Fiche explicative de la leçon : Régulation hormonale chez l'humain Biologie

Dans cette fiche explicative, nous allons rappeler les types de glandes endocrines ainsi que les caractéristiques et les fonctions des hormones dans le corps humain.

Les fonctions effectuées par le corps humain sont en général contrôlées par le système nerveux et le système endocrinien. Le système endocrinien, sur lequel nous allons nous concentrer ici, fait appel aux hormones.

Les hormones sont libérées selon des doses définies par différents organes, appelés glandes, qui font partie du système endocrinien.

Vous pouvez voir les principales glandes du système endocrinien humain sur la figure 1 ci-dessous.

Comme vous pouvez le voir sur la figure 1, les hommes et les femmes ont généralement une glande pinéale (l’épiphyse), une glande pituitaire (l’hypophyse), une glande thyroïde et le thymus ainsi qu’un hypothalamus. Le pancréas agit également comme une glande en plus de ses autres fonctions digestives. La plupart des êtres humains ont deux glandes surrénales, une au-dessus de chaque rein. Les hommes ont généralement deux testicules et les femmes deux ovaires.

Les hormones sont des messagers chimiques qui circulent dans tout l’organisme pour provoquer des effets spécifiques. Les hormones sont sécrétées lorsque les glandes sont activées par un changement dans l’organisme, tel qu’une augmentation de la glycémie (concentration de glucose) dans le sang, ou lorsqu’une glande est stimulée par une autre hormone ou une impulsion nerveuse.

Une fois libérées d’une glande, les hormones circulent dans un milieu de transport liquide, en général du plasma sanguin, pour agir sur les organes et les cellules cibles. Une fois que les hormones atteignent leurs cellules cibles, elles se lient à des récepteurs à l’intérieur de la cellule ou à la surface de la membrane cellulaire. Le mot hormone vient du mot grec qui signifie activer, car les hormones « activent » un effet dans l’organisme ailleurs de l’endroit où elles sont sécrétées, en se liant aux récepteurs des cellules cibles.

Le schéma de la figure 2 ci-dessous illustre la manière dont les hormones se déplacent dans l’organisme.

Voyons un aperçu du système endocrinien chez l’Homme et les types de glandes qu’il contient.

Il existe trois types de glandes : les glandes endocrines, exocrines et mixtes. Toutes les glandes libèrent des substances, mais la nature des substances qu’elles libèrent et le mécanisme par lequel elles les libèrent diffèrent selon le type de glande.

Une glande endocrine est une glande qui produit des hormones et les sécrète directement dans la circulation sanguine.

Une glande exocrine produit des substances, telles que des enzymes, et les sécrète par un canal à la surface du corps. Ces surfaces peuvent être internes, comme la bouche, dans laquelle les glandes salivaires exocrines sécrètent la salive par des canaux. Il peut aussi s’agir de surfaces externes, comme la peau, sur laquelle des glandes sudoripares exocrines sécrètent de la sueur, également par des canaux.

Enfin, les glandes mixtes sont celles qui peuvent avoir à la fois des fonctions endocrines et exocrines.

Maintenant que nous savons qu’une glande peut être endocrine, exocrine ou mixte, regardons des exemples spécifiques de glandes endocrines et mixtes au sein du système endocrinien.

Étudions d’abord quelques exemples de glandes endocrines, en commençant par les glandes surrénales que vous pouvez voir sur la figure 3 ci-dessous.

Les êtres humains ont généralement deux glandes surrénales, une au-dessus de chaque rein, comme vous pouvez le voir sur la figure 1. Chaque glande surrénale contient une partie externe appelée corticosurrénale et une partie interne appelée médullosurrénale, qui sont responsables de la libération de différentes hormones aux fonctions très différentes. Vous pouvez voir un aperçu des hormones produites par chaque partie sur la figure 3 ci-dessus.

Par exemple, le cortisol est une hormone libérée par la corticosurrénale, responsable de la régulation du métabolisme des glucides et de l’utilisation des lipides et des protéines comme source d’énergie. L’adrénaline est une hormone différente libérée par la médullosurrénale et est responsable de la réponse « combat-fuite » de l’organisme, nous permettant de réagir efficacement aux situations de stress.

Vous avez peut-être remarqué que la majorité des glandes endocrines de la figure 1 sont communes aux hommes et aux femmes. Cependant, les hommes ont des glandes appelées testicules, tandis que les femmes ont des glandes appelées ovaires. Ces glandes font respectivement partie des systèmes reproducteurs masculin et féminin, et sont collectivement appelées gonades.

Les gonades mâles, les testicules, libèrent des hormones appelées androgènes. Les androgènes comprennent la testostérone, l’androstènedione et d’autres hormones qui interagissent pour contrôler la croissance des organes sexuels masculins et développer les caractères sexuels secondaires à la puberté tels que la croissance des poils sur le visage ou la transformation (la mue) de la voix.

Les gonades femelles, les ovaires, libèrent deux hormones principales : les œstrogènes et la progestérone. Les œstrogènes provoquent le développement de caractères sexuels secondaires lorsqu’une femme atteint la puberté, tels que la croissance de son tissu mammaire. Les œstrogènes et la progestérone, ainsi que deux hormones libérées par l’hypophyse, appelées FSH et LH, jouent un rôle important dans la régulation du cycle menstruel et la préparation du corps féminin à une grossesse potentielle.

La relaxine est une autre hormone libérée par les ovaires, ainsi que par le placenta, pendant la grossesse. La relaxine, comme son nom l’indique, est principalement responsable du relâchement de certaines parties du système reproducteur féminin, vers la fin de la grossesse, pour aider à l’accouchement.

Analysons maintenant une glande importante appelée hypophyse pour comprendre comment elle fonctionne. L’hypophyse (ou glande pituitaire) est située juste sous le cerveau, comme vous pouvez le voir sur la figure 4.

L’hypophyse est constituée de deux lobes : le lobe antérieur (antéhypophyse) et le lobe postérieur (posthypophyse). L’hypophyse est étroitement liée à une partie du cerveau appelée l’hypothalamus. Certaines hormones sont produites par l’hypothalamus et stockées dans la posthypophyse pour être sécrétées dans le sang lorsqu’elles sont nécessaires. L’une de ces hormones est l’hormone antidiurétique (ADH ou vasopressine), responsable du contrôle de la réabsorption de l’eau dans la circulation sanguine par les reins.

L’hypophyse est parfois appelée « glande maîtresse » car elle contrôle les activités de la plupart des autres glandes endocrines. Par exemple, l’hypophyse sécrète l’hormone corticotrope (ACTH) qui stimule les glandes surrénales afin qu’elles sécrètent d’autres hormones. La même glande sécrète également des hormones de croissance qui régulent notre développement par l’intermédiaire du métabolisme des protéines. Ce ne sont que deux des sept hormones sécrétées par l’antéhypophyse à elle seule.

Le pancréas est un exemple de glande mixte, car il a à la fois des fonctions endocrines et exocrines ; son emplacement dans le système digestif de l’Homme est illustré sur la figure 5 ci-dessous.

La plus grande partie du pancréas est constituée de tissu exocrine, responsable de la production et de la sécrétion du suc pancréatique. Le suc pancréatique est une substance alcaline qui contient un mélange d’enzymes pour faciliter la digestion. Il est sécrété par le canal pancréatique dans le duodénum, la première partie de l’intestin grêle.

La fonction endocrine du pancréas est de libérer des hormones, telles que l’insuline et le glucagon, directement dans la circulation sanguine. Alors que l’insuline a pour fonction d’abaisser la glycémie lorsqu’elle devient trop élevée, le glucagon augmente la glycémie lorsqu’elle devient trop basse. Ces deux mécanismes permettent au pancréas de réguler étroitement la concentration de sucre dans le corps humain pour le maintenir à un niveau constant et normal.

Les muqueuses qui tapissent le tube digestif exercent à la fois des fonctions endocrines et exocrines. La fonction exocrine de ces muqueuses comprend la sécrétion d’enzymes digestives qui aident à dégrader les aliments. Ces enzymes sont sécrétées par des canaux dans le tube digestif, comme dans le duodénum.

Les muqueuses sécrètent également des hormones gastro-intestinales dans la circulation sanguine, qui ont un effet sur d’autres organes du système digestif.

Par exemple, la gastrine est une hormone libérée par les cellules G qui tapissent l’estomac et le duodénum. La gastrine, parmi ses autres tissus et fonctions cibles, est transportée par le sang vers l’estomac pour le stimuler à libérer du suc gastrique, parfois appelé acide gastrique. Le suc gastrique contient de l’acide chlorhydrique et des enzymes de type protéase pour dégrader les protéines dans l’estomac.

La sécrétine et la cholécystokinine (CCK) sont des hormones libérées par les cellules S et I respectivement, toutes deux présentes dans la muqueuse du duodénum. Ces hormones stimulent la libération du suc pancréatique par le pancréas.

Plusieurs scientifiques ont contribué à notre compréhension du système endocrinien et des fonctions endocrines et exocrines des glandes humaines. Parmi les principaux acteurs de la découverte des hormones animales figurent deux scientifiques nommés Bernard et Starling.

Claude Bernard était un physiologiste français qui, entre 1855 et 1856, a étudié les fonctions glycogéniques du foie, dont l’emplacement dans le système digestif humain est illustré sur la figure 5 ci-dessus. Bernard était particulièrement fasciné par les sécrétions du foie. Il a découvert que le foie stockait le sucre sous la forme d’une substance appelée glycogène et que la fonction glycogénique agissait comme la sécrétion interne du foie.

En plus des fonctions découvertes par Bernard, il a été découvert que le foie sécrète à l’extérieur de la bile, qui est ensuite transportée par le canal biliaire vers la vésicule biliaire. La bile est stockée dans la vésicule biliaire avant d’être libérée dans l’intestin grêle. Ces sécrétions sont les fonctions exocrines du foie.

Un physiologiste britannique, Ernest Starling, a étudié le pancréas et a introduit, avec son beau-frère, William Bayliss, le terme hormone. Ils ont essayé de déterminer si la sécrétion du suc pancréatique était le résultat d’une stimulation nerveuse, comme on le croyait à l’époque, ou d’autre chose.

Après avoir coupé les connexions nerveuses du pancréas, ils ont découvert que le pancréas sécrétait toujours du suc pancréatique dans le duodénum dès que des aliments y arrivaient par le tube digestif. Le mécanisme qu’ils ont proposé est décrit sur la figure 6 ci-dessous.

Starling et Bayliss ont découvert que des composés chimiques étaient sécrétés par les cellules des muqueuses qui tapissent le duodénum et le jéjunum, les deux premières parties de l’intestin grêle. Ces composés chimiques, qu’ils ont nommés sécrétine, entraient dans la circulation sanguine et étaient transportés vers le pancréas. Ils en ont conclu que ce n’était pas une stimulation nerveuse qui causait la sécrétion de suc pancréatique, mais plutôt des sécrétions chimiques qu’ils ont appelées hormones. Ils ont suggéré la présence de nombreuses autres sécrétions similaires produites ailleurs dans l’organisme. Comme nous le savons aujourd’hui, ils avaient raison ! 

Plusieurs autres scientifiques ont étudié les effets des hormones sur différentes parties de l’organisme en analysant les symptômes qui apparaissent lorsque certaines glandes endocrines grossissaient ou étaient enlevées. L’augmentation de la taille d’une glande endocrine entraine généralement un effet accru des hormones qu’elle libère, car ces hormones sont sécrétées en plus grandes quantités. L’ablation d’une glande doit, en théorie, entraîner une diminution de l’effet des hormones qu’elle libère.

Les scientifiques étudient également la composition chimique des hormones libérées par le système endocrinien, qui varie considérablement selon le type d’hormone.

Analysons plus en détail la structure et la fonction de deux types d’hormones : les hormones stéroïdiennes et les hormones non stéroïdiennes.

Vous pouvez voir comment les hormones stéroïdiennes provoquent un effet sur les cellules cibles sur la figure 7 ci-dessous.

Les hormones stéroïdiennes sont dérivées des lipides et sont liposolubles. Cela signifie qu’elles peuvent diffuser à travers la bicouche (ou double couche) lipidique de la membrane cellulaire entourant une cellule cible pour se déplacer directement dans le cytoplasme de la cellule. Une fois dans une cellule cible, les hormones stéroïdiennes se lient aux récepteurs situés dans le cytoplasme ou le noyau, ou s’enfoncent dans la membrane plasmique qui entoure d’autres organites tels que les mitochondries ou le réticulum endoplasmique. Le complexe hormone-récepteur formé permet généralement à un gène spécifique d’être transcrit, ce qui conduit à la production d’une protéine spécifique. L’emplacement du récepteur hormonal dépend de l’hormone qui va s’y lier.

Ce complexe hormone-récepteur permet à un gène spécifique d’être transcrit en ARNm, comme vous pouvez le voir à l’étape 4 sur la figure 7. Cet ARNm va quitter le noyau et entrer dans le cytoplasme, où il finira par synthétiser une protéine spécifique. Les protéines produites par chaque hormone vont entraîner une réponse.

Quelques exemples d’hormones stéroïdiennes sont le cortisol et certaines des principales hormones sexuelles : œstrogènes, progestérone, testostérone et androstérone.

Vous pouvez voir comment les hormones non stéroïdiennes provoquent un effet sur les cellules cibles sur la figure 8 ci-dessous.

Les hormones non stéroïdiennes sont dérivées d’acides aminés et sont parfois appelées hormones peptidiques. Les hormones non stéroïdiennes sont hydrophiles, donc elles ne peuvent pas traverser la bicouche lipidique d’une cellule cible et doivent par conséquent se lier aux récepteurs à la surface de la membrane cellulaire pour provoquer un effet dans la cellule.

Le complexe hormone-récepteur formé sur la membrane de la cellule cible active une série de réactions dans la cellule. Cette série de réactions intracellulaires, qui est médiée par des enzymes, conduit finalement à une réponse cellulaire - par exemple, une augmentation de la concentration de glucose dans le sang entraîne généralement la libération d’insuline. L’insuline provoque des réponses cellulaires, telles que l’augmentation de l’absorption du glucose et de la stimulation de la glycolyse, qui est la première étape de la respiration cellulaire responsable de la dégradation du glucose en pyruvate. Ces processus, que l’insuline stimule parmi d’autres, abaissent le taux de glycémie à un niveau normal.

Quelques exemples d’hormones non stéroïdiennes sont l’adrénaline, la vasopressine (ADH), l’insuline et le glucagon.

Malgré les petites quantités libérées, les hormones peuvent produire des effets significatifs sur de nombreuses fonctions corporelles. Les hormones aident les êtres humains à contrôler leur milieu interne, à réguler les fonctions métaboliques et même à stimuler le développement de certains caractères sexuels. En même temps, les hormones libérées par différentes glandes dans l’organisme aident les êtres humains à croître et à atteindre la maturité sexuelle et peuvent même avoir de nombreux effets sur le développement intellectuel et comportemental.

Récapitulons certains des points clés que nous avons abordés dans cette fiche explicative.