Les grands systèmes d'information et de régulation de l'organisme

Les grands systèmes d'information et de régulation de l'organisme :

places respectives du système nerveux et du système endocrinien 

I / Introduction générale sur les systèmes de contrôle et de régulation

A / Système nerveux

Transmission de l'information soit de la périphérie du cerveau (voie afférente ou efférente), soit des muscles et organes. Véhicule une information unique. Spécificité : trajet ou canal utilisé. Information ciblée.

Un point de départ → un fil → un point d'arrivée

B / Systèmes hormonaux (et autres communications chimiques)

Apport d'information dû à la nature chimique du signal à un tissu cible.

Par le sang, la nature chimique du messager libéré qui correspond à un récepteur spécifique qui reconnaît le messager chimique.

(C / Système immunitaire)

pas du domaine de la physiologie, mais faisant partie de la communication chimique.

II / Communication chimique

1 / Signal chimique

Sécrétions exocrines : produites par les cellules et se déplacent à l'extérieur (exemple : sueurs, urine, sécrétions digestives,…).

Sécrétions endocrines : ce sont les hormones ainsi que d'autres composants qui sont déversés dans le milieux intérieur et qui diffusent.

La sécrétine est découverte par Bayliss et Starling en 1902.

Le mot « hormone » et créé par Hardyen en 1905 (du grec « hormaô » : j'exite).

Une hormone est un messager chimique sécrété par des cellules définies regroupées en un tissu anatomiquement différencié appelé glande endocrine et qui est déversé dans le milieu intérieur et transporté par le sang jusqu'à un tissu cible sur lequel ce messager exerce des effets physiologiques précis.

2 / Notion de neurosécrétion

Le cerveau est la première glande endocrine de l'organisme.

La neurosécrétion peut-être endocrine, paracrine, ou autocrine.

Les neurosécrétions :

• neuro-transmetteur (→ synapse)

• « neuromodulateur » (paracrine)

• neuro-hormone (endocrine)

III/ Interaction entre système nerveux et systèmes hormonaux

1 / De la périphérie vers le système nerveux central (notion de barrière hémato-encéphalique)

Notion de barrière hémato-encéphalique :

• à la fin du XIXe siècle : Ehrilch (iv)

• puis en 1913 : Goldmann(icv)

• colorants vitaux ...

A / Localisation de l'hypophyse

La communication chimique est difficile due à la présence de la barrière hémato-encéphalique.

À la fin du XIXe siècle : Ehrilch (iv) puis en 1913 : Goldmann(icv) découvrent les colorants vitaux :

• le bleu de méthylène : qui colore en général les cellules de périphérie mais pas le cerveau, et qui dans le liquide céphalo-rachidien colore le cerveau mais pas les cellules de périphérie.

• => présence de cellules interposant aux échanges : trois composantes

• une restriction sélective

• pour limiter la restriction pour les échanges : on a une zone spécifique très limitée (sorte de trou dans la barrière) entre le cerveau et la périphérie : région hypothalamo- hypophysaire.

• les cellules gliales :

  • assurent un isolement complet des neurones

• cavités (ventricules) rempli de liquide céphalo-rachidien ta^pissées de cellule épendymaires → protection

• trajets possibles :

  • traverser les cellules épithéliales

  • transiter à travers le LCR

  • permettent de voire les différentes composantes de la BHE

B/ Du système nerveux central vers la périphérie

A = barrière hémato-encéphalique = cellules endothéliales + gliales

B = barrière hémo-méningée = cellules endothéliales + épendymaires

C = barrière méningo-encéphalique = cellules épendymaires + gliales

Exemples de communication nerveuse :

• nerf vague : stimulation directe de la sécrétion d'insuline par les cellules beta des îlots de Langerhans

• nerfs orthosympathiques : stimulation directe de la sécrétion d'adrénaline par les cellules des glandes médullosurrénales

• existe-t-il une possibilité de communication chimique ?

  • Oui = communication du type neurocrine => neuro-hormones /neuroendocrinologie

III / Organisation anatomique de la région et hypothalamo-hypophysaire

Exemple de communication nerveuse :

• nerf vague >>> stimulation directe de la sécrétion d'insuline par les ellules beta des îlots de Langerhans

• nerfs orthosympathiques >>> stimulation directe de la sécrétion d'adrénaline par les cellules des glandes médullosurénales

• existe-t-il une possibilité de communication chimique ?

  • Oui → communication du type neurocrine

  • → neurohormones/neuroendocrinologie

1/ Localisation de l'hypophyse

Située dans la lâche sphénoïadale, à proximité du troisième ventricule (cerveau végétatif). La vie de relation demande une masse bien supérieure à la vie végétative.

2 / Structure de l'hypophyse

Elle se compose en deux parties :

• en avant : l'antéhypophyse = adénohypophyse :

  • d'origine ectoblastique

  • différents types cellulaires

  • pas de connexion nerveuse avec le cerveau

  • connexion vasculaire

  • en vert sur l'image

• en arrière : post hypophyse = neurohypophyse :

  • terminaisons axonales des neurones

  • en rouge sur l'image

Chiasma = croisement, chiasma optique = croisement des nerfs optiques vers la tige hypophysaire (= nerf constitué d'axones) → Posthypophyse

3 / Rapports avec l'hypothalamus

Paraventriculaire = à côté du ventricule, qui donne les axones, termine dans la posthypophyse.

La barrière hémato-encéphalique est entre la masse cérébrale et la neurohypophyse.

4 / Vascularisation : le système porte hypothalamo- hypophysaire

Un système porte correspond à un double réseau capillaire en série. Il existe plusieurs systèmes portes :

• hépatique (intestin + foi)

• hypothalamo-hypophysaire (permet de transmettre des hormone de l'hypothalamus à l'anté-hypophyse)

• …

Dont le rôle physiologique et d'enrichir le sang en molécules chimiques nutritionnelles ou informatives. Ces molécules étant captées par le premier réseau et rendues vers le deuxième.

IV / Mise en évidence du rôle endocrine de l'hypophyse

1 / Ablation = hypophysectomie (syndrome de Sheenan)

On enlève l'hypophyse, on observe ce qu'il se passe, on regreffe hypophyse. Si on la regreffe assez rapidement les cellules survivent, la glande reprend sa fonction normale, mais suppression des connexions nerveuses.

Syndrome Sheenan : on a une nécrose ischémique (absence de vascularisation) de l'hypophyse lors d'hémorragie importante lors d'accouchement auparavant.

L'ablation de l'hypophyse entraîne :

• une diminution de la fonction thyroïdienne (involution thyroïde)

• une diminution des fonctions gonadiques

• absence de la montée laiteuse ou de l'éjection lactée

• insuffisance surrénale (mais cortico-surrénalienne)

• trouble de la croissance

• peau : dépigmentation (syndrome de Sheehan : 1938)

• rein : diabète insipide transitoire (augmentation du volume des urines, mais différent du diabète sucré, c'est une simple augmentation d'eau libre dans les urines)

• moindre contraction de l'utérus

• chez le jeune en croissance : trouble de la croissance → nanisme harmonieux

Lobe antérieur	thyroïde	TSH	Thyréostimuline = Thyreo-Stimulating-Hormon	T3/T4 : métabolisme
	foie	GH	Hormone Somatotrope = Growth Hormon	Somato-médines : croissance
	gonades	FSH LH	Folliculostimuline = Follicle-Stimulating-Hormon + Luéostimuline = Lutéinizing Hormon	Hormones sexuelles : reproduction
	surrénales	ACTH	Adreno-Cortico-Trophin-Hormon	Corticoïdes : métabolisme
	sein	Prolactine	Prolactine	Lait
Lobe postérieur	rein	ADH = Ocytocine	Hormone Anti-Diurétique = Vasopressine + Ocytocine (vasopressine-ocytocine)
	utérus

2 / Administration d'extraits hypophysaires

Injection en intraveineuse seulement → efficace, correction des troubles.

C'est la preuve de la sécrétion de messagers chimiques par l'hypophyse qui est remédiée par l'administration d'extraits hypophysaires.

Lobe antérieur	thyroïde	TSH	Thyréostimuline = Thyreo-Stimulating-Hormon	T3/T4 : métabolisme
	foie	GH	Hormone Somatotrope = Growth Hormon	Somato-médines : croissance
	gonades	FSH LH	Folliculostimuline = Follicle-Stimulating-Hormon + Lutéostimuline = hormone luthéinisante = Lutéinizing Hormon	Hormones sexuelles : reproduction
	surrénales	ACTH	Hormone (adréno)corticotrope = Adreno-Cortico-Trophin-Hormon	Corticoïdes : métabolisme
	sein	Prolactine	Prolactine	Lait
Lobe postérieur	rein	ADH	Hormone Anti-Diurétique = Vasopressine	Eau : anti-diurèse
	utérus	Ocytocine	Ocytocine = vasopressine-ocytocine	Contraction des muscles lisses : explultion

Quelles hormones ?

• Les hormones périphériques

• Anté-hypophysaires

• Post-hypophysaires

En cas de troubles de l'ADH et/ou Ocytocine : on a de 25 à 40 l de miction par jour, au lieu de 2 l.

La structure est très proche pour ces deux hormones : peptide de neuf aminoacides ne différant que d'un aminoacide.

3 / Inefficacité de la greffe (sauf in situ)

Ablation expérimentale suivie de greffe.

V / Contrôle hypothalamique de l'activité hypophysaire

1/ Destruction de l'hypothalamus

L'hypothalamus qui est situé juste au dessus exerce une action de contrôle sur l'hypophyse. On observe que des destruction de l'hypothalamus peuvent entrainer toutes sortes de troubles (de la diminution de production d'hormones hypophysaires, une involution de l'hypophyse ... jusqu'à la mort).

La destruction de l'hypothalamus entraine :

• une involution de l'antéhypophyse

• une involution des fonctions endocrines périphériques contrôlée par l'hypophyse

• dans certaines conditions d'imprégnation hormonale une galactorrhée

• un diabète insipide permanent

• des dissociations sont possibles (en général)

2/ Pathologies

L'hypothalamus contrôle l'activité de l'hypophyse par les neurohormones => besoin de proximité entre l'hypothalamus et l'hypophyse.

TRH : Thyrotrophin Releasing Hormon (tri-peptide : histidine, proline, acide glutamique).

VI / Synthèse : les hormones hypophysaires et le contrôle hypothalamique

TRH :

• première neuro-hormone identifiée dans les années 1960 par Roger Guillemain

• tri-peptide : histidine-proline-acide glutamique

Les hormones hypothalamiques :

• TRH : Thyreotropin Releasing Hormon

• Somatostatine

• Somatolibérine

• Gonadotrophin Releasing Hormon (GnRH) (LH-RH)

• Corticotrophin Releasing Hormon (CRH)

• dopamine

La somatostatine et la somatolibérine étant des hormones de croissance.

Les hormones post-hypophysaires :

• Hormone Anti-Diurétique ou Vasopressine (ADH)

• Ocytocine (vasopressine-ocytocine)

VII / Régulation par feed-backs négatifs et/ou positifs : le cycle ovarien

A/ premier feed-back (FB) négatif central :

L'augmentation de l'oestradiol au début du cycle rétroagit sur l'hypophyse et freine ses sécrétions, expliquant la diminution du taux de FSH aux 6e - 12e jour du cycle.

B/ premier feed-back positif périphérique :

À la périphérie, l'oestradiol (E2) augmente l'efficacité de FSH sur la croissance folliculaire en stimulant la multiplication des cellules de la granulosa. La granulosa produisant elle-même de l'oestradiol.

C/ deuxième feed-back positif périphérique :

FSH stimule l'augmentation du nombre de récepteurs à LH des cellules de la granulosa, stimulant ainsi la production périphérique d'oestrogène (E2).

D/ troisième feed-back positif central :

Quand le taux circulant d'E2 dépasse un certain seuil, l'effet central de E2 s'inverse et stimule au lieu d'inhiber la sécrétion hypophysaires de FSH et surtout de LH (expliquant le pic de LH) probablement par augmentation de la sensibilité des cellules hypophysaires à GnRH, ou par stimulation de la production de GnRH par l'hypothalamus.

E/ deuxième feed-back négatif central :

Dans la seconde moitié du siècle, la transformation du follicule en corps jaune (après l'ovulation à partir des cellules de la granulosa et sous l'action de LH) permet la production de progestérone (et de E2) qui va exercer un effet de freination sur l'hypophyse (d'où la baisse de la sécrétion de FSH et LH).

F/ quatrième feed-back positif périphérique :

E2 augmente la production de progestérone pas les cellules du corps jaune sous l'influence de LH dont le nombre de récepteurs est augmenté par cette hormone (E2).

VIII/ Métabolisme hormonal

1/ Classification des hormones

Les hormones dérivées d'aminoacides :

• catécholamines (adrénaline …)

• hormones thyroïdiennes

• (sérotonine / dopamine)

Les hormones peptidiques :

• TRH (3 acides aminés)

• ocytocine (9 acides aminés)

Les hormones protéiques :

• insuline

• GH / LH / FSH / …

Les hormones stéroïdes :

• hormones sexuelles

• cortisol / aldostérone

• vitamine D3

Les hormones peuvent provenir de 1 à plus de 190 acides aminés.

B/ Biosynthèse

3/ Stockage

En général pas de stockage d'hormones, juste un stockage des pré-hormones, sauf pour la thyroïde.

4/ Sécrétion

Par pinocytose inversée émiocytose.

5/ Transport

En général, les hormones ne sont pas dans le sang à l'état libre mais liées à des protéines vectrices :

• non spécifiques : l'albumine

• spécifiques :TBPA / TBG

Selon la loi d'action de masse :

[H lib] + [P.Vectr] → ← [H – P.V]

forme libre = forme active

6/ Inactivation

La clairance métabolique exprime le volume de plasma théoriquement totalement épuré de l'hormone active par unité de temps (c'est une notion théorique car on n'a jamais du plasma totalement épuré de l'hormone).

Marquage d'une hormone → Courbe → Temps d'homogénéisation → Catabolisme → Décroissance = élimination de l'hormone de façon exponentielle.

At = Ao * exp(-kT)

At : concentration sanguine

Notion de pool hormonal : volume (ou espace) de distribution = (quantité de traceur injecté) / (concentration du traceur dans l'espace)

Pool total = espace de distribution * [hormone endogène]

7/ Dosages hormonaux

Dosage biochimique : on mesure un par un les marqueurs mais ils ne se lient pas uniquement à la molécule d'hormone active. Le marqueur 2 mesure uniquement le dosage de la molécule active. Le marqueur 1 mesure les molécules (ou parties) inactives. Les dosages biochimiques dépendent de la technique employée dont il faut connaître les limites.

Dosage physiologique/biologique : consiste à doser l'activité effectuée par l'hormone dans le prélevement. Il faut préalablement connaître l'effet physiologique et avoir un environnement expérimental qui permet de mesurer l'activité de l'hormone.