T.D. Physiologie 2004EXERCICE 11. 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

récepteursqui envoient de l’

centre de régulationqui reçoit l’information et fournit une

information à un

réponse au

effecteursqui provoquent un changement ou une

réactionqui modifie l’état contrôlé

Retour à l’homéostasie quand la réaction ramène l’état contrôlé à la normale

Composantes d’un système de rétroaction

EXERCICE 12. 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).

EXERCICE 1

3. 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

cellulescellulescellulescellules

fibresfibresfibresfibres

Substance fondamentaleSubstance fondamentaleSubstance fondamentaleSubstance fondamentale

Épithélium pavimenteux (ou squameux) simple (une seule couche de cellules)

Épithélium cubique simple

Épithélium prismatique (ou cylindrique) simple

Épithélium cubique stratifié

Épithélium prismatique (cylindrique) stratifié

Épithélium pavimenteux stratifié

Membrane basale

Les épithéliums sont classés selon la forme des cellules et le fait qu'il y ait une ou plusieurs couches de cellules.

Types d ’épithélium

Tissus musculairesTissus musculaires = Cellules :

• Allongées

• Excitables

• Contractiles

Trois types de muscles:Trois types de muscles:

Muscle squelettiqueMuscle squelettique

Muscle lisseMuscle lisse

Muscle cardiaqueMuscle cardiaque

Suite à une excitation, les cellules musculaires peuvent se raccourcir. Elles se contractent.

On reconnaît plusieurs sortes de tissus conjonctifs:

• Conjonctif lâche

• Conjonctif adipeux

• Conjonctif fibreux

• Tissu osseux

• Sang

• Cellules excitables (peuvent réagir à un stimulus)

• Cellules peuvent communiquer entre elles par des influx nerveux

• Ne peuvent pas se reproduire après la naissance

Les neurones

EXERCICE 14. Quels sont les principaux appareils/systèmes de

l’organisme humain ?

11 systèmes : tégumentaireosseux musculairenerveuxendocriniencardio-vasculairerespiratoirelymphatiquedigestifurinairegénital

Rôles générauxDélimite 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.

EXERCICE 2Donnez les principales fonctions de la membrane plasmique

La membrane plasmiqueLa membrane plasmique

= 2 couches de lipides dans lesquelles sont insérées des protéines

Des sucres s'attachent à la surface externe de la membrane.

Transport membranaireTransport membranaire

2 types de mouvement à travers la membrane 2 types de mouvement à travers la membrane plasmique :plasmique :

- passif (les molécules traversent la membrane - passif (les molécules traversent la membrane sans que la cellule fournisse d'énergie). sans que la cellule fournisse d'énergie).

- actif (la cellule dépense une énergie - actif (la cellule dépense une énergie métabolique (ATP) pour transporter la substance métabolique (ATP) pour transporter la substance en question à travers la membrane)en question à travers la membrane)

pompage + transport vésiculairepompage + transport vésiculaire

EXERCICE 3Définir 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 4Quelles 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.

B.B. L’ATP : L’ATP : molécule molécule énergétiqueénergétique

EXERCICE 4Quelles 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 Resynthèse de l’ATP grâce à la PCrla PCr

= filière anaérobie alactique ou le système des phosphagènes

la filière glycolytique la filière glycolytique

La glycolyse La glycolyse consomme 2 ATPconsomme 2 ATP

Elle permet la Elle permet la resynthèse de 4 ATPresynthèse de 4 ATP bilan net : gain de 2 bilan net : gain de 2

ATPATP

Glucose + 2 ADP + 2 Pi + 2 NAD+ → 2 pyruvate + 2 ATP + 2 H2O + 2 NADH 

la filière aérobie ou le système la filière aérobie ou le système oxydatif oxydatif

la filière aérobie ou le système la filière aérobie ou le système oxydatif oxydatif

Substrat dégradé

H2 2 H+ + 2 e-

2H+ +2e- 2 H2O

ATP

ATP

ATPT

rans

port

eurs

d’é

lect

rons

EXERCICE 5Lors 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 musculaireSystème musculaireMouvements + Production de chaleur

Filières énergétiques et types d’exercice :

- Anaérobie alactique- Anaérobie lactique- Aérobie

Système musculaireSystème musculaireAdaptation 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-vasculaireSystème cardio-vasculaireTransport : - 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-vasculaireSystème 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 respiratoireSystème respiratoire

Adaptation à l’exercice

↑ l’apport en oxygène (VO2 max)

↑ l’évacuation du gaz carbonique

Système nerveuxSystème nerveux

Contrôle de l’ensemble des fonctions

- stimule l’activité musculaire

- en assure la coordination et la régulation

Système endocrinienSystème endocrinien

Régulation - Sécrétion d’hormones:

- contrôle de la glycémie

- …..

Système osseuxSystème osseux

Soutien et protection des organes

Charpente sur laquelle agissent les muscles

Système tégumentaireSystème 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 reposForces qui maintiennent le potentiel de repos

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

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

Le potentiel d'actionLe potentiel d'action

ENa

0mV

EK

Seuil -55mV

Repos

DépolarisationEntrée de Na+

Pointe

Repolarisationsortie de K+

Potentiel Potentiel d ’actiond ’action

Ouverture des canaux Na+

Fermeture des canaux Na+ Ouverture des

canaux K+

Fermeture descanaux K+

-70mV

EXERCICE 7Couplage 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

(1) Le potentiel d’action ainsi produit se propage le long du sarcolemme et des tubules T

(2) 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

(4) 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

(6) La tropomyosine masque à nouveau le site de liaison ; la contraction prend fin et la fibre musculaire se détend

Haut

Externe, dehors, latéral

Interne, dedans, médial

bas

EXERCICE 8Orientez, légendez et complétez le schéma suivant

Orientation :

Légende : articulation du genou1 : Fémur2 : ménisque interne3 Ligament latéral externe (LLE)6 :Ligament latéral interne (LLI)7 : Tibia ou région de la pâte d’oie8 : ligament croisé antéro-externe (LCAE)9 : ménisque interne10 : 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.

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)

Sympa Fréquence card. Débit cardiaque

Para Fréquence card. Débit cardiaque

Système nerveux autonome

Système endocrinien

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 10Expliquez pourquoi la vitesse de l’écoulement sanguin varie dans les différentes régions du système cardio-vasculaire.

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)

• Eau

• Monosaccharides

• Acides aminés

• Minéraux

• Vitamines

hydro-solubles

Absorption par

Osmose

Diffusion

Transport actif

L’absorption dans l’intestin grêle

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

· À TRAVERS LA MEMBRANE

ALVÉOLO-CAPILLAIRE

Echanges gazeux : Echanges gazeux : respiration externe (échanges alvéolaires)respiration externe (échanges alvéolaires)

Capillaire pulmonaire

· CHAQUE GAZ DIFFUSE SELON SON GRADIENT DE

PRESSION PARTIELLE (élevée → faible)

JUSQU’À ÉQUILIBRE (air et sang ont la même pression partielle).

CO2O2

· S’EFFECTUE ENTRE LES ALVÉOLES (air alvéolaire)

ET LES CAPILLAIRES PULMONAIRES (sang)

EXERCICE 13Expliquez 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 Facteurs physiques influant sur la ventilation pulmonairepulmonaire

Résistance des conduits aériensRésistance des conduits aériensE = E = ΔΔP/R (E=écoulement, P/R (E=écoulement, ΔΔP=PP=Patmatm-P-Palvalv, R= , R=

résistances)résistances)Maximale pour bronches de moyen calibreMaximale pour bronches de moyen calibre↑ ↑ en cas de bronchoconstriction (asthme)en cas de bronchoconstriction (asthme)

Compliance pulmonaireCompliance pulmonaire→ → Elasticité pulmonaireElasticité pulmonaire : C : CLL = ΔV/Δ(P = ΔV/Δ(Palvalv-P-Pipip) )

ΔV=variation de volume pulmonaire, ΔV=variation de volume pulmonaire, Δ(PΔ(Palvalv-P-Pipip)= variation de pression transpulmonaire → maintient les )= variation de pression transpulmonaire → maintient les alvéoles ouvertesalvéoles ouvertes

Tension superficielle dans les alvéolesTension superficielle dans les alvéolesElevée si uniquement eau (molécule polaire)→ affaissement des Elevée si uniquement eau (molécule polaire)→ affaissement des

alvéolesalvéoles↓ ↓ grâce au surfactant pulmonaire (phospholipides+glycoprotéines)grâce au surfactant pulmonaire (phospholipides+glycoprotéines)

EXERCICE 14Donnez les six processus fonctionnels décrivant l’activité du système digestif.

1. L’ingestion ou entrée de la nourriture2. La propulsion ou déplacement des aliments dans le tube digestif3. La digestion mécanique qui assure le mélange de la nourriture et son fractionnement4. La digestion chimique ou dégradation enzymatique5. L’absorption ou transport des produits de la digestion à travers la muqueuse intestinale en direction du sang6. 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 15Décrivez le « parcours » d’une molécule de protéine après son ingestion.

1. Dans l’estomac : la pepsine (sécrétée par les glandes gastriques) en présence d’HCl dégrade les protéines en gros polypeptides

2. Dans l’intestin grêle, les enzymes pancréatiques (trypsine, chymotrypsine et carboxypeptidase) fragmentent les gros polypeptides en petits polypeptides et petits peptides

3. Dans l’intestin grêle, les enzymes intestinales de la bordure en brosse (aminopeptidase, carboxypeptidase et dipeptidase) terminent la dégradation en acides aminés

4. 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 15Décrivez le « parcours » d’une molécule de protéine après son ingestion.

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