Chapitre 5: Le milieu intérieur

Chapitre 5: Le milieu intérieur

• Le milieu intérieur est en contact avec l'extérieur via le tube digestif, les poumons et les reins.
• Le LEC (liquide extracellulaire) et le LIC (liquide intracellulaire) constituent le milieu intérieur de l'organisme.
• Les cellules protectrices aident à maintenir l'intégrité du milieu intérieur.
• "La fixité du milieu intérieur est la condition d'une vie libre et indépendante" selon Claude Bernard.

Rappels sur les unités de mesure des concentrations de solutés

• La molarité est exprimée en moles/L.
  • Exemple : NaCl (P.M. = 58,5) à 1M contient 58,5g/L de NaCl.
• L'osmolarité représente le nombre de particules à activité osmotique par litre (osmoles/L).
  • NaCl 1M a une osmolarité de 2 osmoles/L.
  • CaCl2 1M a une osmolarité de 3 osmoles/L.
  • Glucose 1M a une osmolarité de 1 osmole/L.
  • Protéine 1M a une osmolarité de 1 osmole/L.
• L'osmolalité est mesurée en osmoles/Kg de solvant.
• Les équivalents représentent les charges électriques.
  • NaCl = Na+ + Cl- = 2 Eq/L.
  • CaCl2 = Ca2+ + 2Cl- = 4 Eq/L.
  • Glucose (non-électrolyte) = 0 Eq/L.

Osmose et tonicité dans les liquides corporels

• Les solutions corporelles sont très diluées et mesurées en mmoles, mÉquivalents ou mosmoles par litre.
• Le solvant principal est l'eau ayant une densité de 1.
• L'osmolalité est approximativement égale à l'osmolarité, soit mOsm/L d'eau.
• L'osmolarité d'une solution se compare à une autre :
  • Iso-osmotique : quantité de solutés identique par volume.
  • Hyperosmotique : osmolarité plus élevée.
  • Hypo-osmotique : osmolarité plus basse.

Équilibre à travers une membrane

• Il existe différents types de membranes
• Membrane semi-perméable ou hémiperméable : laisse passer l'eau, mais bloque complètement les solutés.
• Membrane dialysante : permet le passage de l'eau et des petites molécules, mais retient les macromolécules (masse molaire supérieure ou égale à 10 000 g/mol).
• Membrane sélective : le cas le plus courant.

Pression osmotique

• Les compartiments (1) et (2) sont séparés par une membrane semi-perméable.
• Le compartiment (1) contient une solution tandis que le compartiment (2) contient le solvant pur.
• Le solvant passe spontanément du compartiment (2) vers (1), causant une dénivellation (h) liée à la pression osmotique.
• La différence de pression π est calculée par la formule π = ρgh, où ρ est la masse volumique de la solution, g est l'intensité de la pesanteur et h est la dénivellation.

Équilibre de Donnan et pression oncotique

• Le phénomène de Donnan est dû à une répartition inégale des ions diffusibles (Na+ et Cl-) de part et d'autre d'une membrane dialysante, avec un gros ion non diffusible (R-) d'un côté.
• R- représente l'anion non diffusible (protéine) et Na+ le cation commun.
• Les équations d'électroneutralité dans les compartiments (1) et (2) sont données :
  • [R-]₁ + [Cl-]₁ = [Na⁺]₁.
  • [Cl-]₂ = [Na⁺]₂.
• Un excès d'ions diffusibles du côté des macromolécules cause une augmentation de la pression.
• La pression dans le compartiment contenant la macromolécule, supérieure à la pression osmotique normale, est appelée pression oncotique.
• Elle est calculée par la formule πonc = np RT, où np est l'osmolarité propre aux protéines.

Osmose et tonicité dans les liquides corporels

• Tonicité: effet de l'osmolarité d'une solution sur le volume cellulaire.
• L'osmolarité est mesurable : nombre d'osmoles par litre (ou kg) de solution.
• La tonicité se définit par rapport à une cellule.

Les liquides corporels

• Les liquides corporels sont répartis en liquide intracellulaire (LIC), liquide interstitiel et plasma (tous deux formant le LEC).
• La lymphe est un liquide interstitiel spécifique.

Importance de la stabilité des liquides corporels

• Les reins jouent un rôle crucial en maintenant la stabilité du milieu extracellulaire pour préserver la fonction cellulaire.
• La stabilité du volume et de la composition du LIC est essentielle au fonctionnement cellulaire et dépend de celle du LEC, maintenue dans des limites étroites.
• Natrémie (taux de Na+ plasmatique normal = 140 mOsm/L) :
  • Hyponatrémie sévère (<120 mOsm/L) conduit à un plasma hypotonique et au déplacement de l'eau vers les cellules, causant un gonflement cellulaire, notamment cérébral (douleur, confusion, coma, mort).
• Kaliémie (taux de K+ plasmatique normal = 4,5 mOsm/L) :
  • Hyperkaliémie sévère (> 5 mOsm/L) entraîne une dépolarisation des cellules et augmente l'excitabilité nerveuse et cardiaque (risque d'arythmies graves).

Composition des liquides corporels

• Le contenu corporel en eau varie selon l'âge 
  • 74 % chez le nourrisson de 0 à 6 mois
  • 60 % de 6 mois à 12 ans
  • 59 % entre 12 à 18ans (56 % chez les filles)
  • 59 % entre 19 et 50 ans (50 % chez les femmes)
  • 56 % pour les plus de 50 ans (47 % chez les femmes)
• L'eau corporelle totale représente 60% du poids corporel, soit en moyenne 42 litres.
  • Le LEC(liquide extracelullaire) = 14 litres
    • Plasma = 5%
    • Liquide interstitiel = 15 %
  • Le LIC(liquide intracellulaire) = 28 litres

Mesure des volumes corporels

• La mesure des volumes corporels se fait indirectement par dilution d'un marqueur dont on connaît la quantité.
• Volume du compartiment = Quantité du marqueur / Concentration du marqueur.
• Propriétés idéales du marqueur :
  • Distribution homogène dans le compartiment d'intérêt.
  • Absence de diffusion dans les autres compartiments.
  • Absence de métabolisme ou de synthèse.
  • Absence de toxicité.
  • Dosage rapide, facile et reproductible.
• Marqueurs non isotopiques = Ethanol, Urée, Inuline, Mannitol et Bleu events.
• Marqueurs isotopiques = Eau tritriée 3HO, Sodium24 et Chlore36, Albumine marquée I125 ou I 131.
  • Le liquide intracellulaire = ECT - LEC
  • Le liquide interstitiel = LEC - liquide plasmatique

Mesure du volume sanguin total

• Le volume sanguin total est calculé à partir du volume plasmatique et de l'hématocrite (Ht) :
  • Ht = (V2/V1) x 100
• Valeurs moyennes : Volume plasmatique ~ 3L, Ht = 40%, Volume sanguin total ~ 5L.
• Formule : Volume sanguin total = Volume plasmatique / (1-Ht).

Les solutés des liquides corporels

• Electrolytes (95% des solutés) :
  • Cations : Na+, K+, Mg++, Ca++, H+
  • Anions : Cl-, HCO3- , protéines, anions organiques, PO43-, SO42
• Non-électrolytes :
  • Acide gras libre, Urée , Glucose et Créatinine

Composition ionique du LEC

• Le LEC se compose du plasma et du liquide interstitiel.
• Les principaux ions sont les ions sodium (Na+) et chlorure (Cl-), ainsi que bicarbonate (HCO3-).
• La composition du plasma et du liquide interstitiel est presque identique.
• L'osmolarité : paroi capillaire très perméable à tous les solutés sauf aux protéines
• Les différences sont liées à l'équilibre de Gibbs-Donnan.
  • Distribution des ions
    • Plus de particules osmotiquement actives dans le plasma.
  • L'osmolarité est plus élevée de 1 à 2 mOsm/L dans le plasma.
  • Pression oncotique: 25 mmHg

Osmolarité plasmatique

• L'électroneutralité des liquides implique une quantité égale d'anions et de cations.
• Le sodium (Na+) représente 95% des cations du LEC avec une concentration de 140 mmol/L.
• La natrémie est le principal déterminant de l'osmolarité du LEC.
• L'osmolarité plasmatique est estimée par [Na+] + [anions associés].
• Calcul rapide : 2 fois la natrémie = 280 mOsm/L.
• En tenant compte des non-électrolytes (glucose et urée à 5 mOsm/L chacun):
  • 2[Na+] + [glucose] + [urée] = 290 mOsm/L

Composition ionique du liquide intracellulaire

• Domination des sels de potassium (K+).
• Osmolarité légèrement > à celle du LEC.
• Concentration élevée des protéines intracelllulaires.

Équilibre de Gibbs-Donnan entre LIC et liquide interstitiel

• La pompe Na+-K+ ATPase expulse les particules osmotiquement actives, neutralisant l'effet Gibbs-Donnan et prévenant le gonflement cellulaire.

Echanges d'eau et de solutés entre les divers compartiments

• Le plasma et le liquide interstitiel constitue un environnement extracellulaire.
• La liaison entre les deux est considéré equilibre.

Echanges d'eau

• Les membranes et parois sont sont très perméables à l'eau.
• Deux facteurs déterminent ces mouvements d'eau : l'osmose et la pression hydrostatique(pompe cardiaque et résistance vasculaire).

Mécanismes de déplacement de l'eau à travers les membranes cellulaires

• Diffusion simple : L'eau traverse grâce à la bicouche lipidique fluide
• L'eau traverse à partir des protéines aquaporin et les canaux ioniques

Echanges d'eau entre les compartiments extra- et intracellulaire

• La membrane cellulaire et la paroi capillaire sont plus perméables à l'eau qu'aux solutés.
• Un gradient osmotique est créé par les solutés qui ne peuvent pas traverser les membranes.
• L'osmolarité extracellulaire est liée au sodium et aux anions associés (NaCl), tandis que l'osmolarité intracellulaire est liée au potassium et aux anions associés.
• Le déplacement d'eau est régi par une quasi-égalité de l'osmolarité dans tous les liquides corporels (~300 mosmoles/L), sauf l'urine et la sueur.
• Le compartiment plasmatique, en contact avec l'extérieur, subit des changements de volume et d'osmolarité qui affectent d'abord le liquide extracellulaire.
• Les gains et pertes dans le compartiment extracellulaire entraînent une redistribution de l'eau entre les compartiments intra- et extracellulaires.
• L'équilibre osmotique requiert qu'il y ait un nombre de particules extra- et intracellulaire.

Gain de liquide isotonique

• Expansion iso-osmotique
  • A l'équilibre :
    • Augmentation du volume extracellulaire.
    • 1/4 plasma
    • 3/4 liquide interstitiel
    • Osmolarité inchangée
• Contraction iso-osmotique
  • A l'équilibre :
    • Baisse du volume extracellulaire.
    • 1/4 plasma - 3/4 liquide interstitiel
    • Osmolarité inchangée

Gain d'eau pure

• Expansion hypo-osmotique
  • Augmentation du volume extracellulaire
  • Baisse de l'osmolarité extracellulaire
  • Augmentation du volumer extra- et intracellulaire - 1/3 extracellulaire
    • 2/3 intracellulaire

Perte d'eau pure

-Contraction hyper-osmotique

• Baisse du volume extracellulaire
• Augmentation de l'osmolarité extracellulaire
• Augmentation de l'osmolarité extra- et intracellulaire
• Baisse du volume extra- et intracellulaire - 1/3 extracellulaire
  • 2/3 intracellulaire

Effets sur le volume cellulaire

• Les changements aigus de l'osmolarité (tonicité) du LEC modifient le volume cellulaire
  • Diminution de l'osmolarité :
    • Entrée d'eau dans les cellules, causant un gonflement surtout au niveau des neurones.
      • Augmente la pression intracrânienne
      • Maux de tête, convulsions, confusion, coma
  • Augmentation de l'osmolarité :
    • Sortie d'eau des cellules, causant une diminution du volume cellulaire
    • Réduit la pression intracrânienne
    • Convulsions, confusion, coma
• Les changements chroniques vont causer une régulation du volume cellulaire par les cellules elle-même en ajustant la composition ionique du milieu intracellulaire.

Les échanges de cations

• Les échanges normal avec la pompe via Na+ K+ ATPase et échangeur Na+-H+
  • Baisse de [K+] du LEC : hypokaliémie.
    • K+ des cellules sort en échange de Na+ ou H+ : impact sur la natrémie
  • Augmentation de [H+] du LEC:: acidose métabolique
    • Les cellules entre en échange avec Na+ ou K+
    • l'Effet de la sortie de Na+ est négligeable -l'Effet de la sortie de K+ : hyperkaliémie
  • Baisse de [H+] du LEC : alcalose métabolique -Les cellules sort en échange de Na+ et K+
    • l'Effet de l'entrée de Na+ est négligeable -l'Effet de l'entrée de K+ : hypokaliémie

Echanges entre les compartiments plasmatiques et interstitiels

• Échanges gazeux se font par diffusions
• Échanges liquidiens est une filtration sous les gradient de pression osmotiques et hydrostatiques

Echanges liquidiens entre les compartiments plasmatiques et interstitiels

• Le système lymphatique sert à liquide filtrer
• En cas d'absorption : Draine dans les vaisseaux lymphatiques.
• Constance des volumes des deux compartiments à l’équilibre
• Maintenir l’équilibre malgré le liquide isotinique
• Transfère de liquide interstitiel vers l’espace vasculaire

Principes physiques

• J : Transfer molaire du soluté Est le nombre de moles(débit molaire) qui traverse dans S en dt(mol/s)
• Q : débit volumique du solvant Est le débit volumique de la solution sans considérer le volume de soluté k : Porosité de la Membrane Est le rapport entre l’air total des pores et de la membrane σ : Coefficient de reflexion du soluté Est le rapport entrel’aire des pores imperméable et l’aire du pore S’ : Aire totale des pores perméables : S’= (1-σ)ks S:Aire totale de la membrane
• La diffusion du soluté est proportionnelle au gradient de concentration - Jd = aire des pores * dC/Dx (mol/s)

Applications à l'organisme Humain

Trois règle des échanges -Electro neutralité du compartiment -Le produit de concentration des ions diffusible est égal -Gibbs

Controlez vos connaisances

• Expansion hypo-osmotique (ingestion) : osmolarité baisse, volume augmente
• Contraction hypo-osmotique (perte rénale de sodium) : volume et osmolarité baisse
• Expansion iso-osmotique (infusion intraveineuse) : le volume augmente et osmolarité est inchanger
• Contraction iso-osmotique (hémorragie) :le volume diminue et osmolarité est inchanger
• Expansion Hyperosmotiques (solution saline concentré) : osmolarités augmente et volume diminue
• Contraction Hyperosmotiques (diabète insipide) : osmolarités augmente et volume diminue