Rappelez-vous que l’homéostasie est le maintien d’un environnement interne relativement stable. Lorsqu’un stimulus, ou un changement dans l’environnement, est présent, les boucles de rétroaction réagissent pour maintenir le fonctionnement des systèmes près d’un point de consigne, ou d’un niveau idéal.

Typiquement, nous divisons les boucles de rétroaction en deux types principaux:

1. boucles de rétroaction positives, dans lesquelles un changement dans une direction donnée entraîne un changement supplémentaire dans la même direction.Par exemple, une augmentation de la concentration d’une substance provoque une rétroaction qui produit une augmentation continue de la concentration.
2. boucles de rétroaction négatives, dans lesquelles un changement dans une direction donnée provoque un changement dans la direction opposée.Par exemple, une augmentation de la concentration d’une substance provoque une rétroaction qui entraîne finalement une diminution de la concentration de la substance.

Les boucles de rétroaction positive sont des systèmes intrinsèquement instables. Parce qu’un changement dans une entrée provoque des réponses qui produisent des changements continus dans la même direction, les boucles de rétroaction positives peuvent entraîner des conditions d’emballement. Le terme rétroaction positive est généralement utilisé tant qu’une variable a une capacité à s’amplifier, même si les composants d’une boucle (récepteur, centre de contrôle et effecteur) ne sont pas facilement identifiables. Dans la plupart des cas, la rétroaction positive est nuisible, mais il existe quelques cas où la rétroaction positive, lorsqu’elle est utilisée de manière limitée, contribue au fonctionnement normal. Par exemple, lors de la coagulation du sang, une cascade de protéines enzymatiques s’active, entraînant la formation d’un caillot de fibrine qui empêche la perte de sang. L’une des enzymes de la voie, appelée thrombine, agit non seulement sur la protéine suivante de la voie, mais a également la capacité d’activer une protéine qui l’a précédée dans la cascade. Cette dernière étape conduit à un cycle de rétroaction positive, où une augmentation de la thrombine entraîne de nouvelles augmentations de la thrombine. Il convient de noter qu’il existe d’autres aspects de la coagulation du sang qui contrôlent le processus global, de sorte que les taux de thrombine n’augmentent pas sans limite. Mais si nous considérons simplement les effets de la thrombine sur elle-même, elle est considérée comme un cycle de rétroaction positive. Bien que certains puissent considérer cela comme une boucle de rétroaction positive, une telle terminologie n’est pas universellement acceptée.

Les boucles de rétroaction négative sont des systèmes intrinsèquement stables. Les boucles de rétroaction négatives, en conjonction avec les divers stimuli pouvant affecter une variable, produisent généralement une condition dans laquelle la variable oscille autour du point de consigne. Par exemple, les boucles de rétroaction négative impliquant de l’insuline et du glucagon aident à maintenir la glycémie dans une plage de concentration étroite. Si le taux de glucose devient trop élevé, le corps libère de l’insuline dans la circulation sanguine. L’insuline provoque l’absorption et le stockage du glucose par les cellules du corps, ce qui réduit la concentration de glucose dans le sang. Si la glycémie devient trop faible, le corps libère du glucagon, ce qui provoque la libération de glucose par certaines cellules du corps.

Rétroaction positive

Dans un mécanisme de rétroaction positive, la sortie du système stimule le système de manière à augmenter encore la sortie. Les termes courants qui pourraient décrire des boucles ou des cycles de rétroaction positive incluent « boule de neige » et ”réaction en chaîne ». Sans réaction ou processus de contre-équilibrage ou d' »arrêt”, un mécanisme de rétroaction positive a le potentiel de produire un processus d’emballement. Comme indiqué, certains processus physiologiques sont généralement considérés comme une rétroaction positive, bien qu’ils puissent ne pas tous avoir des composants identifiables d’une boucle de rétroaction. Dans ces cas, la boucle de rétroaction positive se termine toujours par une contre-signalisation qui supprime le stimulus d’origine.

Un bon exemple de rétroaction positive implique l’amplification des contractions du travail. Les contractions sont initiées lorsque le bébé se met en position, étirant le col de l’utérus au-delà de sa position normale. La rétroaction augmente la force et la fréquence des contractions jusqu’à la naissance du bébé. Après la naissance, l’étirement s’arrête et la boucle est interrompue.

Un autre exemple de rétroaction positive se produit pendant la lactation, au cours de laquelle une mère produit du lait pour son nourrisson. Pendant la grossesse, les niveaux de l’hormone prolactine augmentent. La prolactine stimule normalement la production de lait, mais pendant la grossesse, la progestérone inhibe la production de lait. À la naissance, lorsque le placenta est libéré de l’utérus, les niveaux de progestérone baissent. En conséquence, la production de lait augmente. Pendant que le bébé se nourrit, son allaitement stimule le sein, favorisant la libération de prolactine, ce qui entraîne une production de lait encore plus importante. Cette rétroaction positive garantit que le bébé a suffisamment de lait pendant l’alimentation. Lorsque le bébé est sevré et qu’il n’est plus nourri de la mère, la stimulation cesse et la prolactine dans le sang de la mère revient aux niveaux de pré-allaitement.

Ce qui précède fournit des exemples de mécanismes de rétroaction positive bénéfiques. Cependant, dans de nombreux cas, une rétroaction positive peut être potentiellement dommageable pour les processus de la vie. Par exemple, la pression artérielle peut chuter de manière significative si une personne perd beaucoup de sang en raison d’un traumatisme.

La pression artérielle est une variable régulée qui conduit le cœur à augmenter sa fréquence (c’est-à-dire à augmenter la fréquence cardiaque) et à se contracter plus fortement. Ces modifications du cœur nécessitent plus d’oxygène et de nutriments, mais si le volume sanguin dans le corps est trop faible, le tissu cardiaque lui-même ne recevra pas suffisamment de flux sanguin pour répondre à ces besoins accrus. Le déséquilibre entre les besoins en oxygène du cœur et l’apport en oxygène peut entraîner d’autres lésions cardiaques, ce qui abaisse en fait la pression artérielle, ce qui entraîne un changement plus important de la variable (pression artérielle). La boucle répond en essayant de stimuler le cœur encore plus fortement, entraînant de nouvelles lésions cardiaques… et la boucle continue jusqu’à ce que la mort s’ensuive.

Rétroaction négative

La plupart des systèmes de rétroaction biologique sont des systèmes de rétroaction négative. Une rétroaction négative se produit lorsque la sortie d’un système agit pour réduire ou atténuer les processus qui mènent à la sortie de ce système, ce qui entraîne une production moindre. En général, les boucles de rétroaction négatives permettent aux systèmes de s’auto-stabiliser. La rétroaction négative est un mécanisme de contrôle vital de l’homéostasie du corps.

Vous avez vu un exemple de boucle de rétroaction appliquée à la température et identifié les composants impliqués. Ceci est un exemple important de la façon dont une boucle de rétroaction négative maintient l’homéostasie est le mécanisme de thermorégulation du corps. Le corps maintient une température interne relativement constante pour optimiser les processus chimiques. Les impulsions neurales des thermorécepteurs sensibles à la chaleur dans le corps signalent l’hypothalamus. L’hypothalamus, situé dans le cerveau, compare la température corporelle à une valeur de consigne.

Lorsque la température corporelle baisse, l’hypothalamus déclenche plusieurs réponses physiologiques pour augmenter la production de chaleur et conserver la chaleur:

• Le rétrécissement des vaisseaux sanguins de surface (vasoconstriction) diminue le flux de chaleur vers la peau.
• Des frissons commencent, augmentant la production de chaleur par les muscles.
• Les glandes surrénales sécrètent des hormones stimulantes telles que la noradrénaline et l’épinéphrine pour augmenter les taux métaboliques et donc la production de chaleur.

Ces effets provoquent une augmentation de la température corporelle. Lorsqu’il revient à la normale, l’hypothalamus n’est plus stimulé et ces effets cessent.

Lorsque la température corporelle augmente, l’hypothalamus déclenche plusieurs réponses physiologiques pour diminuer la production de chaleur et perdre de la chaleur:

• L’élargissement des vaisseaux sanguins de surface (vasodilatation) augmente le flux de chaleur vers la peau et se rince.
• Les glandes sudoripares libèrent de l’eau (sueur) et l’évaporation refroidit la peau.

Ces effets provoquent une diminution de la température corporelle. Lorsqu’il revient à la normale, l’hypothalamus n’est plus stimulé et ces effets cessent.

De nombreux mécanismes homéostatiques, comme la température, ont des réponses différentes si la variable est supérieure ou inférieure au point de consigne. Quand la température augmente, on transpire, quand elle diminue, on frissonne. Ces réponses utilisent différents effecteurs pour ajuster la variable. Dans d’autres cas, une boucle de rétroaction utilisera le même effecteur pour ajuster la variable vers le point de consigne, que le changement initial de la variable soit supérieur ou inférieur au point de consigne. Par exemple, le diamètre pupillaire est ajusté pour s’assurer qu’une quantité appropriée de lumière pénètre dans l’œil. Si la quantité de lumière est trop faible, la pupille se dilate, si elle est trop élevée, la pupille se resserre.

Cela peut être comparé à la conduite. Si votre vitesse est supérieure au point de consigne (la valeur que vous souhaitez qu’elle soit), vous pouvez soit simplement diminuer le niveau de l’accélérateur (c’est—à-dire la côte), soit activer un deuxième système – le frein. Dans les deux cas, vous ralentissez, mais cela peut être fait en « sauvegardant” simplement sur un système ou en ajoutant un deuxième système.

Regardons comment ces deux exemples fonctionnent en relation avec l’homéostasie normale de la pression artérielle.

La pression artérielle est mesurée lorsque le sang circulant exerce une pression sur les parois des artères du corps. La pression artérielle est créée initialement par la contraction du cœur. Les changements dans la force et le taux de contraction seront directement liés aux changements de la pression artérielle. Les changements dans le volume sanguin seraient également directement liés aux changements de la pression artérielle. Les changements dans le diamètre des vaisseaux traversés par le sang changeront la résistance et auront un changement opposé sur la pression artérielle. L’homéostasie de la pression artérielle implique des récepteurs surveillant la pression artérielle et des centres de contrôle initiant des changements dans les effecteurs pour la maintenir dans une plage normale.

Questions d’auto-vérification

Répondez au quiz ci-dessous pour vérifier votre compréhension de l’homéostasie: