Homéostasie

La coordination de la vie

Le principe de relation entre la structure (anatomie) et la fonction (physiologie).

L’homéostasie est un processus physiologique, cela permet l’action de certaines constantes de l’organisme. Les cellules vivantes ne peuvent fonctionner que dans une gamme étroite de conditions telles que la température, le pH les concentrations en ions et la disponibilité en éléments nutritifs, mais les organismes vivants doivent survivre dans un environnement où ces conditions varient d’heure en heure, de jour en jour et de saison en saison. Les organismes ont donc besoin de mécanismes pour maintenir la stabilité interne malgré les changements environnementaux.

Le physiologiste américain Walter Cannon (1871-1945) a nommé cette capacité l’homéostasie (homéo signifie «le même» et stasie signifie «debout ou rester»). L’homéostasie est devenue l’un des concepts les plus importants de la physiologie, de l’écologie physiologique et de la médecine.

La plupart des fonctions corporelles sont destinées à maintenir l’homéostasie, et une incapacité à le maintenir conduit à la maladie et souvent la mort. Le corps humain, par exemple, maintient le pH du sang dans la gamme très étroite de 7,35 à 7,45. Un pH inférieur à cette plage est appelé acidose et un pH au-dessus de cette plage est l’alcalose. L’une ou l’autre de ces conditions peut mettre la vie en danger. On ne peut vivre que quelques heures avec un pH sanguin inférieur à 7,0 ou supérieur à 7,7, et un pH inférieur à 6,8 ou supérieur à 8,0 est rapidement mortel. Pourtant, le métabolisme du corps produit constamment une variété de déchets acides qui remettent en question sa capacité à maintenir le pH dans un intervalle de sécurité.

La température corporelle nécessite également un contrôle homéostasique soigneux. Un jour de printemps ou d’automne dans un climat tempéré, la température en extérieur peut varier de 4 à 27 degrés Celsius) entre la nuit et le jour. En dépit de cette fluctuation de l’environnement, notre température corporelle est normalement de 37,2 à 37,6 degrés Celsius (99,0 à 99,7 degrés Fahrenheit) et fluctue de seulement 1 degré environ sur le cours de la journée. En effet, si la température corporelle descend sous les 33 degrés Celsius (91 degrés Fahrenheit), une personne est susceptible de mourir d’ hypothermie , et si elle dépasse les 42 degrés Celsius (108 degrés Fahrenheit), la mort par hyperthermie est probable.

Les conditions internes ne sont pas absolument stables mais fluctuent dans une plage étroite autour d’une moyenne appelée point de consigne. Le point de consigne pour la température du corps de base, par exemple, est d’environ 37,4 degrés Celsius, mais la température fluctue d’environ 0,5 degrés Celsius. Ainsi, il est plus exact de dire que le corps maintient un équilibre dynamique interne que de dire qu’il maintient la stabilité absolue .

Rétroaction négative et stabilité.

Le moyen habituel de maintenir l’homéostasie est un mécanisme général appelé boucle de rétroaction négative. Le corps détecte un changement interne et active des mécanismes qui inversent ou annulent ce changement.

Un exemple de rétroaction négative est la régulation de la température corporelle. Si la température du sang monte trop haut, cela est détecté par des neurones spécialisés dans l’hypothalamus du cerveau. Ils signalent a d’autres centres nerveux, qui à leur tour envoient des signaux aux vaisseaux sanguins de la peau. Comme ces vaisseaux sanguins se dilatent, plus de sang circule près de la surface du corps et la chaleur excédentaire rayonne du corps. Si ce n’est pas assez pour refroidir le corps à son point de consigne, le cerveau active la transpiration. L’évaporation de la sueur de la peau a un fort effet de refroidissement.

Si la température du sang tombe trop bas, d’autre part, cela est également détecté par l’hypothalamus et les signaux sont envoyés aux artères cutanées (celles fournissant la peau) pour les contraindre. Le sang chaud est ensuite retenu plus profond dans le corps et moins de chaleur est perdue de la surface. Si cela est insuffisant, alors le cerveau active le frisson. Chaque tremblement musculaire dans les frissons libère de l’énergie thermique et aide à réchauffer le corps vers son point de consigne de 37 degrés Celsius.

Dans les deux cas, les neurones spécialisés détectent la température anormale du corps et activent des boucles de rétroaction négatives correctives qui ramènent la température à la normale. Par conséquent, la température corporelle ne dépasse guère 0,5 ° C au-dessus ou au-dessous de son point de consigne. D’autres boucles de rétroaction négatives régulent la concentration de sucre dans le sang, le bilan hydrique, le pH et d’innombrables autres variables. Beaucoup de telles boucles sont régulées par le système nerveux, et d’autres par les hormones du système endocrinien.

Rétroaction positive et changement rapide.

La contre-partie à la rétroaction négative est la boucle de rétroaction positive, un processus dans lequel le corps détecte un changement et active des mécanismes qui accélèrent ou augmentent ce changement. Cela peut également aider l’homéostasie, mais dans de nombreux cas, il produit l’effet contraire et peut mettre la vie en danger.

Un exemple de son effet bénéfique est observé dans la coagulation du sang. Une partie de la voie biochimique complexe de la coagulation est la production d’une enzyme qui forme la matrice du caillot sanguin, mais accélère également la production d’encore plus de thrombine. C’est-à-dire qu’il a un effet auto- catalytique , auto-accélérant, de sorte qu’une fois que le processus de coagulation commence, il fonctionne de plus en plus vite jusqu’à ce que, idéalement , le saignement s’arrête. Ainsi, cette boucle de rétroaction positive fait partie d’une plus grande boucle de rétroaction négative, celle qui est activée par le saignement et finalement fonctionne pour arrêter le saignement.

Un autre exemple de rétroaction positive bénéfique est observé dans l’accouchement, où l’étirement de l’utérus déclenche la sécrétion d’une hormone , l’ocytocine, qui stimule les contractions utérines et accélère le travail. Une autre est également observée dans la digestion des protéines, où la présence de protéines partiellement digérées dans l’estomac déclenche la sécrétion d’acide chlorhydrique et de pepsine, l’enzyme qui digère les protéines. Ainsi, une fois la digestion commencé, il devient un processus d’auto-accélération.

Souvent, cependant, la rétroaction positive produit le contraire de l’homéostasie: perte rapide de la stabilité interne avec des conséquences potentiellement mortelles. Par exemple, si la mort d’une petite zone de tissu cardiaque déclenche une crise cardiaque (infarctus du myocarde), le cœur pompe une quantité insuffisante de sang.  Ainsi, le muscle cardiaque lui-même est privé de flux sanguin, et encore plus commence à mourir. Cela peut conduire à une aggravation rapide de la fonction cardiaque jusqu’à ce que la personne meurt. De nombreuses maladies impliquent des boucles de rétroaction positive dangereuses.

L’homéostasie, bien que décrite ici avec des exemples de la physiologie humaine, est une propriété fondamentale de la vie et une nécessité pour la survie de tous les êtres vivants, pas seulement les humains, mais tous les autres animaux ainsi que les bactéries, les plantes, les champignons et les protistes. Il permet à tous les organismes vivants de maintenir la stabilité interne en dépit d’un environnement sans cesse changeant et stimulant.

Bibliographie:

William W. – Le tronc cérébral inférieur et l’homéostasie corporelle. New York: Oxford University Press, 1997.
Cannon, Walter B. – La sagesse du corps. New York: WW Norton, 1932.
Saladin, Kenneth S. – Anatomie et physiologie – L’unité de forme et de fonction, 2e éd. Dubuque, IA: Éducation supérieure McGraw-Hill, 2001.
Willmer, P., G. Stone et I. Johnson.  – Physiologie environnementale des animaux. Oxford: Blackwell Science, 2000.