Physiologie des régulations (4)

Physiologie des régulations (4)

Physiologie des régulationsI- Généralités sur la notion de régulation en physiologieIntroduction: Notion de Milieu intérieur- Homéostasie et RégulationLes compartiments hydriques de l’organismeMilieu intérieur Lymphe Composition ionique des différents compartiments hydriquesNotions de boucles de régulationII- La régulation de la glycémie-Contrôle de la prise alimentaireComportement Régulé: Comportement alimentaireRégulation à long terme de la prise alimentaireRégulation hormonale et hypothalamique du comportement alimentaire et du tissu adipeuxVue moderne de la régulation à long terme de la prise alimentaireFaim et satiétéRôle de l’hypothalamusVue moderne de la régulation à cours terme de la prise alimentaire : Les signaux de satiété directement liés à la prise alimentaireIII- La régulation de l’équilibre minéralExistence d’une relation entre glande surrénale et équilibre minéralLa régulation de l’équilibre acido-basiqueNotion de tamponLes perturbations de l’équilibre acido-basique IV- La régulation de la pression artérielle et de la volémieV- Régulation rénaleVI- Intégration neuro-humorale: axe hypothalamo-hypophysaireVII- Régulation respiratoireVIII- Régulation cardiaqueIX- Régulation digestiveX- 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 osseuse- Les hormones pancréatiques et la régulation de la glycémieXI- La thermorégulation

La régulation de l’équilibre acido-basique

H2CO

3

HCO3-

1 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

intérieurLes 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+

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.

- 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.

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.

La stabilité du pH plasmatique implique l’existence de mécanismes de régulation :

Stabilité du pH plasmatique

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 de la base conjuguée de cet acide : R-COOH R-COO - +

H+

A l’équilibre : [A-] x [H+] / [AH] = KA

[H+] = KA x [AH] / [A-]

–log [H+] = -log KA + log [A-] / [AH]

soit : pH = pKA + log [A-] / [AH]

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-.

pH

pKA

100% R-COOH

100% R-COO

-50% R-COOH 50% R-COO

-

Le pouvoir tampon est maximal quand R-COOH et R-COO- sont à la même

concentration

Les tampons du plasma

Le pouvoir tampon du plasma peut-être mis en évidence par une manipulation

simple :

5 gouttes HCl 0,1N 5 gouttes HCl 0,1N

Le pH passe à 3 environ Le pH reste à 7,4

eau du robinet, pH 6 plasma, pH 7,4


Les 3 principaux tampons du plasma sont : le tampon protéines, le tampon

phosphate et le système acide carbonique/bicarbonate. Quelle est leur efficacité

relative ?

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.

Le tampon protéines

pH isoélectriquepH > pHi pH < pHi

H+ H+


Le tampon phosphates

L’acide phosphorique H3PO4 comporte 3 fonctions acides.

(1) H3PO4 H2PO4- + H+ pK1 = 2

(2) H2PO4- HPO4

2- + H+ pK2 = 6,8

(3) HPO42- PO4

3- + H+ pK3 = 11,5

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.

C’est seulement pour le 2e couple que le pKA est proche du pH plasmatique

prédominance des formes H2PO4- et HPO4

2- dans le 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.

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, ils sont de moins en

moins bien tamponnés car

l’accumulation de CO2 contrarie de plus

en plus le déplacement de l’équilibre

vers la gauche. Dans l’organisme, les

poumons évacuent l’excès de CO2, ce

qui améliore beaucoup le pouvoir

tampon du système.

De plus le pouvoir tampon de ce système est nettement meilleur dans l’organisme

qu’in vitro.

H+

CO2 + H2O H2CO3 H CO3

- + H +

huile

Le tampon hémoglobine

Le pouvoir tampon du sang est supérieur au pouvoir tampon du plasma.

plasma

sang

pCO2

(mm Hg)

20 30 40 50 60

7,4

7,8

7,0

pH

La différence est due à un tampon contenu dans les globules rouges : l’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.


L’hémoglobine est une protéine tétramérique formée de 2 chaînes et 2

chaînes . Chaque monomère porte un groupement hème avec un atome de

fer.


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.

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.

Effets du CO2 et du pH sur la ventilation


pH

volume ventilatoire en % de la normale

100

200

300

400

7,47,27,2 7,6

protubérance annulaire

bulbe rachidiencentre

inspiratoire

vers les motoneurones respiratoires de la

moelle

neurone inspiratoire

bulbaire

motoneurone

médullaire

inspiration (active)

expiration (passive)


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.


nerf IX (glossopharyngien)

carotide externecarotide internesinus carotidien

carotide communenerf X (vague)

artère aorte

coeur

Les variations plasmatiques du pH et de la

pC02 sont détectées par les

chémorécepteurs de la paroi de certaines

artères : "corpuscules aortiques" sous la

crosse aortique et "corpuscules carotidiens"

à l’embranchement de la carotide

commune.


bulbe rachidien

centre inspiratoire

chémorécepteurs centraux

Il existe également des chémorécepteurs centraux, localisés dans le bulbe rachidien

au voisinage du centre inspiratoire.


chémorécepteur central

centre inspiratoire

ventilation

capillaire cérébral

barrière hémato-encéphalique

LCR

BULBE

pCO2

CO2 + H2O H + + HCO3

-

stimulus

récepteur

voie sensitive

centre intégrateur

H +

réponse

Couleurs :

pCO2 du plasma

pH du LCR pH du plasma

chémorécepteurs centraux

corpuscules

aortiques et carotidiens

centre inspiratoire

muscles respiratoires

ventilation

pCO2 et pH

70% de la réponse

30% de la réponse


La régulation rénale du pH plasmatique

L’ du débit respiratoire réduit pCO2

CO2 + H2O

H +

H + HCO

3-H2CO

3

tampons

sécrétion de H+

production de HCO

3-

HCO3

-Na+

NaHCO3

réserve de bicarbonate

Cas d’une acidose

En cas d’acidose, les reins sécrètent des ions H+ dans l’urine et

reconstituent la réserve de bicarbonate.


H +

tampons

sécrétion de HCO3-

La du débit respiratoire augmente pCO2

production de H

+

Cas d’une alcalose

réserve de bicarbonate

En cas d’alcalose, les reins produisent des ions H+ et réduisent l’excès

de bicarbonate en l’éliminant dans l’urine.


Lumière tubulaire Cellule tubulaire Capillaire péritubulaire

AC IIAC IV

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).



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.



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)n° perturbation

A 7,65 48

B 7,37 27

C 7,29 16

D 7,3 36

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