Objectifs

• Définir le milieu intérieur, une constante biologique et l'homéostasie.
• Décrire les éléments d'un système de régulation : système réglé, capteurs, centre intégrateur, effecteurs, messages.
• Distinguer rétrocontrôle négatif et rétrocontrôle positif.
• Expliquer la régulation de la glycémie par l'insuline et le glucagon.
• Appliquer le même schéma à la température du corps et à la pression artérielle.
• Exploiter des résultats d'expériences et d'analyses médicales.

1. Milieu intérieur et constantes biologiques

Les cellules du corps baignent dans un liquide : le milieu intérieur, formé du plasma sanguin, de la lymphe et du liquide interstitiel (entre les cellules). Les cellules y puisent nutriments et dioxygène et y rejettent leurs déchets.

Certaines caractéristiques du milieu intérieur ne varient que dans des limites étroites : ce sont des constantes biologiques. Par exemple :

• la glycémie (concentration du glucose dans le plasma), voisine de 1 g/L à jeun ;
• la température centrale, proche de 37 °C ;
• le pH du sang, voisin de 7,4 ;
• la pression artérielle, la teneur en eau et en ions (\(\ce{Na+}\), \(\ce{K+}\), \(\ce{Ca^2+}\)).

2. Les éléments d'un système de régulation

Toute régulation biologique fait intervenir les mêmes éléments :

• le système réglé : la grandeur à maintenir (par exemple la glycémie) ;
• des capteurs (récepteurs) qui détectent la valeur et ses écarts ;
• un centre intégrateur qui compare cette valeur à la consigne et élabore une réponse ;
• des effecteurs (organes, tissus) qui agissent sur la grandeur pour la corriger ;
• des messages qui relient ces éléments : nerveux (influx dans des nerfs) ou hormonaux (hormones dans le sang).

flowchart LR
A[Ecart a la consigne] --> B[Capteurs]
B --> C[Centre integrateur]
C --> D[Effecteurs]
D --> E[Correction de l ecart]
E -->|retroaction| B

Rétrocontrôle négatif et rétrocontrôle positif

• Rétrocontrôle négatif : la réponse s'oppose à l'écart et le réduit. C'est le mécanisme de presque toutes les régulations homéostatiques.
• Rétrocontrôle positif : la réponse amplifie l'écart, jusqu'à un événement qui arrête la boucle. Exemple : pendant l'accouchement, l'étirement du col de l'utérus stimule la libération d'ocytocine, qui renforce les contractions, qui étirent davantage le col… jusqu'à la naissance.

3. Exemple 1 : la régulation de la glycémie

Le pancréas est à la fois une glande exocrine (suc pancréatique) et une glande endocrine grâce aux îlots de Langerhans. Ces îlots contiennent :

• les cellules β (bêta), qui sécrètent l'insuline, seule hormone hypoglycémiante ;
• les cellules α (alpha), qui sécrètent le glucagon, hormone hyperglycémiante.

Les cellules des îlots sont à la fois capteurs (elles détectent la glycémie du sang qui les irrigue) et centre intégrateur.

Les deux situations

• Hyperglycémie (après un repas) : les cellules β libèrent de l'insuline. Celle-ci favorise l'entrée du glucose dans les cellules (muscles, tissu adipeux), son stockage sous forme de glycogène dans le foie et les muscles (glycogenèse) et sa transformation en lipides. La glycémie baisse.
• Hypoglycémie (jeûne, effort) : les cellules α libèrent du glucagon. Il agit surtout sur le foie, qui hydrolyse son glycogène et libère du glucose dans le sang (glycogénolyse). La glycémie remonte.

Le schéma de la boucle, étape par étape

Quand la régulation est défaillante : le diabète

On parle de diabète lorsque la glycémie à jeun est égale ou supérieure à 1,26 g/L à deux reprises (critère de l'Organisation mondiale de la santé).

• Diabète de type 1 : les cellules β sont détruites par le système immunitaire ; l'organisme ne produit plus d'insuline. Le traitement repose sur des injections d'insuline.
• Diabète de type 2 : l'insuline est produite, mais les cellules cibles y répondent mal (insulinorésistance). Il est favorisé par la sédentarité et le surpoids ; activité physique et alimentation équilibrée en font partie du traitement.

Exemple résolu 1 : exploiter une expérience historique

Chez un chien, on enlève le pancréas : la glycémie s'élève fortement et du glucose apparaît dans l'urine. Si l'on greffe un fragment de pancréas sous la peau de cet animal, sans aucun lien nerveux avec le reste de l'organisme, la glycémie redevient normale. Que montrent ces résultats ? Cherche d'abord.

Exemple résolu 2 : interpréter un test de tolérance au glucose

Un médecin de Cotonou fait boire une solution de glucose à deux patients à jeun, puis mesure leur glycémie (valeurs d'un exercice) :

Comparer les deux courbes et conclure.

4. Exemple 2 : la régulation de la température du corps

• Capteurs : des thermorécepteurs dans la peau et dans le cerveau.
• Centre intégrateur : l'hypothalamus, à la base du cerveau.
• Effecteurs et réponses :
  • s'il fait chaud ou pendant l'effort : vasodilatation des vaisseaux de la peau (plus de chaleur évacuée) et sudation (l'évaporation de la sueur refroidit la peau) ;
  • s'il fait froid : vasoconstriction cutanée (moins de pertes), frissons (contractions musculaires qui produisent de la chaleur), chair de poule.

5. Exemple 3 : la régulation de la pression artérielle

• Capteurs : les barorécepteurs des sinus carotidiens et de la crosse aortique, sensibles à l'étirement de la paroi des artères.
• Messages afférents : des nerfs sensitifs transmettent l'information aux centres bulbaires (dans le bulbe rachidien), qui jouent le rôle de centre intégrateur.
• Messages efférents et effecteurs : le système parasympathique (nerf vague, ou nerf X) ralentit le cœur ; le système orthosympathique l'accélère et resserre les artérioles.

Si la pression augmente, les barorécepteurs envoient des messages plus fréquents ; l'activité parasympathique augmente : le cœur ralentit, les vaisseaux se dilatent, la pression baisse. Si elle diminue, c'est l'inverse.

Erreurs fréquentes

• Confondre glucose, glycogène et glucagon.
• Dire que l'insuline « détruit » le glucose : elle le fait entrer dans les cellules et stocker.
• Croire qu'une constante est fixe : elle oscille autour d'une valeur de consigne.
• Oublier de nommer le type de message (nerveux ou hormonal) dans un schéma de régulation.
• Confondre rétrocontrôle négatif (stabilise) et rétrocontrôle positif (amplifie).

Cartes mémo

Récapitulatif

• Le milieu intérieur (plasma, lymphe, liquide interstitiel) possède des constantes : glycémie, température, pH, pression artérielle…
• Chaque régulation associe capteurs, centre intégrateur, effecteurs et messages, et fonctionne surtout par rétrocontrôle négatif.
• La glycémie est régulée par le pancréas : l'insuline la fait baisser, le glucagon la fait monter ; le diabète traduit une défaillance de ce système.
• La température est régulée par l'hypothalamus ; la pression artérielle par les barorécepteurs, les centres bulbaires et le système nerveux autonome.