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1 Introduction à la Physiologie Fonctions, fonctionnement et régulations P. Denise Caen - PCEM1 2007-2008.

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1 1 Introduction à la Physiologie Fonctions, fonctionnement et régulations P. Denise Caen - PCEM

2 2 Organisme unicellulaire Mer primitive Environnement relativement constant. Sources dénergie. Constituants Mais quand même nécessité de régulations Organismes pluricellulaires Le milieu extracellulaire doit en plus rester constant (il emmène sa mer primitive) 2 notions clefs de la Physiologie (Claude Bernard) : constance du milieu intérieur, mécanismes de régulation permettant de la maintenir. Notion dhoméostasie (Cannon) Nécessite une spécialisation cellulaire sous forme dorganes et de systèmes assurant les grandes fonctions :séparation (s. tégumentaire) et échanges (s. digestif, urinaire et respiratoire) avec le milieu extérieur; distribution (s. cardiovasculaire). S. nerveux et endocrine coordonnent lensemble. A un niveau encore plus élaboré le fonctionnement de lorganisme permet non seulement un maintien du milieu intérieur mais aussi une action sur le milieu extérieur

3 3 Niveaux dorganisation Organisme Systèmes (ensemble dorganes travaillant de concert pour assurer une même fonction) Cardiovasculaire, respiratoire, endocrinien, nerveux, musculaire, squelettique, tégumentaire, lymphatique et immunitaire, digestif, urinaire, génital Organes (structure composée dau moins 2 tissus assurant une ou des fonctions précises dans lorganisme) Tissus (groupe de cellules semblables assurant la même fonction) Epithéliaux, conjonctifs, nerveux, musculaires Cellules

4 4 Commande « directe » Possible : si on connaît : - la relation entre la commande et la force développée - les caractéristiques mécaniques ostéo-artifculaires. et si pas de perturbation extérieure Muscles Position articulaire commande Position désirée

5 5 Commande en « boucle fermée » Muscles Récepteurs sensoriels (musculaire, ostéo-articulaire, visuel) Position articulaire commande Position désirée Rétro-inhibition (ou feedback négatif, ou rétrocontrole négatif

6 6 Consigne Commande (erreur) Effecteur Centre de régulation (comparateur) Capteur (récepteur) + - a sortie = a. commande commande = consigne - sortie sortie = a. (consigne – sortie) sortie + a. sortie = a. consigne sortie = consigne. a/(1+a) Si a >>1 sortie consigne sortie Le calcul explicite de la commande nest plus nécessaire

7 7 Consigne Commande + - a sortie = a. Commande + perturbation commande = consigne - sortie sortie = a. (consigne – sortie) + perturbation sortie + a. sortie = a. consigne + perturbaion sortie = consigne. a/(1+a) + perturbation / (1+a) Si a >>1 sortie consigne + Perturbation

8 8 Physiologie = description des systèmes (effecteur) + des mécanismes de régulation FoieMuscles Tissu adipeux Stimulation des cellules Libération dinsuline dans le sang Libération de glucagon dans le sang Stimulation des cellules Prise dun repas riche en glucides Jeûne Glycémie Retour vers une normoglycémie HyperglycémieHypoglycémie

9 9 Régulations en rétro-activation Beaucoup plus rares; par nature, ces boucles sont à lorigine de phénomènes autoentretenus de nature souvent explosive ; ils interviennent donc de manière ponctuelle dans le temps Hémostase Contractions utérines lors de laccouchement Réactions inflammatoires lors dune stimulation douloureuse

10 10 Fonction de transfert x y = a. x a x(t) y(t) = H(x(t)) H x(t) et y(t) sont des fonctions du temps = signaux H transforme une fonction en une autre = fonction de transfert x, y et a sont des réels. a = gain

11 11 Systèmes linéaires Un système est linéaire sil vérifie les 2 propriétés suivantes : si x(t) = x1(t)+x2(t), y(t) = y1(t)+y2(t) (principe de superposition) si x(t) = k.x1(t) (k étant une constante), y(t) = k.y1(t) En pratique, la relation qui décrit un tel système est une équation différentielle linéaire à coefficients constants. La fonction de transfert peut, moyennant un formalisme particulier (transformée de Laplace), sutiliser comme un gain x1 y1 H x2 y2 H

12 Transformée de Laplace 12 La transformée de Laplace F dune fonction f définie pour tout nombre réel est La propriété la plus intéressante est que lintégration et la dérivation deviennent des divisions et des multiplications. Lopérateur p (opérateur de Laplace) correspond à une dérivation et 1/p à une intégration.

13 13 Résistance électrique :u(t) = R. i(t) Bobine à induction : u(t) = L di(t) / dt Condensateur : u(t) = 1/C. e i(t) Circuit avec une résistance et une bobine en série : - domaine temporelu(t) = R. i(t) + L di(t) / dt - domaine de LaplaceU(p) = R. I(p) + L. p. I(p) U(p) = (R + L.p). I(p) Fonction de transfert = I(p)/U(p) = 1 / (R+L.p) Pour une stimulation sinusoïdale on remplace p par j.w (w=2.p.f) et en faisant varier la pulsation de lentrée, on peut facilement calculer la sortie

14 Exemple mécanique complexe (1) 14 Considérons le système masse ressort amorti suivant (on note m la masse, la raideur et C le coefficient d'amortissement) se déplacant horizontalement sur un chariot On applique à ce système une force F(t) =k. f(t) et on cherche à calculer le déplacement y(t)

15 15 Exemple mécanique complexe (2) Transformée de Laplace Fonction de transfert Pour une stimulation sinusoïdale Si on pose et On a

16 16 Exemple mécanique complexe (3) En calculant le module et la phase de la fonction de transfert on obtient respectivement le gain et la phase de la sortie par rapport à lentrée Maximum quand w = w0 (résonance), cest-à-dire quand w = Ök/m La largeur du pic dépend du coefficient damortissement a (C/m)


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