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Zitiervorschau

Anatomie et physiologie animale Arnaud MANSART Année universitaire 2022-2023

Espèces • Les biologistes défendent la réalité de l'espèce. Mais tous n'en ont pas la même définition, celle-ci pouvant être biologique, morphologique, phylogénétique, écologique...

• L'espèce n'en est pas moins le pivot de toute classification du vivant.

Espèces Les espèces vivantes se comptent par millions, entre 8 et 12 selon les estimations. C'est ce que l'on appelle la biodiversité. Seulement 1,8 millions d'entre elles sont identifiées et classées. 60% des espèces animales sont principalement des invertébrés.

Parmi les quelque 46 000 espèces connues de vertébrés, on compte plus de 9 600 espèces d'oiseaux et plus de 5 000 espèces de mammifères.

Animaux • L'usage du mot « animal » s'impose à la Renaissance. • Animal désigne un être vivant mobile qui dérive d'anima (souffle ou air), mot souvent traduit par âme. • Les animaux ont besoin d'eau, de dioxygène et de matières organiques provenant d'autres organismes pour vivre et se développer.

Mammifères • Sa caractéristique distinctive lui ayant donné son nom est l‘allaitement et presque tous sont vivipares. • Le plus connu et le plus étudié:

L’être humain

Anatomie • Première science à avoir étudier les mammifères, l’anatomie s‘intéresse à l'aspect statique des animaux. • L’anatomie décrit la forme générale (morphologie) et la structure microscopique (histologie). • Elle a longtemps reposé sur la dissection d'un sujet conservé dans le formol

Physiologie • 1554: médecin Jean Fernel (1497-1558) • la physiologie a obtenu, au XVIIIe siècle, le statut universitaire ou académique d'un enseignement spécialisé • La Physiologie présente, à celui qui l'exerce, l'état naturel de la machine qu'il doit entretenir en prévenant les dérangements qui la menacent, et en les réparant quand ils sont arrivés

Plan du cours • Principes du soutien et du mouvement (os/muscles) • Le système nerveux • L’appareil cardiovasculaire • L’appareil respiratoire • La physiologie gastro-intestinale • La fonction hépatique • La fonction rénale

Principes du soutien et du mouvement

Le squelette osseux Þ Il existe chez l’homme 206 os soit 12% de la masse (7 à 8kg) Þ Plus de 300 chez l’enfant. (protection) (leviers)

(articulations)

(mouvements fins)

Le squelette => Il existe différents types de squelettes dans la nature

Des édifices complexes = rôle de protection des fonctions vitales

Þ Le rachis (moëlle épinière)

Þ La cage thoracique (cœur/poumons)

Les fonctions des os • Protection des organes vitaux. • Formation des cellules sanguines (os plats). • Stockage de sels minéraux (calcium, phosphate, magnésium). • Soutien : attachement des muscles et viscères au squelette. • Mouvements et posture.

Les différents acteurs du mouvement et du soutien Os strié squelettique => L’insertion du muscle sur 2 os différents se déplaçant l’un par rapport à l’autre grâce à une articulation forme un LEVIER.

Articulation (ligaments)

Diversité des muscles squelettiques • 620 muscles squelettiques différents; 40% du poids de corps • lié au squelette par tendons (articulations) ou liaison à organe mou (œil) • chargé du maintien de la posture • génère le mouvement • génère force et chaleur • population hétérogène (fonction/métabolisme, force, vitesse, fatigabilité…)

Diversités anatomiques et adaptation

SINGE: distance articulation/tendon + courte:

LION : distance articulation/tendon + longue :

=> Moins de force, plus d’amplitude

=> Plus de force, moins d’amplitude

Les trois types de muscles (organe différencié) cardiaque

lisse

squelettique (syncitium)

Contractions spontanées et continues

Contractions involontaires

Paroi des viscères Paroi des vaisseaux sanguins

Différents niveaux de commande

Contractions +/volontaires

Soutien du squelette Relie les membres au squelette

Anatomie d’un muscle squelettique 1 muscle = ensemble de faisceaux ; entouré d’épimysium 1 faisceau = plusieurs fibres ; entouré de périmysium 1 fibre = syncitium (plusieurs noyaux) ; entourée endomysium (+ nerfs et vx) Chaque fibre contient plusieurs myofibrilles constituées d’un assemblage de myofilaments

Bases moléculaires de la contraction

Myopathies - Problème le plus fréquent : crampe (contraction soutenue et douloureuse) - Courbatures (acidification du muscle par lactate, H+, éclatement de petits vaisseaux)

Crampe

- Atrophie musculaire. - Myopathie de Duchenne (dystrophine) -Maladie de McArdle (glycogénose, déficit en G6Pase, PFK ou GGPase)

Atrophie musculaire

Le système nerveux

Organisation générale du système nerveux Comparaison Analyse Système nerveux central

Système nerveux périphérique

afférence

intégration

efférence

Perception/Réaction

Les neurones Neurone est composé d’un corps cellulaire (soma) + de prolongements cellulaires (dendrites + axones) qui vont former les connections (avec d’autres neurones ou muscles). Dendrites (pps)

Corps cellulaire (pps) Noyau Zone gachette (intégration des pps et départ des PA)

Caractéristiques des neurones: Þ Ne se reproduisent pas ou peu Þ Grande longévité Þ Cellules excitables Þ Métabolisme élevé Þ 100 milliards neurones chez l’homme Þ Entre 1000 et 10000 connexions reçues

Axone (PA)

Terminaisons synaptiques (synapse chimique)

Quelques propriétés importantes des neurones Propriété de circuit

Propriété de plasticité

Les cellules gliales => « Les héros méconnus du Système Nerveux » (3 fois plus nombreuses que les neurones)

Fonctionnement des réseaux neuronaux L’unité motrice

Neurones : Influx excitateurs et inhibiteurs Différents NTM agissant sur grande variété de canaux ioniques

Messages complexes

Unité motrice = ensemble des fb musculaires innervées par le même motoneurone Influx excitateurs Un seul NTM (Ach) et un seul récepteur

nécessité d’intégration Voies nerveuses

réponses coordonnées Réponse musculaire

Les différents types de potentiels nerveux

Notion de seuil d’excitation

Somatotopie: cas de l’homme…

Représentation de « l’homunculus » sensoriel

Et chez la souris

Observation du système nerveux

Le scanner ou tomographie axiale (rayons X)

Utilisable aussi pour des cancers ou fractures

Cerveau sain

Tumeur hémisphère droit

L’IRM (orientation des protons de H2O)

Cerveau sain

Bonne visualisation de la graisse, de l'eau

Tomographie par émission de positons (Pet scan)

=> Injection d’une solution radioactive qui va être métabolisée par son substrat = émission de 2 photons

Le magnétoencéphalogramme => Enregistrement en temps réel de l’activité neuronale (MEG) pendant un processus cognitif ou stimulation des neurones corticaux (SMT).

Application : épilepsie

Conclusion Ensemble extrêmement complexe, organisé et hiérarchisé. Apprentissage de son fonctionnement par observation et étude de maladies diverses (virales, neurodégénératives, trauma, etc…) Ensemble plastique, qui s’adapte à de nouveaux environnements (apprentissage tout au long de la vie de l’individu).

L’appareil cardiovasculaire

Introduction • Le coeur humain pèse 500 grammes • Il bat 3 milliards de fois dans une vie • Le corps contient environ 5 litres de sang • Une goutte de sang contient environ 5 millions de globules rouges • Une hématie part et revient au coeur en 1 minute

Morphologie interne

Anatomie cardiaque

Grande et petite circulation

Tissu nodal

(Responsable de la contraction automatique et rythmique du Coeur)

Electrocardiogramme (enregistrement des activités électriques du coeur)

Révolution cardiaque

2 phases: - Systole (phase de contraction du coeur) - Diastole (phase de repos du coeur)

Systole Systole auriculaire • Ejection du sang dans les ventricules • Fermeture des valvules auriculo-ventriculaires

Systole ventriculaire • Ejection du sang contenu dans les ventricules vers les artères • Fermeture des valvules sigmoïdes

Diastole • Relaxation cardiaque • Remplissage des oreillettes gauches et droits par les veines

Quelques données • Le Coeur passe 1/3 de son temps en systole et 2/3 en diastole • Fréquence cardiaque au repos: 60 à 80 battements/min • Tension artérielle moyenne: 12/7 • Débit sanguine: 4,5 à 5 litres /min

Evaluation simple de la fonction cardiaque (tension)

Pression = Débit x Résistances

Contrôle extrinsèque (le système nerveux autonome)

Le système nerveux autonome est la partie du système nerveux responsable des fonctions non soumises au contrôle volontaire.

Stimulation sympathique

Stimulation parasympathique

Réflexes régulant l’activité cardiaque • Baroréflexes

- Localisation: tissus élastiques des vaisseaux - Sensibilité: ils mesurent la pression artérielle

• Chémorécepteurs

- Localisation: crosse aortique et sinus carotidiens - Sensibilité: ils mesurent la pression partielle en CO2, O2, acidité…

Barorécepteurs Une augmentation de la pression artérielle induit en retour une chute de la fréquence cardiaque et une vasodilatation Une chute de la pression artérielle : effets inverses

Les chémorécepteurs Une augmentation de la pression en CO2 induit en retour une hyperventilation réactionnelle associée à une augmentation de la fréquence cardiaque Une hausse de la pression en O2: effets inverses

Mise en défaut des contrôles (le froid et la thermoregulation) • Dans l’eau, nous nous refroidissons 25 fois plus vite que dans l’air. • Le corps privilégie les organs “nobles”: Coeur, cerveau et poumons en y concentrant le maximum de chaleur. On observe alors une vasoconstriction périphérique qui se traduit par des engourdissements et une grande pâleur

Conséquences Le volume sanguine central augmente. Ce qui entraîne une diurèse. Quand le corps se réchauffe: On observe un phénomène de vasodilation et une hypovolémie due à la diurèse qui a précédée. Nécessité de boire après une plongée

L’appareil respiratoire

Introduction La fonction respiratoire est une fonction vitale chez l’être humain. Si absence de ventilation et d’hématose supérieure à 3 min =>Atteintes graves. ÞBaleine peut rester en apnée jusqu’à 137 minutes !!! Þ11min35sec pour le record d’apnée chez l’homme. Ventilation Chez l’homme, la ventilation est visible, quantifiable, et permet les échanges aériens intérieurs / extérieurs => entrée d’oxygène et expiration de dioxyde de carbone via les conduits aériens. Hématose Echanges gazeux entre O2 et CO2 qui ont lieu au niveau des poumons.

Organisation anatomique et histologique Parcours aérien

Les fosses nasales Filtration, humidification et réchauffement de l’air inspiré. Le pharynx Carrefour aéro-digestif, composé de 3 niveaux

Organisation anatomique et histologique Le larynx Epiglotte Phonation (cordes vocales) La trachée Conduit musculo-cartilagineux Longueur ~ 12 cm Les bronches Ou « arbre bronchique » 1. Bronche souche 2. Lobère 3. Segmentaire 4. Sous-segmentaire 5. Bronchioles Broncho-motricité (muscles de Reissessen) Clairance muco-ciliaire Les bronchioles

Organisation anatomique et histologique

Zone d’échange: la barrière alvéolo-capillaire Pneumocyte II Sécrétion du surfactant

Pneumocyte I Essentiel de la surface alvéolaire Faible épaisseur, favorise les échanges gazeux

L’hématose Transformation du sang pauvre en dioxygène et riche en dioxyde de carbone en sang réoxygéné. Cet échange gazeux se produit au niveau des capillaires des alvéoles pulmonaires, lors de la ventilation. Mécanisme de diffusion (gradient) Barrière alvéolo-capillaire O2 Pp 40mmHg O2 Pp 100mmHg

CO2 Pp 46mmHg CO2 Pp 40mmHg

Air: Pp O2 100mmHg, Pp CO2 0.02mmHg

La circulation pulmonaire Les artères pulmonaires contiennent du sang pauvre en oxygène. Les veines pulmonaires du sang riche en oxygène

Zone d’échange

Les échanges et transports gazeux Oxygène:

Dioxyde de carbone:

Les muscles respiratoires Inspiration: Acte actif, contraction musculaire Expiration: Acte passif, principalement relâchement musculaire

Le diaphragme: principal muscle inspiratoire A l’inspiration, il se contracte et entraine sa descente, qui permet aux poumons de se gonfler d’air.

Les plèvres Appelées séreuses du fait qu’elles contiennent les organes intrathoraciques Rôle: solidarisent les poumons à la cage thoracique et au diaphragme.

La mécanique de la ventilation

Conclusion Le système respiratoire est une formidable fonction: - Adaptation à différents environnements (Altitude) - Adaptation aux différents besoins (exercice, sommeil) - Adaptation aux contraintes (positionnement)

Physiologie gastro-intestinale

Motricité gastrique (généralités) • Estomac: 2 fonctions essentielles - Malaxe le bol alimentaire => Chyme - Commence digestion avec sécrétions acides + enzymes • 2 unités fonctionnelles

• Fundus (air) et corps (fonction de réservoir) • antre qui broie et mélange et un système antireflux, le pylore

Phénomènes électriques spontanés

Les dépolarisations qui naissent dans la région pace-maker se propagent dans le sens antérograde

Fréquence des dépolarisations en plateau la plus grande

Phénomènes mécaniques Séquence des phénomènes moteurs dans la région antro-duodénale

Motricité gastrique • Facteurs internes • nerveux • sympathique • Parasympathique

Système nerveux autonome

• hormonal ° gastrine et cholécystokinine stimulent le péristaltisme antral mais ferme le pylore ° sécrétine, somatostatine, glucagon et GIP inhibent la sécrétion gastrique et ralentissent la vidange gastrique

Facteurs externes (influençant la vidange gastrique)

L’alcool ralentit la vidange gastrique

L’intestin grêle

(lieu essentiel de la digestion et de l’absorption) • est caractérisé par l’existence de villosités • comprend 3 parties - le duodénum (glandes de Brünner qui sécrètent un suc alcalin riche en mucus en réponse à la stimulation vagale et à l’arrivée du chyme acide, réduit acidité, 25 cm)

- le jéjunum (2,5 mètres) - l’iléon (3,5 mètres)

La digestion dans l’intestin grêle est sous la dépendance de 3 sécrétions : • Intestinale (duodenum) • Pancréatique • Biliaire

Le pancréas • Endocrine sécrète • • • •

l’insuline, le glucagon, la somatostatine la gastrine (syndrome de Zollinger-Ellison, avec présence d’ulcères gastriques et duodénaux graves)

• Exocrine dont les acini sécrètent les enzymes indispensables à la digestion

La bile

• sécrétée par les hépatocytes • stockée entre les repas dans la vésicule biliaire qui réabsorbe de l’eau et des électrolytes • chassée de la vésicule biliaire lors de sa contraction en réponse à la cholécystokinine (relâchement du Sphincter d’Oddi)

Fonction des acides biliaires • déclencher et stimuler la sécrétion biliaire • solubiliser le cholestérol dans la bile et favoriser sa sécrétion • favoriser la solubilisation et l’absorption des lipides par l’intestin • participer à l’homéostasie du cholestérol

Au total L’intestin grêle absorbe chaque jour (en plus de l’eau et du sodium de l’alimentation):

- 7 à 8 litres d’eau - 20 à 30 g de sodium

(contenus dans les sécrétions salivaire, gastrique, biliaire et pancréatique)

- des graisses - des glucides et des acides aminés - des vitamines - des ions - du Fer

Le côlon Þ Reçoit le contenu iléal et le transporte jusqu’à l’anus Þ De l’eau y est également réabsorbée (900ml / jour, max 2-3 l/j, ainsi que le Na+ et Cl-)

Les mouvements du côlon assurent : ¨une activité de mélange (digestion et absorption) ¨une activité propulsive (transit du contenu) ¨le stockage temporaire des fèces (entre défécations)

Histologie du côlon Morphologie interne

Anatomie du côlon

Le côlon et ses bactéries • Bactériologie du côlon • Stagnation et concentration de matières fécales => pullulation des bactéries => muqueuse colique est de type inflammatoire (lamina propria infiltrée par des lymphocytes, macrophages, histiocytes et plasmocytes). • Bactéries anaérobies essentiellement (1000 milliards/ml dans les selles). La colonisation des bactéries a lieu dès le premier jour de vie • Si antibiotiques, destruction flore habituelle (germes pathogènes peuvent se développer) => prescription de levure ou ingurgitation de yaourts n’a aucun effets car pas capable de coloniser le côlon rapidement.

Activité métabolique des bactéries Les bactéries coliques peuvent aussi transformer:

• les nutriments non absorbés dans le grêle

• graisses (hydrolysées par une lipase bactérienne) • protéines et urée dégradées en NH3 (ammoniac, 300 mmol par jour) • glucides en acides gras à courte chaîne => énergie pour la cellule colique

• des médicaments et diverses substances qui peuvent devenir toxiques (amygdaline en cyanure)

Les gaz intestinaux (600 ml/j) Les gaz intestinaux proviennent de l’air dégluti et production in situ: • O2 diffuse rapidement et n’est pas présent dans gaz intestinaux • N2 provient essentiellement de l’air dégluti • CO2 et H2 résultent de la fermentation bactérienne des sucres dans le côlon • 40 % de la population adulte produit du méthane • les gaz malodorants (H2S, NH3,, mercaptans, amines, acides gras volatiles) sont à l’état de trace

Motricité digestive • Temps de transit entre œsophage et valvule iléo-cæcale = 12h • Un marqueur indigestible dans les aliments • apparaît dans les selles entre la 15ème à 40ème h • disparaît des selles entre la 20ème et 180ème h

• En moyenne, un individu normal a environ 5 selles par semaine • Un selle moyenne: 100 à 200 g

L’appareil rectosphinctérien Le rectum et les sphincters de l’anus constituent un ensemble moteur dont le fonctionnement coordonné, soumis à un contrôle nerveux intégré, assure la continence et la défécation

Longueur rectum

La fonction hépatique

Le foie • Organe le plus volumineux de l'organisme : 1200 à 1500 g • Formation de la bile par l'hépatocyte • Métabolisme glucidique, protidique, des graisses • Réserve de fer et de vitamines • Lieu de synthèse des facteurs de l'hémostase

Foie - circulation hépato-splanchnique • Circulation hépatique • volume de sang contenu dans le foie ≈ 450 ml • double apport sanguin • par l'artère hépatique (350 ml/min), • par la veine porte (1100 ml/min) qui draine le sang veineux de la rate, de l'estomac, du pancréas et surtout de l'intestin => les nutriments de l’intestin passe donc par le fois avant de passer par la circulation sanguine générale.

Importance du premier passage hépatique

Le lobule hépatique Le foie est capable de se régénérer après résection partielle (une quantité suffisante de parenchyme fonctionnel doit être conservé)

=> résection de tumeurs et transplantation hépatique (parenchyme s’hypertrophie par multiplication des

hépatocytes et augmentent leur taille (puis multiplication des cellules endothéliales, de Kupffer et des cellules épithéliales des canaux biliaires).

Elimination de l’alcool par le foie (0,1 à 0,15 g/h) Alcool dehydrogénase

Aldéhyde dehydrogénase

Stéatose hépatique (accumulation de graisses) Hépatite alcoolique (inflammation) Cirrhose (lésions irréversibles)

Ascite

La fonction rénale

Structure du néphron

Anatomie du rein

Equilibre de l’eau et des électrolytes

La fonction rénale

Conclusion

Le corps humain est une formidable machine … mais extrêmement complexe