UE13 - Physiologie - Composition Hydrique (Tutorat Santé de Reims 2024-2025) PDF

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Tutorat Santé de Reims UE13 – Physiologie Chapitre 1 : Composition Hydrique Fiche de cours basée sur le cours du Professeur Pierre Mauran Année 2024 – 2025 Réalisée par les tutrices & les tuteurs du Tutorat Santé de Reims NB : lorsque les notions sont suivies de « *** » c’est que ce sont des notions (très) récurrentes lors du concours Tutorat Santé de Reims. Tous droits réservés. Contact : [email protected] Page 1 sur 29  Chapitre 1 : Composition hydrique I. L’eau GENERALITES Solvant : exemple de la dissolution du sel NaCl en ions sodium (Na+) et ions chlore (Cl-) pour former « l’eau de mer » du milieu intérieur. Réactif chimique : exemple de l’hydratation du CO2 donnant l’acide carbonique qui se Rôles de l’eau dissocie en protons et ions bicarbonate. 𝐶𝑂2 + 𝐻2 𝑂 ⇒ 𝐻2 𝐶𝑂3 ⇒ 𝐻 + + 𝐻𝐶𝑂3− Transporteur de chaleur : lors de la sudation, seul moyen pour baisser notre température corporelle lorsque l’environnement est plus chaud que la peau. Existent depuis 3.7 milliards d’années. Les êtres Échangent facilement et directement avec l’environnement aquatique, par simple unicellulaires diffusion au travers de la membrane cellulaire, des gaz et substrats énergétiques. C’est le cas pour les Paramécies. Sortis de l’océan il y a 542 millions d’années sous forme de reptile ayant emporté une quantité de l’océan primordial (milieu intérieur). Société de cellules baignant dans un liquide appelé milieu intérieur, dont est assuré Organismes l’homéostasie. pluricellulaires o L’homéostasie (= la constance de composition) est assurée grâce aux différents appareils de l’organisme : urinaire, respiratoire et digestif, et à la circulation sanguine permettant des échanges avec l’environnement (apport d’oxygène, déchets…) C’est le cas des Tétrapodes. L’EAU DANS L’ORGANISME HUMAIN Physiologiquement L’eau représente 50 à 75 % ***du poids corporel. Selon les individus, mais fixe pour un individu donné. Selon la fraction du poids occupée par les graisses : pour un même poids de tissus, la quantité d’eau dans le muscle est plus importante que dans la graisse*** (car la graisse est hydrophobe). Selon le sexe : pour un même poids corporel, la quantité d’eau est + importante chez Variations l’homme que chez la femme***. Selon l’âge. Selon les tissus (pas à connaître par cœur, juste l’ordre). Reins Cœur Poumons Muscles Cerveau Peau Os Graisse 83 % 79 % 79 % 76 % 75 % 72 % 22 % 10 % Nourrisson : 75 % du poids corporel***. Le pourcentage décroit progressivement avec l’âge***. Enfant ≥ 10 ans : idem adulte. Impact de l’âge Adulte : o Homme : 60 % du poids corporel / Femme : 50 %***. Vieillard : 40 à 50 %***. Tutorat Santé de Reims. Tous droits réservés. Contact : [email protected] Page 2 sur 29  Chapitre 1 : Composition hydrique BILAN HYDRIQUE Hydratation Poids du corps constant, si bilan énergétique nul. constante 𝐸𝑛𝑡𝑟é𝑒𝑠 − 𝑆𝑜𝑟𝑡𝑖𝑒𝑠 = 0. Bilan hydrique nul Les sorties sont en permanence adaptées aux entrées variables. *** Les sorties sont adaptées par les reins*** dont le rôle est capital dans cette annulation du bilan hydrique. Si un nourrisson a une diarrhée : le peser et comparer le poids au dernier dans le carnet Cas du nourrisson de santé pour apprécier l’importance de la déshydratation Exogène Apportée par les boissons et les aliments : 1 à 2 L / jour. Apportée par l’oxydation des substrats énergétiques : Apports chez o Protides : 40 g d’eau / 100 g de protides. l’adulte Endogène o Glucides : 40 g d’eau / 100 g de glucides. o Lipides : 17 g d’eau / 100 g de lipides. o Total : environ 500 mL / jour***. Perspiration cutanée insensible : 400 mL / jour. Extra-rénales Évaporation respiratoire : 400 mL / jour. Sorties Adaptées aux entrées ⇒ bilan nul***. Rénales ≥ 500 mL / jour. Extrêmes : 500 mL / jour à 1,5 L / h. Comptabilisation des entrées et sorties (toutes). Bilan Visualisée par la courbe de poids qui est un bon reflet de l’état d’hydratation. II. Les compartiments liquidiens : L’eau est répartie en 2 compartiments ou secteurs, intra-cellulaire et extra-cellulaire, répondant à la fois à des définitions anatomiques (histologiques) car sont deux emplacements distincts, chimiques car leurs compositions sont différentes, et fonctionnelles car l’eau intra- et extra-cellulaire n’ont pas la même fonction. Cellulaire ou Dans les cellules intra-cellulaire Correspond au milieu intérieur, où règne l’homéostasie. Divisé en 2 secteurs : Extra-cellulaire o Interstitiel : entre les cellules. o Plasmatique : dans la circulation sanguine, contenant les Hématies (Globules Rouges), les Leucocytes (Globules Blancs) et les Plaquettes. Tutorat Santé de Reims. Tous droits réservés. Contact : [email protected] Page 3 sur 29  Chapitre 1 : Composition hydrique COMPARTIMENT EXTRA-CELLULAIRE Composé de 3 types cellulaire : o Hématies : couleur rouge, transportent l’oxygène. Sang o Leucocytes : défenses immunitaires. o Plaquettes : coagulation sanguine. Baignant dans le plasma. Lors de la centrifugation d’un échantillon sanguin, on obtient une phase cellulaire lourde donc au fond du tube, principalement constitué d’Hématies (45%)***, surmontée TSR d’une fine pellicule de Leucocytes au-dessus de laquelle on retrouve la phase liquide (surnageant) qui correspond au plasma (55%). Hématocrite = volume des globules rouges/volume du sang total *** MOUVEMENTS HYDRIQUES Au travers de la membrane cellulaire séparant le milieu intra- du milieu extra-cellulaire. Échanges entre Au travers de la paroi capillaire, au sein du milieu extra-cellulaire, séparant le secteur secteurs plasmatique du secteur interstitiel. Au niveau plasmatique : circulation sanguine. Circulations dans Au niveau interstitiel : le secteur extra- o Circulation lymphatique. cellulaire o Circulation du Liquide Céphalorachidien (LCR). Limite : membrane cellulaire (plasmique). o Double couche phospholipidique. Entre les compartiments o Structure fluide. intra- et extra- o Perméable à l’eau**. cellulaire o Comportant des canaux (laissant passer des ions), des récepteurs, des glycolipides, des glycoprotéines, des protéines transmembranaires... Limite : la paroi capillaire = une couche cellulaire unique = endothélium. Entre Plasmatique o Transferts trans-cellulaires : par pinocytose (1) (la cellule boit une gouttelette de et Interstitiel liquide) puis exocytose (2) (la cellule libère cette gouttelette). o Transferts inter-cellulaires : par des pores ou fenestrations entre les cellules. Tutorat Santé de Reims. Tous droits réservés. Contact : [email protected] Page 4 sur 29  Chapitre 1 : Composition hydrique III. La circulation sanguine : CIRCULATION DU LIQUIDE PLASMATIQUE Le sang va du cœur droit au cœur gauche*** en passant par les poumons où est réalisée l’hématose. Pulmonaire : Hématose : petite circulation o Enrichissement du sang veineux en oxygène. o Appauvrissement en gaz carbonique. Le sang va du cœur gauche au cœur droit. Systémique : L’oxygène et les nutriments sont délivrés aux Tissus. grande circulation Le sang se charge du CO2 produit dans les Tissus. Capillaires Lieu des échanges gazeux et de substrats énergétiques. CIRCULATION DANS LE MILIEU INTERSTITIEL Draine le milieu interstitiel (10 %) et ramène la lymphe par les vaisseaux lymphatiques jusqu’à la circulation veineuse systémique (cœur droit). Circulation La lymphe est filtrée par les ganglions dont le rôle immunitaire est important. Ils arrêtent lymphatique des particules étrangères et initient la réponse immune. Absorption de lipides au niveau intestinal. Production par les ventricules cérébraux par les parois épendymaires des ventricules et les plexus choroïdes. Circulation : Ventricules Latéraux (2) ⇒ 3ème ventricule ⇒ 4ème ventricule ⇒ espaces sous- arachnoïdiens (Vu en anatomie du système nerveux central). Circulation du LCR Résorption du liquide par : o (Parois épendymaires). o Nerfs crâniens et rachidiens. o Granulations de Pacchioni ⇒ qui drainent vers sinus veineux et os. Tutorat Santé de Reims. Tous droits réservés. Contact : [email protected] Page 5 sur 29  Chapitre 1 : Composition hydrique Schématisation de la circulation sanguine et de la circulation lymphatique : circulations loco- régionales installées en parallèle TSR REPARTITION DE L’EAU DANS LES COMPARTIMENTS LIQUIDIENS Représente chez un homme adulte 60 % ***du poids corporel (50 chez la femme). Eau totale Est répartie en liquide intra- et extra-cellulaire. Liquide intra- 40 % du poids corporel = ⅔ de l’eau totale***. cellulaire Compartiment limité par la membrane cellulaire. 20 % du poids corporel = ⅓ de l’eau totale***. = Liquide plasmatique. Délimité par la paroi capillaire = endothélium. Plasma 4 %*** du poids corporel total. Liquide extra- Lieu d’échanges avec le milieu cellulaire extérieur. 20 % de l’eau extra-cellulaire. TSR Liquide 16 % ***du poids corporel total. Interstitiel 80 % de l’eau extra-cellulaire. IV. Volumes Liquidiens : EXEMPLE D’UN HOMME DE 75 KG Eau totale 45 L Eau intra-cellulaire 30 L Eau interstitielle 12 L Eau extra-cellulaire 15 L Plasma 3L Tutorat Santé de Reims. Tous droits réservés. Contact : [email protected] Page 6 sur 29  Chapitre 1 : Composition hydrique MESURE DU VOLUME DES COMPARTIMENTS LIQUIDIENS Répartition d’un indicateur de masse m connue dans le volume à mesurer. Méthode de Puis mesure de la concentration de ce traceur dans le liquide en question. Dilution Détermination du volume par la formule suivante. *** 𝑉 = 𝑚/𝑐 Formule respecter les bonnes unités pour chaque composant. Répartition : o Homogène dans le compartiment que l’on souhaite mesurer. o Limitée au seul compartiment mesuré (ne diffuse pas en dehors). Qualités Inerte : recherchées de o Non toxique pour l’organisme. l’indicateur o Sans effet biologique (ne modifie pas la circulation par exemple) (ex : viscosité). (traceur) o Non métabolisé dans l’intervalle Administration – Mesure. Facile à doser. Peu onéreux. Qualités recherchées du Sujet en état stable pour avoir une mesure stable. sujet Plasmatique. Volumes Liquide Extra-Cellulaire. mesurables Eau Totale. Volumes Le traceur est injecté dans le plasma : seul compartiment échangeant avec le milieu déductibles extérieur. *** 𝑬𝒂𝒖𝑰𝒏𝒕𝒆𝒓𝒔𝒕𝒊𝒕𝒊𝒆𝒍𝒍𝒆 = 𝑬𝒂𝒖𝑬𝒙𝒕𝒓𝒂𝒄𝒆𝒍𝒍𝒖𝒍𝒂𝒊𝒓𝒆 − 𝑷𝒍𝒂𝒔𝒎𝒂 𝑬𝒂𝒖𝑰𝒏𝒕𝒓𝒂𝒄𝒆𝒍𝒍𝒖𝒍𝒂𝒊𝒓𝒆 = 𝑬𝒂𝒖𝑻𝒐𝒕𝒂𝒍𝒆 − 𝑬𝒂𝒖𝑬𝒙𝒕𝒓𝒂𝒄𝒆𝒍𝒍𝒖𝒍𝒂𝒊𝒓𝒆 CINETIQUE D’ELIMINATION DU TRACEUR Pas d’élimination du traceur dans l’intervalle de temps nécessaire à la mesure. Aucune Le traceur ne restera pas pour toujours dans l’organisme. élimination La cinétique d’élimination (réelle) est négligeable pour cette mesure. 𝑽 = 𝒎/𝒄 De l’ordre des minutes aux heures. Estimation de la concentration du traceur avant toute élimination sur un repère semi logarithmique : C0 = Lente concentration virtuelle. C0 obtenu par extrapolation de la pente à l’origine***. 𝑽 = 𝒎/𝑪𝟎 Tutorat Santé de Reims. Tous droits réservés. Contact : [email protected] Page 7 sur 29  Chapitre 1 : Composition hydrique Presque instantanément. Rapide Concentration maintenue constante par perfusion***. 𝑽 = 𝒎/𝒄 avec 𝒎 = 𝑪𝒖 𝑽𝒖 (u = urinaire). CHOIX DU TRACEUR SELON LE COMPARTIMENT Traceur sans élimination : o 3H2O = eau tritiée (un Hydrogène est remplacé par un Tritium). o Volume sanguin ou volémie Eau totale ▪ Période isotopique : 12,3 ans. ▪ Période biologique : 10 J (laisse largement le temps pour faire la mesure). o H218O = eau marquée à l’oxygène 18. Traversent la Paroi Capillaire et la Membrane Cellulaire. Inuline*** (≠ Insuline) : o Polymère de fructose. Eau o Non métabolisé mais rapidement excrété par le rein = excrétion rapide ⇒ perfusion. extra-cellulaire o Sous-estime un peu le volume extra-cellulaire. Radiosulfate : S35 ou bromure de sodium : NaBr peuvent être utilisés mais plus chers. Traversent la Paroi Capillaire mais pas la Membrane Cellulaire. Marqueurs se fixant sur les protéines plasmatiques : o Bleu Evans*** mesurable par chromatographie après centrifugation. Volume o Albumine marquée à l’Iode 131. plasmatique Hématies marquées : au P32 ou au Cr51. Cinétique d’élimination lente. Ne traversent ni la Paroi Capillaire ni la Membrane Cellulaire. VOLUME SANGUIN OU VOLEMIE 7 % du poids corporel. Représente Environ 5 L chez un adulte. = Plasma. Phase 93 % d’eau. aqueuse 7 % de macromolécules (protéines et lipides). Sang Total = Volume globulaire. Phase Hématies : 5.106/mm3. cellulaire Leucocytes. Plaquettes. Tutorat Santé de Reims. Tous droits réservés. Contact : [email protected] Page 8 sur 29  Chapitre 1 : Composition hydrique Age : Variations o Nouveau-né : 100 mL/kg. volémiques physiologiques o Adulte : 82 mL/kg. Grossesse : ↗ de 1 500 mL. Répartition de la Veines Artères Poumons Cœur Capillaires > > > > volémie 64 % 12 à 14 % 9 à 10 % 6à7% 4à6% 𝒗𝒐𝒍𝒖𝒎𝒆 𝒈𝒍𝒐𝒃𝒖𝒍𝒂𝒊𝒓𝒆 𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒 𝑔𝑙𝑜𝑏𝑢𝑙𝑎𝑖𝑟𝑒 Hématocrite Formule 𝑯𝒕 = = 𝒗𝒐𝒍𝒖𝒎𝒆 𝒔𝒂𝒏𝒈𝒖𝒊𝒏 𝒕𝒐𝒕𝒂𝒍 𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒 𝑔𝑙𝑜𝑏𝑢𝑙𝑎𝑖𝑟𝑒 + 𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒 𝑝𝑙𝑎𝑠𝑚𝑎𝑡𝑖𝑞𝑢𝑒 ↘ de la concentration sanguine d’hémoglobine. Causes : jeûne, carence martiale (déficit en fer), Anémie déficit en vitamines, hémorragie… ↘ Viabilité possible (mais difficile) jusqu’à Ht = 10 %. Intoxication par l’eau. Hémodilution Contrôlée (techniques anesthésiques). Variations de l’Hématocrite ↗ de la concentration sanguine d’hémoglobine. Causes : hypoxie chronique (Altitude) (2 semaines de vacances ne suffisent pas), Dopage à Polyglobulie ↗ l’érythropoïétine… Au-delà de 65 %, danger : o ↗ viscosité sanguine → ↗ risque de thromboses. Hémoconcentration Déshydratation. Tutorat Santé de Reims. Tous droits réservés. Contact : [email protected] Page 9 sur 29  Chapitre 1 : Composition hydrique V. Composition des compartiments liquidiens : LES UNITES UTILISEES = mMol/L Fait référence à une composition chimique. La mole : unité de quantité de matière o Dans 1 mole d’atomes il y a N atomes ; avec N = nombre d’Avogadro = 6,022.1023. mmol/L Masse atomique d’une mole d’atomes : o Ex : 1 mole de 16O = 16 g. Masse d’une molécule (en g) : somme des masses atomiques des atomes qui la constitue. o Ex : H2O :(2 × 1) + 16 = 18𝑔. Une solution dite molaire est une solution contenant 1 mol du substrat en question. Fait référence aux forces électrostatiques. Équivalent : o Masse d’un anion se combinant à 1 mol de H+. o Masse d’un cation se combinant à 1 mol de OH-. mEq/L o = Quotient de la Masse molaire par la valence : ▪ Ex du Ca2+ : Valence : 2 (car 2+). Masse molaire : 40 mg. 1 mEq de Ca2+ = 40/2 = 20 mg Fait référence aux forces osmotiques. Osmole : unité de mesure de la pression osmotique d’une mole dissoute dans un litre d’eau sous 22,4 atmosphères (atm) à 0° centigrade. Concentration osmolaire : nombre de particules osmotiquement actives par unité de volume. o Molécules dissoutes non dissociées : concentration (c) osmolaire = c molaire. mOsm/L Ex : 1 mol de Na+ = 1 osm. o Molécules dissoutes dissociées : c osmolaire = c molaire x nombre d’ions résultant de la dissociation. Ex : 1 mol de NaCl = 2 osm car dissociation en Na+ et Cl-. Tutorat Santé de Reims. Tous droits réservés. Contact : [email protected] Page 10 sur 29  Chapitre 1 : Composition hydrique FORCES EXERCEES DANS LES COMPARTIMENTS LIQUIDIENS Mise en place de l’expérimentation : « 1) 2 compartiments liquidiens séparés par une membrane semi-perméable (c'est-à-dire perméable à l’eau mais pas au soluté). 2) Ces deux compartiments contiennent des solutions aqueuses d’un même soluté à des concentrations différentes de part et d’autre de la membrane perméable à l’eau et non pas au soluté. 3) La différence des concentrations de soluté de part et d’autre de la membrane provoque, selon le phénomène de l’osmose, un transfert d’eau du milieu dilué vers le milieu concentré***, de telle sorte que les concentrations s’égalisent de part et d’autre de la membrane. Autrement dit, puisque les molécules de soluté ne peuvent franchir la membrane, ce sont les molécules d’eau qui la traversent selon leur propre gradient de concentration. 4) A l’équilibre, la pression osmotique, qui ne peut être mesurée directement par un manomètre, est égale à la pression hydrostatique qui la neutralise exactement, c’est à dire à la hauteur de cette colonne d’eau. » Pression osmotique Cas suivant : la concentration dans la branche gauche est inférieure à celle de la branche droite. Le soluté ne peut pas traverser la membrane ; c’est l’eau qui va passer de gauche (compartiment le – concentré) vers la droite (compartiment le + concentré). On a donc une élévation du niveau dans la branche droite du Tube en U. La pression osmotique est la pression hydrostatique qu’il faudrait exercer sur la solution (branche droite du Tube en U) pour empêcher le solvant (l’eau) de traverser la membrane. Dans une solution idéale : la pression osmotique P dépend de la température et du volume, comme celle des gaz parfaits. Équation des gaz parfaits adaptée à la pression osmotique : TSR TSR - P : Pression osmotique. - n : nombre de moles de soluté. 𝒏𝑹𝑻 - R : Constante des gaz parfaits. 𝑷= 𝑽 - T : Température absolue (en K). - V : Volume. - n/V : Concentration osmolaire. Pression Part de la pression osmotique liée aux protéines, qui sont chargées négativement. oncotique Est également une part de la pression colloïdale. Pression osmotique due aux macromolécules. Colloïde : liquide ou gel contenant en suspension des particules suffisamment petites (entre 2 et 200 nm) pour que le mélange soit homogène. Pression Le plasma est une solution colloïdale : colloïde ou o Macromolécules : colloïdale ▪ Protéines. ▪ Lipides. ▪ Polysaccharides. Tutorat Santé de Reims. Tous droits réservés. Contact : [email protected] Page 11 sur 29  Chapitre 1 : Composition hydrique LE COMPARTIMENT EXTRACELLULAIRE Lorsque les concentrations sont exprimées en mEq/L, la somme des concentrations des Principe Cations doit être égale à la somme des concentrations des charges négatives (Anions + d’électroneutralité Acides organiques + Protéines). des solutions*** L’électroneutralité doit être assurée dans chaque compartiment. Liquide interstitiel Ultrafiltrat plasmatique presque dépourvu de protéines***. Concentration des ions diffusibles : o [Anions]plasma < [Anions]interstitium*** o [Cations]plasma > [Cation]interstitium*** Plasma Comme les protéines sont piégées dans le plasma, ça diminue la concentration des anions diffusibles du plasma par rapport à l’Interstitium. [Osm]plasma > [Osm]interstitium Composition ionique TSR Deux compartiments séparés par un membrane TSR semi-perméable : o Perméable à l’eau et aux petits ions diffusibles. o Imperméables aux protéines ( – ) présentent dans un seul compartiment analogue au compartiment plasmatique. Équilibre de Gibbs- Présence des macromolécules chargées – (protéines plasmatiques) en 1 qui créent une Donnan différence de potentiel entre les deux milieux car : o Attirent les charges + du secteur 2 (analogue interstitiel). o Refoulent les charges – vers le secteur 2. Concentrations ioniques différentes : o [Anions]1 < [Anions]2 o [Cations]1 > [Cation]2 𝑃𝑜𝑠𝑚1 > 𝑃𝑜𝑠𝑚2 à cause des protéines Exemple numérique : Tutorat Santé de Reims. Tous droits réservés. Contact : [email protected] Page 12 sur 29  Chapitre 1 : Composition hydrique TSR TSR L’urée et le glucose se répartissent aux travers de la paroi capillaire (à 5 mmol/L). LE COMPARTIMENT INTRACELLULAIRE Principe Lorsque les concentrations sont exprimées en mEq/L, la somme charges positives d’électroneutralité (cations) doit être égale à la somme des charges négatives (Anions + Protéines). des solutions Composition ionique TSR L’urée et le glucose se répartissent aux travers de la membrane cellulaire (à 5 mmol/L). Concentration en 𝐶𝑎2+ 1000 fois plus importante dans le milieu interstitiel. La différence des concentrations ioniques entre le compartiment extra- et intra- cellulaire est maintenue par l’activité de protéines membranaires, des pompes consommant de l’énergie. Tutorat Santé de Reims. Tous droits réservés. Contact : [email protected] Page 13 sur 29  Chapitre 1 : Composition hydrique COMPOSITION DES COMPARTIMENTS LIQUIDIENS (EN MEQ/L). TSR TSR VI. Mouvements de l’eau et des substances dissoutes entre compartiments MOUVEMENTS PASSIFS Diffusion simple. Perméabilité Diffusion facilitée. passive Canaux ioniques. Tutorat Santé de Reims. Tous droits réservés. Contact : [email protected] Page 14 sur 29  Chapitre 1 : Composition hydrique 1) DIFFUSION Taux de variation d’une grandeur physique en fonction d’une distance ou en fonction du temps. Exemples : o Variation de la température en fonction de l’altitude : Dans la partie la plus basse de l’atmosphère, le gradient thermique vertical standard est de 2°C tous les 1 000 pieds (305 m). o Gradient hydraulique : quotient de la différence de charge hydraulique entre deux Définition d’un points d’un milieu poreux saturé, sur une même ligne de courant, par la distance les gradient séparant sur cette ligne de courant. ΔP TSR ΔP TSR Δx1 Δx2 Gradient 1 (ΔP/Δx1) > Gradient 2 (ΔP/Δx2) Ne consomme pas d’énergie. Processus par lequel une substance passe d’un compartiment à l’autre sous l’effet des seules forces thermodynamiques. Flux proportionnel au gradient électrochimique, résultant du gradient de concentration chimique et du gradient électrostatique. Obéit à la Loi de Fick : C TSR x dM/dt 1 2 𝑑𝑀 𝑑𝐶 = −𝐷 ∗ 𝐴 ∗ ou 𝑀̊ = (𝐷 ∗ 𝐴) ∗ (𝐶1 − 𝐶2 ) 𝑑𝑡 𝑑𝑥 M̊ ou dM/dt : débit moléculaire (en mmol/s). Diffusion D : coefficient de diffusion (membrane [épaisseur, surface], solvant simple [viscosité, t°, pression], soluté [liposolubilité, charge électrique], (cm²/s) ; Selon le = facilité ou difficulté avec laquelle la membrane se laisse traversée par le gradient de liquide. concentration A : surface de la membrane (cm²). chimique dC/dx : variation de C par unité de distance dx perpendiculairement à A (mmol/cm4). C2 – C1 : différence de concentration (mmol/cm3). o 1 et 2 sont deux compartiments séparés par une membrane perméable à l’eau et au substrat (les molécules rouges). o Les points rouges sont des molécules diffusibles qui vont passer progressivement de 1 en 2 pour équilibrer les concentrations. (Comme du sirop dans de l’eau contenue dans un verre). o C’est le gradient de concentration entre les compartiments 1 & 2. o Le substrat va diffuser de 1 en 2 selon son gradient de concentration suivant une distance x qui sépare l’extrémité gauche de l’extrémité droite sur le schéma. Tutorat Santé de Reims. Tous droits réservés. Contact : [email protected] Page 15 sur 29  Chapitre 1 : Composition hydrique GRADIENT ELECTROCHIMIQUE TSR → → TSR TSR Le compartiment 1 se veut analogue du compartiment intracellulaire. Exemple numérique Le compartiment 2 se veut être analogue du milieu extracellulaire. Au moment de la perméabilisation de la membrane, le Potassium va passer de 1 en 2, ce qui produit une différence de potentiel entre 1 et 2 au voisinage immédiat de la membrane. A l’équilibre, les forces chimiques faisant passer le Potassium de 1 en 2 et les forces électrostatiques tendant à retenir le Potassium en 1 vont s’annuler. A ce moment on dit que le transfert net de Potassium est nul, c'est-à-dire que globalement les échanges de Potassium entre les milieux sont équivalents. Cet équilibre est atteint lorsque la différence de potentiel entre les deux milieux est de – 90 mV ; c’est le Potentiel d’Équilibre du Potassium. Gradient de concentration chimique. Résulte de Différence de potentiel (force électrostatique). Définition du Lorsque les deux forces (chimique et électrostatique) s’équilibrent, le gradient Potentiel électrochimique s’annule, le transfert des ions cesse et la différence de potentiel d’Équilibre transmembranaire est appelée potentiel d’équilibre. Détermine le Potentiel d’Équilibre. 𝑹𝑻 𝑪𝒊𝒐𝒏 𝟏 𝑬𝒊𝒐𝒏 = − 𝑳𝒐𝒈( ) 𝒛𝑭 𝑪𝒊𝒐𝒏 𝟐 Avec : Eion : potentiel d’équilibre pour l’ion considéré (ddp 1-2). R : constante des gaz parfaits (Energie thermique/mole/° température) Loi de Nernst o 8,31 J/mol/°c = 8,31 J/mol/K T : température absolue (0°c = 273 K). z : valence de l’ion considéré. F : constante de Faraday : Charge transportée par une mole d’ion univalent ; 96 496 C Cion1 et Cion2 : concentrations de l’ion de part et d’autre de la membrane. Log = ln = logarithme népérien. Tutorat Santé de Reims. Tous droits réservés. Contact : [email protected] Page 16 sur 29  Chapitre 1 : Composition hydrique EXEMPLE DU POTASSIUM Représentation TSR TSR → schématique Gradient électrochimique = Vm – EIon = −40 − (−90) = 50 𝑚𝑉 Vm : Potentiel de membrane. Avec un potentiel de membrane à – 40 mV, sachant que le Potentiel d’Équilibre du Explications Potassium est de – 90 mV, on a un gradient électrochimique de 50 mV tendant à faire passer le Potassium de 1 en 2. À l’équilibre, il n’y a plus de gradient électrochimique et le potentiel de membrane est celui du Potassium. 2) DIFFUSION FACILITEE Concerne certaines molécules (oses, ions, Acides Aminés) Diffusion sous l’effet du gradient électrochimique. Caractéristiques Prise en charge par des protéines membranaires, des transporteurs. Modifie le facteur D de l’équation de Fick Ne consomme pas d’énergie ! TYPE DE PROTEINES TRANSPORTEUSES : TSR Selon le nombre et le sens des molécules transportées Uniport = Transport : transport d’une molécule dans un seul sens. Symport = Co-Transport : transport de 2 molécules dans un seul sens. Antiport = Contre-Transport : transport de 2 molécules en sens inverse. Selon le mode TSR de → TSR fonctionnement Bascule Modèle Pong- Ping Tutorat Santé de Reims. Tous droits réservés. Contact : [email protected] Page 17 sur 29  Chapitre 1 : Composition hydrique La pente de la courbe de vitesse de transfert par diffusion facilitée est plus importante que Mécanisme celle de la diffusion simple au départ mais saturable TSR atteint un maximum (Tmax) lorsque la protéine est saturée. 3) CANAUX IONIQUES TRANSMEMBRANAIRES Protéines transmembranaires dont l’ouverture peut dépendre d’un message chimique ou Généralités électrique : Canaux chimio-dépendants et canaux voltage-dépendant. Ne consomme pas d’Énergie. Phénomène passif. Canaux chimio - TSR dépendants Canal ouvert à condition qu’un ligand spécifique soit fixé à son récepteur spécifique. TSR Canaux voltage - dépendants Canal dont l’ouverture dépend de la différence de potentiel transmembranaire. Dépolariser une membrane = amener la ddp à une valeur – électronégative (dépolarisation membrane) Lorsque la membrane est dépolarisée, on atteint un seuil où un flux se met en place à travers les canaux ioniques voltage dépendants. TRANSPORT ACTIF Perméabilité Transport consommant de l’énergie. active TSR Exemple de la Na-K ATPase membranaire Autrement appelée pompe à sodium. Échange 3 Na+ intracellulaires contre 2 K+ extracellulaires ➔ Électrogène : échange 2 charges + contre 3. Contre les gradients ioniques (Na+ en + grande quantité en extracellulaire et K+ en + grande quantité en intra) → besoin d’énergie. Energie : fournie par hydrolyse de l’ATP. Tutorat Santé de Reims. Tous droits réservés. Contact : [email protected] Page 18 sur 29  Chapitre 1 : Composition hydrique VII. Mouvements d’eau FILTRATION TSR TSR Représentation schématique Tube en U dont les branches sont séparées par une membrane perméable (à tout). En exerçant une pression hydrostatique sur une branche du tube on réalise la filtration. Si deux compartiments contenant des solutions iso-osmolaires d’un soluté sont séparés par une membrane poreuse, en appliquant une pression à un compartiment, un flux d’eau se produit en direction du compartiment de plus faible pression. Définition Le flux d’eau est accompagné d’un flux de particules diffusibles afin de rétablir l’équilibre osmotique. On retrouve ce processus au niveau de la paroi des capillaires. PRESSION OSMOTIQUE Vu dans les forces exercées dans les compartiments liquidiens (gaz parfaits…). Rappel Définition : Pression hydrostatique qu’il faudrait exercer sur une solution pour empêcher le solvant de traverser une membrane. Osmolarité : nombre de particules osmotiquement actives par litre de solution (mOsm/L). Osmolarité Osmolalité : nombre de particules osmotiquement actives par kilogramme d’eau vs (mOsm/kg). Osmolalité Si on se trouve dans une solution aqueuse, c’est égal. Ce n’est pas le cas du plasma. 1 L de plasma = 930 mL d’eau et 70 mL de macromolécules. État stable : les compartiments hydriques ont la même osmolalité ; malgré leurs compositions ioniques différentes. Osmolalité Osmolalité normale = 300 mOsm/kg d’eau. Se mesure par cryotechnique : 1 osm/kg abaisse le point de congélation de 1°86. Osm = Cations + Anions + Glucose + urée (+ autres négligeables). Osmolarité Électroneutralité : [Cation] = [Anion]. plasmatique [Cation]extracellulaire ≈ [Na+] ≈ [Anion]extracellulaire Osm = 2 x [Na+] + Glucose + urée = 2 x 142 + 5 + 5 = 294 mosm/L Tutorat Santé de Reims. Tous droits réservés. Contact : [email protected] Page 19 sur 29  Chapitre 1 : Composition hydrique Pression osmotique liée aux solutés qui ne franchissent pas librement les limites des compartiments et dont les variations de concentration déterminent donc des Osmolalité mouvements hydriques. efficace Urée : diffuse librement au travers de la paroi capillaire et des membranes cellulaires. = Glucose : diffuse librement au travers de la paroi capillaire ; mécanisme de diffusion Tonicité facilitée pour rentrer dans la cellule (Insuline). Ions : ne franchissent pas librement la membrane cellulaire. ➔ Les ions représentent l’osmolalité efficace. Osmolalité Principalement déterminée par la [Na+]plasmatique = natrémie. plasmatique Natrémie : reflet de l’osmolalité plasmatique, mais aussi de celle de tous les efficace compartiments hydriques. VIII. Échange hydrique à travers la membrane plasmique : Tutorat Santé de Reims. Tous droits réservés. Contact : [email protected] Page 20 sur 29  Chapitre 1 : Composition hydrique ÉCHANGES HYDRIQUES AU TRAVERS DE LA MEMBRANE PLASMIQUE Nombre d’osmoles constant. Milieu Ø échange avec l’environnement. intracellulaire Hydratation des cellules dépend des variations de la composition osmotique du secteur extracellulaire. Variations dues : Milieu o Aux apports : boissons, aliments, métabolisme. extracellulaire o Aux pertes : évaporation, ions, déchets métaboliques (Fèces, urines). VARIATIONS DE SOLUTES DU SECTEUR EXTRACELLULAIRE Mouvements hydriques = état transitoire entre 2 états stables. On fera abstraction des régulations de la pression artérielle et de l’osmolalité plasmatique Généralités qui ont pour but respectivement de réguler le volume extracellulaire et le volume intracellulaire. Solution isotonique au plasma : 9 g NaCl/L 300 mosm/L. Ajout/soustraction Variation du volume extracellulaire. Soluté Pas de variation de l’osmolalité. iso-osmolaire ➔ Pas de mouvement d’eau. Variation de l’hématocrite : Volume des Hématies / Volume total ➔ Car on a ajouté ou enlevé une partie du volume total. Injection d’un soluté hypertonique au plasma (ex. : 15g NaCl/L). ↗ volume extracellulaire. ↗ l’osmolalité. Ajout ➔ Fait sortir l’eau des cellules (pour équilibrer les osmolalités). Soluté ➔ Déshydratation intracellulaire. hyperosmolaire ➔ Hyperhydratation extracellulaire. ➔ Peut-être l’effet d’un régime très riche en sel. ↘ hématocrite car ajout de liquide (dénominateur). ↘ volume extracellulaire. ↘ de l’osmolalité : car on retire + d’osmoles que de liquide. Soustraction ➔ Fait entrer l’eau dans les cellules. Soluté ➔ Hyperhydratation intracellulaire. hyperosmolaire ➔ Déshydratation extracellulaire. ↗ hématocrite car ↘ liquide total. (Expérience théorique car peu réalisable). Ex. : intoxication par l’eau. (Ce n’est pas à faire si on veut rester en bonne santé). ↗ volume extracellulaire. Ajout ↘ osmolalité. Soluté ➔ Entrée d’eau dans les cellules. hypo-osmolaire ➔ Hyperhydratation intracellulaire. ↘ hématocrite. ↘ volume extracellulaire. o Le volume extracellulaire pourra ou non être normalisé suivant l’importance de la soustraction. Soustraction ↗ osmolalité. Soluté ➔ Sortie d’eau hors des cellules. hypo-osmolaire ➔ Déshydratation intracellulaire. ➔ Normalisation ou non du volume extracellulaire. ↗ hématocrite (pas vraiment franche). Tutorat Santé de Reims. Tous droits réservés. Contact : [email protected] Page 21 sur 29  Chapitre 1 : Composition hydrique TSR État basal Ajout Soustraction TSR TSR Ajout/soustraction Soluté iso-osmolaire Schémas représentatifs des expériences décrites ci-dessus TSR TSR Ajout Soluté → hyperosmolaire TSR TSR Soustraction Soluté → hyperosmolaire TSR TSR Ajout Soluté → hypo-osmolaire TSR TSR Soustraction Soluté → hypo-osmolaire Tutorat Santé de Reims. Tous droits réservés. Contact : [email protected] Page 22 sur 29  Chapitre 1 : Composition hydrique VOLUME DU COMPARTIMENT INTRACELLULAIRE N’a pas d’échange direct avec l’environnement. Le contenu osmotique des cellules est constant. Généralités L’hydratation des cellules dépend des variations de la composition osmotique du secteur extracellulaire, c'est-à-dire principalement de la Natrémie. ↗ [Na+] Sortie d’eau des cellules. extracellulaire ➔ Déshydratation intracellulaire***. ↘ [Na+] Entrée d’eau dans les cellules. extracellulaire ➔ Hyperhydratation intracellulaire***. [NaCl] < 9 g/L. ➔ ↗ volume des Globules Rouges. Plasma ➔ Formation de sphérocytes. hypotonique Si [NaCl] < 5 g/L : éclatement des Globules rouges = hémolyse***. Il faut toujours éviter les perfusions de solutions hypotoniques, en raison des risques d’hémolyse et d’hyperhydratation intracellulaire. VOLUME DU COMPARTIMENT EXTRACELLULAIRE Natrémie : principal déterminant de son osmolalité***. L’osmolalité des liquides de l’organisme est régulée, c'est-à-dire maintenue constante. Les variations du bilan du sodium s’accompagnent donc de variations parallèles du bilan Généralités hydrique. Le capital sodé (= masse du sodium) détermine ainsi le volume du compartiment extracellulaire. ↘ Capital sodé ➔ Déshydratation extracellulaire. A Natrémie ↗ Capital sodé : constante ➔ Hyperhydratation extracellulaire. o Du capital sodé, dépend le volume extracellulaire. Hypo-osmolalité extracellulaire : ➔ Hyperhydratation intracellulaire. ➔ Hyponatrémie = hyperhydratation intracellulaire***. A Natrémie Hyper-osmolalité extracellulaire : variable ➔ Déshydratation intracellulaire. ➔ Hypernatrémie = déshydratation intracellulaire***. o De l’osmolalité extracellulaire (Natrémie) dépend le volume intracellulaire. Par excès d’eau : autant de Na+, mais dilué dans + d’eau. Par perte de Na+. Hyponatrémie ⇒ Hyperhydratation intracellulaire. ➔ « Œdème » cérébral. Par excès de Na+. Par perte d’eau. Hypernatrémie ⇒ Déshydratation intracellulaire. ➔ Souffrance cérébrale. Tutorat Santé de Reims. Tous droits réservés. Contact : [email protected] Page 23 sur 29  Chapitre 1 : Composition hydrique Est un bon reflet de l’état d’hydratation intracellulaire sauf si : o « Fausse hyponatrémie » : hyponatrémie avec osmolalité normale. Hyperprotidémie > 90 g/L : si les protéines sont ↗, le reste doit ↘ pour que ça soit =. Hyperlipidémie > 30 g/L : si les lipides sont ↗, le reste doit ↘ pour que ça soit =. Natrémie Accumulation d’autres substances osmotiquement actives (ex. : diabète déséquilibré). Natrémie = n moles Na+/ Volume plasmatique. Osmolalité = n moles de Na+ / Poids d’eau plasmatique (inchangée si fausse hyponatrémie). = n moles de Na+ / (Vplasma – Vcolloïdes) = Natrémie / [1 - (Vcolloïdes / Vplasma)] Régulation de l’osmolalité : si (Vcolloïdes / Vplasma) ↗ alors Natrémie ↘. VOLUME DU COMPARTIMENT EXTRACELLULAIRE (SUITE) Exemple du Diabète insulinoprive (diabète de type 1). o Absence d’insuline nécessaire à la diffusion facilitée du glucose au travers de la membrane cellulaire. ➔ Hyperglycémie : accumulation de glucose extracellulaire. Osmolalité = 2 x [Na+] + Glycémie + urée ➔ La glycémie va faire partie de l’osmolalité efficace (car ne peut plus traverser la membrane), elle va jouer un rôle sur les mouvements d’eau. ➔ La natrémie ne reflète plus l’osmolalité. Représentation schématique : Fausse hyponatrémie TSR Tutorat Santé de Reims. Tous droits réservés. Contact : [email protected] Page 24 sur 29  Chapitre 1 : Composition hydrique TSR Mécanismes de régulation de le Natrémie Les reins vont permettre d’adapter les sorties rénales aux entrées variables alimentaires pour que le bilan du sodium soit nul ; lequel étant sous la dépendance des mécanismes de régulation de la Pression Artérielle (PA). La PA va conditionner la sortie rénale de sodium pour que le stock reste constant. Régulation de l’osmolalité / de la Natrémie par un contrôle du volume d’eau. Si on est déshydraté, on a soif ; si on est hyper-hydraté, on augmente les sorties rénales grâce à l’hormone antidiurétique ADH dont la sécrétion dépend de l’osmolalité. ➔ Du capital sodé dépend le volume extracellulaire : contrôlé par les mécanismes de régulation de la PA. ➔ De l’osmolalité extracellulaire dépend le volume intracellulaire, régulé par l’intermédiaire d’un contrôle des entrées et sorties d’eau (soif et excrétion rénale). Tutorat Santé de Reims. Tous droits réservés. Contact : [email protected] Page 25 sur 29  Chapitre 1 : Composition hydrique IX. Échange hydrique à travers la paroi capillaire : ÉCHANGES HYDRIQUES AU TRAVERS DE LA PAROI CAPILLAIRE TSR TSR Hypothèse de Starling TSR TSR Dépend de l’activité du cœur, de la force de compression envoyée au sang. Pression Arrivée à l’entrée des capillaires, cette pression n’est plus que de 30 mmHg. hydrostatique Le long du capillaire, elles ↘. capillaire A l’extrémité veinulaire du capillaire, elle n’est plus que de 10 mmHg. Pression Est de – 5 mmHg, constante le long du capillaire. hydrostatique Est au-dessous de la pression atmosphérique (d’où le -). interstitielle Différence valant 35 mmHg à l’entrée du capillaire : 30 – (- 5). Gradient de Différence valant 15 mmHg à l’extrémité veinulaire du capillaire : 10 – (- 5). pression ↘ graduellement entre l’entrée et la sortie du capillaire. hydrostatique Cette pression tend à faire sortir le liquide car la pression dans le capillaire est >. La paroi capillaire est peu perméable aux protéines donc elles restent piégées dans le Pression vaisseau : « l’interstitium est un Ultrafiltrat plasmatique presque dépourvu de protéines ». colloïde ➔ Responsable de la pression oncotique (part de la pression colloïde). capillaire Vaut 25 mmHg (contre approximativement 0 dans l’interstitium). Tend à faire rentrer le liquide dans le capillaire. A l’entrée du capillaire : 10 mmHg tendant à faire sortir le liquide. ➔ Pression efficace de filtration : 10 mmHg. ➔ Filtration*** : 20 L / 24h. Pression A la sortie : - 10 mmHg tendant à faire entrer le liquide dans le capillaire. résultante ➔ Pression efficace de réabsorption : 10 mmHg. ➔ Réabsorption*** : 18 L / 24h + 2L par la circulation lymphatique. Résulte un mouvement de liquide : filtration à l’entrée, réabsorption à la sortie. ➔ Utile pour les cellules (échanges gazeux et de nutriments). Tutorat Santé de Reims. Tous droits réservés. Contact : [email protected] Page 26 sur 29  Chapitre 1 : Composition hydrique TSR Hypothèse de Starling (suite) La Pression oncotique ou colloïde est de 25 mmHg tout au long du capillaire. Décroissance du gradient de pression hydrostatique entre l’entrée (35 mmHg) et la sortie du capillaire (15 mmHg) favorise la filtration ou la résorption, représentée par une droite. Les triangles formés par l’aire entre le niveau de pression oncotique et le gradient de pression hydrostatique, représentent la force qui favorise les mouvements d’eau. ŒDEMES Excès de liquide interstitiel provoquant un gonflement des tissus. Il peut être localisé ou bien généralisé. Causes multiples : Généralités o ↗ pression hydrostatique capillaire. o ↘ pression oncotique (vasculaire). o ↗ perméabilité capillaire. o Obstruction de la circulation lymphatique. Si ↗ PH artériolaire ou veinulaire ou les 2 : Décalage vers l’aval du point d’équilibre entre le gradient de pression hydrostatique et la pression oncotique = ↗ surface du TSR capillaire où se produit une filtration = ↗ force efficace de filtration ; et ↘ surface du capillaire où se fait la réabsorption. ➔ Déplacement vers aval du ↗ pression capillaire du point d’équilibre hydrostatique En résumé : (= PH) ↗ Filtration et ↘ Réabsorption. capillaire ➔ Œdème. Œdèmes généralisés dans : o L’insuffisance cardiaque ⇒ congestion veineuse car la pompe (le ♡) n’expulse pas assez. o L’insuffisance rénale ⇒ par rétention hydro-sodée. Œdèmes localisés si : o Dilatation artériolaire car + de sang dans le capillaire à cet endroit. ▪ Ex. : allergies, urticaires, œdème de Quincke. o Obstruction veineuse par une thrombose, une compression ou un garrot… o Insuffisance veineuse et orthostatisme prolongé ⇒ stase veineuse. Tutorat Santé de Reims. Tous droits réservés. Contact : [email protected] Page 27 sur 29  Chapitre 1 : Composition hydrique On déséquilibre le système en faveur de la filtration car on a ↗ la force de filtration en TSR augmentant la surface capillaire où elle se produit et ↘ la force de réabsorption. En résumé : ↘ pression ↗ Filtration et ↘ Réabsorption. oncotique ➔ Œdème. Œdèmes toujours généralisés : o ↘ synthèse de protéines plasmatiques : ▪ Malnutrition : Kwashiorkor (syndrome). o Insuffisance hépatique. ↗ de la perte de protéines plasmatiques. o Syndrome néphrotique (perte d’albumine dans les urines). Les pressions hydrostatiques et oncotiques ne sont pas mises en cause, c’est un problème de la paroi des capillaires. Généralisés : ↗ o Inflammations : état de choc infectieux. perméabilité Localisés : capillaire o Traumatismes. o Venins. o Allergies. Le + souvent sont localisés : Obstruction de o Infections parasitaires : la filariose peut entraîner un éléphantiasis (membre énorme). la circulation o Compression lymphatique : par une tumeur par exemple. lymphatique o Interruption chirurgicale du drainage lymphatique lors d’un curage ganglionnaire. ▪ Ex. : gros bras après chirurgie du cancer du sein. L’œdème n’apparaît que lorsque la pression interstitielle s’élève au-dessus du niveau de la Facteurs de pression atmosphérique. protection La capacité de drainage de la circulation lymphatique est importante et peut être multipliée vis-à-vis des par 10 ou 15. œdèmes Quand le drainage lymphatique augmente, il s’accompagne d’un drainage de protéines et, par conséquent, la pression oncotique interstitielle (déjà normalement basse) diminue. TSR Formation d’œdèmes Le volume sanguin doit être > à 7 L. Au-dessus de cette valeur tout le liquide se trouve dans le milieu interstitiel et forme donc des œdèmes. Tutorat Santé de Reims. Tous droits réservés. Contact : [email protected] Page 28 sur 29  Chapitre 1 : Composition hydrique Comment utiliser ce document ? Cette fiche de cours a été réalisée à partir des cours des enseignants. Elle reprend les informations importantes et les points clés. Toutefois, elle ne remplace pas le visionnage du e-learning : c’est une fiche d’aide à la prise de notes. Nous vous conseillons de regarder les cours en annotant ce document. L’ensemble de ce document relève des législations française et internationale sur le droit d’auteur et la propriété intellectuelle. Tous les droits de reproduction de tout ou partie sont réservés pour les textes ainsi que pour l’ensemble des documents iconographiques, photographiques, vidéo et sonores. Ce document est interdit à la vente ou à la location. Sa diffusion, duplication, mise à disposition du public (sous quelque forme ou support que ce soit), mise en réseau, partielles ou totales, sont strictement réservées au Tutorat Santé de Reims. 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