Rétroaction négative

Un système de rétroaction négative comporte trois composants de base (Figure 1.10a). Un capteur (sensor), également appelé récepteur, est un composant d'un système de rétroaction qui surveille une valeur physiologique. Cette valeur est transmise au centre de contrôle. Le centre de contrôle (control center) est le composant d'un système de rétroaction qui compare la valeur à la plage normale. Si la valeur s'écarte trop de la valeur de consigne, le centre de contrôle active un effecteur. Un effecteur (effector) est le composant d'un système de rétroaction qui provoque un changement pour inverser la situation et ramener la valeur à la plage normale.

Figure 1.10 Système de rétroaction négative Dans un système de rétroaction négative, un stimulus — une déviation par rapport à une valeur de consigne — est contré par un processus physiologique qui ramène le corps à l'homéostasie. (a) Un système de rétroaction négative comporte cinq étapes de base. (b) La température corporelle est régulée par rétroaction négative.

Afin de mettre le système en mouvement, un stimulus doit pousser un paramètre physiologique au-delà de sa plage normale (c'est-à-dire au-delà de l'homéostasie). Ce stimulus est « perçu » par un capteur spécifique. Par exemple, dans le contrôle de la glycémie, des cellules endocrines spécifiques du pancréas détectent l'excès de glucose dans la circulation sanguine. Ces cellules bêta pancréatiques réagissent à l'augmentation du taux de glucose sanguin en libérant l'hormone insuline dans la circulation sanguine. L'insuline signale aux fibres musculaires squelettiques, aux cellules adipeuses et aux cellules hépatiques d'absorber l'excès de glucose, le retirant ainsi de la circulation sanguine. Lorsque la concentration de glucose dans la circulation sanguine diminue, cette diminution de concentration — la rétroaction négative réelle — est détectée par les cellules alpha pancréatiques, et la libération d'insuline s'arrête. Cela empêche les niveaux de sucre dans le sang de continuer à chuter en dessous de la plage normale.

Les humains possèdent un système de rétroaction similaire pour la régulation de la température qui fonctionne en favorisant soit la perte, soit le gain de chaleur (Figure 1.10b). Lorsque le centre de régulation de la température du cerveau reçoit des données des capteurs indiquant que la température corporelle dépasse sa plage normale, il stimule un groupe de cellules cérébrales appelé « centre de perte de chaleur ». Cette stimulation a trois effets majeurs :

• Les vaisseaux sanguins de la peau commencent à se dilater, permettant à plus de sang du centre du corps de circuler vers la surface de la peau, ce qui permet à la chaleur de rayonner dans l'environnement.
• À mesure que le débit sanguin vers la peau augmente, les glandes sudoripares sont activées pour augmenter leur production. Lorsque la sueur s'évapore de la surface de la peau dans l'air ambiant, elle emporte la chaleur avec elle.
• La profondeur de la respiration augmente, et une personne peut respirer par la bouche ouverte au lieu des voies nasales. Cela augmente encore la perte de chaleur par les poumons.

En revanche, l'activation du centre de gain de chaleur du cerveau par l'exposition au froid réduit le débit sanguin vers la peau, et le sang revenant des membres est dévié vers un réseau de veines profondes. Cette disposition retient la chaleur plus près du centre du corps et limite la perte de chaleur. Si la perte de chaleur est sévère, le cerveau déclenche une augmentation de signaux aléatoires vers les muscles squelettiques, les faisant se contracter et produisant des frissons. Les contractions musculaires des frissons libèrent de la chaleur tout en consommant de l'ATP. Le cerveau déclenche la glande thyroïde dans le système endocrinien pour libérer l'hormone thyroïdienne, ce qui augmente l'activité métabolique et la production de chaleur dans les cellules de tout le corps. Le cerveau signale également aux glandes surrénales de libérer de l'épinéphrine (adrénaline), une hormone qui provoque la dégradation du glycogène en glucose, qui peut être utilisé comme source d'énergie. La dégradation du glycogène en glucose entraîne également une augmentation du métabolisme et de la production de chaleur.

Rétroaction positive

La rétroaction positive (positive feedback) intensifie un changement dans la condition physiologique du corps plutôt que de l'inverser. Une déviation par rapport à la plage normale entraîne davantage de changements, et le système s'éloigne encore plus de la plage normale. La rétroaction positive dans le corps n'est normale que lorsqu'il y a un point final défini. L'accouchement et la réponse du corps à la perte de sang sont deux exemples de boucles de rétroaction positive qui sont normales mais ne sont activées qu'en cas de besoin.

L'accouchement à terme est un exemple de situation où le maintien de l'état corporel existant n'est pas souhaité. D'énormes changements dans le corps d'une personne sont nécessaires pour expulser le bébé à la fin de la grossesse. Et les événements de l'accouchement, une fois commencés, doivent progresser rapidement vers une conclusion, sinon la vie de la personne qui accouche et celle du bébé sont en danger. Le travail musculaire extrême de l'accouchement est le résultat d'un système de rétroaction positive (Figure 1.11).

Figure 1.11 Boucle de rétroaction positive L'accouchement normal est entraîné par une boucle de rétroaction positive. Une boucle de rétroaction positive entraîne un changement de l'état du corps, plutôt qu'un retour à l'homéostasie.

Les premières contractions du travail poussent le bébé vers le col (la partie la plus basse de l'utérus). Le col contient des cellules nerveuses sensibles à l'étirement qui surveillent le degré d'étirement. Ces cellules nerveuses envoient des messages au cerveau, ce qui, à son tour, provoque la libération de l'hormone ocytocine dans la circulation sanguine par l'hypophyse située à la base du cerveau. L'ocytocine provoque des contractions plus fortes des muscles lisses de l'utérus, poussant le bébé plus loin dans le canal de naissance. Cela provoque un étirement encore plus important du col. Le cycle d'étirement, de libération d'ocytocine et de contractions de plus en plus fortes ne s'arrête que lorsque le bébé est né. À ce stade, l'étirement du col s'arrête, ce qui interrompt la libération d'ocytocine.

Un deuxième exemple de rétroaction positive concerne l'inversion de dommages extrêmes au corps. Après une blessure pénétrante, la menace la plus immédiate est une perte de sang excessive. Moins de sang circulant signifie une pression artérielle réduite et une perfusion (pénétration du sang) réduite vers le cerveau et d'autres organes vitaux. Si la perfusion est gravement réduite, les organes vitaux s'arrêteront et la personne mourra. Le corps réagit à cette catastrophe potentielle en libérant des substances dans la paroi du vaisseau sanguin blessé qui initient le processus de coagulation sanguine. À mesure que chaque étape de la coagulation se produit, elle stimule la libération de davantage de substances de coagulation. Cela accélère les processus de coagulation et de scellement de la zone endommagée. La coagulation est contenue dans une zone locale basée sur la disponibilité étroitement contrôlée des protéines de coagulation. Il s'agit d'une cascade d'événements adaptative et salvatrice.