Le milieu Intérieur TD 1-2 Février 2015 Biologie Appliquée Le milieu Intérieur TD 1-2 Février 2015 Stéphanie Sigaut, INSERM U1141 Stephanie.sigaut@inserm.fr

Les compartiments hydrique de l’organisme tube digestif poumon A rein A quels compartiments correspondent A, B, C et D sur le schéma ? Quels compartiments composent le milieu intérieur ? Quel % de l’eau corporelle totale constitue le milieu intérieur ? Citez quelques facteurs qui peuvent modifier le volume total de l’eau corporelle. Des échanges ont lieu entre ces différents compartiments, quel en est le but ? C B membrane plasmique A= plasma ; B= liquide interstitiel ; C= lymphe ; D= liquide intracellulaire le milieu intérieur est composé du plasma, de la lymphe et du liquide interstitiel = 1/3 de l’eau corporelle Baisse apport – augmentation des sorties - croissance But échange = ditribué les éléments nécessaires à la survie des cellules et éliminer les déchets D

Les compartiments hydriques de l’organisme Le maintien quasi constant du volume des liquides de l’organisme et la stabilité de leur composition est essentiel +++ C’est l’homéostasie Il y a en permanence des échanges de liquide et de substances dissoutes entre l’environnement et entre les différents compartiments Pour cela, équilibre entre entrées et sorties mais aussi : 1- régulation de la répartition du liquide entre les compartiments intra et extra cellulaires 2- régulation de la répartition du liquide extracellulaire entre les compartiments plasmatique et interstitiel

1- Les échanges entre LIC et LEC à travers la membrane plasmique 1. Définissez le processus qui est à la base des échanges entre LIC et LEC ? 2. Complétez les schémas ci-dessous en remettant les molécules dans l’ordre sur l’échelle de droite 3. Qu’est ce qu’une substance osmotiquement active ? Quel en est la conséquence sur les mouvements d’eau ? Membrane Plasmique Coefficient de diffusion (cm/sec ) A Perméabilité haute B 10-2 Molécules polaires de grosse taille (sucres) 10-4 Petites molécules polaires (eau, urée) 10-6 Diffusion simple (à travers la membrane = molécules liposolubles) et facilité (grâce à une molécule de transport = un canal par ex) Ordre de haut en bas sur échelle : gaz, mol hydrophobes, petites mol polaires, grosses mol polaires, mol chargées Gaz, petites molécules polaires et molécules hydrophobes = non osmotiquement actifs = diffuse librement Ions et grosses molécules chargées = osmotiquement actives = ne diffuse pas librement Osmose : diffusion d’eau à travers mb semi-perméable en fonction du gradient de concentration des solutés Mb cellulaire plus perméable à l’eau qu’aux solutés : gradient osmotique entre compartiments intra et extra cellulaire, eau va diffuser du moins concentré au plus concentré Molécules hydrophobes (Benzène, Acides gras, Vitamines, Hormones stéroïde) 10-8 Gaz (CO2,O2 ) 10-10 Molécules chargée (ions) 10-12 Perméabilité faible Adapté de Molecular Biology of the Cell.4th edition. Alberts B, Johson A, Lewis J, et al.

Osmolarité L'osmolarité (θ ) correspond à la concentration de molécules osmotiquement actives dans une solution Pour une substance non dissociée : θ = concentration molaire Pour une substance dissociée θ = concentration molaire x nb d'ions de la dissociation Ex : - tu dissous 5 mol de glucose dans un litre d'eau, le glucose n'est pas dissocié donc θ = 5 osmol/l -tu dissous 5 mol de NaCl, il va se dissocier en Na+ et Cl- donc en 2 ions différents donc θ =2x 5=10 osmol/l

L’osmose en quelques définitions L’osmose désigne le phénomène qui entraîne la diffusion de l’eau à travers une membrane hémiperméable qui sépare deux solutions de concentration inégales en solutés. Une membrane hémiperméable laisse passer le solvant et non les solutés. Dans ces conditions, l'eau a tendance à se déplacer de la solution la moins concentrée (solution hypoosomotique) vers la solution la plus concentrée (solution hyperosmotique). Les solutions qui contiennent des concentration égales de solutés sont dites isoosmotique.

La tonicité Elle est une mesure de la capacité d’une solution à modifier le volume d’une cellule. Une solution ISOTONIQUE n’affecte pas le volume cellulaire. Dans une solution HYPOTONIQUE les cellules gonflent (turgescence) puis éclatent (hémolyse), Dans une solution HYPERTONIQUE les cellules se rétractent (plasmolyse).

Les compartiments hydriques de l’organisme 1- L’analyse de la composition électrolytique dans les compartiments hydriques de l’organisme a donné le schéma suivant. Sur la base de vos connaissance, pouvez vous définir la légende ? 2- Quelle molécule est principalement responsable de l’osmolarité extracellulaire ? Et intracellulaire ? Bleu = plasma Rouge = liquide interstitiel Vert = liquide intracellulaire Quasi égalité de l’osmolarité de tous les liquides corporels (sauf urine et sueur) = environ 300 mmosmoles/L Osmolarité extracellulaire : sodium et anions associés (NaCl) Osmolarité intracellulaire : potassium et anions associés

Application : gain de liquide isotonique Perfusion de 3L de soluté isotonique

Application : gain de liquide isotonique Perfusion de 3L de soluté isotonique Osmolarité inchangée Augmentation du volume extracellulaire Pas de déplacement d’eau donc LIC inchangé

Application : perte de liquide isotonique Saignement de 3L

Application : perte de liquide isotonique Saignement de 3L Osmolarité inchangée Diminution du volume extracellulaire Pas de déplacement d’eau donc LIC inchangé

Application : gain d’eau pure Ingestion de 3L d’eau

Application : gain d’eau pure Ingestion de 3L d’eau pure Augmentation du volume extracellulaire et baisse de l’osmolarité extracellulaire Donc déplacement d’eau

Application : gain d’eau pure Ingestion de 3L d’eau pure A l’équilibre : augmentation des volumes intra et extra cellulaire et baisse de l’osmolarité intra et extra cellulaire

Application : perte d’eau pure Diurèse de 3L d’eau pure (diabète insipide)

Application : perte d’eau pure Diurèse de 3L d’eau pure (diabète insipide) Baisse du volume extracellulaire et augmentation de l’osmolarité extracellualire Donc déplacement d’eau

Application : perte d’eau pure Diurèse de 3L d’eau pure (diabète insipide) A l’équilibre : baisse des volumes intra et extra cellulaires et augmentation de l’osmolarité intra et extra cellulaire

Exercices Exercice 1 : Les échanges à travers la membrane cellulaire 1. Calculer la concentration osmolaire des deux solutions suivantes : Solution 1 contenant 585mg de NaCl (MM=58,5g.mol-1 ) et 1800mg de glucose (MM=180g.mol-1 ) Solution 2 contenant 1906mg de MgCl2 (MM=95,3) On considère que le volume final est de 1L dans les deux cas. 2. Les deux solutions sont mises dans deux compartiments d’un bac, séparés par une membrane perméable à toutes les molécules du système (aidez vous avec un dessin!) Est-ce qu’il y aura un mouvement d’eau et/ou de soluté entre les deux compartiments? Dans quelle direction? 3. Et si la membrane est hémiperméable? 4. Dites en argumentant, à quelle solution (1 ou 2) vous ajouteriez l’une des solutions suivantes pour obtenir une même concentration osmotique dans les deux compartments a.du NaCl b. de l’urée c. du glucose 5. Comment sont appelées deux solutions avec la même concentration osmotique ?

Exercices 2 : l’osmolarité, l’osmolalité et la contribution osmotique des solutés du sang 1. Calculez l’osmolarité du plasma, sachant que les principales substance à en être responsables sont : [Na]plasmatique ≈ 140mM [urée]plasmatique ≈ 5mM [glucose]plasmatique ≈ 5mM 2. Puisqu’un litre de plasma contient 0,93L d’eau (le volume restant est occupé surtout par les protéines), calculez son osmolalité. 3. Calculez aussi l’osmolarité plasmatique efficace, qui est liée au nombre des particules osmotiquement active du plasma( ne diffusant pas à travers la membrane cellulaire). Remarque : l’osmolarité néglige le volume occupé par les solutés

Exercice 3: La tonicité (ou osmolarité efficace) Des globules rouges sont placés dans des tubes contenants les solutions suivantes A.NaCl 3 g.L-1 (MM= 58,5 g.mol-1) B.NaCl 9 g.L-1 B.NaCl 15 g.L-1 B.Glucose 5,5 g.L-1 (MM= 180 g.mol-1) B.Urée 6 g.L-1 (MM= 60 g.mol-1) 1. Calculez l’osmolarité de chaque solution et indiquez l’osmoticité et la tonicité par rapport au milieu intracellulaire. 2. Sachant que l’osmolarité intracellulaire des globules rouges est de ~290mOsm.L-1 , dites comment variera le volume des hématies dans chaques cas.

3. les images ci-dessous ont été obtenues par observation des hématies placées dans trois solutions différentes A partir de ces images, et sur la base de vos connaissances, quelles conclusions pouvez vous tirer quant au propriétés de telles solutions ? Argumentez votre réponse. 4.Quels conclusions pouvez vous tirer quant à la contribution du NaCl, glucose et de l’urée à l’osmoticité et la tonicité ( osmolarité efficace) d’une solution?

Exercice 4 : Les échanges à travers la membrane cellulaire

Exercice 5 : Les échanges LEC et LIC

2- Echanges entre plasma et liquide interstitiel à travers la paroi capillaire Qu’est-ce qui constitue la paroi des capillaires sanguins ? Comment diffuse les substances liposolubles à travers la paroi capillaire ? Comment diffuse les substances hydrosolubles à travers la paroi capillaire ? Quel est le facteur principal influençant leur passage ? Cellules endothéliales Diffusion à travers la mb cellulaire Diffusion à travers les pores de la paroi capillaire – la taille

2- Echanges entre plasma et liquide interstitiel à travers la paroi capillaire Largeur moyenne de 6 à 9 nm La plupart des solutés diffusent donc très facilement par les pores sauf les protéines du plasma qui ont un diamètre supérieur La pression osmotique dans le capillaire est donc généré par ces protéines, on l’appelle alors pression oncotique Variations : jonctions étanches au niveau cérébral ne laissant passer que les très petites molécules (eau, oxygène) ; fentes très larges dans les capillaires du foie laissant passer les protéines

2- Echanges entre plasma et liquide interstitiel à travers la paroi capillaire Membrane plasmique Gaz, Petites molécules polaires Gaz, Petites molécules polaires, grosses molécules polaires, molécules chargées Grosses molécules polaires, molécules chargées Membrane cellulaire plus perméable à l’eau qu’aux solutés > transferts d’eau sous l’influence du gradient de pression osmotique Paroi capillaire très perméable à l’eau et aux solutés du fait des pores > transferts d’eau sous l’influence des gradients de pression osmotique ici appelée oncotique car générée par les protéines et de pression hydrostatique Protéines Gradient de pression oncotique Gradient de pression osmotique

2- Echanges entre plasma et liquide interstitiel à travers la paroi capillaire Un autre gradient de pression intervient dans le passage de liquide à travers la paroi capillaire, quel est-il ? Quel est la loi qui détermine le passage de liquide à travers la paroi capillaire ? Gradient de pression hydrostatique = pression exercée par les fluides sur la paroi Loi de starling

Q = Kf[(Pc-Pi)-(πc-πi)] 2- Echanges entre plasma et liquide interstitiel à travers la paroi capillaire La loi de Starling : Q = Kf[(Pc-Pi)-(πc-πi)] Pc πc Kf, le coefficient de filtration Pc , la pression hydrostatique capillaire Pi , la pression hydrostatique interstitielle σ, le coefficient de réflexion (dépend de la membrane et de la molécule) πc , la pression oncotique capillaire πi , la pression oncotique intestitielle. La pression hydrostatique capillaire tend à faire sortir le liquide hors du capillaire, la pression hydrostatique interstitielle tend à faire rentrer le liquide La pression oncotique capillaire tend à faire rentrer le liquide, la pression oncotique interstitielle tend à faire sortir le liquide Pi πi

2- Echanges entre plasma et liquide interstitiel à travers la paroi capillaire Voici les forces en présence du côté artériel du capillaire : Pression hydrostatique capillaire = 30 mmHg Pression hydrostatique interstitielle = -3 mmHg Pression oncotique capillaire = 28 mmHg Pression oncotique interstitielle = 8 mmHg Quel effet tendent à avoir chacune de ces forces sur le transfert de liquide ? Quelle est la valeur de la sommation des forces ? Dans quel sens le flux de liquide va t’il se faire ? Pc Pi πi : tendent à faire sortir le liquide Πc : tend à faire rentrer le liquide Somme = 13 Force net dirigée vers l’extérieur = pression de filtration

2- Echanges entre plasma et liquide interstitiel à travers la paroi capillaire Voici les forces en présence du côté veineux du capillaire : Pression hydrostatique capillaire = 10 mmHg Pression hydrostatique interstitielle = -3 mmHg Pression oncotique capillaire = 28 mmHg Pression oncotique interstitielle = 8 mmHg Quel effet tendent à avoir chacune de ces forces sur le transfert de liquide ? Quelle est la valeur de la sommation des forces ? Dans quel sens le flux de liquide va t’il se faire ? Pc Pi πi : tendent à faire sortir le liquide Πc : tend à faire rentrer le liquide Somme = 7 Force net dirigée vers l’intérieur = pression de réabsorption

Rôle du système lymphatique Différence entre pression de filtration au niveau artériel et pression de réabsorption au niveau veineux du capillaire Du liquide filtré est donc non réabsorbé ≈ 2 ml/min Drainé par les vaisseaux lymphatiques puis retourné par le conduit thoracique dans le compartiment plasmatique au niveau de la circulation veineuse Constance des volumes des deux compartiments à l’équilibre

Exercice 6 : les échanges entre le plasma et le liquide interstitiel La membrane du capillaire est une membrane dyalisante, laissant passer l’eau et les petites molécules (eg. Électrolytes). Quels sont les facteurs qui influencent les échanges d’eau entre le plasma et le liquide interstitiel? Indiquez comment sur le chemin ci-dessus. 2.Quels sont à votre avis les effets d’une augmentation de la pression veineuse? 3. Et d’une hypoalbuminémie? Modifiez de façon appropriée le schéma.

Exercice 7 : Les échanges entre le plasma et le liquide interstitiel