Cybernétique et régulations physiologiques, livre ebook

Ce livre présente l’étude des régulations des grandes fonctions de l’organisme humain, qui constitue le principal objet de la physiologie. Il invite le lecteur à investiguer ce champ de recherche en l’abordant à l’aide d’une grille de lecture particulière, celle de la cybernétique.La cybernétique est née de la confrontation entre les mathématiques, la physique et la physiologie, au cours de rencontres rassemblant des scientifiques venus d’horizons très divers (mathématiciens, physiciens, ingénieurs, physiologistes, psychologues…), en s’appuyant sur une démarche commune : étudier les systèmes complexes grâce au formalisme basé sur les principes de cette discipline (la boîte noire, l’homéostat, la régulation – en constance ou en tendance –, la rétroaction – feed-back en anglais –, le servomécanisme, la communication, l’information). Seront ainsi abordées tout au long de l’ouvrage les notions physiologiques suivantes : la notion de milieu intérieur ; les trois grandes voies de communication de l’organisme (les voies de communication endocrinienne, nerveuse et immunitaire) ; les intercommunications entre ces voies rencontrées dans les systèmes neuroendocriniens (complexe hypothalamo-hypophysaire, notion d’axe de régulation neuroendocrine) ; la neuro-immuno-endocrinologie ; la régulation de plusieurs paramètres du milieu intérieur (calcémie et pression artérielle) ; les processus physiologiques associés au stress.À la différence d’un ouvrage de physiologie traditionnel, ce livre traite de l’organisme dans son ensemble, et non pas de l’étude d’une fonction physiologique d’organes particuliers. Cette approche globale nécessite un mode de représentation spécifique pour décrire les réactions d’équilibre et les systèmes autorégulés, ce qui sera réalisé ici en appliquant les concepts et la méthodologie cybernétique aux régulations physiologiques.Il est destiné aux étudiants, enseignants, chercheurs en biologie et sera utile également en médecine.IntroductionCybernétique et physiologie 1Pourquoi la cybernétique ? 1La physiologie, science des régulations du milieu intérieur 6Pour une physiologie d’organisme 7Références 9Chapitre 1 • Les systèmes vivants, des systèmes homéostasiques 111.1 La représentation des systèmes vivants 121.1.1 Les théories vitalistes 121.1.2 Les théories mécanistes et matérialistes 131.2 La thermodynamique des systèmes vivants 161.2.1 Quelques notions de thermodynamique 161.2.2 Les systèmes vivants : des systèmes ouverts hors d’équilibre 181.3 L’homéostasie et son approche cybernétique 211.3.1 La notion d’organisation et de niveau d’organisation 211.3.2 La notion d’homéostasie 231.3.3 Régulateurs en constance, régulateurs en tendance 241.3.4 Délai d’action et efficacité d’un homéostat 331.4 La notion de servomécanisme 341.5 Les systèmes de communication dans l’organisme : la théorie de l’information 371.5.1 L’information : sens commun et sens cybernétique 371.5.2 Les systèmes d’information dans l’organisme 39Références 43Chapitre 2 • Le milieu intérieur 452.1 La signification physiologique du milieu intérieur 462.1.1 L’importance physiologique de l’eau 462.1.2 Milieu intérieur et homéostasie 462.1.3 Milieu intérieur et milieu intracellulaire 502.2 Les différents compartiments du milieu intérieur 502.2.1 L’osmose et les mouvements d’eau entre compartiments 522.2.2 Le compartiment interstitiel 532.2.3 Le compartiment plasmatique 552.2.4 Le compartiment lymphatique endovasculaire 572.3 Les mouvements d’eau et de solutés entre les compartiments plasmatique et interstitiel 592.3.1 L’échangeur capillaire 602.3.2 Les mécanismes associés aux mouvements d’eau et de solutés 61Références 65Chapitre 3 • Le système de communication hormonal – Un système de communication public 673.1 Le système de communication hormonal : une voie de communication publique, mais spécifique 683.2 La glande endocrine, émetteur du message hormonal 743.2.1 Caractéristiques générales des émetteurs endocriniens 743.2.2 La synthèse et le stockage de l’hormone 753.2.3 La sécrétion de l’hormone 793.3 Le transmetteur de la voie de communication hormonale : le compartiment plasmatique de dilution de l’hormone 813.3.1 Concentration et formes circulantes de l’hormone dans le plasma 813.3.2 Volume de dilution et durée de vie du messager hormonal 833.3.3 Débits relatifs au compartiment de l’hormone : sécrétion et élimination de l’hormone 853.4 Les récepteurs de la voie de communication hormonale, les tissus cibles des hormones 863.4.1 La cellule cible, une voie de communication à l’échelle cellulaire 873.4.2 Réception hormonale extracellulaire 883.4.3 Réception hormonale intracellulaire 92Références 95Chapitre 4 • Le calciostat – Un exemple d’homéostat régulépar une voie de communication hormonale 974.1 L’ion calcium 984.1.1 Les fonctions de l’ion calcium dans l’organisme 984.1.2 Le métabolisme phosphocalcique 994.2 Le calcisotat, données de base 1024.2.1 Caractéristiques générales 1024.2.2 Le contexte physiologique du mode d’action du calciostat 1034.3 Le système réglé du calciostat 1044.3.1 Les trois compartiments du système réglé du calciostat 1044.3.2 Les échangeurs du système réglé du calciostat 1074.4 Le système réglant du calciostat 1134.4.1 La voie de communication hormonale de la calcitonine (CT) 1134.4.2 La voie de communication hormonale de la parathormone (PTH) 1154.4.3 La voie de communication hormonale du 1-25-Di-Hydroxy Cholé-CalciFérol (1-25-DHCCF) 1194.5 La régulation en constance du calciostat : maintien de l’homéostasie de la calcémie 1224.5.1 Dans le cas d’une hypercalcémie 1244.5.2 Dans le cas d’une hypocalcémie 124Chapitre 5 • Le système de communication nerveux – Une voie de communication privée 1275.1 Présentation du système nerveux 1285.1.1 Organisation générale du système nerveux 1285.1.2 Caractéristiques générales de la communication nerveuse 1305.1.3 Les cellules gliales 1305.2 La voie de communication nerveuse à l’échelle systémique 1345.2.1 Le capteur-transducteur-émetteur 1355.2.2 Le transmetteur 1355.2.3 Le récepteur-effecteur 1375.2.4 Le système nerveux végétatif (SNV) 1375.3 Le potentiel d’action : messager physique de la voie de communication nerveuse 1405.3.1 La nature du potentiel d’action 1405.3.2 Le seuil de déclenchement du potentiel d’action 1455.4 La voie de communication nerveuse à l’échelle du neurone 1455.4.1 L’architecture du neurone 1455.4.2 Les caractéristiques de la voie de communication neuronale 1475.5 La voie de communication nerveuse à l’échelle de la synapse 1525.5.1 Les caractéristiques de la voie de communication synaptique 1535.5.2 Le fonctionnement d’une synapse en 10 étapes 1565.5.3 La voie de communication synaptique, une cible neuropharmacologique 1655.5.4 Les peptides neuromodulateurs 165Conclusion 169Références 171Chapitre 6 • Le barostat – un exemple d’homéostat régulé par une voie de communication nerveuse 1736.1 La pression artérielle moyenne 1746.1.1 Caractérisation physiologique de la pression artérielle moyenne (PAM) 1746.1.2 Les sources de variation de la pression artérielle moyenne : le domaine d’action du barostat 1756.2 Le système réglé du barostat 1766.2.1 Le compartiment du système réglé 1766.2.2 Définition de la grandeur réglée : la pression artérielle moyenne 1766.3 Le système réglant du barostat 1786.3.1 L’émetteur de la voie de communication du barostat 1796.3.2 Le transmetteur de la voie de communication du barostat 1796.3.3 Les récepteurs-effecteurs de la voie de communication du barostat 1816.4 La régulation en constance du barostat 1816.4.1 Cas d’une diminution de la PAM 1826.4.2 Cas d’une augmentation de la PAM 1836.5 Régulation à long terme de la PAM et hypertension chronique 183Chapitre 7 • Interdépendances entre les voies de communication nerveuse et hormonale – Interactions neuro-endocrines 1897.1 Le cerveau endocrine : les neurones neurosécréteurs de l’hypothalamus 1907.1.1 La naissance de la neuroendocrinologie 1907.1.2 La notion d’axe hypothalamo-hypophysaire 1917.2 Les neurones magnocellulaires et la neurohypophyse 1957.3 Les neurones parvocellulaires et l’adénohypophyse : les cinq axes hypothalamo-hypophysaires 1977.3.1 Organisation anatomique et fonctionnelle d’un axe hypothalamo-hypophysaire 1977.3.2 Description des axes hypothalamo-hypophysaires 2007.4 Les cellules endocrines du lobe intermédiaire et leurs hormones peptidiques 2097.5 La capsule surrénale : un organe à l’interface des systèmes de communication nerveux et hormonal 2127.5.1 La cortico surrénale 2127.5.2 La médullosurrénale 215Références 220Chapitre 8 • Le système immunitaire – inter-relations entre les trois voies de communication nerveuse, immunitaire et endocrine : la neuro-immuno-endocrinologie 2238.1 Les organes effecteurs du système immunitaire 2258.2 Les cellules effectrices du système immunitaire 2268.2.1 La réponse immunitaire innée 2278.2.2 La réponse immunitaire acquise 2308.3 Un exemple d’interdépendance entre les voies de communication nerveuse et immunitaire : le lien entre inflammation et douleur 2348.3.1 Inflammation aiguë 2358.3.2 Rôle de la « soupe inflammatoire » dans le développement de la douleur inflammatoire 2378.3.3 L’inflammation neurogène 2408.3.4 Inflammation chronique 2428.4 Un exemple d’interdépendance entre les voies de communication nerveuse, hormonale et immunitaire : le stress, réaction de l’organisme aux situations d’urgence 2438.4.1 La notion de stress 2448.4.2 La phase d’alarme : mobilisation de la voie de communication du SNVO et de la médullosurrénale 2468.4.3 La phase de résistance 2488.4.4 La régulation en constance de l’axe corticotrope au cours du stress 2538.4.5 L’interrelation entre les deux voies de communication nerveuse et immunitaire 259Références 264Conclusion générale 265Vers un langage unifié des trois voies de communication au sein de l’organisme 266La chronobiologie 268La chronobiologie sous l’éclairage de la cybernétique 272La chronopharmacologie : une conséquence de l’influence des rythmes biologiques 273L’intérêt de la modélisation cybernétique dans l’apprentissage de la physiologie 274Références 275