Répondre aux stimuli
Une réponse à un stimulusest tout changement d'état ou d'activité d'une cellule ou d'un organisme en réponse à un signal ou à une substance externe ou interne (le stimulus).
Notre corps et nos cellules réagissent constamment à des stimuli qui peuvent venir de l'extérieur (comme la piqûre d'une aiguille) ou de l'organisme lui-même (comme la libération d'une hormone particulière).
La réaction aux stimuli est essentielle à la survie. C'est le processus qui permet à un lapin de courir lorsqu'il voit un renard, et qui permet également aux blessures de se refermer grâce à la coagulation, afin que nous ne saignions pas lorsque nous nous coupons. Cependant, le corps a aussi besoin de revenir à son état de repos pour survivre. Le lapin mourrait d'épuisement s'il ne s'arrêtait jamais de courir une fois qu'il a commencé, et nous courons des risques de caillots sanguins si le processus de coagulation n'est pas contrôlé. Le maintien d'un environnement interne constant est connu sous le nom d'homéostasie.
Mécanismes de l'homéostasie
L'homéostasie se définit comme la régulation et le maintien d'un environnement interne constant.
Il existe deux façons de réguler cet environnement interne lorsqu'il est confronté à des changements :
- Les boucles de rétroaction négative
- Boucles de rétroaction positive
Boucle de rétroaction négative
L'équilibre homéostatique est maintenu grâce à des mécanismes de contrôle qui régulent tous les organismes. La plupart de ces mécanismes sont appelés boucles de contrôle à rétroaction négative car ils s'opposent à tout changement et rétablissent l'équilibre antérieur par des actions correctives.
Un changement est détecté lorsqu'un facteur pertinent pour l'équilibre homéostatique dépasse ou tombe en dessous d'une certaine valeur optimale. Une fois le changement détecté et évalué, une réponse est déclenchée pour diminuer ou augmenter le facteur suivant le changement. Ces corrections permettent de maintenir la stabilité de divers facteurs tels que la température interne (thermorégulation) des systèmes biologiques, même lorsque la température externe varie de façon incontrôlée. La figure 1 illustre un mécanisme générique de boucle négative.
Boucle de rétroaction positive
Il existe également des mécanismes de contrôle homéostatique moins courants, nécessaires à la survie de l'organisme, appelés boucles de rétroaction positive.
Les boucles positives renforcent le changement détecté par les stimuli au lieu de le corriger. Ces systèmes sont beaucoup moins courants car ils entraînent des cascades d'événements répétitifs qui renforcent les stimuli. Ce type de boucle positive est instable par nature mais peut aussi être très important pour l'homéostasie.
Lacoagulation du sang se produit grâce à une boucle de rétroaction positive qui fait en sorte que nous ne saignons pas lorsque nous nous coupons, et que les parois de nos vaisseaux sanguins s'ouvrent.
La coagulation du sang est un processus qui nécessite l'agrégation des plaquettes. Une fois reçu le stimulus de l'ouverture du vaisseau vers l'extérieur, l'agrégation des plaquettes est déclenchée. Les plaquettes elles-mêmes favorisent leur accumulation à l'endroit de la blessure en libérant des substances chimiques et en colmatant l'hémorragie.
Des stimuli à la réponse
Un stimulus est tout changement détectable d'un facteur environnemental ou physiologique. Ces facteurs peuvent inclure toute condition nécessaire au fonctionnement optimal et à la survie de l'organisme et de ses cellules, comme la température ou le pH de la cellule. Les récepteurs détectent les stimuli.
Lesrécepteurs sont des protéines complémentaires à une molécule spécifique ou à un type de stimulus. Ils se trouvent à l'intérieur et à l'extérieur des cellules et peuvent déclencher des réactions en aval une fois stimulés.
Coordination et réaction
Tout écart par rapport à un niveau optimal stimule les récepteurs. Cela déclenche une réponse adaptative de la part des organes effecteurs qui corrige le déséquilibre. Ces réponses peuvent être compliquées, en particulier dans les organismes multicellulaires comme les animaux et les plantes, où les récepteurs reçoivent des stimuli dans une partie du corps et les effecteurs génèrent une réponse dans une autre partie du corps.
Lesorganes effecteurs produisent une réponse au stimulus. Il s'agit notamment des muscles squelettiques et des glandes.
Cela nécessite des systèmes de coordination pour relier les récepteurs aux effecteurs par le biais de signaux et de centres de contrôle. Chez les animaux, cela se fait par l'intermédiaire des systèmes nerveux et endocrinien, via des signaux électriques ou chimiques/hormonaux. Chez les plantes, ces réactions se produisent par le biais de systèmes chimiques comme les hormones végétales.
Stimuli externes
Les stimuli externes sont des changements dans les facteurs environnementaux, c'est-à-dire des conditions extérieures à l'organisme qui peuvent affecter son fonctionnement. Il s'agit notamment de la température de l'environnement ou des menaces pour la survie, comme les dangers environnementaux.
Nos cinq sens perçoivent les stimuli externes, notamment le toucher, la vision, le son, l'odorat et le goût. Ils comprennent différents types de récepteurs qui peuvent détecter les changements environnementaux.
Par exemple, lorsque tu traverses une route, tu regardes des deux côtés pour évaluer le trafic venant en sens inverse qui pourrait représenter une menace pour toi. Les stimuli visuels et sonores sont reçus par les récepteurs de nos yeux et de nos oreilles, évalués par notre centre de contrôle dans le système nerveux, et la décision d'attendre ou de marcher est prise et exécutée par les organes effecteurs (cellules musculaires) si tu choisis de marcher.
Stimuli internes
Les stimuli internes résultent de variations de facteurs physiologiques détectés par des récepteurs internes. Ces facteurs comprennent la pression artérielle systémique et la teneur en eau du sang.
La pression artérielle doit être maintenue à un niveau relativement constant pour que le flux sanguin et l'alimentation en oxygène atteignent correctement les systèmes organiques et leurs cellules. Les variations de la pression artérielle sont détectées par les barorécepteurs, un type de capteur de pression présent dans les vaisseaux sanguins comme l'aorte. Lorsque la pression artérielle est trop élevée ou trop basse, les barorécepteurs reçoivent des stimuli qui déclenchent une réponse corrective nécessaire de la part des organes effecteurs.
Si la pression artérielle est trop élevée, les réactions suivantes sont déclenchées pour l'augmenter :
- Les reins retiennent moins d'eau
- Vasodilatation
- Le rythme cardiaque diminue
Si la pression artérielle est trop basse, les réactions suivantes se produisent :
- Les reins retiennent plus d'eau
- Vasoconstriction
- Le rythme cardiaque augmente
Exemples de stimuli et de réponses
Passons en revue deux exemples classiques de mécanismes de contrôle et de réponses à différents stimuli : la douleur et la température.
Réponse aux stimuli de la douleur
Les stimuli de la douleur sont des stimuli externes le plus souvent associés à notre sens du toucher. Ce stimulus est reçu par des nocicepteurs ("récepteurs de la douleur") sur notre peau qui signalent vers d'éventuelles menaces. Ce processus peut susciter une réponse comportementale importante une fois que le système nerveux central détermine si la menace présente un véritable danger pour la survie ou l'intégrité physique.
S'il est suffisamment important, le centre de contrôle peut même déclencher une réponse automatique pour atténuer le danger par le biais d'un processus rapide appelé arc réflexe. Un mécanisme d'arc réflexe provoque une action réflexe, une réponse effectuée inconsciemment qui se produit avant même de répondre volontairement à la menace. Un exemple courant est de toucher quelque chose de tranchant. Les nocicepteurs de ta main détectent la menace et transmettent le signal par des impulsions électriques à notre cerveau, ce qui crée la sensation de douleur et déclenche une réponse rapide et involontaire pour s'éloigner de la menace, arrêtant ainsi sa nocivité.
Réponse à la température
La température est peut-être l'un des facteurs les plus importants à maintenir dans tout organisme en équilibre homéostatique. Une température stable est vitale pour permettre toutes les réactions chimiques qui entretiennent la vie.
La thermorégulation est constituée de l'ensemble des mécanismes de régulation comportementale et physiologique nécessaires pour maintenir la température interne constante malgré les variations de la température extérieure. Si ces réactions n'existaient pas, alors la température de notre corps varierait automatiquement et s'adapterait à l'environnement extérieur, ce qui est incompatible avec la vie.
Les organismes ont différentes stratégies pour répondre aux changements de chaleur. Tous les mammifères, y compris les humains, peuvent produire de la chaleur et possèdent des boucles de rétroaction négative qui permettent la rétention de chaleur dans les environnements froids et la perte de chaleur dans les environnements chauds. Cet équilibre thermique nous permet de maintenir une température constante de façon autonome.
La plupart des autres animaux dépendent de l'environnement pour leurs sources de chaleur et sont donc plus vulnérables à ses variations. Ils doivent alors compter sur des réponses comportementales pour maintenir leur température interne constante. Il s'agit notamment de rechercher un abri la nuit lorsqu'il fait froid ou l'ombre pendant la journée lorsqu'il fait chaud pour équilibrer les échanges de chaleur.
Chez l'homme, la thermorégulation est coordonnée par l'hypothalamus dans le cerveau. C'est notre "thermostat" interne et il mesure notre température centrale, qui doit se situer autour de 37°C. Des récepteurs répartis sur la peau et dans le corps surveillent les variations de température internes et externes et transmettent l'information à l'hypothalamus, qui réagit à tout changement en prenant des mesures correctives dès qu'un stimulus est créé.
Si la température centrale diminue en raison, par exemple, d'un environnement froid, l'hypothalamus essaiera d'augmenter la production et la rétention de chaleur dans notre corps par les moyens suivants :
- Vasoconstriction - réduction du diamètre de la lumière des vaisseaux sanguins près de la peau, ce qui diminue le flux sanguin et la perte de chaleur.
- Frissons - contractions musculaires involontaires qui génèrent de la chaleur supplémentaire.
- Le hérissement des poils du corps - contraction des muscles près de la peau pour emprisonner l'air et la chaleur.
Parallèlement, si la température centrale augmente en raison, par exemple, d'un environnement chaud, l'hypothalamus essaiera d'augmenter la perte de chaleur dans notre corps par :
- Vasodilatation - augmentation du diamètre de la lumière des vaisseaux sanguins près de la peau, ce qui augmente le flux sanguin et la perte de chaleur.
- La production de sueur - l'augmentation de l'évaporation de la peau sous forme de sueur contribue à augmenter la perte de chaleur.
Réponse aux stimuli - Principaux enseignements
- Tout être vivant a besoin de maintenir l'homéostasie pour survivre, ce qui signifie maintenir un environnement interne constant malgré les pressions internes et externes/environnementales.
- Lorsqu'un paramètre important pour l'homéostasie change au-delà d'un certain point, un stimulus est déclenché par les cellules réceptrices.
- Les systèmes de coordination tels que les systèmes nerveux et endocrinien agissent sur les stimuli en déterminant si une réponse est nécessaire pour maintenir l'équilibre. Les centres de contrôle ordonnent aux organes effecteurs d'effectuer une réponse adéquate lorsqu'une réponse est nécessaire.
- La réponse aux stimuli est le plus souvent une action corrective, c'est-à-dire une réponse qui annule la cause qui a déclenché les stimuli en premier lieu. Ce type de mécanisme est connu sous le nom de boucle de rétroaction négative. Lorsqu'une réponse amplifie les stimuli initiateurs, le mécanisme est connu sous le nom de boucle de rétroaction positive.
Il existe différents types de stimuli : les stimuli internes sont détectés par des récepteurs internes, tandis que les stimuli externes sont détectés par des récepteurs externes répartis dans nos cinq sens : le toucher, la vision, le son, l'odorat et le goût.
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