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.

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Equilibre des ions 2

Cas 1 diffusion Condition d’équilibre : Ci = 0

° ° ° °

° °

°

°

°

°

° ^

^

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^

^

^

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…

…

…

…

…

membrane dialysante

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Equilibre des ions 3

Cas 2 osmose,Condition d’équilibre : eff = 0éventuellement par variation de volume

° ° ° °

° °

°

°

° °

° ^

^

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^

^

^

^

… …

…

…

…

membrane imperméable aux solutés (hémiperméable) mobile

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Equilibre des ions 4

Cas 3 osmose eff = 0 impossible condition d’équilibre :

exercer une surpression

= RT eff

° ° ° °

° °

°

°

°

° °

^

^

^

O O ^

^

…

O

…

…

O

membrane dialysante

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Equilibre des ions 5

Cas 4, état initial

Eau pure O-

membrane dialysante

O-

O-

O-

O-

O-

Eau pure

O-

U

O-

O-

O-

O-

O-

Equilibre

O+ O+

O+

O+

O+

O+

O+

O+

O+

O+

O+

O+

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Equilibre des ions 6

Cas 5, Equilibre de Donnan

O-

O+

membrane dialysante

O-

O-

O-

O-

O-

O+

O+

O+

O-

O-

O-

O-

O- O-

Etat final

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

U

Etat initial

O+

O+

O+

O+

O+

O+

O+

O+

O+

O+ O+

O+

O+

O+

O+

O+

O+

O+

O+

O+

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Equilibre des ions 7

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

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Equilibre des ions 8

Différence de potentiel de part et d’autre de la membrane :

Plus il est différent de 1, plus l’effet Donnan est marqué.

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

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Equilibre des ions 9

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

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Equilibre des ions 10

Concentration des ions dans le secteur extracellulaire

Valeurs moyennes chez l’homme pour un rapport de Donnan = 0,95

Plasma Liquide interstitiel

Molarité (mmol/L)

Molalité (mmol/kg) (mmol/L ou mmol/kg)

Na+ 142 153 145 K+ 4 4,3 4

Ca++ 2,5 2,7 1,3

dont environ la moitié liée aux protéines :

non dialysable

Cl- 103 110 116 HCO-

3 24 26 27

Prot- 1 1 0

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Equilibre des ions 11

Eau de l’organisme en 3 secteurs Extérieur

Intérieur

Extracellulaire

Intracellulaire

30 L

K+

Protéines

Protéines

Pression

Rein

Membrane cellulaire

10 L

Tubedigestif

Petits ions négatifs Peau(poumon)

Na+

Cl-

Petits ions négatifs

Membrane capillaire(dialysante)

3 L

Plasmatique Interstitiel

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Equilibre des ions 12

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)

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Equilibre des ions 13Grande circulation

OD

0,4

10

13

17

VG

Pression (kPa)

0,1

OGVD

1,5

Petite circulation

Pression (kPa)

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Equilibre des ions 14

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Equilibre des ions 15

Mesure clinique de la pression artérielle (« TA »)

Sujet allongé au repos

PSPD

Bruit

Méthode du brassard

Pression exercée par le brassard

Artère ouverte Artère collabée

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Equilibre des ions 16

Rappels d’hydrodynamique (cf cours de physique)

– Régime d’écoulement : 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 …

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Equilibre des ions 17

– 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

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Equilibre des ions 18

Phénomène de Starling :

Intracellulaire

interstitiel

plasma

artériole veinule

Différence de pression hydrostatique :P = P sang - P interstitiel

 : 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.

P P

La pression du sang diminue du fait de la résistance à l’écoulement, du capillaire artériel vers le capillaire veineux.

capillaire

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Equilibre des ions 19

Pathologie : oedèmes

Avec hypervolémie (hyper hydratation extracellulaire globale)

– Excès d’apport hydrosodé

– Insuffisance d’élimination : IR oligoanurique

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Equilibre des ions 20

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

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Equilibre des ions 21

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.

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Equilibre des ions 22

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.

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Equilibre des ions 23

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.

300 300 100

250

600 600 400

650

900 700

950

1200

1200

Glomérule

TCP TCD

Anse de Henlé

Tube collecteur

Flux d’eau

Diffusion passive de Na

Transport actif de Na

Flux d’eau facilité par ADH

200

300

Aldostérone

ADH

ADH

Régulation par une hormone