Karamö, le prof virtuelLeçon 40 sur 49
Les relations hormonales entre les organes
Je sais interpréter des expériences d'ablation, de greffe et d'injection pour démontrer les relations hormonales entre l'hypothalamus, l'hypophyse, les gonades et les organes génitaux.
- 1 h
- 5 exercices corrigés
- 2 schémas
- QCM de 5 questions
À la fin de la leçon, tu sauras :
- Connaître la démarche expérimentale en endocrinologie (ablation, greffe, injection, dosage)
- Démontrer que les gonades commandent les organes génitaux et les caractères sexuels par voie hormonale
- Démontrer que l'hypophyse commande les gonades et que l'hypothalamus commande l'hypophyse
- Interpréter une expérience mettant en évidence un rétrocontrôle
Avant de commencer : La leçon sur les cycles sexuels et la régulation des hormones sexuelles (GnRH, FSH, LH, œstrogènes, progestérone, testostérone).
1Je découvre
Dans un élevage de la région de Kindia, Sékou, éleveur de bœufs N'Dama, fait castrer certains jeunes taureaux par le vétérinaire. Son neveu Ibrahima, élève de Terminale SE, remarque que ces bœufs castrés deviennent plus calmes, plus gras, et qu'ils ne montent jamais les vaches. Leur bosse et leur encolure restent moins développées que celles du taureau reproducteur.
« C'est parce qu'on a enlevé les testicules, dit le vétérinaire. Ils fabriquent une substance qui passe dans le sang et agit sur tout le corps. »
Ibrahima se souvient de la leçon précédente : les testicules sont eux-mêmes commandés par l'hypophyse, elle-même commandée par l'hypothalamus. Mais comment les scientifiques ont-ils pu prouver ces relations entre des organes qui ne se touchent pas ?
Quelles expériences permettent de démontrer les relations hormonales entre l'hypothalamus, l'hypophyse, les gonades et les organes génitaux ?
2Je comprends
1. La démarche expérimentale en endocrinologie
Une hormone est une substance produite par une glande endocrine, déversée dans le sang, qui agit à distance sur des cellules cibles possédant des récepteurs spécifiques. Pour montrer qu'un organe A agit sur un organe B par une hormone, on utilise quatre types d'expériences :
| Expérience | Ce qu'on fait | Ce qu'on cherche à montrer |
|---|---|---|
| Ablation | on enlève l'organe A | A est nécessaire : B est modifié ou s'atrophie |
| Greffe | on greffe A ailleurs dans le corps (sans nerfs) | l'action passe par le sang et non par les nerfs |
| Injection d'extraits | on injecte un extrait de A (ou l'hormone pure) à l'animal opéré | la substance chimique suffit à restaurer l'effet |
| Dosage | on mesure l'hormone dans le sang | on relie la quantité d'hormone à l'effet observé |
Un bon raisonnement suit toujours le même fil : l'ablation montre le rôle de l'organe, la greffe montre que le message est transporté par le sang, l'injection identifie la substance.
Méthode
Pour interpréter une expérience d'endocrinologie :
- Je compare le résultat avec le témoin (animal normal, non opéré).
- J'écris ce que l'expérience montre, en une phrase : « L'organe X est nécessaire à… ».
- Je précise la voie : si une greffe sans connexion nerveuse ou une injection rétablit l'effet, la voie est sanguine, donc hormonale.
- Je conclus en nommant l'hormone et l'organe cible, puis je relie les expériences entre elles.
2. Les gonades commandent les organes génitaux
Chez le mâle.
- Castration (ablation des testicules) d'un jeune mâle : les organes génitaux (pénis, prostate, vésicules séminales) restent petits, les caractères sexuels secondaires n'apparaissent pas (chez le coq : crête et barbillons restent petits ; chez le taureau : bosse, encolure, comportement). Chez l'adulte, la castration provoque la régression de ces organes et la disparition du comportement sexuel.
- Greffe d'un testicule sous la peau d'un animal castré : les caractères réapparaissent. Le testicule agit donc par voie sanguine.
- Injection de testostérone à un castré : même résultat. La testostérone est l'hormone responsable.
Chez la femelle.
- Ovariectomie (ablation des ovaires) chez une femelle adulte : l'utérus s'atrophie, les cycles disparaissent.
- Injection d'œstrogènes : l'endomètre prolifère (comme en phase folliculaire).
- Injection d'œstrogènes puis de progestérone : l'endomètre forme la dentelle utérine (comme en phase lutéale).
Conclusion : les ovaires commandent le cycle utérin par les œstrogènes et la progestérone.
Exemple
On pratique une ovariectomie sur une ratte adulte, puis on lui injecte chaque jour des œstrogènes pendant 10 jours. On observe l'utérus. Qu'attend-on et que conclut-on ?
Témoin opéré sans injection : l'utérus s'atrophie, l'endomètre devient mince.
Avec injections d'œstrogènes : l'endomètre s'épaissit et ses glandes s'allongent (aspect de phase proliférative), mais sans dentelle utérine.
Conclusion : les œstrogènes ovariens provoquent la prolifération de l'endomètre ; la dentelle utérine nécessite en plus la progestérone.
3. L'hypophyse commande les gonades
- Hypophysectomie (ablation de l'hypophyse) chez un animal adulte : les gonades s'atrophient (testicules ou ovaires), la production de gamètes et d'hormones sexuelles cesse, et les organes génitaux régressent à leur tour.
- Injection d'extraits d'antéhypophyse à l'animal hypophysectomisé : les gonades reprennent leur activité.
- Injections séparées : chez une femelle hypophysectomisée, la FSH seule permet la croissance des follicules ; il faut ensuite de la LH pour obtenir l'ovulation et la formation du corps jaune. Chez le mâle, la LH seule rétablit la sécrétion de testostérone par les cellules de Leydig ; la FSH, avec la testostérone, permet une spermatogenèse complète.
Conclusion : l'antéhypophyse commande les gonades par deux gonadostimulines, la FSH et la LH. L'ablation de l'hypophyse agit sur les organes génitaux de façon indirecte, à travers les gonades.
4. L'hypothalamus commande l'hypophyse
L'hypothalamus est une région du cerveau située juste au-dessus de l'hypophyse, reliée à elle par la tige pituitaire, qui contient des vaisseaux sanguins (le système porte hypothalamo-hypophysaire).
- Lésion de certaines zones de l'hypothalamus : la sécrétion de FSH et de LH s'effondre, les gonades s'atrophient.
- Section de la tige pituitaire avec une plaque empêchant les vaisseaux de se reformer : même effet ; si les vaisseaux se reconstituent, l'activité revient. Le message passe donc par le sang du système porte.
- Greffe de l'hypophyse loin de l'hypothalamus (sous la capsule du rein) : elle ne sécrète presque plus de FSH et de LH.
- Injection pulsatile de GnRH à un animal dont l'hypothalamus est lésé : la sécrétion de FSH et de LH reprend. En revanche, une perfusion continue de GnRH finit par bloquer la sécrétion : c'est le rythme pulsatile qui est efficace.
Conclusion : l'hypothalamus commande l'antéhypophyse par une neurohormone, la GnRH, sécrétée par des neurones et libérée par bouffées dans le système porte.
- 1Hypothalamus : neurones sécréteurs de GnRH (pulsatile)
- 2Système porte : la GnRH descend par le sang de la tige pituitaire
- 3Antéhypophyse : sécrétion de FSH et de LH dans le sang général
- 4Gonades : gamètes + hormones sexuelles (testostérone, œstrogènes, progestérone)
- 5Organes cibles : organes génitaux, caractères sexuels secondaires, comportement
5. Les expériences qui démontrent les rétrocontrôles
Les gonades agissent aussi en retour sur l'hypothalamus et l'hypophyse.
- Castration d'un mâle adulte : le taux de LH et de FSH dans le sang augmente fortement. Le testicule exerçait donc un frein.
- Injection de testostérone au castré : la LH redescend. Le frein est la testostérone : c'est un rétrocontrôle négatif.
- Ovariectomie d'une femelle : FSH et LH augmentent (levée du rétrocontrôle négatif). Si on injecte de faibles doses d'œstrogènes, elles redescendent (rétrocontrôle négatif). Si on injecte une forte dose d'œstrogènes pendant deux à trois jours, on provoque au contraire un pic de LH (rétrocontrôle positif).
- Castration
- Castration + testostérone
- Ovariectomie + faible dose d'œstrogènes
- Ovariectomie + forte dose d'œstrogènes
- LH et FSH augmentent : la testostérone freinait l'hypophyse
- LH redescend : rétrocontrôle négatif
- FSH et LH baissent : rétrocontrôle négatif
- pic de LH : rétrocontrôle positif
Exemple
Une chienne ménopausée (dont les ovaires ne fonctionnent plus) présente des taux de FSH et de LH très élevés. Explique.
Étape 1 : chez une femelle en activité, les hormones ovariennes freinent l'hypothalamus et l'hypophyse (rétrocontrôle négatif).
Étape 2 : quand les ovaires cessent de fonctionner, les œstrogènes et la progestérone disparaissent presque totalement.
Étape 3 : le frein est levé, l'hypothalamus et l'hypophyse sécrètent beaucoup de GnRH, de FSH et de LH.
Conclusion : les taux élevés de FSH et de LH prouvent le rétrocontrôle négatif exercé normalement par les ovaires. C'est aussi ce qu'on observe chez la femme après la ménopause.
6. Une vue d'ensemble
L'ensemble hypothalamus - hypophyse - gonades forme un axe : chaque organe commande le suivant par une hormone, et les gonades informent en retour les centres supérieurs. Ce système intègre aussi des informations nerveuses : le stress, une maladie grave ou une forte sous-alimentation peuvent perturber la sécrétion de GnRH et provoquer l'arrêt des règles. C'est une régulation neuro-hormonale, comme celle de la pression artérielle étudiée plus tôt.
3Je retiens
Je retiens
Démarche : ablation (rôle de l'organe) → greffe (voie sanguine) → injection d'extrait ou d'hormone (identification de la substance) → dosage.
Gonades → organes génitaux et caractères sexuels : testostérone chez le mâle ; œstrogènes puis progestérone pour l'endomètre.
Antéhypophyse → gonades : FSH (follicules, spermatogenèse) et LH (ovulation, corps jaune, cellules de Leydig).
Hypothalamus → antéhypophyse : GnRH, neurohormone pulsatile, transportée par le système porte hypothalamo-hypophysaire.
Castration ou ovariectomie → hausse de FSH et LH : preuve du rétrocontrôle négatif des hormones sexuelles.
Forte dose d'œstrogènes → pic de LH : preuve du rétrocontrôle positif.
4Erreurs fréquentes
- Conclure à une action hormonale après une simple ablation : l'ablation montre qu'un organe est nécessaire, pas comment il agit ; il faut une greffe ou une injection pour prouver la voie sanguine.
- Dire que l'hypophyse agit directement sur l'utérus : elle agit sur l'ovaire, qui agit sur l'utérus ; l'effet de l'hypophysectomie sur l'utérus est indirect.
- Oublier le témoin : toute conclusion se fait en comparant avec un animal non opéré ou opéré sans traitement.
- Dire que la GnRH est efficace quelle que soit la façon de l'administrer : seule une administration pulsatile maintient la sécrétion de FSH et de LH.
5Je m’exerce
1Exercice 1
(Questions de cours)
a) Définis hormone, glande endocrine, cellule cible.
b) Pourquoi une greffe sous la peau est-elle un argument en faveur d'une communication hormonale ?
c) Nomme les hormones qui relient : hypothalamus → hypophyse ; hypophyse → testicule ; testicule → prostate.
Voir le corrigéCacher le corrigé
a) Hormone : substance chimique sécrétée par une glande endocrine, transportée par le sang, agissant à faible dose sur des cellules cibles. Glande endocrine : glande qui déverse ses produits directement dans le sang. Cellule cible : cellule qui possède des récepteurs spécifiques d'une hormone et qui répond à cette hormone.
b) L'organe greffé n'a plus de connexions nerveuses avec le reste du corps ; il n'est relié qu'aux vaisseaux sanguins. S'il rétablit l'effet, c'est que le message passe par le sang, donc qu'il est hormonal.
c) Hypothalamus → hypophyse : GnRH. Hypophyse → testicule : LH (et FSH). Testicule → prostate : testostérone.
2Exercice 2
On castre un jeune coq. Sa crête reste petite. On lui injecte ensuite chaque jour de la testostérone : la crête grandit.
a) Que montre la première expérience ?
b) Que montre la seconde ?
c) Quelle expérience supplémentaire montrerait que l'effet ne passe pas par les nerfs ?
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a) Les testicules sont nécessaires au développement de la crête (caractère sexuel secondaire).
b) La testostérone suffit à remplacer les testicules : c'est l'hormone testiculaire responsable du développement de la crête.
c) Greffer un testicule sous la peau du coq castré (sans connexion nerveuse) : si la crête grandit, l'effet passe par le sang.
3Exercice 3
Chez une ratte adulte, on réalise une hypophysectomie. On observe une atrophie des ovaires et de l'utérus.
a) Explique pourquoi l'utérus s'atrophie alors que l'hypophyse n'agit pas directement sur lui.
b) Propose une expérience permettant de restaurer le fonctionnement de l'utérus sans utiliser d'hormone hypophysaire.
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a) L'hypophyse commande les ovaires par la FSH et la LH. Sans hypophyse, les ovaires s'atrophient et ne sécrètent plus d'œstrogènes ni de progestérone. Or ce sont ces hormones qui entretiennent l'endomètre : l'utérus s'atrophie donc de façon indirecte.
b) Injecter des œstrogènes puis de la progestérone à la ratte hypophysectomisée : l'endomètre prolifère puis forme une dentelle utérine.
4Exercice 4
Chez un bélier, on mesure la LH dans le sang avant et après castration : 1 ng/mL avant, 6 ng/mL deux semaines après. On injecte ensuite de la testostérone : la LH revient à 1 ng/mL.
a) Calcule le facteur d'augmentation de la LH après castration.
b) Interprète ces résultats.
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a) Facteur : 6 ÷ 1 = 6. La LH est multipliée par 6.
b) Après castration, la testostérone disparaît et la LH augmente : la testostérone exerçait donc un frein sur la sécrétion de LH. L'injection de testostérone ramène la LH à sa valeur initiale : cela confirme que la testostérone exerce un rétrocontrôle négatif sur l'axe hypothalamo-hypophysaire.
5Exercice 5
(Type BAC) On réalise chez des guenons (femelles de singe) les expériences suivantes.
- Expérience 1 : destruction de la zone de l'hypothalamus qui sécrète la GnRH. FSH et LH deviennent indétectables ; les cycles s'arrêtent.
- Expérience 2 : sur ces guenons, on perfuse de la GnRH en continu. FSH et LH augmentent un peu, puis s'effondrent au bout de quelques jours.
- Expérience 3 : on injecte la GnRH à raison d'une injection par heure. FSH et LH sont sécrétées normalement et des cycles réapparaissent, avec ovulation.
a) Que montre l'expérience 1 ?
b) Compare les expériences 2 et 3. Que peux-tu en conclure sur le mode de sécrétion naturel de la GnRH ?
c) Dans l'expérience 3, la GnRH est injectée à un rythme constant. Pourtant, un pic de LH apparaît en milieu de cycle. Quelle hormone, sécrétée par quel organe, est responsable de ce pic ? Par quel mécanisme agit-elle ?
d) Réalise un schéma fléché bilan des relations entre hypothalamus, hypophyse, ovaire et utérus.
Voir le corrigéCacher le corrigé
a) L'hypothalamus est nécessaire à la sécrétion de FSH et de LH, donc au fonctionnement ovarien et aux cycles.
b) La GnRH perfusée en continu finit par bloquer la sécrétion de FSH et de LH, alors qu'une injection toutes les heures la maintient et rétablit des cycles. La GnRH n'est efficace que si elle est libérée de façon pulsatile : c'est ainsi que l'hypothalamus la sécrète naturellement.
c) Le pic est dû aux œstrogènes sécrétés en grande quantité par le follicule mûr en fin de phase folliculaire. À taux élevé, ils exercent un rétrocontrôle positif directement sur l'antéhypophyse, qui devient plus sensible à la GnRH et libère un pic de LH, même si la GnRH arrive à rythme constant.
d) Schéma attendu : Hypothalamus → (GnRH, pulsatile) → Antéhypophyse → (FSH, LH) → Ovaire → (œstrogènes, progestérone) → Utérus ; flèches de retour de l'ovaire vers l'hypothalamus et l'hypophyse marquées « − » (rétrocontrôle négatif) et « + » (fort taux d'œstrogènes, rétrocontrôle positif).
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6Je vérifie
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