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L'homéostasie

Découvrez comment les organismes maintiennent l'homéostasie, c'est-à-dire un environnement interne stable.

Points clés

  • L'homéostasie est la tendance à résister au changement afin de maintenir un environnement interne stable et relativement constant.
  • L'homéostasie implique généralement des boucles de rétroaction négative qui neutralisent les changements de différentes propriétés par rapport aux valeurs cibles, qu'on appelle les points de consigne.
  • Contrairement aux boucles de rétroaction négative, les boucles de rétroaction positive accentuent leurs stimuli initiateurs. En d'autres termes, ils éloignent le système de son état de départ.

Introduction

Quelle est la température de la pièce où vous êtes assis maintenant ? Je dirais que ce n'est pas exactement 98, comma, 6, degrees, start text, F, end text/ 37, comma, 0, degrees, start text, C, end text. Pourtant, votre température corporelle est généralement très proche de cette valeur. En fait, si la température interne de votre corps ne se situe pas entre 95, degrees, start text, F, end text/ 35, degrees, start text, C, end text et 107, degrees, start text, F, end text/ 41, comma, 7, degrees, start text, C, end text, cela peut devenir dangereux et même mortel.start superscript, 1, end superscript
La tendance à maintenir un environnement interne stable et relativement constant est appelée l'homéostasie. Le corps maintient l'homéostasie pour de nombreux autres facteurs que la température. Par exemple, la concentration de divers ions dans votre sang doit être maintenue, ainsi que le pH et la concentration de glucose. Si ces valeurs augmentent ou diminuent trop, vous pouvez tomber très malade.
L'homéostasie est maintenue à de nombreux niveaux, pas seulement d'un point de vue global dans le corps, comme c'est le cas de la température. Par exemple, l'estomac maintient un pH différent de celui des organes environnants, et chaque cellule maintient des concentrations d'ions différentes que celle du fluide environnant. Le maintien de l'homéostasie à chaque niveau est essentiel pour assurer le fonctionnement général du corps.
Comment l'homéostasie est-elle maintenue ? Répondons à cette question en regardant quelques exemples.

Le maintien de l'homéostasie

L'équilibre des systèmes biologiques, comme ceux de votre corps, est constamment bousculé. Par exemple, lorsque vous faites de l'exercice, vos muscles augmentent la production de chaleur, faisant monter la température de votre corps. De même, lorsque vous buvez un verre de jus, votre glycémie augmente. L'homéostasie dépend de la capacité de votre corps à détecter et à s'opposer à ces changements.
Le maintien de l'homéostasie implique généralement des boucles de rétroaction négative. Ces boucles agissent pour s'opposer au stimulus qui les déclenche. Par exemple, si la température de votre corps est trop élevée, une boucle de rétroaction négative agira pour la ramener vers le bas, vers le point de consigne (ou valeur cible) établie à 98, comma, 6, degrees, start text, F, end text/ 37, comma, 0, degrees, start text, C, end text.
Comment cela fonctionne-t-il ? Tout d'abord, la température élevée sera détectée par des capteurs. Ce sont principalement des cellules nerveuses dont les terminaisons se trouvent dans votre peau et votre cerveau. L'information sera ensuite relayée vers un centre de contrôle dans votre cerveau qui régule la température. Ce centre de contrôle traitera l'information et activera des effecteurs – tels que les glandes sudoripares – dont le travail est de s’opposer au stimulus en diminuant la température du corps.
(a) Une boucle de rétroaction négative comporte quatre éléments de base : un stimulus, un capteur, un contrôle et un effecteur.(b) La température du corps est régulée par une rétroaction négative. Le stimulus, c'est le fait que la température du corps dépasse 37 degrés Celsius, les capteurs sont les cellules nerveuses ayant leurs terminaisons dans la peau et le cerveau, le contrôle est le centre de régulation de la température dans le cerveau, et l'effecteur, ce sont les glandes sudoripares dans tout le corps.
Crédit d'image : modifiée de Homeostasis: Figure 1 par OpenStax College, Anatomy & Physiology, CC BY 4.0
Bien sûr, la température du corps peut également tomber en dessous de la valeur cible et non uniquement la dépasser. En général, les circuits homéostatiques impliquent au moins deux boucles de rétroaction négative :
  • La première est activée lorsqu'un paramètre, comme la température du corps, est au-dessus du point de consigne, et est conçue pour la diminuer.
  • La deuxième est activée lorsque le paramètre est en dessous du point de consigne, et est conçue pour le ramener vers le haut.
Pour plus de clarté, regardons de plus près les boucles de rétroaction opposées qui contrôlent la température du corps.

Les réactions homéostatiques dans la régulation de la température

Si vous avez trop chaud ou trop froid, les capteurs situés à la périphérie de votre corps et dans votre cerveau indiquent au centre de régulation de la température de votre cerveau, dans une région appelée l'hypothalamus, que votre température n'est plus à son point de consigne.
Par exemple, si vous avez fait des exercices physiques intenses, la température de votre corps peut s'élever au-dessus de son point de consigne, et vous devrez activer les mécanismes de refroidissement. Le flux de sang dans votre peau augmente pour accélérer la perte de chaleur de votre environnement, et vous pourriez aussi commencer à transpirer afin que l'évaporation de la sueur de votre peau puisse vous aider à vous refroidir. Une forte respiration peut également augmenter la perte de chaleur.
Image montrant la régulation de la température en réponse aux signaux du système nerveux. Lorsque la température du corps tombe, les vaisseaux sanguins se contractent, les glandes sudoripares ne produisent pas de sueur et des frissons vont générer de la chaleur pour réchauffer le corps. Cela permet de conserver de la chaleur et de faire revenir la température du corps à la normale.
Lorsque la température du corps est trop élevée, les vaisseaux sanguins se dilatent, les glandes sudoripares sécrètent un fluide et la chaleur est libérée du corps. Comme la chaleur est libérée dans l'environnement, la température du corps revient à la normale.
Crédit d'image : Homeostasis: Figure 4 par OpenStax College, Biology, CC BY 4.0
D’autre part, si vous êtes assis dans une salle froide et que vous n’êtes pas habillé chaudement, le centre de température du cerveau devra déclencher des réactions qui vous aideront à vous réchauffer. Le flux sanguin de votre peau va diminuer et vous allez commencer à frissonner pour que vos muscles génèrent plus de chaleur. Vous pouvez aussi avoir la chair de poule — de sorte que les poils de votre corps se hérissent et capturent une couche d'air près de votre peau. Cette action libère certaines hormones qui agissent en augmentant la production de chaleur.
Le point de consigne n'est pas toujours déterminé de façon rigide. Ça peut être une valeur cible mobile. Par exemple, la température du corps varie sur une période de 24 heures : elle est plus haute en fin d’après-midi et plus basse en début de matinée. squared La fièvre entraine également une augmentation temporaire du point de consigne de température, et ce afin que les réactions qui permettent une augmentation de la chaleur soient activées à des températures supérieures à la normale. cubed

Les ruptures dans les rétroactions perturbent l'homéostasie.

L'homéostasie dépend des boucles de rétroaction négative. Ainsi, tout ce qui interfère avec les mécanismes de rétroaction peut (et va généralement ) perturber l'homéostasie. Dans le cas du corps humain, cela peut provoquer des maladies.
Le diabète, par exemple, est une maladie due à la rupture d'une boucle de rétroaction qui régule l'hormone insuline. Cette rupture de la boucle de rétroaction rend difficile voire impossible pour le corps de revenir d'un taux de glycémie élevé à un taux sain.
Pour comprendre comment survient le diabète, jetons un œil aux bases de la régulation de la glycémie. Chez une personne en bonne santé, la glycémie est contrôlée par deux hormones : l'insuline et le glucagon.
L'insuline réduit la concentration de glucose dans le sang. Après avoir mangé un repas, votre taux de glycémie augmente. Cela déclenche la sécrétion d'insuline des cellules β du pancréas. L'insuline agit alors comme un signal qui stimule les cellules du corps, telles que les graisses et les cellules musculaires, pour qu'elles utilisent le glucose comme combustible. L’insuline permet également de convertir le glucose en glycogène – une molécule de stockage – dans le foie. Ces deux processus éliminent le sucre du sang, faisant baisser le taux de sucre dans celui-ci, réduisant la sécrétion d'insuline et ramenant tout le système à un état d'homéostasie.
Si la concentration de glycémie augmente au-dessus de la fourchette normale, l'insuline est libérée, ce qui pousse les cellules du corps à éliminer le glucose du sang. Si la concentration de glycémie tombe en dessous de cette fourchette, le glucagon est libéré, poussant les cellules du corps à libérer du glucose dans le sang.
Crédit d'image : modifié de The endocrine pancréas: Figure 2 par OpenStax College, Anatomy & Physiology, CC BY 4.0
Le glucagon fait le contraire : il augmente la concentration de glucose dans le sang. Si vous n'avez pas mangé pendant un certain temps, votre taux de glycémie chute, ce qui déclenche la libération de glucagon à partir d'un autre groupe de cellules pancréatiques, les cellules α. Le glucagon agit sur le foie. Il permet la décomposition du glycogène en glucose, et sa libération dans le flux sanguin : le taux de sucre augmente dans le sang. Ensuite, la sécrétion de glucagon diminue et le système revient à l'homéostasie.
Le diabète survient lorsque le pancréas d'une personne ne peut pas produire suffisamment d'insuline ou lorsque les cellules du corps cessent de répondre à l'insuline, ou les deux. Dans ces conditions, les cellules du corps ne parviennent pas facilement à absorber le glucose, de sorte que la glycémie reste élevée pendant une longue période après un repas. Ceci s'explique par deux raisons :
  • Les cellules musculaires et graisseuses ne reçoivent pas assez de glucose, ou de "carburant". Cela peut provoquer de la fatigue ou même causer une perte des tissus musculaires et graisseux.
  • Une glycémie élevée provoque des symptômes tels qu'une augmentation de la miction, la soif et même la déshydratation. Avec le temps, cela peut entrainer des complications plus graves.start superscript, 4, comma, 5, end superscript

Les boucles de rétroaction positive

Les circuits homéostatiques comprennent généralement des boucles de rétroaction négative. La caractéristique d'une boucle de rétroaction négative est qu'elle neutralise un changement en ramenant la valeur d'un paramètre, comme la température ou la glycémie, à son un point de consigne.
Cependant, certains systèmes biologiques utilisent des boucles de rétroaction positive. Contrairement aux boucles de rétroaction négative, les boucles de rétroaction positive amplifient le signal de départ. On trouve des boucles de rétroaction positive généralement dans les processus qui doivent être menés jusqu'à terme, et non lorsque le système actuel doit être maintenu.
Une boucle de rétroaction positive entre en jeu pendant l'accouchement. Lors de l'accouchement, la tête du bébé appuie sur le col de l'utérus - le fond de l'utérus, par lequel le bébé doit sortir - et active des neurones dans le cerveau. Les neurones envoient un signal qui entraine la libération de l'hormone ocytocine de la glande pituitaire.
L'ocytocine augmente les contractions de l'utérus, et donc la pression sur le col de l'utérus. Cela provoque la libération d'encore plus d'ocytocine et produit des contractions encore plus fortes. Cette boucle de rétroaction positive se poursuit jusqu'à ce que le bébé naisse.
Un accouchement normal est provoqué par une boucle de rétroaction positive. Celle-ci entraine un changement dans l'état du corps, plutôt qu'un retour à l'homéostasie. La boucle de rétroaction comprend (les boucles sont dessinées dans le sens des aiguilles d'une montre) : * Un signal nerveux provenant du col de l'utérus et transmis au cerveau * Le cerveau stimule la glande pituitaire afin qu'elle sécrète l'ocytocine * L'ocytocine est transporté par le flux sanguin jusqu'à l'utérus * L'ocytocine stimule les contractions de l'utérus et pousse le bébé vers le col de l'utérus * La tête du bébé pousse contre le col de l'utérus * Et ainsi de suite, en boucle !
Crédit d'image : Homeostasis: Figure 2 par OpenStax College, Anatomy & Physiology, CC BY 4.0