Notions de biologie

1. Niveau d'organisation du vivant

Le vivant est organisé selon plusieurs niveaux hiérarchiques, chaque niveau ayant une structure adaptée à sa fonction optimale :

À retenir : La structure d’un objet vivant est toujours adaptée à sa fonction (exemple : globules rouges adaptés au transport des gaz O₂ et CO₂).

2. Fonctions vitales

Un objet vivant remplit 6 fonctions vitales essentielles :

Critère de vie : Un objet est vivant s’il remplit ces 6 fonctions.

3. Homéostasie

Homéostasie = maintien d’un équilibre dynamique du milieu intérieur, essentiel pour la survie et le bon fonctionnement des organismes.

• Équilibre dynamique : Tout est en mouvement constant, mais régulé.
• Milieu intérieur : Liquides corporels (liquide intracellulaire LIC et liquide extracellulaire LEC) en échange constant.
• Régulation : Mécanismes qui corrigent les écarts (ex : température, pression sanguine) par rétroaction négative (le résidu agit en sens inverse du stimulus).

À retenir : L’homéostasie est un équilibre dynamique régulé, indispensable à la vie.

4. Terminologie anatomique

a) Position anatomique de référence

• Debout, bras tendus, paumes des mains vers l’avant.
• En décubitus (couché) : dorsal (sur le dos), ventral (sur le ventre), latéral (sur le côté gauche ou droit).

b) Régions du corps

Le corps est divisé en régions précises pour localiser les organes et structures.

c) Topographie

Étude des relations spatiales entre les organes.

d) Plans et coupes

e) Cavités corporelles

Zones creuses contenant et protégeant les organes :

Cavités particulières (contiennent un liquide mais pas d’organes) :

5. Niveau cellulaire d'organisation du vivant

Cellule = unité fonctionnelle et morphologique des organismes vivants.

a) Membrane plasmique (MP)

• Définition : Membrane biologique qui délimite la cellule, séparant le liquide intracellulaire (LIC) du liquide extracellulaire (LEC).
• Structure moléculaire : Bicouche de phospholipides avec protéines intégrées.

b) Fonctions de la membrane plasmique

Transport passif :

• Molécules liposolubles (O₂, CO₂, acides gras) traversent directement la bicouche.
• Molécules hydrosolubles (ions, glucose) passent via des canaux protéiques.
• Osmose : déplacement net d’eau à travers une membrane semi-perméable, selon la concentration en solutés.

À retenir : La membrane plasmique est une barrière dynamique assurant protection, communication et échanges essentiels à la vie cellulaire.

1. Osmose et pression osmotique

• Osmose : diffusion de l'eau à travers une membrane perméable à l'eau mais imperméable aux solutés.
• Équilibre osmotique : osmolarité égale des deux côtés de la membrane (même concentration en solutés).
• Pression osmotique : force qui pousse l'eau du milieu le moins concentré vers le milieu le plus concentré en solutés.
• Dans l'organisme, la pression osmotique du liquide intracellulaire (LIC) et du liquide extracellulaire (LEC) est normalement égale.

2. Transport actif

• Définition : transport de substances à travers la membrane plasmique nécessitant de l'énergie (ATP), contre leur gradient électrochimique.
• Réaction énergétique : $$ATP + H_2O \rightarrow ADP + H_3PO_4$$
• Pompes membranaires : protéines utilisant l'énergie de l'ATP pour transporter activement des ions (ex : Na\textsuperscript{+}/K\textsuperscript{+} ATPase).
• Mécanismes vésiculaires :
  • Endocytose : invagination de la membrane plasmique pour internaliser des substances en formant une vésicule.
  • Phagocytose : type d'endocytose où la cellule englobe une grosse particule via des pseudopodes, formant un phagosome qui fusionne avec un lysosome.
  • Exocytose : expulsion de substances contenues dans des vésicules vers l'extérieur de la cellule par fusion avec la membrane plasmique.

3. Cytoplasme

a) Cytosol

• Milieu liquide où se déroulent les réactions biochimiques cellulaires, notamment la respiration cellulaire : $$C_6H_{12}O_6 + 6O_2 \rightarrow 6CO_2 + 6H_2O$$

b) Organites non-membraneux

• Les ribosomes lisent l'ARNm par triplets de bases (codons) pour assembler les acides aminés en chaîne polypeptidique.

c) Organites membraneux

4. Noyau

• Structure : entouré d'une double membrane (membrane nucléaire externe et interne), en continuité avec le RER.
• Contient la chromatine (ADN + protéines) et le nucléole (synthèse et assemblage de l'ARN ribosomique).
• Pores nucléaires : permettent les échanges entre le noyau et le cytoplasme.
• Fonction : contrôle de la synthèse protéique et gestion du cycle cellulaire.

5. Cycle cellulaire et division

• Mitose : division cellulaire produisant deux cellules filles identiques.
• Méiose : division réduisant de moitié le matériel génétique pour former des gamètes (4 cellules filles haploïdes).

À retenir : La pression osmotique équilibre les concentrations d'eau et de solutés entre milieux, tandis que le transport actif permet le déplacement des substances contre leur gradient grâce à l'énergie de l'ATP.

1. Homéostasie : Définitions et principes

• Homéostasie : capacité de l'organisme à maintenir un milieu interne stable malgré les variations externes.
• Elle repose sur des mécanismes de régulation assurés par des systèmes nerveux et endocriniens.
• L'équilibre dynamique est maintenu par des boucles de rétroaction (feedback).

2. Organisation de la paroi digestive

• Le feuillet viscéral du péritoine recouvre certains organes abdominaux, variable selon l'organe.

3. Fonctions digestives clés

• Salive : 99,5% eau + enzymes (amylase salivaire), mucus, ions, anticorps.
  • Facilite la digestion chimique (glucides) et la propulsion du bol alimentaire.
• Pharynx : coordination musculaire striée pour la déglutition.
  • Uvule palatine ferme le nasopharynx.
  • Épiglotte ferme le larynx pour éviter la fausse route.
• Œsophage : conduit le bol alimentaire par péristaltisme (contractions musculaires coordonnées).

4. Estomac : digestion mécanique et chimique

• Présence de deux sphincters :
  • Sphincter œsogastrique (œsophage-estomac)
  • Sphincter pylorique (estomac-duodénum)
• Musculature développée pour broyer le bol alimentaire.
• Sécrétion d'enzymes gastriques :
  • Pepsine (protéase) active par HCl, dégrade les protéines.
  • Lipase gastrique : dégrade les lipides.
  • Amylase salivaire : continue la digestion des glucides.
• Production d'acide chlorhydrique (HCl) pour activer les enzymes et maintenir un pH acide.
• Absorption limitée (alcool, aspirine).

5. Intestin grêle : absorption et digestion finale

• Composé de duodénum, jéjunum, iléon.
• Surface d'absorption augmentée par :
  • Plis circulaires (sous-muqueuse)
  • Villosités (muqueuse)
  • Microvillosités (épithélium)
• Absorption des nutriments :
  • Glucides (glucose, fructose)
  • Acides aminés (protéines)
  • Acides gras, cholestérol (lipides)
• Nutriments passent dans :
  • Capillaires sanguins (glucides, acides aminés)
  • Capillaires lymphatiques (lipides)

6. Circulation sanguine et lymphatique associée

• Le sang veineux riche en nutriments arrive au foie via la veine porte hépatique.
• Le foie traite les nutriments avant leur distribution.
• Le sang oxygéné arrive par l'artère hépatique.
• La veine hépatique draine le sang vers la veine cave inférieure.
• La lymphe transporte les lipides absorbés vers la circulation sanguine.

À retenir : L'homéostasie digestive repose sur une organisation structurale en couches spécialisées et une coordination nerveuse et hormonale qui assurent la digestion, l'absorption et la distribution des nutriments tout en maintenant un milieu interne stable.

1. Terminologie anatomique essentielle

a) Plan et position du corps humain

• Position anatomique de référence : corps debout, face à l'observateur, bras le long du corps, paumes tournées vers l'avant.
• Plans anatomiques :
  • Plan sagittal : divise le corps en parties droite et gauche.
  • Plan frontal (coronal) : divise le corps en parties antérieure (ventrale) et postérieure (dorsale).
  • Plan transversal (horizontal) : divise le corps en parties supérieure (crâniale) et inférieure (caudale).

b) Termes de position

c) Termes relatifs aux surfaces et aux mouvements

• Superficiel : proche de la surface du corps.
• Profond : loin de la surface, vers l'intérieur.
• Flexion : diminution de l'angle entre deux os.
• Extension : augmentation de l'angle entre deux os.
• Abduction : mouvement d'éloignement de la ligne médiane.
• Adduction : mouvement de rapprochement vers la ligne médiane.
• Rotation : mouvement autour de l'axe longitudinal d'un os.

d) Cavités corporelles principales

e) Organes et structures associées

• Foie : produit la bile, située dans la cavité abdominale.
• Pancréas : glande endocrine et exocrine, régule la glycémie via insuline (diminue glucose) et glucagon (augmente glucose).
• Colon : partie terminale du tube digestif, absorbe l'eau et propulse les déchets vers l'extérieur.
• Sang : tissu conjonctif liquide, pH 7,35-7,45, volume moyen 5-6 L chez l'homme, composé de plasma et éléments figurés (globules rouges, globules blancs, plaquettes).

f) Éléments figurés du sang

g) Coagulation sanguine

• Mécanisme : formation d'un bouchon plaquettaire suivi de la production de fibrine (protéine collante issue du fibrinogène produit par le foie).
• Cascade de coagulation : réactions enzymatiques en chaîne, déclenchées par rupture de l'endothélium (voie intrinsèque) ou exposition au tissu sous-jacent (voie extrinsèque).
• Fibrinolyse : dégradation de la fibrine pour dissoudre le caillot après réparation vasculaire.
• Feed-back positif : amplification du processus de coagulation par l'agglutination des plaquettes.

h) Groupes sanguins (système ABO)

À retenir : La terminologie anatomique standardise la description des positions et mouvements du corps pour une communication claire et précise en médecine et biologie.

1. Groupes sanguins

• Antigènes (agglutinogènes) : glycoprotéines à la membrane des globules rouges (A, B, ou absence = O).
• Anticorps (agglutinines) : présents dans le plasma, dirigés contre les antigènes absents du groupe sanguin du sujet (ex : Anticorps anti-A ou anti-B).
• Lors d'une transfusion, le danger vient des anticorps du receveur qui peuvent agglutiner les globules rouges du donneur, provoquant un bouchon dans la microcirculation.
• Receveur universel : groupe AB (pas d'anticorps anti-A ni anti-B).
• Donneur universel : groupe O (pas d'antigènes A ou B).

À retenir : c’est l’anticorps du receveur qui détermine la compatibilité transfusionnelle.

2. Anatomie du cœur

• Situé dans le médiastin, entre les poumons, derrière le sternum, reposant sur le diaphragme.
• Protégé par le péricarde (enveloppe fibreuse).
• Vascularisé par les artères coronaires (gauche et droite) qui partent de l’aorte.
• Composé de 4 cavités : 2 oreillettes (droite et gauche) et 2 ventricules (droite et gauche).

3. Physiologie cardiaque

• Le cœur fonctionne comme deux pompes indépendantes :

  • Circulation pulmonaire (petite circulation) : ventricule droit → tronc pulmonaire → poumons (échange O₂/CO₂).
  • Circulation systémique (grande circulation) : ventricule gauche → aorte → organes.

• Cycle cardiaque :

  1. Sang entre dans l’oreillette droite via les veines caves (diastole).
  2. Contraction des oreillettes → sang vers ventricules (systole auriculaire).
  3. Contraction ventricule droit → sang vers tronc pulmonaire.
  4. Échanges gazeux dans les poumons (O₂ ↑, CO₂ ↓).
  5. Sang oxygéné revient dans oreillette gauche via veines pulmonaires.
  6. Contraction oreillette gauche → sang vers ventricule gauche.
  7. Contraction ventricule gauche → sang vers aorte et organes.

• Les contractions des oreillettes droite et gauche sont synchronisées, tout comme celles des ventricules, mais les ventricules se contractent après un léger délai.

4. Valves auriculoventriculaires (valves mitrale et tricuspide)

• Fonctions :

  • Laisser passer le sang des oreillettes vers les ventricules lors de la contraction auriculaire.
  • Empêcher le reflux du sang dans les oreillettes lors de la contraction ventriculaire.

• Structures associées :

  • Valves composées d’endothélium et tissu conjonctif.
  • Cordages tendineux (tissu conjonctif) reliés aux muscles papillaires (tissu musculaire strié cardiaque).

• Lors de la contraction ventriculaire, les muscles papillaires se contractent, tirant sur les cordages tendineux et empêchant le retournement des valves (effet parachute).

5. Conduction électrique du cœur

• Le cœur possède un système de conduction autonome qui génère et propage le message électrique déclenchant la contraction.
• Noeud sinusal (dans l’oreillette droite) : pacemaker naturel, initie le message électrique.
• Le message se propage rapidement dans les oreillettes, provoquant leur contraction.
• Le message atteint ensuite le noeud auriculo-ventriculaire, où la conduction est ralentie (délai) pour permettre le remplissage des ventricules.
• Puis, le message se propage rapidement dans les ventricules via le faisceau de His et les fibres de Purkinje, provoquant leur contraction quasi simultanée.

6. Potentiel d’action cardiaque

1. Dépolarisation : entrée rapide d’ions Na⁺ par canaux voltage-dépendants → inversion de polarité.
2. Phase de plateau : entrée prolongée d’ions Ca²⁺, maintien de la dépolarisation et déclenchement de la contraction musculaire.
3. Repolarisation : sortie massive d’ions K⁺, retour à la polarité de repos.

• Les pompes ioniques restaurent les concentrations initiales pour préparer le prochain potentiel d’action.
• La communication intercellulaire est assurée par des jonctions gap permettant la propagation rapide du message électrique.

7. Électrocardiogramme (ECG)

• Enregistrement de l’activité électrique du cœur.
• Ondes principales :
  • P : dépolarisation des oreillettes (contraction auriculaire).
  • QRS : dépolarisation des ventricules (contraction ventriculaire).
  • T : repolarisation des ventricules (relâchement).
• La repolarisation des oreillettes est masquée dans le complexe QRS.
• La systole correspond à la contraction musculaire cardiaque, la diastole au relâchement.

8. Fréquence cardiaque

• Correspond au nombre de battements par minute.
• Contrôlée par le système nerveux autonome (accélération ou ralentissement).
• Le cœur bat de manière autonome grâce à son système de conduction intrinsèque.

1. Système digestif

a) Anatomie et fonction générale

Le système digestif assure la transformation des aliments en nutriments assimilables par les cellules. Il comprend plusieurs organes disposés en série, permettant la digestion mécanique et chimique, ainsi que l’absorption des nutriments.

2. Voies digestives principales

3. Processus digestif

1. Ingestion : entrée des aliments dans la bouche.
2. Digestion mécanique : mastication, brassage gastrique.
3. Digestion chimique : action des enzymes (amylase, pepsine, lipase, etc.).
4. Absorption : passage des nutriments dans le sang ou la lymphe au niveau de l’intestin grêle.
5. Élimination : expulsion des déchets sous forme de selles.

4. Enzymes digestives clés

5. Absorption intestinale

• Se fait principalement dans l’intestin grêle.
• Nutriments passent à travers l’épithélium intestinal vers les capillaires sanguins (glucose, acides aminés) ou les vaisseaux lymphatiques (lipides).
• La surface d’absorption est augmentée par les villosités et les microvillosités.

6. Régulation de la digestion

• Système nerveux autonome : contrôle la motilité et la sécrétion digestive.
• Hormones digestives (ex : gastrine, sécrétine, cholécystokinine) régulent la sécrétion enzymatique et la vidange gastrique.
• La digestion s’adapte à la nature et à la quantité des aliments ingérés.

À retenir : Le système digestif transforme les aliments en nutriments assimilables grâce à une coordination mécanique, enzymatique et hormonale, assurant ainsi l’approvisionnement énergétique et matériel des cellules.

1. Anatomie des voies respiratoires inférieures

• Zones de conduction : trachée, bronches, bronchioles — conduisent l'air sans échange gazeux.
• Zones d'échange : alvéoles pulmonaires — lieu des échanges gazeux entre air et sang.
• Arbre trachéobronchique :
  • Diminue en diamètre vers les alvéoles.
  • Disparition progressive du cartilage.
  • Diminution du muscle lisse (bronchoconstriction possible).
  • Présence de tissu conjonctif riche en fibres élastiques au niveau alvéolaire.

• Poumon gauche : 2 lobes (cœur limite l'espace).
• Poumon droit : 3 lobes.

2. Circulation pulmonaire et bronchique

• Veines pulmonaires ramènent le sang oxygéné vers l'oreillette gauche.
• Veines bronchiques rejoignent la circulation systémique.

3. Barrière alvéolo-capillaire

• Constituée de :
  • Pneumocytes de type I : épithélium squameux très mince.
  • Membrane basale : fine couche conjonctive continue.
  • Endothélium capillaire.
• Permet les échanges gazeux par diffusion selon le gradient de pression partielle des gaz.

La barrière alvéolo-capillaire est extrêmement mince pour faciliter la diffusion rapide de l'oxygène et du dioxyde de carbone.

4. Échanges gazeux et équilibre acido-basique

• Échanges selon gradients de pression partielle :

  • O₂ passe de l'air alvéolaire au sang.
  • CO₂ passe du sang à l'air alvéolaire.

• Réaction chimique importante dans le sang :

  $$\mathrm{CO_2 + H_2O \leftrightarrow H_2CO_3 \leftrightarrow H^+ + HCO_3^-}$$

• Cette réaction régule le pH sanguin en fonction de la concentration en CO₂ et H⁺.

• Le pH sanguin est donné par : $pH = -\log [H^+]$.

5. Mécanique ventilatoire

• Pressions impliquées :
  • Pression intrapulmonaire (intra-alvéolaire).
  • Pression intrapleurale (entre feuillets pleuraux).
  • Pression atmosphérique.
• Au repos :
  • Pression intrapulmonaire = pression atmosphérique (0).
  • Pression intrapleurale < pression intrapulmonaire (pression négative).
• Inspiration (phénomène actif) :
  • Contraction du diaphragme → augmentation volume thoracique.
  • Pression intrapleurale diminue → poumons aspirés → entrée d'air.
• Expiration (phénomène passif) :
  • Relâchement du diaphragme → diminution volume thoracique.
  • Pression intrapleurale augmente → poumons expulsent l'air.

6. Facteurs influençant la ventilation

• Surfactant pulmonaire (lipoprotéines et phospholipides produits par pneumocytes II) diminue la tension superficielle, empêchant la fermeture des alvéoles.

7. Paramètres ventilatoires clés

• Volume courant (VT) : volume d'air inspiré/expiré au repos (~500 ml).

• Ventilation minute (VM) : volume d'air mobilisé par minute.

  $$VM = \text{fréquence respiratoire} \times VT$$

• VEMS (Volume expiratoire maximal en 1 seconde) : mesure la résistance des voies aériennes, utile pour diagnostiquer l'asthme.

8. Couplage ventilation-perfusion

• Mécanisme d'autorégulation assurant la correspondance locale entre :
  • Ventilation : apport d'air aux alvéoles.
  • Perfusion : apport sanguin aux capillaires alvéolaires.
• Optimise les échanges gazeux.
• Déséquilibre ventilation/perfusion entraîne une mauvaise oxygénation sanguine.

La ventilation pulmonaire dépend de la mécanique respiratoire, des propriétés élastiques du poumon, de la résistance des voies aériennes et de la présence du surfactant pour maintenir les alvéoles ouvertes. Le couplage ventilation-perfusion est essentiel pour une oxygénation efficace du sang.

1. Régulation locale de la ventilation pulmonaire

• Pression partielle d'O₂ dans l'alvéole : module le diamètre des artérioles pulmonaires.
  • Baisse de la pression d'O₂ → constriction des artérioles → réduction de la perfusion locale.
  • Augmentation de la pression d'O₂ → dilatation des artérioles → augmentation de la perfusion.
• Pression partielle de CO₂ : influence la bronchodilatation (dilatation des bronches) pour ajuster le flux d'air.

2. Contrôle nerveux de la respiration

• Les centres respiratoires dans le tronc cérébral ajustent la ventilation en fonction des besoins métaboliques.
• Le cortex cérébral permet un contrôle conscient (ex. retenir sa respiration).

3. Centres respiratoires et cardiovasculaires

• Barorécepteurs détectent la pression sanguine.
• Pendant un effort (ex. jogging) :
  • Diminution de la pression partielle d'O₂,
  • Augmentation de la pression partielle de CO₂,
  • Augmentation de la concentration en ions H⁺ (acidose),
  ce qui stimule les centres respiratoires et cardiovasculaires pour augmenter la ventilation et le débit cardiaque.

À retenir : La ventilation est régulée par des centres nerveux qui intègrent les signaux chimiques (O₂, CO₂, pH) et mécaniques (pression sanguine) pour adapter la respiration aux besoins du corps.

4. Synthèse des mécanismes de régulation

5. Rôle du diaphragme

• Commandé par des motoneurones de la moelle épinière.
• Son activité est modulée par les centres respiratoires pour ajuster la fréquence et le volume respiratoire.

1. Fonctionnement du néphron

a) Pression Nette de Filtration (PNF)

• PNF = pression qui pousse l'eau et les solutés des capillaires glomérulaires vers la chambre glomérulaire.
• Elle détermine le passage du plasma vers le filtrat.

b) Composition du filtrat dans la capsule de Bowman

• Le filtrat est iso-osmolaire au plasma (même concentration en solutés).
• Contient eau, ions, glucose, hormones.
• Pas de protéines (elles restent dans le plasma).

c) Débit de filtration glomérulaire (DFG)

• DFG = volume de filtrat produit par les glomérules par jour.
• Valeurs :
  • Réseau capillaire classique : 3-4 L/jour.
  • Glomérulaire : 180 L/jour.
• Urine produite : environ 2 L/jour → réabsorption importante.
• Le DFG reste relativement constant malgré les variations de la pression artérielle.

d) Régulation du DFG

2. Réabsorption tubulaire

• Le tubule réabsorbe ions, glucose, eau pour réduire le volume filtré.
• Transport passif et actif via cellules épithéliales.
• Principaux mécanismes au tubule contourné proximal :
  1. Passage actif des ions Na⁺ à travers la membrane apicale.
  2. Cotransport de nutriments organiques et ions.
  3. Réabsorption de l'eau par osmose, suivant le gradient osmotique créé.
  4. Diffusion des substances liposolubles par voie transcellulaire.
  5. Diffusion des ions Cl⁻, K⁺ et urée par voie paracellulaire.

3. Sécrétion tubulaire

• Transport actif de substances non filtrées ou en excès (eau, ions, glucose, métabolites).
• Permet d’éliminer des déchets et réguler la composition du plasma.

4. Régulation de la concentration et du volume urinaire

a) Gradient osmotique et rôle des anses de Henle

• Les néphrons juxtamédullaires créent un gradient osmotique dans le milieu interstitiel.
• Osmolarité du milieu interstitiel augmente jusqu’à 4 fois celle du cortex.
• Le filtrat est concentré dans l'anse descendante (permeable à l'eau) puis dilué dans l'anse ascendante (impermeable à l'eau).

b) Rôle de l'ADH (Hormone antidiurétique)

• Produite par la neurohypophyse.
• Agit sur les cellules épithéliales des tubes collecteurs.
• Induit l'insertion d'aquaporines (canaux à eau) dans la membrane apicale.
• Augmente la réabsorption d'eau → urine plus concentrée, volume urinaire réduit.

5. Contrôle de la miction

La miction est contrôlée par des mécanismes nerveux volontaires et involontaires permettant le stockage et l’évacuation de l’urine.