Rétroaction négative

Exemples de rétroaction négative

La rétroaction négative est un élément crucial de la régulation de plusieurs systèmes, notamment :

• Régulation de la température
• Régulation de la pression artérielle
• Régulation de la glycémie
• Régulation de l'osmolarité
• Libération d'hormones

Exemples de rétroaction positive

La rétroaction positive est le contraire de la rétroaction négative. Au lieu que la sortie du système entraîne une régulation à la baisse, elle entraîne une augmentation de la sortie du système. Cela a pour effet d'amplifier la réponse à un stimulus. La rétroaction positive impose un écart par rapport à la ligne de base au lieu de rétablir la ligne de base.

Voici quelques exemples de systèmes qui utilisent des boucles de rétroaction positive :

• Signaux nerveux
• L'ovulation
• L'accouchement
• La coagulation du sang
• Régulation génétique

La biologie de la rétroaction négative

Les systèmes de rétroaction négative contiennent généralement quatre éléments essentiels :

• Stimulus
• le capteur
• Contrôleur
• Effecteur

Le stimulus est le déclencheur de l'activation du système. Le capteur identifie alors les changements, qui sont rapportés au contrôleur. Le contrôleur les compare à un point de consigne et, si la différence est suffisante, active un effecteur, qui provoque des changements dans le stimulus.

Fig. 1 - Les différents composants d'une boucle de rétroaction négative

Boucles de rétroaction négative et concentration de glucose dans le sang

La glycémie est régulée par la production des hormones insuline et glucagon. L'insuline fait baisser la glycémie tandis que le glucagon l'augmente. Il s'agit de deux boucles de rétroaction négative qui fonctionnent de concert pour maintenir une concentration de base de glucose dans le sang.

Lorsqu'un individu consomme un repas et que sa concentration de glucose dans le sang augmente, le stimulus, dans ce cas, est l'augmentation de la glycémie au-dessus du niveau de base. Le capteur du système est constitué par les cellules bêta du pancréas, ce qui permet au glucose de pénétrer dans les cellules bêta et de déclencher une multitude de cascades de signalisation. Lorsque le taux de glucose est suffisant, le contrôleur, également les cellules bêta, libère l'insuline, l'effecteur, dans le sang. La sécrétion d'insuline fait baisser la concentration de glucose dans le sang, ce qui diminue la régulation du système de libération de l'insuline.

Le système du glucagon fonctionne de la même façon que la boucle de rétroaction négative de l'insuline, sauf qu'il augmente la concentration de glucose dans le sang. Lorsque la concentration de glucose dans le sang diminue, les cellules alpha du pancréas, qui sont les capteurs et les contrôleurs, sécrètent du glucagon dans le sang, ce qui a pour effet d'augmenter la concentration de glucose dans le sang. Le glucagon agit en favorisant la décomposition du glycogène, qui est une forme insoluble de glucose, en glucose soluble.

Fig. 2 - La boucle de rétroaction négative dans le contrôle de la glycémie

Boucles de rétroaction négative et thermorégulation

Le contrôle de la température dans le corps, autrement appelé thermorégulation, est un autre exemple classique de boucle de rétroaction négative. Lorsque le stimulus, la température, augmente au-dessus du niveau de base idéal d'environ 37°C, il est détecté par les récepteurs de température, les capteurs, situés dans tout le corps.

L'hypothalamus dans le cerveau joue le rôle de contrôleur et réagit à cette température élevée en activant les effecteurs, qui sont, dans ce cas, les glandes sudoripares et les vaisseaux sanguins. Une série d'impulsions nerveuses envoyées aux glandes sudoripares déclenche la libération de la sueur qui, en s'évaporant, retire de l'énergie thermique au corps. Les impulsions nerveuses déclenchent également une vasodilatation dans les vaisseaux sanguins périphériques, ce qui augmente le flux sanguin vers la surface du corps. Ces mécanismes de refroidissement aident à ramener la température interne du corps à son niveau de base.

Lorsque la température du corps baisse, un système de rétroaction négative similaire est utilisé pour faire remonter la température jusqu'à la ligne de base idéale de 37°C. L'hypothalamus réagit à la baisse de la température du corps et envoie des impulsions nerveuses pour déclencher des frissons. Les muscles squelettiques agissent comme des effecteurs et ces frissons génèrent plus de chaleur corporelle, ce qui contribue à rétablir la ligne de base idéale. Ce phénomène est facilité par la vasoconstriction des vaisseaux sanguins périphériques, qui limite la perte de chaleur en surface.

Fig. 3 - La boucle de rétroaction négative dans la thermorégulation.

Boucles de rétroaction négative et contrôle de la pression artérielle

La pression artérielle est une autre variable factorielle maintenue par des boucles de rétroaction négative. Ce système de contrôle n'est responsable que des variations à court terme de la pression artérielle, les variations à long terme étant contrôlées par d'autres systèmes.

Les variations de la pression artérielle servent de stimulus et les capteurs sont des récepteurs de pression situés dans les parois des vaisseaux sanguins, principalement de l'aorte et de la carotide. Ces récepteurs envoient des signaux au système nerveux qui joue le rôle de contrôleur. Les effecteurs comprennent le cœur et les vaisseaux sanguins.

L'augmentation de la pression artérielle étire les parois de l'aorte et de la carotide. Cela active les récepteurs de pression, qui envoient ensuite des signaux aux organes effecteurs. En réponse, le rythme cardiaque diminue et les vaisseaux sanguins subissent une vasodilatation. L'ensemble de ces phénomènes fait baisser la tension artérielle.

À l'inverse, les diminutions de la pression artérielle ont l'effet inverse. La baisse est toujours détectée par les récepteurs de pression, mais au lieu que les vaisseaux sanguins soient plus étirés que la normale, ils le sont moins. Cela déclenche une augmentation du rythme cardiaque et une vasoconstriction, qui ont pour effet de ramener la pression artérielle à son niveau de base.