrymal, la toux, transmission nerveuse l'éternuement, des réflexes intervenant dans la Lors de la transmission synaptique, l'inhi- fonction de nutrition (réflexes de nutrition) bition (cf. aussi p. 30) peut intervenir en avant comme la salivation, la succion ainsi que les (inhibition présynaptique) ou en arrière de réflexes servant à la locomotion (réflexes l'espace synaptique (inhibition post-synaptique) locomoteurs). A ces réflexes s'ajoutent les en agissant sur la membrane. Dans l'inhibition nombreux réflexes végétatifs (circulation, présynaptique (B), un neurone supplémentaire respiration, estomac, intestin, fonction sexuelle, (B, c) stimule l'extrémité du neurone vessie, etc.). Citons encore les réflexes présynaptique (B,a). Cette dépolarisation fait extéroceptifs testés lors d'un examen clinique chuter l'amplitude du potentiel d'action (cf. p. neurologique, comme le réflexe plantaire, le 26) arrivant sur l'extrémité du neurone a (B), ce réflexe crémastérien et le réflexe abdominal. qui diminue la quantité de transmetteur Les réflexes extéroceptifs les plus typiques sont d'activation libérée dans la fente synaptique (B, les réflexes de flexion (réflexes de fuite. A) : d) : la dépolarisation du neurone post- on peut remarquer par exemple qu'une synaptique (B, b) est ainsi moins importante et stimulation douloureuse sous la voûte plantaire l'amplitude du potentiel post-synaptique droite entraîne une flexion dans toutes les d'excitation (PPSE. cf. p. 30) ne suffit plus, le articulations de la jambe droite. cas échéant, pour déclencher un potentiel d'ac- Les influx afférents sont répartis dans la moelle tion (PA) dans le neurone b (B2). épinière : a) par des interneurones excitateurs Le mécanisme de l'inhibition post-synaptique (C) est (A1) vers les motoneurones des fléchisseurs du tout à fait différent : dans ce cas, un interneurone même côté (ipsilatéraux) ; b) par des interneu- inhibiteur hyperpolarise le neurone post-synaptique (potentiel post-synaptique d'inhibition : PPSI, cf. p. 30). rones inhibiteurs (A2) vers les motoneurones des extenseurs ipsilatéraux qui se relâchent L'interneurone inhibiteur peut être activé : alors (A3) ; c) par des interneurones excitateurs a) par des collatérales axonales récurrentes (C1) des (A4) vers les motoneurones des extenseurs du neurones à inhiber [inhibition (récurrente) par les côté opposé (controlatéraux) (A5) (ce réflexe cellules de Renshaw. rétrocontrôle négatif ; C2] ; ou b) de flexion croisé augmente en outre la directement par le neurone afférent au moyen d'un neurone intermédiaire (C, à droite). L'inhibition de distance (de fuite) entre les récepteurs de la l'extenseur ipsilatéral (A2, A3) dans le réflexe de douleur et l'origine de cette douleur et permet flexion en est un exemple. Comme dans ce cas, le de protéger le corps) ; d) par des interneurones muscle antagoniste est inhibé ; cet exemple peut aussi inhibiteurs vers les motoneurones des servir à illustrer l'inhibition antagoniste.
- 285. 282 Système nerveux central et Organes des sens Transmission centrale des stimulations territoire de l'épaule gauche en cas d'anoxie sensorielles cardiaque : angine de poitrine). Dans ces cas, ces zones sont souvent anormalement Les récepteurs sensoriels de la tête (organes sensibles au toucher et à la douleur des sens) et de la peau informent le système (hyperesthésie ou hyperalgie). 3. Les fibres nerveux central (SNC) sur l'environnement (cf. sensitives de la tête (noyaux du trijumeau) se p. 276). Les récepteurs musculaires tendineux projettent aussi sur le thalamus. 4. Deux autres et articulaires de l'appareil locomoteur voies se projettent sur le cervelet renseignent sur la position du corps, le tonus (principalement celles de la sensibilité profonde) musculaire, etc. (cf. p. 278 et suiv.) au même le tractus spinocérébelleux postérieur (C3) et le titre que l'organe de l'équilibration (cf. p. 298). tractus spinocérébelleux antérieur (C4). Ces informations sont en grande partie Lors d'une section hémilatérale de la moelle transmises aux centres somatotopiques (ou épinière (syndrome de Brown-Séquard), on sensomoteurs) situés au niveau du gyrus observe (en raison de l'agencement des voies) postcentral du cortex où, comme pour le cortex une paralysie motrice tout d'abord flasque, puis sensorimoteur, chaque partie du corps se spasmodique du côté lésé, des troubles du projette sur une aire corticale correspondante toucher de ce même côté et une augmentation (aire de projection : représentation de la sensibilité douloureuse et thermique somatotopique proportionnelle à la richesse de controlatérale(anesthésie sensorielle dissociée). l'inervation ; A, B). C'est là qu'on peut enregistrer, après stimulation périphérique, des Au niveau du thalamus, les voies afférentes potentiels évoqués locaux traduisant l'excitation relaient une deuxième fois pour se projeter sur des aires corticales correspondantes. le gyrus post-central et sur d'autres voies corticales. Comme pour les voies visuelles et Les informations en provenance de la peau auditives, il existe ici aussi des voies de (sensibilité superficielle) et de l'appareil moteur projection thalamocorticales spécifiques (voies (sensibilité profonde) arrivent à la moelle épi- de projection, D) partant de zones thalamiques nière par la racine postérieure ; de là, elles bien définies. atteignent le cerveau par les voies suivantes : Inversement, il existe des zones d'où partent des voies 1. Les fibres des cordons postérieurs (C1) ne « non spécifiques » (réticulaires) vers presque toutes relaient pas dans la moelle épinière ; leur les régions corticales (principalement cortex frontal) premier relais se situe dans les noyaux des (E). La stimulation de ces voies part de la formation cordons postérieurs du bulbe. De là, une partie réticulée qui joue non seulement un rôle dans la motricité (cf. p. 284) mais reçoit aussi des informations des récepteurs post-synaptiques gagne le de tous les organes des sens et de toutes les voies cervelet (cf. p. 286), l'autre partie croise vers le afférentes de la moelle épinière (yeux, oreilles, côté opposé et se dirige vers le thalamus. Les sensibilité superficielle, etc.), ainsi que des ganglions fibres des cordons postérieurs véhiculent des de la base. Les voies réticulaires jouent notamment un informations concernant la pression, le toucher rôle fondamental dans le niveau de vigilance et d'éveil et la sensibilité profonde et transmettent ainsi (SRAA, cf. p. 292), transmettent des informations des renseignements sur la position (consciente) affectives et émotionnelles (de la douleur par exemple) et ont des fonctions végétatives complexes (sur la du corps. 2. Les nerfs sensitifs correspondants circulation, la respiration, les hormones, etc.). aux récepteurs de la douleur, de la température, A côté des aires de projection primaires, on trouve à une partie des récepteurs de la pression et du dans le cortex une série d'aires d'association (aires toucher croisent vers le côté opposé dans le associatives) qui sont aussi reliées au thalamus (voies segment médullaire correspondant pour former, d'association mixtes). dans le cordon latéral antérieur de la moelle Les afférences sensorielles qui se dirigent vers le épinière, le tractus spinothalamique. Celui-ci se cortex peuvent être inhibées au niveau de tous les projette sur le thalamus en passant par le tronc relais (moelle épinière, bulbe et thalamus) par des cérébral (C2). Comme ces fibres conduisent voies descendantes (provenant du cortex). Celles-ci aussi les informations douloureuses en prove- permettent notamment défaire varier le champ réceptif, nance des viscères, la douleur est souvent de régler le seuilet (lors d'une afférence commune ressentie dans le territoire de peau correspon- d'une origine différente) de « rechercher » une modalité sensorielle. dant au même segment médullaire (zones de Head) : douleur irradiée (par exemple dans le
- 287. 284 Système nerveux central et Organes des sens Motricité posturale et des parties pontiques de la formation réticulée (faisceaux rubrospinal et réticulospinal A quelques exceptions près, l'organisme se latéral. A) ont surtout des effets inhibiteurs sur manifeste dans l'environnement par des les motoneurones α et γ (cf. p. 278) des mouvements (cf. p. 275, A). On peut opposer à extenseurs et un effet excitateur sur les cette motricité dirigée {«motor-move»-system, fléchisseurs. Inversement, les voies descen- cf. p. 288) une motricité posturale («motor- dantes en provenance du noyau de Deiters et hold»-system) dont le but est de contrôler des parties médullaires de la formation réticulée l'équilibre du corps et sa position dans (faisceaux vestibulospinal et réticulospinal mé- l'espace. dian) inhibent les fléchisseurs et stimulent les L'ancienne classification anatomique du sys- extenseurs (A). tème moteur en systèmes pyramidal et extra- La section du tronc cérébral en dessous du pyramidal ne se justifie plus du point de vue noyau rouge entraîne une rigidité de décérébra- fonctionnel. tion car, dans ce cas, c'est l'influence du noyau Les motoneurones qui innervent les muscles de Deiters sur les extenseurs qui prédomine. squelettiques quittent la moelle épinière par la Les centres moteurs du tronc cérébral consti- corne antérieure (cf. p. 273, B). Déjà, au niveau tuent les relais des réflexes de posture et de de la moelle épinière, on peut retrouver des redressement, dont la fonction est de maintenir réflexes relativement simples comme les (involontairement) la posture et l'équilibre du réflexes proprioceptifs (cf. p. 278) mais on peut corps. aussi avoir affaire à des schèmes moteurs plus Les réflexes de posture déterminent le tonus compliqués, mettant en jeu des réflexes de musculaire (cf. p. 40) et l'accommodation du flexion (cf. p. 280) et quelques réflexes de cristallin (cf. p. 299, C). Des afférences en marche. provenance du labyrinthe (réflexes toniques La section de la moelle épinière (paraplégie) est labyrinthiques) et des propriocepteurs du cou suivie d'abord d'une défaillance de tous les (réflexes toniques cervicaux) modulent ces réflexes périphériques (aréflexie. choc spinal), réflexes. Ces mêmes afférences interviennent puis d'une récupération de certains réflexes dans les réflexes de redressement (réflexes malgré cette section. labyrinthiques et cervicaux) dont le rôle est de toujours ramener le corps dans sa position Normalement les réflexes spinaux sont modulés normale. C'est d'abord la tête (en réponse aux par les centres supérieurs (supra-spinaux). La afférences labyrinthiques, cf. p. 298), puis le motricité posturale est contrôlée, en premier tronc (en réponse aux propriocepteurs lieu, par les centres moteurs du tronc cervicaux) qui sont successivement ramenés cérébral : noyau rouge (Al), noyaux dans leur position normale. En outre, des vestibulaires (A4) (en particulier le noyau latéral afférences en provenance des yeux, des de De/fers : cf. p. 286) et une partie de la oreilles, du nez (odorat) et des récepteurs de la format/on réticulée (A2, A3) peau modulent aussi ces réflexes de Les afférences principales de ces centres redressement. viennent du labyrinthe (organe de l'équilibration Par ailleurs, les réflexes statocinétiques qui ; A et cf. p. 298), des propriocepteurs (cf. p. interviennent par exemple dans la préparation 278) du cou (A), du cervelet (cf. p. 286) et du au saut ou dans le nystagmus (cf. p. 314), sont cortex moteur (directement et via les ganglions également importants pour la posture et de la base. A). Ces afférences sont prises en l'équilibration. charge par les collatérales de la voie pyramidale (C et cf. p. 288) et par d'autres voies. Les voies (Légende pour B et C : cf. p. 288). descendantes en provenance du noyau rouge
- 289. 286 Système nerveux central et Organes des sens Rôle du cervelet Les lésions des hémisphères cérébelleux se traduisent par des troubles de l'initiation, de la Le cervelet est un centre de contrôle important coordination et de l'arrêt des mouvements moteurs des fonctions motrices. Il coordonne les volontaires et dans la « reprogrammation » rapide du mouvements et la posture et est impliqué dans mouvement opposé (diadococinésie). Il s'en suit le la programmation des mouvements. Les parties développement d'un tremblement au fur et à mesure phylogénétiquement les plus anciennes. L'archi- que l'objectif prévu approche (tremblement d'intention), une détérioration de la capacité d'apprécier les et le paleocerebellum, sont situées en position distances (dysmétrie) et de terminer les mouvements médiane. L'archi-cervelet et le paléocervelet (phénomène de rebond) : l'enchaînement des comprennent pour le premier le nodule et le mouvements rapides n'est plus possible : on parle flocculus, pour le second la pyramide, l'uvule, d'adiadococinésie. De plus, l'élocution est lente, les lobes paraflocculaires et une grande partie monotone et de mauvaise qualité (dysarthrie). du lobe antérieur. La pars intermedia peut aussi Les voies efférentes du cortex cérébelleux sont être considérée comme faisant partie du formées par les neurones provenant des cellules de 6 cervelet moyen. Le neocerebellum, partie Purkinje (environ 15.10 cellules). Elles ont une action phylogénétiquement la plus récente, très inhibitrice sur les noyaux cérébelleux avec lesquels développée chez l'homme, est située elles sont connectées. Les afférences de la moelle latéralement. épinière qui font relais dans l'olive inférieure se prolongent par les fibres grimpantes et se terminent Le cervelet moyen (A1, 2) est la région mise au niveau des unités fonctionnelles de modulation en jeu pour le contrôle des décisions motrices du cortex cérébelleux (microlambeaux longitudinaux). (cf. p. 284) et pour le contrôle visuel moteur. Il Leurs (nombreuses) synapses excitatrices amplifient reçoit des afférences d'origine spinales, l'effet inhibiteur des cellules de Purkinje. Les autres afférences du cervelet sont les fibres moussues. vestibulaires et visuelles aussi bien que des Celles-ci peuvent soit accroître l'action inhibitrice des efférences de signaux moteurs concernant les cellules de Purkinje par excitation des innombrables muscles squelettiques. Les fibres sortantes du cellules granuleuses et de leurs fibres parallèles, cervelet moyen se dirigent via les noyaux soit l'annuler par l'intermédiaire d'interneurones globosus, emboliforme et fastigial (noyaux inhibiteurs (cellules de Golgi). Une désinhibition interposés), vers les centres moteurs de la directe peut s'effectuer par l'intermédiaire des cellules moelle épinière et vers le noyau vestibulaire étoilées (stellaires) et en corbeille : convergence (environ 105 fibres parallèles à 1 cellule de Purkinje) (noyau de Deifers). et divergence (collatérales d'une fibre grimpante à Les lésions du cervelet médian entraînent des 10-15 cellules de Purkinje) peuvent se développer troubles de l'équilibration et de la motricité simultanément au niveau de la chaîne de transmission oculaire (nystagmus pendulaire) et une démar- des signaux. che tronculaire ataxique (mouvements incer- L'ensemble des fonctions d'intégration et de tains et excessifs). coordination du cervelet, et des fonctions des autres centres moteurs (cf. p. 278 et suiv., p. 284 et 288) et Le cervelet latéral (hémisphères) est plus des organes des sens, peut être mis en évidence en particulièrement impliqué dans la program- prenant l'exemple d'une joueuse de tennis (B) : mation des mouvements (A3 et p. 288). Sa pendant que son partenaire se prépare à envoyer la flexibilité fonctionnelle rend possible l'adaptation balle, elle oriente son corps dans la direction que va motrice et l'apprentissage des processus prendre la balle (motricité volontaire), mouvement qui nécessite un appui (jambe droite) et un équilibre (bras moteurs. Il est relié au cortex cérébral par deux gauche) adéquats (motricité posturale). La motricité types de voies. De manière afférente, il est oculaire sert à « garder » la balle dans son champ connecté aux régions corticales (cortex visuel ; le cortex visuel analyse la trajectoire et la associatif pariétal, préfrontal et prémoteur, vitesse de la balle. Le cortex associatif programme le cortex sensitivomoteur et cortex visuel) qui sont mouvement « renvoyer la balle », pour lequel il faut principalement mises en jeu dans la phase de non seulement tenir compte de la balle, du filet, du plannification des mouvements (cf. p. 288) au terrain adverse, de la position du partenaire mais encore prévoir le recul dû au renvoi de la balle, recul moyen du noyau du pont et des fibres qui devra être contré par des mouvements moussues (voir ci-dessous), tandis que, par d'équilibration. Grâce au programme moteur du I'olive inférieure et les fibres montantes (voir ci- cervelet (et des ganglions de la base), le cortex dessous), il reçoit des afférences motrices des sensorimoteur fait exécuter le mouvement projeté ; la centres cortical et subcortical. Les efférences balle est non seulement frappée et renvoyée dans le du cervelet médian se font principalement par terrain adverse, mais encore souvent animée d'un des noyaux moteurs du thalamus vers le cortex mouvement de rotation (« coupée ») par un coup tangentiel (motricité volontaire rapide « acquise »). moteur.
- 291. 288 Système nerveux central et Organes des sens Motricité dirigée ou volontaire transmises au thalamus moteur, au striatum, au noyau de l'olive inférieure et au pont (de là sur Les mouvements intentionnels sont contrôlés le cervelet latéral ; cf. p. 287. A3), et au tronc par le cortex (sensori)moteur (en étroite cérébral (cf. p. 285, A) ; ces régions font partie coopération avec le système moteur postural ; de la boucle supraspinale de rétroaction. cf. p. 284 et suiv.). Il comprend le cortex moteur primaire au niveau du gyrus précentral Les ganglions de la base sont mis en jeu dans (aire 4) et, dans un sens plus large, le cortex plusieurs boucles corticocorticales (A) de sensorimoteur secondaire (aire 6) situé en signaux (squeletto- et oculomoteurs) qui servent avant de celui-ci (en position rostrale). Ces deux principalement à transformer le plan d'un régions sont, comme le thalamus moteur et le mouvement projeté en sa réalisation (voir ci- striatum, organisées en fonction des différentes dessous). régions du corps (représentation somatotopique Dans la boucle squelettomotrice, par ex., les ; cf. p. 285. B). Les régions du corps à motricité signaux (surtout des aires 4 et 6) gagnent le fine (doigts, visage) y ont une représentation striatum (l'agent stimulant de la transmission relativement importante. est le glutamate), puis par deux voies parallèles (via le pallidum interne et le locus niger ou Tandis que les neurones provenant de l'aire 4 substance noire) rejoignent le thalamus peuvent seulement provoquer les contractions moteur (A). Chacune de ces deux voies de petits groupes musculaires (par ex. la flexion comporte deux neurones inhibiteurs placés en des doigts), une excitation (plus durable) de série (avec le GABA comme transmetteur), qui l'aire 6 (probablement très bien coordonnée produisent dans chaque cas une désinhibition avec l'aire 4) amène à la réalisation de dans le second neurone. La voie mouvements plus complexes (par ex. la rotation thalamocorticale vers l'aire 6 complète la du tronc). La latence prolongée, de l'ordre de boucle. La voie inverse (par ex. la voie 100 ms. entre le début de l'impulsion au niveau dopaminergique de la substance noire au de l'aire 4 et le mouvement (volontaire), est striatum) sert primitivement à la modulation des apparemment nécessaire aux phénomènes de signaux. sommation temporale sur le motoneurone. Depuis « l'intention » d'un mouvement Les efférences du cortex moteur primaire volontaire jusqu'à sa réalisation, les étapes du atteignent le motoneurone par la voie trajet nerveux sont probablement les suivantes : pyramidale (cf. p. 285, C) et par les centres dans les aires sous-corticales cérébrales moteurs du tronc cérébral (cf. p. 285, A). Parmi principalement, par un mécanisme inconnu, les signaux moteurs de la voie pyramidale l'ordre pour une activité motrice est donné correspondant à des mouvements intentionnels, (B1). Cette information gagne le « cortex seuls ceux correspondant à des mouvements associatif » (squelettomoteur, surtout aire 6), ou fins (doigts) sont transmis de façon le mouvement projeté se forme (B2). On peut monosynaptique jusqu'aux motoneurones α, enregistrer à cet endroit un potentiel de tandis que la grande majorité des autres y disponibilité (environ 1 s avant le mouvement, parviennent aux moyens 6'interneurones même si celui-ci n'a été que pensé). Par spinaux : différents types de mouvements l'intermédiaire des boucles faisant intervenir le organisés segmentai-rement (arcs réflexes) cervelet (cf. p. 286) ou les ganglions de la base, sont aussi impliqués. la plus grande partie des programmes Les fibres de la voie pyramidale provenant du moteurs du mouvement peuvent être rappelés cortex somatosensoriel (gyrus postcentral : cf. (B3). Ces programmes atteignent, après relais p. 283, B) modulent probablement la transmis- au niveau du thalamus, les aires 4 et 6 qui sion des signaux sensoriels (cf. p. 282). contrôlent l'exécution du mouvement (B4). Les « copies » de la commande motrice sont
- 293. 290 Système nerveux central et Organes des sens Hypothalamus. Système limbique. Cortex émotions (« monde intérieur »). Le système associatif limbique comprend une zone corticale (hippocampe, gyrus parahyppocampique, gyrus L'hypothalamus est le centre de régulation de cingulus, qui font partie du cortex olfactif) et une tous les processus végétatifs (cf. p. 50 et suiv.) zone subcorticale (corps amygdalien, aire sep- ainsi que de la plupart des processus tale, noyau thalamique antérieur). Il existe des endocriniens (cf. p. 213 et suiv.) de l'organisme. connections réciproques avec l'hypothalamus C'est donc le principal organe d'intégration pour latéral (principalement pour le rappel des la régulation interne de l'organisme. programmes; voir ci-dessus), et avec les cortex temporal et frontal. Ces derniers servent, avant L'hypothalamus médian est doté de récepteurs tout, pour l'intégration (importante dans la thermiques qui assurent la régulation de la détermination du comportement) de la température corporelle (cf. p. 194) et d'osmoré- perception et de l'évaluation des signaux cepteurs qui assurent la régulation de l'osmola- provenant du « monde extérieur », et pour le lité (cf. p. 335) ; le contrôle de l'équilibre contenu mnésique. Le système limbique hormonal (cf. p. 240) est assuré par des commande également l'expression des récepteurs qui ont pour rôle de mesurer (par émotions (peur, colère, fureur, ennui, joie etc.), contrôle de l'information reçue : rétrocontrôle) le ce qui est important pour les effets produits sur taux d'hormones dans le sang, etc. l'environnement social. Réciproquement, les L'hypothalamus est à même de contrôler les odeurs agissent comme des signaux en processus hormonaux aussi bien autonomes provenance de l'environnement et sont inti- que végétatifs et somatiques dont il a la charge, mement liés au comportement. C'est ce que de telle sorte que l'organisme présente : a) un traduisent certaines expressions consacrées comportement défensif (réaction d'alarme) : b) telles que « atmosphère familière » (réaction un comportement qui stimule la nutrition et d'alarme inutile). l'alimentation (comportement nutritif) ; c) une Les voies du système monoaminergique réaction thermorégulatrice (cf. p. 194) ; ou d) (neurones noradrénergiques, dopaminergiques un comportement permettant la reproduction et sérotoninergiques) sont particulièrement (comportement reproductif). Ici, l'hypo- importantes pour la régulation comportementale thalamus sélectionne une sorte de programme, globale qui rayonne du tronc cérébral vers auquel participent les hormones et le système toutes les autres parties du cerveau. nerveux végétatif et somatique en tant coutils L'autostimulation expérimentale, principalement des d'activation et d'inhibition des structures et aires adrénergiques conduit à un renforcement positif organes périphériques (A). (éveil de l'intérêt, récompense) tandis que les neurones sérotoninergiques font partie d'un système L'augmentation de la vascularisation mus- de « désintéressement ». Les systèmes mono- culaire, de la pression sanguine et de la aminergiques sont aussi des sites d'actions pour les respiration, de même qu'une inhibition de la agents psychopharmaceutiques. vascularisation cutanée et gastro-intestinale, Le cortex non spécifique ou cortex associatif font partie du comportement défensif. Un est formé : 1) d'aires préfrontales et 2) de portions programme similaire est mis en jeu durant limbiques du cortex frontal telles que 3) les aires l'exercice physique. Le comportement nutritif temporales, pariétales ou occipitales. Il est responsable de certaines fonctions intégratives du comprend également un accroissement de la cortex cérébral. Ainsi, l'aire 3 est responsable des plus pression sanguine, mais la vascularisation et la hautes activités sensorielles, tandis que l'aire 2 a pour motilité gastro-intestinales augmentent alors effet de soumettre le comportement inné aux contrôles que la vascularisation musculaire est diminuée acquis, par ex. à certaines intentions, projets ou (cf. p. 155). La régulation nerveuse centrale du volontés, et de réconcilier des motivations internes et désir, les mécanismes neuronaux de l'excitation externes qui divergent les unes des autres. sexuelle, la régulation hormonale au cours de la Les lésions du cortex frontal provoquent des grossesse (cf. p. 268). etc., font partie du modifications de la personnalité comme l'entêtement par exemple (répétition constante d'une activité déjà comportement reproductif. commencée), une plus grande distraction, des Le système limbique régule principalement le modifications de la « notion du temps », une perte de comportement inné et acquis (« choix du motricité et une irritabilité accrue, des états programme ») et est le site priviligié du euphoriques, etc. comportement instinctif, des motivations et des
- 295. 292 Système nerveux central et Organes des sens Électroencéphalogramme (EEG). non REM). Si l'on réveille des personnes qui dorment Comportement éveil-sommeil pendant l'un ou l'autre de ces 2 types de Comme dans le cas de l'ECG (cf. p. 168), il est sommeil (ce qui est tout aussi difficile dans le possible d'enregistrer les variations de potentiel cas du sommeil à REM que dans le cas du du cortex cérébral sur toute la boîte crânienne à sommeil profond), celles qui étaient en phase travers le scalp : c'est l'électroencéphalo- de sommeil à REM déclarent beaucoup plus gramme (EEG ; A). souvent avoir rêvé que celles qui étaient en phase de sommeil NREM, dont les rêves sont Normalement, ces variations de potentiel plus « intellectuels ». La proportion de sommeil (enregistrements électroencéphalographiques) à REM durant un cycle de sommeil diminue sont surtout déterminées par le degré d'éveil et avec l'âge. Lorsque l'on est arraché au sommeil varient aussi bien en amplitude (a) qu'en à REM (réveil durant cette phase), la durée du fréquence (f) (B) : les ondes α. prédominent sommeil à REM peut augmenter au cours des chez l'individu adulte détendu (au repos, les nuits suivantes. Le sommeil à REM est ainsi « yeux fermés) (f ≈10 Hz; a ≈ 50 µV) : on parle rattrapé ». d'EEG synchronisé. Si les yeux restent ouverts, si d'autres organes des sens sont stimulés ou L'alternance veille-sommeil normale est si, par exemple, un calcul mental difficile est régulée par une « horloge interne » (rythme effectué, les ondes α disparaissent alors circadien) dont l'origine est inconnue. La (blocage du rythme α) et on enregistre à leur période veille-sommeil circadienne dure place des ondes β (f ≈ 20 Hz ; a inférieure à exactement 25 heures. Un tel rythme veille- celle des ondes α) : l'EEG est dit désynchronisé. sommeil ne peut exister qu'en état d'isolement De tels tracés électroencéphalographiques total de l'environnement (cave sans fenêtres, révèlent une intensification de l'attention et une grotte, etc. ; D). Ce rythme est normalement augmentation (par l'adrénaline par exemple) de synchronisé sur une période de 24 heures par l'activité (« arousal activity ») du système un « marqueur de temps » externe, notamment réticulé activateur ascendant (SRAA) (cf. aussi la clarté (jour) et l'obscurité (nuit). Lors d'un p. 282). décalage horaire (voyage lointain dans le sens est-ouest), il faut compter plusieurs jours de En clinique, l'EEG est un élément de diagnostic resynchronisation. De toute évidence, il existe important en cas d'épilepsie par exemple plus d'une « horloge interne », car la périodicité (pointes-ondes localisées ou généralisées; B), de la température corporelle par exemple (cf. p. pour l'appréciation du degré de motricité du 331 ) peut ne pas suivre l'alternance veille- cerveau, pour la surveillance de l'anesthésie et sommeil lorsqu'il n'y a pas de synchronisation. pour la détermination de la mort cérébrale (EEG Comme le montre l'EEG, le sommeil n'est pas plat). seulement une mise au repos du cerveau mais Au cours de l'endormissement (stades A/B/C, aussi une forme d'organisation cérébrale sommeil léger ; C), on enregistre des ondes 9 différente de celle de l'état de veille. de basse fréquence (A) qui se transforment en ondes θ encore plus lentes pendant le sommeil Les origines exactes de l'état de veille ou de profond (stades D/E). sommeil sont loin d'être connues. Parmi les nombreuses théories du sommeil, celles postu- Ces différents stades de sommeil, constituant lant l'existence de facteurs endogènes du le sommeil lent, se répètent 4 ou 5 fois par sommeil sont redevenues attractives. Il y en a nuit, entrecoupés par des phases de sommeil deux : soit une substance s'accumule durant les rapide ou sommeil paradoxal (C). heures d'éveil et provoque fatigue et sommeil Le stade des « REM » joue un rôle particulier dès qu'elle atteint une certaine concentration, dans la répétition du cycle. Durant cette phase, soit une substance facilitant le sommeil est bien que la plupart des muscles squelettiques libérée au commencement de celui-ci. Des faits soient relaxés, des contractions soudaines des expérimentaux confirment ces théories : l'ac- doigts ou de la face, une stimulation du pénis et cumulation ou la libération d'oligopeptides tout à surtout des mouvements oculaires rapides fait spécifiques semblent à même de provoquer apparaissent (Rapid Eye Movements, sommeil les différentes formes de stades de sommeil. à REM). Tous les autres stades sont globalement appelés sommeil NREM (sommeil
- 297. 294 Système nerveux central et Organes des sens La conscience, le langage et la mémoire contre ils en sont incapables s'ils utilisent leur main gauche car le « traitement » a lieu dans La conscience est caractérisée par : a) le l'hémisphère droit. Cet hémisphère droit est pouvoir de focaliser son attention; b) la faculté également le siège de facultés hautement d'abstraction ; c) la faculté de verbalisation, développées, par exemple les facultés de c'est-à-dire d'exprimer les événements par des mémorisation. La compréhension musicale et la mots ; d) la capacité d'élaborer des projets et reconnaissance des formes y seraient même d'établir de nouvelles relations mentales à partir plus développées. Dans la mesure où les d'expériences passées ; e) la prise de connexions interhémisphériques sont intactes, conscience de soit ; et f) la faculté d'établir des la prise de conscience de ces perceptions ne valeurs. s'effectue cependant que dans l'hémisphère gauche. La conscience est sous-tendue par l'existence Les troubles du langage (aphasies) peuvent d'un système nerveux hautement développé être dus à une perturbation soit du contrôle des capable par exemple de maîtriser, dans son organes de la parole (aphasie motrice), soit de environnement (faculté d'adaptation), des la compréhension du langage (aphasie senso- situations qui ne peuvent l'être par le jeu des rielle) (cf. p. 324). L'amnésie aphasique consti- seuls réflexes. Nous ne disposons que de très tue une troisième forme d'aphasie qui se peu de renseignements en ce qui concerne caractérise par l'oubli des substantifs. l'activité nerveuse qui sous-tend la conscience. On suppose qu'elle nécessite une interaction La mémoire représente un autre aspect de la entre le cortex cérébral et la formation réticulée conscience (A). On distingue une « mémoire sensorielle » qui ne retient l'information venant des (cf. p. 282 en bas et 292). sens que pendant un temps très bref (< 1 s) et de façon automatique, Une faible partie de cette Le langage constitue une haute performance information parvient à la « mémoire primaire » qui, elle, du cerveau humain et représente une part n'en stocke qu'environ 7 bits (cf. p. 274) et durant importante de la conscience de l'homme. D'une quelques secondes seulement. Mais pendant ce part, il sert de moyen de communication pour la temps, la plupart de ces informations auront été réception d'informations, par les yeux (lecture), traduites en mots. par l'ouïe ou même par le toucher chez un Des exercices répétés (consolidation) permettent la aveugle (Braille), et pour l'émission mémorisation à long terme des in format ions dans la d'informations par le biais de l'écriture et de la « mémoire secondaire » (A) ; leur rappel ne peut parole. D'autre part, il est nécessaire pour cependant s'effectuer que d'une manière relativement lente. Dans la « mémoire tertiaire », par contre, ne rendre conscientes les impressions sera stocké que ce qui aura été fréquemment répété sensorielles, c'est-à-dire pour en faire des (écriture, lecture, noms propres); cette mémorisation concepts qui pourront ensuite être exprimés par durera la vie entière, tout en restant d'un accès des mots. Ce n'est que grâce à cette très rapide. élaboration de concepts et à leur formulation verbale qu'est possible un stockage rationnel au Le support de la mémoire primaire (ou mémoire à court sein de la mémoire (cf. ci-dessous). terme) réside probablement dans l'excitation de circuits neuronaux en forme de boucles, tandis que L'élaboration ainsi que le traitement des celui de la mémoire à long terme serait plutôt le fait de concepts et du langage ne sont pas représentés mécanismes biochimiques (synthèse protéique). de façon symétrique dans les deux Les troubles de la mémoire (amnésie) : hémisphères. D'après l'observation de malades cliniquement, on est amené à distinguer les amnésies chez lesquels on a été amené à pratiquer une rétrogrades et les amnésies antérogrades. Dans les section des connexions interhémisphériques (en amnésies rétrogrades qui peuvent être dues à une anglais : split brain), on peut conclure que, dans commotion cérébrale ou à un électrochoc, on constate une perte de la mémoire primaire et, de façon la majorité des cas, c'est l'hémisphère gauche passagère, des difficultés à se rappeler des souvenirs (hémisphère dominant) qui est le siège du stockés dans la mémoire secondaire. Dans les langage. Ces malades porteurs d'un split brain amnésies antérogrades, on note une incapacité à sont tout à fait capables de dénommer un objet transmettre de nouvelles informations de la mémoire s'ils le touchent de leur main droite, car les primaire à la mémoire secondaire (syndrome de informations sensorielles qui en proviennent Korsakoff). sont traitées par l'hémisphère gauche. Par
- 299. 296 Système nerveux central et Organes des sens L'olfaction désensibilisation chimique des récepteurs ; après environ 1 min l'adaptation neuronale apparaît. 7 Voies olfactives. Les axones des cellules sensorielles Les 10 cellules sensorielles primaires sensibles au goût sont situées dans le se projettent vers le haut en faisceaux ou filets olfactifs allant vers le bulbe olfactif où, dans la « région neuroépithélium de la tache olfactive (A). Ce glomérulée ». 100-1000 d'entre eux convergent sur sont des cellules bipolaires ; les terminaisons chaque cellule mitrale (transmetteur : la carnosine?). dendritiques portent 5-20 cils olfactifs, Les cellules périglomérulaires et granulaires, qui sont recouverts d'une couche de mucus ; les axones sujettes à l'inhibition efférente, réunissent les cellules partent vers les centres (B). mitrales les unes aux autres et les inhibent. Dans la direction opposée, les cellules mitrales ont un effet Les substances odorantes arrivent à la excitateur sur les mêmes (réciproques) synapses. Ces muqueuse olfactive grâce au courant d'air circuits rendent possible l'auto-inhibition et respiratoire, phénomène accentué par le l'inhibition latérale, aussi bien que la désinhibition reniflement, et doivent être solubilisées dans la par les centres supérieurs. Les axones des cellules couche de mucus avant d'atteindre les mitrales se projettent centralement, atteignant entre protéines réceptrices de la membrane ciliaire. autre le cortex, l'hypothalamus, le système limbique et la formation réticulée. Vu les nombreuses qualités des odeurs, le nombre des types de récepteurs est estimé de Les fonctions de l'odorat sont par exemple : plusieurs douzaines à plusieurs milliers. Une 1. le déclenchement de sécrétions salivaires et gastriques par des odeurs agréables et inversement, la cellule sensorielle est sensible à plusieurs mise en garde contre des aliments avariés par des substances odorantes (pas toutes), et chacune odeurs déplaisantes (cf. p. 202 et suiv. ) ; à son propre spectre qui recouvre partiellement 2. la surveillance de l'hygiène corporelle (odeurs de celui des autres. Une odeur particulière stimule sueur, d'excréments) ; ainsi une population bien définie de récepteurs, 3. la reconnaissance d'information sociale au travers dont la stimulation combinée détermine le goût d'odeurs reconnues comme « familières » ou au niveau du SNC. « étrangères » ; 4. l'influence sur le comportement sexuel; et Comme pour les hormones (cf. p. 242), la 5. les influences sur l'affectivité en général (sentiment substance odorante se fixe à son récepteur d'envie et de dégoût par exemple). protéique spécifique sur la membrane ciliaire, puis (pour beaucoup de ces substances mais La gustation pas toutes) par l'intermédiaire de la Gs-protéine, active l'adényl cyclase. L'AMPc ainsi formé Les récepteurs gustatifs de la langue et du permet l'ouverture des canaux cationiques palais sont solidaires d'un corpuscule appelé le membranaires (directement ou par bourgeon du goût (E). Les sensations gustatives en phosphorylation ?) ; ceci provoque finalement, provenance des cellules sensorielles sont acheminées grâce à l'entrée de Na+ (et de Ca2+ ?), la par les paires de nerfs crâniens VII, IX et X jusqu'au noyau du faisceau solitaire. dépolarisation de la cellule sensorielle (C). La gustation permet de différencier quatre saveurs Il existe une autre hypothèse : la substance fondamentales (sucré. salé. acide et amer) dont les odorante provoque elle-même l'ouverture des récepteurs spécifiques sont inégalement répartis à la canaux cationiques et l'AMPc les referme à surface de la langue (G). Les différenciations « nouveau par phosphorylation. Pour d'autres gustatives » plus fines (pomme, poire par exemple) substances, le GMPc et l'IP3 agissent, sans sont le fait de l'olfaction. discussion possible, comme transducteurs. Les seuils de reconnaissance gustatifs sont de l'ordre de 4 mg/l d'eau pour la quinine (amertume) et Certains stimuli (par ex. les acides) activent de 1 g/l pour NaCI ; ils sont donc infiniment plus élevés également les terminaisons libres (du nerf que les seuils olfactifs. Les seuils différentiels relatifs trijumeau) situées dans la muqueuse nasale. (cf. p. 306) s'élèvent au maximum à 0,20. La concentration des molécules gustatives détermine si le Seuils de perception. Il suffit de 4.10-15 g de méthyl- goût sera reconnu comme agréable ou désagréable mercaptan (contenu dans l'ail) par litre d'air pour (F). donner l'impression que « ça sent quelque chose » ( = perception ou seuil absolu de perception). Pour une Les fonctions du goût permettent par exemple le -13 concentration de 2.10 g/l. la substance odorante est contrôle des aliments et le déclenchement de la reconnue (seuil de reconnaissance). Ces perceptions sécrétion salivaire et gastrique (cf. p. 202 et 208). (Par liminaires dépendent de l'humidité (hygrométrie) et de « contrôle des aliments », on sous-entend qu'un goût la température de l'air et sont, pour d'autres désagréable peut provoquer un réflexe nauséeux, ou 10 substances 10 fois plus élevées. Le seuil différentiel que l'amertume, dont le seuil est particulièrement bas, Δl/l de 0.25 (cf. p. 306) est relativement élevé. peut mettre en garde contre un empoisonnement.) L'adaptation rapide (D) est probablement due à une
- 301. 298 Système nerveux central et Organes des sens L'équilibration permet aux cellules sensorielles, c'est-à-dire les kinocils des maculae, de reconnaître des directions L'organe de l'équilibration, appelé organe très variées. Les maculae ont donc pour fonction de vestibulaire ou labyrinthe, est situé à proximité détecter des mouvements linéaires de translation et de la cochlée (cf. p. 319) à l'intérieur du rocher, surtout les déviations de la position de la tête par de chaque côté de la tête. Les trois canaux rapport à la verticale, tandis que les canaux semi- semi-circulaires sont situés perpendicu- circulaires mesurent des accélérations angulaires au cours de mouvements rotatoires. lairement les uns par rapport aux autres (A1) ; le renflement ampullaire (ampoule) de chacun Les neurones bipolaires du ganglion vestibulaire (A9) des canaux comporte une proéminence, la crête acheminent l'excitation vers les noyaux vestibulaires. ampullaire (A2), porteuse des cellules De là partent des voies très importantes en direction des noyaux des muscles oculomoteurs du cervelet sensorielles ciliées. Les cils (A3) de ces (cf. p. 286), des motoneurones de la musculature cellules réceptrices (un long kinocil au niveau squelettique et de la circonvolution post-centrale du pourtour cellulaire et environ 80 stéréocils (siège de l'orientation spatiale consciente). Les courts) sont englobés dans une cupule réflexes déclenchés à partir de l'organe vestibulaire gélatineuse douée de mouvements (A4). La contrôlent essentiellement deux mécanismes : a) le rotation de la tête entraîne simultanément un maintien de l'équilibre corporel (par la motricité mouvement automatique des canaux semi- posturale, cf. p. 284), et b) la constance d'une perception visuelle correcte du monde environnant circulaires. Le canal contient de l'endolymphe nonobstant les mouvements du corps et de la tête (par (de même densité que la cupule) qui, du fait de la motricité oculaire). son inertie, ne peut suivre immédiatement le mouvement ; en conséquence, un bref courant Par exemple l'inclinaison brutale (B) d'un plan sur lequel est placé un sujet produit une excitation apparaît dans le canal semi-circulaire, qui, dans vestibulaire qui entraînera une puissante extension du cet exemple, courbe la cupule et tous les cils bras et de la cuisse du côté aval (réaction de soutien) avec elle dans la direction des kinocils. Ceci et une flexion du bras du côté amont (B2). Un malade provoque l'excitation des fibres nerveuse souffrant de troubles de l'équilibration ne pourra pas sensorielles. Les trois canaux semi-circulaires réagir et perdra ainsi l'équilibre (B3). sont nécessaires à l'enregistrement des Les relations étroites entre le vestibule et les noyaux mouvements de rotation de la tête dans tous les des muscles oculomoteurs (C) expliquent que toute axes possibles (mouvements de bas en haut, déviation de la position de la tête sera immédiatement de rotation et d'inclinaison latérale). corrigée par des mouvements de compensation des yeux, ce qui facilite considérablement l'orientation Lorsque le corps subit une rotation prolongée à dans l'espace. vitesse constante, le mouvement relatif de Étant donné que le vestibule est incapable par lui- l'endolymphe par rapport au canal semi-cir- même de distinguer l'origine d'un mouvement culaire est supprimé. Mais, lors de la décéléra- (provient-il de la tête ou du corps entier ? rensei- tion du mouvement giratoire, l'endolymphe gnement bien sûr indispensable pour le maintien de la reprend son mouvement ce qui engendre à posture), cette fonction sera donc assurée par nouveau un courant relatif mais en sens inverse l'intermédiaire de connexions nerveuses très étroites (cf. p. 284 et suiv.) entre les fuseaux neuromusculaires de celui qui a été produit lors de l'accélération. des muscles cervicaux et les récepteurs articulaires du Si lors de l'initiation du mouvement, la déforma- cou d'une part, le noyau vestibulaire et le cervelet tion de la cupule entraîne une augmentation de d'autre part. la fréquence des potentiels d'action, l'inverse se Le fonctionnement de l'appareil vestibulaire peut être produira lors du freinage (inhibition) et testé en clinique à partir de ses effets sur la motricité réciproquement. oculaire. Lorsqu'un sujet, préalablement soumis à une L'organe vestibulaire comporte deux autres épithéliums épreuve de rotation sur son axe (fauteuil tournant) sensoriels, les maculae sacculaire (A5) et utriculaire pendant environ 1/2 minute (les yeux fermés pour (A6). A l'instar des crêtes ampullaires, elles renferment éviter le nystagmus optokinétique ; cf. p. 314) est des cellules sensorielles kino- et stéréociliées. Celles- brutalement arrêté dans son mouvement, la stimulation ci baignent dans une couche gélatineuse (A7) enrichie du canal semi-circulaire horizontal provoque un de cristaux de carbonate de calcium relativement nystagmus postrotatif ; les yeux se déplacent lourds (densité 3,0) appelés otolithes (A8). Ces horizontalement et lentement dans la direction du otolithes poussent la membrane otolithique avec les mouvement, puis reviennent par une secousse rapide cils (A3), d'une part en raison de leur inertie lors de à leur position initiale, la rotation vers la droite produit mouvements céphaliques alternés, d'autre part en un nystagmus vers la gauche et vice versa (cf. p. 314). raison du changement de direction de l'attraction Cinépathie (ou mal des transports) (cf. p. 204). terrestre lors de modifications de la position de repos de la tête. La possibilité de modifier leur orientation
- 303. 300 Système nerveux central et Organes des sens Structure de l'œil. Sécrétion lacrymale, de l'humeur aqueuse. Cette dernière est humeur aqueuse sécrétée par les procès ciliaires (C2) dans la La lumière incidente traverse l'appareil optique chambre postérieure de l'œil (C3). Les pro- de l'œil à savoir la cornée, l'humeur aqueuse, le cessus de transport ioniques actifs sont d'une grande importance pour cette sécrétion. L'hu- cristallin et le corps vitré (A) avant d'atteindre les photorécepteurs de la rétine. Cet appareil meur aqueuse s'écoule à travers la chambre projette sur la rétine une image renversée et antérieure (C4) et le canal de Schlemm (C5) vers le système veineux. Cet écoulement peut réduite du monde environnant. La transparence, l'intégrité de la forme et la régularité de la être considérablement entravé dans certaines surface de chacun des éléments de cet appareil conditions, par exemple lorsque la contraction du muscle dilatateur de la pupille comprime le optique sont autant de conditions requises pour la bonne qualité de l'image. Au niveau de la canal. Cela entraîne une augmentation de la pression intraoculaire (glaucome), provoquant cornée, ce rôle est essentiellement rempli par le liquide lacrymal qui est sécrété par les des douleurs et des lésions rétiniennes. Le glandes lacrymales situées dans l'angle supéro- traitement médicamenteux du glaucome aigu vise à freiner la production d'humeur aqueuse externe de l'orbite et répandu sur la surface de l'œil grâce au battement des paupières. Son (par ex. au moyen des inhibiteurs de écoulement vers la cavité nasale se fait à l'anhydrase carbonique) et à réduire le diamètre pupillaire. travers les deux canaux lacrymaux (situés à la commissure des paupières supérieure et Le cristallin est suspendu par les fibres de la inférieure ; B) et le sac lacrymal. Le liquide zonula (C6). Lors de la vision au loin, ces lacrymal améliore les propriétés optiques de la fibres se tendent, aplanissant ainsi la courbure cornée en comblant ses irrégularités ; il entraîne du cristallin, surtout celle de sa face antérieure les poussières, les gaz toxiques, etc., protège la (accommodation pour la vision au loin). Lors cornée contre la dessiccation, évitant ainsi son de la vision de près (accommodation pour la opacification ; il renferme notamment du vision de près), les fibres de la zonula se lysozyme (cf. p. 66), mais aussi de l'immuno- relâchent à la suite de la contraction des globuline A (cf. p. 64 et suiv.) qui assure la muscles ciliaires (C7) et le cristallin reprend, défense contre les germes et sert de lubrifiant grâce à son élasticité, sa courbure initiale (D et pour les paupières. Les larmes sont en outre cf. p. 302). l'expression de l'émotion. La face interne du globe oculaire est tapissée Grâce à ses fibres musculaires, circulaires et très loin vers l'avant par la rétine, sauf au radiaires, l'iris contrôle l'entrée de la lumière niveau de la région d'émergence du nerf optique dans l'œil (A, Cl et cf. p. 306). Les muscles (papille) (A). En face de l'orifice pupillaire, la constricteur et dilatateur de la pupille sont rétine présente une légère dépression (fovea respectivement responsables de la constriction centralis. A). Deux types de photorécepteurs (myosis) et de la dilatation pupillaire (mydriase). sont présents dans la rétine : les bâtonnets et La dilatation résulte d'une stimulation les cônes. Ils sont reliés aux cellules bipolaires adrénergique, la constriction d'une stimulation dont les prolongements sont connectés aux cholinergique. cellules ganglionnaires. Les prolongements centraux de ces dernières (106 fibres) partent du Le globe oculaire (ou bulbe oculaire) conserve globe oculaire et constituent le nerf optique. sa forme d'une part grâce à son enveloppe, la Les cellules horizontales et amacrines (cellules sclère ou sclérotique (A, C1) et d'autre part interplexiformes. C1) permettent les relations grâce au maintien d'une pression intra- latérales au sein de la rétine (E et cf. p. 312). oculaire plus élevée que la pression des Les pigments photosensibles (cf. p. 304) sont milieux environnants (valeur normale : autour de contenus dans les disques des segments 2-3 kPa ou 15-22 mmHg). Ces conditions de externes des cônes et des bâtonnets (F). pression sont essentiellement remplies grâce à un équilibre entre la production et l'écoulement
- 305. 302 Système nerveux central et Organes des sens L'appareil optique de l'œil 58,8 D (1/0,017). Lorsque l'accommodation est maximale, le pouvoir de Les rayons lumineux sont réfractés lorsqu'ils réfraction augmente d'environ 10 D. Cette passent d'un milieu aérien dans un autre milieu. augmentation du pouvoir de réfraction est appelée Si la surface de séparation entre deux milieux amplitude d'accommodation. Elle se calcule à partir est sphérique (dioptre sphérique), il se forme de la formule suivante : 1/punctum proximum — une image c'est-à-dire que les rayons qui 1/punctum remotum. Le « punctum proximum » divergent à partir d'un point objet se rejoignent (exprimé en m) est la distance minimale à laquelle il est encore possible de voir nettement (≈ 100 cm à 70 en un point image de l'autre côté du dioptre. Un ans). Le « punctum remotum », c'est-à-dire le point le tel système optique simple (A) possède un plus éloigné qui puisse être vu nettement, est situé foyer antérieur dans l'air Fa (ou foyer objet) et normalement à l'infini (∞). Son amplitude un foyer postérieur Fp (ou foyer image), un d'accommodation est égale à 1/punctum proximum, point principal H et un centre C. Les rayons car 1/∞= 0. émis par une source très éloignée ( ∞ ) peuvent L'amplitude d'accommodation baisse avec l'âge en être considérés comme parallèles. S'ils pénè- raison d'un durcissement du cristallin. Il en résulte une trent parallèlement à l'axe optique de l'œil, ils se presbytie (C1 - C3) qui conserve la vision au loin (C1) rencontreront en Fp (A1, point rouge). Pénétrant mais nécessite le port de verres correcteurs convergents (C3) pour la vision de près (lecture). de biais, ils se projetteront en dehors de Fp mais dans le même plan (plan focal) (A1, point La cataracte est due à l'opacification du cristallin. Si violet). Les rayons émis par une source l'on procède à l'ablation chirurgicale du cristallin, il rapprochée n'étant pas parallèles se projettent faudra faire porter au sujet des verres correcteurs en dehors du plan focal, en arrière de celui-ci convergents ou des verres de contact d'une puissance d'au moins 15 D. (A2, points vert et brun). Dans la myopie, les rayons parallèles se projettent en L'appareil optique de l'œil comporte plusieurs avant de la rétine (en général parce que le globe dioptres et plusieurs milieux (cf. p. 300). C'est la oculaire est trop long) (C4) et le punctum remotum se dioptrique de l'œil. Mais l'on peut, pour trouve rapproché (C5). La myopie peut être corrigée simplifier, l'assimiler à un système optique par une lentille (concave) divergente (- D) ; elle doit simple (œil réduit). faire diverger les rayons parallèles comme s'ils prove- naient du punctum remotum (C6 et C7). La puissance Lorsqu'on regarde au loin, le faisceau de réfractive de la lentille à utiliser peut être calculée rayons parallèles issus d'un point objet éloigné comme l'inverse du punctum remotum. Exemple : formera une image punctiforme nette en Fp (B1, punctum remotum de 0,5 m, lentille correctrice requise point rouge). C'est là que se trouve la rétine = -2D. dans la vision de loin, les récepteurs recevant Dans l'hypermétropie, le globe oculaire est trop court ainsi une image nette. Cet œil « réglé » pour la et le sujet doit déjà accommoder (C8) lorsqu'il regarde vision au loin verra de façon floue un objet au loin. Une partie de son amplitude d'accommodation rapproché car l'image de cet objet sera formée étant déjà utilisée, son pouvoir de réfraction ne suffit plus à la vision de près (C9). Une lentille convergente en arrière de la rétine (B1, points verts). (+ D) corrigera ce défaut (C10, C11). Lorsque l'œil accommode pour la vision de près, la courbure du cristallin (cf. p. 301, D) La courbure de la surface cornéenne est souvent plus augmente, modifiant sa réfringence (cf. ci- accentuée dans une direction (généralement la verticale) que dans une autre. Il en résulte une dessous), ce qui ramène dans le plan de la différence de réfraction entre les deux plans, si bien rétine l'image d'un point rapproché qui qu'un point apparaît comme une ligne (un plan en deviendra nette (B2, points verts). dehors du focus) : c'est l'astigmatisme (régulier). Celui-ci peut être corrigé par des lentilles cylindriques. L'œil qui accommode pour voir de près ne Un astigmatisme irrégulier avec des images déformées pourra cependant plus voir nettement un point irrégulièrement est lié à des lésions (cicatrices) de la éloigné car Fp ne se trouvera plus dans le plan cornée ; il peut être corrigé par des lentilles de contact de la rétine (B2 : F'p). sphériques ; le liquide lacrymal situé en dessous compense les déviations de forme. Le pouvoir de réfraction de l'œil s'exprime en dioptries (D). Il est égal à l'inverse de la L'appareil optique de l'œil a une puissance réfractive distance focale antérieure (1 /Fa) exprimée en m plus importante sur les bords que dans l'axe optique. Cette aberration sphérique est responsable du fait (distance Fa-H=0,017 m, lorsque l'œil accomode que plus la pupille est large, moins l'image est nette. pour la vision de loin, B1). L'œil qui regarde à l'infini aura donc un pouvoir de réfraction de
- 307. 304 Système nerveux central et Organes des sens et les bâtonnets. Ce sont eux qui constituent les Acuité visuelle. Photorécepteurs rétiniens intermédiaires lors de la transformation d'un stimulus L'acuité visuelle (AV) est la grandeur qui permet de photopique en une excitation électrique des mesurer les performances de l'œil. Dans de bonnes récepteurs. conditions d'éclairement ambiant, un œil normal est Dans les bâtonnets on trouve de la rhodopsine qui capable de distinguer deux points distants au minimum est constituée d'une partie protéique (l'opsine, 38000 de 1 minute (dont les rayons incidents forment entre Dalton) et d'une partie aldéhydique, le 11-cis-rétinal eux un angle α de 1 minute : (C). L'excitation lumineuse provoque une isomérisation 1' = 1/60 degré) (A). L'acuité visuelle (exprimée en sur le carbone 11 de l'aldéhyde. Il se forme alors de la minute d'angle ), se mesure grâce à la formule : 1/α. barthorhodopsine puis, grâce à la lumirhodopsine La valeur normale est donc de 1/1. (opsine + 11-trans-rétinal), de la métarhodopsine I. et enfin de la métarhodopsine II (durée totale de la En pratique, pour mesurer l'acuité visuelle, on utilise réaction : 1 ms seulement), ce qui induit une excitation des tableaux (optotypes) portant des lettres de nerveuse par un mécanisme non encore totalement différentes tailles formées d'éléments qui à la distance élucidé. indiquée (par exemple 5 m, A) sont vus sous un angle Cette dernière substance, à l'image du complexe de 1'. Des anneaux peuvent remplacer les lettres hormone-récepteur (cf. p. 243), réagit avec la Gs- (anneaux de Landolt) ; ils comportent une ouverture protéine (« transducine »), par laquelle (après qui est vue sous un angle de 1' (A). L'acuité visuelle se remplacement du GDP par le GTP) la sous-unité ds- mesure par le rapport entre la distance à laquelle le GTP se détache (C). Il y a alors activation (mais pas sujet perçoit cet objet de 1' (lettre ou ouverture de selon le mécanisme décrit en p. 243) d'une l'anneau) et celle à laquelle il devrait le percevoir. phosphodiestérase qui, consécutivement, diminue la Exemple : l'emplacement de l'ouverture de l'anneau de concentration intracellulaire en GMPc. L'activation, droite (A) doit normalement être perçu à une distance d'une molécule de rhodopsine peut provoquer de 3,3 m. Si tel est le cas l'AV sera de 3,3/3,3 = 1,0 6 l'hydrolyse du GMPc jusqu'à 10 mol/s (amplification (valeur normale). Si à une distance de 3,3 m le sujet en cascade de l'action enzymatique). En conséquence, ne reconnaît que l'ouverture de l'anneau de gauche, le GMPc se dissocie des canaux cationiques l'AV sera de 3,3/8,5 = 0,39 car l'ouverture de l'anneau (préalablement ouverts) de la membrane cellulaire, de gauche est déjà perçue à 8,5 m par un œil entraînant ainsi leur fermeture: une hyperpolarisation emmétrope. s'installe (potentiel secondaire de récepteur, cf. p. Les bâtonnets et les cônes constituent les récepteurs 312). Durant ces événements, la concentration 2+ photosensibles de la rétine (cf. p. 301, E). Leur cellulaire en Ca diminue (fermeture des canaux répartition sur la surface rétinienne est inégale. Dans la cationiques), ce qui peut être en partie à l'origine de fovea centralis, il n'y a que des cônes; leur densité l'interruption ou de l'adaptation du mécanisme de diminue rapidement à la périphérie de la rétine (B à transduction. Finalement la métarhodopsine II est gauche) alors que les bâtonnets sont plus nombreux décomposée en opsine + fraction aldéhydique. Au tout autour de la fovea centralis (B à gauche). Il n'y a cours de ce processus, le pigment perd sa couleur pas de photorécepteurs au niveau de la papille (tache rouge (blanchiement). La rhodopsine est ensuite aveugle . cf. p. 310/ régénérée grâce à un apport d'énergie (cf. aussi p. Si l'on veut regarder avec précision un objet, on le fixe 306). de telle sorte que son image se projette sur la fovea Le blanchiement de la rhodopsine nécessite une centralis, c'est-à-dire là où l'AV (telle qu'elle est absorption de la lumière. Etant donné que ceci se déterminée habituellement) est la plus élevée. Lorsque produit pour la rhodopsine sur toute la gamme des la rétine s'adapte à l'obscurité (cf. p. 306), l'acuité longueurs d'ondes visibles (cf. p. 309, D), il n'y a pas visuelle diminue rapidement parallèlement à la densité lieu de faire une distinction de couleurs (longueurs des cônes à la périphérie de la rétine (B, à droite) : on d'onde) entre les bâtonnets. Les trois pigments visuels obtient une courbe (B, à droite) qui recouvre celle de la des trois types de cône (11-cis-rétinal avec variation de répartition des bâtonnets (B, à gauche). la proportion d'opsine) n'absorbent chaque fois que la lumière d'une étroite gamme de longueurs d'onde (cf. Les cônes servent par conséquent à la perception des p. 309, E), ce qui constitue une des conditions de la détails (et de la couleur) dans une ambiance éclairée vision des couleurs (cf. p. 308). (vision photopique), alors que les bâtonnets permettent la vision (en noir et blanc) dans une Le rétinal est l'aldéhyde de l'alcool rétinol, contenu ambiance faiblement éclairée (vision scotopique ou dans la vitamine A1. Une carence chronique en crépusculaire). Il faut donc tenir compte d'une vitamine A1 ou en ses précurseurs (caroténoïdes) certaine baisse de l'acuité visuelle en vision entraîne la cécité nocturne en raison d'une production crépusculaire. insuffisante de rhodopsine (cf. p. 306). Les pigments visuels sont contenus dans les cônes
- 309. 306 Système nerveux central et Organes des sens Adaptation de l'œil à des niveaux verres solaires aura alors, entre autres effets, d'éclairement différents celui d'abaisser ce seuil différentiel. L'œil humain peut percevoir un stimulus Le système oculaire dispose de différents mécanismes d'adaptation aux variations de lumineux aussi faible qu'une petite étoile dans le l'éclairement ambiant (C1-C2) : ciel. Par ailleurs, il peut apprécier des éclairements aussi intenses que ceux d'un 1. La pupille est capable, par un mécanisme glacier en plein soleil. L'appréciation de tels réflexe, de modifier dans un rapport de 1 à 16 la extrêmes (1/1 trillion) n'est possible que grâce à quantité de lumière pénétrant dans l'œil (C1). l'adaptation de l'œil aux différences de Elle est plus ouverte à l'obscurité qu'à la lumière luminosité. ; mais son rôle principal est d'adapter l'œil à une variation brusque de l'éclairement ambiant Lorsqu'un sujet dont l'œil est adapté à une (réflexe pupillaire, cf. p. 310). lumière diurne normale pénètre dans une pièce faiblement éclairée, il commence par la trouver 2. La concentration des pigments visuels totalement obscure, cette faible luminosité se dans les photorécepteurs s'adapte en quelque situant alors en-dessous du seuil de sensibilité sorte aux exigences de sensibilité (C2). de son œil. Au bout de quelques minutes, son Un éclairement intense entraîne le seuil de sensibilité s'étant abaissé, il distinguera blanchiement d'un grand nombre de molécules l'aménagement de la pièce. L'observation des de photopigment (cf. p. 304). La réduction de étoiles par exemple nécessite une adaptation leur concentration (jusqu'à un nouvel équilibre encore plus longue. L'adaptation à l'obscurité entre destruction et resynthèse) diminue bien n'atteint un maximum qu'au bout de 30 min sûr leur probabilité de rencontre avec un photon environ (A). L'intensité minimale perçue à ce (C). Par contre, dans une ambiance faiblement moment-là constitue donc le seuil absolu de éclairée, la concentration en photopigment sensibilité de l'œil (dans les courbes A et B on s'élève, accroissant la probabilité de rencontre lui a attribué la valeur 1). Chez le sujet normal, photon-pigment visuel et, de là, la sensibilité. la courbe d'adaptation rétinienne à l'obscurité 3. La sommation spatiale constitue un en fonction du temps présente une cassure mécanisme d'adaptation extrêmement puissant pour une intensité située autour de 2000 fois le : la surface rétinienne (c'est-à-dire le nombre de seuil absolu (A. courbe violette). C'est là qu'est photorécepteurs) à partir de laquelle une fibre atteint le seuil des cônes (seuil de la vision du nerf optique est activée dépend de l'état diurne). La seconde partie de la courbe traduit d'adaptation (C3) ; elle augmente à l'obscurité l'adaptation quelque peu retardée des bâtonnets et diminue à la lumière (cf. p. 312). (A, courbe marron). Chez l'achromate (ou 4. Sommation temporelle (C4) : des stimuli monochromate. sujet qui ne voit pas les brefs d'intensité sous-liminaire, peuvent devenir couleurs), on n'obtient que cette seconde supraliminaires et déclencher un potentiel portion de la courbe alors que la courbe qui d'action (PA) lorsqu'on augmente leur durée (si traduit l'adaptation isolée des cônes (A, courbe l'œil les fixe plus longtemps). Le produit : rouge) caractérise l'héméralope (sujet qui ne intensité de la stimulation x durée de la voit pas la nuit, cf. p. 304). stimulation est égal à une constante. La notion de seuil différentiel (capacité à 5. La diminution de la concentration intra- distinguer deux intensités lumineuses voisines) cellulaire en Ca2+ pendant les mécanismes de est également importante dans la vision. Si I' est transduction (cf. p. 304) peut aussi avoir un rôle l'intensité la plus proche de l différenciable par dans l'adaptation. l'œil, le seuil différentiel absolu Δl se mesure par l-l'. Le seuil différentiel relatif est Δl/l. C'est Une adaptation locale est observable lors de ce à une intensité ambiante optimale de 109 (I = qu'on appelle le contraste successif : après 109 fois le seuil absolu ; B) que ce seuil avoir fixé une image en noir et blanc (D) différentiel est le plus bas (il est égal à 0.01 ) et pendant une vingtaine de secondes, les parties que le pouvoir discriminatif de l'œil est le plus noires apparaissent plus claires que l'environne- élevé. Ce seuil différentiel relatif s'élève ment lorsque le regard se porte rapidement sur considérablement lors de l'adaptation à une plage blanche : ceci est dû à un accroisse- l'obscurité ; il s'accroît également avec des ment de sensibilité dans les plages rétiniennes éclairements ambiants plus intenses. Le port de correspondantes.
- 311. 308 Système nerveux central et Organes des sens Vision des couleurs l'absorption de lumière par les pigments visuels. La rhodopsine des bâtonnets (cf. p. Lorsqu'une lumière blanche (lumière solaire par 304) responsable de la vision crépusculaire exemple) traverse un prisme, elle se achromatique, absorbe toutes les longueurs décompose en un spectre allant du rouge au d'onde du spectre visible (le maximum violet (couleurs de l'arc-en-ciel). Le rouge d'absorption de la rhodopsine se situe autour de correspond en gros aux longueurs d'onde (À.) 500 nm). Il en résulte que la nuit, le vert-bleu comprises entre 650 et 700 nm et le violet se apparaîtra proportionnellement le plus clair et le situe autour de 400 nm (A). C'est là la gamme rouge le plus sombre (D). des longueurs d'onde à laquelle l'œil est Les cônes permettent la vision des couleurs. sensible. Les longueurs d'onde plus courtes On en distingue trois types (E) : l'un absorbe {ultraviolet) ou plus longues (infrarouge) ne sont de façon maximale dans le bleu-violet, l'autre pas perçues par l'œil humain. dans le vert et le troisième dans le jaune (ce La lumière blanche peut s'obtenir sans que dernier absorbe encore suffisamment les soient utilisées toutes les longueurs d'onde du longueurs d'onde du rouge). La rétine est en spectre visible. Il suffit de réaliser un mélange mesure de reconnaître les différentes couleurs additif de deux couleurs particulières (couleurs grâce à ces trois types de cônes, stimulés complémentaires). L'orange (612 nm) et le chacun par l'une des trois couleurs bleu (490 nm) constituent par exemple une fondamentales. C'est la théorie trichromatique paire de ce type. Le triangle des couleurs (B) de la vision des couleurs de Young et visualise ce phénomène : le spectre visible est Helmholtz (cf. aussi p. 312). Dans une grande représenté sur les deux côtés opposés à l'hypo- partie du spectre visible, l'œil peut aussi ténuse et en son centre figure un point appelé différencier des longueurs d'onde voisines de 1 « blanc ». Toute droite passant par ce point à 2 nm (seuil de discrimination spectrale ; F, coupe les côtés du triangle à hauteur des paires courbe « normale »). de couleurs complémentaires (par exemple 612 Cependant, la perception des couleurs est et 490 nm. B). Le mélange additif de quantités à encore plus complexe car, par exemple, un peu près identiques de rouge et de vert, donne papier « blanc » apparaît blanc non seulement une impression de jaune (C). Avec une propor- si l'on utilise de la lumière blanche (lumière du tion plus importante de rouge, on obtiendrait de jour) mais également en lumière jaune (lampe à l'orange, avec une plus forte proportion de vert, incandescence) ou même en lumière rouge. De on aurait du vert-jaune donc des couleurs la même manière, on ne voit pas différentes situées entre le rouge et le vert sur les côtés du couleurs quand on regarde le côté ensoleillé ou triangle. Il en est de même pour un mélange de ombragé d'une maison. Cette constance de vert et de violet (B, C) dont la combinaison couleur est le résultat d'un mécanisme rétinien donne des teintes de pourpre qui ne sont pas et cérébral de perception des signaux. des couleurs spectrales (B). Il est donc clair Le daltonisme (défaut de la vision des couleurs) est qu'à partir de proportions différentes des trois caractérisé par une absence ou par une mauvaise couleurs fondamentales, le rouge, le vert et le discrimination de certaines couleurs (seuil de violet, on peut réaliser toutes les autres discrimination chromatique élevé, F). Cette déficience, couleurs. Le blanc peut également s'obtenir soit le plus souvent héréditaire, touche environ 9 % des à partir des trois couleurs fondamentales, soit à hommes et 0,5 % des femmes. On distingue les partir des nombreuses paires de couleurs protanopes (cécité au rouge), les deutéranopes (cécité au vert) et les tritanopes (cécité au bleu-violet). Dans le complémentaires. cas d'une déficience et non d'une cécité totale, on Au mélange additif de couleurs (C), s'oppose le parle de prot- (deuter-, trit-) anomalie. On teste la principe du mélange soustractif de couleurs vision chromatique (en particulier chez les conducteurs où elle est d'une grande importance, et dans les qui est utilisé par exemple en peinture ou dans professions de peintures et de mode) au moyen de les filtres teintés pour la photographie. Une planches chromatiques ou bien d'un anomaloscope. peinture jaune ou un filtre jaune absorbe la Dans ce cas, le sujet doit, en mélangeant du rouge et proportion de bleu de la lumière blanche. Ainsi, du vert, obtenir un jaune bien précis. Un sujet protano- la couleur complémentaire jaune demeure. Si male (déficience dans le rouge) utilisera une très forte l'on mélange du jaune avec du rouge, le vert est proportion de rouge et un deutéranomale une trop également absorbé, ce qui produit de l'orange. grande quantité de vert. Par contre, un protanope (cécité au rouge) appellera « jaune » tout ce qui La sensibilité chromatique des photo- correspond à des longueurs d'onde supérieures à 520 récepteurs rétiniens est conditionnée par nm.
- 313. 310 Système nerveux central et Organes des sens Champ visuel. Voies optiques que dans la fovea centralis, certains cônes ont leur liaison « privée » avec le cortex. On appelle champ visuel la portion de l'espace vue par un œil immobile, la tête restant elle- A une faible convergence (au niveau de la fovea même immobile (Al). par exemple) correspondent une acuité visuelle élevée mais un niveau de sensibilité faible, La mesure du champ visuel s'effectue grâce à tandis que la forte convergence des signaux un périmètre constitué par un hémisphère émanant de la périphérie de la rétine conduit à creux au centre duquel se trouve l'œil du sujet. l'effet inverse (cf. aussi « sommation spatiale » Celui-ci devra signaler le moment où il voit p. 306 et suiv.) apparaître ou disparaître dans son champ visuel un signal lumineux arrivant par le côté, par en Les collatérales des fibres de la bandelette haut, par en bas. etc. Les scotomes sont des optique continuent leur trajet en passant par les défaillances partielles dans l'aire du champ régions suivantes : visuel. Ils peuvent être provoqués par des 1. Le corps genouillé latéral (CGL). La plupart lésions siégeant dans l'appareil optique de ses neurones transmettent le rayonnement (cataracte par exemple, cf. p. 302), dans la visuel au cortex visuel primaire (V1) et, après rétine (inflammations par exemple) ou le long relais, aux cortex visuels secondaire (V2) et des voies visuelles (cf. ci-dessous). La tache tertiaire (V3, V4), etc. (fonction; cf. p. 312 et aveugle (A1) est un « blanc » dans le champ suiv.). visuel correspondant à une interruption de la 2. Les centres visuels moteurs dans le tronc rétine au niveau de la papille (cf. p. 300). Dans cérébral (après relais dans la « bandelette le champ visuel binoculaire (cf. p. 315, A), la optique accessoire »). Ils contrôlent la vergence tache aveugle est chaque fois compensée par et les mouvements oculaires verticaux. l'autre œil. 3. Le collicule supérieur (tubercules Le champ visuel est plus petit pour des quadrijumeaux antérieurs). Cette connection et signaux colorés que pour des signaux achro- les relais postérieurs régulent les mouvements matiques. Lorsqu'on fait pénétrer très lentement en saccades (cf. p. 314). dans son champ visuel un objet rouge par 4. L'hypothalamus (noyau suprachiasma- exemple, le sujet verra le mouvement bien tique). L'alternance jour-nuit est enregistrée à ce avant de reconnaître la couleur. niveau pour être synchronisée avec le rythme Des objets situés dans les portions nasales du circadien (cf. p. 292). champ visuel des deux yeux (A2. bleu et vert) 5. Le pretectum (aire prétectale), où s'effectue se projettent sur les hémirétines temporales et notamment le contrôle du diamètre pupillaire. inversement. Si l'on suit les voies optiques, les fibres du nerf optique qui proviennent des 6. Le noyau de la bandelette optique. hémirétines temporales restent du même côté Par l'intermédiaire de ces fibres les signaux (A2, bleu et vert) alors que les fibres provenant visuels atteignent le cervelet (cf. p. 286, 298) des hémirétines nasales se croisent dans le qui intègre les déplacements verticaux et chiasma (A2, orange et rouge). horizontaux des cibles visuelles et de l'environnement avec les mouvements des yeux Une lésion du nerf optique gauche par exemple et de la tête indexés dans un espace (A2,a, et A3, a) conduit à une cécité dans le tridimensionnel. champ visuel de l'œil gauche. Par contre, une lésion de la bandelette optique gauche (A2, b et Le réflexe pupillaire est déclenché par une A3, b) supprime les moitiés droites des champs augmentation brutale de la quantité de lumière qui pénètre dans l'œil (cf. p. 306). Le signal efférent visuels des deux yeux. Une lésion médiane du chemine par les fibres parasympathiques du nerf chiasma (A2,c et A3,c) entraîne une cécité oculomoteur (nerf III) et provoque un rétrécissement (scotome) temporale bilatérale (« cécité en pupillaire (myosis). Les deux pupilles réagissent de œillères »). façon synchrone, même si le stimulus n'a touché qu'un seul œil (réflexe consensuel). La rétine contient quelque 130 millions de récepteurs, alors que le nerf optique ne Le réflexe cornéen est un réflexe de protection de renferme qu'environ un million d'axones. Cette l'œil. Un attouchement de la cornée (afférence par le convergence d'un grand nombre de récepteurs nerf trijumeau, nerf V) ou même simplement l'approche d'un objet, d'une mouche par exemple, au voisinage de sur un petit nombre de neurones est très forte à l'œil (afférence par le nerf optique, nerf II) produit la la périphérie de la rétine (plus de 1 000/1) alors fermeture des paupières.
- 315. 312 Système nerveux central et Organes des sens Traitement du stimulus visuel organisation fonctionnelle des champs récepteurs est due essentiellement aux relations latérales qui existent Lors d'une stimulation photopique, le récepteur est le au sein de la rétine, c'est-à-dire aux cellules siège d'un « potentiel récepteur » (A, à gauche), horizontales et amacrines (cf. p. 301, E). c'est-à-dire d'un accroissement de la différence de potentiel transmembranaire négative de repos (au Cette réaction antagoniste du centre et de la périphérie repos -30 à -40 mV) d'autant plus grand que l'intensité du champ récepteur accroît le contraste du stimulus. du stimulus est élevée (jusqu'à -70 mV). Contrairement Au niveau d'une frontière clair-obscur, la partie sombre à d'autres types de récepteurs (cf. p. 274), les photo- sera perçue plus sombre alors que la partie claire récepteurs réagissent à un stimulus par une paraîtra plus claire. Un cercle uniformément gris hyperpolarisation. Dans une large gamme d'intensités, apparaîtra plus sombre sur une plage blanche et plus l'amplitude de ce potentiel récepteur est clair sur une plage sombre (contraste simultané ; C, proportionnelle au logarithme de l'intensité relative du à gauche). Si l'on regarde les grilles noir/blanc, stimulus (cf. p. 331). blanc/noir (C, à droite), les zones d'intersection de la Ce potentiel récepteur secondaire, dû à une diminution grille blanche paraîtront plus sombres alors que celles + de la conductance au Na de la membrane du de la grille noire paraîtront plus claires. Cette illusion récepteur (cf. p. 304), est précédé (environ 1 ms après est due à un moindre contraste en ces points, et peut l'exposition) par une variation précoce du potenteil de être expliquée par le calcul de la somme algébrique récepteur ayant pour origine des variations de des excitations à l'intérieur du champ récepteur (C, au conformation des pigments visuels (cf. p. 304). milieu). Sur l'ensemble des cellules de la rétine, un potentiel Au cours de l'adaptation à l'obscurité, le « centre » du récepteur d'amplitude suffisante entraîne la production champ récepteur augmente aux dépens de la de potentiels d'action (PA ou spikes) dans les périphérie qui tend à disparaître. Il en résulte une cellules ganglionnaires (nerf optique; A, à droite) dont sommation spatiale accrue (cf. p. 306) en même temps la fréquence croît proportionnellement à l'amplitude du qu'une réduction du contraste (et donc de l'acuité potentiel récepteur (cf. p. 274). Les PA ne peuvent visuelle ; cf. p. 304 et 307. C3). apparaître que dans les cellules ganglionnaires et les Des champs récepteurs de forme différente de celle cellules amacrines. Les autres cellules transmettent des cellules ganglionnaires peuvent être mis en graduellement et propagent par conduction évidence au niveau de centres placés plus haut sur la électronique les changements de potentiels (cf. p. 28) voie visuelle (cortex). La forme des stimuli (raies, ce qui est apparemment suffisant compte tenu des arêtes) ainsi que leur orientation spatiale ont leur faibles distances au niveau de la rétine. L'avantage importance à ce niveau. Il existe également des d'une telle propagation est que l'information, mettant champs récepteurs ayant des réactions antagonistes en jeu soit l'hyperpolarisation soit la dépolarisation, aux stimuli rouges et bleu-vert (respectivement violets peut être transmise (de manière identique pour les et jaunes). La théorie des couleurs PPSE ou PPSI ; cf. p. 30). Le fait que les récepteurs complémentaires, théorie de Hering, se trouve réagissent à la lumière par une hyper polarisation, puis actualisée à ce niveau sur le plan fonctionnel. Dans le que les cellules ganglionnaires se dépolarisent, domaine de la perception chromatique, il en résultera implique la présence de neurones inhibiteurs en un comme pour le noir/blanc, un accroissement (central) point quelconque du circuit synaptique rétinien. Un des contrastes : si l'on fixe une plage multicolore stimulus lumineux provoque la désinhibition des neu- pendant une demi-minute environ (cf. p. 311, B) et si rones inhibiteurs. l'on porte ensuite son regard sur une plage neutre, on Lorsqu'on enregistre des PA d'une cellule voit apparaître les différentes couleurs ganglionnaire, on peut, en utilisant des stimuli complémentaires (contraste coloré successif, cf. adéquats, délimiter la surface rétinienne à partir de aussi p. 306 et suiv.) laquelle des influences facilitatrices ou inhibitrices À partir du corps genouillé latéral (CGL) et de ses s'exercent sur cette cellule. Cette surface est appelée régions magno- et parvocellulaires, l'information champ récepteur du neurone. relative aux couleurs, aux formes et aux En état d'adaptation à la lumière (cf. p. 306), les mouvements est véhiculée au moyen des radiations champs récepteurs des cellules ganglionnaires de la visuelles, par des voies séparant en partie l'information rétine sont concentriques ; ils composent deux régions et formant en coopération avec le CGL, V1 (avec ces « distinctes : un centre et une périphérie annulaire (B). taches » et « intertaches »). V2 et V4 (cf. p. 310), un L'éclairement du centre entraîne une augmentation de système tripartite d'opération, par ex. (a) pour les la fréquence des PA (B1), alors que l'éclairement de la couleurs via la voie blob, (b) pour les perceptions des périphérie la réduit (inhibition). L'interruption de la formes stationnaires - avec une haute définition - par la lumière produit également une excitation (B2). Ce type voie parvo-interblob (sans information de couleur), et de champ récepteur est appelé champ à «centre-ON» (c) pour le mouvement et la profondeur stéréoscopique car la cellule est excitée au début de l'illumination du par la voie magno-blob (sans information de couleur). centre. La perception visuelle globale n'est possible qu'après La rétine comporte aussi des champs à «centre-OFF» intégration de ces différents aspects. dont le comportement est inverse (B3, B4). Cette
- 317. 314 Système nerveux central et Organes des sens Mouvements oculaires. Perception de la l'organe de l'équilibration (cf. p. 298). profondeur et du relief La vision de la profondeur et du relief constitue en premier lieu une coperformance On parle de mouvements oculaires conjugués des deux yeux et se limite par conséquent au lorsque les muscles extrinsèques mobilisent champ visuel binoculaire (A). Si l'on fixe des les deux yeux dans le même sens. (Exemple : deux yeux un point A (B), celui-ci se projette sur coup d'œil D/G). On appelle « vergence » le la fovea des deux rétines (AG et AD) en des mouvement des deux yeux en sens opposés. points appelés points correspondants. Il en est Les mouvements successifs de divergence et de même des points B et C (B) car ils se de convergence s'effectuent lors de l'alternance trouvent sur le cercle (il s'agit en fait d'une vision de près/vision au loin. Pour l'ajustement calotte sphérique) qui passe par A et par les à la vision de près, la convergence des deux centres des dioptres N (cf. p. 303. B) des deux