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Introduction à l’homéostasie et à la régulation

Matériel médical utilisé pour vérifier l’homéostasie

 Matériel médical utilisé pour vérifier l’homéostasie (Sabine Bracker, iStockphoto)

Matériel médical utilisé pour vérifier l’homéostasie

 Matériel médical utilisé pour vérifier l’homéostasie (Sabine Bracker, iStockphoto)

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Quels sont les liens avec mon programme d'études?

Ce document d’information t’expliquera en quoi consiste l’homéostasie et comment le corps régule sa température, sa pression artérielle, le pH du sang et la glycémie.

Le mot homéostasie vient des mots grecs homoios, qui signifie « semblable », et stasis, qui veut dire « stabilité ». Ton corps a besoin de maintenir une bonne homéostasie. En d’autres mots, ton corps a besoin de maintenir certains paramètres stables pour fonctionner correctement.

L’homéostasie contrôle de nombreux paramètres! Ton corps est une machine perfectionnée et performante! Dans ce document d’information, tu apprendras davantage sur quelques processus importants que ton corps surveille constamment.

Fonctionnement de l’homéostasie dans le corps humain

Ton cerveau est le centre de contrôle de ton corps. Il vérifie constamment que tous les systèmes fonctionnent correctement en communiquant avec les capteurs qui sont situés partout dans ton corps.

Par exemple, les capteurs de température de ta peau peuvent détecter si ton corps est plus chaud que la normale. L’information de ces capteurs est transmise à l’hypothalamus, qui est une région de ton cerveau. L’hypothalamus réagit à l’information reçue en envoyant à son tour des messages via le système nerveux. Ces messages sont envoyés aux organes qui doivent alors réagir pour corriger la situation. Lorsque la température du corps revient à la normale, les récepteurs envoient cette nouvelle information au cerveau. Le cerveau envoie alors, aux organes concernés, le message qu’ils peuvent revenir à la normale. C’est un exemple de boucle de rétroaction négative. Dans ce type de régulation, l’organisme réagit pour inverser l’état qu’il détecte.

Diagrammes de flux d’une boucle de rétroaction négative générale et de la boucle de rétroaction négative qui représente la façon dont la température du corps est régulée.
Diagrammes de flux d’une boucle de rétroaction négative générale et de la boucle de rétroaction négative qui représente la façon dont la température du corps est régulée. (©2021 Parlons sciences).

 

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À gauche, tu trouveras un organigramme simple d'une boucle de rétroaction négative. En haut, il y a un losange rouge avec le mot " stimulus ". En dessous, une flèche pointe vers un rectangle vert avec le mot "variable". En dessous, une flèche pointe vers un rectangle bordeaux avec le mot "capteur". En dessous, une flèche pointe vers un rectangle violet portant le mot "contrôle". En dessous, une flèche pointe vers un rectangle bleu portant le mot "effecteur". Sur le côté du rectangle bleu se trouve une flèche qui revient vers le losange de stimulus supérieur.

Sur le côté droit se trouve un organigramme de la boucle de rétroaction négative de la régulation de la température. Au sommet se trouve un losange rouge avec la phrase "La température corporelle dépasse 37⁰C". En dessous, une flèche pointe vers un rectangle vert avec les mots "Température corporelle". En dessous, une flèche pointe vers un rectangle bordeaux avec la phrase "Cellules nerveuses de la peau et du cerveau". En dessous, une flèche pointe vers un rectangle violet avec la phrase "Centre de régulation de la température dans le cerveau". En dessous, une flèche pointe vers un rectangle bleu avec la phrase "Glandes sudoripares dans tout le corps". Sur le côté du rectangle bleu se trouve une flèche qui revient vers le losange supérieur.

De nombreux systèmes importants d’homéostasie comportent des boucles de rétroaction négative. Ton corps essaie toujours de maintenir l’équilibre, et les boucles de rétroaction négative permettent à ton corps d’inverser la plupart des changements qui apparaissent. Les boucles de rétroaction positive sont beaucoup plus rares. L’accouchement est un exemple de rétroaction positive : lorsque le corps de la mère sent la tête du bébé pousser contre lui, il réagit en poussant la tête du bébé vers l’extérieur jusqu’à la naissance.

Régulation de la température corporelle

Sais-tu quelle est la température moyenne du corps humain? Elle est d’environ 37 degrés Celsius. Comme la température corporelle varie légèrement d’une personne à l’autre, la température moyenne de ton corps n’est peut-être pas exactement égale à 37 degrés. La température corporelle moyenne de tous les humains est la même, qu’ils vivent dans l’Arctique ou sous les tropiques. Par contre, la température de ton corps varie au cours d’une même journée. Elle est au plus bas pendant que tu dors, et au plus haut quand tu fais de l’activité physique.

Le savais-tu?

Les scientifiques ont découvert que la température moyenne du corps humain diminue au fil du temps. La température corporelle des hommes (il existe plus de données pour les hommes que pour les femmes) nés au XIXe siècle était supérieure de 0,6 °C comparativement à celle des hommes d’aujourd’hui.

Tous les processus du corps humain se sont adaptés pour fonctionner à leur meilleur aux environs de 37 oC. Une température plus élevée ou plus basse affecte leur efficacité. C’est pourquoi notre corps a développé différents moyens de stabiliser sa température interne. Peux-tu donner quelques exemples de la réaction de ton corps lorsqu’il fait trop froid ou trop chaud?

Quand il fait trop chaud 

Lorsqu’il fait chaud dehors, tu peux remarquer que ta peau devient plus rouge. Cette rougeur est due au fait que les vaisseaux sanguins de ton corps se dilatent pour transférer la chaleur à ta peau. C’est également pour cette raison que ton cœur bat plus vite. Il le fait pour augmenter la circulation sanguine vers la peau afin d’évacuer la chaleur. Ton corps réagit également à l’augmentation de la chaleur en augmentant la production de sueur des glandes sudoripares. La sueur, qui est principalement de l’eau, permet de transférer de la chaleur par évaporation.

La petite expérience suivante t’aidera à comprendre. Commence par souffler sur ta main. Ensuite, mouille avec de l’eau tes mains avant de souffler dessus encore une fois. Tu sentiras que l’air semble plus froid lorsque tes mains sont mouillées. Tu remarqueras une plus grande différence entre les deux sensations si l’air est sec. Par une journée humide, c’est plus difficile pour ton corps de se débarrasser de la chaleur parce que la sueur s’évapore moins bien dans l’air humide.

Lorsqu’il fait tellement chaud que les stabilisateurs de température n’arrivent pas à gérer la chaleur du corps, les gens peuvent subir des malaises comme l'épuisement par la chaleur ou un coup de chaleur. L’épuisement par la chaleur survient lorsque le corps perd trop d’eau et de sel par la transpiration. Les symptômes d’un épuisement dû à la chaleur sont notamment des maux de tête, des nausées, des crampes musculaires, une peau pâle et moite, des étourdissements ou des évanouissements, une respiration rapide et un pouls rapide mais faible. Si l’eau perdue par la sueur n’est pas remplacée, le corps risque de se déshydrater. Il faut éviter à tout prix la déshydratation parce que nos corps sont faits à 60 % d’eau. C’est pourquoi il est très important de boire beaucoup d’eau quand il fait chaud!

Infographie illustrant les symptômes d’un épuisement par la chaleur et d’un coup de chaleur
Infographie illustrant les symptômes d’un épuisement par la chaleur et d’un coup de chaleur (Parlons sciences utilise une image d’elenabs via iStockphoto).
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Cette infographie présente les symptômes d’un épuisement par la chaleur et d’un coup de chaleur. Les symptômes d’un épuisement par la chaleur se trouvent dans la colonne gauche, et les symptômes d’un coup de chaleur sont à droite. Au centre, sur la silhouette d’un corps humain, le cerveau, le cœur, le système digestif et un muscle du mollet sont colorés en bleu.

Dans la colonne de l’épuisement par la chaleur, une ligne relie le symptôme Étourdissements et évanouissements au cerveau; une ligne relie le symptôme Soif intense à la gorge; une ligne relie le symptôme Transpiration excessive à la peau; une ligne relie le symptôme Pouls rapide au cœur; une ligne relie le symptôme Nausées à l’estomac; une ligne relie le symptôme Peau froide et moite à la peau, et une ligne relie le symptôme Crampes musculaires à un muscle du mollet.

Dans la colonne du coup de chaleur, une ligne relie le symptôme Maux de tête et confusion au cerveau; une ligne relie le symptôme Température corporelle élevée au corps; une ligne relie le symptôme Absence de transpiration au bras; une ligne relie le symptôme Pouls fort et rapide au cœur; une ligne relie le symptôme Nausées à l’estomac; une ligne relie le symptôme Peau chaude et rouge à la jambe, et une ligne relie le symptôme Perte de conscience au corps.

L’hyperthermie, aussi appelée coup de chaleur, est ce qui se produit quand la température du corps dépasse 40 °C. Les symptômes possibles sont des maux de tête, une peau rouge et chaude, des étourdissements, de la confusion, des nausées, un pouls rapide et fort, ainsi qu’une perte de conscience partielle ou totale. Le coup de chaleur est extrêmement dangereux et peut même être mortel. Si tu vois une personne qui présente ces symptômes, compose vite le 911.

Quand il fait trop froid

Un froid intense peut entraîner différentes réactions dans le corps. Les vaisseaux sanguins se contractent pour empêcher la chaleur de s’échapper par la peau. Les muscles peuvent se contracter pour produire de la chaleur. C’est ce qu’on appelle des frissons. La chair de poule est un mécanisme hérité de nos ancêtres les singes. Aujourd’hui, la chair de poule n’est pas très utile. Quand nous étions des animaux poilus, la chair de poule soulevait nos poils pour augmenter la quantité d’air isolant emprisonné dans notre fourrure. De nos jours, nous emprisonnons de l’air dans les vêtements isolants que nous portons.

Group of people wearing warm clothing but still shivering!
De chauds vêtements n’empêchent pas ces personnes de grelotter! (Parlons sciences utilise une image de MuchMania via iStockphoto).
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Ce dessin montre un groupe de quatre personnes de différentes cultures qui attendent l’autobus. Elles portent des manteaux d’hiver, des foulards, des chapeaux chauds, des gants ou des mitaines. Les lignes ondulées tracées autour de chaque personne représentent des frissons.

Le savais-tu?

Quand il fait très froid pendant l’hiver, tes joues deviennent rouges parce que de petits vaisseaux sanguins de ta peau ont éclaté. Mais ne t’inquiète pas car ton corps se guérit rapidement!

Si la température du corps descend à 35 °C, le corps se retrouve alors dans un état d’hypothermie. La personne atteinte d’hypothermie a des frissons incontrôlables, sa peau devient pâle et froide, elle a de la difficulté à se concentrer et à parler. Si tu t’exposes trop longtemps au froid, tu risques d’avoir des engelures. Les engelures se produisent parce que le corps tente de réduire la perte de chaleur en réduisant la circulation sanguine vers des parties du corps comme les doigts, les orteils, le nez et les oreilles. Les engelures peuvent nécessiter l’amputation de la partie affectée.

Le nez qui coule n’est pas un effet direct de la température, mais plutôt un phénomène lié à l’homéostasie. Lorsque l’air est froid, son humidité est faible. La production de mucus est un moyen d’augmenter l’humidité de l’air respiré.

Régulation des facteurs liés au sang 

Notre sang est essentiel, car il transporte des nutriments vers tous les organes de notre corps. De nombreux systèmes contribuent à maintenir la composition et le débit du sang aussi stables que possible, c’est-à-dire, le maintien de la pression artérielle et du pH sanguin, ainsi que la quantité de gaz et d’éléments nutritifs transportés par le sang.

Pression artérielle

Ton médecin a probablement déjà mesuré ta pression artérielle en mettant un brassard autour de ton bras et en le gonflant jusqu’à ce qu’il serre ton bras très fort. Quand le brassard est dégonflé, le médecin obtient deux chiffres, disons 120/80. Ces deux chiffres sont la mesure de ta pression artérielle. Pourquoi deux chiffres?

  1. Le premier chiffre est ta pression artérielle systolique. Ce chiffre indique la pression que ton sang exerce contre les parois des artères lorsque ton cœur bat.
  2. Le deuxième chiffre est ta pression artérielle diastolique. Ce chiffre indique la pression que ton sang exerce contre les parois de tes artères quand ton cœur se repose entre deux battements.

Ces deux chiffres permettent à ton médecin de savoir si ton cœur fonctionne bien ou non. Chez les adultes, une pression artérielle de 120/80 est considérée comme normale.

Le savais-tu?

L’abréviation mm Hg signifie « millimètres de mercure ». C’est une unité de mesure pour la pression qui est utilisée aussi dans certains baromètres.

Dans ton corps, la pression artérielle est constamment surveillée par deux barorécepteurs. Il y en a un qui est situé dans l’aorte, et l’autre, dans les artères carotides. Il ne faut pas appliquer de pression sur tes artères carotides, car cela envoie à ton cœur le message de battre moins vite, ce qui pourrait te faire perdre conscience et même priver le cerveau d’oxygène, ce qui peut être mortel.

Les reins sont d’autres organes qui participent au contrôle de la pression artérielle. Les reins contrôlent la quantité d’eau dans le sang par le biais de l’osmorégulation. Ils contrôlent également la concentration d’importants éléments constitutifs du sang, comme les électrolytes. Quand les concentrations sont trop élevées ou trop faibles, les reins réagissent en diminuant ou en augmentant la quantité d’eau qui passera à la vessie. Si tu te déshydrates, ton corps retient l’eau qu’il contient afin de compenser le faible volume d’eau. Cette réaction peut provoquer une augmentation de la pression artérielle. C’est pour cette raison qu’il est bon de boire beaucoup d’eau!

Children on a sports team drinking water
Des garçons membres d’une équipe sportive en train de boire de l’eau (Source : FatCamera via iStockphoto).
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Image de sept garçons multiraciaux en tenue de sport bleue buvant des bouteilles d'eau.

Régulation du pH sanguin

Le pH du sang doit se situer dans une gamme très étroite autour de 7.4. Cette valeur de pH est nécessaire pour que les systèmes de notre corps fonctionnent correctement et pour qu’une quantité suffisante d’oxygène se rende aux différents tissus du corps. Parfois, le pH sanguin est trop bas ou trop haut. On dit que le corps est en état d’acidose quand le pH sanguin est inférieur à 7,35, et en état d’alcalose quand le pH sanguin est au-dessus de 7,45.

L'appareil respiratoire et le système excréteur contrôlent principalement le pH sanguin par le biais du système tampon bicarbonate. Ce système met en jeu des réactions chimiques entre l’eau (H2O), le dioxyde de carbone (CO2), l’acide carbonique (H2CO3), les ions d’hydrogène (H+) et les ions de bicarbonate (HCO3-).

Dans le système tampon bicarbonate, l’eau et le dioxyde de carbone réagissent ensemble pour produire de l’acide carbonique
Dans le système tampon bicarbonate, l’eau et le dioxyde de carbone réagissent ensemble pour produire de l’acide carbonique (H2CO3). L’acide carbonique peut également se décomposer pour former des ions d’hydrogène et des ions de bicarbonate. Ces deux réactions sont réversibles (© 2019 Parlons sciences).
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Voici une équation chimique. L'eau (H2O) et le dioxyde de carbone (CO2) réagissent pour produire de l'acide carbonique (H2CO3). L'acide carbonique (H2CO3) peut également se décomposer pour former des ions hydrogène (H+) et des ions bicarbonate (HCO3). Ces deux réactions sont réversibles.

L’appareil respiratoire s’occupe des changements qui surviennent dans le pH sanguin en fonction des concentrations de dioxyde de carbone (CO2) qui s’y trouvent. Le dioxyde de carbone est un produit de la respiration dans nos poumons. Quand le dioxyde de carbone réagit avec l’eau présente dans le sang, il y a production d’acide carbonique. Cet acide peut rendre le sang plus acide. Si le corps n’est pas capable d’éliminer le CO2 assez rapidement, il peut en résulter une acidose respiratoire. Cet état peut être causé par une maladie des poumons, des blocages des voies respiratoires et d’autres maladies qui nuisent à la respiration. Le contraire peut également se produire. Si le corps élimine trop rapidement le CO2, une alcalose respiratoire peut se produire. Cet état peut être causé par une hyperventilation (par exemple, durant une attaque de panique), une pneumonie, des médicaments ou l’exercice.

Le système excréteur s’occupe des changements qui surviennent dans le pH sanguin en raison des concentrations de bicarbonate (HCO3-). Une augmentation de la concentration de l’acide carbonique ou une diminution de la concentration du bicarbonate peut entraîner une acidose métabolique. Cet état peut être causé par une maladie des reins et une insuffisance rénale, une diarrhée prolongée, ainsi que par une acidocétose, état qui peut survenir chez les personnes atteintes de diabète. Une diminution de la concentration de l’acide carbonique et du bicarbonate peut provoquer une alcalose métabolique. Cet état peut être causé par des vomissements prolongés et une déshydratation sévère.

La régulation du sang est un exemple d’une boucle de rétroaction négative. Quand le pH sanguin devient trop élevé ou trop bas, le corps utilise différents moyens pour retrouver la normale.

Régulation du pH sanguin par l’appareil respiratoire
Régulation du pH sanguin par l’appareil respiratoire (©2021 Parlons sciences).
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Voici un diagramme de la régulation respiratoire du pH sanguin. Deux processus sont représentés : l'acidose et l'alcalose. En cas d'acidose, le pH du sang est trop bas. Lors de l'alcalose, le pH du sang est trop élevé. Dans les deux cas, le cerveau et les artères détectent la variation du pH sanguin. Le centre respiratoire dans le cerveau compare alors ce changement à un niveau normal et déclenche une réponse. En cas d'acidose, les poumons augmentent alors la respiration pour augmenter le pH. En cas d'alcalose, ils diminuent la respiration pour faire baisser le pH.

Régulation de la glycémie (concentration du glucose dans le sang)

Tu trouves peut-être étrange d’apprendre qu’il y a du sucre dans ton sang, mais le sucre, sous forme de glucose, est la molécule que notre corps utilise comme source d’énergie. Le maintien de la bonne quantité de glucose présent dans le sang est assuré par deux organes qui travaillent en étroite collaboration : le foie et le pancréas. Le foie et le pancréas sont tous deux des glandes.

Les glandes sont des organes qui produisent des substances comme des hormones, de la sueur, de la salive et même du lait! Il y a deux types de glandes. Les glandes endocrines libèrent des hormones directement dans la circulation sanguine. Ces glandes font partie du système endocrinien. Les glandes exocrines libèrent des substances comme la salive et les sucs digestifs par une ouverture ou un canal, à la surface du corps.

Le savais-tu?

Le foie est considéré comme la plus grosse glande du système endocrinien.

Dans la boucle de rétroaction de la glycémie, le foie et le pancréas agissent ensemble comme des organes capteurs et messagers. Les hormones insuline et glucagon sont les messages utilisés pour communiquer l’information entre les deux organes. Ces messages sont des messages chimiques qui voyagent dans le sang pour permettre la communication entre différents organes et différentes cellules. Les hormones fonctionnent d’une manière semblable aux neurotransmetteurs dans le système nerveux. Les hormones sont cependant beaucoup plus lentes que les neurotransmetteurs, puisque le sang ne voyage pas aussi vite que les influx nerveux des nerfs.

Voyons comment fonctionnent les boucles de rétroaction.

Quand la glycémie est basse

Quand le pancréas détecte que la concentration de glucose dans le sang est trop basse, les cellules des îlots pancréatiques libèrent du glucagon. Le glucagon est une hormone qui communique avec les cellules du foie pour leur ordonner de convertir en glucose le glycogène qui avait été mis en réserve. Le glucose produit est libéré dans la circulation sanguine, et la concentration de glucose dans le sang augmente alors.

Quand la glycémie est élevée

Si le corps n’utilise pas tout le glucose ingéré dans la nourriture, les concentrations de glucose dans le sang augmente. Quand le pancréas détecte que la glycémie est trop élevée, les cellules des îlots pancréatiques libèrent alors de l’insuline. L’insuline est une hormone qui aide les cellules à absorber le glucose, ce qui diminue la quantité de glucose présente dans le sang. S’il y a trop de glucose dans le sang, l’insuline demande au foie de convertir l’excédent de glucose en glycogène.

Processus de régulation de la glycémie
Processus de régulation de la glycémie (Parlons sciences utilise une image de VectorMine via iStockphoto).
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Cette illustration montre le système de rétroaction entre le pancréas, le foie et le corps.

Sur le côté droit de l’illustration, une flèche rose relie l’expression « glycémie élevée » à un dessin représentant le pancréas. En bas de la flèche, tu peux lire « stimule la sécrétion d’insuline ». Une autre flèche rose relie le pancréas à un dessin représentant des molécules d’insuline. Une autre ligne rose part de ces molécules et se dirige vers le haut et la droite vers un dessin représentant un groupe de cellules. Sous les cellules, tu peux lire « stimule l’absorption du glucose sanguin ». Une autre flèche rose monte vers le haut et relie les molécules d’insuline au dessin représentant le foie. Dans le cercle qui se trouve en haut de cette flèche, une flèche blanche indique que le glucose est converti en glycogène. Une flèche bleue part du foie et une autre flèche bleue part des cellules, pour relier le foie et les cellules à l’expression « La glycémie diminue ».

Sur le côté gauche de l’illustration, une flèche bleue relie l’expression « glycémie basse » au dessin représentant le pancréas. En bas de la flèche, tu peux lire « stimule la sécrétion de glucagon ». Une autre flèche bleue part du pancréas et monte vers un dessin représentant des molécules de glucagon. De là, une autre flèche bleue part du glucagon vers le haut jusqu’au dessin représentant le foie. Dans le cercle qui se trouve en haut de cette flèche, une flèche blanche indique que le glycogène est converti en glucose. Partant du foie et vers la gauche, une flèche rose monte vers la phrase « La glycémie augmente ».

Chez la plupart des gens, le contrôle de la glycémie se fait de façon autonome, sans qu’ils aient besoin d’y penser. Par contre, ce n’est pas le cas pour plus de 2 millions de personnes au Canada qui ont reçu un diagnostic de diabète. L’organisme, d’une personne atteinte de diabète, est incapable de produire de l’insuline ou de l’utiliser correctement. Ces personnes ont besoin de surveiller leur glycémie et sont souvent obligées de prendre des médicaments pour la réguler.

Le foie : Un formidable organe de régulation

Le foie est véritablement un organe extraordinaire qui accomplit beaucoup de fonctions différentes. L’un des principaux rôles du foie est de produire de la bile pour la digestion. Il élimine aussi les substances toxiques, comme l’alcool, de ton sang. Il maintient l’équilibre des éléments essentiels présents dans le sang, comme le sucre et les acides gras, y compris le cholestérol. Lorsque les concentrations de ces éléments sont élevées, le foie stocke l’excédent. Quand les concentrations sont basses, il se sert des réserves pour corriger les concentrations.

Quel est le rôle du foie? (2018) par My Liver Exam (1min 27s)

Ce document d’information sur l’homéostasie et la régulation dans le corps humain n’est qu’un tout petit aperçu des systèmes complexes qui maintiennent la santé de ton corps. Les scientifiques continuent de travailler fort pour comprendre les différents mécanismes et les maladies.

En savoir plus

Quel est le rôle du foie? (2018)
Vidéo Youtube (1m 27s) qui explique le rôle et la fonction du foie dans le corps humain.

Diabète (2017)
Page informatique provenant du Gouvernement du Canada avec des ressources pour soutenir les individus qui font face au diabète.

Pourquoi transpire-t-on? (2016)
Vidéo Youtube (1m 58s) qui décrit la raison pour laquelle nous transpirons.

Le maintien de l'équilibre sanguin (l'homéostasie)
Page informatique provenant d'Alloprof qui explique en détail ce qu’est l'homéostasie.

La chaleur et le corps humain (2020)
Vidéo Youtube (4min 45s) qui explique les effets de la chaleur sur les athlètes en particulier, mais aussi sur les autres individus et comment on peut se protéger.

Références

Lewis III, J. L. (2021). Overview of Acid-Base Balance. MSD Manual, retrieved from https://www.msdmanuals.com/home/hormonal-and-metabolic-disorders/acid-base-balance/overview-of-acid-base-balance

Lumen Learning (n.d.). Respiration Control. Retrieved from https://courses.lumenlearning.com/boundless-ap/chapter/respiration-control/