Cinq leçons sur
l’homéostasie
l’homéostasie
Première conférence
La stabilité des organismes ; Définition de l’homéo stasie ; La stabilité des organismes ; Définition de l’homéo stasie ; Importance de la constance du milieu intérieur ; Mécanismes Importance de la constance du milieu intérieur ; Mécanismes stabilisant la composition du liquide nourricier ;
stabilisant la composition du liquide nourricier ; Mécanismes correctifs après hémorragie.
Mécanismes correctifs après hémorragie.
C’est difficile d’exprimer dans une langue étrangère les sen-timents éprouvés à une occasion comme celle-ci. Puis-je dire cependant combien je me sens chez moi d’être encore dans un laboratoire de physiologie, et spécialement dans le laboratoire de mon cher ami, le professeur Lapicque. Et aussi puis-je dire que je regarde comme un témoignage particulier d’amitié et de confiance l’inclusion de mes confrères dans le cours régulier de la Sorbonne. À mes condisciples, je voudrais dire que s’ils trouvent difficile de comprendre mes mots ou s’ils trouvent mes idées obscures, j’espère qu’ils viendront après chaque conférence pour me demander des explications 1.
Quand l’honneur me fut offert de venir en France comme professeur d’échange, je ressentis profondément la tâche que cet honneur comportait. Je ne pouvais apporter dans ce centre d’étude que peu de choses qui soient neuves ou qui puissent ins-pirer de nouvelles idées. Cependant, un groupe d’idées qui m’ont intéressé dernièrement se sont trouvées en rapport étroit avec les concepts que le grand physiologiste français, Claude Bernard, fut le premier à émettre il y a quelque soixante-dix ans et qu’il approfondit dans ses écrits ultérieurs. Je parle du maintien des conditions constantes à l’intérieur des organismes. Il m’a semblé qu’un examen des mécanismes grâce auxquels ces conditions sont stabilisées pourrait être intéressant en égard aux idées de Bernard et aussi à cause de l’importance intrinsèque du sujet.
L’aptitude que possèdent les organismes hautement évo-lués, de se maintenir stables et constants en face de conditions
1 Ce paragraphe est écrit à la main sur une feuille volante. Cannon souligne
« chez moi » et « laboratoire de physiologie ».
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lesquels cette stabilité est assurée. Comme je l’ai déjà dit, Claude Bernard fut le premier à suggérer un trait haute-ment important dans ce contrôle de la stabilité. Dans ses Conférences sur la pathologie expérimentale 3, données en mille huit cent cinquante-neuf et soixante 4, il montra qu’il y a deux milieux pour les corps animés, un milieu général qu’ils partagent avec les objets inanimés et qui environne l’organisme considéré comme un tout ; et un milieu inté-rieur dans lequel les éléments vivants du corps trouvent leur habitat optimum.
Tout d’abord, il considère seulement le plasma sanguin comme représentant le milieu intérieur. Plus tard, il parla du plasma sanguin et de la lymphe comme constituant le milieu interne 5, et finalement dans son Traité sur les Phénomènes de la Vie, il classa sous ce nom la « totalité des liquides circu-lants de l’organisme » 6.
3 Bernard 1872. Le titre exact est en fait : Leçons de pathologie expérimentale.
4 Dans la leçon de janvier 1865, intitulée « Leçon sur le milieu intérieur comme champ d’action de la médecine expérimentale », Bernard écrit : « Le milieu intérieur n’est autre chose que celui dans lequel vivent les parties élé-mentaires de l’organisme ; les influences du milieu cosmique doivent passer par le milieu intérieur pour atteindre ces parties élémentaires » (Bernard 1872, 439).
5 À notre connaissance, Bernard utilise la notion de « milieu intérieur » et n’utilise jamais celle de « milieu interne ». Dans The Wisdom of the Body, Cannon utilise indistinctement les notions de « milieu intérieur », « milieu interne » ou, en anglais, de internal environnement. Cannon ne semble pas distinguer l’intérieur de l’interne, ce que Bernard fait lorsqu’il décrit, par exemple, un appareil de laboratoire : « La cloche intérieure est recouverte à sa face interne d’une feuille d’étain, constituant l’armature positive du condensateur » (Bernard 1878, 393, nous soulignons).
6 Cannon cite vraisemblablement le passage suivant : « Lorsque le milieu intérieur, c’est-à-dire l’ensemble des liquides circulants se refroidit, chaque élément en contact avec le sang s’engourdit pour son propre compte, révé-lant ainsi son autonomie et les conditions de son activité propre. » (Bernard 1878, 106) Par ailleurs, le titre exact du livre est Leçons sur les phénomènes de la vie, communs aux animaux et aux végétaux, et non Traité sur les phénomènes de la vie, communs aux animaux et aux végétaux. La référence au livre de Bernard, dans The Wisdom of the Body, apparaît en version abrégée : Les phénomènes de la vie (Cannon 1939[1932], 40). Il est donc fort probable que, dans la réfé-rence abrégée en tête, Cannon ait par erreur utilisé le mot « traité » en lieu et place de celui de « leçon ».
qui, à première vue, paraissent devoir amener des troubles profonds, est un fait impressionnant. L’homme peut être exposé à une chaleur sèche de cent quinze à cent vingt-six (126) degrés centigrades. D’autre part, les mammifères des régions polaires exposés à des froids qui peuvent atteindre trente-cinq (35) degrés au-dessous de zéro, ne montrent aucune chute notable de température corporelle. Dans les régions désertiques ou l’air est extrêmement sec, les habitants ont peu de difficultés à retenir leurs liquides organiques. Et les êtres humains qui, à l’heure actuelle, s’aventurent à de grandes hau-teurs, soit dans les montagnes, soit en avion, supportent des tensions d’oxygène fortement réduites sans montrer de troubles sérieux dus au manque d’oxygène. Il n’y a pas seulement résis-tance aux modifications que pourraient provoquer les circons-tances extérieures ; il y a aussi résistance aux troubles provenant du fonctionnement de l’organisme lui-même. Par exemple, la chaleur produite dans l’effort musculaire maximum, poursuivi pendant vingt minutes, serait si grande qu’elle occasionnerait la coagulation de quelques-unes des protéines du corps si elle n’était pas rapidement dissipée. Vous me pardonnerez, j’en suis sûr, l’incongruité qu’implique l’hypothèse d’une activité qui continuerait à un tel degré.
De plus, un effort musculaire continu et violent est accom-pagné d’une telle production d’acide lactique qu’en peu de temps il neutraliserait tous les alcalins du sang si d’autres mécanismes n’entraient en jeu pour prévenir ce désastre. Bref, les organismes bien armés, par exemple, les mammifères, affrontent parfois dans le milieu ambiant des dangers extrêmes, et aussi des dan-gers également grands qui peuvent résulter de leur activité propre, et malgré cela ils continuent à vivre et à fonctionner sans perturbation considérable.
Des faits tels que ceux que je viens de mentionner pour illustrer la stabilité des organismes ont soulevé de nom-breuses questions tendant à faire connaître les moyens 2 par
2 Trois feuillets des conférences originales sont manquants. Comme indi-qué en introduction, nous avons remplacé les passages manquants par ceux tirés du texte publié en 1930, dans le cadre de la collection des « Cours des facultés » (Cannon 1930a).
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déclarait : « L’être vivant est agencé de telle manière que chaque influence perturbatrice provoque d’elle-même la mise en acti-vité de l’appareil compensateur qui doit neutraliser et réparer le dommage. À mesure qu’on s’élève dans l’échelle des êtres, ces appareils régulateurs deviennent plus nombreux, plus parfaits, plus compliqués ; ils tendent à affranchir complètement l’or-ganisme des influences nuisibles et des changements survenus dans le milieu extérieur. » 10
Plus tard, en dix-neuf cents, Richet attira l’attention sur ce fait général. « L’être vivant est stable », écrit-il, « et il faut qu’il le soit pour n’être pas détruit, dissous, désagrégé, par les forces colossales, souvent adverses, qui l’entourent. Mais par une sorte de contradiction qui n’est qu’apparente, il maintient sa stabilité que s’il est excitable et capable de se modifier sui-vant les irritations du dehors, et de conformer sa réponse à l’ir-ritation ; de sorte qu’il n’est stable que parce qu’il est modifiable, cette stabilité modérée est la condition de la véritable stabilité de l’être. » 11, 12
Le pouvoir extraordinaire que possèdent les vertébrés supérieurs, de maintenir leur organisation constante a été le résultat d’une évolution prolongée. Un simple coup d’œil sur les vertèbres inférieures nous le montre. L’amphibien n’est libre ni dans l’eau ni dans l’air. S’il reste dans l’eau il s’asphyxie ; s’il reste dans l’air, il se dessèche. Bien plus, il ne peut contrôler sa tem-pérature et par suite, devient inactif pendant l’hiver. L’activité des espèces immédiatement supérieures aux amphibiens, les
international de physiologie que Cannon organise à l’École de médecine de Harvard en 1929.
10 Frédéricq 1885, 35.
11 Richet 1899, 721. Cannon tronque la citation originale : « L’être vivant est stable ; et il faut qu’il le soit pour n’être pas détruit, dissous, désagrégé, par les forces colossales, souvent adverses, qui l’entourent. Mais, par une sorte de contradiction qui n’est qu’apparente, il ne maintient sa stabilité que s’il est excitable, capable de se modifier suivant les irritations du dehors et de conformer sa réponse à l’irritation ; de sorte qu’il n’est stable que parce qu’il est modifiable. La défense n’est compatible qu’avec une certaine ins-tabilité. Celle-ci doit s’exercer sans cesse, mais dans d’étroites limites ; et cette modérée instabilité est la condition nécessaire de la véritable stabilité de l’être. »
12 Nous reprenons à partir d’ici le fil du tapuscrit original.
Ce fut une remarquable contribution que Bernard apporta à la physiologie quand il reconnut que le plasma sanguin et les liquides interstitiels ou intra-organiques fournissaient aux élé-ments vivants de l’organisme un milieu approprié et favorable.
Il montra que ce mécanisme permettait la nutrition des cel-lules cachées dans la profondeur des tissus, loin des surfaces qui séparent la structure vivante du monde extérieur inanimé, et qu’ils fournissaient un véhicule pour le transport des déchets, de ces cellules aux endroits d’excrétion. Il fit remarquer de bonne heure que ce fluide nourricier, cette matrice liquide – fluid matrix 7 – comme nous pouvons l’appeler, est un produit de l’organisme lui-même et qu’il est sous le contrôle de mécanismes qui le main-tiennent constant. Il comprit clairement que pour autant que cette stabilité est conservée, l’organisme est libéré des vicissi-tudes extérieures. « C’est la fixité du milieu intérieur qui est la condition d’une vie libre et indépendante » 8, dit-il. Cette fixité suppose dans l’organisme des mécanismes si parfaitement ajus-tés que toute tendance à la variation est rapidement compensée.
Ces vues fréquemment défendues par Bernard dans les diverses séries de conférences qu’il fit dans les vingt dernières années de sa vie, trouvèrent bon accueil dans l’esprit d’autres physiologistes. En mille huit cent quatre-vingt-cinq, Frédéricq 9
7 Cannon introduit la notion de fluid matrix en même temps que celle d’ho-méostasie (Cannon 1926). Elle est pour lui synonyme de milieu intérieur :
« Il [Claude Bernard] a souligné que, chez les animaux à l’organisation com-plexe, les parties vivantes existent dans les fluides qui les baignent, c’est-à-dire dans le sang et la lymphe, qui constituent le “milieu interne” ou “inté-rieur”, ce que l’on pourrait appeler la matrice fluide du corps » (Cannon 1929, 399, notre traduction).
8 Cannon cite librement le passage suivant : « La fixité du milieu intérieur est la condition de la vie libre, indépendante : le mécanisme qui la permet est celui qui assure dans le milieu intérieur le maintien de toutes les conditions néces-saires à la vie des éléments » (Bernard 1878, 113).
9 Léon Frédéricq (1851-1935) est un physiologiste belge dont les travaux portent principalement sur la respiration, la coagulation, la pression et la circulation sanguine. Il obtient un doctorat de sciences naturelles en 1871.
En 1879, il succède à Théodore Schwann (1810-1882) à la chaire de physio-logie de l’Université de Liège, où il fonde en 1887 l’Institut de physiophysio-logie.
Zénon Bacq (1903-1983), à qui Cannon confie la traduction de The Wisdom of the Body, lui succède à la chaire de physiologie. Frédéricq et Cannon se sont rencontrés à plusieurs reprises, notamment lors du treizième congrès
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reptiles, est également sous la dépendance de la chaleur exté-rieure. Quand l’hiver approche ils se refroidissent et s’engour-dissent. Cependant, ils ont acquis le pouvoir de retenir leurs liquides organiques et peuvent, par conséquent, s’éloigner des sources sans se dessécher rapidement. Chez les formes encore plus évoluées, les oiseaux et les mammifères, non seulement les liquides de l’organisme sont facilement retenus, mais la tem-pérature est maintenue très constante, à un niveau optimum.
Il est évident que, au cours de l’évolution, le milieu interne s’est trouvé de plus en plus sous le contrôle de mécanismes qui le préservent et le maintiennent stable, et qu’en même temps les organismes se sont libérés de plus en plus des variations consi-dérables du monde extérieur.
Bernard et d’autres ont tout particulièrement attiré l’at-tention sur cette indépendance vis-à-vis des influences exté-rieures, indépendance qui est assurée par la constance du liquide nourricier. Il faut reconnaître également qu’étant donné que le contrôle du milieu intérieur fut atteint graduellement, il libère l’organisme non seulement des variations extérieures, mais aussi des troubles dus aux propres activités de l’organisme lui-même, tels que les troubles sérieux qui peuvent résulter d’un gros effort musculaire, ainsi que je l’ai déjà fait remarquer.
Les conditions qui sont maintenues constantes dans le liquide nourricier peuvent être appelées des équilibres.
Cependant, ce mot a acquis une signification restreinte appli-quée à des états physico-chimiques relativement simples, où des forces connues se balancent en système clos. Dans une mono-graphie qui épuise le sujet, mon collègue, L. J. Henderson 13, a récemment traité le sang à ce point de vue ; c’est-à-dire qu’il a étudié le sang en fonction des substances qui peuvent le modi-fier, et qu’il a défini les mécanismes propres au sang lui-même qui font en sorte de maintenir stables ses fonctions respiratoires.
Mais comme l’a fait remarquer J. S. Haldane, ce traité ne prend pas en considération l’influence coordinatrice et régulatrice de ces systèmes circulatoires et respiratoires 14.
13 Henderson 1928.
14 Haldane 1929. Haldane va jusqu’à reprocher à Henderson de se réclamer
Bien qu’en cas d’hyperacidité, par exemple, la propriété tampon du système physico-chimique sanguin maintienne le pH du sang à un niveau très stable, ce mécanisme est de moindre importance si on le compare à la coopération effective de toute une lignée d’organes – cerveau et nerfs, cœur, poumons, reins, rate – qui entrent promptement en action quand surviennent des conditions défavorables aux fonctions respiratoires du sang.
Dans les conférences de cette série je propose d’examiner plutôt les processus physiologiques que les processus physiques, qui maintiennent la stabilité.
Les réactions physiologiques coordonnées qui assurent la stabilité de la plupart des états corporels, sont si complexes et si particulières à l’organisme vivant que j’ai suggéré 15 de leur
de Bernard, alors qu’il en pervertirait l’esprit : « [Henderson] traite le sang comme une simple chose qui, à la suite de diverses réactions “tampons”
[buffer] se produisant en lui-même, n’est pas aussi facilement perturbée dans ses conditions physico-chimiques que d’autres liquides le seraient […]. Ces réactions tampons sont d’une grande importance et d’un grand intérêt, mais elles étaient inconnues de Bernard et ne modifient en rien sa conception de l’activité coordonnée des organes par laquelle les condi-tions dans le sang sont maintenues constantes. Cette activité coordonnée est un élément essentiel de sa conception du sang dans le corps vivant, alors que L. J. Henderson n’en tient pas compte, transformant ainsi le sang dans le corps vivant en ce qui est pour un physiologiste un simple arté-fact. » (Haldane 1929, 453) Pour la controverse entre Haldane et Henderson, voir l’introduction.
15 Cannon introduit le terme « homéostasie » pour la première fois en 1926, à l’occasion de la publication des actes du jubilé organisé en l’honneur de Charles Richet et tenu à l’Académie de médecine le 22 mai 1926 (Cannon 1926). S’inscrivant dans la filiation de Bernard et de Richet, Cannon forge le terme afin de distinguer les processus physico-chimiques simples tendant, dans les systèmes clos, à l’équilibre, des processus physiologiques à l’œuvre dans les « systèmes ouverts » que sont les organismes vivants. Le terme
« homéostasie » doit ainsi être distingué de celui d’« équilibre ». Il désigne la capacité des organismes vivants à conserver leurs propriétés malgré leurs interactions continuelles avec l’environnement. Le terme « équilibre » doit être réservé aux processus physico-chimiques ne relevant pas du vivant.
Cannon définit plus longuement ses choix étymologiques en juillet 1929, soit quelques mois avant son séjour parisien (Cannon 1929c). Anticipant les critiques, il précise bien que le terme stasis ne désigne pas « quelque chose de fixe et d’immobile, une stagnation » (Cannon 1929c, 400, notre traduc-tion), mais fait référence à la statique, soit l’étude des forces en tension. De même, le préfixe homeo, qui désigne l’identité, ne doit pas être confondu avec
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consacrer une appellation spéciale : homéostasie. Ce mot n’im-plique pas l’idée de permanence, d’immobilité, de stagnation.
Elle signifie une condition – une condition qui peut varier, mais qui est relativement constante.
Bernard, en parlant de l’importance de la libération de l’organisme vis-à-vis des limites que tend à imposer le milieu ambiant, citait l’eau, l’oxygène, l’homéothermie, et les matières nutritives y compris les sels, les graisses et le sucre, comme étant les conditions nécessaires auxquelles le milieu interne devait pourvoir. Il est impossible de faire une liste complète des caté-gories homéostatiques, et tout essai de classification serait cer-tainement gâté par les interrelations qui existeraient entre les divers points mentionnés. Mais, cependant, il y a des matériaux tels que sucres, protéines, et graisses qui doivent être fournis pour la production d’énergie ainsi que pour la croissance et la réparation. Il y a aussi l’oxygène, il y a l’eau, et les sels inorga-niques (à l’exception probable du calcium qui semble être spécia-lement contrôlé dans l’organisme), et finaspécia-lement, il y a les sécré-tions internes de la thyroïde et de l’hypophyse, par exemple, qui ont des effets généraux et continus. Bien plus, il y a des facteurs qui affectent l’activité cellulaire comme la pression osmotique 16, la température, et la concentration en ions hydrogène. Chacune de ces conditions est réalisée avec une fixité relative dans les liquides environnants des cellules vivantes des organismes supé-rieures. Il y a des oscillations, cela est bien certain, mais nor-malement ces oscillations n’existent qu’entre d’étroites limites.
Si ces limites sont dépassées, il peut en résulter des troubles graves ; il se peut aussi que les substances en excès soient
homo, qui désigne la similarité. Tous les efforts de Cannon visant à préciser que l’homéostasie ne désigne pas un état mais les conditions de la stabilité nécessaires à la réalisation des fonctions biologiques, quelles que soient les variations environnementales, seront ignorés par ses successeurs qui, vou-lant dépasser le fixisme supposé du concept d’homéostasie, forgeront des concepts alternatifs – hétérostasie (Selye 1975a), allostasie (Sterling/Eyer 1988), homéodynamisme (Rose 1997), etc. – censés permettre de mieux conceptualiser la stabilité dans le changement.
16 La pression osmotique est la force exercée par deux solutions inégalement concentrées en molécules dissoutes et situées de part et d’autre d’une membrane perméable.
éliminées. Quelques exemples montreront clairement l’impor-tance essentielle de la limitation stricte de ces oscillations.
Si on réduit le glucose sanguin à soixante-dix (70)
Si on réduit le glucose sanguin à soixante-dix (70)