Transcript Physiologie des régulations (4) Physiologie des régulations I- Généralités sur la notion de régulation en physiologie Introduction: Notion de Milieu intérieur- Homéostasie.

Physiologie des régulations (4)
Physiologie des régulations
I- Généralités sur la notion de régulation en physiologie
Introduction: Notion de Milieu intérieur- Homéostasie et Régulation
Les compartiments hydriques de l’organisme
Milieu intérieur
Lymphe
Composition ionique des différents compartiments hydriques
Notions de boucles de régulation
II- La régulation de la glycémie-Contrôle de la prise alimentaire
Comportement Régulé: Comportement alimentaire
Régulation à long terme de la prise alimentaire
Régulation hormonale et hypothalamique du comportement alimentaire et du tissu adipeux
Vue moderne de la régulation à long terme de la prise alimentaire
Faim et satiété
Rôle de l’hypothalamus
Vue moderne de la régulation à cours terme de la prise alimentaire : Les signaux de satiété directement liés à la prise alimentaire
III- La régulation de l’équilibre minéral
Existence d’une relation entre glande surrénale et équilibre minéral
La régulation de l’équilibre acido-basique
Notion de tampon
Les perturbations de l’équilibre acido-basique
IV- La régulation de la pression artérielle et de la volémie
V- Régulation rénale
VI- Intégration neuro-humorale: axe hypothalamo-hypophysaire
VII- Régulation respiratoire
VIII- Régulation cardiaque
IX- Régulation digestive
X- Régulation hormonale
- Principes généraux de physiologie endocrine
- notion de communication endocrine
- les hormones
- principes d'action des hormones
- mode d'action des hormones : récepteurs membranaires et récepteurs nucléaires
- Principales régulations endocrines. Relations avec le système nerveux
- Physiologie de la régulation de la faim
- Physiologie de la régulation de la soif
- Physiologie de la reproduction
- Les hormones thyroïdiennes et la régulation du métabolisme et de la croissance - La régulation endocrine de la calcémie et de la croissance osse
- Les hormones pancréatiques et la régulation de la glycémie
XI- La thermorégulation
La régulation de l’équilibre acido-basique
H2CO3
1
HCO3-
:
20
Rappels
-L’eau pure contient 10-7moles/l de H3O+ (H+ en raccourci). pH = - log [H+] = 7
- Un acide est une substance qui libère des H+. Si on ajoute un acide dans l’eau, [H+]
augmente et le pH diminue (pH<7). Un acide fort se dissocie complètement alors qu’un acide
faible se dissocie partiellement.
AH
A- + H+ acide fort
AH  A- + H+ acide faible
- Une base est une substance qui accepte des H+. Une base dans l’eau donne un pH >7.
- Dans une solution où le pH passe de 7 à 3, [H+] est x par 10 000 !
Importance de la stabilité du pH du milieu intérieur
Les cellules doivent vivre dans un liquide (plasma, lymphe) dont le pH est stable. En effet :
- le pH affecte la structure des protéines. Une déviation du pH par rapport à la normale
peut dénaturer les protéines (notamment les enzymes) et empêcher leur fonctionnement.
dénaturation
Importance de la stabilité du pH du milieu intérieur
- le pH affecte le fonctionnement des neurones. Explication :
Le déficit de H+ dans le LEC (alcalose) entraîne un efflux de H+ qui est compensé sur le plan électrique
par un influx de K+. La  de [K+]e entraîne une dépolarisation des neurones  hyperexcitabilité et activité
électrique spontanée. Au niveau musculaire : spasmes, tétanies, convulsions, mort par paralysie
respiratoire.
A l’inverse, l’excès de H+ dans le LEC (acidose) entraîne un influx de H+ qui est compensé sur le plan
électrique par un efflux de K+. L’ de [K+]e entraîne une hyperpolarisation des neurones 
hypoexcitabilité et dépression de l’activité cérébrale (confusion, désorientation puis coma).
Causes possibles de perturbation du pH du plasma
Certains aliments contiennent des acides faibles, par exemple le vinaigre ou les fruits (acide
citrique, acide malique…).
Causes possibles de perturbation du pH du plasma
Le métabolisme produit des acides.
- acides volatiles. La respiration cellulaire libère du CO2 dans le sang. CO2 se combine à l’eau
pour former de l’acide carbonique : CO2 + H2O  H2CO3  HCO3- + H+
- acides non volatiles. Certains muscles en activité réalisent des fermentations et libèrent
de l’acide lactique dans le sang. La dégradation des acides aminés soufrés (méthionine)
produit de l’acide sulfurique H2SO4.
La paroi de l’estomac produit de l’acide chlorhydrique HCl. Lors de vomissements, la perte
de HCl tend à rendre le plasma plus alcalin.
Stabilité du pH plasmatique
Malgré toutes ces perturbations le pH du plasma reste généralement compris entre 7,35 et
7,45 (moyenne : 7,4).
Chimiquement, un pH de 7,2 est alcalin, mais physiologiquement on est en acidose.
Stabilité du pH plasmatique
La stabilité du pH plasmatique implique l’existence de mécanismes de régulation :
1) Un mécanisme instantané : les tampons du sang
2) Un mécanisme rapide : la régulation pulmonaire
3) Un mécanisme lent : la régulation rénale
Notion de tampon
Un tampon est capable de fixer des H+ quand ils sont en excès en solution et de libérer des
H+ quand leur concentration diminue en solution. Il est en général formé d’un acide faible et
R-COO- + H+
de la base conjuguée de cet acide : R-COOH
Le pouvoir tampon est maximal quand R-COOH et R-COO- sont à la même concentration
A l’équilibre : [A-] x [H+] / [AH] = KA
pH
[H+] = KA x [AH] / [A-]
pKA
–log [H+] = -log KA + log [A-] / [AH]
soit : pH = pKA + log [A-] / [AH]
100%
R-COOH
50% R-COOH
50% R-COO -
100%
R-COO -
Selon cette formule, quand [A-] = [AH], pH = pKA
Finalement, un tampon est d’autant plus efficace :
- qu’il est concentré (plus une éponge est grosse…)
- que le pH de la solution est proche du pKA du couple R-COOH / R-COO-.
Les tampons du plasma
Le pouvoir tampon du plasma peut-être mis en évidence par une manipulation simple :
5 gouttes HCl 0,1N
eau du robinet, pH 6
Le pH passe à 3 environ
5 gouttes HCl 0,1N
plasma, pH 7,4
Le pH reste à 7,4
Les tampons du plasma
Les 3 principaux tampons du plasma sont : le tampon protéines, le tampon phosphate et le
système acide carbonique/bicarbonate. Quelle est leur efficacité relative ?
Le tampon protéines
pH > pHi
pH isoélectrique
H+
pH < pHi
H+
Importance :
- les protéines sont abondantes dans le plasma ( 70 g / l).
- mais la plupart des AA de ces protéines ont un pKA très éloigné du pH plasmatique.
Les tampons du plasma
Le tampon phosphates
L’acide phosphorique H3PO4 comporte 3 fonctions acides.
(1)
H3PO4  H2PO4- + H+
pK1 = 2
(2)
H2PO4- 
 HPO42- + H+
pK2 = 6,8
(3)
HPO42-  PO43- + H+
pK3 = 11,5
C’est seulement pour le 2e couple que le pKA est proche du pH plasmatique  prédominance
des formes H2PO4- et HPO42- dans le plasma.
Les phosphates sont très peu abondants dans le plasma (2 à 3 mEq/l)  leur contribution au
pouvoir tampon du plasma est faible. Par contre, ils jouent un rôle très important dans la
régulation du pH à l’intérieur des cellules.
Les tampons du plasma
Le tampon bicarbonate (H2CO3 / HCO3-)
Le pKA de ce système est de 6,1, ce qui est assez éloigné du pH plasmatique (7,4). Cependant
HCO3- est abondant dans le plasma (27 mM), ce qui le rend important.
De plus le pouvoir tampon de ce système est nettement meilleur dans l’organisme qu’in vitro.
Suite à l’addition de H+, l’équilibre se
déplace vers la gauche et CO2 s’accumule.
Au fur et à mesure que des H+ sont ajoutés,
huile
ils sont de moins en moins bien tamponnés
car l’accumulation de CO2 contrarie de plus
+
H
 H2CO3 
CO2 + H2O 

en plus le déplacement de l’équilibre vers la
H CO3-
+ H
+
gauche.
Dans
l’organisme,
les
poumons
évacuent l’excès de CO2, ce qui améliore
beaucoup le pouvoir tampon du système.
Le tampon hémoglobine
Le pouvoir tampon du sang est supérieur au pouvoir tampon du plasma.
pH
7,8
plasma
sang
7,4
7,0
20
30
40 50 60
pCO2
(mm Hg)
La différence est due à un tampon contenu dans les globules rouges : l’hémoglobine.
Le tampon hémoglobine
Les globules rouges sont des cellules sans noyau et sans organites intracellulaires.
On, peut les considérer comme des " sacs à hémoglobine ". Il y a environ 150g
d’hémoglobine par litre de sang.
Le tampon hémoglobine
L’hémoglobine est une protéine tétramérique formée de 2 chaînes  et 2 chaînes .
Chaque monomère porte un groupement hème avec un atome de fer.
Le tampon hémoglobine
L’hémoglobine est riche en histidine (33 par molécule). Cet AA a un pKA de 7,3, ce
qui est très proche du pH plasmatique. Au pH normal, il y a donc près de 50% de
chacune des 2 formes de l’histidine.
L’abondance de l’hémoglobine dans le sang et sa richesse en histidine en font un
tampon très efficace.
La régulation ventilatoire du pH plasmatique
Effets de la ventilation sur le pH plasmatique
- Hyperventilation volontaire  augmentation rapide du pH ( de 7,4 à 7,6 en 1 min environ).
Explication : le rejet accru de CO2 provoque un déplacement de l’équilibre suivant vers la
gauche.
CO2 + H2O


H2CO3


H CO3- + H +
- Blocage volontaire de la ventilation  effet inverse (acidose). CO2 est un facteur
acidifiant par déplacement de l’équilibre vers la droite.
La régulation ventilatoire du pH plasmatique
Effets du CO2 sur la ventilation
air contenant 7,5 % de CO2
L’inhalation d’un air enrichi en CO2 entraîne une acidification du plasma. L’organisme réagit
par une hyperventilation (de la fréquence et de l’amplitude des mouvements respiratoires).
Cette hyperventilation élimine l’excès de CO2 dans le plasma, d’où correction de l’acidose.
La régulation ventilatoire du pH plasmatique
Effets du CO2 et du pH sur la ventilation
volume ventilatoire
en % de la normale
400
300
200
100
7,2
7,2
7,4
7,6
pH
La régulation ventilatoire du pH plasmatique
protubérance
annulaire
neurone inspiratoire
bulbaire
motoneurone
centre
inspiratoire
médullaire
bulbe rachidien
inspiration
(active)
expiration
(passive)
vers les motoneurones
respiratoires de la moelle
Les neurones du centre inspiratoire bulbaire génèrent spontanément des trains de Pas
(potentiel action spontané), environ 12 fois par minute. Ces PAs descendent vers la moelle
épinière et activent les motoneurones des muscles respiratoires (diaphragme, muscles
intercostaux). La contraction de ces muscles induit l’inspiration ; leur relâchement provoque
l’expiration.
La régulation ventilatoire du pH plasmatique
Les variations plasmatiques du pH et de la pC02
sont détectées par les chémorécepteurs de la
paroi
de
aortiques"
certaines artères : "corpuscules
sous
la
crosse
aortique
et
nerf IX (glossopharyngien)
"corpuscules carotidiens" à l’embranchement de
carotide externe
carotide interne
sinus carotidien
la carotide commune.
carotide commune
nerf X (vague)
artère aorte
coeur
La régulation ventilatoire du pH plasmatique
chémorécepteurs
centraux
centre
inspiratoire
bulbe
rachidien
Il existe également des chémorécepteurs centraux, localisés dans le bulbe rachidien au
voisinage du centre inspiratoire.
La régulation ventilatoire du pH plasmatique
capillaire cérébral
barrière hématoencéphalique
H+
 pCO2
CO2 + H2O  H + + HCO3LCR
chémorécepteur central
centre
inspiratoire
BULBE
Couleurs :
stimulus
récepteur
voie sensitive
 ventilation
centre intégrateur
réponse
La régulation ventilatoire du pH plasmatique
 pCO2 du plasma
 pH du LCR
70% de la
réponse
 pH du plasma
chémorécepteurs
centraux
corpuscules aortiques
et carotidiens
centre
inspiratoire
muscles
respiratoires
 ventilation
 pCO2 et  pH
30% de la
réponse
La régulation rénale du pH plasmatique
L’  du débit respiratoire réduit pCO2
Cas d’une acidose
CO2 + H2O
 H+
réserve de bicarbonate
H2CO3
H+
HCO3-
Na+
HCO3-
NaHCO3
production
de HCO3-
tampons
sécrétion de H+
En cas d’acidose, les reins sécrètent des ions H+ dans l’urine et reconstituent
la réserve de bicarbonate.
La régulation rénale du pH plasmatique
La  du débit respiratoire
augmente pCO2
Cas d’une alcalose
 H+
réserve de bicarbonate
tampons
production
de H +
sécrétion de HCO3-
En cas d’alcalose, les reins produisent des ions H+ et réduisent l’excès de
bicarbonate en l’éliminant dans l’urine.
La régulation rénale du pH plasmatique
Lumière tubulaire
Cellule tubulaire
AC IV
Capillaire péritubulaire
AC II
AC = anhydrase carbonique
Ce mécanisme permet d’éviter une "fuite" de bicarbonate dans l’urine. Il empêche
donc une aggravation du déficit en bicarbonate lors de l’acidose (bilan en HCO3- nul).
La régulation rénale du pH plasmatique
Lumière tubulaire
Cellule tubulaire
Capillaire péritubulaire
AC II
Ce mécanisme permet d’ajouter de nouvelles molécules de HCO3- dans le plasma, ce qui
contribue à réduire le déficit créé lors de l’acidose.
La régulation rénale du pH plasmatique
Lumière tubulaire
Cellule tubulaire
Capillaire péritubulaire
AC II
Ce mécanisme permet aussi d’ajouter de nouvelles molécules de HCO3- dans le plasma,
ce qui achève de réduire le déficit créé lors de l’acidose.
Les perturbations de l’équilibre acido-basique
H+
HCO3-
acidose
respiratoire


alcalose
respiratoire


acidose
métabolique


alcalose
métabolique


Les perturbations de l’équilibre acido-basique : exercice
Chez 4 sujets, on a mesuré le pH plasmatique et la concentration de bicarbonate dans le
plasma. A chaque sujet désigné par un chiffre associer la lettre qui lui correspond.
1) Gros fumeur atteint de bronchite chronique
2) Sujet en bonne santé
3) Sujet qui vomit depuis 3 jours
4) Jeune enfant ayant avalé par erreur de l’antigel (éthylène-glycol qui en se
décomposant dans l’organisme donne de l’acide glycolique et de l’acide oxalique).
pH
H
+
HCO3(mEq/l)
A
7,65
48
B
7,37
27
C
7,29
16
D
7,3
36
n°
perturbation