Qu’est-ce que l’homéostasie ?

L’homéostasie est la capacité à maintenir un état interne relativement stable qui persiste malgré les changements dans le monde extérieur. Tous les organismes vivants, des plantes aux chiots en passant par les humains, doivent réguler leur environnement interne pour traiter l’énergie et finalement survivre. Si votre pression artérielle monte en flèche ou si votre température corporelle s’effondre, par exemple, vos systèmes organiques peuvent avoir du mal à faire leur travail et finir par tomber en panne.

Pourquoi l’homéostasie est-elle importante

Le physiologiste Walter Cannon a inventé le terme « homéostasie » dans les années 1920, en développant les travaux antérieurs du physiologiste Claude Bernard, aujourd’hui décédé. Dans les années 1870, Bernard a décrit comment les organismes complexes doivent maintenir l’équilibre dans leur environnement interne, ou « milieu intérieur », afin de mener une « vie libre et indépendante » dans le monde extérieur. Cannon a affiné le concept et a présenté l’homéostasie à un public populaire grâce à son livre « The Wisdom of the Body » (The British Medical Journal, 1932).

Saluée comme un principe fondamental de la physiologie, la définition de base de l’homéostasie de Cannon reste en usage aujourd’hui. Le terme dérive de racines grecques signifiant « semblable » et « un état de stabilité ». Le préfixe « homéo » souligne que l’homéostasie ne fonctionne pas comme un thermostat ou un régulateur de vitesse dans une voiture, fixé à une température ou une vitesse précise. Au contraire, l’homéostasie maintient des facteurs physiologiques importants dans une fourchette de valeurs acceptable, selon une revue parue dans la revue Appetite.

Le corps humain, par exemple, régule ses concentrations internes d’hydrogène, de calcium, de potassium et de sodium, des particules chargées sur lesquelles les cellules comptent pour fonctionner normalement. Les processus homéostatiques maintiennent également les niveaux d’eau, d’oxygène, de pH et de sucre dans le sang, ainsi que la température corporelle centrale, selon une revue de 2015 dans Advances in Physiology Education.

Dans les organismes sains, les processus homéostatiques se déploient constamment et automatiquement, selon Scientific American. De multiples systèmes travaillent souvent en tandem pour maintenir stable un seul facteur physiologique, comme la température corporelle. Si ces mesures faiblissent ou échouent, un organisme peut succomber à une maladie, voire à la mort.

Comment l’homéostasie est maintenue

De nombreux systèmes homéostatiques écoutent les signaux de détresse du corps pour savoir quand les variables clés sortent de leur plage appropriée. Le système nerveux détecte ces écarts et les rapporte à un centre de contrôle, souvent basé dans le cerveau. Le centre de contrôle dirige alors les muscles, les organes et les glandes pour corriger la perturbation. La boucle continue de perturbation et d’ajustement est connue sous le nom de « rétroaction négative », selon le manuel en ligne Anatomie et physiologie.

Par exemple, le corps humain maintient une température centrale d’environ 98,6 degrés Fahrenheit (37 degrés Celsius). En cas de surchauffe, des thermocapteurs situés dans la peau et le cerveau donnent l’alerte, déclenchant une réaction en chaîne qui ordonne au corps de transpirer et de se vider. En cas de refroidissement, le corps réagit en frissonnant et en réduisant la circulation sanguine vers la peau. De même, lorsque le taux de sodium atteint un pic, le corps signale aux reins de conserver l’eau et d’expulser l’excès de sel dans une urine concentrée, selon deux études financées par le NIH.

Les animaux vont également ajuster leur comportement en réponse à une rétroaction négative. Par exemple, lorsque nous avons trop chaud, nous pouvons nous débarrasser d’une couche de vêtements, nous mettre à l’ombre ou boire un verre d’eau froide.

Modèles modernes de l’homéostasie

Le concept de rétroaction négative remonte à la description de l’homéostasie par Cannon dans les années 1920, et a été la première explication du fonctionnement de l’homéostasie. Mais au cours des dernières décennies, de nombreux scientifiques soutiennent que les organismes sont capables d’anticiper les perturbations potentielles de l’homéostasie, plutôt que de n’y réagir qu’après coup.

Ce modèle alternatif de l’homéostasie, connu sous le nom d’allostasie, implique que le point de consigne idéal d’une variable particulière peut se déplacer en réponse à des changements environnementaux transitoires, selon un article paru en 2015 dans Psychological Review. Le point peut se déplacer sous l’influence des rythmes circadiens, des cycles menstruels ou des fluctuations quotidiennes de la température corporelle. Les points de consigne peuvent également changer en réponse à des phénomènes physiologiques, comme la fièvre, ou pour compenser de multiples processus homéostatiques qui se déroulent en même temps, selon un article de 2015 paru dans Advances in Physiology Education.

« Les points de consigne eux-mêmes ne sont pas fixes mais peuvent présenter une plasticité adaptative », a déclaré Art Woods, biologiste à l’université du Montana à Missoula. « Ce modèle permet des réponses anticipées aux perturbations potentielles à venir des points de consigne. »

Par exemple, en prévision d’un repas, le corps sécrète un supplément d’insuline, de ghréline et d’autres hormones, selon une revue de 2007 dans Appetite. Cette mesure préemptive prépare le corps à l’afflux de calories qui arrive, plutôt que de lutter pour contrôler la glycémie et les réserves d’énergie dans son sillage.

La capacité à déplacer les points de consigne permet aux animaux de s’adapter aux facteurs de stress à court terme, mais ils peuvent échouer face à des défis à long terme, comme le changement climatique.

« Activer les systèmes de réponse homéostatique peut être bien pour de courtes périodes, a déclaré Woods. Mais ils ne sont pas conçus pour durer longtemps.  » Les systèmes homéostatiques peuvent échouer de manière catastrophique s’ils sont poussés trop loin ; ainsi, bien que les systèmes puissent être capables de gérer des climats nouveaux à court terme, ils peuvent ne pas être capables de gérer des changements plus importants sur des périodes plus longues. « 

Faire circuler l’information

Les systèmes homéostatiques ont peut-être principalement évolué pour aider les organismes à maintenir un fonctionnement optimal dans différents environnements et situations. Mais, selon un essai publié en 2013 dans la revue Trends in Ecology & Evolution, certains scientifiques théorisent que l’homéostasie fournit principalement un « arrière-plan tranquille » aux cellules, tissus et organes pour communiquer entre eux. Cette théorie postule que l’homéostasie permet aux organismes d’extraire plus facilement des informations importantes de l’environnement et de faire la navette entre les parties du corps.

Quoi qu’il en soit de son objectif évolutif, l’homéostasie a façonné la recherche dans les sciences de la vie pendant près d’un siècle. Bien que principalement discutés dans le contexte de la physiologie animale, les processus homéostatiques permettent également aux plantes de gérer les réserves d’énergie, de nourrir les cellules et de répondre aux défis environnementaux. Au-delà de la biologie, les sciences sociales, la cybernétique, l’informatique et l’ingénierie utilisent toutes l’homéostasie comme cadre pour comprendre comment les personnes et les machines maintiennent leur stabilité malgré les perturbations.