U.E. 3 bis : Biophysique & Physiologie Fiches de Cours de Polys/2013... · 133, Route de Narbonne...

Tutorat Associatif Toulousain 133, Route de Narbonne

31062 TOULOUSE CEDEX

Année universitaire 2013 - 2014

P.A.C.E.SP.A.C.E.S

U.E. 3 bis : Biophysique & PhysiologieU.E. 3 bis : Biophysique & PhysiologieFiches de CoursFiches de Cours

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En aucun cas le contenu de ce polycopié ne pourra engager la responsabilité de la faculté de médecine ou de mesdames et messieurs les professeurs.

Ce polycopié a été réalisé par :

Jean-Christophe LECOMTEMarie ESTEBEMarine WEYL

Remis à jour durant l'été 2013 par :Pauline MARCHETTOPauline CALVATRoxanne DESQUINESAmélie BROUCKEVénus BANITAHMASEBWasfi FILLALI

Compilé par Claudia TAILHADES


Sommaire

1ère partie : Physique de la matiere vivante ou pre-requis à page 6l’étude des aspects fonctionnels ( Pr VICTOR )

– Fiche 1 : Coexistence et transition de phase des corps purs – Fiche 2 : L'eau, fluide atypique– Fiche 3 : Diffusion– Fiche 4 : Contrôle du pH par système tampon– Fiche 5 : Dynamiques des fluides

2ème partie : Physiologie des compartiments liquidiens de page 20l’organisme (Pr TACK) :

- Fiche 1 : Unités de mesures de concentrations des solutions : Concentration pondérale – Molarité – Molalité

- Fiche 2 : Compartiments liquidiens, volumes et barrières- Fiche 3 : Méthodes de mesures des différents volumes liquidiens.- Fiche 4 : Notion d'osmose, pression osmotique- Fiche 5 : Echanges transcapillaires et équation de Starling- Fiche 6 : Oedèmes : génération et limitation- Fiche 7 : Bilans hydriques- Fiche 8 : Application : les cas cliniques

3ème partie : Bases de la physiologie nerveuse (Pr ARNAL) page 40

- Fiche 1 : Introduction.- Fiche 2 : Potentiel membranaire de repos.- Fiche 3 : Potentiels électrotoniques.- Fiche 4 : Potentiel d’action.- Fiche 5 : Synapses.- Fiche 6 : Synapse chimique.- Fiche 7 : Différents types de récepteurs aux neurotransmetteurs.- Fiche 8 : Neurotransmetteurs activateurs.- Fiche 9 : Neurotransmetteurs inhibiteurs.- Fiche 10 : Amines biogènes.- Fiche 11 : Système nerveux organo-végétatif.- Fiche 12 : QCM corrigés et rédigés.


4ème partie : Bases de la physiologie musculaire (Pr ARNAL) page 66

- Fiche 1 : Structure du muscle strié squelettique (rappels) et mécanismes moléculaires de la contraction.

- Fiche 2 : La jonction neuro-musculaire.- Fiche 3 : Mécanique de la contraction de la fibre musculaire.- Fiche 4 : Métabolisme énergétique du muscle strié squelettique.- Fiche 5 : Les différents types de fibres musculaires striées squelettiques.- Fiche 6 : Contraction du muscle entier.- Fiche 7 : Réflexes spinaux et contrôle moteur.- Fiche 8 : la fibre musculaire striée cardiaque- Fiche 9 : Le muscle lisse : structure et rappels.

5ème partie : Communication cellulaire (Pr TACK) page 89

- Fiche 1 : Principes de la communication cellulaire.- Fiche 2 : Production et communication du message.- Fiche 3 : Réponse des cellules-cibles.- Fiche 4 : Régulation des systèmes endocriniens.- Fiche 5 : Médiateurs paracrines et autacoïdes.- Fiche 6 : QCM corrigés et rédigés.

6ème partie : La circulation : exemple de physiologie page 118intégrée ( Pr ARNAL )

– Fiche 1 : L'appareil circulatoire– Fiche 2 : Les grosses artères– Fiche 3 : Les artérioles– Fiche 4 : Adaptation à l'exercice– Fiche 5 : Mesure de la pression sanguine artérielle – Fiche 6 : Le réseau capillaire


1ère partie : PHYSIQUE DE LA MATIERE VIVANTE OU PRE-REQUIS A L’ETUDE DES ASPECTS FONCTIONNELS

( Pr Victor ) : Pauline MARCHETTO

– Fiche 1 : Coexistence et transition de phase des corps purs – Fiche 2 : L'eau, fluide atypique– Fiche 3 : Diffusion– Fiche 4 : Contrôle du pH par système tampon– Fiche 5 : Dynamiques des fluides


Fiche 1 :Coexistence et Transition de phase des corps purs

Phase Définition Larousse : Partie homogène d'un système. L'eau liquide et la glace sont 2 phasesd'un même corps pur.

Généralement, à chaque phase correspond une distribution spécifique des éléments dansl'espace, ordonnés dans les solides et dispersés dans les gaz.

Une phase est décrite par un ensemble de variables d'état et les mêmes propriétés physiqueset chimiques s'appliquent dans une même phase (pour un corps pur donné). Si le système changede phase il y a discontinuité des propriétés et parfois apparition de nouvelles.

On emploie une nomenclature précise pour les transitions de phases :

Liquide → Gaz Vaporisation (évaporation ou ébullition)Gaz → Liquide Liquéfaction ou CondensationSolide → Liquide Fusion (ça Fond !)Liquide → Solide SolidificationGaz → Solide PAS DE NOM ≠ solidificationSolide → Gaz Sublimation mémo : pour devenir « nobles » (gaz) il faut devenir

« sublime »

La lyophilisation est une sublimation sous vide à basse T°.

Variance : V (attention paragraphe important )C'est le nombre de variables intensives indépendantes.

Rappel : – intensif = qui ne dépend pas de l'étendue du système, comme la température ou la pression.– indépendant = minimum et suffisant à décrire l'ensemble du système.

V = k +2 -φk : nombre de corps purφ : nombre de phase

Ex : - Le système H2 (g) + S2 (s) → H2 S (s) V = 2 + 2 -2 = 2

k = 2, H + S (attention, H2S n'est pas un corps pur, on n'en tient pas compte) φ = 2, gaz + solide

On dit alors que le système est divariant

- Avec le même raisonnement vous trouvez qu'un corps pur à 3 phases est un système invariant.

Remarque : k+2 correspond au nombre TOTAL de variables indépendantes. Pour un corps pur on a3 VI, dont le volume, variable extensive.


Description thermodynamique

L'enthalpie libre G est la fonction thermodynamique des transitions de phase (de même en chimieon la calcule pour pour connaître l'évolution du système ). Un système évolue spontanément vers unminimum d'enthalpie libre.Elle dépend de la T° et de la pression et se note G(p,T).

Point triple T : il appartient aux 3 surfaces sur le graphe de G en fonction de T° et p, donc au pointtriple l'enthalpie libre de vaporisation, de liquéfaction et solide sont égales.

Gs (p,t) = Gv (p,t) = GL (p,t)

Point critique C : c'est l'autre limite (avec le pt T) de la ligne de coexistence de Gv et GL (voirintersection des 2 plans sur le graphe) . Si les conditions (T° et p) évoluent de telle façon que C estcontourné, on passe du gaz au liquide sans transition de phase nette. Liquide et gaz n'ont alors pasde réelles différences.

Sur la ligne de coexistence TC le corps peut exister sous 2 formes et on a Gv = GL.

Attention si Gv < GL l'équilibre est en phase gazeuse et si GL < Gv l'équilibre est en phase liquide (comme en chimie l'équilibre est pour G minimal )

Variation de G Comme on peut (plus ou moins...) le voir sur le graphe, les variations de G sont continues mais surla ligne TC les plans tangents sont distincts, donc les dérivées premières de G, l'entropie S et levolume V, sont discontinues mais corrélées. (voir démo)« Les transitions de phase du 1er ordre sont caractérisé par les discontinuités du volumes etl'entropie »

La démonstration suivante n'est pas à connaître par cœur, mais elle n'est pas très compliquée et lacomprendre peut aider à retenir les conclusions.

dG = -SdT + Vdp S = -( ∂ G / ∂T)p et V = (∂G/∂p)T

(Sv- SL) dT = (VV – V L ) dpT/ dT x (Sv- SL) dT = (VV – V L ) dp x T/ dTT (Sv- SL) = T (VV – V L ) dps (T)/ dT = LT


LT est la chaleur latente de changement d'état, qui correspond à la discontinuité de l'entropie

(chaleur échangée lors du changement d'état). C'est aussi une variation d'enthalpie donc on la voitnotée ∆H dans certains exercices.

Exemples : 1 - Par l'évaporation, les océans se refroidissent et dégagent de la vapeur dansl'atmosphère. Elle se condense dans les nuages et quand la pression de vapeur saturante estatteinte, elle se condense en eau liquide en libérant de la chaleur vers l'atmosphère à ce moment là.On parle donc de la chaleur latente (qui se manifeste tard) de l'évaporation de l'eau.

2 – La chaleur latente de vaporisation LV= QQ = 2,5.106 J signifie qu'il faut fournir 2,5.106 J à 1kg d'H2O liquide pour qu'elle devienne vapeur.

Au point critique, (VV – V L ) tend vers 0 car il n'y a pas de variations de volume, donc L tend aussi vers0.

A retenir : Les transitions du 2nd ordre n'ont pas de chaleur latente, on a une transition continue duliquide à la vapeur sans coexistence.

Liquide – Vapeur Isotherme réversible, la Température externe est constante = ToPar augmentation de pression, la vapeur devient liquide à partir du moment où la pressionsaturante Ps est atteinte. Il y a alors coexistence liquide-gaz, et au fur et à mesure de l'augmentationde p, la surface de séparation monte dans le récipient. Donc pour une même température externe,un même corps peut avoir plusieurs états selon la pression environnante. C'est le phénomènerencontré en montagne où la pression est plus faible. Pour une température donnée de 98°C, l'eausera liquide à Toulouse, mais sera déjà sous forme de vapeur à la montagne !

• la T° est haute + Ps est haute [Ps(T) est une fonction croissante]• si To >Tc (T° critique) il n'y a pas de transition [s'il fait trop chaud, même à forte pression l'eau

reste à l'état de vapeur] voir Application

Monobare réversible, Po=cst Même principe inversé,quand T° augmente l'eau s'évapore : coexistence et surface de séparation quidiminue.

Si Po > Pcritique pas de transition voir Évaporation

Application :L'atmosphère a une T° très supérieure à la T° critique de ses constituants (N2, O2, CO2) qui restentdonc en phase gazeuse (cf ci-dessus). Seule l'eau a une T° critique bien plus haute donc la vapeuret le liquide peuvent coexister.

Déshydratation par la technique du point critiqueAu point critique C, 1kg de vapeur et 1kg d'eau liquide occupent le même volume, on

utilise cette propriété pour sécher du matériel biologique en évitant l'effondrement des structures.


Particularité de transition de l’État solideIl n'y a pas de point critique !! Il n'y a une nette différence entre l'état solide et les

autres. Ps est une fonction croissante de la T° sauf pour la transition solide-liquide dans de RARE cascomme EAU et le Bismuth.

Pour un corps donné on a Lfusion <<Lvaporisation<Lsolidification

Point triplePour un corps pur le point triple est invariant V = 1+2+3=0Il correspond à des valeurs précises et obligatoires de T° et de pression quelque soient lesproportions des 3 phases. On dit que le point triple est FIXE et REPRODUCTIBLE.

La T° du point triple de l'eau est la référence thermométrique qui définit le Kelvin.T°3 eau = 273,16 KLa courbe de fusion de l'eau présente une pente de -100 atm. K-1

ÉvaporationA ne pas confondre avec condensation qui est souvent son 1er aspect visible (la buée).

L'évaporation a lieu à l'interface liquide-air, quelque soit la T°, si l'atmosphère est ouverte, carla pression atmosphérique est inférieure à la pression saturante de l'eau.3 facteurs la favorisent :

– grande aire d'interface– augmentation de l'énergie cinétique des molécules du liquide (donc augmentation de la T°)– diminution de la pression partielle autour de l'interface (évacuation de la vapeur)

L'évaporation est un équilibre dynamique entre les molécules qui acquièrent assez d'énergiepour s'arracher à l'attraction de leurs voisines et celles de la vapeur qui repasse en phase liquide.


Fiche 2 :EAU, Fluide atypique

• Gèle à partir de la surface• Densité : Maximum à 4°C, supérieure dans l'eau liquide que solide (les glaçons flottent)• Lors de la solidification, l'augmentation de volume peut entraîner l'éclatement des roches ou

des cellules.• Grande capacité thermique (c'est pourquoi l'océan est un grand thermostat : les courants

règlent le climat)• Chaleur latente élevée• Grande stabilité chimique : phénomène coopératif d'organisation en réseau des molécules,

pour maximiser leur interactions et la population des états accessibles (autrement ditaugmentation d'entropie)

• Grande conductivité thermique : augmentation jusqu'à 130°C (max) puis diminution alorsqu'elle diminue uniquement pour les autres liquides.

• Grande viscosité, fonction décroissante de la pression• Compressibilité isotherme, diminue jusqu'à 46°C puis augmente alors qu'elle augmente

uniquement pour les autres liquides.• Surfusion : jusqu'à -45°C à l'état liquide sans changement d'état• Pente de la courbe de fusion négative ; la T°fusion diminue quand la pression augmente.

Nature dipolaire de l'eau :L'eau est un dipôle permanent. Elle possède 4 sites de liaisons électrostatiques (2

donneurs H et 2 récepteurs).Autour de H, liaison covalente + liaison électrostatique = liaison hydrogène.

Structure : Dans un dimère de 2H2O les O sont alignés ; dans la glace les liaisons sontrectilignes et dans l'eau distordues : elles forment un réseau 3D DYNAMIQUE de structuresfacilement détruites, donc très fluides. 75% des molécules sont associés à ce réseau à 0°C et 50% à100°C

La glace est un bon conducteur d'ions H+ par bascule des liaisons et migration apparente del'ion.

SolvatationLes molécules d'eau autour d'un soluté forment une couche de solvatation. Cela modifie la

constante diélectrique et l'influence des charges car les ions sont « écartés ».Elle stabilise la dissolution pour les mêmes raisons : les éléments étant plus « séparés » ils

s'agglutinent moins.• l'ion est chargé et + il est petit + la couche de solvatation est retenue• autrement dit + ion est petit + il est gros en solution

La solvatation est très rapide dans l'eau libre (cf paragraphe suivant) et plus lente dans l'eauinterphasique.

Elle est toujours exothermique (H<0, le système perd de l'énergie, donc il est plus STABLE),la dissolution peut être, elle, faiblement endothermique.

Eau intracellulaireIl existe 3 types d'eau : Eau liée, structurée ou libre.ADN : eau = 80% de la masse totale (40% pour les protéines)


Eau liée = eau des matrices Eau structuréePar solvatation des ions, liaisons H avec des groupes polaires.

Par liaisons H avec des nuages d'électrons Π (cycles aromatiques)

Par domaines hydrophobes (= « clathrates ») autour desquels l'eau s'organise en cage (polyèdre à face pentagonal dont H20 est le sommet et la liaison H le coté)

+ Eau intermoléculaire : 1 à 8 molécules dans des « poches » contenant les sites métaboliques

Transition entre eau libre et liée

Moins mobile

Anisotrope

+ de conductivité protonique

Pouvoir d’exclusion des solutés

Densité et capacité thermique intermédiaires(aberration thermique aux discontinuités : -15°C, 30°C et 45°C)

La vie ne s'est pas développée dans l'eau mais AVEC l'eau.

Phénomène coopératif : Apparition de propriétés macro nouvelles résultants de phénomènes micro.Il nécessite une force qui relie des quantités élémentaires ( ici liaison H), cette force a un rôle decommunication. L'eau a donc un rôle de réseau coordinateur.

Fraction molairek : nbr de composant (0=solvant et k-1 solutés)ni: nbr de mole de chaque composantn : nbr total de moleμ : potentiel chimique (grandeur non calculable)pi : pression partielle du gazp : pression totale pi = ni/n x p

μi = ∂ G / ∂ ni avec T, p et nj (autre composant que i) fixés = ∂ G°(T)/∂ ni + RT ln(pi) μi = μi° (T,p) + RT ln(xi)

La fraction moléculaire du iième composant est xi = ni / n

Solution idéale : dite diluée, tous les solutés sont dissous en faibles concentrations ni<< n0. Il n'y apas d’interaction entre les molécules du solvant et celles du soluté. On peut alors écrire μ comme cidessus. Les solutions idéales peuvent être comparées aux gaz nobles.

OsmoseQuand 2 solutions sont séparées par une membrane semi-perméable, le potentiel chimique de l'eauest plus bas dans la solution hypertonique, d'où l'attraction exercée.

Osmose : mouvement de solvant entre 2 solutions d'inégales concentrations au travers d'unemembre semi-perméable ne laissant passer que le solvant, c'est un cas particulier de diffusion, ouencore un mouvement de particule qui tend à homogénéiser les μ des différents constituants.

Pression osmotique : différence des pression hydrostatique responsable de dénivellation (exempled'un tube dans une bassine d'eau).- « empêche l'eau d'être attirée par osmose » Larousse

– favorise les échanges d'ions dans un sens plutôt que dans l'autre– notée ∏ = ρ g h

La démonstration de la formule suivante par l'enthalpie libre et le potentiel chimique n'est pas repriseTous droits réservés au Tutorat Associatif Toulousain. Sauf autorisation, la vente, la diffusion totale ou partielle de ce polycopié sont interdites. 12

ici car il n'est pas nécessaire de la connaître, cependant il est toujours bon de la comprendre.Loi de Van't Hoff ∏ V = RT Σni (bien sur vous la connaissez déjà par PV = nRT !)

Osmose inverse : utilisation d'une pression supérieure à ∏ pour filtrer la solution.

Mesure : Osmomètre de Dutrochet en cm d'eau, traduit en mm de mercure ou en Pa.

Σni/V correspond à des osmoles par litre, c'est à dire le nombre de particules osmotiquementactives (ayant un rôle dans l'osmose-influençant la diffusion). Comme pour les moles ; 1osmcorrespond à 6,02 . 1023 particules.

L'équilibre est atteint quand G=0 est que les potentiels chimiques sont égaux.

Cryoscopie (=étude de la glace)Mesure de l'activité osmotique totale de la solution. La présence d'un soluté élargit le domaine destabilité d'un solvant liquide, donc il a moins tendance à geler ou à s'évaporer :

– gèle à T° + basse– bout à T° + haute, par rapport au solvant pur

C'est pour ça qu'on sale les routes en hiver.

Loi de RaoultΔθ : différence entre point de congélation du solvant pur ou en présence d'un solutéKc : cste cryoscopique du solvant (-1,86°C/osm/kg pour l'eau)c : osmolalité totale de la solutionγc : coefficient d'activité osmotique

Solution idéale : Δθ = -Kc . CSolution réelle : Δθ= -Kc . γc

Remarques : on parle d'osmolaLité de solvant et d'osmolaRité de solution.

Applications1- Mesure de l'osmolalité plasmatiqueLe plasma est composé de glucose (5mosm/kg), d'urée (5mosm/kg) et d'ion (300mosm/kg) donc autotal c = 310mosm/kg. Expérimentalement on peut vérifier que le plasma gèle à -0,54°C, par rapport à de l'eau pure on aΔθ = -0,54γc = - Δθ / Kc = 290 mosm/kg (les valeurs de ce paragraphe sont à savoir en physio mais vous lesapprendrez naturellement en faisant les QCM, à noter que souvent en pratique on confond osmolalitétotale, osmolarité totale et activité osmotique)

2- Globules rougesDans une solution hypertonique la majorité des échanges se font vers l'extérieur donc les GRdiminuent en taille.Si la solution est hypotonique, c'est l'inverse et les GR éclatent, c'est une hémolyse.(là aussi cf le cours de physio ou les techniques de biocell)

3- Équilibre de DonnanCas d'osmose. Soit 2 compartiments (I et II) contenants des ions et séparés par une membranesemi-perméable, où l'on place dans un, une macromolécule chargée non diffusible. Cettemacromolécule attire les ions de signe contraire or nous avons vu que , en solutions les ions libressubisse le phénomène de diffusion jusqu'à que les potentiels chimiques soient égaux dans les 2compartiments. Nous cherchons donc la proportion de répartition des ions.


Ex : Protéinate de Sodium NaPr dans une solution d'eau salée (H2O, NaCl)macromolécule : protéine chargée – « Pr »ions : Na + et Cl -

L'équilibre sera atteint quand les potentiels chimiques seront égaux :– les μ(H2O) sont égaux dans les 2 compartiments– pour que μ(NaCl)I = μ(NaCl)II il faut que (Na+)I.(Cl-)I = (Na+)II.(Cl-)II

Rq : - les parenthèses indiquent que l'on parle de l'activité osmotique des ions. - l'activité d'un sel dissociable, comme NaCl, est égale au produit des activités des ions qui leconstituent.La relation précédente détermine la RELATION DE DONNAN, ou « rapport de Donnan », noté r.

r = (Cl-)I / (Cl-)II = (Na+)II /(Na+)I

De plus on sait que l'électroneutralité doit être respecté dans une solution, on peut doncaffirmer que (Cl-)II = (Na+)II et (Na+)I = (Cl-)I + (Pr-). En jouant avec ces équations on peut démontrer que ( Na+)II -(Na+)I< 0 et (Cl-)II -(Cl-)I >0

Il y a donc un excès de Na+ en I, qui a était « retenu » par la protéine, et un excès de Cl- en II« repoussé » par la protéine. On dit qu'il y a dissymétrie des ions diffusibles.

Toujours en combinant les mêmes équations on trouve (Na+)I + (Cl-)I > ( Na+)II + (Cl-)II, il y adonc excès d'ions diffusibles en I. Pour résoudre les exercices, on résout l'équation (Na+)I.(Cl-)I = (Na+)II.(Cl-)II.

Ex : État initial : I II

½ Pr -1/2 Na+

1 Cl-1 Na +

L'électroneutralité est respectée mais les potentiels chimiques ne sont pas égaux, il y a diffusion.Soit x la fraction d'ions qui change de compartiment.

État final :I II

½ Pr -½ +x Na+x Cl-

1-x Cl-1 -xNa +

Pr- ne peut pas traverser la membrane mais attire les Na+ qui sont obligé « d'arriver avec» des Cl-pour l'electroneutralité. Par l'équation de Donnan on a (1/2+ x)*(x) =(1-x) (1-x), résolu par lesidentités remarquables on obtient x=2/5 :

I II

½ Pr -9/10 Na+2/3 Cl-

3/5 Cl-3/5 Na +

La pression osmotique de la solution est la somme de la molarité de la macromolécule « m » et de lamolarité des ions rendus non diffusibles « mi »

Π = RTmi + RYm

Π est donc plus important que si la macromolécule était neutre, auquel cas on aurait que Π=RTm.


Cas limite : – Dans de l'eau pure tous les ions sont rendus non diffusible et restent dans le I donc Π est

maximal.– Dans une solution très concentré en électrolyte, la concentration en protéine est très inférieure

à celle des ions ; l'effet Donnan est négligeable.Applications médicales : Les protéines plasmatiques jouent le rôle de macromolécule et induisent une différence deconcentration des ions entre eau plasmatique et eau interstitielle de part et d'autre de la membranecapillaire : excès d'ions contre chargés et défaut d'ions isochargés par rapport aux protéines. (cfcours physio)On peut calculer la différence de potentiel membranaire grâce au rapport de Donnan :

ΔV= RT/F log(r) (F : cst de Faraday)ici r =0,95, log(0,95) est négatif donc la différence de potentiel membranaire vasculaire est négative.


Fiche 3 :Diffusion

La diffusion a un rôle majeur dans les transports et les échanges de l'organisme. C'est un fluxde matière suivant un gradient de potentiel chimique (forcement lié au gradient de concentration).C'est un phénomène irréversible mais très lent.

Suivant le gradient de concentration, la densité volumique (nombre de particules par unitéde volume) augmente et le libre parcours moyen (distance parcouru par une particule avant d'enheurter une autre) diminue. La diffusion se fait dans le sens inverse du gradient de concentrationmais on ne peut pas dire que celui-ci crée une force, il agit seulement sur la probabilité pour uneparticule d'avoir un long chemin dans une direction donnée.

Le flux sortant (qui « part ») est proportionnel à la densité volumique. Si l'on met de l'eau saléedans de l'eau pure, le flux de sel vers l'eau pure sera d'autant plus important que la concentration desel est élevée.

Pour qu'un système soit à l'équilibre, il faut que les potentiels chimiques soient uniformes,sinon il y a des courants de matière (c'est la définition de la diffusion). Le flux Jn est proportionnel augradient de potentiel chimique.

L: le coefficient de conductance en m.s-1

Si le déplacement se fait dans une seule dimension la relation vectorielle devient seulementscalaire (qu'avec des chiffres, pas de vecteur). Jn = -L ∂μ /∂x

Par analogie : Flux de chaleur JQ = -λ ∂T/∂x λ : coef de conductivité thermiqueCourant électrique (flux d'électron) Jq = - σ ∂V/∂x σ : coef de conductivité électrique

Loi de Fick : « le potentiel chimique dépend du temps et ma position (x) uniquement à traversla densité volumique de mole c, qui en dépend

μ = μ°(T,p,c(x,t))

μ = μ°(T,p) +RT ln c

Jn = - L RT/c *∂c/∂x

Soit D le coefficient de diffusion m²/s

Jn = -D dc/dx

dn/dx c'est la différence de concentration sur la différence de distance, cela correspond au gradientde concentration.

Un flux, c'est un nombre de particules N qui traverse une surface S par unité de temps t. Enpratique on utilise donc 1/S*dn/dt=-D dn/dx

D varie avec T°, p et la nature des composants.Par analyse dimensionnelle (AD) on trouve que √(Dt) est une distance : c'est l'étalement noté

l, l = √(Dt) ex : un milieu gazeux en 6h diffuse sur 1m


Fiche 4 :Contrôle du pH par système tampon

Définition : l'effet tampon est un effet d'amortissement de la variation du pH par le mélange d'un acide faible AH et de sa base forte conjugué A-.AH + OH- + Na+ = A- + Na+ + H20

État initial x=0 0<x<1 x=0,5 État final x=1

pH = 1/2pka-1/2 log c

c = nAH /V

pH = pka + log([A-]/[AH])[A-] = [AH-]pH = pka

point d'inflexion de lacourbe, zone tampon

nA = nAH

pH = 7+ 1/2pka + 1/2log c'

c'= nA /V

Soit x = nbr de mol de OH- ajouté / nbr de mol de AH, c'est la fraction d'acide AH neutralisé par lesOH-. Pouvoir tampon τ:

τ = Δx / ΔpH Δx = nbr de moles d'ions OH- (ou H3O+) ajoutées par litre de solution

ΔpH= la variation de pH provoquéec : la concentration du tampon

c = [A-] + [AH]

Le pouvoir tampon est maximal pour [A-] = [AH] = c/2Le pouvoir tampon diminue comme l'écart entre sa concentration réelle et cette concentrationoptimale, au carré.

Il ne peut être efficace que si la concentration du système tampon est largement supérieure aunombre de mol d'OH- ajoutés.

L'exemple du tampon bicarbonate fait l'objet de tout un cours en physio, il n'est donc pasrepris ici.


Fiche 5 :Dynamiques des Fluides

Définitions :Fluide : milieu matériel continue, déformable et susceptible de s'écouler.

Particule : petit domaine virtuel ( de masse dm, de volume dV et limité par une surface dS)définit pour décrire les propriétés macroscopiques du fluide.Un fluide est donc un ensemble de particules (dont des molécules) qui ont un comportement et undestin communs. Ex:bulles, couches...

Masse volumique ρ = dm/dV en kg.m-3 si ρ cst : fluide incompressible (ex : liquide + air à faible vitesse d'écoulement)Rq : Le volume est indépendant de la pression !

Interaction, ViscositéLes interactions des particules (forces, liaisons) sont des liens de communications. Plus une

particule a des interactions plus sa capacité à entraîner ses voisines est grande. On définit ainsi laviscosité η:

– elle varie avec T° et p– dimension : [F].[L]-2.[T]– unité Pa/s

Fluide Newtonien : η indépendant du gradient de vitesse d'écoulementFluide parfait : η = 0 car il n'y a pas de frottements ni de cohésionη augmente avec √T pour les gazη diminue avec T pour les liquides

ÉcoulementLigne de courant : trajectoire de la particule virtuelle. On parle de tube de courant pour

l'ensemble des lignes s'appuyant sur un contour fermé. Si le contour est réel (paroi rigide), à causesdes frottements, les molécules proches de la paroi sont plus lentes (voire vitesse nulle pour lacouche limite). Comme au centre, elles ont une vitesse maximale on parle de gradient de vitessepositif vers le centre.

Si les filets ne se mélangent pas on parle de régime laminaire :– les vecteurs vitesse sont parallèles aux lignes de courant– débit : Q = dV/dt– débit volumique Qv = S.v = cst– obtenu dans des tubes de courants de petit diamètre à faible vitesse

S'il existe une composante transversale les lignes de courant se mélangent, on parle derégime turbulent :

– dissipation d'énergie– tubes de courants de grands diamètre et de vitesse élevée

Reynolds en a déduit un nombre R= Dvρ / η Mémo douteux : Dv= «du » ρ = « ro »≈ « rrr » η ≈ « mou »Reynolds c'est DUR SUR MOU !!! : ) si R < 1000 le régime est laminairesi R > 2000 le régime est turbulent

Loi de PoiseuilleRappel de l'écoulement : la vitesse est supérieure au centre qu'à proximité des parois. Pour unrégime laminaire, dans un cylindre horizontal de rayon a étudié d'un point A jusqu'à un point B(distance l), le débit est Q = (Π/8 η) * (pA-pB/l) * a4


Équation fondamentale de Bernoulli (fluide parfait)

ps + ρgx + 1/2ρv² = K

ps : pression statique (au repos) ou pression de la paroiρgx : pression de pesanteur1/2ρv² : pression cinétique (effet de la vitesse) estimé par la différence de pression entre le centre etle bord.K : cst, énergie nécessaire à l'écoulement d'une unité de volume du fluide(K-E si E énergie dissipée par frottements)

Conséquence (on considère le tube horizontal donc ρgx est cst tout le long)Comme pS + 1/2ρv² = cst, si la vitesse augmente la pression statique diminue

De même S.v=cst donc si S augmente, v diminue (et vis-versa). Si le tube est gros, le fluide ralentitpour garder le même débit de particules.

En cas de resserrement du tube (convergence) :– S diminue– v augmente– p diminue, le fluide subit une détente. Pour le visualiser : si le tube rétrécit, il y a moins de

particules donc moins de pression.– T° diminue

Divergence : S ↑ v↓ ps ↑ T° ↑

Applications : Sténose (obturation des vaisseaux)Les vaisseaux se rétrécissent donc v ↑ et p↓, les parois se rapprochent et c'est un cercle vicieuxjusqu'à que les parois se collent carrément. Là v=0 et la pression sur les parois augmente et l'artèreéclate en émettant un bruit.

Résistance périphérique Rp : Par analogie avec la Loi d'Ohm Q = ∆p/Rp et d'après la loi dePoiseuille Q = Π/8 η * pA-pB/l*a4 on a Rp = 8 η/Π*l/a4

Application à l'endothélium vasculaire : Deux contraintes s'appliquent.Rappel : une contrainte est homogène à une pression ! Le Dr Victor aime bien les AD.- La contrainte transversale CT = T/e avec T la tension pariétale. T = ptm . Aptm = pression transmurale (issue de la différence de pression entre le milieu intra et extra-vasculaire)

– La contrainte de cisaillement τ = 4 η Q / Π a3, c'est le résultat des forces de frottements, elletend à entraîner les cellules endothéliales dans le courant sanguin.


2ème partie : PHYSIOLOGIE DES COMPARTIMENTS LIQUIDIENS DE L'ORGANISME

(Pr Tack) : Roxanne DESQUINES

– Fiche 1 : Unités de mesures de concentrations des solutions : Concentration pondérale – Molarité - Molalité

– Fiche 2 : Compartiments liquidiens, volumes et barrières– Fiche 3 : Méthodes de mesures des différents volumes liquidiens.– Fiche 4 : Notion d'osmose, pression osmotique– Fiche 5 : Echanges transcapillaires et équation de Starling– Fiche 6 : Oedèmes : génération et limitation– Fiche 7 : Bilans hydriques– Fiche 8 : Application : les cas cliniques


Fiche 1 : Les unités de mesure de concentrations :

Concentration pondérale – Molarité – Molalité

Concentrationpondérale (CP)

Concentration molaire= MolaRité (CMr)

Concentration molale= MolaLité (CMl)

Unités

g/L ou mg/L de SOLUTION, donc

Ensemble du plasma =Eau plasmatique +solutés (protéinesprincipalement)

mol/L ou mmol/L deSOLUTION, donc

Ensemble du plasma = Eau plasmatique + solutés (protéinesprincipalement)

mol/L ou mmol/L de SOLVANT, ou

mol/kg ou mmol/kg de SOLVANT, donc

Le seul solvant de l'organismeest l'eau et 1 L d'eau = 1 kg

Eau plasmatique seulement

Schéma d'illustration

Utilisation- Molécules complexes(protéines+ +)

- Electrolytes + + - Pas sur les molécules complexes

- Electrolytes ++ mais en réalitéutilisé seulement pour le Na+

- Pas sur les molécules complexes

Conversion

Conversion de CP en CMr Conversion de CMr en CMl

Remarques CMl > CMr toujours

✗ Qcm D'application : Cf fiche 8


Fiche 2 :Compartiments Liquidiens, volumes et barrières

1. Distribution, variations et séparations des volumes liquidiens

a. Volume Eau Totale ( VET ) :

● L'eau représente 60% du poids du corps chez un adulte normal.

Ce pourcentage peut varier selon le type de tissu : le tissu adipeux (graisses) contient moinsd'eau (hydrophobie des lipides) que le tissu musculaire(« tissu maigre »).

Ainsi, le VET varie selon 3 principaux facteurs : - le sexe : les hommes contiennent plus d'eau que les femmes, car ils ont moins de tissu adipeux. - le morphotype : plus une personne a de tissu adipeux moins elle a d'eau. - l'âge : le VET d'un nouveau né tendra vers les 80% alors que celui d'un sujet âgé sera plus proche de 50%.

Évaluation clinique: des variations pondérales rapides et importantes (>1kg, ≤72h) indiquent une variation des stocks hydriques.

b. Volume Intra-Cellulaire ( VIC ) :

● Le VIC représente 40% du poids du corps(soit les 2/3 du VET)

c. Volume Extra-Cellulaire( VEC ) :

● Le VEC représente 20% du poids du corps (soit les 1/3 du VET). Il est divisé en 2 :

- Le volume interstitiel (VI) représente 16% du poids du corps (2% de lymphe canalisée et 14% d'eau péricellulaire). Il est cloisonné entre l'endothélium et la membrane cellulaire.

- Le volume plasmatique (VP) représente 4% du poids du corps et est le siège des échanges entre milieux intérieur et extérieur. Il est riche en électrolytes mais neutre dans les cas physiologiques), et assure une distribution rapide des nutriments et de l'O2 et a une fonction d'épuration (CO2 par exemple).

Le secteur plasmatique, étant facilement accessible, il a une importance clinique : . étude de l'eau et des solutés . entrée des solutions de réanimation, de substances pharmacologiques (voie intraveineuse)

d. Volume Transcellulaire :

● Le volume transcellulaire représente 1 à 2% du poids du corps. (négligé quand on estime le VET).Il regroupe l'eau entre les feuillets épithéliaux c'est à dire le LCR, l'humeur aqueuse des yeux,la synoviale, le liquide pleural, péritonéal... Il augmente dans certaines pathologies (accumulation d'eau dans le péritoine lors de cirrhoses...).


MEMBRANE CELLULAIRE: sépare le VET en VEC et VIC, responsable du maintien des gradientsélectrochimiques.

La BARRIERE ENDOTHELIALE sépare le VEC en interstitium et plasma

2. Ionogramme Plasmatiqu e ou BES ( bilan electrolytique sanguin) tout est dans le schéma du cours, à retenir :

– le plasma est isoélectrique (= électriquement neutre) normalement.– Ces valeurs :

CATIONS ( mmol/L = mEq ) ANIONS ( mmol/L = mEq )

Na+ = 140 K+ = 3.5 - 5

Ca++ * = 2.5 mmol/L = 5 mEq/L

Cl- = 103 HCO3- = 25

TOTAL CATION = TOTAL ANION = 152 mEq/L = électroneutralité

Attention : le calcium n’est ionisé qu’à 50% donc mEq/L ≠ mmol/L.

a. Trou Anionique :

Il correspond à l'excès d'anions indosés, calculé à partir des principaux électrolytes du plasma :

TA = Na+ - (HCO3- + Cl-)

= 12 ± 3 mEq/L normalement

b. Acidose métabolique :

C'est une augmentation de l'acidité du plasma (augmentation [H+]). On en compte 2 types : – Acidose métabolique normochlorémique à TA augmenté :

exemple : acidose due à une accumulation d'acides organiques. L'augmentation de [H+] est compensée par une augmentation des ions bicarbonates (HCO3

-) qui font effet tampon. [Na+] Stable [Cl-] stable (normochlorémique) [HCO3

-] ↓ à cause du couplage

– Acidose métabolique hyperchlorémique à TA stable : exemple : diminution des bicarbonates par non fabrication, non réabsorption rénale, ou perte (diarrhée...). Les ions H+ se couplent par défaut aux ions Cl- qui augmentent alors (car le rein fait une rétention d'ions chlore).[Na+] Stable [Cl-] ↑ (hyperchlorémique) [HCO3

-] ↓ La diminution de [HCO3

-] compense l'augmentation de [Cl-], le TA est stable.

c. Hémolyse :

Le K+ contenue dans le cytoplasme des hématies peut être déversé dans le sang et augmenter la Kaliémie.

3. Augmentation anormale de la perméabilité des barrières

a. Endothélium : réaction œdémateuse: passage de protéines plasmatiques(qui ne passent normalement pas vu leur fort PM) vers l'interstitium, réduisant le VP au « profit » du VI.

b. Membrane cellulaire : plus de gradient électrochimique, donc passage des électrolytes des cellules vers le VEC avec hyperkaliémie, acidose métabolique, hyperviscosité plasmatique (protéines).

✗ QCM d'application : Cf fiche 8


Fiche 3 :Méthodes de mesure des différents volumes liquidiens

1. Mesure générale des volumes liquidiens :

Elle repose sur la dilution d'un traceur, On a : Concentration de T = Quantité totale de T / Volume liquidien contenant T

Donc :

– Pour un traceur dont la fraction éliminée est dosable :Volume = (Quant de T administrée – quant de T éliminée) / concentration de T

– Pour un traceur dont la fraction éliminée n'est pas dosable on utilise un modèle pluricompartimental.

2. Mesure au cas par cas :

VOLUME D'EAU TOTALE (VET) :

Mesure : utilisation de traceur : Estimation du volume, Détermination Indirecte :

Estimation du volumeindirecte, évaluation clinique

* Eau lourde Deutérium (D2O)* Tritium (T2O=eau tritiée)* eau à l'oxygène 18* antipyrine (phénazone)* urée.Méthodes très onéreuses et leur toxicité n'est pas négligeable donc elles relèvent de la recherche médicale et non de la pratique médicale courante.Défaut : néglige l'eau non échangeable.

* Electrophysiologique : Impédencemétrie

- Bases : Conductivité de l'eaudifférente de celle des lipides,information fiable pour l'étude des variations des stocks hydriques.

* pesées très rigoureuses . Variations pondérales rapideset importantes (+ d'1 Kg en – de 72h). Si les variations sont plus lentes il est plus probable qu'il s'agisse d'une variation desstocks énergétiques.Mesure des variations et non la quantité totale mais on ne pas savoir où est stockée l'eau (VIC,VEC...).

VOLUME EXTRA-CELLULAIRE (VEC) :

* Inuline* EDTA* Sucrose * Mannitol * 35SO4 2-

* 36Cl-* 22/24Na+ * 86Br-

Toutes ces substances ont un minimum d'entré cellulaire donc surestiment le VEC, Donc AUCUNE ne permet une mesure parfaite du VEC.De plus certains sont toxiques donc aucune n'est d'usage courant mais relève de la recherche médicale.

VOLUME INTERSTITIEL (VI) :

Il n'est PAS MESURABLE DIRECTEMENT :


Volume = Quantité totale de T / Concentration de T

VI = VEC – Plasma

VOLUME PLASMATIQUE (VP) :

Mesure

1. Dilution de protéines marquées : * 131 I-Albumine*Bleu Evans

2. Utilisation d'hématies marquées au 51Cr : mesure le Volume Sanguin Total (VST) ( ≠ du VP)¤ Mesure du VST : VST = RA totale injectée / RA de 1 mL de sang¤ On a besoin de connaître l'hématocrite : Hématocrite = Hématies / (Plasma+Hématies) = 42 – 47 %¤ Pour trouver le VP :

Evaluation (Estimation du VP) = mesures grossières du VP

PARAMÈTRES BIOLOGIQUES :.

* PROTIDEMIE = Concentration du plasma en protéines.Dans les conditions normales, la quantité de protéines est constante donc les variations de protidémie reflètent les variations du VP.

Pb : En cas de pathologie , la quantité de protéines varie donc ne reflète plus le VP.Ex : cirrhose hépatique, hypoprotidémie par diminution de la synthèse de protéines. Ici l'hypoprotidémie ne reflète pas une augmentation du VP.

* HEMATOCRITE : La production d'hématies est constante donc les variations d'hématocrite reflètent le VP.

Pb : en cas d'anémie le nombre de GB diminue et donc l'Ht aussi mais pourtant le VP reste constant.

→ Limite : Lorsque les paramètres biologiques se contredisent on utilise alors les paramètres fonctionnels.

PARAMÈTRES FONCTIONNELS(« volémie efficace »):

– Principe : Le volume sanguin et plasmatique déterminent la pression dans les vaisseaux.

* Pression Sanguine Artérielle (PSA) :Pb : Les artères adaptent leur diamètre en fonction du volume donc mauvais indicateur.

* Pression Veineuse Centrale (PVC) : Meilleur indicateur que la PSA, la pression est proportionnelle au volume de liquide du secteur veineux. Pb : dépend de la capacité du cœur droit à pomper le sang veineux. La mesure peut donc être faussée en cas d'insuffisance cardiaque droite (piège!).Ceci dit, cela reste une mesure précise malgré qu'elle soit invasive (placement d'une sonde dans l'atrium droit)

VOLUME INTRA-CELLULAIRE (VIC) :

Il n'est PAS MESURER DIRECTEMENT :



VP = VST x (1-Ht)

Si la protidémie ↑ VP ↓Si la protidémie ↓VP ↑

Si le Ht ↑ VP ↓Si le Ht ↓VP ↑

Si PSA ↑ et/ou PVC ↑ alors VP ↑

VIC = VET – VEC

Fiche 4 :Notion d'osmose, Pression Osmotique

1. Forces déterminant les mouvements d'eau (voir schéma du cours)

Pression hydraulique (ou hydrostatique) : notée Pi ou Pc

liée au FLUX, au poids de l'eau circulante, elle tend a faire sortir l'eau du compartiment. La pression hydraulique est fonction du volume d'eau du compartiment.

Pression oncotique : notée πi ou πc

liée aux PROTEINES, s'oppose à la sortie de l'eau d'un compartiment.

Les vecteurs représentant la pression hydrostatique et la pression oncotique sont en sens inverses.

Pression osmotique : liée aux GRADIENTS OSMOTIQUES, elle permet les mouvements d'eau entre compartiments liquidiens (dépend du nombre de molécules dissociées en solution et non de leur taille).

2. Pression osmotique

a. Modèle expérimental

- Soit un système à 2 compartiments A et B contenant de l'eau, séparés par une membrane biologique (semi perméable). L'eau diffusant librement, on assiste à d'incessants mouvementsde diffusion de A vers B et inversement.- L'eau possède un potentiel chimique propre, ici PcA = PcB.- On ajoute des molécules (glucose) en solution d'un côté (A). L'ajout de glucose en solution va diminuer le potentiel chimique en A (PcA<PcB).- Pour rétablir l'équilibre, l'eau du compartiment B se déplacera vers A (Attention : il y a toujours des mouvements de A vers B, mais l'ajout de glucose en A va faire que les mouvements de B vers A seront majoritaires).Ces mouvements B>A majoritaires impliquent une augmentation de volume liquidien en A (et diminution en B) se traduisant par une augmentation de la pression hydraulique en A qui compense l'ajout de glucose en solution dans A. - La pression hydrostatique augmente jusqu'à un équilibre où PcA=PcB. C'est le phénomène d'osmose.- La différence de concentration en glucose de part et d'autre de la membrane va donc créer un gradient. - Le passage de solvant d'un compartiment à l'autre va créer une différence de pressionhydrostatique qui va compenser exactement la différence de pression osmotique

✗ Osmose : diffusion d'un solvant (l'eau ici) à travers une membrane semi perméable (endothélium, membrane cellulaire en général) séparant 2 liquides de concentration en soluté différente (glucose dans l'exemple du cours).

✗ Osmolalité : nombre de molécules osmotiquement actives (c'est-à-dire « impliquées » dans la création d'un gradient, le glucose dans l'exemple ou dans le cas d'un diabétique ) par kg d'eau.

La loi de Van't Hoff (voir cours) montre que la pression osmotique (Posm) dépend du nombrede molécules osmotiquement actives (c'est la seule variable a l'état physiologique).


http://fr.wikipedia.org/wiki/Pression

b. Pression osmotique du plasma

Elle peut se mesurer à l'aide d'un osmomètre ou par cryoscopie, mais il est plus facile de l'estimer (attention : la mesure sera toujours plus précise que l'estimation).

o L'estimation bioclinique de la Posm efficace se fait avec la concentration de Na+

plasmatique, car c'est le cation osmotiquement actif le plus présent du plasma. Onmultiplie par 2 cette concentration pour prendre en compte les anions (anions ≈ cations).La Posm efficace ne prend en compte que les osmoles actives.

Posm eff = 2 x [Na+] mOsm/kg d'eau =2 x 140 Posm eff = 280 mOsm/kg d'eau normalement

o La Posm totale prend en compte l'urée et le glucose (qui diffusent à l'état physiologique) qui sont des osmoles inactives de moindre concentration plasmatique que les ions.Des osmoles inactives, du fait de leur diffusion, n’entraînent pas de différence de Potentiel Chimique entre 2 compartiments (même volume) lors de leur mise en solution : il n'y a par conséquent pas de différence de pression osmotique entre les 2 compartiments(Attention : les Pc baissent du fait de la mise en solution mais demeurent égaux entre eux caril y a la même concentration d'osmoles inactives après diffusion).

En condition normale, [Urée] = 5 mmol/L et [Glucose]= 5 mmol/L .

Posm totale= 2 x [Na+] + [urée] + [glucose] mOsm/kg d'eau = 2 x 140 + 5 + 5 Posm totale = 290 mOsm/kg d'eau normalement

Attention : Dans le cas d'un diabète, le glucose est osmotiquement actif: il ne peut plus aussi bien rentrer dans les cellules qu'en condition normale.Par conséquent, la Posm efficace dans ce cas prend en compte le glucose.

Posm eff (diabète) = 2 x [Na+] + [glucose] mOsm/kg d'eau =2 x 140 + 5 Posm eff (diabète) = 285 mOsm/kg d'eau

c. Variation du volume intracellulaire (VIC).

En connaissant la Posm d'une solution et la Posm d'une cellule, on peut déterminer le sens des échanges liquidiens entre la cellule et la solution dans laquelle elle baigne. On s'en sert pour évaluer les échanges entre milieu intracellulaire et milieu extracellulaire.

Si Posm(solution) = Posm(cellule)

la solution est dite ISOTONIQUEle VIC n'est pas modifié (échanges équivalents d'eau entre la cellule et la solution).

Si Posm(solution) > Posm(cellule)la solution est dite HYPERTONIQUE

le VIC diminue car l'eau se déplace dans le sens du gradient osmotique : cellule vers solution

Si Posm(solution) < Posm(cellule)la solution est dite HYPOTONIQUE :

le VIC augmente car l'eau se déplace dans le sens du gradient osmotique : solution vers cellule


Attention :Il faut différencier la natrémie (concentration de Na+) et la quantité de Na +.

– La natrémie est un indicateur du volume du VIC car c'est a partir de la [Na+] que l'on estime la Posm du plasma.Mais attention la quantité de Na+ n'est pas un indicateur du VIC.

– La quantité de Na + (≠ de natrémie) est un indicateur du VEC exemple : une perte de plasma s'accompagne d'une perte d'ions plasmatiques, et donc d'une diminution de la quantité des ions Na+.

Mais attention la natrémie n'est pas un indicateur du VEC.exemple la perte simultannée de 1 L de plasma et de 140 mmol de Na+ ne changera pas la [Na+] mais la quantité de Na+,elle aura diminué.

– Bien retenir que dans le cas d'un diabète, le glucose compte dans le calcul de la Posm efficace.– La mesure de la Posm est toujours plus précise que l'estimation par la natrémie.

✗ QCM d'application (QCM n°2 ED 2009) :Un patient porteur d'un diabète qui a décidé d'arrêter son traitement par insuline présente des vomissements répétés depuis 48heures. Pendant cette période, il n'est pas parvenu a boire ni a manger et a vomi 2 litres par jour Sa diurèse a été de 2 litres par jour. Il n'a pas eu de selles. Par commodité, ses pertes insensibles sont considéréescomme identiques a celles d'un sujet adulte jeune et sain. Avant cette épisode, son poids était initialement de 70kg. A son arrivée dans le service, le bilan biologique montre un hématocrite à 0,65, une protidémie de 90g/L, une glycémie à 30 mmol/L, une urée à 20 mmol/L et un ionogramme comme suit (valeurs en mmol/L ) : Sodium = 140, Potassium = 5, Chlore = 90, Bicarbonates = 10.Le traitement par insuline est repris et une perfusion de 2 litres contenant 140 mmol/L de glucose et 50 mmol/L de NaCl est administrée en 3 heures.

A. L'osmolalité plasmatique totale calculée est de 330 mOsm/kg d'eau.B. L'osmolalité efficace plasmatique calculée est de 310 mOsm/kg d'eau.C. La natrémie est de 150,5 mmol/L de solvant.D. Le volume d'eau plasmatique est approximativement de 910 mL/L de plasma.E. Le plasma de ce patient est hypertonique ce qui entraine l'augmentation de son volume

intra-cellulaire

Réponses : ABDA. VRAI: Posm totale = 2x[Na+] + [urée] + [Glc] = 2 x 140 + 30 + 20 = 330 mOsm/kg d'eauB. VRAI: Ici, le patient est diabétique: le glucose compte dans l'estimation de la Posm efficacedonc Posm eff = 2 x 140 + 30 = 310 mOsm/kg d'eauC. La protidémie est de 90g/L, donc le volume d'eau dans 1 litre de plasma est de : 1000 – 90 = 910 mL.Par conséquent [Na+] = 140 / 0,91 = 153,8 mmol/L de solvant.D. VRAI : Cf item C.E. Le plasma est certes hypertonique, mais cela entraine une diminution du VIC.


Natrémie = [Na+] = Quantité de Na+ / Volume contenant le Na+

Fiche 5 : Echanges entre secteur plasmatique et secteur interstitiel -

Hypothèse de Starling

1. Réseau capillaire : Zone d'échanges intenses

->Petits vaisseaux mais très grande surface d’échange qui peut varier selon les situations (vasodilatation, vasoconstriction...)-> Monocouche de cellules endothéliale hautement perméables.->Les échanges peuvent être influencés par la contraction d'un sphincter pré-capillaire qui entraîne une diminution du débit sanguin, ce mécanisme jouant un rôle par exemple dans la limitation des oedèmes.

2. Deux modes d'échanges transcapillaires :

Par diffusion Par filtration

Entre le plasma et l'interstitium

Principal mode d'ECHANGE entre compartiments

Principal mode de TRANSFERT entre compartiments

Dans les deux sens et en équilibre : pas de flux net de liquide entre les deux compartiments.

Déséquilbres : flux net de liquide depuis le plasma vers l'interstitium.

Quantitativement très important : s'effectue en permanence et représente 300mL / 100g de tissu sain par minute; donc plusieurs milliersde litres par 24h pour un adulte sain.

Quantitativement faible :15mL/ minute du capillaire vers l'interstitium et 13 mL/ minute reviennent de l'interstitium vers le secteur capillaire.

Echanges régi par : – le gradient de concentration des molécules– la perméabilité capillaire– les caractéristiques moléculaires

Transfert régi par : - les déterminants de l'Equation de Starling

D'où l'équilibre de Gibbs-Donnan ( voir cours et poly)

3. L'Hypothèse de Starling :

- C’est un transfert de fluide du secteur plasmatique vers le secteur interstitiel et réciproquement par FILTRATION (et non par diffusion) qui est à la base de l’hypothèse de Starling.

- Les 2 types de forces régissant les échanges par filtration au travers de la paroi capillaire sont :

✗ P la pression hydraulique ou hydrostatique : Force mécanique exercée par un fluide sur une surface. Au niveau du secteur plasmatique, c'est la force exercée par le sang sur la couche endothéliale des capillaires. Elle tend à faire sortir le liquide de son secteur d'origine.

✗ π : la pression oncotique : Pression osmotique due aux protéines. C'est une pression de rappel c'est-à-dire qu’elle tend à maintenir le liquide dans son secteur d’origine.

A partir de ces 2 pressions qui s'exercent dans les compartiments plasmatiques et interstitiels, on a pu définir l'équation de Starling qui mesure le débit d'ultrafiltration du secteur plasmatiquevers l'interstitium.


Kf Coefficientd'ultrafiltration

caractérise la perméabilité du capillaire en fonction de la perméabilité hydraulique et de la surface d’échanges des capillaires (selon le type de capillaire et son état de vasomotricité).

Pc P hydraulique capillaire

Pc au pôle artériel = 30 mmHgPc au pôle veineux = 10 mmHg

Elle décroit du versant artériel au versant veineux car il existe un flux sortant de liquide tout au long du trajet.Elle est positive et favorise la sortie de liquide plasmatique. (Cf équation)

Pi P hydraulique interstitielle

Pi = - 3 mmHg, négative car infraatmosphérique

Elle est négative et favorise la sortie de liquideplasmatique. (Cf équation)

πc P oncotique capillaire

πc = 28 mmHg Elle est positive et favorise l'entrée de liquide interstitiel. (Cf équation)

πi P oncotique interstitielle

πi = 8 mmHg Elle est positive et favorise la sortie de liquide plasmatique. (Cf équation)

Qf = fluxtranscapillaire

par unité detemps = débit

15 mL/min au versant artérieldu capillaire vers l'interstitium13 mL/min au versant veineuxde l'interstitium vers le capillaire

Si Qf est >0, on a une sortie de liquide du plasma vers l'intersititumSi Qf est <0, on a une entrée de liquide de l'intersitium vers le plasma

Si on étudie d'abord seulement la différence des pressions (sans prendre en compte le Kf )

∆ P = Pression d'ultrafiltration = PF = Pc+ πi – (Pi+ πc)

✗ PF au versant artériel = 30 + 8 - (-3) – 28 = 13 mmHgAu versant artériel du capillaire, la pression d'ultrafiltration PF est de + 13 mmHg, on a donc une sortie de liquide du plasma vers l'intersititium.En multipliant ensuite par le coefficient d'ultrafiltration Kf, on a un débit d'ultrafiltration Qf de 15 mL/min : il y a 15 mL de liquide qui sort par minute du plasma vers l'intersititum.

✗ PF au versant veineux = 10 + 8 - (-3) – 28 = - 7 mmHgAu versant veineux du capillaire, la pression d'ultrafiltration PF est de – 7 mmHg, on a donc une entrée de liquide de l'interstitium vers le plasma.« Pression d'ultrafiltration PF à – 7 mmHg » est équivalent à « Pression de réabsorption PR à + 7 mmHg »En multipliant ensuite par le coefficient d'ultrafiltration Kf, on a un débit d'ultrafiltration Qf de -13 mL/min : il y a 13 mL de liquide qui entre par minute de l'interstitium vers le plasma.

Etude du trajet du liquide dans les capillaires.- Au fur et à mesure que le sang suit son trajet capillaire, la variation des pressions oncotiquesest négligeable. Mais avec le passage de fluide du milieu plasmatique vers le milieu interstitiel,la pression hydraulique capillaire diminue. Ceci est donc du à la filtration : il y a de moins en moins de fluide dans le secteur plasmatique donc la pression hydraulique que ce fluide exercediminue parallèlement au passage de fluide dans l'interstitium.Pc passe donc de 30 mmHg au début du réseau capillaire à 10 en fin de réseau capillaire.

=> Le seul paramètre de l'équation de Starling qui varie au cours du trajet dans le réseau capillaire est Pc.

- 15 mL d'eau par min est donc filtré au pôle artériel et seulement 13 mL par min est réabsorbé au pôle veineux. 2 mL d'eau passe par min dans les capillaires lymphatiques qui ne reviendront que plus tard dans la grande circulation sanguine. Cela justifie que les échanges transcapillaires par filtration sont déséquilibrés.



Qf = Kf [ ( Pc + πi ) - ( Pi + πc ) ]

Fiche 6: Oedèmes – Mécanismes et limitations

1. Un oedème (oidêma : enfler, gonfler) se définit par :

- Une manifestation cliniquement perceptible (visible-palpable) de l'accumulation de fluide dans le compartiment interstitiel des tissus et des organes. - Ils résultent de la rupture de l’équilibre des forces qui régissent les échanges entre les compartiments plasmatique et interstitiel à travers les capillaires : c'est un excès de filtration.O L’équilibre des échanges capillaires est maintenu grâce à la circulation lymphatique.O Ces échanges sont certes quantitativement peu importants mais sontfonctionnellement très importants.

2. Apparition des oedèmes :

Les œdèmes se forment lorsqu’il y a accumulation de fluide dans l’interstitium à partir du moment où la pression hydraulique interstitielle Pi devient positive. Ainsi le secteur

interstielle devient plus compliant ( cad augmentation de volume pour une faible variation de pression)Normalement la pression hydraulique du secteur interstitiel est infraatmosphérique P i= - 3

mmHg. Pour que le syndrome œdémateux soit cliniquement décelable, il faut que le volume interstitiel

augmente de 30%, soit une augmentation du secteur interstitiel de 3L à 3,5L ( soit environ l’équivalent du secteur plasmatique)

Accumlulation possible dans 2 zones : là où la p,hydraustatique est maximale (c'est-à-dire que si le patient est debout le liquide se concentrera dans les membres inférieurs, s’il est allongé car dans le coma le liquide se concentrera au niveau du dos) et au niveau des zones de compliance maximales telles que la peau du visage,

3. Mécanismes des oedèmes :

↑ Pc Cela ce produit plus fréquemment sur le versant veineux qu’artériel. En effet, le sphincter présent en amont permet de limiter l’augmentation de Pc sur le versant

artériel.Ex : insuffisance veineuse, insuffisance cardiaque droite, inhibiteurs calciques (qui relaxent les sphincters au début des capillaires), mauvais drainage lymphatique...

↓πc Il n'y a plus assez de protéines dans le sang, donc le capacité de réabsorption du capillaire diminueEx : malnutrition (kwashiorkor), insuffisance hépatique, syndrôme néphrotique...

↑ Kf Augmentation de la perméabilité capilaire, les mouvements d'eau sont donc plus importants du capillaire vers l'interstitiumEx : oedème de Quinke, choc anaphylactique

4. Limitation de l'oedème :

L'oedème va pouvoir être limité par divers processus : ✗ Vasoconstriction précapillaire : diminution de Pc. Fermeture du sphincters pré-capillaire

qui va faire diminuer le débit sanguin.). Attention, cela peut créer une hypoxie des tissus.✗ Inflation de l'interstitium => augmentation de Pi

=> dilution des protéines dans l’interstitium : diminution de πi

✗ Augmentation du débit lymphatique => diminution des protéines dans l'interstitium : diminution de πi


5. Précision sur le circuit lymphatique:

- Voie d’échanges à un seul sens.=> La lymphe canalisée revient à la circulation systémique : ainsi, 2 à 4 L de liquide parjour sont ramenés du secteur interstitiel vers le secteur plasmatique.- => Le drainage lymphatique :O Annule le bilan des échanges entre liquide plasmatique et liquide interstitiel (≈2 mL/min).O Maintient dans le liquide interstitiel une concentration en protéines basse.En effet, la lymphe canalisée est riche en protéines : 20-30 g de protéines par litre(< plasma mais > liquide interstitiel). Ainsi, la lymphe canalisée draine lesprotéines du liquide interstitiel.- Quand un canal lymphatique est obturé, il se forme un oedème localisé : lymphoedème.

Attention :- Simple ambiguité qui vous perturbe à éclaircir : « On a un oedème quand Pi devient positive et pourtant on dit que l'augmentation de Pi limite l'oedème ». Les deux propositions sont vraies. L'augmentation de Pi dûe à l'excès de filtration justifie le gonflement et donc l'oedème mais le limite en même temps.

QCM D'application : Concours 2007, Faculté de Médecine Toulouse-Purpan :Un patient de 70 ans , qui pesait antérieurement 50 kg, présente des oedemes des membres inférieurs et une prise de poids de 3 kg en 5 jours. Le bilan clinique montre qu'il présente une insuffisance veineuse et une insuffisance cardiaque droite décompensée, Ces deux situation sont connue pour augmenter la pression hydrostatique mais aussi la perméabilité capillaire. Remarque, pour des raisons de simplicité, on admettra qu'un kilogramme de liquide correspond à un volume d'un litre.

QCM 5 du concours 2007 Purpan - Dans ces condition, il est exact que :A – Si la prise de poids ne correspond qu'à des oedèmes, le volume du secteur intra-cellulaire a augmenté de 2 litres.B – Si la prise de poids ne correspond qu'à des oedemes, le volume interstitiel du patient est maintenant de 11 litres .C – En raison de l'augmentation de la perméabilité capillaire, l'échange de fluide par diffusion entre le secteur plasmatique et le secteur interstitiel, qui présente normalement 15ml/min, sera plus abondant,D – L'augmentation de la perméabilité capillaire résulte avant tout d'une augmentation de la pression hydrostatique capillaire.E – Le volume interstitiel peut être mesuré directement en utilisant de l'inuline ou de l'EDTA marqué au chrome 51.

QCM 6 du concours 2007 Purpan - Dans ces condition, il est exact que :A – La pression hydrostatique capillaire sera augmentée au niveau du versant veineux,B – Si l'augmentation de la perméabilité capillaire ne concerne pas les protéines, la pression oncotique plasmatique restera inchangée,C – L'augmentation de la pression hydrostatique interstitielle, devenue positive, tend à s'opposer à la filtration capillaire.D – Les oedèmes augmentent le débit du drainage lymphatique ce qui réduit la pression hydrostatique interstitielle, augmente la pression oncotique interstitielle et finalement limite leurformation.E – L'administration d'une substance provoquant une vasoconstriction pré-capillaire permettrait de limiter la formation des oedèmes mais ferait courir le risque d'un manque d'oxygène dans le territoire capillaire du fait de la réduction du débit sanguin.

QCM 5 des annales Purpan : A propos des échanges entre secteur plasmatique et secteur interstitiel, il est exact que :


A. Leur flux net repose essentiellement sur la filtration transcapillaire bien que la diffusion représente quantitativement le principal mode d'échanges entre ces secteurs.B. D'après l'hypotèse de Starling, la pression de filtration (PF) du plasma vers l'interstitium est positive à la partie initiale des capillaire et négative à leur partie terminale.C. Environ 50 % du volume plasmatique qui filtre vers le secteur interstitiel est drainé par le flux des capillaires lymphatiques.D. La rupture de l'équilibre entre les forces qui régissent ces échanges entraîne la formation d'oedèmes généralisés cliniquement décelables lorsque le volume interstitiel augmente de 10%.E. La formation d'oedèmes secondaires à une augmentation de la pression hydrostatique capillaire veineuse est limitée par les effets de la dilution des protéines interstitielles et l'augmentation du débit de drainage lymphatique.

Corrections :

QCM 5 concours purpan de 2007: BA. Si la prise de poids ne correspond qu'à des oedèmes, c'est le secteur interstitiel donc extra-cellulaire qui est augmenté.B. Le patient pesait antérieurement 50kg, donc son volume interstitiel représentait (sans les oedèmes) 16% du poids du corps : 8Litres.Avec 3kg d'oedèmes donc 3Litres d'eau en plus dans l'interstitium, le volume interstitiel est de 8+3=11LitresC. L'échange de fluide qui représente 15mL/min est la filtration.D. Ces deux mécanismes sont dissociés et l'augmentation de la perméabilité capillaire n'est pas dû à l'augmentation de la pression hydrostatique capillaire.E. On peut mesurer le volume extra-cellulaire, puis le volume plasmatique avec les hématies marquées au chrome 51; et enfin on peut calculer le volume interstitiel en posant: Vextra-cellulaire moins Vplasmatique. Ce calcul est donc une méthode indirecte.

QCM 6 des annales purpan de 2007: ABCEA. L'insuffisance veineuse entraîne :

– une augmentation de la pression hydrostatique capillaire sur le versant veineux car il y a plus de pression dans les veines (le sang "stagne"),

– et une augmentation de la perméabilité capillaire, tout comme l'insuffisance cardiaque droite décompensée.L'insuffisance cardiaque droite a les mêmes conséquences.B. En effet, la pression oncotique plasmatique est dûe aux protéines (au nombre de leurs molécules) présentes dans le plasma. Donc si le nombre de molécules reste le même, la pression oncotique plasmatique restera inchangée.C. L'augmentation de pression hydrostatique interstitielle devenue positive va en effet tendre à augmenter les flux d'eau de l'interstitium vers le capillaire (voir le sens de la flèche dans le poly de cours), donc contribue à limiter l'oedème, donc s'oppose à la filtration capillaire.D. L'augmentation du débit de drainage lymphatique va avoir tendance à diminuer la pression oncotique interstitielle car les protéines interstitielles sont filtrées. Tandis qu'au cours des oedèmes, la pression hydrostatique interstitielle a tendance a augmenter et devenir positive; ce qui tend à limiter l'oedème.E. Cette substance entrainerait une diminution du débit sanguin, donc une diminution de la pression hydrostatique capillaire; cependant on s'exposerait au risque de manquer d'oxygène à cause de la diminution du débit sanguin.

QCM 5 des annales purpan de 2005 : ABEC. La lymphe représente 2mL/minute tandis que le volume plasmatique filtrant vers le secteur interstitiel est de 15 mL/min ( 13mL/min seront réabsorbés dans le capillaire). 2mL sur 15mL représente donc à peu près 13%.D. Cette définition est vraie lorsque le volume interstitiel augmente d'au moins 30%.


Fiche 7 :Bilans hydriques

Sauf pathologie, le bilan hydrique est équilibré : Gain = Pertes donc Bilan hydrique = 0

Les Gains : Les Pertes :

Eau endogène : le métabolismeénergétique : 0,4 L *

Respiration : 0,3 L *

Aliments : 0,8 L *Perspiration : perte d’eau cutanée invisible :

0,4 L *

Boissons : 1,3 L * Transpiration (et sudation) : 0,4 L *

Perfusion (pathologie) Urines : 1,3 L *

Selles (sauf occlusion intestinale) : 0,1 L *

* valeur pour une situation physiologique de base

1. Les Pertes insensibles :

Perte insensible ne signifie pas « perte qui ne varie pas » mais pertes non ajustables :

* Respiration* Perspiration* Transpiration* Selles

2. Les Pertes sensibles : rôle central du rein

Le rein a un rôle central car il ajuste les pertes d'eau par les urines afin de maintenir l'équilibre du bilan hydrique (= afin d'avoir un bilan nul).Attention : Le rein peut diminuer les pertes d'eau mais jamais les annuler à 100%, la limite inférieure est de 0,5 L / 24 heures. Même en cas de déshydratation, on a toujours des pertesd'eau par les urines.

3. Exemples de bilans hydriques

a. Bilan hydrique normal

* Cas du potomane : La consommation importante d'eau est compensée par une augmentation des pertes urinaires. Rappel : Le rein ajuste le bilan mais les pertes d'eau par les selles, la transpiration, la perspiration et la respiration, elles ne s'ajustent pas.

* Coma et occlusion intestinale en réanimation : La perfusion compense l'impossibilité pourle patient de se nourrir et de boire. Le rein ajuste les pertes en fonction de l'entrée d'eau par laperfusion.


Bilan hydrique = gain - pertes = entrées – sorties = absorption - excrétion

* Cas du sportif : L'augmentation de la perte d'eau par la transpiration (et sudation) et la respiration sera compensée par un besoin du sportif à boire d'avantage d'eau. Le rein lui a tendance à diminuer les pertes d'eau par les urines pour compenser l'importante perte par la transpiration et la respiration.Rappel : les pertes par transpiration, respiration peuvent varier dans certaines circonstances (chaleur, sport, fièvre...). Il en est de même pour les selles.

b. Bilan hydrique anormal

* Déshydratation : bilan négatif : S'il n'y a pas d'entrée d'eau par les boissons ou par l'alimentation, le rein aura beau diminuer les pertes par les urines, les sorties seront supérieures aux entrées d'eau : le bilan sera négatif.

Attention: - SEUL le rein est capable d’ajuster les pertes pour maintenir l’homéostasie.- L’eau endogène et la perspiration sont relativement constantes. Toutes les autres varient selon les situation.Exemple : en cas de déshydratation, le gain d'eau par la synthèse d'eau endogène restera constant (même si l'organisme aurait besoin de voir les entrées d'eau augmenter)- Ne pas confondre « variation » et « ajustement » !

QCM D’application : (QCM 5 du concours 2004 )A propos du bilan hydrique, il est exact que :A – Le bilan hydrique d’un sujet anurique (plus d’urines) qui ne boit plus et ne mange pas demeure nul parce que la production d’eau endogène compense les pertes insensibles.B – Chez un sujet qui court un marathon, l’augmentation des pertes d’eau résulte uniquement de la transpiration et de la sudation.C – Lorsque le bilan hydrique d’une patiente qui présente une potomanie et qui ne boit que de l’eau de source non minéralisée est positif, la pression osmotique du plasma diminue.D – Chez un sujet qui présente une diarrhée abondante et des vomissements, l’ajustement des pertes rénales d’eau permet de réduire le volume urinaire jusqu’à un minimum de 0.1 litre par 24 heures.E – Si le bilan hydrique d’un sujet présentant un déficit en hormone anti-diurétique (ADH) est négatif de 1 litre par jour, sa natrémie augmente et son volume intra-cellulaire diminue.

Correction : CEA : eau endogène = 0.4L et les pertes insensibles = 1.1L (0.4+0.4+0.3)Donc 0.4 – 1.1 = - 0.7 ≠ 0.B : Chez un sujet pratiquant du sport, les pertes liées à la respiration augmentent du fait de l’augmentation de la ventilation.C : La patiente boit énormément d’eau, donc, les éléments minéraux (Na+…) sont «dilués» dans ce grand volume d'eau, la pression osmotique du plasma diminue donc.D : La limite homéostasique du rein est de 0.5L d’urine / 24h et pas moins!E : Le bilan hydrique est négatif, les électrolytes sont donc plus «concentrés», la pression osmotique du plasma augmente et donc le volume intracellulaire diminue.


Fiche 8 : Application – Les cas cliniques

Enoncé des QCMs 2, 3, 4 du concours 2005 à Purpan :

Dominique, 20 ans sans aucun passé médical, est revenu d'Inde plus tôt que prévu car il présente une diarrhée liquide depuis 4 jours. La veille précédant son hospitalisation, son bilan hydrique a été (par 24 heures) :Eau alimentaire = 0,5 litre, boisson = 3,0 litres, production d'eau endogène = 0,5 litre, eau expirée (respiration) = 0,8 litre, eau cutannée (perspiration et transpiration) = 1,2 litres, urines = 0,5 litre, selles = 5 litres.Le bilan biologique montre : hématocrite = 60 %, protidémie = 85 g/L, glycémie = 3 mmol/L, ionogramme sanguin (en mmol/L) : sodium = 160 ; potassium = 2 ; bicarbonates = 20 ; chlore = 127. Le pH artériel est à 7,30.Après réalisation du bilan, 2 litres d'une perfusion contenant uniquement (mmol/L) : glucose = 278, sodium = 85, potassium = 26, chlore = 111 lui sont administrés en 6 heures.A titre indicatif : masse molaire du glucose = 180, antilog (-7,30) = 5,0.10-8.

QCM 2 des annales Purpan 2005 : Dans le cas présent, il est exact que :A. Le bilan hydrique est négatif de 1,5 litre.B. Le volume d'urines des 24 heures correspond sensiblement au minimum physiologique de l'excrétion rénale d'eau chez un adulte sain.C. Le volume d'eau physiologiquement excrété dans les selles est 5 à 10 fois plus important que chez un sujet adulte sain.D. Toutes choses étant égales par ailleurs, la perfusion intraveineuse d'un volume de liquide équivalent à celui perdu par les selles la veille de l'hospitalisation n'aurait pas permis d'obtenir un bilan hydrique nul parce que les pertes hydriques intestinales auraient augmenté d'autant. E. L'ajustement des pertes insensibles dans le contexte de bilan hydrique négatif a permis uneéconomie d'environ 1,1 litre d'eau par 24 heures.

QCM 3 des annales Purpan 2005 : A. L'hématocrite est un indicateur (évaluation sans valeur de mesure) du volume liquidien intracellulaire.B. La protidémie supérieure à la valeur physiologique indique (évaluation sans valeur de mesure) que le liquide extracellulaire est diminué.C. L'osmolalité efficae calculée du plasma est de 325 mOsm/kg d'eau.D. L'osmolalité totale du plasma ne peut être calculée avec les données fournies.E. L'augmentation de l'osmolalité efficace calculée du plasma est responsable d'un transfert d'eau du secteur extracellulaire vers le secteur intracellulaire.

QCM 4 des annales Purpan 2005 :A. Le pH artériel indique que la concentration en protons (H+) dans le sang artériel est de 50 nanomoles par litres (nmoles/litre).B. Le trou anionique plasmatique est de 13 mmol/litre.C. La valeur du trou anionique indique que l'acidose du patient résulte de l'accumulation d'un anion indosé.D. En considérant que tous les ions contenus dans la solution à perfuser sont dissociés, son osmolalité est de 389 mOsm/kg d'eau.E. Si l'on ne prend pas en compte le glucose pour calculer l'osmolalité de la solution de perfusion (on cosidère comme pour le plasma que cette molécule ne contribue pas à la détermination de l'osmolalité efficace), la valeur de l'osmolalité retrouvée indique que cette solution est en fait hypotonique au plasma.


Enoncé des QCMs 2, 3 et 4 du concours 2007, Purpan :Un patient porteur d'un diabète qui a décidé d'arrêter son traitement par insuline présente des vomissements répétés depuis 48 heures. Pendant cette période, il n'est pas parvenu à boire ni à manger et a vomi 2 litres par jour. Sa diurèse a été de 2 litres par jour. Il n'a pas eu de selles. Par commodité ses pertes insensibles sont considérées comme identiques à celles d'un sujet adulte jeune et sain. Avant cet épisode, son poids était initialement de 70 kg. A son arrivée dans le service, le bilan biologique montre un hématocrite à 0,65, une protidémie à 90 g/L, une glycémie à 30mmol/L, une urée à 20 mmol/L et un ionogramme comme suit (valeurs en mmol/L) : Sodium = 140 ; Potassium = 5 ; Chlore = 90 ; Bicarbonates = 10. Le traitement par insuline est repris et une perfusion de 2 litres contenant 140 mmol/L de glucose et 50 mmol/L de NaCl est administré en 3 heures.

QCM 2 du concours 2007 Purpan : Dans ces conditions, il est exact d'affirmer que : A. Avant les vomissements, le volume extracellulaire de ce patient représentait sensiblement 14 litres.B. Après 48 heures de vomissements son poids sera supérieur à 64 kg en raison de la compensation d'un partie des pertes liquidiennes parla production d'eau endogène.C. Deux paramètres biologiques permettent d'estimer que son volume plasmatique est diminué.D. La valeur de la natrémie indique que le volume interstitiel de ce patient est diminué d'environ 20%. E. Pour mesure son volume liquidien interstitiel, il est nécessaire de mesure le volume liquidien total de l'organisme auquel on retranche le résultat de la mesure du volume plasmatique.

Le QCM 3 a été posé à la fiche 4.

QCM 4 du concours 2007 Purpan : Dans ces conditions, il est exact d'affirmer que : A. Le trou anionique calculé est de 40 mmol/L, ce qui est augmenté.B. La valeur du trou anionique est évocatrice d'un excès d'anions indosés. C. L'osmolalité totale du liquide de perfusion est de 190 mOsm/kg d'eau.D. Le liquide de perfusion étant hypotonique, son administration augmentera le volume intracellulaire du patient.E. En raison de la faible concentration en chlorure de sodium du liquide de perfusion, son administration ne permettra d'augmenter ni le volume interstitiel ni le volume plasmatique.

Corrections :

QCM 2 des annales purpan de 2005 : BA. Son bilan hydrique va être de: entrées - sorties = (0,5+3+0,5) - (0,8+1,2+0,5+5)= -3,5 LitresIl possède donc un bilan hydrique négatif de 3,5 L.C. Chez un adulte sain, on considère que le volume d'eau physiologiquement excrété dans lesselles est de 0,1 L par jour.Ici, la personne perd 5L des selles au lieu de 0,1L pour un sujet sain. Il perd donc 50 fois plus d'eau que le sujet sain par les selles.D. Le volume de liquide est apporté directement dans le sang, il n'y a pas de passage dans le tractus digestif et donc pas de problème d'abosportion intestinale de cette eau. On ne peut donc pas dire que les pertes intestinales auraient augmenté d'autant.E. Elles sont "insensibles", donc ne s'ajustent pas.

QCM 3 des annales purpan de 2005 : BDA. L'hématocrite et la protidémie (si ces deux indicateurs varient dans le même sens) sont desindicateurs sans valeur de mesure du volume d'eau plasmatique, donc extra-cellulaire.C. L'osmolalité efficace calculée du plasma se calcule de la façon suivante: 2 fois la natrémie.Ici elle est de 2x160=320mOsm/kg d'eau.


D. Effectivement, on a la glycémie mais pas l'urée qui est prise en compte dans le calcul de l'osmolalité totale du plasma.E. Si l'osmolalité du plasma augmente, alors le potentiel chimique de l'eau dans le plasma diminue car il y a plus de molécules en solution. Donc les mouvements d'eau du compartimentde plus fort potentiel chimique (cellules) vers le compartiment de plus faible potentiel chimique (plasma) prédominent; donc la perte d'eau correspond principalement aux cellules dans ce cas.

QCM 4 des annales purpan de 2005 : ABEA. La concentration en protons est: [H+]=antilog (-pH)= antilog (-7,3)= 50 nanomoles/L.B. Le trou anionique est de 160-(127+20)=13mmol/L. On le calcule en faisant natrémie-(chlorémie+bicarbonatémie).C. Le patient présente une bicarbonatémie diminuée (ce qui indique une acidose métabolique), un trou anionique normal mais son ionogramme plasmatique indique une hyperchlorémie. Ce patient présente donc une acidos hyperchlorémique à trou anionique normal, ce qui montre que l'acidose est dûe à une perte d'ions bicarbonates non régénérés (par exemple à cause de la diarrhée.)D. L'osmolalité totale de la solution est l'addition des concentrations en glucose+ sodium+ potassium+ chlore. On trouve ici 278+85+26+111= 500mOsm/kg d'eau.E. Si on ne considère pas le glucose, l'osmolalité de la solution est l'addition des concentrations en sodium+ potassium+ chlore. On trouve ici 85+26+111= 222mOsm/kg d'eau.Or l'osmolalité efficace du plasma est de 2x la natrémie= 320mOsm/kg d'eau. La solution est donc hypotonique au plasma dans cette condition.

QCM 2 du concours 2007 Purpan : ACA. Vrai. Le VEC représente 20 % du poids du corps. 0,20 X 70 = 14 kg.B. Ce QCM est faux pour deux raisons

1. Bilan hydrique = entrées – sorties = ( boissons + alimentation + eau endogène ) - ( respiration + perspiration + transpiration + selles + dirurèse ).Dans ce cas, on ajoute la perte par vomissements et on fait un bilan sur 48 heures : BH = ( 0 + 0 + 0,4 ) X 2 - ( 0,3 + 0,4 + 0,4 + 2 + 2 ) X 2 = 0,8 – 10,2 = - 9,4Donc le poids du patient au bout de 48 heures est : 70 – 9,4 = 60,6 kg < 64 kg.2. La production d'eau endogène est relativement constante et elle est indépendantes des variations de bilan hydrique : il n'y a pas d'adaptation de la production d'eau endogène pour rendre un bilan hydrique nul.

C. Vrai. L'augmentation de la protidémie et de l'hématocrite montrent une diminution du VP.D. Ce QCM est faux pour deux raisons:

1. La natrémie ici est normale.2. La natrémie sert à évaluer des modifications du volume intracellulaire.

E. Volume de liquide interstitiel = VEC – VP

QCM 4 du concours 2007 Purpan : ABDA. TA = Na+ - (HCO3

- + Cl-) = 140 - ( 10 + 90 ) = 40. Il est bien augmentéB. C'est une acidose normochlorémique à trou anionique augmenté révélant bien un excès d'anions indosés.C. Osmolalité totale = 2 X [Na+] + glycémie = 2 X 50 + 140 = 240 mOsm/kg d'eau. E. Le fait de perfuser permet d'augmenter le VEC.


3ème partie : BASES DE LA PHYSIOLOGIE NERVEUSE(Pr ARNAL)

Wasfi FILLALI

- Fiche 1 : Introduction.- Fiche 2 : Potentiel membranaire de repos.- Fiche 3 : Potentiels électrotoniques.- Fiche 4 : Potentiel d’action.- Fiche 5 : Synapses.- Fiche 6 : Synapse chimique.- Fiche 7 : Différents types de récepteurs aux neurotransmetteurs.- Fiche 8 : Neurotransmetteurs activateurs.- Fiche 9 : Neurotransmetteurs inhibiteurs.- Fiche 10 : Amines biogènes.- Fiche 11 : Système nerveux organo-végétatif.- Fiche 12 : QCM corrigés et rédigés.


Fiche 1 :Introduction

1. Activité du cerveau :

Le SNC a une partie viscérale (végétative) et une partie somatique.-La partie somatique est la partie vers laquelle se dirigent les afférences somatiques

(provenant des récepteurs des organes des sens, des muscles et des articulations) et qui envoie les efférences motrices vers les muscles striés squelettiques.

-La partie autonome reçoit les afférences viscérales (provenant des récepteurs des viscères) et envoie des efférences vers les muscles lisses, le muscle cardiaque…

2. Gènes, épigenèse et plasticité neuronale.

a) Non linéarité entre le nombre de gènes et la complexité du cerveau.

- Par exemple, la souris et l’homme ont le même nombre de gènes mais on connaît bien sûr leurs différences...- Ceci s’explique par :

- une immense réserve combinatoire : la complexité ne dépend pas du nombre de gènes mais de la réticulation des interactions des acteurs moléculaires.

- l’expression des gènes selon une séquence temporo-spatiale au cours du développement.

b) Variabilité épigénétique.

-Evolution par essais/erreurs.-Développement différent du cerveau en fonction de l’interaction avec l’environnement. Exemples de jumeaux.


Récepteurs :des organes des sens, des muscles

Effecteurs : les muscles squelettiques.

Afférences somatiques

Efférences motrices

SNC

Somatique

Végétatif

Récepteurs viscéraux

Effecteurs : lesglandes, le muscle lisse et le muscle cardiaque.

Afférences viscéralesEfférences végétatives

c) Plasticité : (au niveau embryonnaire+++ mais aussi à l’âge adulte +/-)

-C’est la capacité générale des neurones et des synapses de changer de propriétés en fonction de leur activité.- Capacité d'adaptation du cerveau est plus facile lors du jeune âge.-Dès le développement embryonnaire, le nombre de synapses explose puis il y a une sélectiondes contacts synaptiques conditionnée par les activités synaptiques et la mort de certains neurones peut être accélérée ou retardée.

3. Les systèmes neuronaux sont :

a) Ouverts : Il y a un échange continu d’informations et d’énergie avec le monde extérieur.

b) Motivés : Le SNC ne reçoit pas passivement des informations de l’extérieur, il est producteur de représentations qu’il projette sur le monde extérieur (ex. trajectoire d’un ballon) et il explore et teste en permanence l’environnement. On parle « d’exploration organisée » car les informations qu’il reçoit sont confrontées avec celles qu’il possède en mémoire.

4. G énéralités sur le neurone

Le neurone est l’unité fonctionnelle du SN, il émet et propage le message nerveux. Il s’agit : - d’une cellule excitable, qui génère et propage des signaux électriques- d’une cellule sécrétrice particulière, qui produit le neurotransmetteur (NT), et dont la sécrétion

est focalisée et dirigée vers les cellules avec lesquelles le neurone est connecté, au niveau des synapses. Le neurone est ainsi différent des autres cellules sécrétrices de l’organisme comme les cellules hormonales qui libèrent leur produit de sécrétion dans la circulation sanguine (sécrétion endocrine).

- d’une cellule à métabolisme élevé, qui nécessite un approvisionnement constant et abondanten oxygène et en glucose (en cas d’anoxie cérébrale, lésions irréversibles et mort cérébrale en moins de trois minutes).

Les neurones ont un corps cellulaire ou soma, d’où partent deux types de prolongements : les dendrites et l’axone.

- Le corps cellulaire ou soma contient noyau et cytoplasme, il assure, pendant toute la vie, la synthèse des constituants nécessaires à la structure (protéines) et aux fonctions (NT) du neurone.

- Les dendrites sont au départ de simples prolongements du cytoplasme formant des troncs dendritiques. Ces troncs se divisent en arbres dendritiques, et le diamètre des branches dendritiques diminue au fur et à mesure que l’on s’éloigne des troncs.

Dendrites et soma sont la principale surface de réception du neurone : ils reçoivent des contacts synaptiques venant d’autres neurones. Ils intègrent les messages qu’ils reçoivent et génèrent des signaux électriques (potentiels post-synaptiques). Leur membrane plasmique estdépourvue de canaux voltage-dépendants.

- L’axone ou fibre nerveuse, à diamètre constant, naît du cône axonal aussi appelé segment initial. Il peut émettre une ou plusieurs collatérales. Les axones sont de longueur variable (certains dépassent 1m). L’axone et les collatérales se terminent par de fines branches terminales qui rentrent en contact avec les cellules cibles au niveau des boutons synaptiques.

L’axone est le pôle émetteur du neurone.

Les potentiels d’actions (PA) naissent au segment initial en réponse aux informations synaptiques transmises par le segment somato-dendritique. L’axone conduit les PA sans perte d’amplitude. Le PA se propage jusqu’aux terminaisons axonales qui, en réponse, libèrent les neurotransmetteurs qu’elles renferment au niveau des synapses.

L’axone (dépourvu de ribosomes) ne peut renouveler ses molécules constitutives, ni assurer laTous droits réservés au Tutorat Associatif Toulousain. Sauf autorisation, la vente, la diffusion totale ou partielle de ce polycopié sont interdites. 42

synthèse du ou des NT qu’il libère. Il renferme des éléments du cytosquelette, des mitochondries et des vésicules, éléments à l’origine des transports axonaux antérogrades et rétrogrades.

La membrane plasmique du neurone

La membrane plasmique de tout le neurone est constituée d’une bicouche lipidique, dans laquelle sont incluses des protéines transmembranaires parmi lesquelles les canaux ioniques.

- Les glycérophospholipides ont leurs têtes hydrophiles polaires au contact de l’eau, et leurs queues hydrophobes qui se rassemblent afin d’exclure l’eau.

- La bicouche lipidique est imperméable à l’eau, aux ions et à la plupart des protéines polaires hydrophiles isolant

- Les ions traversent la membrane soit Passivement par les canaux ioniques

Activement par les pompes ioniques

QCMs d'application :

(ED 2003) : La plasticité neuronale :

A. Désigne la capacité générale du neurone et des synapses à changer de propriétés en fonction de leur état d'activité.B. Ne se développe que dans les stades terminaux du développement embryonnaire.C. Repose sur le fait que le nombre des synapses peut augmenter et diminuer dans le système nerveux chez l'adulte.D. Est impliquée dans la « motivation cérébrale » de l'homme adulte.E. N'est pas impliqué dans l'activité du système nerveux végétatif.

Corrections :

ED 2003 : ACDB. La plasticité neuronale survient également à l'age adulte.E. La plasticité neuronale est aussi impliqué dans le système nerveux végétatif.


Fiche 2 : Potentiel membranaire de repos

Lorsqu'on introduit une microélectrode dans une cellule, on relève une différence de potentiel électronique (une tension) car il existe une différence de charges électriques entre l'intérieur etl'extérieur de la cellule. On dit que les cellules sont polarisées. Cette polarisation constitue uneréserve d'énergie potentielle nécessaire au transport de substances pour la cellule.

1. Quelques définitions et principes fondamentaux d'électricité :

Potentiel de

membraneVm

Correspond à la différence de potentiel électronique d'une cellule en situation physiologique. Toutes les cellules ont un potentiel de membrane car toutes les cellules sont polarisées.

Potentiel de

repos

Correspond à un des états possibles du potentiel de membrane. On emploie ce mot seulement pour les cellules excitables car elles sont soumises, selon les situations à des stimulis électriques qui modifient le potentiel de membrane. (elles ne sont donc pas toujours au repos contrairement aux autres cellules)Toutes les cellules sont donc polarisées mais seules certaines sont excitables : le neurone et la cellule musculaire.

Différence de

potentiel (ddp)

On emploie surtout ce mot pour évoquer la valeur algébrique du potentiel de membrane, mais on peut considérer que c'est synonyme... La ddp est mesurée grâce à un électrode placée à l'intérieur de la cellule, elle est donc du signe de l'excès de charges à l'intérieur de la cellule.

✗ Les concentrations ioniques :

ions Milieu extracellulaire Milieu intracellulaireNa+ 150 15Cl- 110 10K+ 5 150

+ Protéines et composés phosphorylésAttention : il existe une ddp et pourtant, on dit que les liquides intra et extracellulaires sont

électriquement neutres. Ceci est vrai il n'y a pas d'incohérence... L'électroneutralité est simplementviolée à proximité de la membrane (puisque c'est le lieu d'échange des ions entre les 2 milieux) ce

qui explique ces différences de potentiel. Autrement dit, le nombre de charges positives etnégatives à l’origine du potentiel est une fraction infime du nombre total de charges dans la cellule.

Électroneutralité mais excès de charges + à proximité de la membrane

Électroneutralité mais excès de charges - à proximité de la membrane

– La différence de potentiel est due à la séparation de charges de part et d'autres de la membrane provoquée par un courant permanent d'ions à travers les canaux ioniques.


2. Potentiel de membrane :

– Le potentiel de membrane est du signe de l’excès de charges à l’intérieur de la cellule. Il est négatif car il y a un excès de charges (-) sur le versant interne de la membrane plasmique. La négativité du potentiel de membrane s'explique par le fait que les courants majoritaires d'ions à travers la membrane sont les courant de K+ (cf tableau ci dessous). On a donc un flux majoritaire sortant de charges positives expliquant la négativité du potentiel de membrane.

– Il est compris entre -50mV et -90Mv. Sa valeur est de -70mV pour les neurones.

– Le potentiel de membrane peut donc varier en fonction : (Cf QCM d'application)

* Des différences de concentration dans les milieux intra- et extra-cellulaires.* Des différences de perméabilité membranaire.

-par les canaux ioniques.-par les pompes (minimes).

* Des différents niveaux d'activité de la pompe ATPasecar ces trois facteurs modifient les courants ioniques. (les entrées et les sorties de charges + et -)

Attention :

– L'étude de ces ions se fait sur des courants ioniques c'est à dire des charges en mouvement (qui entrent et sortent de la cellule), on étudie donc des flux, pas des ions immobiles. (cf le « attention » à la fin des QCMs d'application).

– Pour un ion donné, plus la perméabilité (sélective) est grande, plus la contribution de ce type d’ion au potentiel de membrane est grande. Un flux de 1000 charges + aura forcément plus d'influence sur la variation du potentiel électronique qu'un flux de 10 charges -.

– Attention aux QCMs ! Le potentiel de membrane d'une cellule est du à la séparation de charges consécutive au flux ionique à travers les canaux potassium, lui même du au déséquilibre ionique entretenu activement par les pompes sodium/potassium. Ce qui signifie que la valeur du potentiel de membrane n'est pas dû directement à la pompe ATPase sodium/potassium mais au mouvements d'ions provoqués par le déséquilibre ionique ( certes lui même dû à la pompe).

– Lorsque l’on compare 2 potentiels de membrane, on raisonne par rapport à la valeur absolue. Ainsi, un potentiel membranaire de -90mV est plus grand qu’un potentiel membranaire de -70mV (car90>70) et lorsqu’un potentiel de membrane « augmente », il s’éloigne de la valeur du seuil.

– Ce sont les ions Na+, K+ et Cl- qui assurent les variations du potentiel de membrane.=> voir le tableau récapitulatif des différents transports de ces ions à la page suivante.


Ce schéma représente l'état de repos. La pompe ATPasique permet de créer et maintenir les gradients de concentration de Na+ et

de K+ (cette pompe expulse de la cellule 3 Na+ et ne fait entrer que 2 K+), qui créent la séparation des charges et par conséquent le potentiel lui-même. Les gradients de concentration tendent à faire rentrer du Na+ dans la cellule et à faire sortir du K+ et comme il y a 50 fois plus de canaux de fuites à K+ qu'à Na+, la sortie de K+ est majorée par rapport à l'entrée de Na+. En effet, les ions K+ diffusent selon leur gradient de concentration à l’extérieur de la cellule. Ceci crée un excès de charges positives dans le milieu extracellulaire et un excès de charges négatives dans le milieu intracellulaire.La différence de potentiel est créée. Quand le compartiment extracellulaire devient électropositif, et lecompartiment intracellulaire électronégatif, il se crée un gradient électrique qui s’oppose au gradient de concentration. Le potentiel d’équilibre se définit comme le potentiel de membrane pour lequel les deux flux ont la même valeur mais sont de sens opposé. Le potentiel d’équilibre du K+= -90mV, celui du Na+= +60 mV. Ainsi le potentiel de repos (-70 mV) est plus proche du potentiel d'équilibre duK+ que du Na+.

QCMs d'applications:

QCM 7 du concours 2001 : Pour un neurone au repos dont la valeur du potentiel de membrane est stable (-70mV) :

A. Les gradients transmembranaires de concentration de sodium et de potassium ne varient pas.B. Il y a en permanence un déplacement vers l’extérieur des ions potassium à travers des canaux ioniques ouverts.C. Il y a en permanence un pompage des ions sodium vers l’intérieur de la cellule grâce à l’ Na+/K+ ATPase.D. Le potentiel de membrane est plus proche du potentiel d’équilibre des ions K+ que du potentiel des ions Na+.E. Le nombre d’ions Na+ et K+ déplacés par la pompe Na+/K+ est égal au nombre d’ions Na+ et K+ qui diffusent dans le sens opposé à travers les canaux de la membrane en suivant leur gradient de concentration et leur gradient électrique.


QCM 6 du concours 2003 : Soit un modèle à deux compartiments intra- et extra-cellulaires séparés par une membrane contenant une Na+/K+ ATPase, des canaux Na+ et des canaux K+ dont on peut augmenter ou diminuer le degré d’ouverture. La concentration de Na+ est de 150mM en extracellulaire, tandis que la concentration de K+ est de 5mM en extra-cellulaire et de 150mM en intra-cellulaire. Dans ces conditions, le potentiel de membrane est stable à -70mV. La différence de potentiel transmembranaire augmente si, toutes choses étant égales par ailleurs :

A. On augmente le nombre de canaux K+ ouverts.B. On diminue le nombre de canaux Na+ ouverts.C. On diminue le gradient de concentration du K+.D. On augmente la concentration extra-cellulaire du K+.E. On augmente l’activité de la Na+/K+ ATPase.

Corrections :

QCM 7 du concours 2001 : ABDEA.Vrai. En effet, le potentiel de membrane est stable ici, la pompe Na+/K+ entretien les gradients de concentration : elle « redéplace » les ions qui sont passés par les canaux, en fonction de leurs gradients, dans leur compartiment « d’origine ». Les concentrations des différents ions varieront si on modifie le nombre de canaux ouverts ou l’activité de la pompe Na+/K+.C. Voir schéma, la pompe Na+/K+, déplace les ions sodium vers l'extracellulaire.D. Vrai. Le potentiel d’équilibre du K+= -90mV, celui du Na+=+60mV, le potentiel de membrane quant à lui est égal à -70mV.E. Vrai. Le potentiel de membrane est stable.


QCM 6 du concours 2003 : ABE

Raisonnement à tenir : Ce QCM est un classique. Ce schéma permet de répondre à toutes les variantes existantes de ce QCM, mais il doit être à comprendre, pas à apprendre. Le cas du Cl- est inclus à titre d'exemple mais il n'est généralement pas présenté dans ce type de QCM.Abréviations : ↑ = Augmenter ↓ = Diminuer


- D' ↑ la différence de potentiel transmembranaire, équivalent à - De rendre le potentiel de membrane davantage négatif, équivalent à

- D' ↑ le potentiel de membrane (même si ce n'est pas précisé,on parle en VALEUR ABSOLUE)

Pour cela, il faut

L'énoncé peut

demander : Cas N°1 :

- ↑ l'excès de charges – à l'intérieur de la cellule- ↓ l'excès de charges + à l'extérieur de la cellule

Comment faire ?

2. Agir sur les gradients de concentration

3. Agir sur le nombre de canaux ouverts =

modifier la perméabilité de la membrane aux ions

Du K +

(orienté de l'intérieur vers

l'extérieur)

Du Na +

(orienté de l'extérieur vers

l'intérieur)

Du Cl-


l'intérieur)

Il faut

↑ ce gradient pour favoriser la sortie de charges

+

↓ ce gradient pour diminuer

l'entrée de charges +

↑ ce gradient pour favoriser

l'entrée de charges -

Il faut Il faut

Comment ?Comment ?Comment ?

- ↑ la concentration intracellulaire de K+

- ↓ la concentration extracellulaire de K+

- ↑ la concentration intracellulaire de Na+

- ↓ la concentration extracellulaire de Na+

- ↓ la concentration intracellulaire de Cl-

- ↑ la concentration extracellulaire de Cl-

1. ↑ l'activité de la Na +/K + ATPase

canaux K +canaux Na +canaux Cl-

Il fautIl faut Il faut

↑ le nombre de canaux

ouverts pour favoriser la sortie de

charges +

↓ le nombre de canaux

ouverts pour diminuer


↑ nombre de canaux

ouverts pour

favoriser l'entrée de charges -

B. Vrai. En effet, si on diminue le nombre de canaux Na+ ouverts, la quantité d’ions Na+

passant dans le compartiment intra-cellulaire va diminuer. C. Diminuer le gradient réduirait la sortie d'ions K+, et réduirait la négativité du potentiel de membrane.

D. En augmentant la concentration extra-cellulaire du K+, on diminue le gradient de concentration. Cas identique aux items A et C.

E. Vrai. La Na+/K+ ATPase a pour rôle de maintenir les gradients de concentration, ainsi si on augmente son activité, la différence de potentiel trans-membranaire augmente.

Attention : Pour la résolution de ce type de QCM, l'étude porte sur LES MOUVEMENTS DES IONS et donc des charges électriques à travers la membrane plasmique. L'important est donc la notion de flux d'ions et de perméabilité de la membrane. Erreur que vous commettez régulièrement : Il ne faut pas croire que pour augmenter la positivité du potentiel de membrane (par exemple), il faut augmenter la concentration intracellulaire d'ions K+, car si on a l'impression que cela augmente les charges + à l'intérieur de la membrane, cela concourt surtout à diminuer le gradient de K+ et donc à diminuer le flux entrant d'ions +. Cela diminue donc le potentiel de membrane.


- D' ↓ la différence de potentiel transmembranaire, équivalent à - De rendre le potentiel de membrane moins négatif, équivalent à

- D' ↓ le potentiel de membrane (même si ce n'est pas précisé,on parle en VALEUR ABSOLUE

Pour cela, il faut

L'énoncé peut

demander : Cas N°2 :

- ↓ l'excès de charges – à l'intérieur de la cellule- ↑ l'excès de charges + à l'extérieur de la cellule

Comment faire ?

2. Agir sur les gradients de concentration

3. Agir sur lenombre de canaux ouverts =

modifier la perméabilité de la membrane aux ions

Du K +

(orienté de l'intérieur vers

l'extérieur)

Du Na +


l'intérieur)

Du Cl-


l'intérieur)

Il faut

↓ ce gradient pour diminuer la sortie de charges

+

↑ ce gradient pour favoriser


↓ ce gradient pour diminuer


Il faut Il faut

Comment ?Comment ?Comment ?

1. ↓ l'activité de la Na +/K + ATPase

canaux K + canaux Na + canaux Cl-

Il faut Il faut Il faut

↓ le nombre de canaux

ouverts pour diminuer la sortie de

charges +

↑ le nombre

de canaux ouverts

pour favoriser


↓ le nombre de

canaux ouverts

pour diminuer


- ↓ la concentration intracellulaire de K+

- ↑la concentration extracellulaire de K+

- ↓ la concentration intracellulaire de Na+

- ↑ la concentration extracellulaire de Na+

- ↑ la concentration intracellulaire de Cl-

- ↓ la concentration extracellulaire de Cl-

Fiche 3 :Potentiels électrotoniques

1. Pour commencer… quelques définitions !

On définit les changements de potentiel membranaire par rapport au potentiel membranaire derepos (-70mV). Ces termes s'appliquent aux cellules excitables.

DépolarisationLe potentiel membranaire devient moins négatif que le potentiel membranaire de repos et se rapproche de 0 (sa valeur absolue diminue => « le potentiel membranaire diminue »).

HyperpolarisationLe potentiel membranaire devient plus négatif que le potentiel membranaire derepos et s’éloigne de 0 (se rapproche du potentiel d’équilibre du K+ : -90mV) (sa valeur absolue augmente => « le potentiel membranaire augmente »).

Repolarisation Retour au potentiel membranaire de repos.

Inversion depolarité

Le potentiel de membrane devient positif (se rapproche du potentiel d’équilibre du Na+ : +60mV).

2. Caractéristiques des potentiels électrotoniques

– Ils apparaissent suite à des stimuli sous-liminaires (dont la tension ne permet pas d’atteindre le seuil d’excitabilité).

- Il s’agit de phénomènes locaux : transmission de l’information sur de courtes distances ( de l'ordre du millimètre ).

- Il peut s’agir d’une dépolarisation ou d’une hyperpolarisation. Ils sont excitateurs dans le cas d'une dépolarisation car le potentiel de membrane se rapproche du seuil de déclenchement du potentiel d'action. (Cf fiche 4)Ils sont inhibiteurs dans le cas d'une hyperpolarisation car le potentiel de membrane s'éloigne du seuil de déclenchement du potentiel d'action. (Cf fiche 4)Les potentiels post synaptiques excitateurs ou inhibiteurs (PPSE et PPSI) sont donc des potentiels électrotoniques.

- L’amplitude dépend de l’intensité du stimulus.

- Il n’y a pas de seuil.

- La durée est variable : parfois plusieurs dizaines de ms.

- La dépolarisation est maximale près de l’origine de la stimulation :A l’intérieur de la cellule : les ions positifs se déplacent des zones (+) vers les zones de repos (-).A l’extérieur de la cellule : les ions positifs se déplacent des zones (+) vers les zones dépolarisées (-)

- La circulation est décrémentielle : l’amplitude de la dépolarisation décroît avec la distance.

- Il nait au niveau de la région post synaptique.

- Phénomènes de sommation possibles : temporelle et/ou spatiale.Dans une synapse chimique, pour l’activation de la cellule post-synaptique (voir fiches 5 et 6), un potentiel post-synaptique excitateur ne suffit pas pour atteindre le seuil. Il faut


donc des phénomènes de sommation.C'est la sommation de potentiels électrotoniques qui permet le déclenchement de potentiels d’action.

QCM d'application:

QCM ED 2002, 2003, 2005 : Un potentiel post-synaptique excitateur (PPSE) :

A. Consiste en un changement de potentiel membranaire aboutissant au potentiel d’équilibre de l’ion potassium.B. A pour origine une diminution du gradient électrochimique à la fois des ions Na+ et K+.C. Peut s’additionner à d’autres potentiels post-synaptiques générés au niveau de la membrane de la fibre nerveuse post-synaptique.D. Met en jeu les mêmes canaux ioniques voltage-dépendants que le potentiel d’action.E. Est un mécanisme essentiel dans l’activation des motoneurones pendant le réflexe d’étirement (réflexe myotatique).

Correction :

QCM ED 2002, 2003, 2005 : BCEA. Un PPSE rapproche le potentiel de membrane du seuil. Il correspond à une dépolarisation. Le potentiel de membrane se rapproche donc du potentiel d’équilibre du sodium sans l'atteindre.C. Vrai. En effet, les potentiels électriques peuvent s’additionner (Ainsi, un PPSI peut par exemple, empêcher des PPSE d’engendrer un potentiel d’action…) E. Cf physiologie musculaire.


Fiche 4 :Potentiel d’action (PA)

1. Généralités :- Pic de -70mV à +30mV puis retour au potentiel de repos- Durée : 1ms.- Transmission sur de longues distances.- Déclenché lorsque le seuil de dépolarisation est atteint selon une

loi du tout ou rien.- On retrouve le vocabulaire de « dépolarisation, hyperpolarisation,

repolarisation et inversion de polarité » qui avait été défini pour les potentiel électrotoniques.

2. Bases ioniques :Les ions Na +

- Au repos : La majorité des canaux à Na+ est fermée. - Dépolarisation : Elle est dûe à l'ouverture de ces canaux sodiques,

on a une augmentation de la perméabilité membranaire aux ions Na+ : passage de 1 à X 600. Les Na+ entrent dans la cellule (grâce aux gradients de concentration et électrique) => dépolarisation puis inversion de polarité membranaire.On se rapproche du potentiel d'équilibre du Na+

- Repolarisation : dûe à la fermeture des canaux à Na+.

Les ions K +

- Au repos : la perméabilité membranaire au K+ est 50 fois supérieure à celle du Na+

- Dépolarisation : Elle entraîne une ouverture lente des canaux à K + - Repolarisation : Elle est accélérée par l’ouverture de canaux à K +

sensibles au voltage qui sont à l’origine d’une post-hyperpolarisation. On a une augmentation de la perméabilité membranaire aux ions K + : passage de X 50 à X 300.

Le potentiel d'action est donc dû à une différence de perméabilité aux différents ions.Il y a ensuite un retour au potentiel membranaire de repos avec un retour des conductances au Na+ et au K+ à leurs valeurs de repos.

Rmq : On distingue 2 phases dans l’activation des canaux :-Le cycle positif rapide est dû à l’ouverture des canaux Na+. Il correspond à la dépolarisation.-Le cycle négatif lent est dû à l’ouverture des canaux K+.

Les canaux mis en jeu lors d'un potentiel d'action sont des canaux sensibles au voltage.Ils comportent :-6 domaines : Chaque domaine possède une boucle qui est responsable de la sélectivité ionique et de la conduction.-Un pore-Un domaine polaire qui détecte le potentiel de membrane et qui entraîne l’ouverture des canaux Na+ par exemple.-Un segment intra-cellulaire qui permet l’inactivation du canal lorsque la membrane est totalement dépolarisée.-Un site pour la lidocaïne qui bloque l’ouverture des canaux Na+. (anesthésiant).


3. Seuil :

- Le seuil est la valeur du potentiel de membrane qui doit être atteint pour permettre le déclenchement d’un potentiel d’action (PA)

Un stimulus sub-liminaire(= infra-liminaire)

n’atteint pas le seuil. L'entrée de Na+ est inférieur à la sortie de K+ => pas de déclenchement de PA.

Un stimulus liminaire (= liminal)

atteint tout juste le seuil. L'entrée de Na+ est égale (voire à peine supérieur) à la sortie de K+ => PA.

Un stimulus supra-liminaire dépasse le seuil. L'entrée de NA+ est supérieur à la sortie de K+ => PA.

- Le potentiel d’action a la même forme et la même amplitude pour toute intensité du stimulis : loi du tout ou rien : une fois le seuil atteint, les phénomènes membranaires ne dépendent pas de l’intensité du stimulus (l’intensité d’un signal est codée en fréquence et non pas en amplitude).

- Le cône d’implantation de l’axone est la zone où la quantité de canaux sodiques voltage-dépendants est la plus importante et donc où le seuil est le plus bas. C’est donc cette zone quiatteindra la première le seuil et qui sera le lieu de naissance du potentiel d’action.

4. Périodes réfractaires :

Périoderéfractaire

absolue

depuis le sommet du PA jusqu’à la fin de la phase descendante (=durant la phase de repolarisation). Durant cette période, il est impossible de déclencher un PA.

Périoderéfractaire

relative

suit la période réfractaire absolue, dure plusieurs dizaines de ms, c'est durant la phase de post hyperpolarisation. Elle correspond au temps nécessaire aux canaux pour reprendre leur conformation d’origine. Un PA peut être produit durant cette période à condition que l’on applique un stimulus supra-liminaire. (un stimulis liminaire ne suffit pas)

L'existence de ces périodes réfractaires permettent de limiter la fréquence des PA.

5. Propagation du potentiel d’action.

- Naissance généralement au niveau du cône d’implantation de l’axone.- La propagation du PA est toujours unidirectionnelle (à cause de la période réfractaire en amont).- Fibre amyélinique (petit diamètre) : le courant se déplace de proche en proche, vitesse de conduction de 0,5m/s.Plus le diamètre de l’axone est grand, plus la vitesse de conduction est grande.- Fibre myélinisée (gros diamètre + gaine de myéline) : manchons de cellules gliales séparées par des nœuds de Ranvier où la densité des canaux à Na+ est élevée => les PA générés sont conduits par les zones myélinisées de manière saltatoire (plus rapide), vitesse de conduction de 100m/s.

✗ QCMs d'applications:

QCM 8 du concours 2001 : Au cours de la phase de dépolarisation du potentiel d’action d’un axone :A. Les canaux sodiques activés par un ligand s’ouvrent.B. La perméabilité de la membrane aux ions sodium augmente de plusieurs centaines de fois.C. Le nombre de charges positives qui quitte l’axone sous forme d’ions potassium est supérieur au nombre de charges positives qui pénètre dans la cellule sous forme d’ions sodium.D. Il y a inversion de la polarité membranaire, c'est-à-dire que l’intérieur de l’axone devient électropositif par rapport à l’extérieur.E. Le potentiel de membrane s’approche du potentiel d’équilibre des ions sodium sans cependant l’atteindre.


QCM 7 concours 2003 : Concernant le potentiel d’action neuronal, il est exact que : A. Son seuil de déclenchement se produit chaque fois que le potentiel de membrane atteint le seuil.B. Au cours de la phase ascendante, le flux net des ions à travers les canaux ioniques change de sens et s’effectue vers l’intérieur.C. Son déclenchement met en jeu des canaux Na+ sensibles au voltage.D. Sa phase descendante correspond à une diminution de la perméabilité membranaire au

K+ plutôt qu'à une augmentation de la perméabilité membranaire au Na+.E. La période réfractaire absolue est la conséquence de l'inactivation persistante des canaux Na+.

QCM 5 concours 2002 : Pendant la phase de repolarisation d’un neurone, il est exact que : A. Le potentiel transmembranaire redevient négatif car les canaux potassiques voltage-dépendants s’ouvrent, laissant entrer le potassium.B. Le nombre des canaux potassiques voltage-dépendants ouverts est maximal au début de la repolarisation.C. Les canaux sodiques voltage-dépendants se ferment, diminuant la perméabilité au sodium.D. Des canaux sodiques voltage-dépendants s’inactivent du fait de l’intervention d’un segment intra-cellulaire du canal.E. L’hypo-excitabilité du neurone durant quelques ms est la conséquence de son hyperpolarisation.

QCM ED 2004-05 :A partir des différents points représentés sur le tracé d'un potentiel d'action d'un axone myélinisé déterminez si les affirmations suivantes concernant ce potentiel d'action sont exactes:

A. Le point A représente le moment où la perméabilité relative potassique est maximale.B. La perméabilité relative sodique est supérieur au point C qu'au point B.C. Le point C représente le seul moment où le gradient potassique de part et d'autre de la membrane de l'axone est maximal.D. Une nouvelle stimulation liminaire sera efficace si elle est réalisée au point E.E. La perméabilité relative sodique est supérieur à celle du potassium au point D.

QCM concours 2001/2002 : A propos du cône d'implantation de l'axone, il est exact que:A. C'est la zone du neurone où la densité des canaux sodiques voltages dépendants est la plus forte.B. C'est la zone du neurone où le seuil est le plus élevé.C. Son potentiel de membrane est influencé par les potentiels électrotoniques générés par les différentes activités synaptiques.D. L'augmentation des charges positives au niveau de la partie intracellulaire de la membraneplasmique est favorisée par l'activité des synapses excitatrices.E. Son potentiel de membrane est d'autant plus influencé par l'activité d'une synapse que celle-ci est proche.


mV

A

B

CD

E

Corrections :

QCM 8 du concours 2001 : BDEA. Les canaux sodiques s’ouvrent bien mais il s’agit de canaux voltage-dépendants.B. Vrai. La perméabilité relative au sodium passe de 1 à 600.C. La phase de dépolarisation est due à l’entrée de sodium dans la cellule.D. Vrai. Le potentiel de membrane approche +30mV, tandis que le potentiel d’équilibre vaut -60mV.

QCM 7 du concours 2003 : ABCEA. Vrai. Certains verraient le contre exemple de la période réfractaire absolue. Durant cette période, l'inactivation des canaux sodiques rendent de toute façon impossible l'atteinte du seuil.D. La diminution de perméabilité membranaire au potassium aide à l’établissement du potentiel d’action mais il ne le provoque pas. C'est l'augmentation de la perméabilité au sodium qui est le facteur prépondérant.

QCM 5 du concours 2002 : CDEA. Les canaux potassiques laissent le potassium sortir.B. Voir l’allure des courbes de la fiche 4. Le nombre maximal de canaux potassiques ouverts arrive après le début de la repolarisation.

QCM ED 2004-05 : BEA. La perméabilité potassique est maximale durant l'hyperpolarisation.B. Vrai. Elle est maximale en sommet de courbe.C. Il est maximal pendant l'hyperpolarisation.D. On est en période réfractaire relative, il faut donc une stimulation supraliminaire pour déclencher un PA.

QCM Concours 2001-2002 : ACDEB. Le seuil n'est pas plus plus élevé au contraire il est plus facilement atteint.C. Vrai. Le neurone reçoit plusieurs informations en même temps (excitatrice et inhibitrice), il intègre, fait la somme et répond.


Fiche 6 :La synapse chimiqu e

Rmq : - Le bacille tétanique inhibe la libération des neurotransmetteurs qui assurent des PPSI sur les neurones. Il entraîne donc des contractions involontaires (qui démarrent avec le trismus). Certains agents pharmacologiques modifies le mécanisme synaptique, ce sont les psychotropes, Il en existe 2 types:

–Les agoniste qui conduisent à une réponse comparable a celle des neurotransmetteurs.–Les antagonistes qui se lient aux récepteurs et empêchent la liaison des neurotransmetteurs. On n'a pas un effet inverse mais juste une inhibition de la réponse provoquée d'habitude par le neurotransmetteur.


✗ QCM d'application (fiches 5 et 6) :

QCM 7 du concours 2002 : Concernant la transmission synaptique, il est exact que :A. Tout potentiel d’action pré-synaptique libérant un neurotransmetteur excitateur induit toujours un potentiel d’action au niveau post-synaptique.B. La libération du neurotransmetteur dans la synapse neuro-musculaire nécessite la présence de calcium dans le milieu extra-cellulaire.C. Un potentiel post-synaptique inhibiteur est induit par une augmentation de la perméabilité de la membrane post-synaptique aux ions potassium ou chlore.D. La génération d’un potentiel d’action dans l’élément post-synaptique d’une jonction neuro-musculaire nécessite la sommation de plusieurs potentiels d’action pré-synaptiques.E. La transmission synaptique peut se faire dans les deux directions de certaines synapses.

Corrections :

QCM 7 du concours 2002 : BCEA. Il faut, qu’au niveau post-synaptique, il y aie sommation de potentiels électrotoniques pour atteindre le seuil et déclencher le potentiel d’action.D. La génération d’un potentiel d’action nécessite un seul PPSE, que l’on appelle le potentiel de plaque motrice. (Cf physio musculaire.)E. Vrai. C'est le cas des synapses électriques.


Fiche 7 :Les différents types de récepteurs aux neurotransmetteurs

Il existe deux grands types de récepteurs aux neurotransmetteurs :

1. Récepteurs ionotropes.

-Ils comportent :-Un domaine extra-cellulaire qui se lie avec le neurotransmetteur (« le ligand ») et qui entraîne l’ouverture du canal.-Un segment trans-membranaire qui forme un canal ionique : 5 sous-unités forment unpore.

-Effets post-synaptiques brefs (10 ms maximum).

2. Récepteurs métabotropes.

-« Récepteurs classiques »-C’est un canal mais il est couplé à une protéine G (Gs (stimulatrice) ou Gi (inhibitrice))

Il y a deux cas de figures : a) La protéine G interagit directement avec le canal ionique, ce qui entraîne des

potentiels post-synaptiques qui sont longs et qui peuvent durer quelques centaines de ms. b) La protéine G interagit indirectement avec le canal ionique (elle l’active ou l’inhibe)

par l’intermédiaire de second messagers. Les potentiels post-synaptiques engendrés sont très longs. (jusqu’à 1h). Ex de l’Adénylate Cyclase.

Dans les récepteurs métabotropes on peut également parler des neuromodulateurs qui, par une cascade d'événements, sont capables d'entrainer des modifications génétiques qui peuvent influencer la synthèse ou l'action du NT, par exemple, et qui augmente ou diminue l'efficacité synaptique. Dans ce cas là, les potentiels post-synaptiques peuvent durer plusieurs jours.

✗ QCM d'application:

Concours 2001 ED 2002 : Un récepteur ionotrope :

A. Est un canal ionique activé par un ligand.B. Comporte un ou plusieurs site(s) de liaison extra-cellulaire(s) pour son neurotransmetteur.C. Comporte un domaine d'interaction avec une protéine G.D. Génère des potentiels post-synaptiques dont la durée ne dépasse pas quelques dizaines de millisecondes.E. Comporte un domaine polaire détectant le potentiel de membrane.

Corrections :

Concours 2001 ED 2002 : ABDC. Il s'agit des récepteurs métabotropes qui sont couplés avec une protéine G.E. Ce sont les récepteurs voltages dépendants (Cf fiche 4).


Fiche 8 :Les neurotransmetteurs activateurs

1. Acétylcholine Choline Acétyl Transférase

(Choline+AcétylCoA Acétylcholine Choline+Acétate Acétylcholine) Acétylcholinestérase

Les récepteurs à l’Acétylcholine sont des récepteurs ionotropes.

a) Récepteurs nicotiniques :

* Au niveau de la jonction neuro-musculaire :- 5 sous-unités : 2α (permettant la fixation de l’acétylcholine) β, γ, δ.- Ils sont la cible de :

✔ l’α neurotoxine (qui se lie de façon irréversible au récepteur et empêche l'ouverture du canal) ou

✔ du curare (utilisé en chirurgie digestive), ce qui entraîne des paralysies.

* Au niveau du SNC :-La structure est légèrement différente de celle des récepteurs nicotiniques présents au

niveau de la jonction neuro-musculaire.-Les corps cellulaires des neurones cholinergiques sont en nombre restreint mais les

ramifications sont très diffuses. Ils ont un rôle dans l’apprentissage et dans la mémoire. La maladie d’Alzheimer est une dégénérescence des récepteurs nicotiniques.=> traitement par un inhibiteur de l’acétylcholinestérase.

(Les organophosphorés comme le gaz moutarde et le gaz sarin inhibent aussi l’acétylcholinestérase).

b) Récepteurs muscariniques :

Ils sont de 5 sous-types : M1, M2, M3, M4, M5.

* M1 se trouve au niveau des synapses neuro-neuronales, au niveau du SNC ainsi qu’au niveau du système nerveux végétatif.

* M2 au niveau du cœur. * M3 au niveau du muscle lisse. * M4 et M5 sont moins abondants.

2. Le glutamate. (NT le plus abondant du cerveau.)

Glutamine Glutaminase Glutamate

- Des vésicules pré-synaptiques contiennent le glutamate qui sera libéré dans la fente synaptique.- Il peut être dégradé en glutamine qui est recaptée par l’élément pré-synaptique ou par les cellules gliales.- Le glutamate agit sur les récepteurs NMDA (N-méthyl D Aspartate) (activés par le NMDA ou le glutamate) qui sont des récepteurs ionotropes perméables ++ au Na+ et au K+ et + au Ca++.-Il a un rôle dans l’apprentissage, la mémorisation et le développement neuronal. (Il est à noterque l’accumulation de glutamate entraîne la mort neuronale)

Attention:L' α neurotoxine et le curare agissent sur l'ensemble des jonctions neuro-musculaire de l'organisme.



Fiche 9 :Neuro-transmetteurs inhibiteurs

La fixation des neuro-transmetteurs inhibiteurs sur leur récepteur entraîne :- L’ activation de canaux chlore.- L’ ouverture de canaux potassiques.

=> entraînant une hyperpolarisation ou une stabilisation du potentiel de membrane.

1. Le GABA

-C’est l’acide γ amino-butyrique.-Dérivé par décarboxylation de l’acide glutamique.-1/3 des synapses du système nerveux sont GABAergiques.-Il existe 2 types de récepteurs au GABA:

✔ Le récepteur de type A qui est ionotrope et qui correspond à un canal perméable au chlore.

✔ Le récepteur métabotrope qui lui correspond à un canal perméable au potassium.-Les récepteurs du GABA sont la cible de nombreuses substances:

-Les anti-épileptiques et anxiolytiques (benzodiazépines et barbiturique) quiactivent ces récepteurs.

-L’alcool qui a un effet anxiolytique active aussi ces récepteurs.

2. La glycine

-Dérivé de l’acide carboxylique.-Retrouvé au niveau des synapses inhibitrices de la moelle épinière.-La strychnine (un alcaloïde extrait de la noix vomique) bloque les récepteurs de la

glycine de la moelle et du tronc cérébral, entraînant une hyperactivité.



Fiche 10 :Les amines biogènes

1. La sérotonine, l’histamine.

2. Les catécholamines.

Dopamine Noradrénaline AdrénalineStructure Commune : * Cycle catéchol

* 1 radical aminéSynthèse Tyrosine=>[…]=>Dopamine =>Noradrénaline => Adrénaline

Production etaction

Produite et utilisée au niveau du SNC.

Rmq : Le taux de dopamine dans le SNC est augmenté par l’alcool, le cannabis, les opiacés et la cocaïne.

Produite au niveau du tronc cérébral ; les neurones la produisant sont très ramifiés et se projettent très largement. La noradrénaline a donc une influence très importante sur le SNC.

Produite au niveau de la médullo-surrénale +++ et +/- au niveau du SNC. C’est une hormone.

Les neuro-modulateurs sont des substances très voisines des neuro-transmetteurs mais qui agiraient au niveau de la synapse d’une manière plus diffuse dans l’espace et dans le temps, donc une réponse moins intensive pour le neuro-modulateurs.



Fiche 11 :Système nerveux organo-végétatif (SNOV)

La voie efférente du SNOV est constituée de deux neurones.Les effets du para-sympathique et de l’ortho-sympathique sont généralement opposés. (Voir tableau du Pr. ARNAL).


Para-sympathique Ortho-sympathique

Activation Activé après les repas et au cours du sommeil.

Mis en jeu au cours du stress, de l’activité physique…

Premier neurone - son corps cellulaire estsitué au niveau de la moelle épinière sacrée ou au niveau de la protubérance du bulbe. Cesont les centres crânio-sacrés.

-son axone est long et myélinisé.

-la synapse avec le 2ème

neurone est proche des viscères. Le neurotransmetteur qui intervient est l’acétylcholine, ses récepteurs sont nicotiniques +++ et muscariniques +

-son corps cellulaire est situé au niveau des centresthoraco-lombaires.

-son axone est court et myélinisé.

-la synapse avec le deuxième neurone a lieu dans les ganglions para-vertébraux. Le neurotransmetteur mis en jeu est l’acétylcholine, sesrécepteurs sont nicotiniques et muscariniques.

Deuxième neurone -son axone est court etamyélinique. -il fait synapse avec les différents viscères. Le neurotransmetteur qui intervient est l’acétylcholine, ses récepteurs sont muscariniques +++ et nicotiniques +

-donne le nom :« système cholinergique »

-son axone est long et amyélinique.

-il fait synapse avec les différents viscères. Le neurotransmetteur qui intervient est la noradrénaline.

- donne le nom : « système adrénergique »

-pour la médullo-surrénale qui sécrète l’adrénaline, le premier neurone ortho-sympathiqueinnerve la médullo-surrénale qui se comporte comme un deuxième neurone sécrétant l’adrénaline. (cellules chromaffines).

Ortho-sympathiqu e (Adrénergique):

Para-sympathique (cholinergique):

✗ QCMs d'applications (fiches 8, 9, 10, 11) :

QCM 8 du concours 2003 : Concernant les récepteurs de l’acétylcholine, il est exact que :A. Certains sont des récepteurs nicotiniques, qui sont des récepteurs métabotropes.B. Certains d’entre eux peuvent être activés par la muscarine.C. Au niveau de la synapse neuro-musculaire, leur activation induit des Potentiels Post-Synaptiques Excitateurs dont la sommation déclenche un potentiel d’action dans la fibre musculaire squelettique.D. Les synapses utilisant ces récepteurs sont plus abondantes au niveau du système nerveux central que les synapses utilisant les récepteurs du glutamate.E. lls sont très majoritairement présents au niveau des effecteurs du système nerveux végétatif para-sympathique.

QCM 8 du concours 2004 : Concernant les récepteurs cholinergiques, il est exact que :A. Les récepteurs cholinergiques de la jonction neuro-musculaire sont à la fois des récepteurs nicotiniques et des récepteurs ionotropes.B. Les récepteurs cholinergiques de type nicotinique sont exprimés au niveau du SNC.C. L’activation de ces récepteurs au niveau du cœur provoque une augmentation de la fréquence cardiaque.D. Les récepteurs cholinergiques de type nicotinique sont la cible de l’α neurotoxine de cobra.E. Leur stimulation au niveau du muscle du sphincter de l’iris provoque un myosis (constrictionde la pupille).

Corrections :

QCM 8 du concours 2003 : BEA. Ce sont des récepteurs ionotropes.C. Au niveau de la synapse neuro-musculaire, un PPSE suffit, on l’appelle le potentiel de plaque motrice.D. Les synapses glutaminergiques sont les plus nombreuses dans le SNC.

QCM 8 du concours 2004 : ABDEC. L’activation des récepteurs cholinergiques correspond à l’activation du para-sympathique, au niveau du cœur celui-ci provoque une diminution de la fréquence cardiaque. (Système activé au repos..)


Récepteurs nicotiniques Récepteurs noradrénergiques

Acétylcholine

Récepteurs nicotiniques +++Récepteurs muscariniques +

Acétylcholine

Récepteurs muscariniques + Récepteurs nicotiniques +++

Acétylcholine Noradrénaline

4ème partie : BASES DE LA PHYSIOLOGIE MUSCULAIRE(Pr ARNAL)

Amélie BROUCKE

- Fiche 1 : Structure du muscle strié squelettique (rappels) et mécanismes moléculaires de la contraction.

- Fiche 2 : La jonction neuro-musculaire.- Fiche 3 : Mécanique de la contraction de la fibre musculaire.- Fiche 4 : Métabolisme énergétique du muscle strié squelettique.- Fiche 5 : Les différents types de fibres musculaires striées squelettiques.- Fiche 6 : Contraction du muscle entier.- Fiche 7 : Réflexes spinaux et contrôle moteur.- Fiche 8 : La fibre musculaire striée cardiaque- Fiche 9 : Le muscle lisse : structure et rappels.


Fiche 1 :Structure du muscle strié squelettique (rappels)et mécanismes moléculaires de la contraction

1) Rappels : structure du muscle strié squelettique.

– Cellule musculaire squelettique = fibre musculaire– Forme cylindrique– Multi-nucléées– En M.O. : Alternance de bandes claires et sombres, aspect strié– Présence de microfilaments fins et épais arrangés en myofibrilles– Filaments épais : uniquement myosine– Filaments fins : actine + protéines régulatrices : tropomyosine et troponine (Voir cours

d’histologie du 1er quadrimestre).

2) Mécanismes moléculaires de la contraction.

a) Couplage excitation/contraction et importance du Réticulum Sarcoplasmique (RS).

Importance morphologique: le réticulum sarcoplasmique forme des manchons autour de chaquemyofibrille. (Formation de tubules longitudinaux)

b) Rôle de la troponine, de la tropomyosine et du Ca ++ .

– Ce système permet d’éviter d’être dans un état de contraction permanent.– Les sites de liaison de l’actine pour la myosine sont recouverts par la tropomyosine.– Lorsque le Ca++ augmente, il se lie à la troponine. Ceci entraine une activation de la

troponine par un changement de sa conformation.– Cela va entraîner un déplacement de la tropomyosine et un démasquage des sites de

liaison de l’actine pour la myosine et ainsi la possibilité de former des ponts transversaux.

c) Mécanisme de glissement des filaments fins par rapport aux filaments épais.


Tubule transverse Permet la propagation des potentiels

d'action à l'intérieur de la cellule.

EXCITATIONLe potentiel d'action provoque l'ouverture des canaux Ca++ du RS, ce qui entraîne :

→ Augmentation du Ca++ libre intra-cellulaire→ Rétro-action positive qui participe à l'ouverture des canaux calciques

Au repos, [Ca++ intra-cellulaire] = 10-7 mol/L. À la suite du potentiel d'action, [Ca++ intra-cellulaire] = 10-6 mol/L.Il y aura ensuite liaison du Ca++ sur la troponine... (cf paragraphe suivant).

CONTRACTIONElle consiste en un glissement des filaments fins par rapport aux filaments épais. (cf paragraphe suivant). Durant cette période, [Ca++ intra-cellulaire] = 10-6 mol/L.

RELAXATION Elle consiste en une diminution du Ca++ intra-cellulaire par plusieurs mécanismes :

→ Lorsque la [Ca++] approche 10-6 mol/L, il se lie à des sites de basse affinité, ce qui entraîne la fermeture des canaux.

→ Il existe des protéines de pompage du Ca++ du cytosol vers la lumière du RS (ATP-dépendantes).

Chaque cycle comprend 4 étapes :– 1 : Liaison de la tête de myosine au filament d'actine. Formation du pont transversal. La tête

de myosine est chargée en énergie.– 2 : Déplacement du pont transversal. ADP + Pi (Phosphate inorganique) sont libérés.– 3 : Liaison de l'ATP à la myosine ce qui provoque la dissociation du pont transversal. Ceci

explique qu'après la mort, il y a une rigidité cadavérique : la concentration en ATP diminuant,la dissociation actine/myosine n'a pas lieu.

– 4 : Hydrolyse de l'ATP en ADP + Pi, ce qui charge le pont en énergie.╚► Le mouvement des ponts transversaux est dirigé vers le centre du sarcomère, ce quiprovoque le raccourcissement de ce dernier.

Attention :– Contraction ne signifie pas forcément raccourcissement (cf. fiche 3).– 1 potentiel d'action (PA) dure 1 à 2 ms tandis qu'une contraction dure 100 ms ou plus (ceci

est dû au repompage par les ATPases à Ca++ qui dure environ 100 ms).

✗ QCMs d'application :

1- Les ponts transversaux : (QCM d’ED)A- Font partie intégrante des molécules d’actine.B- Sont le siège d’une activité ATPasique.C- Effectuent un mouvement pivotant qui pousse les filaments fins vers le centre du sarcomère.D- C’est l’hydrolyse de l’ATP qui charge le pont transversal en énergie.E- L’hydrolyse de l’ATP et le déplacement du pont transversal sont deux phénomènes

simultanés.

2- Concernant le rôle du calcium dans la contraction musculaire, il est exact que : (QCMd’ED)

A- Le calcium sert de lien entre excitation et contraction dans tous les types de fibresmusculaires.

B- La concentration de calcium est toujours plus basse dans le cytoplasme des fibresmusculaires que dans le liquide extra-cellulaire.

C- La concentration intra-cellulaire de calcium libre après activation maximale se rapproche plusde la concentration extra-cellulaire que de la concentration intra-cellulaire de repos.

D- Une augmentation de la concentration extra-cellulaire de calcium augmente la force contractiledes fibres musculaires striées.

E- Le pompage du calcium intra-cellulaire vers le réticulum sarcoplasmique est très diminué encas de fatigue musculaire.

Corrections :

QCM 1d'ED : BCDA- Ils font partie des molécules de myosine.E- L'hydrolyse de l'ATP charge le pont en énergie puis le complexe actine/myosine est lié parlepont transversal. Enfin, ce dernier se déplace et ADP + Pi sont libérés.

QCM 2 d'ED : ABA-VRAI=> Aussi bien au niveau du muscle strié squelettique qu’au niveau du muscle lisse.C- La concentration extra-cellulaire calcique est toujours très supérieure à la concentrationintra-cellulaire.D- Augmentation de la concentration intra-cellulaire.E- Le pompage du calcium intra-cellulaire vers le réticulum sarcoplasmique intervient dans larelaxation du muscle strié.


Fiche 2 :La jonction neuro-musculaire

1) Définitions .

–Au niveau de la fibre musculaire, les potentiels d'action (PA) sont commandés par des motoneurones α, présents dans la substance grise de la corne antérieure de la moelle épinière et aussi au niveau du tronc cérébral. Ce motoneurone va émettre un axone de gros calibre myélinisé qui va permettre une propagation rapide des PA. Quand l'axone arrive à proximité du muscle, il se divise en plusieurs branches qui font synapse avec une fibre musculaire striée.

–La région de la plaque motrice est la région de la membrane plasmique de la fibre musculaire au niveau de laquelle le prolongement axonal fait synapse.

–Le neurotransmetteur mis en jeu est l’acétylcholine.

–En revoyant la structure de la synapse (fiches 5 et 6 de physiologie nerveuse), on note 3 éléments importants :

1 - ELÉMENT PRÉ-SYNAPTIQUE :

Le potentiel d’action y entraîne l’ouverture de canaux calciques voltage -dépendants, ce qui entraîne :→ Fusion de la membrane et des vésicules contenant le NT.

→ Libération du NT dans la fente synaptique.

2 - FENTE SYNAPTIQUE.

3 - ELÉMENT POST-SYNAPTIQUE :

On y trouve des récepteurs cholinergiques nicotiniques.

La fixation de l’acétylcholine sur ses récepteurs provoque un courant post-synaptique excitateur dû à l’ouverture de canaux K+ et Na+ (dépolarisation). Ce potentiel post-synaptique particulier est appelé potentiel de plaque motrice.


2) Particularités du potentiel de plaque motrice.

–Il est toujours excitateur.

–Son amplitude est très élevée car une grande quantité de NT est libérée sur une surface beaucoup plus élevée, il y a donc une ouverture d’un beaucoup plus grand nombre de canaux ioniques.

–Un seul potentiel de plaque motrice peut suffire à dépolariser la membrane plasmique s'il atteint le seuil. C’est une sécurité de transmission du signal car les stimulations répétées dumotoneurone peuvent s’accompagner d’une diminution de libération de l’acétylcholine (synapse « coup par coup »)

–Entre le déclenchement du potentiel d’action au niveau pré-synaptique et le déclenchement des potentiels post-synaptiques ; il y a un délai que l’on appelle délai de transmission synaptique (=0,5 ms).

–Le potentiel de plaque motrice est généré au centre de la cellule musculaire, il diffuse ensuite aux deux extrémités de la FMS et à l’intérieur par l’intermédiaire des tubules.

3) Altérations de la jonction neuro-musculaire.

a) Le curare :

–Il se lie aux récepteurs cholinergiques nicotiniques et empêche leur ouverture. C’est un antagoniste de l’acétylcholine.

–Il entraîne la paralysie des muscles et la mort par asphyxie.– Remarque : On l’utilise en chirurgie digestive pour laquelle il est nécessaire d’immobiliser le

champ opératoire, les malades doivent donc être ventilés.

b) La toxine botulinique :

Elle inhibe la libération d’acétylcholine au niveau des terminaisons pré-synaptiques.

Attention :– On retiendra que tout PA qui est généré dans un motoneurone va générer un PA dans lafibre musculaire (il n'y a pas de sommation temporelle ou spatiale).– Un seul potentiel de plaque motrice suffit à dépolariser la membrane plasmique.


1- La synapse neuro-musculaire : (QCM d’ED)A- Utilise l’acétylcholine comme neurotransmetteur.B- Fait intervenir des récepteurs nicotiniques comme récepteurs ionotropes au niveau de

l’élément post-synaptique.C- Son activation provoque une augmentation du calcium libre intra-cellulaire sans déclencher de

potentiel d’action.D- Ne fait pas intervenir de canaux calciques voltage-dépendants pour la libération du

neurotransmetteur.E- Le délai synaptique est de l’ordre de 1 seconde.


2- Dans la synapse neuro-musculaire d’une fibre musculaire striée squelettique : (QCM d’ED)A- L’amplitude d’un seul potentiel de plaque motrice est plus faible que celle d’un potentiel post-

synaptique excitateur.B- La stimulation répétée du nerf entraîne une diminution de la quantité d’acétylcholine libérée

par les terminaisons nerveuses.C- Comme pour les jonctions synaptiques on retrouve dans les jonctions neuromusculaires

squelettiques des potentiels inhibiteurs.D- Quand les récepteurs ne sont plus occupés par le neurotransmetteur, la plaque motrice revient

à son potentiel de membrane de repos.E- Les organophosphorés sont les principaux constituants de certains pesticides et de gaz

neurotoxiques inhibant l’acétylcholine.

Corrections :

QCM 1 d'ED : ABC- cf. « ATTENTION »D- L'élément pré-synaptique est semblable à celui d'une synapse chimique classique. On ytrouve donc des canaux Ca++ voltage-dépendants.E- De l’ordre de 0,5ms.

QCM 2 d'ED : BDA- Son amplitude est plus élevée. En effet, un seul PPSE suffit à dépolariser la membrane post-synaptique.B- VRAI=> C’est un des facteurs de la fatigue.C- Uniquement des PPS Excitateurs.E- Les organophosphorés sont des inhibiteurs de l’acétylcholinestérase. Ils augmentent donc les effets de l’acétylcholine.


Fiche 3 :Mécanique de la contraction de la fibre musculaire

1) Définitions .

–La tension : force exercée par le muscle sur un objet lors de sa contraction.–La charge : force exercée force exercée sur le muscle par le poids de l'objet.

╚► La tension et la charge sont des forces qui s’opposent et pour qu’il y ait raccourcissement et déplacement, il faut que la tension soit supérieure à la charge.

–La postcharge : pour se raccourcir, le muscle devra soulever la post-charge

–La précharge : conditionne l’étirement du muscle avant le début de la contraction.

Modélisation (qui reviendra dans certains QCMs) :

Il existe 3 types de contraction :

– La contraction isométrique : Le muscle engendre une tension sans changement de longueur. (Les ponts transversaux se forment mais ne se déplacent pas). Elle est rencontrée dans 2 cas :→ Si la postcharge est égale à la tension générée par le muscle.→ Si on place une butée. (considéré comme une postcharge indéplaçable)

– La contraction isotonique : Le muscle se raccourcit mais la tension reste constante. La tension est supérieure à la charge (c'est-à-dire que la postcharge est soulevée par le muscle).

– L’étirement passif : Il survient lorsque la postcharge est supérieure à la tension engendrée par les ponts transversaux. Ces derniers sont tirés vers les lignes Z, il y a allongement du sarcomère.


2) Les secousses musculaires.

C’est la réponse de la fibre musculaire à un seul potentiel d’action.


3) Relation entre fréquence et tension.

4) Relation entre tension et longueur.

5) Relation entre charge et vitesse.

– Vitesse de raccourcissement maximale lorsque la postcharge est nulle.– Vitesse de raccourcissement nulle quand la postcharge est égale à la tension isométrique

maximale.

╚► L'augmentation de la postcharge exercée sur les ponts transversaux diminuela vitesse à laquelle ceux-ci effectuent la 2ème étape génératrice de force.

Attention :- Ne pas confondre postcharge et précharge dans les exercices.- Dans certains exercices, on parle d'une secousse dans l'énoncé mais de stimulation tétanique dans l'item, ce qui change totalement la réponse. (cf. QCM d'illustration n°3 ; concours 2008).


TÉTANOS INCOMPLET

Si on rapproche les stimulations, il y a des phénomènes de SOMMATION .

On a un niveau de contraction permanente : on empêche la relaxation (repompage duCa++).On parle de tétanos incomplet (la fréquence des stimulations est faible).

TÉTANOS COMPLET

La fréquence des stimulations est très élevée.→ La tension tétanique maximale est égale à 3 à 5 fois la tension développée aumoment d’une secousse.La libération de Ca++ est supérieure aux capacités de repompage du RS.


(QCMs 9 (51) et 10 (52) du concours 2001) : Soit un muscle strié squelettique isolé, baignant dans un tampon de Krebs convenablement oxygéné.La partie inférieure du muscle est reliée à un transducteur de force (F) qui mesure en permanence la tension développée, et cette dernière est enregistrée. La partie supérieure du muscle est reliée à une tige mobile en équilibre sur un axe de rotation. Les conditions charge sont déterminées par l’importance relative de la précharge et de la postcharge. Le déplacement du stylet inscripteur permet l’enregistrement de la longueur, et donc du raccourcissement en fonction du temps. (Voir modélisation du cours)En stimulant électriquement ce muscle isolé soumis à une précharge constante, on enregistre en fonction du temps, la longueur du raccourcissement (figure 2) et la tension développée (figure 3) dans 2 conditions de postcharge. Le tracé A (trait continu)est obtenu en soumettant le muscle à un postcharge A et le tracé B (trait en pointillé) est obtenu en soumettant le muscle à une postcharge B.

Attention ce type de QCM revient très souvent…

QCMs 9 (51) du concours 2001 : La comparaison des tracés A et B permet de conclure que :

A- La postcharge A est supérieure à la postcharge B.B- Le tracé B est obtenu avec une postcharge nulle.C- Le tracé A correspond à une contraction isométrique.D- Le chevauchement des filaments d’actine et de myosine avant le début de la contraction est

identique en A et en B.E- Le raccourcissement se produit quand la tension développée par le muscle atteint et dépasse

légèrement la postcharge.

QCM 10 (52) du concours 2001 : La vitesse de raccourcissement atteinte en soumettant le muscle à la postcharge A :

A- Est supérieure à celle atteinte avec la postcharge B.B- Est maximale pour ce muscle.C- Est indépendante de la postcharge.D- Peut être calculée à partir de la figure 2 (à condition de connaître les unités en abscisse et en

ordonnée).E- Est constante pendant toute la contraction.


QCM 9 concours 2007 : Soient deux muscles striés squelettiques isolés, baignant dans untampon de Krebs convenablement oxygéné. La partie inférieure de chaque muscle est reliée à un transducteur de force (F) qui mesure en permanence la tension développée etcette dernière est enregistrée. La partie supérieure de chaque muscle est reliée à une tige mobile en équilibre sur un axe de rotation. Les conditions de charge sont déterminées parl'importance relative de la précharge et de la postcharge. En stimulant électriquement ces muscles isolés, on enregistre, en fonction du temps, la tension développée dans différentes conditions de charge définies ci-dessus.Dans une première expérience utilisant le muscle M1, la postcharge utilisée est supérieure de 10% à la tension que peut développer une secousse musculaire lorsque ce muscle est à sa longueur optimale. La tension développée par le muscle M1 est mesurée dans les 2 conditions de précharge : une secousse musculaire en présence de la précharge X permet d'enregistrer le tracé x et une secousse musculaire en présence de la précharge Y permet d'enregistrer le tracé y. Les tracés x et y obtenus sont superposables et identiques.

Il est exact que :A- La tension développée avec la précharge X est égale à celle développée avec la précharge Y.B- Les tracés x et y correspondent à des contractions isométriques.C- Les précharges X et Y sont identiques.D- Si on diminue chacune des précharges X et Y de 30%, les nouveaux tracés obtenus x' et y' seront tous deux modifiés mais demeureront identiques entre eux.E- Si l'on provoque une contraction tétanique du muscle M1, alors le tracé x'' obtenu correspondra à une contraction isométrique quelle que soit la précharge utilisée.

Corrections :

QCMs 9 (51) du concours 2001 : DEA- FAUX=> La postcharge A est inférieure à la postcharge B. En effet, le raccourcissement du

muscle A est supérieur à celui du muscle B. Rappelons que les conditions de précharge sontidentiques. Le muscle A a donc une postcharge moins importante à soulever pour seraccourcir.

B- FAUX=> Le tracé obtenu avec une postcharge nulle serait celui d’un raccourcissementmaximal ; or le tracé A représente déjà un raccourcissement plus important que le tracé B.

C- FAUX=> Il y a raccourcissement du muscle. (Figure 2)D- VRAI=> Car les deux muscles sont dans des conditions de précharge identiques. (cf. graphedu paragraphe 4) Relation entre tension et longueur)

QCM 10 (52) du concours 2001 : ADA- VRAI=> La postcharge A est inférieure à la postcharge B. Le raccourcissement et la vitesse

de raccourcissement du muscle A sont donc supérieurs à ceux du muscle B. B- FAUX=> La vitesse de raccourcissement maximale serait obtenue avec une postcharge nulle

c'est-à-dire avec une postcharge pour laquelle la tension développée par le muscle est nulle.Ce n’est pas le cas ici.

C- FAUX=> La vitesse de raccourcissement est maximale quand la postcharge est nulle, lavitesse de raccourcissement est nulle lorsque la postcharge est égale à la tension isométriquemaximale. (Dans des conditions de précharge optimales). (cf. 5) Relation entre charge et vitesse)

D- VRAI=> dt

dLv (attention à la numérotation des schémas !).

E- FAUX=> Sinon la courbe de la variation de longueur en fonction du temps serait une droite…


QCM 9 concours 2007 : ABA- VRAI=> Les tracés x et y sont dits superposables et identiques dans l'énoncé. La tension

développée dans les 2 conditions de précharge est donc la même.B- VRAI=> La postcharge utilisée est supérieure de 10% à la tension que peut développer UNE

secousse musculaire lorsque le muscle est à sa longueur optimale lo. Une secousse, commeici, ne permet donc pas de soulever la postcharge et le muscle ne se raccourcira pas. On ditalors que la contraction est isométrique (même longueur, cf. 1) Définitions.)

Attention : Si dans ces mêmes conditions d'expérience, on n'avait pas fait une secousse maisune stimulation tétanique maximale, la postcharge aurait pu être soulevée et la contractionaurait été isotonique (cf. 3) Relation entre fréquence et tension.)

C- FAUX=> Il est impossible de le savoir. En effet, si on analyse le graphe du paragraphe 4)Relation entre longueur et tension, on voit que 2 précharges différentes peuvent étirer lemuscle à 2 longueurs différentes, et engendrer pourtant la même tension. Par exemple, lemuscle peut être étiré à environ 80% de sa longueur avec la précharge X et à environ 130%de sa longueur avec la précharge Y ; pourtant les tensions tétaniques maximales développéesseront les mêmes. Mais attention, ceci n'est qu'un exemple !

D- FAUX=> Reprenons les valeurs utilisées dans l'exemple de la correction de l'item C. Si laprécharge X est diminuée de 30%, le muscle est alors à moins de 80% de sa longueur, tandisque le muscle soumis à la précharge Y serait à moins de 130% de sa longueur. Le musclesoumis à la précharge X pourrait être à 60% de sa longueur et celui soumis à la

précharge Y, à 110% de sa longueur. Dans ces deux cas SUPPOSÉS, les tensionstétaniques maximales sont très différentes. Les tracés x et y seront donc très différents euxaussi. On rappelle que ces valeurs ont été choisies aléatoirement pour l'explication de cet exercice et ne correspondent pas à de véritables valeurs.

E- FAUX=> On réutilise ici le graphe du paragraphe 4) Relation entre longueur et tension. Si laprécharge amène le muscle à 60% ou à 160% de sa longueur par exemple, aucune tensionn'est engendrée.

Donc aucune contraction n'est possible.

Autres QCMs d'application : cf. fiche 5.


Fiche 4 :Métabolisme énergétique du muscle strié squelettique

–L'ATP est nécessaire aux fonctions liées directement à la contraction et la relaxation des FMSS,–FMSS = type cellulaire qui connaît les plus grandes variations de vitesse de dégradation de

l'ATP : entre l'état de repos et contraction, la vitesse de dégradation de l'ATP peutaugmenter de 20 à plusieurs centaines de fois.

–L'equivalent de la quantité d'ATP présente dans la FMSS au commencement de l'activitécontractile est consommée au bout de quelques secondes.

–Il faut que le métabolisme produise de l'ATP aussi rapidement par le mécanisme decontraction et de relaxation.

╚► Nécessité de renouveler l’ATP.– Il existe trois voies pour la formation de l'ATP :

→ La phosphorylation de l’ADP par la phosphocréatine : Immédiat, le temps aux autresvoies d'être misent en œuvre→ La phosphorylation oxydative dans les mitochondries : Si O2, la phosphorylation

oxydative (cycle de Krebs) est mise en œuvre→ La glycolyse anaérobie dans le cytoplasme : si pas O2 (2 ATP/ mol de glucose et

acidose par accumulation d'acide lactique)


QCM d’ED- Concernant l’ATP dans une fibre musculaire striée squelettique : ()

A- Sa concentration varie relativement peu au cours d’une secousse.B- Sa vitesse de dégradation peut augmenter plusieurs centaines de fois.C- En conditions aérobies, c’est la phosphorylation oxydative qui est le principal mécanisme

d’approvisionnement de la cellule en ATP.D- Le glucose peut être aussi bien utilisé pour la phosphorylation oxydative que pour la glycolyse

anaérobie.

Correction :

QCM D'ED : ABCDA- VRAI=> Cela peut paraître étonnant à première vu, mais c'est logique : durant unesecousse c'est la vitesse de dégradation de l'ATP qui est augmentée, la concentration en ATP,elle, reste relativement constante quelle que soit l’état de contraction.E- VRAI=> Le glucose peut être utilisé aussi bien pour la phosphorylation oxydative que pour la glycolyse anaérobie. Cette dernière a deux substrats : le glycogène musculaire et le glucosesanguin.


Fiche 5 :Les différents types de fibres musculaires striées squelettiques

Fibres oxydativeslentes

Fibres oxydativesrapides

Fibresglycolytiques

rapidesPrincipale source de

production d’ATPPhosphorylation

oxydativePhosphorylation

oxydativeGlycolyse

Mitochondries Beaucoup Beaucoup Peu

Capillaires Beaucoup Beaucoup Peu

Teneur enmyoglobine

Elevée (musclerouge)

Elevée (musclerouge)

Faible (muscleblanc)

Activité desenzymes

glycolytiques

Faible Moyenne Elevée

Teneur en glycogène Faible Moyenne ElevéeFatigabilité Lente Moyenne Rapide

Activité ATPasiquede la myosine

Faible Elevée Elevée

Vitesse decontraction Lente Rapide Rapide

Diamètre des fibres Petit Moyen GrandDimension desunités motrices

Petite Moyenne Grande

Dimension desmotoneurones

innervant les fibres

Petite Moyenne Grande

Remarque : Des polices différentes ont été employées pour la réalisation de ce tableau afin demettre en évidence certaines connexions logiques qui pourraient faciliter la mémorisation.


1- Concernant les fibres oxydatives lentes, il est exact que : (QCM 8 du concours 2002)A- Ce sont les fibres les plus nombreuses dans les unités motrices de grande dimension.B- Ce sont les fibres les plus riches en glycogène car leur source principale d’ATP est la

phosphorylation oxydative.C- Les propriétés de leur myosine sont différentes des propriétés de la myosine des fibres

oxydatives rapides.D- Leur réponse contractile à de courtes stimulations tétaniques suivies chacune d’une relaxation

diminue environ de moitié au bout d’une heure.E- Elles ne sont pas le principal déterminant de la vitesse de contraction maximale des muscles

entiers lorsque ceux-ci sont constitués des 3 types de fibres striées.

2- Les fibres glycolytiques rapides : (QCM 11 du concours 2003)A- Sont riches en myoglobine.B- Ont une activité ATPasique élevée de la myosine.C- Ont un diamètre plus petit que celui des fibres oxydatives lentes.D- Sont largement recrutées dans un exercice de résistance.E- Appartiennent à des unités motrices de plus grande taille que les fibres oxydatives lentes.


3- Soient deux muscles striés squelettiques isolés, baignant dans un tampon de Krebs convenablement oxygéné. La partie inférieure de chaque muscle est reliée à un transducteur de force (F) qui mesure en permanence la tension développée et cette dernière est enregistrée. La partie supérieure de chaque muscle est reliée à une tige mobile en équilibre sur un axe de rotation. Les conditions de charge sont déterminées par l'importance relative de la précharge et de la postcharge. En stimulant électriquement ces muscles isolés, on enregistre, en fonction du temps, la tension développée dans différentes conditions de charge définies ci-dessous.Deux muscles isolés M1 et M2 de masses identiques sont soumis chacun à une précharge correspondant à la longueur optimale, et à une postcharge dépassant la force qu'ils peuvent développer au cours d'une contraction tétanique. Le muscle M1 est composé de 60% de fibres oxydatives rapides et de 40% de fibres glycolytiques rapides. Le muscle M2 est pour sa part composé de 60% de fibres oxydatives rapides et de 40% de fibres oxydatives lentes. Au début de l'expérience, les deux muscles développent des tensions tétaniques maximales et identiques. (Concours 2007, QCM 10).

Il est exact que :A- À l'issue de 5 minutes de stimulations tétaniques répétées, le muscle M1 devrait développerune tension tétanique égale ou très proche de la tension tétanique initiale.B- À l'issue de 60 minutes de stimulation tétanique répétée, le muscle M2 devrait développer unetension tétanique égale à environ la moitié de la tension tétanique initiale.C- Les fibres musculaires du muscle M2 contiennent, en moyenne, davantage de mitochondrieset de myoglobine que celles du muscle M1.D- En moyenne, le diamètre des fibres musculaires du muscle M1 est inférieur à celui des fibresdu muscle M2.E- Les muscles du dos et des jambes ressemblent davantage au muscle M1 qu'au muscle M2.

4- Soient deux muscles striés squelettiques de masses identiques M1 et M2, isolés et baignant dans un tampon de Krebs convenablement oxygéné. La partie inférieure de chaque muscle est reliée à un transducteur de force (F) qui mesure en permanence la tension développée et cette dernière est enregistrée. La partie supérieure de chaque muscle est reliée à une tige mobile en équilibre sur un axe de rotation. Les conditions de charge sont déterminées par l'importance relative de la précharge et de la postcharge. En stimulant électriquement ces muscles isolés, on enregistre, en fonction du temps, la tension développée dans différentes conditions de charge définies ci-dessous. Les muscles isolés M1 et M2 sont soumis chacun à une précharge correspondant à la longueuroptimale et à une postcharge dépassant la force qu'ils peuvent développer au cours d'une contraction tétanique maximale.Le muscle M1 est composé de 50% de fibres oxydatives rapides et de 50% de fibres glycolytiques rapides tandis que le muscle M2 est composé de 50% de fibres oxydatives rapides et de 50% de fibres oxydatives lentes.Au début de l'expérience, les deux muscles développent des tensions tétaniques maximales et égales. (Concours 2008, QCMs 9 et 10).

QCM 41 : Concernant le muscle M2, il est exact que :A- Il devrait développer une tension tétanique au moins égale à 90% de la tension tétaniqueinitiale à l'issue de courtes stimulations tétaniques suivies d'une relaxation, le tout répété pendant5 minutes.B- Il devrait développer une tension tétanique égale à environ la moitié de la tension tétaniqueinitiale à l'issue de courtes stimulations tétaniques suivies d'une relaxation, le tout répété pendant60 minutes.C- Il contient, en moyenne, moins de mitochondries et de myoglobine que le muscle M1. D- Le diamètre moyen de ses fibres musculaires est inférieur à celui des fibres du muscle M1.E- La dimension des motoneurones qui l'innervaient était en moyenne plus grande que celle desmotoneurones qui innervaient le muscle M1.


QCM 42 : Dans une deuxième expérience, la précharge est inchangée tandis que la postcharge utilisée est égale à 150% de la tension que peut développer chaque muscle en réponse à une secousse. Il est exact que :A- Une stimulation tétanique maximale du muscle M1 provoquera une contraction isométrique.B- Une stimulation tétanique maximale du muscle M2 provoquera une contraction isotonique.C- Le chevauchement des filaments d'actine et de myosine avant le début de la contractioncorrespond à un chevauchement optimal pour les deux muscles. D- Si l'on augmentait la précharge du muscle M1 de 20%, la tension maximale qu'il pourraitdévelopper serait supérieure à celle du muscle M2.E- Une secousse isolée provoquera une contraction isométrique de chaque muscle.

Corrections :

QCM 1 (QCM 8 du concours 2002) : CEA- Les fibres les plus nombreuses dans les unités motrices de grande dimension sont les fibres

glycolytiques.B- Les fibres les plus riches en glycogène sont les fibres glycolytiques.C- VRAI=> L’activité ATPasique de la myosine des fibres oxydatives lentes est faible, tandis que

celle des fibres oxydatives rapides est élevée. Ceci sera donc en relation avec leur vitesse decontraction.

D- Elles ont une fatigabilité moindre et peuvent développer la même tension qu'au départ au boutd'une heure d'une telle stimulation (cf. cours et schémas sur la fatigabilité).

E- VRAI=> Ce sont les fibres glycolytiques qui déterminent la vitesse de contraction maximaledes muscles entiers .

QCM 2 (QCM 11 du concours 2003) : BDEA- Ce sont les fibres oxydatives qui sont riches en myoglobine.B- VRAI=> D’où une vitesse de contraction rapide.C- Leur diamètre est plus grand.D- VRAI=> Car leur vitesse de contraction est rapide… mais elles sont fatigables. C’est pour cela

que ce ne sont pas elles qui sont principalement utilisées pour les exercices d’endurance.

QCM 3 (QCM 10 du concours 2007) : BCA- Le muscle M1 est composé de fibres oxydatives rapides et glycolytiques rapides. Or, les fibresglycolytiques rapides ne développent plus aucune tension au bout de 5 minutes d'une tellestimulation.B- VRAI=> Le muscle M2 est composé de 60% de fibres oxydatives rapides et de 40% de fibresoxydatives lentes. À la suite de courtes stimulations pendant 60 minutes, les fibres oxydativesrapides développeront 20% de la tension initiale et les fibres oxydatives lentes développeront lamême tension qu'au début de l'expérience. 0,6*0,2 + 0,4 ≈ 0,5.C- VRAI=> cf. tableau ci-dessus.D- Le diamètre des fibres glycolytiques rapides est plus grand que celui des fibres oxydativeslentes. E- Les muscles du dos et des jambes doivent avoir une fatigabilité lente et une bonne résistanceà la tension ; ce que sont les fibres oxydatives lentes. Ces muscles sont donc plus proches dumuscle M2 qui en contient.


QCM 41 (QCM 9 du concours 2008) : ABDA- VRAI=> Les fibres oxydatives lentes résistent à la tension et les fibres oxydatives rapidespeuvent développer à peu près la même tension qu'au début après 5 minutes de stimulation.B- VRAI=> cf. correction du QCM 3, item B, ci-dessus.C- La différence principale des muscles M1 et M2 réside en leur composition. En effet, lemuscle M1 contient des fibres glycolytiques rapides et le muscle M2, des fibres oxydativeslentes. Or, il y a PLUS de mitochondries et de myoglobine en moyenne dans les fibresoxydatives lentes que dans les fibres glycolytiques rapides (qui composent en partie le muscleM1). D- VRAI=> Le diamètre moyen des fibres oxydatives lentes est inférieur à celui des fibresglycolytiques rapides.E- Les fibres oxydatives lentes qui composent le muscle M2 sont innervées par desmotoneurones de taille inférieure à ceux qui innervent des fibres glycolytiques rapides.

QCM 42 (QCM 10 du concours 2008) : BCEB- VRAI=> Raisonnement à tenir pour répondre aux items A et B : Dans l'énoncé, on nous dit que la postcharge utilisée est égale à 150% de la tension que peut développer chaque muscle en réponse à UNE secousse. Pour une secousse, la postcharge n'est donc pas soulevée et la contraction est isométrique. Cependant, si on exerce une stimulation tétanique maximale sur un des muscles, il entrera en tétanos complet. Or, d'après les définitions vues enFiche 3, on sait qu'une tension tétanique maximale est égale à 3 à 5 fois la tension développée au moment d’une secousse. Une stimulation tétanique maximale d'un des 2 muscles leur permettra donc de soulever la postcharge et ainsi de se contracter de façon ISOTONIQUE.C- VRAI=> Dans l'énoncé, on nous dit que les 2 muscles sont soumis à une précharge correspondant à la longueur optimale. Le chevauchement des filaments est donc lui aussi optimal.D- Si on augmente la précharge de 20%, le muscle M1 ne sera plus dans sa longueur optimale. La tension maximale qu'il pourra développer sera donc forcément inférieure à celle de M2, qui lui est toujours dans sa longueur optimale. Pour comprendre, se rendre à la Fiche 3et analyser le graphe de 4) Relation entre longueur et tension.E- VRAI=> Pour une secousse, le muscle ne peut pas soulever la postcharge. Il fera donc unecontraction isométrique. (Là aussi, se rendre aux définitions en Fiche 3).


Fiche 6 :Contraction des muscles entiers

1. Les unités motrices.

–Le muscle est un ensemble de fibres musculaires organisées en unités motrices.–Toutes les fibres musculaires d’une unité motrice sont de même type.–Un muscle contient les 3 types d’unités motrices (oxydative lente, oxydative rapide et

glycolytique) mais dans des proportions différentes qui lui conféreront ses propriétés. (Par exemple, on observe une grande proportion de fibres oxydatives lentes, qui résistent à la fatigue, au niveau du dos et des jambes).

2. Facteurs déterminant la tension musculaire.

Elle dépend :

a) De la fréquence des potentiels d’action.

b) De la longueur des fibres musculaires squelettiques avant la contraction (précharge).

c) Du diamètre des fibres.

d) De la fatigue.

e) Du nombre de fibres musculaires par unité motrice. → FAIBLE pour les mouvements précis (fibres musculaires de l’œil ou de la main). → ÉLEVÉ au niveau des jambes, du dos…

f) Du recrutement, c'est-à-dire du nombre d’unités motrices actives, qui lui-même dépend de : → LA TAILLE DU CORPS CELLULAIRE DU MOTONEURONE : les petits motoneurones sont recrutés en premier. Ils provoquent donc la contraction des fibres des unités motrices oxydatives lentes puis des unités motrices oxydatives rapides et enfin des unités motrices glycolytiques rapides.

→ LA TENSION : Pour un exercice modéré, d’endurance, seules les fibres oxydatives sont recrutées, les fibres glycolytiques sont peu ou pas sollicitées. Lorsque la tension augmente et dépasse 40% de la tension maximale, les unités glycolytiques sont recrutées. (Mais la fatigabilité est alors très importante).

3.Métabolisme énergétique.

Il y a une augmentation considérable de la vitesse de dégradation de l'ATP entre les périodes de repos et de contraction. La production d'ATP doit être tout aussi considérable.3 mécanismes :

-la phosphocréatine : immédiat, intervention d'une enzyme (la créatine kinase) -la phosphorylation oxydative : en présence d'O2 uniquement -la glycolyse anaérobie : O2 non nécessaire mais très mauvais rendement


Fiche 7 :Réflexes spinaux et contrôle moteur

1) L’arc réflexe.

a) Fuseau neuro-musculaire (FNM).

- Le muscle comporte dans sa structure un FNM : fibres intra-fusales entourées d’une capsule de conjonctif, disposées en parallèle des fibres extra-fusales.Le FNM est innervé par des fibres sensitives Ia : myélinisées et de gros calibre.- Les fibres intra-fusales peuvent se contracter sous la commande de motoneurones γ (au corps cellulaire de petite taille).- Rôle principal du FNM : renseigner sur le degré d’étirement du muscle et le maintenir constant.

2) Etirement passif.

Fuseau neuro-musculaire.

- Etirement passif => augmentation importante de l’activité afférente Ia=> activation du motoneurone α => augmentation de la tension musculaire qui s’oppose à l’étirement.- => boucle de rétro-action tendant à maintenir la longueur du muscle constante (ajustement permanent).- Réflexe d’étirement = réflexe myotatique.

3) Contraction active.

Fuseau neuro-musculaire.Activité afférente Ia nulle car les FNM ne sont sensibles qu’à l’étirement.

4) Notion de gain. = « capacité à ajuster une variable régulée ».

a) Activation du motoneurone α sans activation du motoneurone γ.

-Stimulation du motoneurone α => contraction du muscle.-Enregistrement de décharges Ia très faibles car il y a contraction du muscle et non pasétirement.-Ces décharges Ia ne provoquent donc pas de décharge des motoneurones α.


-Il n’y a donc pas de réflexe myotatique.

b) Activation du motoneurone α avec co-activation du motoneurone γ.

-Stimulation du motoneurone α => contraction du muscle.- Stimulation du motoneurone γ => allongement du fuseau neuro-musculaire (car les motoneurones γ en innervent les extrémités).-Il y a donc conservation des décharges des fibres Ia, ce qui a pour conséquence d’augmenter le recrutement et la stimulation des α et d’entraîner la contraction du muscle. => La co-activation du motoneurone γ détermine un « gain élevé ».

5) Notion de tonus.

-Au cours des mouvements volontaires, les motoneurones α et γ sont co-activés par les centres supérieurs pour que les FNM ne subissent pas de diminution d’étirement.-Le tonus musculaire est le niveau de tension d’un muscle au repos : il prépare le muscle à répondre rapidement aux commandes réflexes ou volontaires.

6) Muscles agonistes et antagonistes.

-Pour une contraction coordonnée des muscles agonistes et un relâchement des muscles antagonistes, il existe une connexion directe des fibres Ia avec les motoneurones α des muscles agonistes et une connexion « indirecte » par le biais d’un interneurone inhibiteur avec les motoneurones α des muscles antagonistes.


Fiche 8 :La fibre musculaire striée cardiaque

1) Deux sortes de fibres musculaires striées cardiaquesNB : Ici, "fibre musculaire" est synonyme de "cellule musculaire".

→ Fibres myocardiques = cardiomyocytes •Responsables de la contraction.→ Fibres nodales = cellules cardionectrices (vues en histologie). •Responsables de l’automatisme : elles sont AUTORYTHMIQUES Potentiel de membrane instable qui entraîne des dépolarisations et contractions spontanées à un rythme régulier. Les fibres nodales ne sont pas plus détaillées dans le cours, tout ce qui suit concerne les cardiomyocytes.

2) La fibre myocardique ou cardiomyocyte

• Noyau : un seul . (Rappel : différent de la FMSS qui est plurinucléée)• Le cardiomyocyte appartient aux fibres musculaires STRIÉES cardiaques. Il contient donc des myofibrilles.• Rôle : contraction. La contraction est transmise d’un cardiomyocyte à l’autre. Cette transmission doit être rapide, ainsi la contraction des cardiomyocytes sera simultanée.Ceci conditionne le contact entre cardiomyocytes adjacents.Pour que l’information "contraction" passe rapidement, le contact se fait par :

- stries intercalaires (surface large)- prolongements en doigts de gant (pour augmenter la surface de contact)

- gap jonctions : jonctions communicantes qui transmettent l’info d’une cellule à l’autre sans médiateur chimique.C’est une excitation électrique qui transmet l’information "contraction" d’une cellule à l’autre. Cette excitation provoque la contraction, c’est ce qui est appelé "couplage excitation-contraction".

3) Couplage excitation-contraction d’un cardiomyocyte (Attention ! Pour les fibres nodales, le profil de dépolarisation est totalement différent !)


•Du point de vue excitation •Du point de vue contractionCourant électrique Action mécaniquePotentiel d’action Tension musculaireAppareils et examens :Électrocardiographie = ECG Mécanogramme- Dépolarisation jusqu’à inversionde polarisation.- Pic du potentiel d’action (PA) - Pic de tension a un retard -Plateau = particularité. de 200 ms sur le pic de PA.Le cardiomyocyte reste longtemps dépolarisé ≈ 200 ms.- Repolarisation jusqu’à la ligne de - Retour à la ligne de base pourbase (SANS HYPERPOLARISATION). la tension a un retard de 100 ms

sur le retour à la ligne de basepour le potentiel de membrane.

4) TRÈS IMPORTANT À RETENIR

• Le muscle cardiaque n’est PAS TÉTANISABLE !!• L’ECG enregistre les potentiels électriques EXTRA-CELLULAIRE pendant les changements d’état électriques d’une cellule à l’autre. C’est à différencier de la ddp qui mesure des potentiels transmembranaires.

QCM d’application : (QCM d’ED)

1. Concernant les fibres musculaires cardiaques, il est exact que :A. Dans des conditions physiologiques, le muscle cardiaque n’est pas tétanisable.B. L’électrocardiographie est un examen qui permet l’enregistrement des potentiels électriques intra-cellulaires.C. La présence de stries intercalaires permet la transmission de l’excitation d’une cellule à l’autre.D. Les GAP-jonctions participent au couplage excitation-contraction.E. Toutes les fibres myocardiques sont dotées d’une activité autorythmique.

Correction :QCM 1. D’ED : ACDB. L’ECG permet l’enregistrement des potentiels électriques extra-cellulaires.E. Seules les cellules cardionectrices (qui appartiennent au tissu nodal) sont le siège d’une dépolarisation spontanée et donc d’une activité autorythmique.


Fiche 9 :Le muscle lisse : structure - rappels

-Les cellules musculaires lisses sont fusiformes et mononucléées, leur diamètre est comprisentre 2 et 10 µm.

-Elles sont dépourvues d’aspect strié.

Elle ne comportent :- Pas de sarcomère.- Pas de tubules transverses.- Pas de myofibrilles.

- Pas de troponine

-Propriétés mécaniques particulières : - tonicité même en dehors de l'organisme - plasticité - viscosité fonction de la vitesse - contractilité très lente

-Les filaments fins d’actine et de myosine sont organisés en série. Ainsi, les limites de longueur entre lesquelles le muscle lisse est capable d’engendrer une tension sont beaucoup plus étendues que pour le muscle strié squelettique. (Le muscle lisse est capable d’engendrer une tension malgré un étirement important, alors qu’au niveau du muscle strié squelettique, le désengrènement des filaments fait chuter la tension engendrée). Cette adaptation est utile car le muscle lisse constitue la paroi des organes creux comme l’estomac, la vessie…qui sont amenés à changer de volume de manière importante.

- En dépit d’une différence d’organisation, la tension maximale développée par unité de surface transversale dans le muscle lisse sera similaire à celle engendrée par le muscle strié squelettique.

-Le Ca++ est utilisé pour régir l’activité des ponts transversaux. Il provient du reticulum sarcoplasmique (moins développé qu'au niveau du muscle strié) et du milieu extracellulaire. Son site de régulation est la calmoduline.

-Il existe une innervation végétative : le muscle lisse n’est pas sous la dépendance de la volonté contrairement au muscle strié squelettique.

-Il existe une grande variété de muscles lisses que l’on peut regrouper en 2 sous types :

-unitaire : au niveau du tube digestif, de l’utérus et des artérioles.-multi-unitaire : au niveau des grosses artères et des voies aériennes.-Différences muscle unitaire/muscle multi-unitaire : (Voir tableau final du Pr. ARNAL).

-Le muscle unitaire a de nombreuses jonctions communicantes entre les fibres ; le multi-unitaire en a peu.

-Les cellules entraîneurs (voir plus loin) ne sont présentes qu’au niveau du muscle lisse unitaire.

-L’innervation végétative est très riche au niveau du muscle multi-unitaire ; moins au niveau de l’unitaire (dans lequel ce rôle est tenu par les cellules entraîneurs).

-Le muscle unitaire a un tonus ; pas le muscle multi-unitaire.-Il y a induction de la contraction de la fibre par son étirement pour le muscle unitaire ; pas pour le multi-unitaire.


5ème partie : COMMUNICATION CELLULAIRE(Pr TACK)

Vénus BANITAHMASEB

- Fiche 1 : Principes de la communication cellulaire.- Fiche 2 : Production et communication du message.- Fiche 3 : Réponse des cellules-cibles.- Fiche 4 : Régulation des systèmes endocriniens.- Fiche 5 : Médiateurs paracrines et autacoïdes.


Fiche 1 :Principes de la communication cellulaire

Le but de ce chapitre est d’apprendre les bases des différents systèmes qui régissent l’organisme (nerveux SN, immunitaire SI et endocrinien SE), pour bien montrer les interactionsqui existent entre eux, avant de s’intéresser à l’un d’eux en particulier, à savoir le système endocrinien.

Système nerveux Système endocrinienPoints

communs fonctionnement sur le mode stimulation-réponse

information très spécifique (la spécificité s’exprime différemment)certaines hormones sont des neurotransmetteurs (ex : NAdr,

noradrénaline, il s’agit de la même molécule) et certains neurones sontsécréteurs d’hormones (exemple des neurones sécréteurs d’ADH)

interactions régulatrices des deux systèmesDiffusion très rapide (<1s) lenteRéponse brève durable

Ordre a priori a posterioriPoids 2kg 200g

Tolérance àl’amputation

faible importante: >50%

Concentration [NT]= 10-4 à 10-6M [H]= 10-9 à 10-12MRemplacement très dur opothérapie substitutive

✔ La comparaison entre système nerveux et système endocrinien est une excellente occasion de vous embrouiller dans les QCM en attribuant les propriétés de l’un à l’autre et vice-versa.

✔ Notion d’ordre a priori et a posteriori : c’est un peu comme la différence entre passer uncoup de téléphone et lancer un appel sur la place publique pour demander à Jean, étudiant deP1, de penser à prendre son cours de physio pour mardi : au téléphone, l’info est donnée trèsspécifiquement, mais une seule fois : si je veux être sûr qu’il s’en souvienne je devraisrappeler plusieurs fois ; avec l’appel sur la place publique, tous ceux qui vont croiser gens luirappelleront ; au risque que Jean en ait marre, on est sûr qu’il ramènera son cours de physio.On peut pousser la métaphore : si je coupe la ligne téléphonique, impossible de joindre Jean ;si j’éradique la moitié de la population, je sais qu’il en restera quand même quelques uns pourfaire passer le message. Et cætera…

✔ Les hormones peuvent être sécrétées :- soit par une glande endocrine (thyroïde, surrénales,…)- soit par des neurones (neurosécrétions)- soit par des cellules endocrines disséminées au sein d’un tissu- soit par des cellules NON endocrines avec capacité de sécrétion hormonale (attention aux QCM !)

✔ Enfin, distinguer autocrine, paracrine et endocrine, en se mettant dès à présent dans la tête lanotion suivante : plus ma durée de vie est courte, moins je pourrai voir de pays : une hormoneà action endocrine sous-entend une durée de vie longue, ou vice-versa, une hormone à duréede vie très très courte a une action auto ou paracrine.



QCM 1 : Concernant la communication nerveuse et endocrine, il est exact que:A) Il existe des interactions régulatrices entre le système nerveux et le système endocrine parce que ces deux systèmes utilisent parfois les mêmes médiateurs.B) La destruction de 20% des cellules du système nerveux central sera compensée en totalité grâce à son importante plasticité cellulaire.C) En cas de défaillance d'une glande endocrine, l'administration d'une opothérapie substitutive permettra de reproduire uniquement les effets de l'hormone naturelle, parce que seuls les tissus qui expriment le récepteur de l'hormone naturelle seront sensibles à la substitution hormonale.D) Les hormones sont des substances chimiques déversées dans le sang par du tissu endocrine uniquement.E) L'activation du système adrénergique stimule le système immunitaire.

Correction :

QCM 1 : CA. Les deux parties de la phrase sont vraies mais pas le lien de cause à effet : c’est un des pièges préférés du Pr Tack.

B. Contrairement au système endocrine, le système nerveux ne peut pas compenser de réduction importante.D. il y a des cellules qui ont des propriétés endocrines sans être des cellules endocrines (ex des cellules adipeuses et de la leptine).E. C’est l’activation du système cholinergique, parasympathique.


Fiche 2 :Production et distribution du message

Catécholamines Hormones thyroïdiennes

NatureAmine à un résidu Tyr => hydrophiles

Amine à 2 résidus Tyr, iodées=> hydrophobes

Hormones

-Adr, Nadr (sécrétées par les médullosurré-nales)-dopamine (sécrétée entre autres par l’hypothalamus)

T3 a trois iodes : hormone biologiquement active, de demi-vie est brève ; obtenue par désiodation de T4, forme de réserve biologiquement inactive

Synthèse

Synthèse à partir de la tyrosine quisubit de nombreuses transformations par une chaîne enzymatique : on peut trouver les gènes correspondant aux enzymes de cette chaîne, mais PAS un gène codant pour une catécholamine !

-Synthèse de thyroglobuline qui est déversée dans la colloïde (située entre plusieurs cellulesthyroïdiennes et sans contact avec le sang).-Extraction d’iode du sang par la cellule thyroïdienne pour le déverser à l’autre pôle de la cellule au niveau de la colloïde.-Organification (fixation d’iode sur la thyroglobuline).-Endocytose de la thyroglobuline iodée dans des vésicules qui fusionnent avec des lysosomes.-Sécrétion au pôle sanguin, T3 (9%) et T4 (99%) (1% de rT3, non sécrétée!). -Pas de gène de T3 et T4 !

Diffusion

Exocytose de vésicules sécrétoires, dont un petit stock pour moins de 24h est présent dans la cellule ; la stimulation de lasécrétion sera également une stimulation de synthèse, afin de reconstituer les stocks

Seule hormone liposoluble à être stockée (sous la forme de son précurseur) (du fait de la discontinuité de l’apport d’iode)

Administration

Administrés par voie parentérale : sous-cutanée, intramusculaire ou intraveineuse en continu, en transmuqueux également pour l’arrêt cardiaque ou le choc anaphylactique.Peu dégradées par voie orale MAIS demi-vie très brève DONC pas par voie orale.

T4 en opothérapie substitutive, per os.Pas de T3

Catabolisme

Excrétion rénale donc dosage urinaire intéressant pour les contrôles, la durée de vie étant trop courte pour avoir le temps de faire une prise de sang.

Circulent liées à des protéines dans le sang, de façon aspécifique (dans le sens où l’albumine par exemple, transporte à peu près n’importe quoi) et de façon spécifique (protéines de transport des hormones thyroïdiennes).


Hormones peptidiques Stéroïdes

NaturePeptides ou protéines=> hydrophiles.

Hormones stéroïdienne, avec un noyau stérique (voir la biochimie des lipides) =>hydrophobes

Hormones

Exemples :insuline,pro-opio-mélano-cortine,TRH (3 aa),GH (191 aa),ADH (9 aa),IGF1, PTH…Majorité des hormones.

-Hormones gonadiques : progestérone, oestrogènes, testostérone.-Hormones surrénaliennes : cortisol, aldostérone...-Vitamine D

Synthèse

Traduction directe d’un ARNm spécifique.Sécrétion par des vésicules dans lesquelles la maturation est parfois achevée (ex : insuline).Aussi :sécrétion d’une prohormone et d’une enzyme clivante (ex : rénine-angiotensine).Cas de la pro-opio-mélano-cortine : précurseur qui donne lieupar clivage à différentes hormonespossédant chacune leur activité propre.

Action d’une chaîne enzymatique sur le cholestérol prélevé dans les LDL sanguines.Cas de la vitamine D : 7déhydrocholestérol devenant cholécalciférol ou vit D3 par photosynthèse, action d’une 25-OHase

hépatique puis d’une 1α-OHase rénale pour donner le calcitriol, hormone active=> la maturation est achevée au cours de la circulation.

Diffusion

Circulation partiellement sous forme liée (augmentation de la durée de vie) surtout pour les hormones de l’axe somatotrope, IGF1 et GH.Plus majoritairement en forme libre, par rapport aux thyroïdiennes ou aux stéroïdes.

Liposolubles, donc libérées dès leur synthèse : la réponse à un stimulus est directement proportionnelle à la capacité de sécrétion (pas de stock).Forme liée dans le sang, avec une petite portion libre active : le fait d’être très liées augmente la durée de vie des hormones stéroïdes.

Administration

Impossible par voie orale (destruction entérale) -Administration parentérale (le plus souvent en sous-cutanée comme l’insuline).-Egalement possible en transmuqueux (ADH).-Formes gastrorésistantes mais reconnaissables (méthylations).

-Administration à fortes doses pour shunter le foie mais toxique pour celui-ci.-Administration de formes modifiées pour diminuer l’effet de premier passage hépatique.-En voie transcutanée (hydrophobie), par patches ou pommades.

Catabolisme

Dégradation par clivage partiel (par exemple de l’extrémité C-terminale) qui rend alors l’hormone inactive.

Non digérées par l’intestin, mais dégradées lors du premier passage hépatique.Pour la vitamine D, pas d’effet excessif du premier passage hépatique (stockage dans las graisses).Inactivation par le foie, élimination dans la bile, solubilisation par le rein, dégradation dans les tissus périphériques.



QCM 1 (Concours 2005) : A propos des opothérapies substitutives :A) L'administration de catécholamines par voie orale n'est pas pratiquée de façon courante parce que les hormones hydrophiles sont stockées dans les cellules endocrines sécrétrices.B) L'administration de Thyroxine (T4) par voie orale en une prise quotidienne est possible parce que cette hormone n'est pas dégradée dans l'intestin, qu'elle est aisément absorbée et que sa demi-vie plasmatique est suffisamment longue.C) L'administration répétée de fortes doses de vitamine D (25-OH D3) peut entraîner un accident de surdosage parce que cette vitamine liposoluble s'accumule dans le tissu adipeux.D) Une surcharge en vitamine D fait courir des risques d'hypercalcémie et d'hyperclaciurie.E) L'administration d'hormone anti-diurétique (ADH) naturelle par voie intra-nasale (transmuqueuse) est préférable à l'administration par voie orale parce que cette hormone, lorsqu'elle est absorbée par voie digestive, subit un important catabolisme lors du premier passage hépatique.

QCM 2 : Concernant le métabolisme des hormones, il est exact que:A) Le dosage des hormones stéroïdes dans le plasma est un bon moyen d'évaluer l'intensité de leur synthèse.B) En cas d'insuffisance rénale chronique (dégradation progressive des fonctions rénales), l'action physiologique de la vitamine D sera diminuée parce que l'hydroxylation du carbone 25 du cholécalciférol s'effectue dans les cellules tubulaires rénales.C) L'oestradiol est facilement absorbé par le tube digestif, toutefois sa forme naturelle n'est pas habituellement pas administrée par voie orale pour des raisons métaboliques.D) Le dosage des hormones thyroïdiennes dans les urines permet d'évaluer l'intensité de leur sécrétion.E) La détection concomitante de la forme intacte et des fragments de dégradation de la parathormone (PTH) lors de son dosage sérique est un avantage parce qu'elle permet de ne pas négliger des fragments d'hormone active.

QCM 3 : (Concours 2007) : Concernant les hormones thyroïdiennes, il est exact que:A) Elles ne peuvent être stockées dans les cellules thyroïdiennes parce qu'elles sont fortement lipophiles et diffusent librement à travers les membranes.B) La demi-vie plasmatique de la forme la plus hydrophobe, la thyroxine (T4), est plus brève que celle de la tri-iodothyronine (T3) parce que sa liaison avec les protéines de transport plasmatique est plus forte.C) La liaison des hormones thyroïdiennes avec leurs récepteurs nucléaires spécifiques détermine la mise en jeu de seconds messagers intra-cytosoliques qui aboutissent à une importante amplification du signal hormonal.D) Leur sécrétion n'est pas altérée pendant quelques jours en cas de carence alimentaire en iode parce qu'elles sont libérées par hydrolyse de la thyroglobuline iodée dont il existe un stock permettant de libérer des hormones thyroïdiennes pendant plusieurs semaines.E) Elles jouent un rôle important dans la régulation du métabolisme basal chez l'Humain chez lequel elles exercent un effet stimulant.

QCM 4: (Concours 2008) : Concernant les hormones peptidiques, il est exact que:A) La plupart ne peuvent pas être administrées par voie orale parce que leur propriété hydrophile limite leur passage à travers l'épithélium de la muqueuse intestinale.B) Les formes lipophiles, comme l'hormone de croissance (GH), nécessitent une liaison avec une protéine de transport spécifique pour circuler sous forme soluble dans le plasma.

C) Les formes correspondant à des petits peptides, comme l'hormone anti-diurétique (ADH), peuvent être administrées par voie transmuqueuse.D) Elles sont codées par des gènes dont la mutation peut altérer la quantité d'hormone produite mais aussi la capacité de liaison de l'hormone avec son récepteur.E) Le catabolisme progressif de la parathormone (PTH) est à l'origine de la présence de fragments inactifs dans la circulation sanguine, ce qui peut provoquer une surestimation de la forme complète et active lors du dosage sérique de l'hormone.


QCM 5 : (TD 2008/2009) : Concernant la nature chimique et le métabolisme des hormones, il est exact que:A) Le dosage des hormones stéroïdes dans le plasma est un bon moyen d'évaluer l'intensité de leur synthèse. B) Les hormones dérivées de la tyrosine diffusent passivement au travers des membranes plasmiques en raison de leur faible poids moléculaire.C) L'oestradiol n'est pas administré habituellement sous sa forme naturelle par voie orale parce qu'il n'est pas facilement absorbé par le tube digestif.D) La dose de cholécalciférol (vitamine D3) nécessaire à la synthèse physiologique du calcitriol pendant un mois peut être efficacement administrée par voie orale en une fois et sansrisque immédiat de surdosage parce que la vitamine D3 est absorbée par l'intestin, ne possède pas d'action hormonale propre et est stockée dans le tissu adipeux.E) Le stockage du calcitriol dans le tissu adipeux permet d'éviter une carence en vitamine D en cas de défaut prolongé d'exposition de la peau au soleil.

Corrections :

QCM 1 : BCDA. Pas de lien de cause à effet (un des pièges préférés du Pr Tack) : les catécholamines ne sont pas administrées par voie orale car leur demi-vie est trop courte.E. Ce n'est pas faisable par voie orale car l'ADH est un peptide et donc est dégradé par les enzymes intestinales.

QCM 2 : ACB. Dans le rein, l'hydroxylation se fait en 1α-OH.D. Pas dans les urines, et ne reflète pas l'intensité de sécrétion puisqu'il y a un stock d'hormones thyroïdiennes.E. C'est justement le désavantage d'un ancien dosage qui détectait une partie centrale de la PTH, qui était commune aux formes active et dégradée; les fragments d'hormone de PTH sontinactifs.

QCM 3 : ADEB. Au contraire, le fait que la T4 soit liée plus fortement avec sa protéine de transport augmente sa demi-vie, qui est alors supérieure à celle de la T3.C. Il n'y a pas d'amplification du signal avec les récepteurs nucléaires, ni la mise en jeu de seconds messagers.

QCM 4 : CDEA. Elles ne sont pas administrées par voie orale car elles sont dégradées par les enzymes intestinales.B. Tous les peptides sont hydrophiles, et comme la GH est un peptide, elle est donc hydrophile et lipophobe.

QCM 5 : ADB. Les catécholamines ne diffusent pas au travers des membranes puisqu'elles sont hydrophiles.C. L'oestradiol est un stéroïde qui est facilement absorbé par l'intestin, mais qui subit l'effet du premier passage hépatique, ce qui va entraîner la dégradation de la majeure partie.E. Le calcitriol n'est pas stocké! Uniquement la 25-OH Vit D3.


Fiche 3 :Réponse des cellules cibles

A. ACTION VIA DES RECEPTEURS

✔ L’hormone est reconnue par un récepteur. Ce récepteur peut être :– Membranaire : il peut alors être à activité enzymatique ou avec une fonction canalaire.

L’hormone, hydrophile, ne pouvant passer la barrière hydrophobe de la membrane, va générerdes seconds messagers par l’intermédiaire de ces récepteurs.

– Intracellulaire (voire intranucléaire) pour les hormones qui pourront pénétrer la cellule, àsavoir les hormones hydrophobes et qui produiront une induction (ou une répression)génomique.

✔ Le complexe hormone-récepteur se caractérise par :

- la Stéréospécificité : coaptation des structures tertiaires entre les portions d’hormone et de récepteurs qui interagissent : la coaptation se fait par l’électrostatique, les liaisons de Van der Waals, les liaisons hydrophobes et les correspondances de configuration.

- l'Affinité : se définit comme la probabilité qu’un ligand se détache de son récepteur (et donc la force de la liaison entre le ligand et le récepteur.)Une affinité maximale correspond à une liaison irréversible. Elle différencie les hormones des neurotransmetteurs qui doivent se trouver en concentration 105 à 106 fois plus élevée pour avoir une activité au niveau de la synapse.

➢ Elle va être représentée par le Ka constante d'association. Quand Ka ↑, affinité ↑. En réalité, pour l'étudier on préfère regarder le KD, constante de dissociation, c'est à dire l'inverse de la constante d'association : (Kd = 1/Ka), c'est la concentration d’hormones à laquelle la moitié des récepteurs est occupée (et non PAS « à laquelle onobtient la moitié de la réponse biologique »). Donc quand Kd ↑ Ka ↓ et affinité ↓.

➢ Il faut savoir lire le Kd sur :- la représentation de Scatchard : difficile et long- la représentation de liaison spécifique : facile et rapide

- la Réversibilité : découle de l’affinité (tant que l’affinité n’est pas maximale, on peut se détacher du récepteur) : le ligand est le même avant et après liaison au récepteur, ce qui différencie l’hormone de l’enzyme.

- la S aturabilité indique que le nombre de récepteurs par unité de tissu est limité. L’état de saturation se définit comme la fraction des sites liés à l’hormone à un instant t.

➢ La saturabilité va dépendre - de la concentration en hormones libres - de l’affinité des hormones pour ces récepteurs.

➢ Ce critère différencie la liaison spécifique de la liaison non spécifique (qui elle est insaturable).

➢ Elle va être représentée par Bmax, la liaison maximale, le nombre de récepteur par unité de tissu. Bmax va être obtenu en traçant la courbe de liaison spécifique, par différence entre la liaison totale (hormones marquées en concentration croissante) et la liaison non spécifique (hormones marquées, avec 100 fois plus d’hormones non marquées,les hormones marquées représentant la liaison non spécifique)

➢ Il faut savoir lire le Bmax sur :- la représentation de Scatchard : très précis


- la représentation de liaison spécifique- La Sensibilité d’un tissu à une hormone va être fonction :

- de l’affinité du récepteur pour l’hormone, KD

- du nombre de récepteurs par unité de tissu, Bmax

Ces récepteurs, présents en nombre limité au niveau cellulaire, vont induire une réponse biologique détectable, mais NON LIÉE au taux de liaison de l’hormone au niveau des

récepteurs : pour retenir cette donnée, si cela peut vous aider, sachez qu’il existe des récepteurs, membranaires par exemple, sans partie intracellulaire, et qui donc n’induiront pas la production de seconds messagers : ils sont là en quelque sorte pour ‘’éponger’’ le surplus d’hormones. De fait, vous voyez bien qu’avec une donnée pareille, on ne peut pas faire de lienentre le taux de liaison et l’activité biologique qui en découle. Un peu comme des portes auxquelles l’on frapperait sans savoir si les habitants de la maison vont acheter ou non mon billet de tombola : on ne peut pas prévoir la recette de la journée !Donc l’activité n’est pas proportionnelle à la concentration d’hormones. En revanche, l’activité va dépendre du nombre de récepteurs et de leur affinité pour l’hormone => attention dans les QCM !

✔ Représentations graphiques :

B. RECEPTEURS MEMBRANAIRES

✔Les récepteurs membranaires sont des récepteurs pour- les hormones peptidiques, et- les catécholamines (cf. tableaux : ce sont les hormones hydrophiles !).

✔Leur partie NH2-terminale est extracellulaire : site de liaison à l’hormone


Représentation directe (sur le schéma ci dessus, seule la liaison spécifique est représentée)* Détermination du Bmax :Le Bmax est la liaison maximale, c'est donc la valeur en ordonnée correspondant au plateau qu'atteint la courbe. * Détermination du Kd : + + + avec cette représentationLe Kd étant la concentration d'hormone pour laquelle 50% des récepteurs sont occupés, c'est la valeur en abscisse correspondant à ½ du Bmax.

Représentation de Scatchard* Détermination du Bmax : + + + avec cette représentation : C'est la valeur correspondant au point d'intersection entre la droite et l'axe des abscisses* Détermination de Kd : difficile et longOn la détermine en connaissant le coefficient directeur de la droite car pente = - 1 / KdMais utile pour comparer les affinités en comparant 2 droites :+ la pente est forte, + (-1/Kd) est faible, + 1/Kd est fort ; + Kd est faible ; + l'affinité est forte

Donc quand pente ↑ , Kd , ↓ affinité ↑

Leur partie COOH-terminale est intracellulaire : signalisation.

✔ Ces récepteurs ont un grand potentiel d’amplification de la réponse cellulaire par leur couplageà un système de signalisation entraînant de nombreuses cascades cellulaires.On distingue trois voies de transduction :

- couplage à une protéine G → adénylate cyclase → phospholipase C

- activité enzymatique intrinsèque : → tyrosine kinase intrinsèque → tyrosine kinase couplée → guanylate cyclase

- activité canalaire

➢ Fonctionnement de la voie de l’adénylate cyclase :

- L’hormone se fixe sur un RCPG (récepteur couplé à une protéine G) à 7 domaines transmembranaires, dont l’extrémité COOH-terminale est régulée par un jeu de phosphorylation-déphosphorylation.- La protéine G couplée au récepteur est soit de type S stimulatrice, soit de type I inhibitrice ; on prendra le cas d’une protéine Gs, pour l’explication qui suit.La protéine G se détache du récepteur et va activer une adénylate cyclase, qui va donc transformer de l’ATP en AMPcL’AMPc va :

- activer la protéine CREB qui va alors se transporter dans le noyau et induire la transcription des gènes des sites CRE en se fixant sur son promoteur

- activer la protéine kinase A (AMPc dépendante) qui va phosphoryler ses cibles au niveau de résidus tyrosine, entraînant au final une augmentation de la synthèse et de la division cellulaire. Des phosphodiestérases viennent inactiver l’AMPc pour mettre la voie au repos ; la théophylline et la caféine, en inhibant les phosphodiestérases, maintiennent l’activité de l’AMPc.On note qu’une augmentation de la concentration calcique (comme celle obtenue dans la voie de la phospholipase C) augmente l’activité des phosphodiestérases et donc diminue l’action de la voie de l’AMPc. Il y a donc un antagonisme entre les voies de la PLC et de l’adénylate cyclase.

➢ Fonctionnement de la voie de la phospholipase C

L’hormone se fixe sur un RCPG : la protéine G fixée au récepteur est une protéine Gs spécifique de la phospholipase C, GQ.La protéine G active la PLC qui coupe un phosphoinositol diphosphate en un diacyl glycérol DAG (qui reste dans la membrane du fait de son caractère hydrophobe) et en un inositol triphosphate IP3.IP3 libère le Ca2+ du réticulum endoplasmique.DAG active la protéine kinase C (PKC) qui va phosphoryler ses substrats et dont le coactivateur est le Ca2+ (ça tombe bien !)

✔ Hormones et récepteurs associés

Récepteurs Hormones

Adénylate cyclase (RCPG)Catécholamines et prostaglandines → vasodilatation !

- LH - ACTH -Phospholipase C (RCPG) Endothélines et thromboxanes → vasoconstriction !

Tyrosine kinase intrinsèque(activité enzymatique)

Insuline - IGF1 - et presque tous les facteurs de croissance

Tyrosine kinase couplée(activité enzymatique)

GH - prolactine - EPO


Guanylate cyclase(activité enzymatique)

NatriurétiquesPhotons de la vision

phosphodiestérases associées cibles du Viagra°, d’où lestroubles de la vision comme effet indésirable à ce médicament.

C. RECEPTEURS CYTOSOLIQUES ET NUCLEAIRES

✔Ici : récepteurs aux stéroïdes, rétinoïdes et hormones thyroïdiennes.

✔Ces récepteurs comportent trois parties : AB, DBD, et HBD de NH2 en COOH.

➢AB est le domaine de transactivation du récepteur : il est riche en Ser et Thr (aa alcools) quiseront phosphorylés pour réguler finement le récepteur. A des degrés de phosphorylation trèsprécis, le récepteur peut même s’autoactiver !

➢DBD, DNA-binding domain, est la zone spécifique de la région promotrice du gène cible ; les 2structures en doigt de zinc sont là pour aider à la dimérisation du récepteur.

➢HBD, hormon-binding domain est le site de liaison à l’hormone ; il aide également à ladimérisation.

La liaison de l’hormone à HBD modifie la conformation du récepteur qui va pouvoir former un homo ou un hétérodimère avec un autre récepteur (identique ou différent).


Fiche 4 :Régulation du système endocrinien

1. SYSTÈME HYPOTHALAMO-HYPOPHYSAIRE

La sécrétion de la plupart des glandes, des fonctions de croissance et de la lactation estsous le contrôle du système hypothalamo-hypophysaire (abrégé SHH ici)

L’hypothalamus est un ensemble de noyaux gris qui se situe au niveau du plancher du 3ème ventricule. On y trouve des neurones, des neurones de connexion et des neurones neurosécréteurs spécifiques qui vont envoyer un prolongement axonal dans un réseau capillaire au niveau de l’éminence médiane, où les sécrétions sont déversées: le système porte hypothalamo-hypophysaire. Ce réseau porte descend le long de la tige pituitaire pour former au final le réseau capillaire de l’antéhypophyse. Les capillaires y sont fenêtrés (larges passages entre les cellules endothéliales) ce qui permet le passage de peptides et de protéines, et donc des hormones sécrétées par l’hypothalamus. Les sécrétions hypothalamiques vont alors stimuler / inhiber les cellules endocrines hypophysaires, permettant ainsi la diffusion du message à tout l'organisme.

L’hypothalamus intègre de nombreuses informations, par des signaux chimiques, physiques, psychiques et hormonaux: sommation intégrative à laquelle il formule une réponse adaptée.

➢Hormones hypothalamiques: (voir tableau du cours)→ Les libérines = releasing hormons (RH), stimulantes;

ex: CRH = corticolibérine; TRH= thyréolibérine→ Les inhibines (ou statines) = inhibiting hormons (IH), inhibitrices;

ex: PIH = prolactine inhibiting hormon, qui est en fait de la dopamine!; GIH ou SS = somatostatine

➢Hormones hypophysaires: → Les stimulines = stimulating hormons (SH);

ex: TSH, FSH mais également LH, ACTH, …

2. BOUCLES DE RÉTROCONTRÔLE

L’important dans ce chapitre est de comprendre la hiérarchisation des boucles de rétrocontrôle. Ces boucles sont en effet nécessaires pour contrôler si l’objectif final a été atteint et donc calmer le système régulateur quand la régulation a été effectuée : le rétrocontrôle peut se faire soit par l’effet généré (exemple: glycémie, calcémie comparées à des points de consigne) soit par le taux d’hormones sécrétées à la fin de la cascade hypothalamo-hypophysaire.

Si la réponse est suffisante, il y a inhibition: la sécrétion diminue… mais ne s’arrête pas!Si la fonction entière contrôlée par le SHH ne fonctionne plus, il y a deux étiologies

possibles : soit le tissu ne répond pas, auquel cas des libérines et stimulines seront trouvées dans le sang, soit le tissu ne demande qu’à répondre mais les glandes du SHH ne fonctionnent pas.

Trois niveaux de rétrocontrôle: –boucle longue : l’hormone sécrétée par l'organe cible (et ses effets) répond au SHH. –boucle courte : l’hormone hypophysaire répond à l’hypothalamus.–boucle ultracourte : l’hypothalamus se parle à lui-même.

Le plus fort niveau de rétrocontrôle est la boucle longue +++ : si le tissu ne répond pas en aval(si par exemple il ne peut plus sécréter d’insuline) cette absence va jouer le rôle d’un rétrocontrôlepositif !! Le SHH tient non pas à être régulé négativement par n’importe qui (boucle courte ouultracourte) mais tient à ce qu’on l’entende et qu’on lui obéisse. De fait, si personne ne répond en


Boucle longue >>>> boucle courte > boucle ultracourte

bas (organe cible = boucle longue), il crie plus fort et sécrète encore d'avantage d’hormones.3. RYTHMES BIOLOGIQUES ET CHRONOPHYSIOLOGIE

✔Rythmes biologiques : ➢ circadiens = rythme biologique de 20 à 28 h. C'est un rythme endogène c'est à dire que

dans des expériences hors du temps en absence de synchronisateur, (exemple : enfermement dans une grotte absence de lumière...) l'organisme fonctionne sur ce rythme biologique de 20 à 28 h.Mais en réalité cette horloge biologique est réglée en permanence par des synchronisateurs, notamment l'alternance jour-nuit. On parle plutot de rythme nychtéméral qui est régulé par les variations de lumières.

➢ ultradiens = moins de 24h, soumis aux rythmes circadiens➢ de haute fréquence (période < 1min): cœur, pouls, respiration... ➢ de basse fréquence (période > 1min): fonctions endocriniennes et de sécrétion, par

ex. digestives.➢ Infradiens : notamment circannuels : alternance des saisons, oiseaux migrateurs,

comportement sexuel...

✔Horloge interne principale :

On l'appelle également « garde temps ». Cette horloge interne biologique est endogène (provient de facteurs génétiques...) mais influencée par des facteurs exogènes.Pour mieux comprendre comment elle fonctionne, on va faire le parallèle avec une montre ou une horloge classique.

a) Le balancier :

Comme toutes les montres, notre horloge biologique possède un balancier, le fameux «TIC- TAC», preuve de son fonctionnement.

Dans le cas de l'horloge biologique, c'est une alternance d'expression protéique qui sont en répulsion l'une de l'autre qui fait office de balancier. Lorsque l'une est exprimée, l'autreest réprimée («TIC»), puis la première va être réprimée et la seconde exprimée («TAC»), et ainsi de suite... On dit que ce fonctionnement est en opposition de phase.

C'est la durée de vie de ces différentes protéines qui détermine la durée du TIC et du TAC, et c'est le caractère particulièrement fixe de cette durée de vie qui permet le balancier moléculaire et un marquage chronométrique du temps.

Ici, c'est l’alternance d'une série de 4 protéines:• couple: Clock / Bmal 1• couple: Per 1,2,3 / Cry 1,2

• Clock et BMal 1 forment un hétérodimère [Clock/BMal1]• [Clock/BMal1] stimule l'expression des gènes des protéines Per 1,2,3 et Cry 1,2• Les protéines Per du cytoplasme sont phosphorylées (↑ stabilité)• Formation de l'hétérodimère [Cry/Per 2] qui retourne dans le noyau stimuler le gène Bmal 1 et

par conséquent la formation de [Clock/Bmal1] • En même temps, une des protéines Cry revient dans le noyau pour former un hétérotrimère

[Clock/Bmal1/Cry] qui va inhiber l'expression des gènes Per et Cry en délogeant le couple [Clock/Bmal1]

• Une fois que ce trimère qui bloque le système sera détruit (du fait de sa durée de vie),l'ensemble sera débloqué, permettant à nouveau l'expression des gènes Per et Cry et ainsi desuite

Gène Per1: en plus d'être régulé par l'hétérodimère [Clock/Bmal1], il est également régulé par la lumière.


Gène Per 3: impliqué dans la transduction du signal «temps» en dehors du noyau supra-chiasmatique, en particulier vers les noyaux épiphysaires.

b) La synchronisation:

Ca y est! Vous venez de vous acheter une superbe montre qui fonctionne (et qui fait «tic-tac») mais le problème, c'est qu'elle n'est pas à l'heure...

Rien de plus simple: il suffit de prendre une autre montre qui est à l'heure (ou un portable ou l'horloge parlante, ...) et de se caler sur la même heure = synchronisation

Il se passe la même chose pour l'horloge biologique: l'expression des gènes permet le balancier, mais elle fera «tic-tac» dans le vent tant qu'elle ne sera pas calée, synchronisée.

C'est le rôle des Zeitgebers, les ‘’donneurs de temps’’: ils permettent la synchronisation de l’horloge interne avec la réalité et son environnement:- la lumière : le rythme nycthéméral (ou alternance jour/nuit) est le facteur de synchronisation principal. Des neurones qui captent la lumière vont, suivant l'intensité et la température de celle-ci, informer l'hypothalamus. Il agit notamment en modulant la sécrétion par l'organisme de mélatonine.

* la mélatonine : Ce n'est pas un synchronisateur ; la lumière est le synchronisateur qui synchronise en modulant justement la sécrétion de cette hormone.Elle est sécrétée par la glande pinéale (= épiphyse) sous contrôle de l’horloge interne, son rôleétant d'informer le reste de l'organisme de l'heure qu'il est (= regarder sa montre pour savoir l'heure). La mélatonine présente une valeur stable et basse le jour et produit un pic sécrétoireau crépuscule qui atteint son maximal au milieu de la nuit avant de rediminuer jusqu’au leverdu jour. Le pic de mélatonine est géré par l’alternance jour/nuit (et pas par le sommeil). En effet, la mélatonine est un dérivé lointain de la tyrosine (lipophile) dont la synthèse a pour étape-clé l’action de la N-acétyl transférase (NAT), enzyme dont l’expression est inhibée par lalumière. La mélatonine raccourcit la phase d’endormissement et augmente la durée de sommeil profond.- les comportements et les faits sociaux : réveil à telle heure, repas à telle autre... sont autant de facteurs qui jouent sur la synchronisation de l'horloge interne: le corps s’adapte.

✔Physio-biologie des rythmes sécrétoires : Cette horloge interne tient sous sa dépendance de nombreuses autres horloges contrôlant la synthèse d'enzymes et d'hormones, la température corporelle et indirectement le sommeil... etc... Une perturbation de cette horloge perturbera donc tous ces rythmes sécrétoires.

- travailleurs de nuit : risques cardiovasculaires, ulcères de l’estomac, trouble de la libido pour l’homme et stérilité fonctionnelle chez la femme.

- jet lag : vols transméridiens, en particulier d’Ouest en Est, entraînent une difficulté de resynchronisation car l’horloge interne et l’environnement se contredisent => baisse des performances intellectuelles, instabilité, troubles psychiques, troubles à l’endormissement. Resynchronisation grâce à un comprimé de mélatonine au moment où le sujet est sensé s’endormir ?

- cécité totale : la rétine est détruite, la lumière n’est plus perçue, il y a perte du principal zeitgeber, mais l’horloge interne, elle, existe toujours! ! ! (les gènes continuent de fonctionner et l'horloge fait toujours «tic-tac»). Le sujet est alors en free running rhythm : il se cale sur son rythme endogène et se décale peu à peu par rapport au rythme circadien. Resynchronisation partielle par injection de mélatonine.

- sénescence : altération de l'horloge biologique et de la sécrétion de mélatonine avec l'âge, ce qui entraîne une perte de la pulsatilité des hormones de l'axe hypothalamo-hypophysaire.


- expérience hors du temps : (grotte, pièce noire close...) : cas semblable à celui de la cécité. L'horloge interne fonctionne en free running mais il y a une désynchronisation progressive.Attention :

● Pour les boucles de rétrocontrôle, bien avoir à l'esprit que c'est la boucle de rétrocontrôlelongue qui est la plus importante.

● Horloge interne = noyaux suprachiasmatiques (et non pas épiphyse...); Fonctionnement= alternance d'expression des gènes Clock/Bmal1 et Per 1,2,3/Cry1,2.

● La destruction de la rétine ou de l'épiphyse n'entraîne pas la destruction de l'horlogeinterne, mais juste sa désynchronisation: les gènes continuent de faire le balancier, etl'horloge se cale alors sur le rythme endogène (free running rythm).

● La mélatonine (sécrétée par l'épiphyse) n'est pas l'horloge interne : c'est un facteur desynchronisation qui transmet le message de l'heure qu'il est à l'organisme.

● La sécrétion de mélatonine ne dépend pas de l'horloge biologique mais uniquement del'intensité de la lumière.

● La mélatonine n'est pas un synchronisateur de l'horloge interne, c'est la lumière qui synchronise via l'action de la mélatonine.

✗ QCMs d'application : partie délicate qui tombe souvent = beaucoup de QCM d'application

QCM 1 (Concours 2005) : On étudie le contrôle de la sécrétion des hormones thyroïdiennes par l'axe hypotalamo-hypophysaire (rappel: TRH=Thyréolibérine hormones; TSH=Thyréostimuline). Il est exact que:A) L'ablation totale de la thyroïde provoque une diminution progressive de la concentration des hormones thyroïdiennes (T3 et T4) sur une période de trois mois parce que ces hormonessont stockées sous forme de précurseur.B) Après une thyroïdectomie totale, les sécrétions de TRH et de TSH augmentent parallèlement à la diminution des concentrations plasmatiques de T3 et T4 parce qu'il y a une levée progressive de la boucle de rétrocontrôle longue de l'axe hypothalamo-hypohysaire thyréotrope.C) L'ablation de la moitié de la thyroïde ne détermine pas de syndrome de déficit permanent en hormones thyroïdiennes parce que la perte du tissu thyroïdien est compensée par une augmentation de l'activité sécrétrice du tissu restant sous le contrôle de l'axe hypothalamo-hypophysaire thyréotrope.D) En cas d'hypothyroïdie (concentrations sanguines de T3 et T4 inférieures à la normale), l'absence d'augmentation de la sécrétion de TSH doit faire évoquer un déficit de fonctionnement de l'axe hypothalamo-hypophysaire thyréotrope.E) En cas d'ablation complète de l'hypophyse antérieure, l'augmentation résultante de TRH permet de maintenir un fonctionnement thyroïdien normal.

QCM 2 : Au cours d'une expérimentation animale, deux groupes de 5 souris femelles ont été étudiées: un groupe de souris ovariectomisées (A) et un groupe contrôle (B). Les dosages des hormones hypothalamo-hypophysaires et des oestrogènes ont été réalisés, à partir d'un prélèvement sanguin réalisé 24h après l'intervention. Dans cette situation, il est possible d'affirmer que pour les souris du groupe (A):A) La concentration des oestrogènes circulants est réduite environ de 90%, 24h après l'intervention.B) La sécrétion hypothalamique de GnRH (Gonadotropin Releasing Hormone) est activée dès que la concentration des oestrogènes circulants diminue.C) Quatre semaines après l'ovariectomie, et en absence de traitement substitutif, l'utérus, organe cible de l'action des oestrogènes, sera atrophié.D) La mise en place d'un implant sous-cutané délivrant quotidiennement une concentration d'oestrogènes équivalente à la concentration plasmatique des oestrogènes des souris contrôlées, rétablit l'inhibition exercée par l'hormone circulante sur les sécrétions


hypothalamiques et hypophysaires.E) Quelques semaines après la castration, la conversion périphérique des androgènes surrénaliens en oestrogènes permettrait de compenser l'essentiel du déficit hormonal induit par la castration.

QCM 3 : Un homme de 45 ans ayant bénéficié d'une transplantation rénale, reçoit dans son traitement post transplantation une dose élevée d'un agoniste pharmacologique du récepteur du cortisol (prednisone) depuis 12 mois. Dans ces circonstances, il exact que:A) La forte concentration plasmatique de cet agoniste inhibe directement la sécrétion surrénalienne du cortisol.B) Les effets biologiques induits par cet agoniste inhibent la sécrétion hypothalamique de CRH.C) La synthèse de testostérone est significativement diminuée parce que la sécrétion d'ACTH est freinée.D) Si la corticothérapie était interrompue brutalement, les glandes surrénales, qui sont saines, retrouveraient dans les heures qui suivent une capacité sécrétoire suffisante pour couvrir les besoins de l'organisme.E) Une étude de liaison réalisée à partir de tissu hypophysaire montrerait une diminution de l'activité des récepteurs au CRH.

QCM 4 : A propos des régulations hormonales, il est exact que:A) L'hormone de croissance (GH) n'est sécrétée que jusqu'à la puberté.B) L'hormone de croissance n'est pas soumise à une boucle de rétrocontrôle négatif longue parce qu'elle est directement sécrétée par l'hypophyse.C) Après une ovariectomie, la concentration de FSH circulante est élevée.D) La rythmicité des sécrétions hypohysaires n'a pas d'incidence sur la sécrétion des hormones périphériques qu'elles contrôlent.E) Le cortisol inhibe sa propre synthèse par une boucle de rétrocontrôle ultracourte.

QCM 5 : La maladie d'Addison est caractérisée par la destruction du cortex des glandessurrénales, en particulier des cellules qui synthétisent le cortisol. Dans cette circonstance, il est exact que:A) La sécrétion d'hormone corticotrope (ACTH) est augmentée.B) Le dosage de la corticolibérine (CRH) fournirait des valeurs inférieures à la normale en raison de la mise en jeu d'une boucle de rétrocontrôle ultracourte.C) L'administration d'hydrocortisone (forme pharmacologique de substitution du cortisol) à unedose équivalente à la sécrétion physiologique tend à normaliser la sécrétion d'ACTH.D) L'administration d'un agoniste pharmacologique des récepteurs de l'ACTH déterminerait une augmentation de la sécrétion de cortisol supérieure à celle provoquée chez un sujet sain.E) L'absence de boucle de rétrocontrôle longue par le cortisol abolit le rythme circadien de la sécrétion d'ACTH.

QCM 6 (Concours 2006) : Une femme de 50 ans a bénéficié de l'ablation totale de la thyroïde pour un cancer thyroïdien. Pendant un mois, elle n'a reçu aucune opothérapie substitutive. A l'issue de cette période, le bilan biologique montre: TSH (thyréostimuline) = 100 μU/ml (valeur normale: 0,2 à 4,0); T4 libre = 1pg/ml (valeur normale: 6 à 15); T3 libre = <1 pmol/L (valeur normale: 2 à 6).Concernant le fonctionnement de l'axe thyroïdien chez cette patiente, il est exact que:A) En l'absence de glande thyroïde, la sécrétion de TSH augmente parce que le rétrocontrôle inhibiteur des hormones thyroïdiennes est aboli.B) Si on dosait la concentration sérique de TRH (libérine hypothalamique de l'axe thyréotrope),elle serait augmentée sous l'effet du rétrocontrôle positif que la TSH exerce sur cette sécrétionhypothalamique (boucle de rétrocontrôle courte).C) Le dosage de la forme totale (forme libre + forme liée) de la T3 et de la T4 évalue mieux le


niveau d'activité biologique des hormones thyroïdiennes que celui des formes libres parce queces hormones sont fortement liées aux protéines dans la circulation sanguine.D) Au cours d'une opothérapie substitutive, l'utilisation de la T4 permet une fréquence d'administration plus faible que l'utilisation de la T3 parce que la demi-vie plasmatique de la T4est plus longue que celle de la T3.E) Si l'on souhaite bloquer complètement la sécrétion hypophysaire de TSH, l'opothérapie substitutive devra apporter des doses d'hormones thyroïdiennes supérieures à celles requises pour reproduire les concentrations physiologiques d'hormones libres.

QCM 7 (Concours 2008) :Suite à une tuberculose, les deux glandes surrénales d'un patient sont en grande partie détruites. Le dosage sérique du cortisol réalisé le matin à 8 heures est à 40 ng/ml (valeur normale le matin à 8 heures comprise entre 100 et 250 ng/ml). La concentration sérique de la stimuline hypohysaire de l'axe corticotrope (ACTH) à la fin de la nuit précédant le dosage du cortisol était nettement supérieur aux valeurs normales. Dans ces conditions, il est exact que:A) Dans la norme indiquée ci -dessus, l'indication de l'heure du prélèvement pour le dosage du cortisol est justifiée par les variations nycthémérales de la sécrétion du cortisol qui suit un rythme ultradien basse fréquence.B) La concentration sérique d'ACTH est augmentée sous l'effet de la suppression partielle de la boucle de rétrocontrôle longue de l'axe corticotrope.C) La concentration sérique de la libérine hypothalamique de l'axe corticotrope (CRH), prélevée en même temps que l'ACTH, sera diminuée par rapport à la normale en raison de l'effet inhibiteur prédominant de la boucle de rétrocontrôle courte de l'axe hypothalamo-hypophysaire corticotrope.D) La faible valeur du cortisol sérique à 8h00, alors que l'ACTH était augmentée les heures précédentes, résulte de l'effet inhibiteur puissant de la boucle de rétrocontrôle ultracoutre du cortisol sur sa propre sécrétion.E) Une hormone de synthèse (rapidement absorbée et non dégradée par le tube digestif) équivalente au cortisol sera administrée par voie orale et en une prise unique quotidienne le matin plutôt qu'en fin de journée afin de reproduire la variation nycthémérale du cortisol.

QCM 8 (TD 2008/2009) : La maladie Basedow est caractérisée par une hyperthyroîdie provoquée par la production permanente d'un anticorps qui mime l'action de la thyréostimuline (TSH). Dans cette circonstance, il est exact que:A) Le dosage plasmatique de la thyréolibérine (TRH) fournit une valeur inférieure à la normale en raison de la mise en jeu de l'effet inhibiteur de la boucle de rétrocontrôle longue des hormones thyroïdiennes.B) La concentration plasmatique de la TSH est diminuée.C) L'ablation de la moitié du volume de la thyroïde provoquerait un déficit en hormones thyroïdiennes.D) La survenue d’une carence alimentaire prolongée (4 mois) en iode ne provoquerait pas de diminution de la concentration plasmatique des hormones thyroïdiennes.E) Les réponses biologiques résultant de la mise en jeu du récepteur des hormones thyroïdiennes sont limitées par la disponibilité du système d'amplification intra-cytoplasmique de ce récepteur.

QCM 9 (Concours 2005) : A propos des rythmes biologiques, il est exact que: A) La diminution de la synthèse de mélatonine au cours du vieillissement entraîne une altération des autres rythmes circadiens.B) La majeure partie de la mélatonine synthétisée la nuit est stockée et libérée progressivement au cours du nycthémère.C) Une exposition temporaire à une lumière intense pendant la période d'obscurité diminue transitoirement la sécrétion de mélatonine parce que l'activité de la N-acétyltransférase de l'épiphyse est inhibée par la lumière.D) La sécrétion circadienne de mélatonine n'est pas supprimée par une mutation inactivante


des gènes Cry ou Bmal. E) Un traitement par mélatonine pour recaler le rythme nycthéméral d'un sujet aveugle victime d'un « free running rythm » doit être administré de préférence le matin car c'est le moment où la concentration sanguine de cette hormone est la plus faible.

QCM 10 (Concours 2006) : A propos des rythmes biologiques, il est exact que:A) L'exposition prolongée à une lumière vive à la tombée du jour décale l'endormissement parce que le pic de sécrétion de la mélatonine est retardé.B) Chez le citadin ayant des horaires réguliers de travail, le principal facteur de synchronisation de l'horloge interne est l'activité professionnelle.C) Dans les expériences « hors du temps » (sujet isolé de tout repère chronologique), la suppression de tous les stimuli environnementaux abolit le fonctionnement de l'horloge biologique.D) Le travail de nuit perturbe le rythme circadien et de ce fait s'accompagne de fréquentes altérations des rythmes physiologiques qui peuvent être prévenues par la prise vespérale quotidienne de mélatonine.E) Les hormones gonadiques présentent, de façon concomitante, des rythmes de sécrétion ultradiens, circadiens et saisonniers.

QCM 11 (Concours 2007) : Concernant les conséquences chronophysiologiques du travail de nuit, il est exact que:A) Il peut entraîner un décalage du rythme nycthéméral et perturber ainsi les rythmes sécrétoires hypothalamo-hypophysaires.B) Dans la mesure où le travail de nuit est effectué en pleine lumière, il en résultera une inhibition du pic nocturne d mélatonine.C) Le fait de dormir la journée avec la lumière allumée permet au sujet de recaler son rythme nycthéméral comme s'il avait un rythme de travail diurne.D) Il peut entraîner un dysfonctionnement de l'axe hypothalamo-hypohysaire gonadotrope avec comme conséquence possible une stérilité fonctionnelle chez la femme et des troubles de la libido chez l'hommeE) Il peut abolir l'expression en opposition de phase des gènes CLOCK – BMAL – PER – CRY au niveau des neurones de l'épiphyse.

QCM 12 (Concours 2008) : Concernant la chronophysiologie et les rythmes biologiques,il est exact que:A) Au cours de la sénescence, la perte d'amplitude des variations circadiennes des sécrétions hypothalamo-hypophysaires est responsable d'une altération concomitante de la sécrétion épiphysaire de mélatonine.B) La synchronisation de l'horloge interne par la lumière est indispensable pour le maintien d'un rythme circadien.C) En conditions physiologiques, la sécrétion pulsatile de la libérine hypothalamique gonadotrope (GnRH) stimule celle des gonadostimulines anté-hypophysaires (LH et FSH) alors que l'administration continue et prolongée de GnRH inhibe la sécrétion de LH et FSHD) La cécité peut entraîner un phénomène de « free running rythm » qui correspond à l'abolition de l'expression en opposition de phases des gènes CLOCK – BMAL et PER – CRY.E) L'administration de mélatonine le soir au coucher permet de limiter le phénomène de « Jet lag » provoqué par un long vol transméridien d'Ouest en Est en mimant le pic de mélatonine qui survient physiologiquement le soir après le coucher.

Corrections :

QCM 1: BCDA. Oui, il y a un stock, mais dans la thyroïde: si on l'enlève, la chute des hormones thyroïdiennes sera fonction de leur demi-vie (6 jours environ pour T4).E. La TRH va certes augmenter, mais ce n'est pas pour autant qu'elle va aller jouer le rôle de TSH qui seule, peut stimuler la sécrétion de T4 et T3.


QCM 2: BCDA. Les oestrogènes sont des hormones hydrophobes donc fortement liées et donc à demi-vie plus longue → elles ne peuvent pas presque disparaître en 24h!E. Il n'y a jamais de compensation après castration! Sinon il n'y aurait ni de voix de castrat, ni ménopause!

QCM 3: AucuneA. Pas directement: elle stimule les sécrétions de l'axe hypothalamo-hypophysaire et donc indirectement celles des surrénales.B. Seules la PTH et l'insuline ont leur sécrétion régulée par l'effet qu'elles induisent; les autres sont régulées par l'hormone circulante. Ici, la sécrétion de CRH est directement inhibée par l'agoniste.C. Aucun lien entre ACTH et sécrétion de testostérone.D. Vrai avec une interruption lente.E. Une étude de liaison ne donne aucune indication sur l'activité biologique.

QCM 4: CA. Pendant le sommeil!B. Ce n'est pas une raison!D. On sait qu'une sécrétion de GnRH en continu bloque la sécrétion de testostérone (c'est un des moyen de castration chimique).E. L'ultracourte concerne l'hypothalamus qui exerce un rétrocontrôle sur lui-même.

QCM 5: ACB. La boucle longue prédomine → la CRH va être augmentée en l'absence de cortisol.D. Non puisque le cortex des glandes surrénales est détruit → il n'y a plus de cortisol DU TOUT!E. L'ACTH a un rythme de sécrétion circadien sans influence des boucles de rétrocontrôle longues!

QCM 6: ADEB. Le TRH serait augmentée du fait de l'absence du rétrocontrôle négatif exercée par la boucle longue, autrement dit par les hormones T3 et T4. De plus, il n'existe pas de rétrocontrôle positif de la boucle courte, mais un rétrocontrôle négatif!C. Seule la forme libre exerce une activité biologique: on va donc éviter de doser la forme liée.

QCM 7: ABEC. Au contraire, la concentration de CRH sera augmentée, de part la quasi absence de la boucle de rétrocontrôle longue (peu de cortisol = faible effet freinateur).D. Il n'existe pas de boucle de rétrocontrôle ultracourte du cortisol sur les glandes surrénales elles-mêmes.

QCM 8: ABC. La moitié restante suffirait à produire une quantité d'hormones suffisante.D. On n'a que 1 mois de stock en hormones thyroïdiennes: une carence de 4 mois en iode provoquerait un déficit en hormones.E. Il n'existe pas de système d'amplification.

QCM 9: ACDB. La mélatonine a une durée de vie courte.E. Déjà, un lien de cause à effet pareil, c'est louche: le fait qu'il y ait peu de mélatonine au matin est physiologique! Donc ça on ne va pas y toucher lors du traitement. Mais en plus, il estdit dans votre cours que cette administration est faite à l'endormissement (là où normalement il y a un pic de mélatonine).


QCM 10: AEB. Le principal facteur de synchronisation de l'horloge biologique est l’alternance jour/nuit.C. L'horloge biologique fonctionne toujours: l'expression des gènes Clock, Bmal1, Per et Cry en opposition de phases continue de fonctionner. L'absence des repères va désynchroniser l'horloge, et le sujet va alors se caler sur son rythme endogène.D. Il altère le rythme nycthéméral (alternance jour/nuit) et non pas le rythme circadien puisqu'il est génétiquement déterminé.

QCM 11: ABDC. En général, quand on dort, les yeux fermés, on ne captent pas la lumière (ou faiblement). Dormir la lumière allumée ne servira à rien, si ce n'est de gaspiller de l'énergie pour rien!E. Premièrement, les gènes ne se trouvent pas dans l'épiphyse, mais dans les noyaux suprachiasmatiques de l'hypothalamus. Deuxièmement, le travail de nuit ne peut pas empêcher l'horloge interne de fonctionner.

QCM 12 : CEA. Il y a indépendance de sécrétion des sécrétions de l'axe hypothalamo-hypophysaire et de la sécrétion épiphysaire de mélatonine: l'altération de l'un ne signifie pas forcément l'altération de l'autre.B. Une personne atteinte de cécité reste calée sur un rythme circadien de plus ou moins 24h, et ce même en l'absence de lumière.D. La cécité entraîne une désynchronisation de l'horloge interne mais pas l'arrêt de son fonctionnement. Pour arrêter l'horloge, il faudrait détruire les gènes dans les noyaux suprachiasmatiques.


Fiche 5:Médiateurs paracrines et autacoïdes

1. Leur rôle :

Ils permettent une autonomie fonctionnelle locale, sans être en rupture avec le contrôleorganisé de l'organisme (systèmes nerveux et endocrine): c'est une décentralisation qui permet uneplus grande flexibilité adaptée à l'hétérogénéité de notre fonctionnement.

Exemple: activité physique➔ quand on court:

• augmentation du débit sanguin global de l'organisme (SNOV) =information globale

• mais nécessité du signal: «Attention!, moi le muscle de la cuisse j'aibesoin de plus d'O2 que les autres organes: c'est à moi qu'il faut le donner enpriorité!»

• cette redistribution du sang est un besoin loco-régional: pas besoind'envoyer le message à tout l'organisme.

2. Cytokines = prolifération et différenciation : partie un peu délaissée ces dernières années

Interleukines et Lymphokines Facteurs de croissance

• Produites par les ¢ de la lignée blanche duSystème Immunitaire

• Essentiellement destinées au Système Immunitaire, mais également capable d'intéragir avec l'environnement cellulaire: ¢ épithéliales, fibroblastes, ...

• Médiateurs de l'inflammation

• Signalisation cellulaire:➔ inflammatoire➔ prolifération et différenciation des

cellules immunitaires

• Sur des tissus non immunitaires

• Maintient de la trophicité des tissus:➔ réparation des dommages cellulaires➔ différenciation des précurseurs

cellulaires

• Fonctionnement en 2 temps: prolifération puis différenciation:➔ hyperplasie: augmentation du nb de ¢

dans un tissu donné➔ hypertrophie: maturation des ¢

(augmentation de la taille)

• La diminution des facteurs de croissance peut être à l'origine:➔ de maladies➔ de la sénescence (atrophie des tissus:

fibrose)

• Interviendraient dans le phénomène de cancérisation suite au défaut d'une des deux étapes (hyperplasie et/ou hypertrophie)

Agissent via le même type de récepteur:➔ récepteur transmembranaire à activité tyrosine kinase couplé à la voie des MAPK ou PKC


3. Facteurs hémodynamiques = besoins en O 2 et nutriments:

Facteursendothéliaux

EicosanoïdesProstanoïdes

Systèmekinines-kallicréine

Monoxyded'azote (NO)

Endothélines

Prostaglandines, Prostacyclines, Thromboxanes(Pg, Pc et Tx)

Kinines: bradykinine,...

(voir pagesuivante)

• Dérivés de l'ac. Arachidonique qui est extrait des phospholipides membranaires par la PLA2

• Transformation de l'ac. Arachidonique par les COX (1, 2 ou3), ce qui va aboutiraux Pg, Pc et Tx

• Pg: plutôt vasodilatatrices• Pc: vasodilatation + anti-agrégant

plaquettaire• Tx: vasoconstrictrion + agrégant

plaquettaire

• Les prostaglandines (Pg) sont impliquées dans 2 grands mécanismes physiologiques:➔ excrétion du Na+ au niveau du rein➔ protection de la muqueuse gastrique

contre le pH très acide

• Les Pg sont impliquées dans le mécanisme de l'inflammation

• Elles agissent via un récepteur transmembranaire (exception pour des molécules lipophiles)

• COX1: expression constitutive = effets bénéfiques des Pg

• COX2: expression inductible = inflammation

• AINS: inhibent les COX, donc limitent l'inflammation, mais ils suppriment également les effets bénéfiques:➔ absence de protection de la

muqueuse gastrique → ulcères

➔ problème d'élimination du Na+ au niveau du rein = rétention d'eau et de sel → hypertension artérielle avec des oedèmes (si perméabilité capillaire élevée)

• Clivage d'un précurseur non-actif (= le Kininogène) en un précurseur actif, les Kinines (dont la bradykinine) grâce à des enzymes: les kallicréines

Kininogène (inactif)

Kallicréines (circulantes ou

glandulaires)

Bradykinine (actif)

✔ La Bradykinine agit via 2 types de récepteurs qui sont des RCPG:➔ B2: récepteur

constitutif➔ B1: récepteur

inductible (inflammation +++)

✔ Récepteur B2:➔ vasorelaxation ++

+➔ vasoconstriction

+/-➔ effet constricteur

des fibres musculaires lisses bronchiques

✔ Récepteur B1:vasorelaxation +/-vasoconstriction +++➔ prolifération

cellulaire➔ un des relais de

l'inflammation


* Le Monoxyde d'azote (NO):

Acétylcholine: puissant vasodilatateur, médiateur du SN parasympathiqueIl existe un facteur relaxant qui est produit par l'endothélium et qui médie l'action de l'Acétylcholine: l'ERDFEn fait, l'ERDF est un gaz: le NO

Le NO est produit par 3 enzymes (codées par 3 gènes différents exprimés dans 3 types tissulaires différents): les NO synthases (NOS)

● NOSe = NOS endothéliale● NOSn = NOS neuronale● NOSi = NOS inductible

a) Les 2 types d'action du NO:

Version relaxant(NOS)

Version killer(NOSi)

L-Arg + O2 L-citrulline + NO• ↑ NOS

• NO• intéragit avec la Guanylate Cyclase soluble (Gcs), qui comme son nom l'indique, est soluble et non transmembranaire!

• Transformation du GTP en GMPc → activation de la PKG.

• La PKG active les pompes à Ca++ du RE: diminution de la [Ca++] intracytosolique = RELAXATION du muscle.

• Le NO• est une molécule très instable capable d’interagir avec l'O2 : formation d'H2O2, de peroxynitrite (ONOO-)..., qui vont se décomposer en formant le radical hydroxyle: OH•

• OH• va réagir très puissamment avec son environnement (protéique, lipidique...) et induire denombreux dommages.

• Cette voie est induite par la NOSi que l'on retrouve dans les macrophages: ils bombardent les bactéries de NO pour les détruire.

b) Action paracrine du NO : (voir schéma du cour)

Relaxation NO-dépendante

● Dans les cellules endothéliales: NOSe qui est Ca++ sensible = son activité augmente quandla [Ca++] augmente

Tout ce qui est susceptible d'augmenter le Ca++ intracellulaire peut activer la NOSe, y compris des facteurs vasoconstricteurs comme les Endothélines ou l'Angiotensine II, ainsi que les forces de cisaillement (ouverture de canaux Ca++ transmembranaires sensibles aux forces mécaniques)

● Le NO produit par la NOSe va diffuser dans l'environnement immédiat de la cellule parpassage transmembranaire, qui peut être facilité par les Aquaporines

● Dans la cellule musculaire lisse: le NO se fixe à la Guanylate Cyclase soluble; transformationdu GTP en GMPc; activation de la voie de la PKG, ... → diminution [Ca++] intracytosolique =RELAXATION


* Les Endothélines:

Les cellules endothéliales savent fabriquer un agent relaxant, le NO, mais elles savent aussi fabriquer un puissant agent vasoconstricteur : les Endothélines.

● Sur la cellule musculaire lisse: les endothélines agissent via un RCPG de haute affinité ➔ Recrutement de la voie de la PLC➔ Augmentation du Ca++ intracytosolique➔ VASOCONSTRICTION +++

● Sur la cellule endothéliale: agissent via un récepteur de moindre affinité qui va permettrel'augmentation du Ca++ intracytosolique➔ Activation de la eNOS➔ VASODILATATION +

Le fait qu'il existe des récepteurs de moindre affinité sur la cellule endothéliale va permettre, en activant la voie de la relaxation, d'empêcher le phénomène d'occlusion des vaisseaux lorsque tous les récepteurs (ou la grande majorité) des récepteurs sont occupés surla cellule musculaire lisse.


QCM 1: (Concours 2005) : A propos des médiateurs paracrines, il est exact que:A) Le monoxyde d'azote (NO), synthétisé par les cellules endothéliales, diffuse jusqu'aux cellules musculaires lisses environnantes dans lesquelles il active une enzyme membranaire, la guanylate cyclase.B) La destruction de l'endothélium d'un vaisseau renforce l'action vasoconstrictrice de l'angiotensine II sur ce vaisseau.C) Les anti-inflammatoires non stéroïdiens provoquent une augmentation de l'excrétion rénale du sodium.D) Pour devenir actif, le NO, produit par les cellules endothéliales, doit être oxydé en NO2 ¯ etNO3 ¯ en présence de radicaux libres oxygénés.E) Lorsque des cellules endothéliales sont soumises à une augmentation des forces de cisaillement, elles synthétisent et libèrent du NO qui provoque la relaxation des fibres musculaires lisses de la paroi vasculaire environnante.

QCM 2 : A propos des médiateurs paracrines, il est exact que:A) Les facteurs de croissance sont des peptides qui agissent exclusivement par voie autocrineet paracrine.B) Un facteur hémodynamique local, comme le NO ou la bradykinine, ne peut agir comme un facteur de croissance parce que son récepteur ne possède pas d'activité tyrosine kinase.C) Dans les vaisseaux intacts, la perfusion d'endothéline n'exerce qu'une action vasoconstrictrice.D) Les inhibiteurs des cyclooxygénases empêchent la formation des prostaglandines et favorisent la synthèse de TXA2.E) Les prostaglandines sont stockées dans les cellules qui les synthétisent.


QCM 3 concours 2006: A propos des facteurs hémodynamiques locaux, il est exact que :A) Seul le monoxyde d'azote (NO) produit par la NO-synthase endothéliale est susceptible de provoquer une vasodilatation.B) La vasoconstriction d'un segment artériolaire provoquée par la perfusion d'endothéline est majorée par l'administration concomitante d'un inhibiteur des NO-synthases.C) Les eicosanoïdes sont des substances sécrétées par l'endothélium et qui entraînent une vasodilatation locale en agissant via des récepteurs extracellulaires couplés à des phospholipases C.D) Dans les conditions physiologiques, l'effet vasodilatateur de la bradykinine résulte de l'activation de récepteurs transmembranaires à 7 domaines (RCPG) spécifiques de B2.E) L'utilisation thérapeutique de médiateurs paracrines par voie générale (orale ou parentérale) est envisageable sans inconvénient notable à condition d'administrer une posologie suffisante pour atteindre une concentration efficace dans le tissu cible.

QCMs 4 et 5: PROBLEME (Concours 2007)Pour une série d'expériences sur la contractilité vasculaire, on isole et on perfuse des segments d'artérioles rénales dont le diamètre intérieur est mesuré. Le diamètre obtenuen condition de base et en présence d'endothélium est défini comme la valeur 100%. Ensuite, l'artère est perfusée avec une solution contenant divers médiateurs. Le diamètre mesuré dans ces conditions est rapporté au diamètre mesuré en conditions debase et exprimé en pourcentage. Lorsque les fibres musculaires lisses (fml) de l'artère se contractent, son diamètre intérieur diminue et le rapport des diamètres devient inférieur à 100%. Le phénomène inverse se produit quand les fml se relaxent et le rapport des diamètres devient alors supérieur à 100%. Par ailleurs, les expériences sontréalisées sur des artérioles intactes ou sur des artérioles dont l'endothélium a été préalablement détruit. Dans ces conditions expérimentales, on décide d'introduire dans le liquide de perfusion des hormones, médiateurs et agents pharmacologiques. Les résultats des expériences figurent dans les tableaux suivants:

QCM 4 : En se basant sur les résultats du Tableau 1, on peut affirmer que :A) La bradykinine provoque une vasorelaxation dose-dépendante des artérioles étudiées.B) L'absence d'endothélium majore la vasoconstriction provoquée par la noradrénaline dans lacondition basale avec endothélium.C) Une partie de l'action relaxante de la bradykinine dépend de la mise en jeu d'une production de NO par les cellules endothéliales.D) Une partie de l'action relaxante de la bradykinine dépend de la mise en jeu d'une production de prostaglandines par les cellules musculaires lisses artériolaires.E) L'adjonction concomitante de L-NAME et d'Indométacine dans le liquide de perfusion abolit toute action de la bradykinine sur la vasomotricité artériolaire.


QCM 5 : En se basant sur les résultats du Tableau 2, on peut affirmer que :A) L'endothéline 1 détermine une vasoconstriction artériolaire dose-dépendante qui est majorée par l'absence d'endothélium.B) Le monoxyde d'azote produit par l'endothélium limite l'intensité de la vasoconstriction induite par l'endothéline 1.C) Lorsqu'elle est associée au blocage des récepteurs B des endothélines, l'endothéline 1 détermine une vasoconstriction plus importante parce qu'elle déplace l'endothéline 1 des sites de liaison ETB vers des récepteurs ETA.D) Le blocage des récepteurs A des endothélines abolit l'ensemble des effets de l'endothéline 1 sur les artérioles.E) Lorsqu'elle est associée au blocage des récepteurs A des endothélines, l'endothéline 1 détermine une vasodilatation et non plus une vasoconstriction parce qu'elle met en jeu les récepteurs B présents sur l'endothélium.

QCM 6: (Concours 2008)Pour une série d'expériences sur la contractilité vasculaire, on isole et on perfuse des segments d'artérioles rénales dont on mesure le diamètre intérieur. Le diamètre obtenu en condition de base est défini comme la valeur 100 %. Ensuite, l'artère est perfusée avec une solution contenant divers médiateurs. Le diamètre mesuré dans ces conditions est rapporté au diamètre mesuré en condition de base (absence de tout médiateur dans la solution perfusée) et exprimé en pourcentage. Lorsque les fibres musculaires lisses (fml) de l'artère se contractent, son diamètre intérieur diminue et le rapport des diamètres devient inférieur à 100 %. Le phénomène inverse se produit quand les fml se relaxent et le rapport des diamètres devient alors supérieur à 100 %.Dans ces conditions expérimentales, on décide d'introduire dans le liquide de perfusiondes hormones, médiateurs et agents pharmacologiques. Les résultats des expériences figurent dans le tableau suivant:


En se basant sur les résultats du Tableau, on peut affirmer que :A) L'endothéline 1 provoque une vasoconstriction dose-dépendante des artérioles étudiées.B) L'absence de vasoconstriction supplémentaire pour la concentration de 10 - 6 M d'ET1 indique que tous les récepteurs des endothélines présents dans l'artériole étaient déjà occupés avec la concentration inférieure (10-7 M).C) En condition de base, il existe une production artériolaire de monoxyde d'azote qui est responsable d'une faible vasodilatation.D) L'action vasoconstrictrice de l'ET-1 est limitée par la production concomitante de monoxyded'azote.E) L'effet vasoconstricteur de l'ET-1 résulte de l'activation du récepteur ETA alors que la production de monoxyde d'azote dépend de la mise en jeu du récepteur ETe.

QCM 7: (TD 2008/2009) : Concernant les facteurs hémodynamiques locaux, il est exact que:A) Le monoxyde d'azote se lie à un récepteur membranaire à activité guanylate cyclase localisé au niveau des cellules musculaires lisses.B) Le monoxyde d'azote est un médiateur de la bradykinine.C) L'augmentation du calcium intra-cytosolique est indispensable à l'activation de la NO synthase endothéliale.D) Les prostaglandines sont des molécules lipophiles qui se lient à des récepteurs intracellulaires.E) L'inhibition pharmacologique des cyclooxygénases peut altérer l'hémodynamique rénale et l'excrétion urinaire

QCM 8: (TD 2008/2009) : A propos des facteurs hémodynamiques locaux:A) Ils permettent l'adaptation de l'apport en oxygène en fonction des besoins spécifiques des tissus où ils sont sécrétés.B) La destruction de l'endothélium n'a pas de conséquence sur l'effet vasorelaxant de la bradykinine.C) Les anti-inflammatoires non stéroïdiens provoquent des modifications hémodynamiques rénales qui s'opposent aux effets vasoconstricteurs de l'angiotensine II.D) Le NO peut agir à plusieurs centimètres de son site de sécrétion parce que ce médiateur est un gaz liposoluble qui traverse facilement les membranes cellulaires.E) Les endothélines n'exercent qu'une action vasoconstrictrice parce qu'elles n'activent pas physiologiquement de voie de transduction cellulaire vasodilatatrice.

Corrections :

QCM 1: BE A. La guanylate cyclase des cellules musculaires lisses, qui répond au NO°, est soluble !B. Vrai : cf. NO° synthétisé par l'endothélium.C. Les AINS inhibent les PG, qui ont, elles, une action stimulatrice sur la natriurèse => lesAINS diminuent l'excrétion rénale.D. On cherche à vous embrouiller !

QCM 2: AucuneA. IGF par exemple est sécrété de façon endocrine.B. Beaucoup de facteurs de croissance agissent avec une activité tyrosine-kinase, mais celane détermine pas pour autant le fait d'être un facteur de croissance : le lien de cause à effetest donc faux ici.C. Synthèse paradoxale de NO° pour éviter l'anoxie tissulaire.D. Cela empêche la synthèse de PG autant que des TX : il s'agit de la même voie de synthèse.E. Leur caractère hydrophobe les fait traverser d'office la barrière de la membrane plasmiquehydrophobe.


QCM 3: BDA. Les prostaglandines, prostacyclines et la bradykinine peuvent aussi provoquer une vasodilatation.C. Les thromboxanes (qui font partie des eicosanoïdes) ont une action vasoconstrictrice.E. Si le but était de liquider le patient, ce serait une bonne idée... le rôle des médiateurs paracrines étant de moduler LOCALEMENT le fonctionnement de certains organes. On ne va donc pas en administrer à tout l'organisme pour cibler un seul organe, au risque d'en moduler d'autre au passage.

QCM 4: ABCD. La production de prostanglandines est réalisée par l'endothélium (colonne de gauche) et non pas par les fml (colonne de droite).Quand on prend la BK à 10 -6 M seule:

● on voit la vasorelaxation maximale en présence de l'endothélium (200%) en utilisantles 2 voies de relaxation (NO + Pg)

Quand on prend la BK à 10 -6 M + l'inhibiteur de la voie des Pg (Indométacine):● le vaisseau est moins relaxé (150%) puisque l'on a supprimé une voie de relaxation

= synthèse de PgE. Dernière ligne du tableau: en inhibant les 2 voies de relaxation, on observe quand même une légère vasorelaxation (85%) de la BK qui agit seule en comparaison à la vasoconstriction maximale de l' NorAdré (75%).

QCM 5: ABEPour répondre à ce QCM, il faut bien connaître l'action de l'endothéline sur les fml et sur l'endothélium. L'endothéline agit via 2 récepteurs:

● un récepteur qui se trouve sur l'endothélium et qui va induire la production de NO, etaboutir à une relaxation

● un récepteur sur les fml qui induit une vasoconstriction.Les 3 dernières lignes du tableau nous renseigne sur quel type de récepteur est associé à telle cellule:

● ET-1 + L-NAME: on bloque la NOSe, ce qui empêche la formation de NO et donc larelaxation → ET-1 n'exerce que son action vasoconstrictrice

● ET-1 + IRL-1038: on a bloqué le récepteur ETB. On constate que dans ces conditionson obtient les mêmes résultats que si on avait bloqué la NOSe. On en conclut donc quele récepteur ETB est associé à la voie de la relaxation (donc à celle du NO) et qu'il estprésent sur l'endothélium.

● ET-1 + BQ-123: on a bloqué le récepteur ETA. On observe dans ce cas unevasorelaxation de l'artériole. On en conclut que le récepteur ETA détermine unevasoconstriction et qu'il est présent sur les fml.

Récapitulatif:– récepteur ETA: sur les fml = vasoconstriction– récepteur ETB: sur l'endothélium = vasorelaxation

Maintenant, on s'occupe de la ligne du tableau ET-1 (10 -7M): dans cette configuration, l'endothéline occupe les 2 types de récepteurs en même temps, ETA et ETB, d'où une vasoconstriction un peu moins importante vu qu'il y a mise en jeu de la voie relaxante en parallèle.

C. Le fait que l'on bloque le récepteur ETB ne déplace pas l'endothéline vers le récepteur ETA puisque à la base l'endothéline occupe les 2 récepteurs en même temps (cf. au dessus) et non pas l'un puis l'autre.D. Si on bloque le récepteur A, il reste toujours l'effet du récepteur B... (ici une relaxation →120%)


QCM 6: ACDEIl suffit de suivre à peu près le même raisonnement que pour les 2 QCMs précédents.B. Attention!!! On a atteint la REPONSE BIOLOGIQUE MAXIMALE, mais pas forcément la SATURATION des récepteurs. Ici on ne fait pas une étude de liaison!!!

QCM 7:BCEA. Le NO se lie à la guanylate cyclase soluble qui n'est pas membranaire mais solubilisée dans le cytosol. D. Attention!!! Exception: se lie à un récepteur transmembranaire (idem pour la mélatonine).

QCM 8: AB. Pas d'endothélium = pas de NO, ni de Pg = pas de relaxation C. Aucun lien de cause à effetD. Le NO ne peut agir qu'à quelques μm de son lieu de production, et non pas à plusieurs cm (système endocrine)E. Elles peuvent aussi exercer une action vasorelaxante via les récepteurs présents sur l'endothélium (ce qui est le paradoxe de ce genre de molécule).


6ème partie : LA CIRCULATION : EXEMPLE DEPHYSIOLOGIE INTEGREE

( Pr ARNAL )Pauline CALVAT

– Fiche 1 : L'appareil circulatoire– Fiche 2 : Les grosses artères– Fiche 3 : Les artérioles– Fiche 4 : Adaptation à l'exercice– Fiche 5 : Mesure de la pression sanguine artérielle – Fiche 6 : Le réseau capillaire


Fiche 1 :L'appareil circulatoire

1. O rganisation

Il existe 3 types d’organisations reposant sur différents systèmes de pompes : POMPE A PERISTALTISME : rencontrée chez les invertébrés POMPE VOLUMETRIQUE CLASSIQUE : rencontrée chez les vertébrés

Elle est constituée de :-une partie spécialisée dans la contraction : le cœur-systèmes anti-reflux en aval et en amont : les valves

POMPE VEINEUSE DES JAMBES : Elle utilise la contraction des muscles adjacents ainsi que le système de valves pour assurer le retour du sang au cœur.

2. F onctions

On distingue 3 grandes fonctions de cet appareil circulatoire :-le transport du sang -les échanges-la communication (hormones)

3. R appels anatomiques

L’appareil circulatoire est constitué de 2 pompes en série : LA CIRCULATION SYSTEMIQUE OU GRANDE CIRCULATION ou CIRCULATION

GENERALE.Le sang part du VG Artères Artérioles Capillaires (au niveau des organes, où le sang s'appauvriten O2 et capte le CO2) Veinules Veines AD VD:

LA CIRCULATION PULMONAIRE ou PETITE CIRCULATIONLe sang part du VD, passe dans l’artère pulmonaire, pour arriver aux poumons.Dans les poumons, a lieu l’hématose : le sang s’appauvrit en CO2 et capte de l’O2. Puis il rejoint le cœur (l’AG) grâce aux veines pulmonaires.

On retiendra que - le cœur gauche assure la circulation du sang vers les organes : il met donc en mouvement

le sang dit « artériel », c'est-à-dire le sang riche en O2.- le cœur droit assure la circulation du sang vers les poumons pour qu’il aille s’y enrichir en

O2. On parle de sang « veineux ».

4. v olume et pression sanguine au niveau des differents types de vaisseaux

a) Distribution des volumes sanguins

Le sang se distribue en majorité au niveau des veines :

b) Pressions sanguines au niveau des differents types de vaisseaux

La PSA est en moyenne de 100 mm de mercure (mmHg).Elle est maximale à la sortie de l’aorte.

La pression diminue jusqu'aux capillaires où elle n'est plus que de 10 mmHg. Quand on va vers le système veineux, elle diminue encore .


Connaissant la loi d’ohm ( Pression = Débit x Résistance ), on sait que le sang va de la où la pression est la plus élevée, vers le compartiment où elle est la plus faible, ce qui explique que le sang soit en majorité distribué au niveau veineux.

5. S tructure générale de l’artere

De l’intérieur vers l’extérieur, différentes couches : L’INTIMA : Correspond à une monocouche endothéliale, une membrane basale et un chorion LA MEDIA : Elle présente un nombre variable de couches de cellules musculaires lisses + une

matrice extracellulaire (collagène et élastine). L’ADVENTICE : Elle est formée de plusieurs types cellulaires (fibroblastes, cellules

immunitaires...), et d'une matrice (collagène, élastine...).

Entre chaque couche se trouve une limitante élastique.

Plus une artère est de gros calibre, plus elle est riche en molécules d’élastine.De plus : Fibres élastiques Ont un rôle crucial dans la régulation

Cellules musculaires lisses des volumes sanguins


Fiche 2 :Les grosses artères

1. Description de l’aorte et des artères pulmonairesa) L’aorte

C’est la plus large des artères. Sa distensibilité lui permet d’amortir les importantes élévations de pression lors de la contraction cardiaque (systole ventriculaire). Puis le retour élastique de cette même paroi pendant la période de repos cardiaque (diastole ventriculaire) permet de conserver dansle réseau artériel une pression minimale (ou pression diastolique).

b) Les artères pulmonairesLes artères pulmonaires sont des artères qui transportent le sang du cœur aux poumons.ATTENTION : Portent le nom d’artères, mais contiennent un sang « veineux » cad pauvre en O2.

2. Modélisation hémodynamiqueLoi d’ohm : I = Intensité (ou débit d’électron)

U = R I U = Différence de potentielR = Résistance à l’écoulement du courant

On peut appliquer cette loi d’ohm à la mécanique des fluides : P = Différence de pression

P = R x D R = Résistance à l’écoulement du liquideD = Débit (de sang)

Le débit cardiaque = le débit de sang qui passe dans le circuit par unité de temps.

Ce modèle essaye de mettre en évidence un certain nombre d’aspects du système cardio-vasculaire.

-A gauche : la pompe qui assure la pression et le débit dans les artères

-A droite : Les grosses artères qui peuvent être considérées comme des réservoirs de pression.

-La variabilité de la résistance à l’écoulement du sang des artérioles qui permettent de faire varier les débits.Or, la circulation ne peut se faire que si la pression est suffisante dans le système artériel.

3. Pression sanguine artérielle (PSA)Elle se mesure de 2 façons:

-invasive : pose d’un cathéter dans une artère (=méthode sanglante)-non invasive (cf plus loin)

Elle est mesurée en millimètre de Mercure (mmHg). On parle aussi de tension artérielle, car cette pression est aussi la force exercée par le sang sur la paroi des artères, elle tend la paroi de l’artère.

4. Loi de laplacePour un cylindre élastique de rayon r , de pression interne Pi, de pression externe Pe, la tension T vaut :

T = P x r P transmurale = Pi - PeT = Ta + Tp

L’aorte résiste à ces forces, grâce à : -des fibres d’élastine qui se comportent comme des ressorts

Elles constituent au niveau de l’aorte 2/3 du volume de la Media.


Ces fibres développent une tension passive (Tp) qui représente l’essentiel des forces (au niveau dela paroi de l’aorte) qui contrebalancent la tension pariétale et s’oppose ainsi au déchirement des vaisseaux.

-la tension active (Ta) relativement modeste développée par les fibres musculaires lisses qui représentent 1/3 du volume de la Media.

On dit que l’aorte est une artère de compliance.

5. Les variations physiologiques de pression

a) Selon la postureIl existe des variations physiologiques des pressions au niveau des différents vaisseaux qui sont la conséquence des forces de pesanteur selon la posture.

La PSA présente des variations physiologiques en fonction de la position de l’individu.

Chez le sujet allongé :P (à la sortie du cœur) = 100 mmHgP (dans le cerveau) = 95 mmHg = P (au niveau des pieds)

Cette très faible différence est la conséquence de la très faible résistance des grosses artères à l’écoulement du sang.Si on applique la loi d’ohm, 5mmHg suffisent à assurer l’écoulement du sang de la sortie du cœur jusqu’aux pieds et à la tête, à condition d’être allongé.

Chez le sujet deboutLa gravitation entraîne des modifications de pression, faisant par exemple que la pression au niveau des pieds est très supérieure à la pression au niveau du cerveau.

***Si on retranche à ces pressions la pression gravitationnelle, le gradient de pression entre la sortie du cœur et ces 2 pressions artérielles périphériques, il sera le même que chez le patient couché.A nouveau, quelques mm de mercure, vont suffire à permettre la circulation du sang.Ces faibles gradients de pression, permettent de démontrer le caractère faiblement résistif des grosses artères.

b) Pression diastolique et systoliqueLa pompe cardiaque induit une éjection intermittente de sang qui est à l’origine d’oscillations systolo-diastolique de pression :

Systole = contraction ventriculaire = Sortie du sang du cœurDiastole = relaxation ventriculaire = Distension du coeur

La pression va lors de chaque révolution cardiaque :- Monter à un maximum aux alentours de 130mmHg.

C’est la pression systolique- Puis, elle redescend à un minimum, aux alentours de 70mmHg

C’est la pression diastolique

On peut, à partir de ces deux valeurs, calculer indirectement la pression artérielle moyenne PM ou PAM, en faisant :

PAM = ( P systolique + 2 x P diastolique) / 3= 95 mmHg en moyenne dans la circulation systémique

Rmq : - Dans la petite circulation, on retrouve les mêmes oscillations mais le niveau est inférieur à celui de la pression artérielle systémique.

-Les oscillations diminuent en allant vers la distalité.


Fiche 3 :Les Artérioles

1. Description des artériolesCe sont des artères de petit calibre : Définition fonctionnelle d’une artériole = diamètre interne de 300à 30 microns.(Par conséquent, sont des artères celles qui ont une diamètre supérieur à 300 microns.)

Les artérioles opposent une résistance maximale à l’écoulement du sang.

Leur paroi (en particulier la Media) est innervée par le SN ortho-sympathique, dont l’activation peut provoquer :

- La contraction des cellules musculaires lisses- Une augmentation de la résistance à l’écoulement sanguin- Une réduction du flux sanguin tissulaire = vasoconstriction

Le SN ortho sympathique exerce en permanence un certain degré de vasoconstriction, au niveau de la plupart des territoires artériolaires. On parle de tonus vasoconstricteur.

2. Loi de poiseuilleLa loi de Poiseuille permet de comprendre l’influence du calibre des vaisseaux sur le débit sanguin.

η = viscosité du sang D = P x π x r 4 r = rayon du vaisseau

8 x η x l l = longueur du vaisseau r étant à la puissance 4, cela signifie que des variations de rayon des vaisseaux peu importantesont un impact très conséquent sur le débit sanguin.

Le rayon d’un vaisseau peut varier physiologiquement d’un facteur de 2 :- Lorsque le rayon est multiplié par2, D est multipliée par 16- Lorsque le rayon est divisé par 2, vu que P=R x D, la résistance à l’écoulement est

multipliée par 16

3. Structure des artérioles

- 90% de la Média des artérioles sont constitués de fibres musculaires lisses qui vont développer une tension active (Ta) puisqu’elles sont le siège d’un tonus au repos.Ce tonus est largement modulé.

- 10% de la Média sont constitués de matrice extra cellulaire, qui développent une tension passive (Tp) faible.

Cette grande richesse en cellules musculaires lisses, va permettre une propriété de vasomotricité = propriété qu’ont les vaisseaux sanguins de changer de diamètre ; soit par une :

- VASOCONSTRICTION (active) = contraction des CML = Diminution du diamètre des artérioles = Augmentation de la résistance à l’écoulement du sang

- VASODILATATION (active) = relaxation des CML = Augmentation du diamètre des artérioles = Diminution de la résistance à l’écoulement du sang


T = Ta +Tp

4. Mécanismes de vasoconstriction

Il existe un certain nombre de mécanismes qui rendent compte de la contraction des CML. En effet, au niveau de la membrane plasmique de la CML, sont présents des agonistes vasoconstricteurs qui vont de plusieurs manières aboutir à l’augmentation du calcium intracellulaire.

1 ER MECANISME = ACTION SUR LES RECEPTEURS β -ADRENERGIQUES (RCPG)Ces RCPG activent une phospholipase C qui permet l’hydrolyse de PIP2 en IP3. Ce dernier va agir sur le RE en provoquant l’ouverture des canaux calciques.

Augmentation de la concentration en calcium cytosolique grâce à du calcium d’origine INTRACELLULAIRE.

2 EME MECANISME = ACT IVATION DE S RECEPTEURS METABOTROPESDes RCPG activent un canal calcique métabotrope qui permet l’entrée du calcium

3 EME MECANSIME = OUVERTURE DES CANAUX VOLTAGE-DEPENDANTS

Augmentation de la concentration cytosolique grâce à du calcium d’origine EXTRACELLULAIRE.

Le calcium libre cytosolique se lie à la calmoduline (CaM), qui est capable de fixer 4 molécules de Ca.Le complexe calmoduline – calcium se lie à la kinase de la chaine légère de la myosine (K-CLM).Cette K-CLM qui a fixé le complexe CaM-Ca+, devient active et provoque la phosphorylation de la chaine légère de la myosine. La myosine ainsi phosphorylée, va interagir avec l’actine, pour créer des ponts actine-myosine et générer une contraction.

Les agonistes vasoconstricteurs peuvent également favoriser la contraction en inhibant les voies de la relaxation : Ils bloquent directement la phophatase de la chaîne légère de la myosine (Calcium indépendant) puisque la déphosphorylation de la myosine, entraîne la relaxation de la CML.

Rmq : - Il existe pléthore de kinases dans la cellule (calmoduline-kinase, PKC, PKA,…) qui peuvent elles aussi phosphoryler la CLM et moduler pour une part l’état de contraction de la cellule.

- La fibre musculaire lisse se contracte moins vite que la fibre musculaire striée squelettique mais se fatigue aussi moins vite.


Fiche 4 :Adaptation à l'exercice

1. Variation des débits sanguins cardiaques et régionaux au cours d'un exercice physique

Le débit sanguin :- Varie peu dans le cerveau grâce à des mécanismes très fins d’autorégulation. - Augmente au niveau de la peau (suite à une augmentation de chaleur qu'il faut

thermoréguler) et des muscles.

- Diminue pour les reins et les organes abdominaux qui sont transitoirement « sacrifiés ». Ils sont le siège d’une vasoconstriction, de façon à ce qu’un maximum de sang soit concentré au niveau des MSS qui travaillent à la performance physique.

2. Exemple de l’adaptation du muscle strié squelettique

a) Vasodilatation métabolique locale

A une augmentationde l'activité métabolique correspond une augmentation du débit de perfusion permettant d'adapter les besoins du tissu.

MSS AU REPOSDu fait de l’innervation orthosympathique, les CML sont dans un état de vasoconstriction :

- 9/10 sphincters pré-capillaires sont contractés1 capillaire sur 10 est ouvert pour une perfusion nécessaire et suffisante.

Il existe un système de rotation pour que ces sphincters s’ouvrent à tour de rôle et perfusent ainsi tous les capillaires.

MSS AU COURS D UN EXERCICEIl y a des modifications métaboliques locales :

-une intense consommation d’oxygène-une augmentation du gaz carbonique-une baisse du pH-une augmentation de la kaliémie dans le liquide extracellulaire.

Ces modifications vont influencer l’état de contraction des CML adjacentes : Relaxation des sphincters pré-capillaires ou des artérioles les plus distales.

Ouverture de tous les capillaires Augmentation d’un facteur 10 la perfusion du muscle :

Un 2ème mécanisme va permettre de compléter cette vasodilatation métabolique locale.

b) Contrainte mécanique sur l'endothélium

Les forces de frottement du sang qui s’exercent sur les parois endothéliales, portent le nom de « cisaillement » ou « shear stress ».On peut calculer ces forces de frottement grâce à la formule suivante :

τ = 4 x η x Q Q = débit sanguin π x r3 η = viscosité du sang


c) Régimes d’écoulement du sang

ECOULEMENT LAMINAIRE= Lorsque le tuyau a des bords parfaitement parallèles.

- Les vecteurs vitesses sont parallèles entre eux.- Ils sont maximaux au centre du vaisseau et plus faibles au contact de la paroi à cause

du frottement.

ECOULEMENT TURBULENT= S’il existe une sténose c'est-à-dire un rétrécissement au niveau du tuyau.

- Une accélération au centre- En périphérie, des vecteurs vitesses qui ne sont plus parallèles mais anarchiques et bruyants.

d) Impact du cisaillement sur la morphologie de l’endothélium

Expérience : sténose de 70% au niveau de l’aorte abdominale pendant 12 semaines chez un animal,puis observation de l’endothélium vasculaire après coloration des jonctions inter-endothéliales. EN AMONT DE LA STENOSE = aspect normalLes cellules sont allongées dans le sens du flux sanguin.

AU NIVEAU DE LA STENOSEL’augmentation du flux sanguin provoque une augmentation du cisaillement. L’endothélium est hyperallongé (augmentation du rapport longueur sur largeur).Cette morphologie est le résultat de l’adaptation de la cellule à l’excès de cisaillement.

JUSTE EN AVAL DE LA STENOSELe flux sanguin est anarchique. Les cellules ont un aspect polyédrique, pavimenteux. Elles ne sont plus alignées dans le sens du flux.

PLUS EN AVAL DE LA STENOSELes cellules s’allongent mais ne retrouvent pas encore une morphologie normale.

e) Rôle du cisaillement dans l’adaptation a l’exerciceDans les artérioles de plus grand calibre, le flux va augmenter d’un facteur 10, augmentant ainsi le cisaillement à l’origine d’une

Vasodilatation qui est dite flux-dépendante ou endothélium-dépendante.

Elle vient compléter la vasodilatation métabolique locale : c’est donc le 2ème mécanisme qui permet l’augmentation du débit sanguin au niveau du MSS.

MECANISMELe cisaillement => Active la NO-synthase endothéliale => Convertit l’arginine en NO en présence d’oxygène et de NADPH => Diffusion du NO dans les CML sous-jacentes => Activer la guanylate cyclase soluble des CML => Augmentation de la concentration en GMPc intracellulaire =>Fixation surune protéine kinase GMPc dépendante => Diminution de la concentration de calcium libre intracellulaire => relaxation des CML.

EN RESUME

La vasodilatation métabolique est prépondérante au niveau des petites artérioles des sphincters pré-capillaires. Elle augmente le débit d'un facteur 10.La vasodilatation endothélium dépendante va elle prédominer au niveau des artérioles de plus gros calibre. Elle augmente le débit d'un facteur 2.

Suite à ces 2 mécanismes le débit sanguin est donc multiplié par 20.


Fiche 5 :Mesure non invasive de la pression sanguine artérielle

Elle est faite classiquement par un tensiomètre ou sphygmomanomètre manuel composé de :-un brassard gonflable relié à un manomètre-une poire servant à augmenter la pression dans le manchon, et équipée d’une soupape

permettant de la faire diminuer progressivement pour effectuer la mesure.

Conjointement, un stéthoscope permet de déceler les battements cardiaques dans l’artère du bras (=pression systolique).

En lisant à cet instant la valeur indiquée par le manomètre, on obtient la mesure de la pression artérielle maximale (PAM).

LA MESURE NON INVASIVE DE LA PSA UTILISE LE PRINCIPE DE TURBULENCE SANGUINE

METHODE Tout d’abord, on gonfle le brassard au delà de la pression systolique La pression du

brassard excède la pression systolique. L’artère est complètement occluse pendant tout le cycle, le sang ne passe pas du tout. : On n’entend pas de bruit

Puis on dégonfle progressivement le brassard

Quand la pression du brassard est juste au dessous de la pression systolique, on entend les premiers bruits : doux battants et intermittents.

Le moment où on entend les premiers battements cardiaques permet de nous indiquer la pression systolique

Ensuite, quand la pression du brassard est encore un peu plus inférieure à la pression systolique, les bruits sont forts, battants et intermittents.

Quand la pression du brassard est égale à la pression diastolique, les bruits sont assourdis et continus car il y a de moins en moins de turbulences créées.

Enfin, lorsque a pression du brassard est inférieure à la pression diastolique, le vaisseau est toujours ouvert, il n y a donc plus de turbulences et donc plus de bruit.

Le moment où on perd les bruits des battements cardiaque permet de nous indiquer la pression diastolique.


Fiche 6 :Le réseau capillaire

1. Description des capillairesLes capillaires sont les plus petits vaisseaux sanguins (5 à 6 microns de diamètre, 0.5 à 1mm de long). Ils sont localisés entre les artérioles et les veinules. On trouve à leurs extrémités (au niveau du versant artériel) les sphincters pré-capillaires qui permettent de contrôler le débit sanguin capillaire

Ils sont formés par une monocouche de cellules endothéliales et une membrane basale. Ils assurent les échanges entre tissu sanguin et tissus périphériques : on estime cette surface d’échange à 500-1000m².Leur paroi est perméable à :

-l’eau -aux électrolytes-aux gaz (O2, CO2) -aux nutriments (acides aminés, glucose, lipides, vitamines…)

Ils permettent ainsi la nutrition des cellules et l’évacuation des déchets du métabolisme cellulaire.

COUPE D'UN CAPILLAIRE : On remarque de nombreuses vésicules d’exocytose au sein de la cellule, qui témoignent du trafic trans-endothélial intense.

Il y a plusieurs types de capillaires différents : ceux des muscles, ceux du cerveau qui constituent la barrière hémato-encéphalique, les capillaires fenestrés du foie...

2. Variations de la PSALa PSA est de 100mmHg au niveau des grosses artères. Cette pression va chuter au niveau des artérioles à cause de leur caractère résistif.

La pression à la sortie des artérioles va être variable en fonction de l’état de vasodilatation /vasoconstriction :

- La VD entraîne une augmentation de débit et donc de pression à la sortie de l’artériole. - La VC diminue le débit plus la pression à la sortie de l’artériole.

ATTENTIONMalgré tout, il y aura toujours un gradient de pression entre l’entrée et la sortie du capillaire que ce soit à l’état basal, à l’état de VD ou de VC.


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