Les grandes fonctions biologiques à différentes échelles
Définitions
Les grandes fonctions biologiques du corps humain sont la respiration, la circulation sanguine, la communication nerveuse, l'alimentation, la digestion, l'immunité et la reproduction. Chaque fonction biologique est assurée par un système (groupes d'organes) et est étudiée à différentes échelles.
Du plus grand au plus petit, on trouve l'organisme (l'être humain en entier), l'organe, les cellules et les molécules.
Les fonctions biologiques s'expriment à différentes échelles
Les fonctions biologiques étudiées à différents niveaux
Les fonctions de ventilation et de circulation pendant l'effort physique
La fonction ventilatoire pulmonaire
Ventilation
La ventilation correspond aux mouvements d'air dans les poumons. Ce sont les cycles ventilatoires qui renouvellent l'air dans les poumons. Un cycle ventilatoire est constitué de deux mouvements ventilatoires : l'inspiration et l'expiration.
Lors de l'inspiration par le nez et/ou la bouche, l'air traverse la trachée puis rejoint les deux bronches (gauche et droite), puis il emprunte des canaux dont le diamètre est de plus en plus petit (les bronchioles). Enfin, l'air inspiré finit sa course dans les alvéoles pulmonaires.
Lors de l'expiration, les poumons vident une partie de l'air contenu dans les alvéoles. L'air expiré prend alors le chemin inverse de celui détaillé précédemment : alvéoles puis bronchioles, bronches, trachée et enfin le nez et/ou la bouche.
Schéma d'une inspiration et d'une expiration de l'appareil ventilatoire
Schéma fonctionnel d'une alvéole pulmonaire
Les alvéoles pulmonaires sont des sacs d'air microscopiques. Ils sont constitués de cellules appelées pneumocytes. Le sang est amené à proximité des alvéoles pour qu'il se charge en \ce{O2} et libère le \ce{CO2}, un déchet de la respiration.
Le système ventilatoire a ses limites car le volume courant est le volume d'air utilisé lors d'une inspiration ou d'une expiration au repos, il est de 500 mL (ou 0,5 L) environ. Lors d'un effort physique, le volume d'air prélevé augmente grâce aux volumes de réserves de l'inspiration (environ 3 600m L) et de l'expiration (environ 1 200 mL) ; ce sont les limites physiologiques des poumons.
La fonction circulatoire sanguine
Sang
Le sang est un tissu liquide, il est composé majoritairement d'eau. On y trouve aussi des molécules comme les nutriments (glucides, lipides, protides, par exemple) et des cellules comme les globules rouges, les globules blancs ou les plaquettes.
Cœur
Le cœur est la pompe du système cardiovasculaire. Il permet de mettre le sang en mouvement. Le cœur est un organe creux qui accueille le sang. Il est séparé en deux par une cloison étanche. Le cœur droit met en circulation le sang riche en \ce{O2} et pauvre en \ce{CO2} tandis que le cœur gauche met en mouvement le sang appauvri en \ce{O2} et enrichi en \ce{CO2}.
La double circulation sanguine assurée par la pompe cardiaque
Le cœur possède 4 cavités : deux oreillettes et deux ventricules. Le sang arrive au cœur par des veines qui déversent le sang dans les oreillettes. Puis les oreillettes se contractent pour faire passer le sang dans les ventricules. Les ventricules se contractent à leur tour et évacuent le sang dans les artères.
Circulation pulmonaire
La circulation pulmonaire amène le sang chargé en \ce{CO2} au poumon pour évacuer ce déchet. Le sang en profite pour se recharger en \ce{O2} et repartir vers le cœur.
Circulation générale
La circulation générale amène le sang chargé en \ce{O2} aux organes qui consommeront l'\ce{O2} et donneront leur déchet au sang comme le \ce{CO2}.
Les veines sont des vaisseaux qui transportent un sang allant vers le cœur. Les artères sont des vaisseaux qui transportent un sang qui part du cœur.
Les globules rouges contiennent des molécules d'hémoglobine qui donnent la couleur rouge au sang et permettent d'optimiser le transport de l'O2 et du CO2.
Au cours d'une activité sportive, la fréquence cardiaque (nombre de battement du cœur par minute) et le volume d'éjection du sang par le cœur augmentent mais ils ne peuvent pas dépasser une limite physiologique.
La fonction de communication nerveuse
Organisation du système nerveux
Les neurones propagent une information électrique et la transforme en information chimique
Neurone
Un neurone est une cellule qui possède un corps cellulaire et des prolongement appelés dendrites et axones. Le message électrique se propage toujours dans un seul sens : depuis les dendrites jusqu'à l'axone. Les dendrites et les axones forment les nerfs et transportent l'information électrique des neurones.
Neuromédiateurs ou neurotransmetteurs
Les neuromédiateurs (ou neurotransmetteurs) sont des molécules libérées par un neurone au niveau de la synapse pour communiquer avec les cellules situées après la synapse (comme d'autres neurones ou des cellules musculaires).
Au cours d'une activité physique, c'est le système nerveux qui commande l'augmentation d'activité des poumons et du cœur. Néanmoins, il possède lui aussi ses propres limites.
Prendre soin de son système nerveux est essentiel pour que les organes fonctionnent correctement. Ainsi, certaines pratiques sont bénéfiques pour le système nerveux, tandis que d'autres sont néfastes.
Favoriser les activités cérébrales et avoir une hygiène de vie de qualité sont les conditions d'un bon fonctionnement du système nerveux. L'hygiène de vie consiste à avoir des pratiques pour maintenir ou favoriser une bonne santé comme avoir une alimentation saine et équilibrée.
L'alcool et les drogues sont des substances qui perturbent notre système nerveux en modifiant le parcours de l'information dans les synapses. La consommation de ces produits peut déclencher une dépendance à l'origine de l'addiction.
Écouter de la musique trop fort, ne pas avoir une alimentation équilibrée, trop utiliser son Smartphone ont des conséquences négatives sur la santé.
Les fonctions d'alimentation et de digestion
Le devenir des aliments dans le tube digestif
Les organes du système digestif
L'appareil digestif
L'appareil digestif est l'ensemble des organes dans lesquels les aliments progressent tout en subissant les phénomènes de digestion. Le trajet des aliments commence par la bouche, puis l'œsophage, l'estomac, l'intestin grêle, le gros intestin et l'anus.
Le système digestif
Le système digestif correspond à la transformation des aliments en nutriments le long du tube digestif.
Enzyme
Une enzyme est une substance chimique contenue dans les sucs digestifs, qui permet la transformation des aliments en nutriments.
L'amylase est un exemple d'enzyme fabriquée par les glandes salivaires notamment.
Suc digestif
Le suc digestif est une substance fabriquée par différents organes de l'appareil digestif. Il contient les enzymes.
Le suc salivaire (de la bouche), le suc gastrique (de l'estomac), etc.
Nutriment
Un nutriment est une substance utilisable par l'organisme et provenant (ou non) de la digestion.
Le glucose est un nutriment provenant de la digestion de l'amidon contenu dans les céréales.
Absorption
L'absorption est le passage des nutriments de l'intestin grêle au sang.
L'absorption des nutriments s'effectue au niveau des nombreuses villosités intestinales
Régulation de l'alimentation pour vivre en bonne santé
Régulation de la balance alimentaire
Le régime alimentaire doit être équilibré en quantité, c'est-à-dire que l'apport énergétique fourni par les aliments doit être proche des besoins de l'organisme.
Un excès d'apports entraîne des problèmes de surpoids pouvant mener à l'obésité. À l'inverse, un manque d'apports mène à des maigreurs dangereuses.
Le régime alimentaire doit être équilibré en qualité car notre organisme a des besoins spécifiques en eau, en glucides, en protéines (ou protides), en lipides, en vitamines et en fibres.
Un seul type d'aliment ne permet pas de satisfaire la qualité nutritive dont nous avons besoin. Pour chacun de ces nutriments, il est important d'avoir un apport régulier pour éviter des problèmes de santé.
Besoins nutritionnels
Les besoins nutritionnels sont l'ensemble des besoins en nutriments et en énergie de l'organisme. Ces besoins s'expriment en quantité et en qualité.
Équilibre alimentaire
On parle d'équilibre alimentaire lorsque les apports alimentaires correspondent, en quantité et en qualité, aux besoins nutritionnels.
Le régime alimentaire d'un individu doit être adapté à son mode de vie pour vivre en bonne santé.
Le régime alimentaire peut aussi dépendre de valeurs morales ou religieuses.
- Le régime locavore consiste à consommer préférentiellement des aliments dont la provenance est proche du lieu de consommation pour limiter l'émission de gaz à effet de serre liée au transport des aliments.
- Les aliments « bio » visent à limiter l'utilisation de produits chimiques dans les champs. Certains labels prévoient un « respect de l'animal » pendant son élevage. D'autres labels prévoient une rémunération plus juste des agriculteurs.
Groupe alimentaire
Un groupe alimentaire est un ensemble d'aliments partageant des propriétés nutritionnelles semblables.
La viande, les œufs, la volaille, le poisson ainsi que certains végétaux appartiennent au groupe des aliments riches en protéines.
La pyramide nutritionnelle représente les groupes alimentaires et les conseils de consommation
Les micro-organismes de notre environnement et la fonction de défense immunitaire
L'ubiquité des micro-organismes
Microbes ou micro-organismes
Les microbes ou micro-organismes sont des organismes de petite taille observables seulement au microscope. Ils regroupent toutes les bactéries, certains champignons microscopiques et la plupart des organismes unicellulaires. Les virus sont des entités microscopiques, pour certains scientifiques, les virus sont des micro-organismes.
Ubiquité des micro-organismes
L'ubiquité signifie que les micro-organismes sont présents dans tous les milieux et notamment sur et dans le corps humain. De plus, selon les espèces de micro-organismes, ils peuvent être bénéfiques, neutres ou négatifs pour la réalisation de certaines fonctions biologiques.
Les micro-organismes présents dans notre corps se limitent aux organes qui ont une ouverture vers l'extérieur comme le pénis, la vulve, la bouche, les intestins. Néanmoins, on ne trouve pas de micro-organismes dans le sang, la moelle épinière ou le cerveau en dehors d'infections.
La plupart des bactéries du microbiote intestinal favorisent une bonne digestion. Néanmoins, certaines espèces de bactéries, comme les salmonelles, perturbent le transit intestinal.
Micro-organisme pathogène
Un micro-organisme pathogène est un micro-organisme à l'origine d'une maladie.
La légionellose est une maladie potentiellement mortelle. Elle est causée par les bactéries Legionella qui prolifèrent dans certains aliments mal conservés.
Barrières et défenses de l'organisme face à un micro-organisme pathogène
La peau est la première barrière qui s'oppose à l'entrée d'un micro-organisme pathogène dans le corps. Ainsi, une lésion, comme une coupure de la peau, favorise l'entrée des micro-organismes.
Les muqueuses (comme la gorge, une partie du pénis, le vagin, l'anus) forment une barrière moins étanche que la peau car, dans ces zones, les capillaires sanguins sont nombreux et proches de la surface. Cela facilite l'entrée des micro-organismes dans le corps.
Système immunitaire
Le système immunitaire est un ensemble d'organes (comme les ganglions lymphatiques), de cellules (comme les globules blancs) et de molécules (comme les anticorps) qui participent à la défense de l'organisme face à une infection.
Les organes de concentration de globules blancs
Lors d'une infection, les ganglions sont gonflés car c'est dans ces organes que les lymphocytes se multiplient pour défendre l'organisme.
Antigène
Un antigène est une zone à la surface du micro-organisme pathogène. Les lymphocytes vont repérer les antigènes pour attaquer les micro-organismes ou détruire les cellules infectées.
Les étapes de la réaction immunitaire
Les cellules et les anticorps de l'immunité spécifique
La destruction des cellules infectées par les lymphocytes T spécifiques
Schéma de la réponse immunitaire spécifique mise en place par les lymphocytes B et les anticorps
Pour se protéger, on peut :
- limiter la contamination avec des mesures d'hygiène et l'utilisation d'antiseptiques (comme se laver les mains) ;
- limiter l'infection : par exemple par la prise d'antibiotiques ;
- favoriser la réponse immunitaire secondaire et protéger les autre grâce à la vaccination.
Des campagnes de publicité permettent de sensibiliser les personnes par exemple sur les IST ou le Covid-19.
Certains antibiotiques ne fonctionnent plus sur des bactéries devenues résistantes à ces antibiotiques.
La fonction de reproduction
Puberté et appareils reproducteurs chez la femme et l'homme
Puberté
La puberté est la période de la vie au cours de laquelle le corps de l'enfant se transforme pour devenir celui d'un adulte capable de se reproduire. Les ovaires commencent à libérer des ovocytes et les testicules commencent à produire des spermatozoïdes.
Schéma de l'appareil reproducteur féminin vu de face
Cycle menstruel
Ovulation, fécondation et implantation le long des voies reproductrices féminines
La durée moyenne de la grossesse est de 9 mois, soit 36 semaines chez les femmes.
Appareil uro-génital chez l'homme. Les spermatozoïdes sont fabriqués en continu par les testicules, la partie liquide du sperme est majoritairement fabriquée par la vésicule séminale.
Contrôle hormonal de l'activité de reproduction
Hormone sexuelle
Une hormone sexuelle est un messager chimique véhiculé par le sang (hormone) responsable de la maturation de l'appareil reproducteur.
Chez la femme, les œstrogènes et la progestérone sont les hormones sexuelles majoritaires tandis qu'il s'agit de la testostérone chez l'homme.
Mode d'action des hormones sexuelles sur la reproduction
Maîtrise de la procréation et IST
Maîtrise de la procréation
La maîtrise de la procréation vise à favoriser ou empêcher la formation d'un nouvel être vivant. La maîtrise de la procréation passe généralement par le contrôle de la rencontre entre les gamètes.
Quelques modalités d'action lors de la maîtrise de la procréation
