La nutrition des êtres vivants

Les aliments que nous consommons sont trop volumineux pour traverser les parois des organes et entrer dans le sang. Ils doivent subir une simplification moléculaire.

• Action mécanique : La mastication (dents) et le brassage (estomac) découpent les aliments en petits morceaux.
• Action chimique : Les glandes digestives (salivaires, pancréas, paroi de l'estomac) sécrètent des sucs contenant des enzymes digestives.

Les enzymes agissent comme des "ciseaux moléculaires" spécifiques : elles découpent les grosses molécules complexes (amidon, protéines) en molécules simples appelées nutriments. La digestion est donc la transformation chimique et mécanique des aliments en nutriments.

Une fois transformés, les nutriments doivent passer dans le milieu intérieur (le sang et la lymphe). Cela se produit au niveau de l'intestin grêle. L'intestin grêle possède des caractéristiques uniques qui en font une surface d'échange extrêmement efficace :

• Sa paroi interne est repliée en villosités (et microvillosités), ce qui augmente considérablement la surface de contact (environ 250 $m^2$).
• La paroi est extrêmement fine, facilitant le passage des molécules.
• Elle est richement irriguée par des capillaires sanguins.

Notre tube digestif héberge des milliards de micro-organismes (bactéries, champignons) appelés le microbiote intestinal. Il existe une véritable symbiose entre nous et ces bactéries : elles nous aident à digérer certaines fibres, produisent des vitamines et nous protègent contre des bactéries pathogènes. Un déséquilibre du microbiote (dû à une mauvaise alimentation ou aux antibiotiques) peut entraîner des troubles digestifs ou des maladies plus graves comme l'obésité ou le diabète.

L'air inspiré circule dans la trachée, les bronches, puis les bronchioles pour atteindre les alvéoles pulmonaires. C'est ici que se produisent les échanges gazeux avec le sang. Le passage du $O_2$ de l'air vers le sang se fait par diffusion à travers la paroi alvéolo-capillaire. Cette barrière est très fine ($0,5 \mu m$) et présente une surface totale immense (environ $100 m^2$).

Lors d'un effort, les muscles consomment plus de $O_2$. Le corps s'adapte :

1. Augmentation de la fréquence respiratoire (nombre de cycles par minute).
2. Augmentation du débit ventilatoire (volume d'air circulant dans les poumons par minute). La capacité maximale d'un individu à consommer du dioxygène est appelée la $VO_2$ max. Plus elle est élevée, plus l'individu est performant physiquement.

La qualité de l'air influence directement l'efficacité de cette surface d'échange.

• Le tabagisme : Les goudrons et la fumée détruisent les cils vibratiles des bronches et peuvent provoquer la rupture des parois alvéolaires (emphysème).
• La pollution : Les particules fines irritent les voies respiratoires et peuvent réduire la perméabilité de la barrière capillaire. L'altération des surfaces d'échange réduit l'apport de $O_2$ aux organes et fatigue le cœur.

Le sang circule dans un circuit fermé mis en mouvement par le cœur, un muscle creux qui fonctionne comme une pompe. On distingue deux circulations en série :

1. La circulation pulmonaire : Envoie le sang pauvre en $O_2$ vers les poumons pour le recharger.
2. La circulation générale : Distribue le sang riche en $O_2$ et en nutriments à tous les autres organes.

Le sang quitte le cœur par les artères, circule dans les organes via les capillaires (lieu des échanges), et revient au cœur par les veines.

Le sang est composé de plasma et de cellules (globules rouges, blancs, plaquettes).

• Le dioxygène est transporté principalement par l'hémoglobine contenue dans les globules rouges.
• Le dioxyde de carbone ($CO_2$) et les nutriments sont transportés majoritairement sous forme dissoute dans le plasma. Le sang permet aussi de transporter les déchets des cellules vers les organes excréteurs.

Des dépôts de gras (cholestérol) peuvent former des plaques d'athérome sur la paroi des artères, réduisant le passage du sang. Cela peut mener à l'infarctus ou à l'AVC. Une alimentation équilibrée et une activité physique régulière sont essentielles pour maintenir la souplesse des vaisseaux et l'efficacité du muscle cardiaque.

Dans chaque cellule, une réaction chimique a lieu : la respiration cellulaire. Le glucose (nutriment) réagit avec le dioxygène pour libérer de l'énergie utilisable par la cellule (sous forme d'une molécule appelée ATP). L'équation simplifiée est : $Glucose + Dioxygène \rightarrow Dioxyde\ de\ carbone + Eau + Énergie$ Une partie de cette énergie est utilisée pour le fonctionnement cellulaire (mouvement, fabrication de molécules), et une autre partie est perdue sous forme de chaleur.

La respiration cellulaire se déroule principalement dans de petits organites spécialisés : les mitochondries. Elles sont les "centrales énergétiques" de la cellule. Plus une cellule est active (comme une cellule musculaire), plus elle possède de mitochondries.

Les besoins énergétiques ne sont pas constants.

• Au repos, la consommation est minimale (métabolisme de base).
• À l'effort, la demande en glucose et $O_2$ explose. Le corps peut stocker le glucose sous forme de glycogène (dans le foie et les muscles) pour répondre à ces besoins soudains. Le bilan énergétique est l'équilibre entre les apports alimentaires et les dépenses liées à l'activité.

Le $CO_2$ produit par la respiration cellulaire est rejeté dans le sang. Il est transporté jusqu'aux poumons où il diffuse des capillaires vers les alvéoles, puis est expulsé lors de l'expiration. Cette élimination est cruciale pour maintenir l'équilibre acido-basique du sang (éviter qu'il ne devienne trop acide).

D'autres déchets, comme l'urée (issue de la dégradation des protéines) et l'acide urique, sont éliminés par les reins. Chaque rein contient environ un million de néphrons. Le sang y est filtré en permanence :

1. Les déchets et l'eau excédentaire passent dans les néphrons.
2. Le liquide obtenu forme l'urine.
3. L'urine est stockée dans la vessie avant d'être évacuée.

L'homéostasie est la capacité du corps à maintenir son milieu intérieur stable. Les reins jouent un rôle majeur en régulant la quantité d'eau et de sels minéraux dans le corps. Si l'on boit beaucoup, les reins produisent une urine diluée ; si l'on manque d'eau, l'urine sera très concentrée. Une bonne hydratation est donc indispensable pour faciliter ce travail de filtration et protéger la santé rénale.