Equilibre hydro-sodé 1. CONTRÔLE DE L’EQUILIBRE HYDRO-SODE Osmolalité efficace Modélisation de l’équilibre hydro-sodé Relation d’EDELMAN Régulation de l’hydratation Thierry PETITCLERC Biophysique du milieu intérieur PCEM1 – Université Paris 6

Osmolalité efficace Définition 1) Les solutés non osmotiquement efficaces sont (par définition) les solutés qui, comme l'eau, diffusent librement et rapidement entre les compartiments liquidiens de l'organisme (exemple : urée). 2) osmolalité efficace (ou tonicité) [osMeff] : [osMeff] = [osM] – [osMnon-eff] en pratique : [osMeff] = [osM] – [urée] = [ions] + [glucose] ~ 300 mosm/L

3) Une solution isotonique (resp 3) Une solution isotonique (resp. hypertonique, hypotonique) est une solution dont la tonicité (= osmolalité efficace) est à peu près égale (resp. très supérieure, très inférieure) à celle du plasma. Ne pas confondre : - solution isotonique - solution iso-osmolaire Exemple : une solution 0,15 M de glucose et 0,15 M d’urée est à peu près iso-osmolaire au plasma, mais très hypotonique : son osmolalité efficace (150 mosm/L) est largement inférieure à celle du plasma (~ 300 mosm/L).

b) Propriété L’eau réalise son équilibre de diffusion. Donc : - sa fraction molaire (et donc l’osmolalité totale) est la même dans tous les compartiments liquidiens : [osM]IC = [osM]EC Les solutés non osmotiquement efficaces réalisent leur équilibre de diffusion. Donc : - leur fraction molaire (et donc leur concentration molale) est la même dans tous les compartiments liquidiens. - l’osmolalité non efficace est la même dans tous les compartiments liquidiens : [osMnon-eff]IC = [osMnon-eff]EC En conséquence : [osM]IC - [osMnon-eff]IC = [osM]EC - [osMnon-eff]EC soit : [osMeff]IC = [osMeff]EC L’osmolalité efficace [osMeff] est la même dans tous les compartiments liquidiens de l’organisme. Dans le compartiment extracellulaire, une variation de volume : n'est pas nécessairement due à un transfert d'eau à travers la membrane cellulaire peut aussi être dû à un transfert (apport ou perte) d'eau à partir du milieu extérieur et ce transfert d'eau peut être accompagné d'un transfert de solutés.

c) Intérêt : 1) Dans le compartiment cellulaire, une variation de l'hydratation ne peut être due qu'à un transfert d'eau à travers la membrane cellulaire, qui ne peut être dû qu'à une modification de l'osmolalité efficace. Donc : Variations [osMeff] ↔ Variations hydratation cellulaire 2) L'organisme sait mesurer les variations de l'hydratation cellulaire (osmorécepteurs thalamiques). Dans le compartiment extracellulaire, une variation de volume : n'est pas nécessairement due à un transfert d'eau à travers la membrane cellulaire peut aussi être dû à un transfert (apport ou perte) d'eau à partir du milieu extérieur et ce transfert d'eau peut être accompagné d'un transfert de solutés.

Modélisation de l’équilibre hydro-sodé simplicité modèle hypothèses a) Notations précision m = stockNa c = natrémie b) Hypothèses I) L’eau et les solutés non osmotiquement efficaces réalisent à tout instant leur équilibre de diffusion. II) L’osmolalité extracellulaire efficace est proportionnelle à la natrémie. III) Le stock K d’osmoles intracellulaires osmotiquement efficaces est constant. IV) La quantité de sodium intracellulaire est constante.

c) Résultats d) Conclusions : I) [osMeff]ic = [osMeff]ec II) [osMeff]ec =  c cVi = constante m =  (cV) III) [osMeff]ic Vi = K IV) m =  (cVe) d) Conclusions : - 1) la natrémie est inversement proportionnelle à l’hydratation cellulaire. - 2) A volume constant : soit : Le volume de distribution apparent d’une charge sodée est l’eau totale.

Relation d’EDELMAN : démonstration Notations : Soit K le stock d’osmoles efficaces intracellulaires (potassium etc. + les anions) Soit M le stock d’osmoles efficaces extracellulaires (sodium, glucose, solutés exogènes etc. + les anions) Conséquence : soit : Hypothèses : K = 2 * stockK M = 2 * stockNa [osMeff] = 2 * natrémie Conséquence : (relation d’Edelman)

Relation d’EDELMAN : Les principaux déterminants de la natrémie 1) LE STOCK HYDRIQUE (V) (peut varier rapidement) - Une surcharge hydrique est à l’origine d’une hyponatrémie. 2) LE STOCK SODE (stockNa) (peut varier rapidement) - Un déficit sodé a tendance à provoquer une hyponatrémie. 3) LE STOCK POTASSIQUE (stockK) (ne peut pas varier rapidement) - un déficit en potassium est à l’origine d’une hyponatrémie.

Relation d’EDELMAN : Volume de distribution d’une charge sodée D’où : D(cV) = D (stockNa) + D (stockK) a) Hypothèses : 1) Le stock K d’osmoles intracellulaires est constant (hypothèse vérifiée en dehors d’une déplétion potassique intense). Donc : D(cV) = D m avec : Dm = D (stockNa) 2) V est constant : D(cV) = V D c b) Résultat : VDc = Dm soit : c) Conclusion : Le volume de distribution d’une charge sodée est l’eau totale.

Régulation de l’hydratation a) Données 1) L’organisme a la possibilité d’ajuster rapidement le stock hydrique V et le stock sodé m (donc le stock M d’osmoles efficaces extracellulaires) alors que le stock K d’osmoles efficaces intracellulaires n’est pas rapidement ajustable parce qu’il se trouve dans un compartiment liquidien non ouvert sur l ’extérieur. 2)

Régulation de l’hydratation b) Résultats : 1) - L’organisme peut réguler Vi en ajustant M ou V. Il le fait en ajustant le stock hydrique V. 2) - L’organisme peut réguler Ve en ajustant M ou V. Il le fait en contrôlant le stock sodé et donc en ajustant M.

Régulation de l’hydratation : Principe d’une boucle de régulation Variable régulée Calcémie ionisée Variable ajustée Effecteur Hormone (PTH) Stock calcique Variable contrôlée Calciurèse - Les variations de la variable régulée doivent pouvoir être mesurées.

Contrôle du bilan hydrique volume extracellulaire stock sodé hydratation cellulaire (osmolalité efficace) Centres de la soif natrémie ADH stock hydrique apports hydriques excrétion urinaire d’eau - la variable régulée est l’hydratation cellulaire.

Contrôle du bilan sodé osmolalité efficace (hydratation cellulaire) stock hydrique natrémie volémie efficace volume extracellulaire Hormones natriurétiques stock sodé natriurèse - l’organisme ne sait pas mesurer l’hydratation extracellulaire. - la variable régulée est la volémie efficace (pression de perfusion sanguine au niveau d'organes cibles : reins etc.)

Régulation de l’hydratation cellulaire - Une valeur correcte de l’hydratation cellulaire peut être obtenue par un ajustement adéquat du stock hydrique. - La boucle de contrôle du bilan hydrique n’a pas pour objectif de réguler le stock hydrique de l’organisme. Elle a pour objectif de réguler l’hydratation cellulaire par un ajustement adéquat du stock hydrique. - Un trouble du bilan hydrique correspond à une situation dans laquelle ce contrôle ne parvient pas à son objectif et est donc défini comme un trouble de l’hydratation cellulaire.

Régulation de l’hydratation extracellulaire - Une valeur correcte de l’hydratation extracellulaire peut être obtenue par un ajustement adéquat du stock sodé. - La boucle de contrôle du bilan sodé n’a pas pour objectif de réguler le stock sodé de l’organisme. Elle a pour objectif de réguler l’hydratation extracellulaire en tentant d’assurer la stabilité de la volémie efficace par un ajustement adéquat du stock d’osmoles efficaces extracellulaires. - Un trouble du bilan sodé correspond à une situation dans laquelle ce contrôle ne parvient pas à son objectif et est donc défini comme un trouble de l’hydratation extracellulaire.