Les pages de cette "Encyclopédie du corps humain" décrivent l'anatomie et la physiologie de notre organisme. L'anatomie et la physiologie sont des disciplines scientifiques qui appartiennent à la biologie. La biologie est la science de la vie. Elle étudie tout ce qui concerne les êtres vivants et se subdivise en plusieurs disciplines selon l’'aspect envisagé. Définissons quelques-unes de ces disciplines.
L'anatomie est la discipline biologique qui étudie la structure et la forme des êtres vivants. Elle adopte un langage très descriptif et utilise des repères de localisation des organes qu'elle décrit. Ainsi, elle explique que le coeur est au dessus du diaphragme, que l'estomac est en dessous de lui, que le genou est au-dessus de la cheville, … mais elle utilise pour cela un vocabulaire spécial.
L'anatomie dispose même de plusieurs manières de s'exprimer, car au fil des siècles, les noms qu'elle a attribués aux structures et à leur localisation ont évolué. Ainsi, la rotule s'appelle aujourd'hui "patella" pour les spécialistes et "au-dessus" se dit aussi "crânialement". Dans notre encyclopédie, nous utiliserons les appellations classiques, celles qui sont les plus connues du public. Elles sont expliquées dans le paragraphe "conventions", situé à la fin de cette introduction.
Le sphénoïde: os central du crâne
L'histologie étudie elle aussi la structure des êtres vivants. On peut donc considérer, de ce point de vue, qu'elle fait comme l'anatomie. Mais l'histologie pratique ses études à l'aide du microscope, alors que l'anatomie travaille à l'oeil nu, ou tout au plus à l'aide d'une loupe. Alors que l'anatomie décrit des organes et des systèmes, que nous définirons plus loin, l'histologie s'intéresse aux tissus et aux cellules. Ces notions sont brièvement discutées dans un paragraphe situé un peu plus loin dans ce texte et qui aborde la structure des êtres vivants.
Exemple de tissus: tubes séminipares du testicule
L’instrument utilisé par l'’histologie est le microscope optique. L’'appellation “optique” signifie que ce microscope utilise de la lumière visible (faite de particules d'énergie appelées photons). On a souvent fait remarquer que ce microscope devrait logiquement s'appeler microscope "photonique" puisqu'il utilise les photons comme source d'éclairage. Cela permet de le distinguer du microscope électronique, qui est basé sur l'utilisation d'électrons.
Paradoxalement, le microscope optique dans sa forme traditionnelle ne permet pas d'observer les êtres vivants à l'état vivant. Pour les regarder au microscope optique classique, il faut en effet les débiter en coupes fines, que l'on regarde par transparence. Ces coupes ont en général une épaisseur de 7 à 8 microns. Il faut aussi que ces coupes soient colorées, faute de quoi il serait très difficile d'en distinguer les différentes parties constitutives. L'observation au microscope nécessite donc le recours préalable à toute une série de techniques. Il faut quand même signaler que depuis son invention, le microscope a subi de très nombreux perfectionnements. Il en existe aujourd'hui des variantes qui permettent d'observer à l'état vivant de petits organismes.
Tissu musculaire strié ou squelettique
La cytologie étudie la cellule au microscope électronique. Ce microscope utilise des électrons, qui sont non visibles à l'œil nu. Il faut donc utiliser des techniques photographiques ou des écrans spécialement conçus à cet effet pour visualiser les images formées par ce type de microscope. Il faut disposer d'un équipement capable de générer des faisceaux d'électrons. D'ailleurs, la formation des images ne fait pas appel à des lentilles comme celles que nous trouvons dans les jumelles, les loupes ou le microscope optique. Ce sont des aimants qui dirigent le faisceau d'électrons.
Les coupes dans les organismes à observer sont également beaucoup plus fines que celles qu'utilise la microscopie optique: elles ont une épaisseur allant de un micron à quelques dixièmes de micron, selon les cas.
La cytologie décrit la forme des cellules, leurs propriétés, leur fonction et leurs éléments constitutifs. On entre véritablement dans l'intimité de la cellule.
La physiologie étudie le fonctionnement des êtres vivants. Elle s'intéresse, par exemple, à la manière dont nos muscles se contractent ou aux mécanismes qui permettent au cœoeur d'exercer sa fonction de pompe. Elle s'interroge sur les phénomènes d'absorption par le système digestif de tout ce que nous mangeons. Elle décrit la manière dont les os peuvent croître. La transmission des messages nerveux et le rôle des hormones font aussi partie des sujets auxquels s'intéresse la physiologie. Bien d'autres phénomènes encore retiennent son attention. Les principaux aspects de ces questions sont abordés dans l'encyclopédie qui suit.
La biochimie est la chimie des organismes vivants. Les progrès de la chimie et ceux de la physiologie ont depuis longtemps amené les spécialistes à décrire de nombreux phénomènes au niveau moléculaire. Ainsi, si le muscle se contracte et se relâche, c'est parce que des protéines particulières présentes dans les cellules musculaires s'attachent entre elles, se déplacent puis se détachent les unes des autres. Si notre sang peut transporter l'oxygène, c'est parce que ce dernier se lie à une protéine transporteuse, l'hémoglobine, dont les globules rouges sont bourrés. Bref, tout ce que la physiologie décrit peut se ramener à des interactions entre molécules. C'est la biochimie qui décrit ces interactions.
L'embryologie adopte un point de vue très particulier puisqu'elle étudie le développement de l’'organisme depuis le stade de l’'oeuf jusqu'’à sa forme définitive. Elle décrit donc la manière dont le cœoeur se met en place, les étapes de la naissance du cerveau, les stades de développement de nos reins, etc. Il faut faire remarquer qu'après avoir acquis sa forme définitive, l’organisme peut encore grandir. Mais l'étude de la croissance n’est pas du domaine de l’embryologie, pas plus que ne l'est l'étude des phénomènes du vieillissement.
On peut encore étudier les êtres vivants sous de nombreux autres aspects différents. Cela fait autant de disciplines différentes, qui ont chacune leur spécialistes.
L'écologie, par exemple, s'intéresse aux relations qu'entretiennent entre elles les différentes populations d'êtres vivants, comme les proies et leurs prédateurs. La génétique tente de déchiffrer le code qui permet la transmission des caractères héréditaires. L'éthologie étudie le comportement animal. La biophysique s'efforce de voir comment les principes de la physique sont utilisés par les êtres vivants: qu'est-ce que la pression sanguine? quelles sont les contraintes mécaniques qui s'exercent sur la colonne vertébrale ? quelles sont les caractéristiques physiques des nerfs (résistance, conductance, etc.)?
Il existe encore de nombreuses autres disciplines se rattachant à la biologie. Nous arrêterons ici notre liste d'exemples.
On ne parvient pas à donner une définition de la vie. Le dictionnaire dit que c’est la qualité essentielle des êtres organisés qui évoluent de la naissance à la mort en remplissant des fonctions qui leur sont communes.
Cette définition n’est que peu satisfaisante car elle définit la vie par son début (la naissance est le début de la vie) et par sa fin ou son contraire (la mort est à la fois la fin et le contraire de la vie). On risque de tourner ainsi en rond.
A défaut de pouvoir définir clairement la vie, on a tenté de relever chez les êtres vivants quelques propriétés qu'’ils ont en commun et que les êtres inertes ne possèdent pas toutes ensemble.
Les être vivants sont des ensembles très structurés. La physique et la chimie ont montré que les atomes et les molécules, qui existent aussi dans le monde inerte, sont déjà structurés. Mais l’organisation du monde vivant va bien plus loin.
Dans les êtres vivants, les molécules élémentaires peuvent s’organiser en ensembles plus importants appelés macromolécules. Les polymères sont aussi des macromolécules et il en existe dans le monde inerte: les plastiques, par exemple, sont des polymères créés par le génie de l’homme.
Mais dans les organismes vivants, les macromolécules et les petites molécules s’assemblent pour former des petites structures appelées organites. Les organites sont des ensembles microscopiques très structurés qui remplissent dans la cellule des fonctions bien précises, comme la digestion, la respiration cellulaire, etc.
Plusieurs organites s’ordonnent donc pour entrer dans la constitution d’une cellule. La cellule est la plus petite entité vivante qui puisse exister. Les êtres unicellulaires, ceux qui par définition ne sont constitués que d’une seule cellule, ne dépassent pas ce stade d’organisation.
Des cellules peuvent toutefois s’associer pour constituer des ensembles plus complexes encore. Le tissu est un ensemble de cellules spécialisées et adaptées à une même fonction. Le tissu musculaire, par exemple, est un ensemble de cellules qui partagent toutes la capacité de se contracter et de se relâcher pour assurer le mouvement.
Les tissus s’associent entre eux pour former des organes: dans un muscle, qui constitue un organe, on trouve non seulement du tissu musculaire mais encore du tissu que l’on appelle conjonctif et du tissu nerveux par exemple. On peut donc définir un organe comme un ensemble de tissus associés en vue d’assurer une même fonction.
Les organes s’associent pour constituer des systèmes. L’œ'oesophage, l'’estomac, l'’intestin grêle et le gros intestin s'’associent avec d’'autres organes encore pour constituer le système digestif. Les os forment ensemble le système squelettique ou squelette. La trachée, les bronches et les poumons font partie du système respiratoire, etc. On peut donc définir les systèmes comme des ensemble d’organes associés en vue d’assurer une même fonction (respiratoire, digestive, circulatoire, …).
Enfin, les systèmes s’associent pour constituer des organismes. Notre corps, par exemple, est constitué d’un squelette, d’un système musculaire, d’un système circulatoire, digestif, nerveux, … Une vache, un chat, un chien, … sont également des organismes.
On pourrait encore aller plus loin dans la description de l’organisation des êtres vivants. Les organismes (individus) se groupent en populations et les populations en écosystèmes.
Les êtres vivants absorbent dans le milieu extérieur toutes sortes de substances qui leur servent à maintenir leurs structures et leur fournissent l’énergie dont ils ont besoin pour exercer leurs fonctions.
Ils transforment sans arrêt ces substances absorbées à partir du milieu extérieur. Ils renouvellent ainsi leur propre substance. Ils rejettent à l’extérieur les résidus de ces transformations. Ils dégagent également de l’énergie sous forme de chaleur.
On appelle “métabolisme” l’ensemble des échanges de matière et d’énergie effectués par un être vivant avec son milieu.
Certains êtres vivants sont capables de se déplacer: c’est leur fonction de mobilité. Mais dans tous les organismes vivants, de la matière se déplace. Par exemple, les substances absorbées sont transportées dans les cellules vers le lieu de leur transformation. Les déchets de ces transformations sont transportés vers la périphérie de la cellule puis évacués vers l’extérieur. C’est la fonction de circulation, que l’on retrouve chez tous les êtres vivants. Dans le corps humain, plusieurs liquides sont en circulation: le sang, la lymphe et le liquide céphalo-rachidien.
Les êtres vivants peuvent se reproduire, c’est-à-dire donner naissance à d’autres êtres vivants semblables à eux-mêmes. Les mécanismes de cette reproduction sont très différents selon les espèces.
Les cellules peuvent se reproduire par le mécanisme de la mitose. Chez les organismes pluricellulaires, la reproduction cellulaire aboutit soit au renouvellement de cellules altérées ou parvenues à la fin de leur vie, soit à la croissance de l’organisme par augmentation du nombre de cellules.
L’irritabilité se définit comme la capacité d’un organisme vivant à réagir aux changements du milieu dans lequel il vit. L’organisme vivant vit dans un milieu déterminé, son environnement. Tout changement dans l’environnement est appelé “stimulus”. Par exemple, il peut s’agir d’un changement de température. Le stimulus engendre une réaction de l’organisme qui vise à s’adapter aux changements de l’environnement.
Deux types particuliers de cellules peuvent modifier leurs propriétés électriques en réponse à certaines modifications de leur environnement: ce sont la cellule nerveuse et la cellule musculaire. Cette forme particulière d’irritabilité est appelée excitabilité. La cellule nerveuse et la cellule musculaire sont donc des cellules excitables, alors que tous les êtres vivants sont irritables.
Les organismes vivants peuvent introduire, lors de leur reproduction, des changements dans les caractéristiques de leur forme et de leur fonction. Ces changements deviennent alors héréditaires. A la longue, de nouvelles espèces apparaissent ainsi: c’est le phénomène d’évolution.
Certains constituants des êtres vivants existent tels quels dans le monde inerte. Ce sont par exemple l’eau et les minéraux. L’eau représente environ 70% du poids du corps humain. Autrement dit, le corps d’une personne de 70 kilos contient une cinquantaine de kilos d’eau. Cela montre l’extrême importance de l’eau pour la vie. Dans notre squelette, on estime qu'’il y a environ deux kilos de calcium. Notre corps contient aussi du sodium, du fer, du cuivre et beaucoup d’autres minéraux. Ceux qui ne se trouvent dans le corps qu'’en très petites quantités sont appelés « oligo-éléments ».
D’autres constituants sont propres aux êtres vivants. Ces substances ne sont composées que de quatre éléments de base: le carbone (C), l’hydrogène (H), l’oxygène et l’azote (N). Ces éléments sont agencés de différentes manières, pour former quelques grandes familles de composés des êtres vivants:
Les glucides, appelés communément sucres (mais ce n’est pas totalement approprié) ou hydrates de carbone, sont composés essentiellement de carbone, d’hydrogène et d’oxygène, bien que certains d’entre eux contiennent aussi du carbone.
Ils sont en général hydrosolubles et certains d’entre eux, comme le glucose, libèrent facilement l’énergie qu'’ils contiennent. Ceux-là servent donc de matériau énergétique rapidement utilisable par nos cellules. Dans notre alimentation, on trouve des glucides qui peuvent servir de source énergétique comme ceux qui se trouvent dans les pommes de terre ou le pain par exemple.
Encore appelées graisses, les lipides sont eux aussi composés de carbone, d’hydrogène et d’oxygène. Certains d’entre eux comprennent aussi du phosphore. Il en existe de nombreuses sortes. On en trouve en grandes quantités dans les membranes cellulaires (phospholipides), dans le sang (cholestérol, triglycérides). Ceux qui se trouvent en abondance dans le tissu graisseux servent de forme se stockage énergétique. Ils sont mobilisés lorsque l’organisme en a besoin.
Les protéines contiennent elles aussi du carbone, de l’hydrogène et de l’oxygène mais elles contiennent toutes de l’azote. Elles peuvent constituer de très grosses molécules mais sont formées de l’assemblage d’une série d’unités de base, les acides aminés.
Les acides aminés (AA) sont ainsi appelés parce qu'’ils contiennent tous dans leur molécule au moins une fonction acide (le carboxyle, –COOH) et une fonction amine (NH2). On en connaît une vingtaine de différents. Leur partie variable est le radical (R). On peut donner une formole générale des acides aminés: des Ils diffèrent par s PM: peut aller jusqu'’à un million.
Structure des acides aminés (AA).
R signifie donc le radical. Il y en a 23 différents, déterminant donc 23 acides aminés différents. Le radical le plus simple est un - H (hydrogène). Il y a aussi un radical – CH3, etc. On peut noter « R1, R2, R3,... » pour symboliser les différents radicaux.
Les acides aminés peuvent s’attacher entre eux selon la réaction suivante:
Structure des peptides et des protéines (liaison peptidique).
La liaison - CO - NH - qui s’est formée entre les deux acides aminés est appelée liaison peptidique. Elle peut se répéter un très grand nombre de fois à chaque extrémité de la chaîne en formation et ainsi associer entre eux un nombre variable d’acides aminés. Lorsque la chaîne d’acides aminés est de longueur moyenne ou courte, on parle de peptide. Lorsque la chaîne est longue, on parle de protéine. Les protéines se replient sur elles-mêmes d’une manière qui est propre à chacune d’elles, ce qui leur donne une configuration tridimensionnelle spécifique.
Les protéines peuvent remplir dans l’organisme trois grands types de fonctions. Soit elles participent à la catalyse (facilitation) des réactions chimiques. Ce sont alors des enzymes ou catalyseurs biologiques. Un catalyseur facilite une réaction chimique sans la modifier.
Soit elles entrent dans la constitution de certaines structures du corps. Par exemple, la kératine prend une part importante dans la composition chimique des cheveux. Les protéines qui ont ce rôle sont appelées “protéines de structure”.
Soit encore, elles participent aux communications intercellulaires en constituant des canaux pour le passage de diverses molécules ou des récepteurs hormonaux.
Les acides nucléiques sont, eux aussi, des constituants majeurs des êtres vivants. On distingue l’acide désoxyribonucléique, qui contient l’information du patrimoine génétique des êtres vivants, et l’acide ribonucléique, qui participe à sa mise en œoeuvre.
Les acides nucléiques sont eux aussi des assemblages d’unités élémentaires appelées nucléotides. Un nucléotide est composé d’un sucre simple, d’une structure cyclique qualifiée de base et d’un phosphate. Le sucre est différent pour l’acide désoxyribonucléique et pour l’acide ribonucléique. Il existe plusieurs types de bases. Les deux catégories d’acides nucléiques ont en commun certaines bases, mais pas toutes.
Si on considère la structure des êtres vivants du point de vue de leur organisation physique, il faut admettre à la fois leur unité et leur hétérogénéité.
Il y a unité parce que la structure de base de toutes les cellules est la même, avec toutefois des variantes. De plus, dans les organismes pluricellulaires, toutes les cellules participent à la même structure.
Il y a hétérogénéité parce que les cellules comprennent une série de compartiments spécialisés, les organites. Dans un organisme pluricellulaire, toutes les cellupluricellulaireles, même si elles participent au même ensemble et ont la même structure de basse, ne sont pas identiques. Un organisme pluricellulaire est lui-même compartimenté: chaque organe peut être considéré comme un compartiment.