aurelien.chateigner.free.fraurelien.chateigner.free.fr/Semestre 6/Physiologie du... · Web viewPhysiologie du système nerveux et des glandes endocrines Généralités Dans l’organisme,

1

Physio syst nerv et gldes endocrines Mr. Gomez Semestre 6

Physiologie du système nerveux et des glandes endocrines

I. GénéralitésDans l’organisme, il existe 2 systèmes de communication :

- Le système nerveux- Le système endocrinien

Ils assurent la transmission d’informations à l’intérieur de l’organisme entre les tissus et les organes. L’objectif étant de réguler de nombreuses fonctions corporelles.

Le système nerveux fonctionne en utilisant pour base anatomique les nerfs, qui correspondent aux voies anatomiques bien définies, pour partir du SNC, vers les organes effecteurs. A l’intérieur de ces voies on trouve un signal transmis : le potentiel d’action. Le SN permet des réponses rapides, de l’ordre de la milliseconde, et qui sont de courte durée, au point de vue de leur durée totale.

Le système endocrinien (de endon (grec) = en dedans et krinein = sécréter) repose sur la sécrétion de molécules que l’on appelle des hormones, qui sont des messages chimiques déversés dans le sang et transportés dans tout l’organisme.

Les réponses ne sont pas immédiates, elles se déclenchent après un temps de latence de quelques secondes à quelques jours. Ce temps de latence correspond à un laps de temps durant lequel il y a absence de réponse. Il correspond au temps nécessaire pour le transport des hormones dans le sang et le temps de déclenchement de la réponse physiologique des organes. Les réponses sont plus durables que

2


celles induites par le système nerveux, elles durent de quelques minutes à plusieurs heures, voir jours. La plupart des cellules de l’organisme va être sensible aux hormones.

Il faut bien distinguer le système endocrinien, qui emploie des glandes endocrines, qui vont être à l’origine de la sécrétion des hormones, des glandes exocrines, qui sécrètent leur sécrétion non pas dans le sang, mais vers des conduits excréteurs, avec par exemple le pancréas exocrine, qui sécrète les sucs pancréatiques.

Phylogénétiquement (au niveau de la phylogenèse), on constate que c’est un système ancien, puisqu’on le retrouve chez les insectes, on retrouve l’ecdysone, hormone de mue, ou chez les poissons, où l’on retrouve l’α-MSH, l’hormone mélano-stimulante. Nous allons nous focaliser aux hormones de l’homme.

A. Interaction entre système nerveux et système endocrinienOn ne peut les séparer facilement, à cause des interactions qui existent.

Elles sont innervées par le système nerveux périphérique, qui va moduler leur fonctionnement. Inversement, les hormones peuvent moduler le fonctionnement du système nerveux, en particulier au niveau du SNC. Il y a donc une interaction à double sens.

On constate que les neurones peuvent sécréter des molécules qui sont des neurotransmetteurs et qui sont aussi des hormones. Par exemple, c’est le cas de la noradrénaline, ou de l’adrénaline, qui sont sécrétés par les neurones sympathiques, et qui peuvent être aussi sécrétés dans le sang, et qui correspondent à des hormones. Il existe de plus des neurones particuliers qui vont sécréter des molécules que l’on appelle des neuro-hormones.

Pour distinguer neurotransmetteurs et neuro-hormones :

Chez l’homme, il y a 2 neuro-hormones :

- L’ocytocine- La vasopressine (ADH = hormone

antidiurétique)

Ces deux neuro-hormones sont libérées au niveau d’une zone que l’on appelle la neuro-hypophyse, qui est une structure à la base du cerveau, en dessous de l’hypothalamus.

Le système nerveux central est responsable du rythme biologique, que l’on appelle rythme circadien (le rythme journalier, veille-sommeil), il va déterminer la production de certaines hormones, en particulier en faisant varier la concentration des hormones sexuelles.

3


B. Les glandes endocrines dans l’organisme

Ce sont des organes bien définis, par exemple les glandes thyroïdes, parathyroïdes, surénales. On trouve aussi des prolongements d’organes, c’est ce qu’il va se passer au niveau de l’axe hypothalamo-hypophysaire. C’est une structure à la base du cerveau. C’est l’hypophyse qui correspond à la glande endocrine, qui est le prolongement de l’hypothalamus.

On trouve de plus une troisième classe de glandes, plus éparpillées. Par exemple, ça se fait au niveau de cellules intestinales spécialisées.

C. Les hormones

1. DéfinitionLes hormones ont été définies par Starling en 1905. Il considérait qu’une hormone était une substance excitatrice. Hormone vient du grec hormon = exciter. C’est bien la définition de départ, mais il faut savoir que les hormones peuvent aussi être inhibitrices.

4


C’est donc une molécule qui possède une action régulatrice, excitatrice ou inhibitrice, synthétisée au niveau des cellules d’un organe spécialisé qui correspond aux glandes endocrines, et l’action de cette hormone se produit à distance de son lieu de sécrétion grâce au transport par le sang.

A cette définition il faut rajouter un principe d’autorégulation dans l’action d’une hormone. C’est une principe de rétroaction ou feed-back qui se fait sur son lieu de production.

2. Classification

On distingue 4 groupes d’hormones.

5


Ces hormones sont classées selon leur nature chimique.

a) Les hormones peptidiques ou protéiquesElles sont hydrosolubles par nature. Elles ont une taille très variable, qui peut aller de 3 acides aminés, comme la TRH (thyroid releasing hormon) qui induit la libération d’hormone thyroïdienne, elle est sécrétée par l’hypothalamus.

Ensuite on trouve les hormones de 13 acides aminés, comme l’α-MSH, l’hormone mélano-stimulante.

Ensuite on trouve des hormones qui ont une longueur plus importante, 29 acides aminés, comme le glucagon, sécrété par le pancréas.

On peut ensuite trouver des structures plus complexes, grâce aux ponts disulfure, comme l’insuline, constituée d’une chaine a et d’une chaine b, reliées par un pont disulfure. On peut aussi avoir des structures en anneaux, comme l’ocytocine et la vasopressine. Enfin pour terminer, on a des hormones d’un poids moléculaire très élevé, qui en plus vont présenter des résidus glucidiques, donc on va parler de glycoprotéines, ça va être le cas par exemple de la FSH, l’hormone folliculo-stimulante, ou encore de la TSH, la thyroid stimulating hormon.

6


b) Les amines biogènesElles sont dérivées d’un acide aminé, qui correspond à la tyrosine, qui est un acide aminé qui présente un cycle à 6 atomes de carbone. On a 2 hormones qui correspondent à ces amines biogènes, libérées par la glande thyroïde, ce sont les hormones T3 (triiodothyronine) et T4 (thyroxine).

Les autres hormones aussi de cette nature sont les cathécholamines, l’adrénaline et la noradrénaline. On trouve aussi l’histamine, la sérotonine, et la dopamine.

c) Les hormones stéroïdesPar nature, ce sont des hormones liposolubles. Ce qui les distingue très fortement des hormones protéiques de nature hydrosolubles. Elles dérivent toutes d’une molécule de départ : le cholestérol. C’est une molécule qui présente 4 cycles. Cette molécule de cholestérol va être transformée par greffe de chaines latérales, on aura par exemple des groupements OH, qui vont se greffer, et c’est tout simplement la présence de ces chaines latérales qui confèrent la différence entre ces hormones.

On y trouvera les hormones sexuelles, comme la testostérone (de la famille des androgènes) chez l’homme, les œstrogènes (nom de famille) comme l’œstradiol, et enfin on a les progestatifs, comme la progestérone.

Ensuite on va trouver les minéralocorticostéroïdes, ce sont des molécules de nature stéroïdes, libérées par le cortex surrénalien, et qui contrôlent l’équilibre minéral du corps. On a ici la molécule d’aldostérone.

Les glucocorticostéroïdes sont des molécules stéroïdes, libérées par le cortex surrénalien, mais qui contrôlent l’équilibre du métabolisme glucidique. On trouve le cortisol.

Le cholécalciférol qui est un dérivé de la vitamine D.

L’ecdysone est produite chez les insectes, on trouve l’α-ecdysone et la β-ecdysone

d) Les éicosanoïdesCe sont des médiateurs chimiques découverts récemment, dérivés d’une molécule de départ : l’acide arachidonique. C’est un acide gras à 20 atomes de carbones, qui est un second messager intracellulaire. A partir de cet acide arachidonique on trouve 2 types de produits : les leucotriènes et les prostaglandines.

Ces molécules ont une action locale, paracrine, mais elles peuvent aussi avoir des actions plus éloignées, d’où leur classement dans les hormones.

3. Les mécanismes de l’action hormonale

a) Contrôle autocrine et paracrineLes hormones peuvent agir localement, sur les cellules à proximité. Selon la distance entre la cellule cible et la production, on définit les contrôles autocrines et paracrines.

Le contrôle autocrine est un mode de régulation de l’hormone sur la cellule qui l’a sécrétée.

Le contrôle paracrine est une action dans laquelle l’hormone va agir sur les tissus ou cellules cibles situées à proximité. Dans cette situation, tout comme dans l’action autocrine, l’hormone n’est pas

7


obligatoirement véhiculée par le sang. C’est ce qu’il va se passer avec les hormones sexuelles sur les cellules de l’ovaire. On aura action paracrine. On aura aussi une action paracrine réalisée par la somatostatine qui est libérée par les cellules Δ du pancréas, et ira agir sur les cellules α et β du pancréas. Pour les cellules α, on contrôle la production de glucagon, et les cellules β permettent de contrôler l’insuline.

Ces 2 modes de régulation peuvent s’exercer en synergie par rapport aux stimulateurs initiaux, et donc amplifier une réponse ou la prolonger.

b) Notion de rétrocontrôle (feed-back)D’une manière générale, un rétrocontrôle va s’exercer quand la concentration d’hormone circulante dans le sang contrôle en retour le fonctionnement de la glande endocrine qui l’a sécrétée.

(1) Feed-back négatifCe sont les plus courants dans l’organisme, l’hormone circulante émet un signal qui va agir rétroactivement sur la cellule de la glande endocrine en diminuant son niveau d’activité, ou inversement en l’augmentant.

On a une glande hormonale qui va sécréter une hormon périphérique, qui sera libérée dans le sang. La concentration sanguine va affecter des récepteurs qui induisent des effets métaboliques. Les récepteurs génèrent un signal qui ira agir en retour sur les tissus endocriniens qui auront sécrété l’hormone.

Quand on a une concentration d’hormones dans le sang qui augmente, le rétrocontrôle négatif, qui va s’effectuer sur la glande endocrine, va s’effectuer en exerçant un effet inhibiteur. Inversement, si l’on a diminution de la concentration, l’effet sur la glande est une activation.

(2) Feed-back positifC’est le plus rare dans l’organisme. Quand la concentration d’hormones circulantes augmente, il y a induction de la glande endocrine. Donc plus l’hormone est produite, plus la production augmente. C’est ce qu’il se passe dans la lactation : lors de la tétée, la stimulation mécanique par le nourrisson active la production d’ocytocine. C’est considéré comme rétrocontrôle positif, mais c’est limite, car ça implique des mécanorécepteurs.

c) Rythmes endocriniens biologiquesOn a, comme dans la plupart de l’organisme des changements périodiques ou cycliques des concentrations hormonales, qui vont suivre le rythme circadien, ou alors des rythmes inférieurs à 24h, ultradien, ou des rythmes très longs, très supérieurs, comme par exemple l’hibernation.

Le contrôle de ces rythmes est induit par le SNC, par le noyau suprachiasmatique de l’hypothalamus. On trouve ici des hormones, régulées selon un rythme.

8


C’est le cas du cortisol, libéré par les glandes surrénales, selon un rythme de 24h.

4. Biosynthèse et sécrétion hormonaleOn a des hormones protéiques d’une part et des hormones stéroïdiennes d’autre part. C’est deux classes déterminent 2 voies de biosynthèse différentes.

a) Hormones protéiquesDans les cellules, on a un fonctionnement qui suit le principe de synthèse des protéines. Il y a expression génique au niveau du noyau et formation de l’ARN. L’ARNm est traduit au niveau des ribosomes, maturation dans le golgi et exocytose des vésicules vers l’extérieur.

Le produit du gène n’est pas obligatoirement l’hormone, mais on peut avoir une pro-hormone qui sera clivée à cause de sa taille supérieure.

b) Hormones stéroïdiennesLa biosynthèse de ces hormones s’effectue selon différentes étapes qui s’effectuent toutes dans le cytoplasme. Le cholestérol est intégré dans la cellule qui va synthétiser l’hormone. Le cholestérol provient de l’alimentation ou de la synthèse hépatique. Le cholestérol va être transformé au niveau du réticulum endoplasmique lisse mais avant au niveau des mitochondries. Dans les mitochondries sont clivées les chaines latérales pour former la prégnénolone puis transformation en progestérone et formation des produits terminaux.

5. StockageLes hormones, dans la cellule sécrétrice peuvent être sécrétées sous forme de granules. On trouvera par exemple ceci dans les cellules qui synthétisent les cathécholamines. L’adrénaline sera stockée au niveau des granules sécrétoires.

Pour T3 et T4, est impliquée une molécule de stockage, la thyroglobuline.

9


6. SécrétionDes évènements complexes sont impliqués, on aura un stimulus initial, qui va être de nature hormonale, électrique ou une entrée de calcium. On induit alors la migration de granules sécrétoires, qui vont migrer dans la membrane plasmique, guidés par les microtubules assez souvent, et on aura processus d’exocytose. Le stimulus peut aussi déclencher la sécrétion sans intervention des granules sécrétoires.

7. Transport sanguinUne faible partie est transportée sous forme libre, du niveau du nano ou pico gramme. La forme libre est la forme minoritaire du transport. Donc majoritairement, il y aura transport lié. Ce sont des globulines, la plupart du temps, qui se lient aux hormones, ce sont les molécules de transport. On a des globulines spécifiques suivant le type d’hormones.

Pour les hormones thyroïdes, on trouve la TBG (thyroid binding globulin). La SHBG (sex hormon binding globulin) fixe spécifiquement les hormones sexuelles, testostérone et œstradiol.

A côté de toutes ces globulines spécifiques, il y en a une non spécifique, la sérumalbumine est une globuline qui fixe de manière non spécifique toutes les hormones, mais le transport est moins efficace. Il y a fixation par liaison non covalente, faible. Il faut que l’hormone puisse se lier, mais se détacher. Donc il faut une faible affinité. La dissociation s’effectue à proximité de la cellule cible. Cette molécule de transport va protéger les hormones dans le compartiment sanguin, pour éviter leur dégradation.

8. ActivationAu niveau de la cellule cible, la seule hormone efficace est l’hormone libre. Cependant, ce que l’on constate, c’est qu’au niveau de la cellule sécrétrice, l’hormone est synthétisée soit directement, soit sous la forme d’un précurseur appelé pro-hormone. La pro-hormone est le produit du gène. C’est une molécule de taille plus grande que l’hormone définitive, elle est inactive, et clivée sous l’action d’une protéase en hormone définitive. Cette protéase agit par exemple dans les cellules de la glande endocrine, c’est un clivage intracellulaire. C’est ce qu’il se passe pour l’insuline, pour le glucagon. C’est un clivage intracellulaire.

On peut aussi avoir clivage dans le compartiment sanguin, la pro-hormone présente dans le compartiment sanguin se fait cliver par la protéase, et agit pour former la protéase définitive. C’est ce qu’il se passe pour la T4. Elle est transportée dans le sang avec la TBG, et dans le sang, à proximité de la cellule cible, la T4 va se voir cliver pour libérer la T3. Donc la T4 est la pro-hormone, et la T3 et l’hormone active, définitive.

9. InactivationCes processus vont être à la base de la définition d’un paramètre qu’on appelle le temps de demi-vie. C’est le temps nécessaire pour dégrader 50% de la concentration initiale de l’hormone. Il est intéressant car il permet de comparer la vitesse de dégradation des hormones.

Pour les hormones protéiques, on va constater qu’il y aura des protéases qui vont dégrader ces hormones. C’est ce qu’il va se passer par exemple pour le glucagon. La demi-vie est de quelques minutes. C’est aussi le cas de l’insuline. Par contre, les hormones à structure plus complexe comme les glycoprotéines comme l’hCG (hormone chorionique gonadotrope), qui sert au maintient de la gestation, et est mesurée par le test de grossesse. Sa demi-vie dure plusieurs heures.

10


Pour les hormones thyroïdiennes, la dégradation va s’effectuer au niveau de la bile. On aura formation de composés inactifs par dégradation // à approfondir.

Pour les hormones non peptidiques, par exemple stéroïdiennes, il y aura conjugaison, au niveau de ces hormones, conjugaison avec des acides faibles, c’est l’acide glucuronique, que l’on trouve au niveau biliaire, qui rend soluble ces hormones qui sont au départ liposolubles.

10. Bases moléculaires de l’action hormonaleAu niveau de la cellule cible, l’action de l’hormone s’effectue par fixation sur des récepteurs spécifiques. La fixation de l’hormone sur ses récepteurs répond à 2 principes essentiels : d’une part à la stéréospécificité, qui repose sur la complémentarité structurale entre hormone et récepteur et confère la haute affinité entre les deux, et d’autre part la saturabilité, sur une cellule cible, il y a un nombre totale de récepteurs N, et quand ils sont tous occupés par l’hormone, ils sont saturés, et donc le reste de l’hormone se retrouve libre. La fixation de l’hormone sur son récepteur s’effectue de façon non-covalente, elle est réversible. Pour une concentration d’hormone donnée et de récepteur donnée, on a formation du complexe, de manière réversible.

On a donc des constantes de vitesse d’association (ka) et de dissociation (kd), et on peut alors définir

KA = kakd

=[HR ]

[H ][R]

Représentation de Scatchard :

[HR ][H ]

- KA

[HR]

[HR ][H ]

=−KA [HR ]+KA×N

N

11


12


// manque une partie de cours

Hypothyroïdie

Hyperthyroïdie : se révèle sous le nom de Goïtre exophtalmique ou maladie de Graves. Cette maladie est due à un hyperfonctionnement de la glande thyroïde, dû à l’augmentation du nombre de cellules principales, qui sont celles qui produisent les hormones thyroïdiennes. Les personnes ont des yeux exorbités, elles perdent du poids de façon importante, et ont une tachycardie. La perte de poids prouve que comme on a production d’hormones, le métabolisme s’accélère, et la tachycardie est due aux effets accélérateurs des hormones.

Régulation de la sécrétion thyroïdienne :

- Influence de divers paramètres du milieu environnant- Axe hypothalamo-hypophysaire

Le milieu environnant est le regroupement de divers paramètres environnementaux :

- La températureo Animaux poïkilothermes : animaux à sang froid (amphibiens, reptiles), la

température du sang suit les variations de température de l’environnement, ce qui se répercute sur la température corporelle

Quand la température extérieure baisse, on a baisse de la température corporelle, qui est liée à une diminution de l’activité de la glande thyroïde

Quand la température extérieure augmente, la température corporelle augmente, de par l’augmentation d’activité de la glande thyroïde

o Animaux homéothermes : animaux à sang chaud (vertébrés supérieurs), la température corporelle est stable

Quand la température extérieure diminue, la température corporelle tend à augmenter pour compenser la perte de température, c’est dû à une augmentation de l’activité de la glande thyroïde

Quand la température extérieure augmente, il faut maintenir la corporelle à 37°C, donc elle va diminuer, de par la réduction de l’activité de la glande thyroïde, pour réduire le métabolisme basal, et réduire la température

Il y a un cas particulier : les hibernants. La glande thyroïde réduit considérablement son fonctionnement pour amener l’animal à l’hibernation.

- Le régime alimentaire : c’est la consommation d’iodes (apport d’iodes pour que la glande thyroïde fonctionne : quand l’apport d’iodes est insuffisant Goïtre ; quand apport trop fort en iodes, arrêt du fonctionnement de la glande thyroïde.)

Régulation par l’axe hypothalamo-hypophysaire : implique 2 structures, l’hypothalamus et l’hypophyse. C’est le système de régulation pour de nombreuses glandes endocrines.

L’hypothalamus synthétise la TRH (Thyroïd Releasing Hormon), hormone qui induit la libération d’hormones par la glande thyroïde. Elle s’appelait Thyrolibérine. Au niveau de l’hypophyse, une autre hormone est libérée, la TSH (thyroïd stimulating hormon), hormone qui stimule la thyroïde. Elle s’appelait Thyréostimuline. La TRH est transmise de l’hypothalamus à l’hypophyse antérieur, l’hypophyse ayant 2 lobes, un antérieur et un postérieur, la TRH agit sur le lobe antérieur. C’est un

13


tripeptide. Elle va stimuler la libération de TSH et sa synthèse. La TSH est libérée par l’hypophyse, c’est une glycoprotéine de 28 kDa. Elle va être diffusée par voies sanguines et va aller agir sur la glande thyroïde, où elle va agir sur les cellules principales thyroïdiennes. Elle va alors trouver un récepteur à la TSH, spécifique. Le récepteur à la TSH est à 7 domaines transmembranaires, et il a une grande boucle extérieure où se fixe la TSH. Les récepteurs à 7 domaines transmembranaires sont couplés aux protéines G, en particulier à une protéine G stimulante qui va activer l’adénylate cyclase. Elle transforme alors l’ATP en AMPc. La TSH a des effets ultrastructuraux, elle entraine la multiplication des villosités au pole apical de la cellule principale.

Ca va favoriser la captation du choroïde, et donc la TSH favorise la fabrication des hormones thyroïdiennes. Ca favorise aussi la captation de l’iode, l’iodination de la thyroglobuline. La TSH entraine au final l’augmentation de la production de T4 et T3.

Il y a régulation par un phénomène de feed-back. La production de TRH et TSH dépend de la concentration sanguine en T4 et T3. Plus la concentration sanguine en T4 et T3 diminue, plus la production de TRH et TSH est active, au niveau de l’hypothalamus et de l’hypophyse, et inversement. Ceci pour maintenir une constance dans la concentration des hormones thyroïdiennes.

14


Système des glandes parathyroïdes ; Le métabolisme du calcium

I. Importance du calcium dans l’organismeLe calcium est l’ion extra et intracellulaire le plus important du fonctionnement de l’organisme. Le calcium provoque la contraction des cellules musculaires striées et lisses, active la sécrétion de cellules sécrétrices, active l’apoptose, etc.. Le calcium est indispensable au fonctionnement de l’organisme, et au bon fonctionnement des cellules.

II. Distribution du calcium dans l’organisme

A. La calcémieC’est la concentration de calcium au niveau sanguin, plasmatique. Elle est d’environ 2,2 mmol/L, ce qui correspond à une concentration de 90 mg/L. Le calcium, dans le plasma, n’est pas libre, il se trouve lié aux protéines plasmatiques. 80% est lié à la sérumalbumine, 10% aux globulines, et 10% aux citrates. A côté de cette fraction liée, on a une fraction libré, ionisée, qui correspond aux ions calcium Ca2+. C’est la forme la plus importante, car elle détermine les effets physiologiques. Les deux formes dépendent du pH sanguin, dans leur proportion. Quand le pH augmente, quand on va vers une alcalose, on constate une diminution de la calcémie. Par contre, en acidose, la calcémie augmente.

Au niveau du liquide extracellulaire, la concentration est d’environ 1,3 mM. Au niveau intracellulaire, la concentration est d’environ 100 nM (10-7) dans les cellules musculaires au repos. Quand il y a contraction, la concentration de calcium va s’élever, et on atteint un pic de concentration de 10 -3 M.

L’autre endroit où le calcium est stocké est l’os. L’os est le lieu principal du stockage du calcium. Chez un adulte, on stocke 1 kg de calcium dont 99% se trouvent dans les os, sous forme de cristaux d’hydroxyapatite de calcium. Ces cristaux ont une formule complexe entre des ions calcium et des ions phosphate : 3 Ca3 (PO4)2 ; Ca (OH)2

Ils confèrent la dureté à l’os.

Dans l’os on distingue artificiellement 2 zones. La première est le tissu osseux profond, qui renferme quasiment tout le calcium, le calcium est stocké sous forme de cristaux d’hydroxyapatite, c’est une zone stable dont les variations sont nulles. La deuxième zone est la zone rapidement échangeable, c’est une zone située de manière plus superficielle, qui se caractérise par des échanges entre os et milieu environnant. C’est évalué à 0,3 g de calcium par jour déposés sur l’os, c’est l’accrétion osseuse, et 0,3 g sont perdus, par résorption. Ces deux phénomènes se passent en même temps. Ce qui révèle que le squelette est en renouvellement permanent. Pour 1 kg d’os, le renouvellement se fait à 18% par an. Ce renouvellement se fait dans la zone d’échanges rapides.

15


Figure 1 : Mouvements de calcium dans l'organisme

B. Structure de l’osL’os est un tissu conjonctif dur, calcifié, qu’on peut distinguer en 5 zones :

16


Les ostéons sont des cylindres de calcium qui se superposent :

L’endoste est une fibre membrane formée de 2 types cellulaires, ostéoclastes et ostéoblastes. Elle est comparable au périoste.

Dans les os longs on trouve la moelle osseuse jaune, et dans les os plats ou vertèbres, on trouve la moelle osseuse rouge, tissu hématopoïétique.

L’os spongieux est un tissu peu structuré qui n’a pas d’ostéon.

C. Types cellulaires

1. Cellules souches mésenchymateuses ostéogéniquesInduit différenciation de cellules secondaires différenciées, ostéoblastes et ostéoclastes.

2. OstéoblastesCe sont des cellules qui se trouvent dans le périoste et dans l’endoste. Elles assurent l’accrétion osseuse, l’accumulation du calcium. Elles ont une activité de synthèse importante, réticulum endoplasmique et appareil de golgi sont très développés, elle synthétise une enzyme qui est la phosphatase alcaline. Celle-ci est importante car elle induit la minéralisation de l’os. La minéralisation est induite en stimulant directement les dépôts de calcium, ou indirectement en inhibant les inhibiteurs de la décalcification.

17


Ces cellules présentent des protubérances membranaires qu’on appelle vésicules de calcification, qui vont se détacher de l’ostéoblaste, et qui contiennent du calcium. Ca va aller au niveau de la matrice osseuse, ce qu’on a évoqué précédemment au niveau de l’os compact. Ces vésicules se détachent pour rejoindre la matrice osseuse.

3. OstéoclastesCe sont des cellules multinucléées, qui présentent une bordure en brosse. Ces cellules se caractérisent par la présence de lysosomes à l’intérieur, libérés dans la matrice, pour provoquer la résorption, digestion enzymatique de l’os, provoquée par ces enzymes lysosomiales. Ces enzymes digèrent les cristaux, et libèrent du calcium ionisé, soluble. Libération d’acide lactique et d’acide carbonique. Ces 2 types de cellules agissent inversement.

4. OstéocytesOn les trouve au niveau de l’os comptact. Elles correspondent au dernier stade de différenciation des 2 types cellulaires précédents, elles assurent la survie de l’os au niveau des apports.

III. Les glandes parathyroïdes – LocalisationAu niveau de la trachée, au dessus de la thyroïde, on trouve les glandes parathyroïdes. Ce sont des glandes de petite taille (3x6x2 mm). Elles sont au nombre de 4.

A. HistologieOn trouve des cellules principales, qui sont les plus nombreuses, et qui synthétisent la PTH, l’hormone parathyroïdienne. On trouve aussi des cellules oxyphiles, cellules plus rares, dont le rôle est inconnu.

B. FonctionsCes glandes parathyroïdes vont intervenir dans la régulation du métabolisme du calcium dans l’organisme. Pour cela, le contrôle se fera par la PTH, grâce à une deuxième hormone, la calcitonine – hormone synthétisée par les cellules C de la thyroïde – et par une troisième hormone, le calcitriol – dérivé de la vitamine D. Ces trois hormones interviennent pour réguler le métabolisme du calcium dans l’organisme.

1. La PTHLa PTH est de structure linéaire, simple chaine de 84 acides aminés. Au niveau de la cellule principale, cette hormone est synthétisée par l’expression d’un gène qui code pour une pré-pro-parathormone.

18


Elle fait 101 acides aminés. Elle devient pro-parathormone par clivage dans la cellule principale. Elle fait alors 90 acides aminés. Enfin, la PTH est libérée, 84 acides aminés. Certaines hormones sont synthétisées sous forme de précurseur inactif. La pré-pro-parathormone est inactive, la pro-parathormone a 50% d’activité.

Elle est sécrétée par exocytose et est libérée dans le sang. La libération se fait grâce à la calcémie. Quand la calcémie diminue, la concentration de parathormone va augmenter.

[PTH]

Calcémie

(mg/100 mL)

La calcémie stimule les cellules principales en favorisant l’incorporation des acides aminés nécessaires à la synthèse de la parathormone et le clivage des précurseurs de pro-parathormone en parathormone.

a) Rôle physiologique3 niveaux :

- Sur l’os- Sur les reins- Sur les intestins

(1) Sur l’osLa parathormone stimule la résorption osseuse, c'est-à-dire la libération de calcium vers le compartiment sanguin. Son but est de ramener la calcémie à sa valeur normale, suite à une baisse. Elle libère donc le calcium stocké dans l’os.

Cette action s’effectue sur l’unité métabolique osseuse. C’est une structure qui est complètement artificielle, mais qui prend en considération l’ensemble des cellules qui partent de la cellule souche et qui se différencient.

La cellule ostéogénique se différencie en pré-ostéoclaste, qui devient ostéoclaste, qui devient pré-ostéoblaste, qui devient à son tour ostéoblaste, et enfin, il devient ostéocyte. C’est l’unité métabolique osseuse.

La PTH agit en deux temps :

19


- Dans une phase rapide, quand la PTH voit sa concentration augmenter dans le sang, dans les minutes ou heures qui suivent, on a une action directe sur les ostéoclastes. Cette action s’effectue via un médiateur : l’interleukine 1. Elle freine les ostéoblastes, qui eux favorisent l’accrétion. On assure ainsi la résorption.

- L’effet plus lent se met en jeu après quelques jours après l’augmentation de la PTH dans le sang. On a alors activation de la différenciation des cellules souches vers des pré-ostéoclastes pour les amener à former des ostéoclastes. On va voir aussi une inhibition de la différenciation des ostéoclastes en ostéoblastes.

Ces effets sont réduits en présence de calcitriol. Quand il est présent, il réduit les effets de la parathormone.

(2) Sur les reinsLa PTH régule la concentration de calcium et de phosphore sanguin. Il y a une activité directe sur la sécrétion rénale de calcium, la PTH favorise la réabsorption du calcium par les néphrons, majoritairement au niveau du TCP. Ca favorise alors l’élimination des phosphates. Il y a phosphaturie quand la PTH est libérée. C’est encore au niveau du TCP. Il y a donc régulation des deux ions qui forment les cristaux, et il faut que les équilibres ioniques se fassent correctement, et donc que l’un entre quand l’autre sort.

(3) Sur les intestinsAu niveau de l’intestin grêle, la PTH favorise l’absorption intestinale du calcium. La PTH nécessite la présence de calcitriol (vitamine D).

Les effets périphériques (reins, intestins) favorisent donc l’augmentation de la calcémie.

Les effets cellulaires se font de la façon suivante : sur les cellules cibles on trouve des récepteurs à la PTH, couplés à une protéine G, et qui passent par une augmentation du taux d’AMPc intracellulaire.

20


2. CalcitomineC’est une hormone peptidique, linéaire, de 32 acides aminés. Elle est synthétisée à partir des cellules parafolliculaires « C ». Cette molécule est bien conservée au cours de l’évolution, ce qui montre son importance. C’est la calcémie qui régule la calcitomine. LA calcémie normale est de 9 mg pour 100 mL de plasma.

[calcitomine] 700

pg/mL

C’est une hormone hypocalcémiante.

Les effets physiologiques sont tout d’abord sur l’os. Elle va supprimer l’activité des ostéoclastes, ces cellules qui assurent la déminéralisation osseuse. Pour cela, dans l’unité métabolique osseuse, c'est-à-dire le cycle de transformation des cellules osseuses à partir de la cellule souche, qui assure la transformation en ostéoclaste puis en ostéoblaste, en passant par des états intermédiaires. Elle inhibe la transformation des cellules souches en ostéoclastes, mais elle va stimuler la transformation en ostéoblastes. Au final, ce qui est favorisé, c’est l’ostéoblaste, le type cellulaire qui assure l’accrétion osseuse, l’accumulation de calcium sur l’os. On diminue donc la calcémie en stockant le calcium. Donc ce qu’on voit, c’est que l’effet de la calcitomine est opposé à la PTH.

Au niveau des reins, on constate que les cellules tubulaires rénales possèdent des récepteurs à la calcitonine. Elle va favoriser l’élimination rénale de calcium. On favorise donc une calciurie, perte d calcium de l’organisme. Les phosphates sont aussi éliminés, il y a phosphaturie, natriurie (élimination des ions sodium), et aussi kaliurie (élimination des ions potassium). Un ion est récupéré, l’ion magnésium.

Le mode d’action cellulaire est le suivant : les cellules cibles possèdent des récepteurs à la calcitonine, ils sont couplés à l’adénylate-cyclase. L’action passe par une augmentation du taux d’AMPc.

3. La vitamine DElle est apportée majoritairement par l’alimentation. A partir du cholestérol estérifié (Δ7 cholestérol), au niveau des cellules de la peau, sous influence des UV, on le transforme en vitamine D3. Le cycle B du cholestérol s’ouvre, et la molécule se déroule. La vitamine D3est appelée cholécalciférol. C’est la première étape. C’est une molécule circulante. Elle sera transportée par voie sanguine dans un autre type cellulaire, les cellules du foie. La, il subira une hydroxylation au niveau du carbone 25. On forme du 25-OH D3. Au niveau des cellules du foie, la 25(OH)D3 agit sur la 25 hydroxylase en l’inhibant. C’est un moyen de régulation. Ensuite, le 25(OH)D3 circule, et atteint le 3ème type cellulaire : les cellules du rein. Là, on a hydroxylation complémentaire, et formation du 1,25(OH)2D3, le calcitriol, c’est la forme active, le métabolite de la vitamine D. C’est une hormone, mais par abus de langage on parle de la vitamine D. Dans la dernière étape, la 1-α-hydroxylase est

21


régulée par la parathormone, tandis que quand la calcémie s’élève, on inhibe la dernière étape d’hydroxylation.

Là encore, tout dépend de la calcémie. Quand elle s’abaisse, la production de 1,25(OH)2D3 va augmenter. Quand elle augmente, la production diminue et disparait, mais on va produire un nouveau composé, le 24,25(OH)2D3. C’est l’action des ions calcium sur les cellules rénales qui explique ce phénomène. La 1-α-hydroxylase est inhibée, mais la 24-hydroxylase est activée. On forme donc un composé inactif. L’autre paramètre qui régule la sécrétion, ce sont les glandes tyroïdes, avec la PTH. La production de calcitriol est efficace à condition que les glandes parathyroïdes soient intactes.

Sur l’os, la vitamine D favorise la minéralisation osseuse, elle stimule les ostéoblastes. Le 1,25(OH) 2D3 agit en stimulant les ostéoblastes. Ce que l’on constate, c’est que la vitamine D est très importante au cours de la phase de croissance, elle permet la minéralisation et le développement du squelette. A partir du moment où il n’y a pas assez de vitamine D, il y a des problèmes de développement qui conduisent au rachitisme.

Le deuxième effet, sur l’intestin, est que la vitamine D agit pour favoriser l’absorption du calcium par les cellules intestinales. Ca agit sur les cellules de l’intestin grêle, le duodénum. Le calcium est absorbé par les cellules épithéliales duodénales. Ca dépend du calcitriol et du calcium, pour qu’il soit absorbé.

Le mécanisme d’action cellulaire est le suivant : pour agir, le calcitriol a un récepteur situé au niveau nucléaire, c’est un dérivé d’un lipide, c’est ce qu’il se passe au niveau intracellulaire. La vitamine D pénètre au niveau cellulaire et active son récepteur, et ainsi l’expression de gènes. Au niveau intestinal, on active l’expression de la CaBP (Calcium Binding Protein), ou calbindine. Cette protéine est une protéine de transport du calcium intracellulaire, dans la cellule épithéliale. Elle favorise l’absorption du calcium.

22


IV. Les glandes surrénalesElles sont situées au dessus des reins, ce sont des glandes triangulaires. Le tissus surrénalien est diffus, étalé le long de l’aorte abdominale. Les glandes surrénales sont doubles, il y a deux tissus l’un dans l’autre. Il y a une glande externe que l’on appelle corticosurrénale (ou cortex surrénalien), c’est la couche la plus externe de la glande. La glande plus interne est la médullosurrénale. A partir du moment où l’on supprime les glandes surrénales d’un individu, la mort est quasiment instantanée.

23


A. HistologieLa couche la plus externe est composée d’une capsule d’enveloppe, c’est du tissu conjonctif. En dessous de la capsule, on trouve la corticosurrénale. C’est une zone qui présente 3 couches, toutes constituées de cellules qui sécrètent des hormones stéroïdes. Il y a 3 couches :

- La plus externe est la couche glomérulée : elle est peu développée (5 à 10% du cortex), formée de cellules organisées en bourgeons.

- Ensuite on a la couche fasciculée : c’est la plus développée, environ 75% du cortex. Les cellules sont organisées sous forme de cordons. Au milieu du cordon se trouve un canal d’évacuation.

- La dernière zone est la zone réticulée : l’organisation se fait sous forme d’un réseau anastomosé.

Ensuite, on trouve une deuxième zone, plus profonde, la médullosurrénale. Elle est totalement différente de la zone du cortex. Les cellules de cette zone synthétisent des hormones protéiques. Elles vont synthétiser des catécholamines. La médullosurrénale, au niveau embryonnaire est un ganglion sympathique différencié en cellules sécrétrices. On les appelle d’un nom un peu complexe : les phéochromaffinoblastes. On constate que ces cellules sont innervées par les terminaisons du nerf splanchniques, de la branche sympathique, qui correspond à l’élément préganglionnaire, il va libérer de l’acétylcholine. Celle-ci va provoquer selon un processus d’excitation-sécrétion la libération des catécholamines.

B. Physiologie de la médullosurrénaleC’est ici que sont sécrétées l’adrénaline (80%) et la noradrénaline (20%). Ces catécholamines sont circulantes, et sont considérées comme des hormones. Ce sont à la fois des hormones et des neurotransmetteurs. Cette zone glandulaire fonctionne par à-coups. Elle libère les catécholamines sous l’influence d’un facteur majeur : le stress. En cas de stress on libère de l’adrénaline. C’est la réaction de fuite. Les fonctions internes sont alors modifiées.

24


1. Synthèse des catécholaminesElles sont synthétisées, à partir d’un acide aminé de départ qui est la tyrosine. Elle est cyclique. La première étape est une hydroxylation par la tyrosine hydroxylase. On forme de la DOPA (3,4-dihydroxyphénylalanine).

Ensuite, il y a décarboxylation sur la chaine latérale. On perd COOH, il reste NH2, donc on transforme la chaine latérale en chaine amine, et on forme la dopamine, neurotransmetteur cérébral. Elle n’est pas libérée, elle n’a pas d’effet physiologique.

La dopamine sera hydroxylée dans une 3ème étape, sur le carbone en position β. On forme alors de la norepinephrine, qui est le nom anglais de la noradrénaline.

La dernière étape est une greffe d’un groupement méthyle sur la noradrénaline, sous l’action de la phenylethanolamine-N-méthyltransferase. L’epinephrine est le nom anglais de l’adrénaline.

L’adrénaline est libérée de 1 à 3 µg/min/kg. Par rapport à cette valeur basale, on a un multiplicateur de 2 à 3 en cas de stress. La demi-vie de l’adrénaline est de 10 à 20 seconde, elle est très brève, c’est une molécule très puissante et très rapidement dégradée, pour éviter que les effets ne soient trop marqués dans l’organisme.

2. Effets des catécholaminesCe sont à la fois des hormones et des neurotransmetteurs. On s’intéressera ici à l’effet hormonal. Les récepteurs adrénergiques sont responsables de l’effet cellulaire.

Récepteurs Agonistes Antagonistes Couplage Effets

α

α1Noradrénaline >> adrénaline Prazozine

GS/PLC qui provoque la

production d’IP3 et de DAG

Contraction des muscles lisses des vaisseaux, des bronches, et des cellules musculaires

rénales.

α2Noradrénaline >> adrénaline Ergotoxine

Gi/AC qui provoque la

production d’AMPc qui diminue

Ils sont situés sur les éléments présynaptiques des neurones,

ils régulent la sécrétion des neurotransmetteurs.

β

β 1Adrénaline >> noradrénaline

Propranolol (β-bloquant)

GS/AC qui provoque

l’augmentation du taux d’AMPc

Action sur les cellules hépatiques et sur les cellules

cardiaques

β 2Adrénaline >> noradrénaline Gi/AC Bronchodilatation

β 3Adrénaline >> noradrénaline GS/AC Lipolyse

3. Effets médiés par les récepteurs β1

a) Effet hépatiqueSur les cellules du foie, l’adrénaline favorise l’hyperglycémie en favorisant l’utilisation des stocks de glycogène. Il y a toujours un équilibre entre le glycogène et le glucose-1-phosphate.

25


b) Effets cardiaques (cellules ventriculaires)

4. Régulation de la synthèse de catécholamines

a) Régulation nerveuseLa régulation nerveuse n’est pas indispensable pour la synthèse, mais c’est une composante essentielle. On a tout d’abord des récepteurs, localisés au niveau de la main, et des nerfs sensoriels qui atteignent les centres bulbaires, et en retour un nerf moteur est activé, le nerf splanchnique, qui active la médullosurrénale. La libération d’acétylcholine par ce nerf entraine la libération de catécholamines selon un processus d’excitation répression. Elle stimule de nombreuses enzymes de la voie de biosynthèse des catécholamines, comme activation de la dopamine hydroxylase…

b) Régulation localeUn certain nombre d’enzymes de la voie de biosynthèse sont régulées par leurs produits métaboliques, c’est un phénomène d’autorégulation selon un principe de feed-back négatif. C’est le cas de la tyrosine hydroxylase et de l’adrénaline. Plus on produit d’adrénaline, plus on inhibe la tyrosine hydroxylase. Elle se fait à l’intérieur de la cellule et régule le niveau de production.

26


C. Physiologie de la corticosurrénaleOn a à faire au niveau du cortex surrénalien à la production d’hormones stéroïdes. Les 3 zones de ce cortex vont produire des hormones stéroïdes (différentes suivant la zone). La zone glomérulée va produire des minéralocorticostéroïdes. Parmi ces composés, la principale molécule est l’aldostérone. Pour la zone fasciculée et réticulée, on a production de glucocorticostéroïdes, avec la production de cortisol et de cortisone. Enfin, ces deux zones produisent aussi des stéroïdes sexuels. En particulier, il y a production d’androgènes, comme la DHEA et la testostérone.

1. Biosynthèse des hormones stéroïdesOn part d’un composé précurseur : le cholestérol. Il vient soit de l’alimentation, soit de la synthèse hépatique. Il entre dans les cellules. Il est transformé au niveau des mitochondries, où l’on forme un composé précurseur, la prégnénolone. Elle va migrer au niveau du RE lisse, et ensuite il y aura tout un tas d’étapes d’hydroxylation pour former différentes familles de composés. Quand il y a hydroxylation sur le carbone 18, on forme de l’aldostérone, composé à 21 atomes de carbone. Son niveau de sécrétion est de 150 µg/jour. Les autres composés produits sont par exemple les glucocorticostéroïdes. On a ici hydroxylation sur le carbone 17, et on forme le cortisol. Il fait lui aussi 21 C, et est sécrété à 20 mg/jour. On trouve le cortisol en majorité chez l’homme, alors que chez les bovins, c’est la cortisone qui est majoritairement produite.

Les stéroïdes sexuels sont des androgènes. La DHEA (déhydroépiandrostérone) est un androgène produit dans les 2 sexes, on croyait que c’était l’hormone antivieillissement. On forme ensuite de l’androstenedione, qui donne de la testostérone, produite chez les deux sexes, et elle a 19 C, comme la DHEA. Après, à partir de la testostérone sont produit des œstrogènes, comme l’œstradiol et la progestérone, en quantités réduites. Les stéroïdes sexuels sont produits à hauteur de 20 mg/jour.

2. Localisation de la sécrétionLa production de minéralocorticostéroïdes ou de glucocorticostéroïdes ou de stéroïdes sexuels dépend de la présence de la 17-α-hydroxylase ou de la 18-α-hydroxylase. Dans la zone glomérulée, on ne trouve que la 18-α-hydroxylase, qui produit donc uniquement de l’aldostérone. Par contre, elle n’a pas la 17-α-hydroxylase, donc elle ne produit pas les autres.

Dans la zone fasciculée, c’est l’inverse, on trouve la 17-α-hydroxylase, mais pas la 18-α-hydroxylase, et donc on produira les glucocorticostéroïdes et les stéroïdes sexuels. Le type d’hormones stéroïdiennes produit dépend uniquement de l’équipement enzymatique présent dans la zone.

3. Les minéralocorticostéroïdesSa production se fait dans les zones glomérulées. Elle contrôle l’équilibre minéral de l’organisme.

a) Equilibre Na+/K+

En contrôlant l’équilibre en ions sodium, on contrôle l’équilibre hydrique de l’organisme, et par conséquent la pression sanguine. Elle va contrôler aussi les déperditions hydriques au niveau des cellules sudoripares, des cellules salivaires et des cellules du colon. Majoritairement cependant, les cellules les plus affectées sont les cellules du tube rénal distal.

HRE : hormon response elements (promoteur inductible)

AiP : Aldosterone induced Proteins

27


4. Les glucocorticostéroïdes

a) Le cortisol

b) EffetsIl y a 2 types, des effets métaboliques et des effets sur le système immunitaire.

(1) Les effets métaboliquesIls se situent en particulier sur le muscle squelettique, il y a catabolisme des stocks énergétiques, des lipides et des protéines (lipolyse et protéolyse). Ils se retrouvent identiques au niveau du tissu adipeux. Dans le foie, on observe aussi des effets métaboliques, il y a stimulation de la synthèse de glycogène (glycogénogenèse). D’autre part, toujours au niveau du foie, il y a néoglucogenèse, c’est le processus qui consiste à produire des glucides à partir de l’utilisation des acides aminés et du glycérol. Les effets métaboliques s’effectuent de manière à économiser le glucose au détriment des autres voies métaboliques. Pour preuve, dans les muscles et les tissus adipeux, on consomme les autres voies.

(2) Les effets sur le système immunitaireCe sont des effets anti-inflamatoires, le cortisol réduit la réponse immunitaire de type cellulaire, qui implique les lymphocytes T et B, et réduit aussi la réponse immunitaire de type humoral, qui implique la production d’anticorps. Dans les deux cas, les réponses du système immunitaires sont réduites. C’est utilisé pour faire des traitements d’inhibition du système immunitaire dans le cas de douleurs rhumatismales.

(3) Autres effetsIls sont de type minéralocorticostéroïdes. Ca maintient les volumes extracellulaires en assurant la reprise des ions sodium, mais ces effets sont moins marqués que ceux de l’aldostérone.

28


c) Mode d’action cellulaireLes cellules cibles ont des récepteurs au cortisol, ce sont des récepteurs aux stéroïdes. On va produire des protéines cibles qui déclencheront les effets cellulaires.

5. Les hormones sexuellesChez l’homme comme chez la femme, il y a production de stéroïdes sexuels qui sont des androgènes. Ceux qui sont produits sont la DHEA, et la testostérone. Ces hormones n’ont pas un rôle clairement identifié. Avant la puberté, l’augmentation du taux de DHEA permet la maturation de la zone réticulée, l’adrénarche. Il y a aussi des effets sur la croissance de l’enfant. Elle aurait aussi été reconnue comme étant une hormone antivieillissement.

Les androgènes sont majoritairement produits au niveau des gonades. La production est masquée par les gonades, d’où les difficultés d’identification de l’effet. On a des productions excessives d’androgènes, qui provoquent des virilisations pathologiques, dans le cas de tumeurs.

6. Régulation de la corticosurrénale

a) Cas des glucocorticostéroïdes et des stéroïdes sexuellesL’axe hypothalamo-hypophysaire est impliqué.

CRH : corticoptrophin releasing H

ACTH : corticotrophin

L’ACTH stimule le développement et la sécrétion d’hormones stéroïdes. La zone glomérulée n’est pas affectée.

b) Cas de l’aldostéroneLe système rénine-angiotensine intervient pour réguler la production d’aldostérone.

29


Elle débute par la production de l’angiotensinogène, produit par le foie et libéré dans le compartiment sanguin. Il sera alors amené au niveau du rein. On aura alors sécrétion d’une enzyme protéolytique, la rénine, libérée par les cellules de l’appareil juxtaglomérulaire. C’est une structure à coté du glomérule. L’artère afférente du glomérule est à proximité du TCD. Les cellules de ces deux structures se différencient en cellules sécrétrices qui forment les cellules de l’appareil juxtaglomérulaire, au contact entre le tube distal et l’artère afférente.

La rénine va alors cliver l’angiotensinogène en angiotensine 1. On forme ici un composé de 10 acides aminés (13 pour le précédent). C’est un composé circulant. Il sera acheminé jusqu’au niveau des artères pulmonaires. A ce niveau, il y a sécrétion d’une seconde enzyme, de conversion. Elle va cliver l’angiotensine 1 en angiotensine 2, octapeptide. Contrairement aux molécules précédentes, c’est un composé actif, c’est une hormone circulante. Elle sera véhiculée par voie sanguine, et elle va agir principalement sur le cœur, sur le rein et sur les vaisseaux sanguins.

Sur le cœur, elle a des effets inotropes positifs. Sur les vaisseaux sanguins, ça a des effets de vasoconstriction. Avec ces deux effets, on a un effet hypertenseur très marqué.

Manque fin

30


Le pancréas endocrine

I. IntroductionC’est une glande double, elle a 2 fonctions : une exocrine, qui sécrète un certain nombre de sucs digestifs dans la lumière intestinale ; une endocrine, déterminée par les ilots de Langerhans.

Les ilots de Langerhans sont des structures réparties à l’intérieur du tissu pancréatique.

Une disfonction du pancréas endocrine entraine une pathologie : le diabète.

Il y a environ 1 million d’ilots de Langerhans dans le pancréas de l’homme, ce qui représente environ 1,5% de la masse totale du pancréas. Ils sont très vascularisés, et innervés par les 2 branches du SNP. Les cellules des ilots sont de plusieurs types, mais ont même structure : le REG est très développé, il y a des appareils de golgi, et des vésicules de sécrétion. Ces cellules vont synthétiser des protéines.

On trouve 4 types :

- α : sécrètent le glucagon- β : sécrètent l’insuline- δ : sécrètent la somatostatine- F ou PP : sécrètent le polypeptide pancréatique

II. L’insuline

A. ProductionProduite par les cellules β, par l’intermédiaire de molécules précurseur, la première étant la pré-pro-insuline, qui devient la pro-insuline, formée de 86 acides aminés, et de structure :

31


Elle a 2 ponts disulfures inter-chaine et 1 intra-chaine.

La pro-insuline est transportée dans l’appareil de golgi, et convertie en insuline définitive, par clivage. Le peptide de connexion est éliminé, et il ne restera que la chaine B et la chaine A, qui vont former l’insuline. C’est une molécule de 51 acides aminés, formée de 2 chaines, 1 chaine A de 21 acides aminés, et une chaine B de 30 acides aminés. Les molécules d’insuline synthétisées dans le règne animal vont très peu se défaire, elles sont très comparables. Ca a été exploité jusqu’à récemment pour apporter de l’insuline aux diabétiques. Aujourd’hui elle est produite par génie génétique.

Le peptide C est une molécule sécrétée en même temps que l’insuline, et qui n’a pas d’activité biologique connue.

B. SécrétionLa production d’insuline basale est de 10 µU/mL = 0,4 ng/mL = 69 pmol/L. Les quantités sont très faibles. Ce sont les quantités basales. Quand on stimule le pancréas, on provoque une élévation en concentration du glucose sur le pancréas.

L’apport d’acides aminés par le repas suffit à provoquer la sécrétion d’insuline.

32


III. Mécanisme d’action du glucose sur la cellule β

A. Entrée du glucoseSur une cellule β, le D-glucose s’avère efficace, il pénètre dans la cellule. Par contre, la forme L-glucose n’est pas efficace. Le D-galactose n’est pas efficace non plus. On constate que sur la cellule β, il y a des transporteurs Glut-2, qui transportent le glucose et l’acheminent à l’intérieur du cytoplasme. Le glucose a pour rôle de déclencher la production d’insuline.

B. Rôle du glucoseIl y a 2 mécanismes d’action, un biochimique et un ionique.

1. Mécanisme d’action biochimiqueLe 1,3-bisphosphoglycérate doit être produit pour que l’insuline soit formée.

2. Mécanisme ioniqueIl dépend de la production d’ATP dans la cellule β suite à la transformation en 1,3-bisphosphoglycérate.

33


C. Modulation de la sécrétion

1. Stimulants directsD-glucose, mannose, leucine, nerf vague, par récepteurs muscariniques permettent la sécrétion d’insuline.

2. AmplificateursCe sont des molécules qui ne sont pas capables de sécréter l’insuline, mais de l’amplifier. Ce sont par exemple de la sécrétine, de la gastrine. La branche sympathique du système nerveux, par l’adrénaline et des récepteurs β adrénergiques sur la cellule β amplifie la réponse.

3. InhibiteursOn a par exemple la somatostatine, l’adrénaline, par ses récepteurs α.

IV. Les récepteurs à l’insulineCe sont des récepteurs transmembranaires, 2 chaines α et 2 chaines β, avec un récepteur tyrosine kinase à l’intérieur. On a une activité tyrosine kinase.

A. Effets physiologiquesL’hormone anabolisante favorise le stock des 3 classes de nutriments. Elle favorise la diminution du stock de glucose plasmatique, c’est une hormone hypoglycémiante, elle favorise le stock dans les cellules cibles.

B. Effet sur le métabolisme des glucidesC’est un effet hypoglycémiant. Sur les cellules musculaires squelettiques et sur les cellules hépatiques, l’entrée de glucose est facilitée, par les transporteurs Glut-1 et Glut-4.

Elle va favoriser la glycogénogenèse.

C. Métabolisme des protéinesL’insuline favorise la synthèse de protéines en favorisant le transport d’acides aminés et en augmentant l’activité ribosomiale et diminue la protéolyse.

D. Métabolisme des lipidesFavorise le stockage des lipides à l’intérieur des cellules adipeuses, ou adipocytes blancs, en agissant à 3 niveaux sur ces cellules. Elle favorise en fait l’entrée des triglycérides sur les cellules.

L’insuline favorise l’entrée d’acides gras, inhibe la lipolyse intracellulaire, et favorise l’entrée de glucose.

34


V. Le glucagonIl est produit par les cellules α sous forme d’un précurseur, le pro-glucagon

A. Effets physiologiquesCatabolisante, hyperglycémiante. Il a les effets inverses de l’insuline.

En cas d’hypoglycémie, il y a stimulation de la synthèse de glucagon. On considère l’hypoglycémie à partir de 500 mg/L. En cas d’hyperglycémie (> 1,6 g/L), le glucagon est inhibé. Les catécholamines et l’adrénaline stimulent la synthèse de glucagon en stimulant les récepteurs β-adrénergiques des cellules α.

Les effets du glucagon passent par un récepteur à 7 domaines transmembranaires, couplés à une adénylate cyclase, augmentant le taux d’AMPc. Il y a 3 effets sur les 3 classes de nutriments.

1. Action sur les glucidesOn constate que le glucagon va stimuler la glycogénolyse. Ça passe par une stimulation de la phosphorylase, stimulant la libération de glucose par les cellules hépatiques. Il y a inhibition de la glycogène synthase.

2. Action sur les lipidesLe glucagon favorise la lipolyse. On libère alors des acides gras et du glycérol, qui vont pouvoir participer à la synthèse de glucose, par la néoglucogenèse.

35


3. Action sur les protéinesOn constate qu’il y a un effet de protéolyse, qui donne sur les cellules une libération d’acides aminés, qui vont être dirigés vers le foie, et entrer dans la néoglucogenèse pour former du glucose.

B. Contrôle de la sécrétion du glucagonOn définit le rapport I/G, qui est le rapport des concentrations hormonales de l’insuline et du glucagon. Il varie au cours de la journée. Quand on consomme des glucides (hydrates de carbone).

Rapport I/G

70 glucose stocké par le foie Production de glucose par le foie

15

6 Manque de glucose

2 Glucose disponible

Repas riche en glucides Repas léger Après 1 nuit de jeûne Famine

VI. La somatostatineElle est synthétisée par les cellules δ des ilots de Langerhans, c’est un polypeptide de 14 acides aminés. Elle est aussi synthétisée dans un autre endroit de l’organisme, l’encéphale, au niveau de l’hypothalamus. Là, c’est un neurotransmetteur, elle va agir sur l’hypophyse antérieure. A ce niveau elle va inhiber la sécrétion de l’hormone de croissance, la GH, et une autre hormone, la corticotrophine, la CTH.

A. Actions physiologiquesC’est un régulateur de la sécrétion de l’insuline et du glucagon. On a là un bel exemple d’effet paracrine. La somatostatine synthétisée par les cellules δ va agir sur les cellules β qui synthétisent l’insuline, et sur les cellules α qui synthétisent le glucagon. Elle va en particulier passer par les jonctions GAP. Elle a une action sur le système digestif, elle inhibe presque toutes les fonctions gastro-intestinales, en particulier, elle réduit les sécrétions exocrines d’acides gastriques et de gastrine.

S’il y a une dérégulation de la somatostatine, on a des formes de diabète qui apparaissent.

VII. Polypeptide pancréatique

A. BiosynthèseIl est synthétisé par les cellules PP ou F des ilots. C’est un peptide de 36 acides aminés. Il aura les effets physiologiques suivant : il va être sécrété suite à l’ingestion d’un repas riche en protéines. Il va être sécrété plus tôt que la sécrétion d’insuline, déclenchée par le taux d’acides aminés.

36


B. Effets physiologiquesIl va agir sur certaines fonctions intestinales, inhiber la sécrétion d’enzymes sur le pancréas exocrine, il va inhiber la sécrétion de la vésicule biliaire, ainsi que la sécrétion biliaire à proprement dite. Il inhibe aussi la sécrétion gastrique. C’est un régulateur du fonctionnement du tube digestif.

37


L’axe hypothalamo-hypophysaire

I. IntroductionIl a été découvert très tôt, dès Aristote. Elle sécrète un grand nombre d’hormones qui régulent le fonctionnement global du système endocrinien. L’hypothalamus va intégrer un grand nombre de paramètres corporels, par exemple les variations de température, le stress, la douleur…

En retour, l’hypophyse va moduler l’organisme en régulant le fonctionnement des glandes endocrines. Il va réguler le fonctionnement de la tyroïde, des surrénales…

II. Localisation de l’axeCes deux éléments ont une origine différente. L’hypothalamus est un élément purement nerveux, il provient du neuroectoderme. Il va en plus former une partie de l’hypophyse : l’hypophyse postérieure.

L’hypophyse antérieure est une partie d’origine différente, c’est une structure ectodermique. C’est une structure formée par les cellules glandulaires, qui seront purement sécrétrices.

Entre les deux, un lobe est le lobe intermédiaire de l’hypophyse, il est intégré entre l’hypophyse antérieure et la postérieure. Ce lobe intermédiaire est très réduit chez l’homme, il sécrète une hormone qui est l’α-MSH (melanocyte stimulating hormon). Elle a un rôle très faible chez l’homme, elle contrôlerait le bronzage.

A. Lobe postérieurC’est un élément nerveux, il peut être appelé neurohypophyse. C’est un élément purement nerveux. On va trouver des cellules nerveuses (neurones) et des cellules gliales. Les neurones sont en particuliers présents sous la forme d’axones. Les corps cellulaires sont localisés dans l’hypothalamus, au niveau de certains noyaux. En particulier, deux noyaux sont importants, le noyau supraoptique, et le noyau paraventriculaire. Ils forment un bouton synaptique en liaison avec des vaisseaux sanguins.

B. L’hypothalamusC’est une sorte de relais essentiel dans le fonctionnement cérébral, il intègre de nombreux signaux corporels qui proviennent de l’extérieur. Il va intégrer la nociception (information douloureuse) qui provient du thalamus. Il reçoit des informations qui concernent l’état de veille ou de sommeil de l’individu, qui proviennent de la substance réticulée activatrice. Les émotions, le froid, sont captés par l’hypocampe. La vision est captée par les nerfs optiques. Il va donc intégrer des informations sensorielles et agir en fonction de celles-ci. Dans l’hypothalamus il y a des interconnexions entre les neurones, qui permettent de faire fonctionner en réseau ces neurones. Les zones de l’hypothalamus fonctionnent selon une logique fonctionnelle, les neurones qui vont capter l’information de variation

38


de température vont être en lien avec les neurones qui vont libérer les hormones, et contrôler la régulation de la tyroïde, et donc la libération de TRH.

2 noyaux particuliers fonctionnent de la même façon, il y a le noyau paraventriculaire, et le noyau supraoptique. Ils vont former des amas de neurones, qui vont projetter leurs axones dans la neurohypophyse. Le noyau paraventriculaire va sécréter au niveau de ses neurones l’ocytocine, tandis que le noyau supraoptique va sécréter la vasopressine (ADH). Ces deux hormones sont appelées neuro-hormones. Elles sont sécrétées par des neurones, et libérés dans la circulation sanguine.

1. Structure des neuro-hormonesElles font toutes les deux 9 acides aminés. Elles diffèrent l’une de l’autre par 2 acides aminés. Leur synthèse s’effectue au niveau des somas. Elles seront libérées au niveau des terminaisons axonales qui font synapse au niveau des vaisseaux sanguins. Par conséquent, on constate qu’on a une certaine distance à parcourir. Un transport axonal s’effectue, grâce à des protéines de transport appelées neurophysines. On constate que l’on aura un précurseur hormonal de l’ocytocine, une pro-hormone, et la neurophysine qui va être associée. A l’arrivée au niveau du bouton synaptique, la neurophysine est libérée, et il y a alors clivage du précurseur, la neuro-hormone est libérée. On a donc un temps de migration axonale qui est de liée à la vitesse de transport, qui est de 2 à 3 mm/h. A partir du moment où s’effectue la synthèse et le moment de la libération, il y a 12 h qui s’écoulent.

2. Les effets physiologiques

a) L’ocytocineL’ocytocine a des effets sur les muscles lisses, elle induit la contraction du muscle lisse utérin, et dans une moindre mesure du muscle lisse vasculaire. Ce que l’on constate, c’est que la sensibilité de l’utérus à l’ocytocine évolue le long du cycle ovarien. Elle sera faible durant la phase folliculaire, mais va augmenter progressivement durant la phase lutéique. Elle augmente encore à partir du moment où il y aura grossesse. Elle est maximale dans les 2 dernières semaines. Elle provoque la contraction du muscle utérin au moment de l’accouchement.

La dilatation du col de l’utérus au moment de l’accouchement envoie des influx sensoriels au niveau de l’hypothalamus. En retour, la neurohypophyse libère de l’ocytocine. S’il y a lactation, elle va provoquer l’éjection du lait.

Les récepteurs sont couplés à la phospholipase C, donc en cas d’activation, il y a production d’IP3, qui stimule la libération de calcium du RE, ce qui provoque la contraction.

b) La vasopressine (ADH)Ses effets physiologiques s’effectuent principalement au niveau rénal, au niveau des tubules rénaux distaux. Ça favorise alors la réception de l’eau, qui va partir du niveau urinaire pour retrouver le niveau sanguin. La diurèse va alors diminuer, par contre, la volémie va augmenter.

L’ADH va contrôler le bilan hydrique de l’organisme, c'est-à-dire le phénomène de deshydratation ou de surhydratation.

Dans l’hypohalamus, il y a des neurones spécialisés, que l’on appelle osmorécepteurs. Ils controlent constamment la concentration de soluté dans l’organisme, et en particulier dans le compartiment

39


sanguin. Quand celui-ci devient de plus en plus concentré, ils émettent des signaux excitateurs en direction des noyaux supraoptiques, et ainsi favoriser la libération d’ADH.

Quand on consomme de l’alcool en quantités excessives, on inhibe la sécrétion de l’hormone antidiurétique, et donc on favorise la perte d’eau. On entre dans un cercle vicieux, on se déshydrate, et donc on a plus envie de boire.

Quand il y a une forte hémorragie, on constate que l’ADH est libérée en quantités importantes, ce qui provoque la vasoconstriction des vaisseaux sanguins. Une élévation de la pression artérielle est alors observée. L’intérêt est que comme le volume sanguin a chuté, la pression sanguine a aussi chuté, donc pour la compenser, il faut contracter les vaisseaux sanguins.

Son mode d’action :

Il y a 2 types de récepteurs : les récepteurs V1 et les récepteurs V2. On trouve les V1 au niveau des cellules musculaires des vaisseaux sanguins, ce sont des récepteurs couplés à la phospholipase C. Idem que précédemment. On provoque la libération de calcium et la vasoconstriction. Les V2 se trouvent au niveau des cellules tubulaires distales du rein. Ils sont couplés à l’adénylate cyclase, augmentent le taux d’AMPc. On active alors des canaux à eau (aquaporines). Elles sont chargées de l’effet diurétique.

3. PathophysiologiesPour la vasopressine, en hyposécrétion entraine le diabète insipide, il y a polyurie (grande sécrétion d’urine). Dans le diabète habituel, il y a une légère augmentation du volume urinaire, d’où le nom d’insipide de l’autre. Habituellement, cette pathologie est due à un traumatisme de l’hypothalamus, qui engendre une insuffisance de la sécrétion d’ADH.

Le cas d’hypersécrétion entraine la SIADH, syndrome inapproprié de sécrétion d’ADH. Il y aura alors une rétention d’eau, liée à une augmentation excessive de la perméabilité à l’eau du tubule rénal. Il y a surhydratation.

C. L’adénohypophyse (lobe antérieur)

1. StructureC’est une structure glandulaire, formée de cellules organisées en cordes.

On a 5 catégories de cellules au sein d’une corde. On trouve les cellules suivantes :

- Somatotropiques : elles synthétisent l’hormone de croissance : la Growth Hormon.

- Lactotropiques : elles synthétisent une hormone appelée PRL (prolactine)

- Corticotrophiques : elles synthétisent l’ACTH (corticotrophine)- Thyrotrophiques : elles synthétisent la TSH- Gonadotropiques : elles synthétisent 2 hormones : la FSH et LH

Il n’y a pas de connexion nerveuse directe entre le lobe antérieur et le lobe postérieur d l’hypophyse, tout comme l’hypothalamus. La connexion se fait par la libération d’hormones hypothalamiques,

40


libérées par l’hypothalamus, et qui vont agir sur l’hypophyse postérieure. C’est facilité par un réseau capillaire, anastomosé.

2. Les hormones

a) L’hormone de croissance (GH)Elle avait un nom ancien : la somatotropine. Elle fait 191 acides aminés. Elle a une structure très voisine de la prolactine. Elle est sécrétée de manière pulsatile sous l’influence de l’hypothalamus. Les effets physiologiques sont spectaculaires, ils permettent la croissance de l’organisme, croissance du squelette, les tissus mous. Ses effets sont dus à des actions de stimulation dans les cellules du métabolisme et des effets indirects liés à la croissance. Il passe par l’intermédiaire d’une molécule messagère, une hormone, l’IGF : insuline-like growth factor.

Les effets directs : ils s’opposent à ceux de l’insuline, ils vont ralentir l’absorption du glucose dans les cellules, et le métabolisme glucidique des cellules. Ça permet de stabiliser la glycémie. Les tissus cibles sont le foie (où il y a une stimulation en particulier de la prolifération cellulaire, du transport des acides aminés et de la synthèse d’ARN) et les cellules adipeuses (lipolyse des triglycérides, taux d’acides gras dans le sang augmente).

Les effets indirects : ils se font sur la croissance. Ils sont indirects car ils passent par la libération de l’IGF 1, une hormone qui a une action paracrine, mais aussi endocrine, elle est libérée par le foie, majoritairement. Elle est directement induite par l’action de la GH sur les cellules du foie. C’est un agent mitogène très puissant, il provoque la prolifération des cellules musculaires squelettiques, en particulier en stimulant les chondrocytes, mais aussi des cellules squelettiques. Ces effets s’arrêtent à la puberté, la concentration de GH dans l’organisme diminue.

Régulation de la sécrétion de GH :

41


Pathologies :

- Hypersécrétion : gigantisme 2,72 m- Hyposécrétion : nanisme

b) La prolactineElle est libérée par les cellules lactotropes. Ces cellules seront beaucoup plus efficaces lors de l’allaitement. Au moment de la grossesse et lors de l’allaitement, il y a prolifération de ces cellules lactotropes dans l’hypophyse. La prolactine est très sensible à la GH, elle fait 199 acides aminés, sa sécrétion est pulsatile, elle suit un cycle circadien de 24h.

Effets physiologiques : elle stimule la lactation, sur les cellules de la glande mammaire. Elle entraine la prolifération des cellules épithéliales sécrétrices, la synthèse des protéines du lait (comme la caséine), la synthèse des acides gras libres, et du lactose. Les autres effets se font sur le système reproducteur, elle va stimuler la biosynthèse des hormones stéroïdiennes par l’ovaire et le testicule. Il y a d’autres effets chez d’autres espèces, qui seront des effets comportementaux. Chez les oiseaux, la prolactine engendre l’instinct maternel. Par contre, chez les poissons, ce n’est pas un effet comportemental, elle régule les échanges ioniques au niveau des branchies.

Régulation de la sécrétion : elle s’effectue selon l’axe hypothalamo-hypophysaire.

PRF : prolactin releasing factor

PIF : prolactin inhibiting factor

Le niveau du PIF varie en fonction de l’allaitement ou non. La rétroaction positive est liée à la stimulation mécanique du nourrisson sur la glande mammaire, envoie un signal à l’hypothalamus, et entraine la libération de prolactine.

42


c) L’ACTH (corticotrophine)Elle fait 39 acides aminés. Sa sécrétion est pulsatile, elle suit un rythme circadien, avec un pic de sécrétions le matin.

43


Elle stimule les zones fasciculées et réticulées du cortex surrénalien, stimule la libération de glucocorticostéroïdes, et assure la libération des hormones sexuelles, par le cortex surrénalien. Il y a une régulation de la sécrétion par l’axe hypothalamo-hypophysaire.

d) La TSH (thyroid stimulating hormon)C’est une glycoprotéine, elle a une structure plus complexe que les autres précédentes. Elle a une structure voisine à la FSH et la LH. Elle va stimuler le fonctionnement de la glande thyroïde en favorisant la libération des hormones que sont la T3 et la T4. On constate que la libération de TSH et régulé par l’axe hypothalamo-hypophysaire, par une hormone de l’hypothalamus qui est la TRH.

e) Les gonadotrophines (FSH et LH)Elles sont libérées par les cellules gonadotropiques. Dans les deux sexes, elles favorisent la production de gamètes. La FSH favorise les gamètes, déclenche l’ovulation. La LH déclenche l’ovulation, favorise la formation du corps jaune, contrôle la sécrétion de progestérone. Les boucles de rétrocontrôle varient en fonction du cycle ovarien.

Documents

aurelien.chateigner.free.fraurelien.chateigner.free.fr/Semestre 6/Physiologie du... · Web viewPhysiologie du système nerveux et des glandes endocrines Généralités Dans l’organisme,