et physiologie des régulations Endocrinologie et physiologie des régulations Joffrey Zoll MCU-PH joffrey.zoll@medecine.u-strasbg.fr Service de Physiologie et d’Explorations Fonctionnelles Institut de Physiologie EA3072 (secrétariat: 03.90.24.34.39) Les Hôpitaux Universitaires de STRASBOURG

I.1 Introduction à la physiologie I) Généralités I.1 Introduction à la physiologie Définition: La physiologie est l’étude du fonctionnement normal d’un organisme vivant et des parties qui le composent, y compris de tous ces processus chimiques et physiques. La physiologie englobe de nombreux niveaux d’organisation (moléculaire  population) et différents domaines d’étude Le plus petite unité de structure capable d’effectuer tous les processus de la vie est la cellule. Voir p2 D’après « physologie humaine » de Silverthorn

I.1 Introduction à la physiologie I) Généralités I.1 Introduction à la physiologie Intégration des systèmes de l’organisme - 10 systèmes d’organes physiologiques du corps humain Les Systèmes Tégumentaire:  peau, protection Musculo-squelettique  support, mouvement - Respiratoire: échange les gaz Digestif: Absorbe nutriments et l’eau, élimine déchets Urinaire élimine excès eau et déchets Reproducteur: produit œufs et sperme Immunitaire: protection contre tout corps étranger Circulatoire: distribue les substances Systèmes: - Tégumentaire:  la peau Nerveux et endocriniens: coordonnent les fonctions du corps Musculo-squelettique  support, mouvement - Respiratoire: échange les gaz Circulatoire: distribue les substances Digestif: Absorbe nutriments et l’eau, élimine déchets Urinaire élimine excès eau et déchets Reproducteur: produit œufs et sperme Immunitaire: protection contre tout corps étranger  Les systèmes nerveux et endocriniens: coordonnent les fonctions du corps

I.1 Introduction à la physiologie I) Généralités I.1 Introduction à la physiologie - Fonction et processus a) La fonction est le « pourquoi »: Existence, fonctionnement  c’est le rôle de la physiologie b) Le processus est le « comment »: Approche mécaniste Pourquoi? Pourquoi les globules rouges transportent de l’oxygène? Parce que les cellules ont besoin d’oxygène pour fonctionner, produire de l’ATP. Comment? C’est l’hémoglobine qui fixe l’oxygène contenues dans le sang. A leu actuel, l’état d’avancement des connaissances fait que souvent on oublie de prendre du recul et de s’interroger sur la signification de ces processus pour la cellule, l’organe, et l’animal dans son entier. C’est le rôle de la physiologie Selon Claude Bernard, « l’homéostasie est l’équilibre dynamique qui nous maintient en vie. »

I.1 Introduction à la physiologie I) Généralités I.1 Introduction à la physiologie - Homéostasie - Définition: C’est la capacité d’un organisme à maintenir son environnement interne stable face à la variabilité extérieure. - Grâce à l’adaptation,  empêcher les changements (Salinité, pH, température) D’après « physiologie humaine » de Silverthorn

I.2 Introduction au système endocrinien Evolution I) Généralités I.2 Introduction au système endocrinien Evolution Complexité croissante des organismes pluricellulaires systèmes de régulation responsables d’un contrôle coordonné des « glandes fonctions » 1) système nerveux central, - environnement/organisme (organe sensoriels), - régulation rapide sur des cibles individuelles 2) Système neuro-endocrinien, - contrôle plus lent et soutenu, - cibles diversifiées 3) système immunitaire, destruction des protéines étrangères à l’individu (du non-soi) La complexité croissante des organismes pluricellulaire a conduit à la mise en place de systèmes de régulations responsable d’un contrôle coordonné des « glandes fonctions » végétative et sexuelles, dans le cadre de leurs interactions réciproques et de leur adaptation à l’environnement. Au cours de l’évolution, 3 systèmes de régulations se sont successivement développés: A partir des coelentérés, le système nerveux central, spécialisé dans l’interface environnement/organisme (organe sensoriels), et dans une régulation rapide sur des cibles individuelles A partie des vers, le système neuro-endocrinien, puis endocrine périphérique, spécialisé dans un contrôle plus lent et soutenu, exercé sur des cibles diversifiées A partir des invertébrés supérieurs, le système immunitaire, spécialisé dans la destruction des protéines étrangères à l’individu ( protéine du non-soi).

I.2 Introduction au système endocrinien I) Généralités I.2 Introduction au système endocrinien - Boucle de contrôle non biologique D’après « physiologie humaine » de Silverthorn

I.2 Introduction au système endocrinien I) Généralités I.2 Introduction au système endocrinien Définition Qu’est-ce qu’une hormone? Du grec « Hormôn » : stimuler Substance chimique élaborée par une cellule ou un groupe de cellule et sécrétée dans le sang et qui agit spécifiquement sur une autre cellule qui exprime une protéine réceptrice qui la reconnaît, ceci à des concentrations très faibles (10-9 à 10-12 M). Leur action est transitoire. Elles Assurent plusieurs fonctions essentielles: croissance et développement le métabolisme milieu intérieur (t°, équilibre en eau et ions) Reproduction "Hormone" veut dire "Information". C'est un des deux grands moyens de transport des informations. Ce sont des substances chimiques sécrétées en petite quantité par des cellules spécialisées en réponse à un stimulus qui voyage par le sang et qui agissent sur des cellules cibles en modifiant leur action. Elles sont l'intermédiaire entre le stimulus et l'action des cellules cibles. Ce sont des messagers qui véhiculent des informations. Une molécule, pour être une hormone, doit correspond à tous les points de la définition. Exemple : Le glucose est sécrété par le foie en réponse à un stimuli le manque de glucose, mais il n'a pas de spécificité d'action et est sécrété en grosse quantité. Ce n'est donc pas une hormone.

Rappels anatomiques D’après « physiologie humaine » de Silverthorn

Hormone locale Hormone circulante Mode paracrine ou autocrine Sécrétée localement par des cellules, elle agit sur les cellules voisines. Hormone locale Ex. hormones responsables de l'inflammation Mode paracrine ou autocrine Sécrétée dans le sang par des glandes endocrines. Hormone circulante Ex. adrénaline, testostérone, oestrogènes, etc. Mode endocrine

Glandes exocrines et endocrines I) Généralités I.2 Introduction au système endocrinien - Sécrétion des hormones Glandes exocrines et endocrines Glande exocrine : sécrétion de substances vers l’extérieur du corps Glandes sudoripares Glandes sébacées Vésicule biliaire Glandes sécrétant les enzymes digestives de l'intestin. acini Glande endocrine: Sécrète des hormones dans le sang

I.2 Introduction au système endocrinien I) Généralités I.2 Introduction au système endocrinien - Sécrétion des hormones [ ] faible dans le sang (10-9 à 10-12M) Cellule cible Cellule sans récepteur Cellule endocrine Cellule avec récepteur Pas de réponse Signal Chimique = l’hormone Production et sécrétion par les cellules spécialisées Transport public: le sang Récepteurs spécifiques (surface ou intracellulaire) Action transitoire Réponse biochimique

I.2 Introduction au système endocrinien I) Généralités I.2 Introduction au système endocrinien Les hormones agissent sur leur cellules cibles en contrôlant: Les vitesses de réaction enzymatique Le transport des ions à travers les membranes L’expression des gènes et synthèse protéique Stimulus  sécrétion  compartiment interstitiel,  diffusion  sang  cellules cibles (récepteurs spécifiques)

I.3 Classification des hormones  3 classes chimiques I) Généralités I.3 Classification des hormones  3 classes chimiques Dérivées de la Tyrosine Dérivées de la Sérotonine Dérivées du tryptophane Amines Hydrophiles peptides Très nombreux Précurseurs importants Familles de protéines protéines glycoprotéines Dérivés du cholestérols Ac. rétinoïque prostaglandines Vitamines D Stéroïdes Eicosanoïdes Isoprénoïdes Hydrophobes

I.3 Classification des hormones Généralités I.3 Classification des hormones Les hormones peptidiques Synthèse et stockage: Libération: Transport dans le sang: Demi vie: Localisation du récepteur: Réponse induite par la liaison du ligand au récepteur: Réponse générale: Exemples: Synthétisées à l’avance, stockées dans les vésicules de sécrétion Exocytose Dissoutes dans le plasma Courte (qques min) Membrane cellulaire Activation des systèmes de seconds messagers, pourraient activer des gènes Modification des protéines existantes et induction de nouvelles protéines Insuline, hormone parathyroïdienne

I.3 Classification des hormones Généralités I.3 Classification des hormones Les hormones stéroïdes Synthèse et stockage: Libération: Transport dans le sang: Demi vie: Localisation du récepteur: Réponse induite par la liaison du ligand au récepteur: Réponse générale: Exemples: Synthétisées à la demande à partir de précurseurs Diffusion simple Liées à des protéines porteuses (ex. globuline, albumine) Longue (ex. 60-90 min) Cytoplasme, noyau ou membrane cellulaire Activation des gènes (transcription, traduction) Induction de nouvelles protéines Oestrogènes, androgènes, cortisol (placenta: source d’hormones stéroides)

I.3 Classification des hormones Généralités I.3 Classification des hormones Les Amines Les catécholamines Hormones thyroïdiennes Même caractéristiques que les hormones peptidiques Même caractéristiques que les hormones stéroïdes Exemples: Adrénalines, noradrénalines Exemples: Thyroxine (T4)

I.4 Synthèse, stockage et libération des hormones peptidiques I) Généralités I.4 Synthèse, stockage et libération des hormones peptidiques D’après « physiologie humaine » de Silverthorn

I.5 Synthèse et libération des hormones stéroïdes I) Généralités I.5 Synthèse et libération des hormones stéroïdes Dérivés du cholestérol Grandes quantités de réticulum endoplasmique lisse (lieu de synthèse) Les stéroïdes sont lipophiles  diffusent facilement  pas de stockage Synthèse selon les besoins Transport: lié à des protéines porteuses (ex. albumine)  augmentation de la durée de vie

Cellule sans récepteurs Cellule avec récepteurs (cellule cible) I) Généralités I.6 Mécanismes d’action Les hormones agissent en se liant à leur récepteur Hormone Cellule sans récepteurs Cellule avec récepteurs (cellule cible)  La réponse d’un tissu à une hormone varie en fonction des récepteurs et des voies de signalisation

- Récepteurs membranaires et transduction du signal pour les hormones peptidiques D’après « physiologie humaine » de Silverthorn

- Récepteur intracellulaire: Action de l’hormone stéroïde D’après « physiologie humaine » de Silverthorn

- Récepteurs membranaires et transduction du signal pour les hormones Amines (mélatonine, NA, adrénaline) et nucléaire pour les hormones thyroïdiennes Catécholamines  Neurohormones H. thyroïdiennes  stéroïdes

I.7 Les voies de contrôles physiologiques I) Généralités I.7 Les voies de contrôles physiologiques  Afin de permettre le maintient de l’homéostasie, les adaptations  Souvent, les réflexes endocriniens  système nerveux Les différences système endocrinien vs système nerveux:  Systèmes qui fonctionnent en synergie, MAIS: 5 différences majeurs: Spécificité Nature du signal La vitesse La durée de l’action L’intensité du stimulus (fréquence vs quantité)

Réflexe neuroendocrinien complexe Réflexe endocrine simple Réflexe nerveux simple Modification interne ou externe Récepteur Centre d’intégration endocrine Voies afférentes: Neurone sensoriel Centre d’intégration du système nerveux Neurone efférent ou neurohormone Réponse Signal efférent n°2: hormone Effecteurs Réflexe neuroendocrinien complexe Modification interne ou externe Modification interne ou externe Récepteur Voies afférentes: Neurone sensoriel Centre d’intégration sensorielle du système endocrine Centre d’intégration du système nerveux Signal efférent: hormone Neurone efférent Effecteurs Effecteurs Réponse Réponse