Physiologie : définition et propriétés

Comment le cœur adapte-t-il son débit à l'effort ? Comment la température du corps reste-t-elle stable par grand froid ? Ces questions relèvent de la physiologie, la science qui étudie le fonctionnement des êtres vivants, de la cellule à l'organisme entier.

Définition et fondements de la physiologie

La physiologie est la branche des sciences du vivant qui étudie les fonctions des organismes et les mécanismes qui les assurent : respirer, se nourrir, se mouvoir, percevoir, se reproduire et maintenir son équilibre interne. Elle concerne l'être humain, les animaux, les végétaux et les micro-organismes.

Étymologie et champ d'étude

Le mot vient du grec phusis, « la nature », et logos, « le discours, l'étude ». Il a d'abord désigné l'étude de la nature en général, avant que le médecin français Jean Fernel ne l'applique, au XVIe siècle, à l'étude des fonctions du corps humain. La discipline s'est constituée en science expérimentale au XIXe siècle, notamment avec Claude Bernard, qui a introduit la notion de milieu intérieur.

Son champ couvre les mécanismes physiques et chimiques à l'œuvre dans le vivant : échanges de matière à travers les membranes, transmission de signaux électriques et chimiques, production et utilisation de l'énergie, transport des gaz et des nutriments, et régulation de l'ensemble. L'acoustique physiologique, qui décrit comment l'oreille transforme une onde sonore en message nerveux, illustre ce croisement entre physique et biologie.

Distinction entre physiologie, anatomie et biologie

L'anatomie décrit la structure des organismes : la forme, la position et la composition des organes. La physiologie étudie leur fonctionnement, c'est-à-dire la manière dont ces organes travaillent et interagissent. Les deux sont indissociables, car la forme d'un organe répond à sa fonction : la très grande surface des alvéoles pulmonaires, de l'ordre de 70 à 100 m² chez l'adulte, s'explique par leur rôle d'échange gazeux. La biologie, enfin, étudie le vivant sous tous ses aspects, et la physiologie en est une discipline.

Les principaux niveaux d'organisation physiologiques

La physiologie analyse le vivant à plusieurs échelles emboîtées, de la molécule à l'organisme complet.

Physiologie cellulaire et moléculaire

À l'échelle de la cellule, la physiologie étudie les échanges à travers la membrane plasmique, assurés par des canaux ioniques, des transporteurs et des pompes comme la pompe sodium-potassium, qui consomme de l'ATP pour maintenir des concentrations différentes de part et d'autre de la membrane. Ce déséquilibre crée un potentiel de membrane, de l'ordre de -70 mV au repos dans un neurone, à la base de l'influx nerveux et de la contraction musculaire.

Physiologie des organes et des systèmes

Les cellules spécialisées s'associent en tissus, qui forment des organes, eux-mêmes regroupés en systèmes. La physiologie d'organe décrit par exemple le cœur comme une pompe dont le débit, d'environ 5 litres par minute au repos chez l'adulte, peut être multiplié par quatre ou cinq à l'effort. À l'échelle du système, elle étudie la coopération entre organes : le système cardiovasculaire associe le cœur, les vaisseaux et le sang pour distribuer l'oxygène et collecter les déchets.

Physiologie intégrative de l'organisme entier

La physiologie intégrative étudie l'organisme comme un tout et s'attache aux mécanismes de régulation. Son concept central est l'homéostasie, terme proposé par Walter Cannon dans les années 1920 pour prolonger l'idée de milieu intérieur de Claude Bernard : la capacité de l'organisme à maintenir stables ses paramètres internes malgré les variations de l'environnement. La température centrale reste proche de 37 °C, la glycémie à jeun entre 0,70 et 1,10 g/L, le pH sanguin entre 7,35 et 7,45. Ces équilibres reposent sur des boucles de rétroaction négative : un capteur détecte un écart, un centre de contrôle le compare à une valeur de consigne et un effecteur le corrige, à la manière d'un régulateur en automatique.

Les grands systèmes fonctionnels du corps humain

Chez l'être humain, les grands systèmes se regroupent classiquement selon les fonctions qu'ils assurent.

Fonctions de nutrition et métabolisme

Le système digestif transforme les aliments en nutriments absorbables. Le système respiratoire assure les échanges gazeux : il apporte l'oxygène au sang et en élimine le dioxyde de carbone. Le système cardiovasculaire distribue ces éléments à toutes les cellules, qui les utilisent dans leur métabolisme pour produire de l'énergie et fabriquer leurs constituants. Les reins filtrent le sang, éliminent les déchets azotés et régulent l'eau et les sels minéraux. L'étude des aspects physiologiques, nutritionnels et sanitaires des glucides montre comment ces fonctions s'articulent autour d'un même nutriment, de la digestion de l'amidon à la régulation de la glycémie.

Fonctions de relation, locomotion et neurophysiologie

Le système nerveux reçoit les informations des organes des sens, les intègre et commande les réponses de l'organisme. La neurophysiologie étudie la genèse et la propagation de l'influx nerveux. Les organes des sens convertissent des stimulations physiques en signaux nerveux : l'oreille humaine perçoit ainsi des sons dont la fréquence est comprise approximativement entre 20 Hz et 20 kHz. Le système musculo-squelettique exécute les mouvements.

Fonctions de reproduction et endocrinologie

Le système reproducteur assure la production des gamètes, la fécondation et, chez les mammifères, le développement de l'embryon. Il est étroitement contrôlé par le système endocrinien, l'ensemble des glandes qui sécrètent des hormones dans le sang : hypophyse, thyroïde, surrénales, pancréas, gonades. Les hormones agissent à distance sur des cellules cibles et coordonnent des fonctions lentes et durables, comme la croissance, le métabolisme ou le cycle reproducteur, en complément de la régulation nerveuse, plus rapide.

Applications et enjeux pour les professionnels de santé et de la recherche

La physiologie fournit le socle sur lequel reposent le diagnostic, le traitement et l'innovation en santé.

De la physiologie normale à la physiopathologie clinique

Connaître le fonctionnement normal permet d'identifier ce qui dysfonctionne. La physiopathologie étudie les mécanismes par lesquels une maladie perturbe une fonction : le diabète de type 1, par exemple, résulte de la destruction des cellules du pancréas qui produisent l'insuline, ce qui fait échapper la glycémie à sa régulation. Les examens médicaux, de l'électrocardiogramme aux épreuves fonctionnelles respiratoires, mesurent des paramètres physiologiques et les comparent à des valeurs de référence.

Rôle clé dans la pharmacologie et le développement thérapeutique

Un médicament agit en modifiant un mécanisme physiologique : il bloque un récepteur, inhibe une enzyme ou modifie un transport ionique. La pharmacologie s'appuie donc sur la physiologie pour identifier des cibles thérapeutiques, comprendre le devenir du médicament dans l'organisme et anticiper ses effets indésirables. La physiologie irrigue aussi l'ingénierie biomédicale, qui conçoit stimulateurs cardiaques, implants cochléaires ou organes artificiels à partir d'une connaissance précise des fonctions à suppléer.

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