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Physiologie, étude des processus
physiques et chimiques qui ont lieu dans les organismes vivants lors de l'accomplissement
des fonctions vitales. La physiologie étudie des fonctions fondamentales telles que la
reproduction, la croissance, le métabolisme ou la respiration qui se produisent au sein des cellules, des tissus, des organes et des divers systèmes
organiques.
La physiologie entretient des relations étroites
avec l'anatomie et la médecine. L'importance attachée aux
mécanismes d'investigation biologique à l'aide des outils de la physique et de la chimie
a fait de la physiologie une discipline distincte au XIXe siècle. Aujourd'hui,
cependant, cette tendance s'oriente plutôt vers la fragmentation et la fusion avec les
branches très spécialisées des sciences de la vie. On distingue trois grandes
divisions : la physiologie générale, décrivant les processus de base communs à
toute forme de vie!; la physiologie et l'anatomie fonctionnelle de l'Homme et des animaux,
comprenant la pathologie et les études comparatives!; et la physiologie des plantes, qui
étudie la photosynthèse et les autres processus de la vie
végétale.
Historique de l'investigation
physiologique
Les premières études de physiologie animale ont
probablement eu lieu vers l'an 300 av. J.-C. initiées par un médecin
d'Alexandrie, Hérophilus. Celui-ci rapporte avoir pratiqué
la vivisection sur le corps de criminels. Pendant les dix-neuf siècles suivants, peu
d'études physiologiques ont été menées.
Vers la physiologie moderne
La physiologie animale moderne a fait ses
premiers pas avec la découverte de la circulation du sang par le médecin anglais William
Harvey en 1616. Peu après, le chimiste flamand Jan-Baptist Van Helmont développa le
concept des gaz et suggéra l'usage des sels alcalins pour traiter les troubles digestifs.
Le biophysicien italien Giovanni Alfonso Borelli publia des études sur le mouvement
animal, postulant que la base de la contraction musculaire se trouve dans les fibres
musculaires. Le spécialiste hollandais du microscope Anton Van Leeuwenhoek fit les
premières descriptions de globules rouges et de spermatozoïdes. L'histologiste italien
Marcello Malpighi démontra l'existence des capillaires et étudia la physiologie des
reins, du foie et de la rate. Au cours de la seconde moitié de ce même siècle, l'étude
des glandes a été entreprise par le médecin anglais Thomas Wharton, qui a mis en
évidence la sécrétion de la salive, et par l'anatomiste danois Nicolaus Steno, qui a
étudié les sécrétions des glandes lacrymales et salivaires. Le médecin hollandais
Regnier de Graaf a poursuivi l'étude des glandes en découvrant l'existence de follicules
dans les ovaires. Il a également mené des études sur les sucs pancréatiques et la
bile. C'est un médecin anglais, Richard Lower, qui réalisa la première transfusion
sanguine d'un animal à un autre, et le médecin français, Jean-Baptiste Denis, qui fit
la première transfusion sanguine réussie sur un être humain.
Au XVIIe siècle, des
progrès furent réalisés dans l'étude de la respiration. Le physiologiste anglais John
Mayow démontra que l'air n'est pas une substance simple mais une combinaison de plusieurs
éléments, dont certains ne sont pas essentiels à la vie. Au XVIIIe siècle le
chimiste britannique Joseph Priestley établit que l'oxygène indispensable à la vie
animale est identique à l'oxygène nécessaire pour obtenir la combustion. Peu après,
Antoine Laurent de Lavoisier, chimiste français, parvint à isoler l'oxygène et affirma
que le sous-produit de la respiration est le dioxyde de carbone.
La physiologie aux XVIIIe
et XIXe siècles
La physiologie moderne doit
beaucoup aux travaux menés au XVIIIe siècle par le médecin hollandais Hermann
Boerhaave et son élève, le scientifique suisse Albrecht von Haller. Au travers de leur
critique des iatrochimistes (scientifiques réduisant la physiologie à des réactions
chimiques) et des iatrophysiciens (scientifiques réduisant la physiologie à des
réactions physiques), ils ont posé les bases d'une étude intégrée de la physiologie.
Haller a été le premier scientifique à établir que la matière vivante était douée
d'excitabilité.
Au cours de la seconde moitié du
XVIIIe siècle, le médecin italien Luigi Galvani démontra
que les muscles des pattes d'une grenouille peuvent se contracter par stimulation
électrique, et le physiologiste italien Lazzaro Spallanzani fit des recherches sur
l'action du suc gastrique dans la digestion. Spallanzani étudia également la
fécondation et l'insémination artificielle chez les animaux inférieurs.
La grande figure de la physiologie
animale au XIXe siècle est le physiologiste français Claude Bernard qui étudia le
métabolisme des hydrates de carbone chez l'Homme. Ses travaux ont également porté sur
le système nerveux autonome dont il décrivit de nombreuses fonctions. Sa plus grande
contribution fut de montrer que les organismes vivants ne sont jamais inertes mais en
perpétuel changement dynamique pour maintenir leur équilibre interne. Les principes de
Claude Bernard ont été vérifiés et améliorés, durant la première moitié du
XXe siècle, par le physiologiste américain Walter Bradford Cannon, qui qualifia cet
état dynamique d'homéostasie et démontra que le corps est capable de s'adapter en cas
de danger. Cannon mit en évidence certains processus du corps humain tels que la
régulation de la chaleur interne, le pouvoir tampon du sang, et la réaction de stress
accompagnée d'une sécrétion d'adrénaline par les glandes surrénales.
Au cours du
XIXe siècle, la physiologie du système nerveux a été étudiée par l'anatomiste
britannique Charles Bell, qui décrivit les fonctions sensorielles et les nerfs moteurs.
Le physiologiste français François Magendie répertoria les fonctions des nerfs
rachidiens et explora les mécanismes de la déglutition et de la régurgitation. Le
physiologiste français Pierre Flourens fit des recherches sur les fonctions du cervelet
et fut un pionnier de l'investigation en physiologie animale. Le physiologiste allemand
Johannes Peter Müller établit que la perception se produit par des organes sensoriels
recevant des stimuli. Ernst Heinrich Weber, physiologiste allemand, découvrit les deux
types de nerfs stimulant le cœur et fut l'un des premiers à reconnaître que le
système nerveux autonome est composé de deux systèmes antagonistes. Weber mena
également des recherches sur les mécanismes de la perception.
Le premier laboratoire de
recherches de physiologique et de psychologie a été fondé par l'Allemand Wilhelm Wundt
à la fin du XIXe siècle.
Au cours de la fin du
XIXe siècle et du début du XXe siècle, l'élan donné par une nouvelle
science, la bactériologie, mena aux recherches sur l'immunité. Les figures importantes
en sont le naturaliste russe Élie Metchnikov, qui développa la théorie de la
phagocytose, et le bactériologiste allemand Paul Ehrlich, qui élabora une théorie sur
la formation des anticorps.
Pendant cette même période, la physiologie des glandes
endocrines fit l'objet d'une étude par le physiologiste britannique Edward Albert
Sharpey-Schafer, qui établit qu'un extrait des glandes surrénales, reconnu plus tard
comme de l'adrénaline, augmentait la tension artérielle. Plusieurs années après, les
physiologistes britanniques William Maddock Bayliss et Ernest Henry Starling découvrirent
qu'un extrait intestinal, appelé "!sécrétine!", provoque l'écoulement de suc
pancréatique. Ils proposèrent le terme d'hormones pour désigner des substances
circulant dans le sang et capables d'agir sur d'autres organes. Des travaux ultérieurs
sur les hormones mirent en lumière des données importantes sur les mécanismes de la
croissance et de la reproduction.
Progrès récents
Les progrès les plus importants
du XXe siècle furent la découverte de nouvelles hormones, la reconnaissance du
rôle des vitamines, la découverte des groupes sanguins, le développement de
l'électrocardiographie et de l'électroencéphalographie, une meilleure compréhension du
métabolisme, du rôle des enzymes et du système immunitaire.
La première moitié du
XXe siècle a vu également la découverte de la cause de l'anémie pernicieuse et de
son traitement par les médecins américains George William P. Murphy et George
H. Whipple. De grands progrès ont été faits dans la compréhension des réflexes,
concept philosophique élaboré à l'origine par le philosophe français René Descartes
qui distinguait les réactions involontaires des animaux des réactions humaines, plus
rationnelles. Ce concept a été affiné par les travaux de zoologistes allemands, qui
l'ont décrit en termes physiologiques. Une meilleure compréhension de ce phénomène fut
possible grâce au neurophysiologiste britannique Charles Sherrington, qui démontra
l'importance des réflexes dans le fonctionnement du système nerveux. Le concept de
réflexe conditionné, décrit pour la première fois au XVIIIe siècle par le
physiologiste britannique Robert Whytt, prit toute sa mesure avec les travaux du
physiologiste russe Ivan Pavlov et ceux du neuropathologiste russe Vladimir Bekhterev. À
tort ou à raison, ces travaux ont eu un impact immense sur la psychologie et
l'enseignement. Ils inspirèrent notamment les bases du béhaviorisme à son fondateur, le
psychologue américain John B. Watson. Les travaux du psychologue américain
B.F. Skinner sur le conditionnement ont également été déterminants.
Au cours du
XXe siècle, des progrès considérables ont été réalisés en neurologie. Le
physiologiste britannique Edgar Douglas Adrian mesura et enregistra les potentiels
électriques des organes sensoriels et des fibres des nerfs moteurs. Ses travaux furent
suivis par ceux des physiologistes américains Joseph Erlanger et Herbert Spencer Gasser,
qui démontrèrent les différences fonctionnelles entre les fibres nerveuses et
utilisèrent l'oscilloscope pour enregistrer les impulsions électriques parcourant ces
fibres. D'autres recherches menées par le biochimiste américain Julius Axelrod, le
physiologiste suédois Ulf von Euler, et le médecin britannique Bernard Katz
soulignèrent le rôle d'agents chimiques spécifiques dans la transmission des impulsions
nerveuses. Ces recherches furent fondamentales pour comprendre le fonctionnement du
système nerveux.
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