T.D. Physiologie 2004 EXERCICE 1 Quelles sont les sciences qui étudient : a. La disposition et les formes des structures internes du corps  L’anatomie b. Le fonctionnement des structures corporelles  La physiologie La Physiologie est l’étude du rôle des différentes fonctions de l’organisme dans le maintien de la vie

L’homéostasie : le maintien des limites physiologiques Un certain stimulus (stress) perturbe l’homéostasie dans un état contrôlé qui est surveillé par les Composantes d’un système de rétroaction récepteurs qui envoient de l’ Retour à l’homéostasie quand la réaction ramène l’état contrôlé à la normale information à un centre de régulation qui reçoit l’information et fournit une réponse au effecteurs qui provoquent un changement ou une réaction qui modifie l’état contrôlé

EXERCICE 1 Quels sont les niveaux d’organisation du corps humain ? 1. le niveau chimique (molécules) 2. le niveau cellulaire (les cellules sont constituées d’organites cellulaires) 3. le niveau tissulaire (les tissus sont des groupes de cellules qui remplissent une même fonction avec) 4. le niveau des organes (un organe est une structure composée d’au moins 2 types de tissus, souvent les 4 types : vaisseau sanguin) 5. le niveau des systèmes (chaque système est constitué d’organes qui travaillent ensemble pour accomplir une même fonction) 6. le niveau de l’organisme (ensemble de tous les systèmes travaillant de concert pour le maintien de la vie et la pérennité de l’espèce).

- le tissu épithélial = tissu de revêtement EXERCICE 1 Quels sont les grands types tissulaires de l’organisme humain ? 4 types  : - le tissu épithélial = tissu de revêtement - le tissu musculaire - le tissu conjonctif : 3 composants (cellules + fibres + substance fondamentale) - le tissu nerveux

Types d ’épithélium Membrane basale Les épithéliums sont classés selon la forme des cellules et le fait qu'il y ait une ou plusieurs couches de cellules. Épithélium pavimenteux (ou squameux) simple (une seule couche de cellules) Épithélium cubique stratifié Épithélium prismatique (cylindrique) stratifié Épithélium pavimenteux stratifié Épithélium cubique simple Épithélium prismatique (ou cylindrique) simple Membrane basale

Tissus musculaires = Cellules : Allongées Excitables Contractiles Trois types de muscles: Muscle squelettique Suite à une excitation, les cellules musculaires peuvent se raccourcir. Elles se contractent. Muscle lisse Muscle cardiaque

On reconnaît plusieurs sortes de tissus conjonctifs: Conjonctif lâche Conjonctif adipeux Conjonctif fibreux Tissu osseux Sang

Les neurones Cellules excitables (peuvent réagir à un stimulus) Cellules peuvent communiquer entre elles par des influx nerveux Ne peuvent pas se reproduire après la naissance

EXERCICE 1 4. Quels sont les principaux appareils/systèmes de l’organisme humain ? 11 systèmes : tégumentaire osseux musculaire nerveux endocrinien cardio-vasculaire respiratoire lymphatique digestif urinaire génital

Rôles généraux EXERCICE 2 Donnez les principales fonctions de la membrane plasmique Rôles généraux Délimite la cellule de son environnement Contrôle les échanges cellulaires avec le milieu via les phénomènes membranaires Permet aux cellules de se reconnaître entre elles et de s'agréger en tissus (grâce aux sucres de surface) Permet le déclenchement du processus immunitaire.

La membrane plasmique = 2 couches de lipides dans lesquelles sont insérées des protéines Des sucres s'attachent à la surface externe de la membrane.

Transport membranaire 2 types de mouvement à travers la membrane plasmique : - passif (les molécules traversent la membrane sans que la cellule fournisse d'énergie). - actif (la cellule dépense une énergie métabolique (ATP) pour transporter la substance en question à travers la membrane) pompage + transport vésiculaire

EXERCICE 3 Définir les différents termes : Glycolyse = Voie d’Embden-Meyerhof : voie métabolique qui aboutit à la dégradation du glucose en 2 molécules de pyruvate (ou lactate) Glycogénolyse = Dégradation des réserves de glycogène en glucose (foie et muscle) Glycogénèse = Synthèse du glycogène a partir du glucose Néoglucogénèse = synthèse de glucose à partir de ses précurseurs (pyruvate, lactate, glycérol, AA) Lipolyse = dégradation des triglycérides en acides gras et glycérol Protéolyse = dégradation des protéines

EXERCICE 4 Quelles sont les différentes filières énergétiques permettant de fournir l’énergie nécessaire à la contraction musculaire ? L’énergie nécessaire à la contraction musculaire est fournie par l’ATP = Adénosine triphosphate L’énergie est « stockée » dans les liaisons covalentes (=liaisons pyrophosphate) entre les groupements phosphate de l’ATP : la rupture d’une de ces liaisons libère une quantité importante d’énergie (7 kcal/mole). L’ATP reçoit l’énergie provenant de la dégradation des molécules de lipides, protéines et glucides et transmet cette énergie aux fonctions cellulaires.

L’ATP : molécule énergétique

EXERCICE 4 Quelles sont les différentes filières énergétiques permettant de fournir l’énergie nécessaire à la contraction musculaire ? L'ATP est resynthétisé soit : - par le pôle des phosphagènes (Phosphocréatine = PCr), - par phosphorylation du substrat dans la voie glycolytique par l’intermédiaire de la phosphorylation oxydative dans les mitochondries → Il existe 3 filières énergétiques : 2 filières anaérobies et une filière aérobie les filières anaérobies correspondent à des réactions ne nécessitant pas d'oxygène : - la filière anaérobie alactique ou le système des phosphagènes ou système ATP - PCr, - la filière glycolytique la filière aérobie ou le système oxydatif correspond à des réactions nécessitant de l'oxygène.

Resynthèse de l’ATP grâce à la PCr = filière anaérobie alactique ou le système des phosphagènes

la filière glycolytique La glycolyse consomme 2 ATP Elle permet la resynthèse de 4 ATP  bilan net : gain de 2 ATP Glucose + 2 ADP + 2 Pi + 2 NAD+ → 2 pyruvate + 2 ATP + 2 H2O + 2 NADH  

la filière aérobie ou le système oxydatif

la filière aérobie ou le système oxydatif Substrat dégradé H2 2 H+ + 2 e- 2H+ +2e- 2 H2O ATP Transporteurs d’électrons

EXERCICE 5 Lors d’un exercice musculaire, de nombreuses adaptations physiologiques se produisent dont certaines sont visibles ou perceptibles. Quels sont ces signes et les organes ou tissus impliqués dans leur apparition ?

Système musculaire Mouvements + Production de chaleur Filières énergétiques et types d’exercice : - Anaérobie alactique - Anaérobie lactique - Aérobie

Système musculaire Adaptation musculaire au type d’exercice : Aérobie : - amélioration de la perfusion musculaire induite par une augmentation du nombre de capillaires par fibre musculaire et du nombre de capillaires par surface de section du muscle. - amélioration de l'efficacité du métabolisme oxydatif induite par l'augmentation du nombre et de la taille des mitochondries dans le muscle squelettique, - augmentation du contenu musculaire en myoglobine de 75-80 % et stimulation de l'activité d'enzymes oxydatives - stimule l'utilisation des graisses Anaérobie - stimulation de l'activité d'enzymes de la filière ATP PCr et glycolytique, - augmentation du pouvoir tampon des muscles (but : permettre de supporter des niveaux plus élevés de lactates et ainsi de retarder la fatigue).

Système cardio-vasculaire Transport : - gaz (O2, CO2) - nutriments - déchets • A l’exercice, adaptation diverses et spécifiques Le débit sanguin musculaire (fonctionnement), cardiaque (fonctionnement) et cutané (thermorégulation) augmentent au détriment d’autres organes, moins essentiels à l’exercice. (reins, système digestif, ..)

Système cardio-vasculaire • à l'exercice les muscles actifs consomment beaucoup plus d‘02 et de substrats énergétiques. Les processus métaboliques sont activés et génèrent des sous produits qu'il faut éliminer. •Lors d'un exercice prolongé ou réalisé à la chaleur, la température centrale s'élève. Si l'exercice est intense des ions H+ apparaissent dans le muscle et dans le sang ce qui diminue le pH. • Le système cardio vasculaire doit répondre au mieux à l'augmentation des besoins, en optimisant les conditions de transport.

Système respiratoire Adaptation à l’exercice ↑ l’apport en oxygène (VO2 max) ↑ l’évacuation du gaz carbonique

Système nerveux Contrôle de l’ensemble des fonctions stimule l’activité musculaire en assure la coordination et la régulation

Système endocrinien Régulation - Sécrétion d’hormones: - contrôle de la glycémie - …..

Système osseux Soutien et protection des organes Charpente sur laquelle agissent les muscles

Système tégumentaire Thermorégulation : transpiration

EXERCICE 6 Décrivez les phénomènes nécessaires à la production d’un potentiel d’action. Elle repose sur 2 caractéristiques fondamentales de la membrane plasmique des cellules excitables soit : - Existence d’un potentiel de repos, - Présence de canaux ioniques spécifiques.

Potentiel de repos : -70 mV

Forces qui maintiennent le potentiel de repos Le potentiel de repos est maintenu par les propriétés de perméabilité de la membrane plasmique et par des pompes dans la membrane qui font entrer les ions K+ et sortir les ions Na+.

Le potentiel d'action Les neurones peuvent réagir à un stimulus (excitabilité). Réaction = ouverture de canaux à sodium de la membrane Baisse d ’ions + à l’extérieur Hausse d ’ions + à l’intérieur

Potentiel d ’action Pointe 0mV Dépolarisation Repolarisation -70mV ENa Pointe Potentiel d ’action Fermeture des canaux Na+ Ouverture des canaux K+ 0mV Dépolarisation Entrée de Na+ Repolarisation sortie de K+ Fermeture des canaux K+ Ouverture des canaux Na+ Seuil -55mV -70mV Repos EK

EXERCICE 7 Couplage excitation contraction : Complétez et commentez la figure ci-contre (0) Le neurotransmetteur libéré (Ach) diffuse à travers la membrane synaptique et se lie aux récepteurs de l’acétylcholine situés sur le sarcolemme Le potentiel d’action ainsi produit se propage le long du sarcolemme et des tubules T Le potentiel d’action déclenche la libération du Ca2+ présent dans les citerne terminales du RS

(3) Les ions calcium se lient à la troponine (TnC) ; la troponine change de structure tridimensionnelle, ce qui élimine le masque maintenu par la tropomyosine ; les sites de liaison de l’actine sont exposés Contraction : les têtes de myosine s’attachent aux sites de liaison de l’actine et s’en détachent un grand nombre de fois, tirant ainsi les filaments d’actine vers le centre du sarcomère ; l’énergie nécessaire au fonctionnement de ce cycle est fournie par l’hydrolyse de l’ATP

(5) Après la fin du potentiel d’action, le Ca 2+ est réabsorbé dans le réticulum sarcoplasmique La tropomyosine masque à nouveau le site de liaison ; la contraction prend fin et la fibre musculaire se détend

Externe, dehors, latéral EXERCICE 8 Orientez, légendez et complétez le schéma suivant Orientation : Haut Externe, dehors, latéral Interne, dedans, médial bas Légende : articulation du genou 1 : Fémur 2 : ménisque interne 3 Ligament latéral externe (LLE) 6 :Ligament latéral interne (LLI) 7 : Tibia ou région de la pâte d’oie 8 : ligament croisé antéro-externe (LCAE) 9 : ménisque interne 10 : Ligament croisé postéro interne (LCPI) 11 : rotule

EXERCICE 9 Quels sont les mécanismes à l'origine des contractions du cœur ? Comment la fréquence cardiaque est‑elle contrôlée ? •Le muscle cardiaque génère sa propre impulsion électrique ce qui lui permet de se contracter de manière rythmique, sans l'aide du système nerveux. En l'absence de toute stimulation nerveuse ou humorale, la fréquence cardiaque intrinséque se situe aux environs de 70 à 80 bpm •Les 4 éléments principaux qui entrent dans la constitution du système de conduction cardiaque sont : •le nœud sinusal de Keith Flack •le nœud atrio ventriculaire ou d'Aschoff Tawara •le faisceau atrio ventriculaire ou faisceau de His •le réseau de Purkinje •Le nœud sinusal constitue le pacemaker du cœur. C'est lui qui commande et coordonne l'activité de tout le reste du muscle cardiaque ou myocarde.

Système nerveux autonome EXERCICE 9 Quels sont les mécanismes à l'origine des contractions du cœur ? Comment la fréquence cardiaque est‑elle contrôlée ? •La fréquence et l'efficacité de ses contractions peuvent varier dans les conditions normales en réponse à la mise enjeu de trois systèmes •le système nerveux parasympathique •le système nerveux sympathique •le système endocrinien (hormones) Système nerveux autonome  Sympa   Fréquence card.   Débit cardiaque  Para   Fréquence card.   Débit cardiaque Système endocrinien

EXERCICE 10 Expliquez pourquoi la vitesse de l’écoulement sanguin varie dans les différentes régions du système cardio-vasculaire. Le débit sanguin est le volume de sang qui s’écoule dans un vaisseau, dans un organe ou dans l’ensemble du réseau vasculaire en une période donnée. Vitesse du sang = débit /section vasculaire La vitesse de l’écoulement est inversement proportionnelle à l’aire de la section transversale totale des vaisseaux. Dans les capillaires, la lenteur de l’écoulement sanguin permet le déroulement des échanges nutriments-déchets.

EXERCICE 10 Expliquez pourquoi la vitesse de l’écoulement sanguin varie dans les différentes régions du système cardio-vasculaire. L’autorégulation est l’adaptation locale automatique du débit sanguin aux besoins immédiats des divers organes. Elle repose sur des facteurs chimiques locaux qui causent la dilation des artérioles et qui ouvrent les sphincters précapillaires. Les mécanismes de régulation myogènes sont déclenchés par les variations de la pression artérielle.

EXERCICE 11 Par quel mécanisme d’échange les nutriments, les déchets et les gaz respiratoires sont-ils transportés entre le sang et le compartiment interstitiel ? Par diffusion : toujours selon le gradient de concentration : les substances vont des régions où elles sont plus concentrées aux régions où elles le sont moins. Les capillaires n’ont pas tous la même perméabilité (cellules endothéliales des sinusoïdes du foie disjointes, dans l’encéphale, capillaires continus=barrière hémato-encéphalique) Les solutés hydrosolubles (acides aminés, glucides) empruntent les fentes intercellulaires remplies de liquides (et parfois les pores) Les molécules liposolubles (comme les gaz respiratoires) diffusent directement à travers la bicouche de phospholipides de la membrane plasmique des cellules endothéliales Des vésicules cytoplasmiques assurent le transport de quelques grosses molécules (protéines)

L’absorption dans l’intestin grêle • Eau • Monosaccharides • Acides aminés • Minéraux • Vitamines hydro-solubles Absorption par Osmose Diffusion Transport actif

EXERCICE 12 Quels sont les paramètres physico-chimiques qui déterminent la direction de l’écoulement des gaz au cours de la respiration ? Par diffusion : pour les gaz, c’est le gradient de pression partielle qui détermine la direction de l’écoulement

Echanges gazeux : respiration externe (échanges alvéolaires) · S’EFFECTUE ENTRE LES ALVÉOLES (air alvéolaire) ET LES CAPILLAIRES PULMONAIRES (sang) CO2 O2 Capillaire pulmonaire · À TRAVERS LA MEMBRANE ALVÉOLO-CAPILLAIRE · CHAQUE GAZ DIFFUSE SELON SON GRADIENT DE PRESSION PARTIELLE (élevée → faible) JUSQU’À ÉQUILIBRE (air et sang ont la même pression partielle).

EXERCICE 13 Expliquez l’influence qu’ont sur la ventilation pulmonaire la résistance des conduits aériens, la compliance et l’élasticité pulmonaire ainsi que la tension superficielle dans les alvéoles. 1. La résistance causée par la friction dans les conduits aériens entrave le passage de l’air et fait obstacle à la respiration. Les bronches de dimension moyenne sont les conduits qui opposent le plus de résistance à l’écoulement de l’air. 2. La compliance pulmonaire dépend de l’élasticité du tissu pulmonaire et de la flexibilité du thorax. Lorsque l’une ou l’autre diminue, l’expiration devient un processus actif et nécessite une dépense d’énergie. 3. La tension alvéolaire superficielle du liquide alvéolaire tend à réduire la taille des alvéoles, ce à quoi s’oppose le surfactant.

Facteurs physiques influant sur la ventilation pulmonaire Résistance des conduits aériens E = ΔP/R (E=écoulement, ΔP=Patm-Palv, R= résistances) Maximale pour bronches de moyen calibre ↑ en cas de bronchoconstriction (asthme) Compliance pulmonaire → Elasticité pulmonaire : CL = ΔV/Δ(Palv-Pip) ΔV=variation de volume pulmonaire, Δ(Palv-Pip)= variation de pression transpulmonaire → maintient les alvéoles ouvertes Tension superficielle dans les alvéoles Elevée si uniquement eau (molécule polaire)→ affaissement des alvéoles ↓ grâce au surfactant pulmonaire (phospholipides+glycoprotéines)

1. L’ingestion ou entrée de la nourriture EXERCICE 14 Donnez les six processus fonctionnels décrivant l’activité du système digestif. 1. L’ingestion ou entrée de la nourriture 2. La propulsion ou déplacement des aliments dans le tube digestif 3. La digestion mécanique qui assure le mélange de la nourriture et son fractionnement 4. La digestion chimique ou dégradation enzymatique 5. L’absorption ou transport des produits de la digestion à travers la muqueuse intestinale en direction du sang 6. La défécation ou évacuation des produits non digérés (féces)

Les étapes de la digestion Ingestion Propulsion : déglutition et péristaltisme Digestion mécanique Digestion chimique Absorption Défécation

EXERCICE 15 Décrivez le « parcours » d’une molécule de protéine après son ingestion. Dans l’estomac : la pepsine (sécrétée par les glandes gastriques) en présence d’HCl dégrade les protéines en gros polypeptides Dans l’intestin grêle, les enzymes pancréatiques (trypsine, chymotrypsine et carboxypeptidase) fragmentent les gros polypeptides en petits polypeptides et petits peptides Dans l’intestin grêle, les enzymes intestinales de la bordure en brosse (aminopeptidase, carboxypeptidase et dipeptidase) terminent la dégradation en acides aminés Les acides aminés sont ensuite absorbés par transport actif dans la cellule épithéliale de l’intestin grêle puis diffusent dans le liquide interstitiel et le sang des capillaires des villosités

EXERCICE 15 Décrivez le « parcours » d’une molécule de protéine après son ingestion.

EXERCICE 15 Décrivez le « parcours » d’une molécule de protéine après son ingestion.