Transports et équilibres microscopiques. Cas des ions. ATTENTION : Ce diaporama correspond au cours du Professeur TALBOT qui a été enseigné à la faculté de St Antoine jusqu'en 2004. Suite à l'harmonisation des programmes avec la faculté Pitié-Salpêtrière, ce cours n'est plus enseigné en P1 à la faculté St Antoine. Il reste cependant au programme de l'enseignement de P1 à la faculté Louis Pasteur, Ile Maurice.

Condition d’équilibre : Ci = 0 ° ° ° ° ° ° … ^ ° ^ ^ ° … … ^ ° ^ ° … ^ ° … ^ membrane dialysante Cas 1  diffusion Condition d’équilibre : Ci = 0 27/01/04 Equilibre des ions

membrane imperméable aux solutés (hémiperméable) mobile ° ° ° ° ° ° ^ … ^ … ^ ° ^ ^ ° … … … ° ^ ° ^ ° membrane imperméable aux solutés (hémiperméable) mobile Cas 2  osmose, Condition d’équilibre : eff = 0 éventuellement par variation de volume 27/01/04 Equilibre des ions

 Cas 3  osmose eff = 0 impossible condition d’équilibre : O exercer une surpression  = RT eff ° ° ° ° ° ° O O ^ ^ O ° ^ ° ° ^ … ^ ° ° … O … membrane dialysante 27/01/04 Equilibre des ions

Equilibre Cas 4, état initial  U membrane dialysante O- 27/01/04 Eau pure Eau pure O+ O+ O- O- O- O+ O- O+ O- O- O- O- O+ membrane dialysante U Equilibre Cas 4, état initial 27/01/04 Equilibre des ions

Etat final Cas 5, Equilibre de Donnan  U membrane dialysante - - O+ O+ - O+ O- O+ O+ - O+ O+ - O- - O- O+ O+ O+ O+ - O+ O- O- O+ O+ O+ O- O+ O- - - O+ O+ O+ - O- O+ O- - O- - O- O+ O+ U membrane dialysante Etat final Etat initial 27/01/04 Equilibre des ions

Electroneutralité de chaque solution Non égalité des concentrations de chaque ion diffusible de part et d’autre de la membrane Pression osmotique augmentée par rapport à RT  de la macromolécule neutre 27/01/04 Equilibre des ions

Différence de potentiel de part et d’autre de la membrane : V2 – V1 = - RT ln [ ]i2 ziF [ ]i1 où zi et [ ] i : charge en e et activité de chaque ion diffusible   Exemple : Si Na+ Cl- et Naz R- NazR  zNa+ + RZ- On a : V2 – V1 = - RT ln [Na+]2 = RT ln [Cl-]2 F [Na+]1 F [Cl-]1 d’où [Na]1 = [Cl]2  1  rapport de Donnan. [Na]2 [Cl]1 Plus il est différent de 1, plus l’effet Donnan est marqué. 27/01/04 Equilibre des ions

Le macro ion « repousse » les ions de son signe de l’autre côté de la membrane Le potentiel de Donnan V2 – V1 est tel que le côté de la membrane où est présent le macroion non diffusible se charge de son signe 27/01/04 Equilibre des ions

Concentration des ions dans le secteur extracellulaire Valeurs moyennes chez l’homme pour un rapport de Donnan = 0,95 27/01/04 Equilibre des ions

Eau de l’organisme en 3 secteurs Extérieur Intérieur Extracellulaire Intracellulaire Plasmatique Interstitiel Na+  3 L  10 L » 30 L ¬ Cl- ® Petits ions négatifs Tube digestif K + Protéines Protéines ¬ © Petits ions négatifs Peau (poumon) Pression ¬ Rein Membrane capillaire (dialysante) Membrane cellulaire 27/01/04 Equilibre des ions

Flux d’eau entre secteur plasmatique et secteur interstitiel, au niveau de la membrane des capillaires Des pressions s’opposent : Pression hydrostatique Le cœur exerce pour le sang le rôle d’une (double) pompe : la circulation sanguine se fait le long d’un gradient de pression depuis la sortie d’un ventricule jusqu’au retour dans l’oreillette du côté opposé (VG  OD = grande circulation, VD  OG : petite circulation) (Harvey 17ème siècle) 27/01/04 Equilibre des ions

Pression (kPa) Petite circulation Pression (kPa) Grande circulation 1,5 0,1 VD OG Petite circulation Pression (kPa) 17 13 10 0,4 VG OD Grande circulation 27/01/04 Equilibre des ions

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Mesure clinique de la pression artérielle (« TA ») Artère ouverte Artère collabée Bruit Méthode du brassard PD PS Pression exercée par le brassard Sujet allongé au repos 27/01/04 Equilibre des ions

Rappels d’hydrodynamique (cf cours de physique) Régime d’écoulement : R = r V r   viscosité en Pa. s (= 10-3 eau)  4.10-3 sang Si R  1 200  régime laminaire Si R  5 000  turbulent  « bruits » En régime laminaire, la pression chute en fonction du débit Q selon la loi de Poiseuille : Q  =  r4 E  perte de charge (=P si conduit horizontal) 8 l Au repos, même dans l’aorte, le régime d’écoulement est laminaire : V = 0,25 à 0,3 m/s, V limite pour régime laminaire  0,5 m/s  bruits auscultatoires si effort, sténose, anémie … 27/01/04 Equilibre des ions

Osmose + Donnan : pression oncotique Il existe des ions non diffusibles (protéinates) dans le secteur vasculaire  tout se passe comme si une quantité de petits ions était elle aussi devenue non diffusible  pression oncotique () du plasma qui est supérieure à la pression osmotique des protéines 27/01/04 Equilibre des ions

Phénomène de Starling : Intracellulaire P interstitiel P Différence de pression hydrostatique : P = P sang - P interstitiel   plasma capillaire artériole veinule  : pression oncotique des protéines. Ordre de grandeur (circulation systémique) : Artériole P  5 k Pa. Veinule P  2 k Pa. Pression oncotique  3,5 k Pa. La pression du sang diminue du fait de la résistance à l’écoulement, du capillaire artériel vers le capillaire veineux. 27/01/04 Equilibre des ions

Pathologie : oedèmes Avec hypervolémie (hyper hydratation extracellulaire globale) Excès d’apport hydrosodé Insuffisance d’élimination : IR oligoanurique 27/01/04 Equilibre des ions

Avec hypovolémie (diminution du volume plasmatique) Augmentation de la pression veineuse (obstacle, compression, thrombose de la veine cave). Insuffisance cardiaque D = oedèmes des membres … G = OAP Diminution de la pression oncotique : Hypoprotidémie (carence d’apport, insuffisance hépatique, protéinurie) Paroi capillaire anormalement perméable aux protéines : maladies inflammatoires, toxiques 27/01/04 Equilibre des ions

L’augmentation de volume du secteur interstitiel va entraîner une augmentation de la pression hydrostatique dans ce secteur, d’où une diminution de la différence de pression hydrostatique entre sang et liquide interstitiel et un ralentissement de l’expansion du liquide interstitiel. La prise de poids peut cependant être supérieure à 10 kg chez l’adulte. 27/01/04 Equilibre des ions

Régulation : échanges hydrosodés au niveau du rein L’unité fonctionnelle du rein est le néphron La filtration glomérulaire Glomérule = membrane dialysante. L’ultrafiltration du plasma (c’est-à-dire transport microscopique avec P plus sélectivité de la membrane) donne naissance à l’urine primitive qui ne contient pas de protéines. Les ions y seraient presque à même osmolalité que dans l’eau du plasma mais l’effet Donnan joue : Na = 153 mmol/L ou kg d’eau contre natrémie : 142 mmol/L de plasma. Le volume d’urine primitive est très important : 170 L/j. 27/01/04 Equilibre des ions

Cette régulation fait intervenir deux hormones : Remaniement au niveau des tubules par réabsorption d’eau, excrétion ou réabsorption de solutés Celui qui joue un rôle majeur pour les volumes des compartiments liquidiens et le mouvement d’eau est Na+. Il y a régulation par le rein du capital hydrosodé extracellulaire (donc de l’organisme). Cette régulation fait intervenir deux hormones : L’aldostérone, hormone stéroïde produite par la corticosurrénale qui favorise la réabsorption du sodium et donc le maintien de la volémie L’hormone antidiurétique ou ADH, hormone peptidique produite par la posthypophyse qui réduit le volume des urines en rendant le tube collecteur perméable à l’eau. 27/01/04 Equilibre des ions

Flux d’eau facilité par ADH ADH Aldostérone 300 200 Glomérule Tube collecteur TCD TCP 300 300 100 250 ADH 600 600 400 Flux d’eau 650 Flux d’eau facilité par ADH 900 700 ADH 950 Diffusion passive de Na Transport actif de Na 1200 1200 Régulation par une hormone Anse de Henlé