29 notions-clefs : le corps humain

Le corps humain : un système emboîté de systèmes ou appareils fonctionnels (II)
Auteurs : Travail collectif(plus d'infos)
Résumé :
Document de Charles Auffray issu de l'ouvrage "29 notions clefs pour savourer et faire savourer la science - primaire et collège", paru aux éditions Le Pommier en août 2009.
Publication : 13 Mai 2014

Une circulation canalisée : le système cardio-vasculaire

L’apport des substances nutritives au cerveau est assuré par une riche vascularisation, mais n’est qu’un exemple particulier d’un réseau de canalisations qui parcourt tout le corps et alimente tous les organes. Des plus petits vaisseaux, les capillaires, aux plus importants comme l’aorte, ce sont plus de cent mille kilomètres de tuyaux de divers calibres qui véhiculent un liquide vital, le sang. Pendant des siècles, on pensait que le réseau vasculaire véhiculait l’air des poumons. Cette vision se fondait sur le fait que la respiration est nécessaire à la
vie et qu’il existe une relation anatomique entre les vaisseaux et les poumons. C’est à la fin du XVIIe siècle et au début du xviiie siècle que William Harvey en Angleterre et Lazzaro Spallanzani en Italie ont élucidé les relations entre les systèmes circulatoire et respiratoire.
Tout s’organise autour du coeur, dont on a vu qu’il s’agit d’un muscle strié particulier au fonctionnement automatique. Le coeur se met à battre spontanément très tôt au cours du développement de l’embryon. En se contractant régulièrement, le coeur agit comme une pompe qui aspire le sang des veines et le refoule dans les artères via deux circuits distincts. Le premier est le circuit pulmonaire, dans lequel la partie droite du coeur injecte le sang appauvri en oxygène provenant de l’ensemble du corps. En circulant dans un réseau de fins capillaires dans les alvéoles pulmonaires, le sang se recharge en oxygène puis regagne la partie gauche du coeur qui le propulse dans le réseau d’artères qui irrigue tous les organes et tissus. Ceux-ci sont ainsi approvisionnés en oxygène et déversent dans le sang leurs déchets, dont le gaz carbonique, qui sera éliminé lors d’un prochain passage dans les poumons.
Comme le cerveau, le coeur est un gros consommateur d’énergie. Il possède son propre réseau vasculaire, le réseau coronarien. Les excès alimentaires et le tabagisme qui sévissent dans les pays développés aboutissent à des pathologies cardiaques, comme l’infarctus ou crise cardiaque, et vasculaires comme la dégénérescence des artères ou l’hypertension artérielle, qui y sont les premières causes de mortalité. Le rythme cardiaque est contrôlé par les systèmes nerveux et endocriniens. Il augmente pendant l’effort de manière coordonnée avec les cycles respiratoires, ou, en cas de réactions d’alerte face à un danger, sous l’effet d’une décharge d’adrénaline.

Inspirez, expirez : l’appareil respiratoire

L’air parvient aux alvéoles pulmonaires lors de l’inspiration par l’intermédiaire des fosses nasales ou de la bouche, du larynx où il fait vibrer les cordes vocales pour assurer la parole ou le chant, et de la trachée artère puis du réseau ramifié de bronches. Il suit le chemin inverse lors de l’expiration. Le cycle respiratoire est assuré par l’alternance de la contraction et de l’expansion de la cage thoracique formée de douze paires de côtes rattachées à la colonne vertébrale. Lors de l’inspiration, la contraction des muscles intercostaux extérieurs resserre les côtes et soulève la cage thoracique dont le volume est augmenté par l’abaissement du diaphragme qui se contracte. Il en résulte une baisse de pression qui attire l’air de l’extérieur. Lors de l’expiration, la pression à l’intérieur des poumons augmente lorsque les muscles intercostaux extérieurs et le diaphragme se relâchent, et que les muscles abdominaux contribuent, en se contractant, à diminuer activement le volume de la cage thoracique.
Les maladies respiratoires comme les bronchites, l’asthme, les allergies et les cancers des poumons souvent dus au tabac, constituent, après les maladies cardio-vasculaires, l’un des principaux problèmes de santé publique dans les pays industrialisés. Cela est, en grande partie, dû au fait que les poumons sont au contact de nombreux agents du milieu extérieur véhiculés par l’air comme les poussières, le pollen, les microbes et la fumée de cigarette, et qu’ils réagissent à ces agressions par des réactions inflammatoires qui peuvent dégénérer.

Halte-là, on ne passe pas : le système immunitaire

Le corps humain dispose d’un réseau de défense, le système immunitaire, qui lui permet de lutter contre les corps et les organismes étrangers comme les virus, les bactéries ou les champignons.
Une première ligne de défense est constituée tout simplement par la peau et les sécrétions qui freinent indistinctement la pénétration de tous les agresseurs. Quand certains de ceux-ci parviennent à franchir cette première barrière, un second système de défense entre en jeu, qui procède à une reconnaissance spécifique de chaque substance ou micro-organisme étranger. Ce second « rideau » est constitué de cellules sanguines spécialisées, les macrophages, qui capturent l’agresseur et le digèrent, et les lymphocytes T, dont certains reconnaissent ses éléments pour les garder en mémoire alors que d’autres envoient des signaux à une autre catégorie de lymphocytes, les lymphocytes B, qui produisent alors des molécules capables de reconnaître l’agresseur et de s’y fixer, les anticorps. Les macrophages interviennent de nouveau pour éliminer les complexes ainsi formés.
Chaque agresseur est reconnu de manière spécifique, et le système immunitaire qui l’a gardé en mémoire est prêt à réagir plus rapidement pour contrecarrer une nouvelle agression. C’est cette propriété qui explique qu’on n’attrape pas, en général, deux fois des maladies infectieuses comme la rougeole, la varicelle ou les oreillons. Elle est aussi à la base du principe de la vaccination, lors de laquelle on expose l’organisme à des éléments des micro-organismes pathogènes, de manière à ce qu’il soit préparé à les combattre lorsqu’il les rencontre véritablement.
Les macrophages et les lymphocytes, comme toutes les cellules sanguines, sont issus de cellules souches provenant de la moelle osseuse. Les lymphocytes T sont préparés à leur fonction dans le thymus, une petite glande située à la base du cou, et stockés dans la rate à proximité de l’estomac. Macrophages, lymphocytes T et lymphocytes B circulent dans le sang et se regroupent dans les ganglions lymphatiques, amas de quelques millimètres où ils opèrent de concert la reconnaissance et la destruction des corps étrangers. Les ganglions lymphatiques sont en quelque sorte les noeuds d’un second réseau de canalisations, les vaisseaux et les capillaires lymphatiques, au sein desquels circule la lymphe, liquide issu des interstices entre tissus et cellules. La contraction des muscles qui entourent les vaisseaux lymphatiques draine ainsi tous les liquides dans lesquels baignent les cellules vers les ganglions qui servent de filtres. Le gonflement des ganglions est le signe de la mise en route des réactions de défense et donc également le signe d’une infection et de sa localisation dans le corps.

Comme tout système de défense, le système immunitaire a ses faiblesses. Il est mis en échec par le virus du sida, car celui-ci s’attaque à une catégorie particulière de lymphocytes T qui contrôlent son bon fonctionnement, les lymphocytes T4, provoquant l’immunodéficience acquise, ce qui ouvre la voie à toutes sortes d’infections opportunistes par des bactéries et des champignons contre lesquels l’organisme ne peut plus lutter. Parfois, il s’emballe et s’en prend aux tissus de l’organisme en ignorant l’éducation donnée aux lymphocytes T dans le thymus de ne pas se dresser contre ses propres composants. Il en résulte des maladies auto-immunes comme la polyarthrite rhumatoïde, qui affecte les articulations, le diabète sucré, qui apparaît lorsque le pancréas est attaqué et ne peut plus produire d’insuline, ou la sclérose en plaques des fibres nerveuses.

Un tube qui nourrit son homme : l’appareil digestif

Le contact avec le milieu extérieur se fait également par l’appareil digestif dont la fonction principale est d’alimenter le corps en éléments nutritifs, mais qui participe aussi aux lignes de défense : destruction des micro-organismes par l’acidité de l’estomac et les enzymes digestifs, et reconnaissance spécifique dans les plaques de Peyer, amas lymphoïde bordant l’intestin grêle.
L’appareil digestif est constitué d’un long tube de près de 9 m à diamètre variable, qui commence avec la bouche et la langue où les aliments sont absorbés, broyés par la mastication et imbibés par la salive et se poursuit par l’oesophage qui conduit le bol alimentaire à l’estomac. Ce dernier est doté d’une épaisse paroi musculaire dont les contractions assurent le broyage des aliments dans le suc gastrique qui est très acide, ce qui amorce la fragmentation des aliments en substances élémentaires. Cette digestion se poursuit dans le duodénum avec l’aide de la bile fabriquée par la vésicule biliaire et d’une variété d’enzymes provenant du pancréas, puis se poursuit dans le reste de l’intestin grêle où cohabitent une myriade de bactéries. Pendant tout ce parcours, les éléments nutritifs sont absorbés à travers la paroi intestinale et véhiculés dans la circulation sanguine en direction notamment du foie qui assemble et stocke les sucres sous forme de glucose polymérisé ou glycogène et sert de filtre pour les éléments toxiques. Les matières résiduelles de la digestion et les bactéries mortes forment les fèces dans le gros intestin et sont évacuées progressivement par l’intermédiaire du côlon, du rectum et de l’anus.
Toutes les parties du tube digestif sont en relation et sous le contrôle des systèmes nerveux et musculaire dont les contractions accompagnent la mastication, la déglutition, le brassage stomacal, le transit intestinal et la défécation. De nombreux relais hormonaux interviennent également comme on le verra plus loin. Chacun de ces organes du système digestif est sujet au développement de cancers, ceux du côlon et de l’estomac étant les plus fréquents. Des irritations de l’estomac produisent des gastrites ou des ulcères ; des virus ou l’abus d’alcool des hépatites ou des cirrhoses du foie ; l’accumulation de sels biliaires peut former des calculs obstruant le canal de la vésicule.

Éliminer : l’appareil urinaire

Dans la composition du corps humain, plus de la moitié de la masse est représentée par de l’eau. Les deux tiers se trouvent à l’intérieur des cellules ; le tiers restant étant con-
stitué de l’eau interstitielle (présente entre les cellules), de la lymphe et du sang qui représente un peu plus de 10 % du total de l’eau du corps. Le sang est filtré par les reins où se forme l’urine qui est conduite à la vessie par les uretères, avant d’être évacuée lors de la miction par le canal de l’urètre. Le système de filtration rénal est très sophistiqué. Il assure l’équilibre de la quantité de liquide dans le corps, mais aussi des sels minéraux, tout en assurant l’excrétion des déchets.

Régulations entrecroisées : le système endocrinien

On l’a vu épisodiquement au long de ce parcours à travers le corps humain, de nombreuses fonctions sont régulées par des hormones qui circulent dans le sang et agissent sur des organes ou des tissus spécifiques.
Les hormones sont produites par les glandes endocrines qui constituent le système endocrinien ou hormonal et qui agissent de concert dans un réseau dont l’équilibre est maintenu par les effets stimulateurs et inhibiteurs des hormones sur les tissus cibles, sur d’autres glandes et sur leur propre production. Certaines parties du cerveau participent au système endocrinien, comme l’épiphyse qui produit la mélatonine qui intervient dans le cycle du sommeil et de l’éveil, l’hypothalamus qui contrôle le fonctionnement de l’hypophyse qui produit l’hormone de croissance et contrôle à son tour de nombreuses autres glandes. La régularité de la circulation est contrôlée par une hormone produite par le coeur, et la production des globules rouges par l’érythropoïétine produite par le rein, la fameuse EPO qui a considérablement modifié les performances sportives des cyclistes et d’autres athlètes s’adonnant au dopage. La digestion est réglée par l’insuline du pancréas et diverses hormones produites par l’estomac et l’intestin, et la consommation d’énergie par les hormones thyroïdiennes. Les hormones parathyroïdiennes contrôlent la répartition des sels minéraux tels que le calcium entre le sang et les os en agissant également sur l’intestin et les reins. Les hormones des glandes surrénales – telles l’adrénaline et la cortisone – qui, comme leur nom l’indique, se trouvent localisées au contact du rein interviennent dans des réactions de stress et de contrôle du métabolisme.

De corps humain à corps humain : l’appareil génital

Les ovaires produisent les cellules sexuelles féminines ou ovules au cours d’un cycle menstruel qui est réglé par les oestrogènes et la progestérone, sous le contrôle des hormones hypophysaires, et qui induisent la formation des seins pendant la période de la puberté. Les organes génitaux féminins, vagin, utérus et trompes, sont l’objet d’un contrôle hormonal qui est, en cas de grossesse, bouleversé jusqu’à l’accouchement. De même, les testicules produisent les cellules sexuelles masculines ou spermatozoïdes sous le contrôle de la testostérone, qui participe à l’apparition des caractères sexuels masculins tels que la pilosité et le développement de la masse musculaire. Les organes génitaux masculins sont complétés par les vésicules séminales et la prostate qui participent à la formation du liquide séminal qui véhicule les spermatozoïdes jusqu’au pénis.
La fonction de la procréation est assurée par la rencontre d’un spermatozoïde et d’un ovule à la suite de relations sexuelles mettant en jeu l’ensemble de l’appareil génital. Ainsi, à partir de deux corps humains de sexes opposés naît, au terme de la grossesse, un troisième, ressemblant à celui de ses parents mais ayant ses caractéristiques propres. En effet, le matériel génétique qui est transmis d’une génération à l’autre est l’objet d’un brassage et d’un réassortiment qui fait que chaque individu est unique. C’est ce même matériel génétique, le génome, formé de l’ADN des chromosomes, qui participe à la définition du plan du corps, de la différenciation des cellules, des tissus et des organes et à leur fonctionnement.

 

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