A-LE MILIEU INTERIEUR

OBJECTIFS SPECIFIQUES

A LA FIN DU COURS L’ETUDIANT DOIT ETRE CAPABLE DE :

1-Definir le milieu interieur et l homeostasie

2-Citer les méthodes de détermination des compartiments liquidiens de l’organisme

3- Citer les différents expressions de la concentration d’ une solution

4-Citer les principaux composants des différents compartiments liquidiens de l organisme

5- Citer les concentrations des principaux constituants des differents compartiments

L’EAU ET LES SOLUTIONS AQUEUSES

LES COMPARTIMENTS LIQUIDIENS DE L’ ORGANISME

L’organisme comprend plusieurs compartiments liquidiens, chacun de ses compartiments est limité par une interface spécifique qui règle les échanges avec les compartiments en contact. Le contenu de chaque compartiment lui est spécifique et est donc en relation étroite avec son activité métabolique .

En omettant quelques particularités anatomiques comme le liquide céphalorachidien qui entoure le cerveau on peut considérer que le corps humain comprend deux compartiments liquidiens essentiels :

-celui du liquide intracellulaire

-celui du liquide extracellulaire (= milieu intérieur ) dans lequel baigne toutes les cellules .C est dans ce liquide que les cellules puisent les nutriments dont elles ont besoin et rejettent les déchets qu’ elles produisent .C est par ce liquide qu’ elles échangent des informations par molécules interposées (Hormones).Ce liquide constitue dans l’organisme un véritable milieu intérieur dont la composition et les caractéristiques physico –chimiques sont en relation étroite avec la survie de chaque cellule (maintien de l’ intégrité /homéostasie).

I-LE MILIEU INTERIEUR ET SA COMPATIMENTATION

11-DEFINITION DU MILIEU INTERIEUR

Le terme de milieu intérieur fut crée par CLAUDE BERNARD pour désigner le liquide interstitiel qui baigne toutes les cellules du corps des animaux supérieurs liquide dans lequel elles puisent les nutriments dont elles ont besoin et rejettent les déchets qu’ elles produisent .Or ce milieu liquide provient du passage des constituants du plasma sanguin a travers la paroi des capillaires sanguins et il fait retour au sang sous la forme d un liquide incolore draine par les vaisseaux lymphatiques la lymphe .Il en résulte que la composition du milieu intérieur dépend étroitement de celle du sang.

Ensemble des liquides extracellulaires de l’organisme le sang la lymphe = lymphe canalisée (endiguée) + liquide interstitiel (lymphe non canalisée) constituant le milieu de vie des cellules .Ce milieu doit être stable.

DONC c est l’ ensemble des liquides de l’ organisme ( à l’extérieur des cellules ) :

-compartiment plasmatique

-compartiment interstitiel

-compartiment lymphatique

Le milieu intérieur possède deux caractéristiques :

a-Caractères physico-chimiques stables

-la concentration (molarité et molalité)

-la pression osmotique

-le pH

-La To

-La charge électrique

b-Caractère dynamique renouvellement permanent de son homogéneité :

Le sang

La lymphe

Le liquide interstitiel

12-LE MILIEU INTERIEUR ET L HOMEOSTASIE

-CLAUDE BERNARD 1865 dans son livre : Introduction à l’ étude de la médecine expérimentale suggère que la fixicité du milieu intérieur est la condition d’ une vie libre et indépendante .

-CANON WALTER BRADFORD (1875-1945) physiologiste américain propose l’ expression homéostasie (du grec homoios égal semblable à ) et (stanis état , position) signifiant état stable.

HOMEOSTASIE :C’ est la régulation des constantes physiologiques de l’ organisme :

-La température

-Le pH

-La glycémie

-La pression sanguine artérielle

-Pression diastolique 8 cm Hg

-Pression systolique 12cmHg

-L’ Osmolalité (pression osmotique )

-Na Cl extracellulaire = 145mM

-Volémie = 5 a 6 litres de sang

On appelle finalement homéostasie la capacité de l’ organisme à maintenir des valeurs de références constantes malgré les contraintes environnementales et métaboliques .

Ce maintien est assuré par les reins qui jouent un rôle régulateur .Une composition constante du milieu intérieur est essentielle pour la vie des cellules qui y baignent car les enzymes ne peuvent agir qu a certains pH précis.

Cette constante est si importante qu’ un changement de cette composition permet de répérer le mauvais fonctionnement de l’ organisme .

L’organisme doit opérer des ajustements continuels pour pallier au déséquilibre induit par son environnement .

La stabilité du milieu intérieur (homéostasie ) est une condition essentielle à la vie grâce aussi a :

- Equilibre acido- basique

-Equilibre hydrique

-Equilibre électrolytique

L homéostasie est essentielle a la survie de chacune des cellules de l’ organisme et chacune de celles-ci contribue en tant que partie d’ un système et par son activité spéciale a la stabilité du milieu intérieur commun a elles toutes .

L’ homéostasie est le résultat obtenu par la mise en jeu de différents types de mécanisme qui assurent à l’ équilibre et la constance du milieu intérieur. Les paramètres du milieu intérieur sont maintenus constants et ceux malgré les modifications induites par l’ environnement extérieur ou par des oscillations endogènes.

Aussi les paramètres du milieu intérieur ne varient que dans d’étroite limites dites valeurs physiologiques .Cette stabilité repose sur des mécanismes régulateurs qui agissent sur un certain nombre de variables régulées.

Pour préserver l’ homéostasie l’ organisme doit pouvoir :

-Détecter les moindres variations des paramètres biologiques

-Disposer de mécanismes de contrôle spécifique puissants et rapides

-Corriger ces variations (rétroactions) par l’ intermédiaire d’ effecteurs.

L HYPOTHALAMUS est le centre intégrateur neuroendocrinien de l’ homéostasie Régulation de la glycémie , Régulation de l’ équilibre hydrominérale , Thermorégulation.

Mécanisme physiologique de l’ homéostasie (Voir Figure ) :

III-REPARTITION DE L EAU ET DES ELECTROLYTES DANS L ORGANISME

31-L EAU DANS L ORGANISME

a-ORIGINE

L’ eau dans l’organisme provient principalement de 3 sources :

-L’ eau de boisson environs 1700 ml par jour

-L’ eau des aliments environs 1000ml par jour

-L’ eau du métabolisme environs 700ml par jour

Soient au total un apport d environs 3000 ml par jour

La sortie des liquides est assurée par :

-Les urines 1500 ml par jour

-La peau (par transpiration ) 900 ml par jour

-Les poumons (par respiration) 500 ml par jour

-Les matières foecales 100 ml par jour

Soient au total 3000 ml par jour

Donc les entrées équilibrent les sorties et le bilan doit être <nul>.Quand les entrées sont inférieures aux sorties on a une déshydratation (le bilan est négatif ).Par contre quand les entrées sont supérieures aux sorties la balance est excédentaire : le bilan est positif .Il y a une hyperhydratation qui cause des oedèmes .

b-REPARTITION DE L EAU DANS L ORGANISME

L’ eau est le constituant le plus important des êtres vivants .C’ est pourquoi les besoins de l’ organisme en eau sont les plus impérieux .Sa quantité est plus importante que celles des autres substances .Chez l’ homme l’eau représente environs les 2/3 du poids corporel total ce qui correspond a 60% du poids corporel chez l’ homme et 50% chez la femme.

Le tissu graisseux ne contient presque pas d’ eau c’ est pourquoi la proportion d’eau est d’ autant plus importante que le sujet plus maigre .

En faisant abstraction du tissu graisseux l’ eau constitue environs 75% de la masse maigre .

La teneur en eau des différents tissus n’ est pas la même la peau contient 60% d’ eau , le foie 70% d’ eau , les muscles 75% , les reins 80% , le plasma 90%.

Cette eau est repartie dans deux compartiments principaux :

- le compartiment intracellulaire 40% du poids total soit 30kg pour un jeune adulte maigre de 70Kg

- le compartiment extracellulaire 20% du poids total chez l homme et 17% chez la femme .

Le compartiment intracellulaire représente environs 40% et le compartiment extracellulaire 20%.

Le compartiment extracellulaire est divise en deux secteurs :

- le secteur interstitiel et

- le secteur plasmatique .

Le secteur interstitiel est le plus important (15%) et le secteur plasmatique représente 5%

Cette répartition de l’ eau entre les différents secteurs varie en fonction de l age .

-Chez le nouveau né à terme l’ eau totale représente 75% ; le volume extracellulaire représente 45% et le volume intracellulaire 30%.

-Chez le nourrisson l’eau totale représente 65% ;le volume extracellulaire de 25% et intracellulaire 40%.

-Chez les enfants de 2 ans on a respectivement 60% 20% et 40%.

A titre d exemple la répartition de l’ eau chez un homme de 70Kg est la suivante :

-Eau totale 73% du poids soit 51 litres

-Eau extracellulaire 17% du poids corporel soit 12 litres .

-Eau plasmatique 4 3 % du poids corporel soit 3 litres

-Eau interstitiel 12 7% du poids corporel soit 9 litres

-Eau intracellulaire 56% du poids corporel soit 39 litres.

32-LA DETERMINATION DU VOLUME DES DIFFERENTS COMPARTIMENTS

-On détermine le volume des compartiments liquidiens a partir de la concentration C obtenue après dilution dans le volume V inconnu d une quantité Q connue de substance injectée.

V = Q/C Q = en mg

C = mg/L V = en L

-Pour connaitre le volume en eau totale V on doit utiliser une substance qui diffuse librement dans tout le corps .On utilise l antipyrine , l’ urée ou les isotopes de l’ hydrogène comme le deutérium dans l’ eau lourde ou le tritium dans l’ eau tritiée.

-Pour connaitre le volume plasmatique Vp on utilise une macromolécule qui ne traverse pas l endothélium vasculaire comme l’ albumine marquée a l’ iode radioactif .

-Pour connaitre le volume extracellulaire Vec il faut utiliser une substance qui traverse les endothéliums vasculaires et pour laquelle les membranes cellulaires restent imperméables : les sulfates marquées au soufre 35 jouent convenablement ce double rôle .

-Détermination du volume intracellulaire Vic et du volume interstitiel Vi

Vic = Vt - Vec

Vit = Vec - Vp

33-STRUCTURE ET PROPRITES PHYSIQUES DE L EAU

La molécule d eau H2O se compose de deux liaisons OH de 0 96 A de longueur faisant entre elles un angle de 104 28 .Cette structure dissymétrique avec un excès de charge négative sur l’ oxygène et de charge positive sur l’ hydrogène confère a la molécule d’ eau un moment dipôlaire élevé de 1, 84 debye .(1 debye =1D =3 ,33x10-30 Cx m )

-Les charges positives portées par les hydrogènes de l’eau entrainent des liaisons électroniques d’ un type particulier avec les atomes électronégatifs des molécules voisines .Ce sont des liaisons hydrogènes .Elles sont à l’ origine des propriétés physico chimiques de l eau a commencer par les associations des molécules entre elles .

-A l’ état liquide l’ eau a une structure pseudocristalline chaque molécule d’ eau est liée a quatre autre molécules d’ eau voisine.

-A l’ état solide la glace présente une structure hexagonale encore mieux organisée.

-L’ eau sert de référence pour caractériser certaines notions physiques .

-L a température se définie par l’échelle des degrés Celcius entre 00 C et 1000C.

00 C = point de congélation de l’eau

1000 C = point d’ ébullition de l’eau dans les conditions normales de pression atmosphérique.

-La chaleur a pour unité la calorie ( 1 calorie = 4, 18 joules )

La calorie est la quantité de chaleur nécessaire pour élever 1g d eau de 14 , 50 C à 15, 50 C

-Quelques caractéristiques physico chimiques de l eau

-La masse spécifique de l’ eau atteint son maximum à 4 0 C

Ρ= 1000 Kg .m-3

-La glace a une masse spécifique de seulement de 910 Kg / m-3

-La chaleur spécifique de l’eau est très elévée ce qui explique son rôle important de régulateur thermique (C = 75 J .mol-1 . 0 K-1 )

-La connaissance de C pour une substance particulière permet de calculer l’ élévation de température Δt d un corps de masse m qui a reçu une quantité ΔQ de chaleur.

ΔQ = C mΔt

-La constante diélectrique de l’ eau élévée (є = 80 a 200 C) donne à l’ eau un fort pouvoir de solvant pour les cristaux et les molécules polaires.

-Les ions en solution seront capables en fonction de leur taille et de leur charge de s’ entourer d’ un certain nombre de molécules d’ eau .Ce phénomène de solvatation entraine des mobilités ioniques plus faibles a cause de l’augmentation de la taille effective des ions .

IV –DETERMINATION DE LA COMPOSITION D UNE SOLUTION

41-UNE SOLUTION

Un mélange de divers composes dans un liquide est appelé solution. Si ce mélange est homogène jusqu’ au stade moléculaire c’ est à dire si les molécules constituants le mélange ou les ions provenant de la dissociation en solution de ces molécules –sont reparties une à une de façon homogène. Une solution représente donc le stade ultime d’ un état dispersé .Le plus souvent l’ un des composés est nettement plus abondant que tous les autres et est alors appelé solvant . Les autres composes sont appelés solutés.

Par contre une suspension est un état dans lequel il existe au sein d’ une solution des amas moléculaires de taille et de masse si faible que ceux-ci n’ ont pas tendance à sédimenter spontanément , mais sont maintenus en suspension à l’ état dispersé de façon stable dans le temps par la simple agitation thermique des molécules qui les entoure .

L’ état colloidal est un état intermédiaire défini par les propriétés physico –chimiques (diffusion de la lumière ….) communes aux suspensions de très fines particules et aux solutions de très grosses macromolecules .

Solution idéale toute solution tend vers l’ idéalité au fur et à mesure qu’ on le dilue parce que le nombre de liaisons soluté-soluté et soluté –solvant devient alors négligeable devant le nombre de liaisons solvant –solvant.

42- DETERMINATION DE LA COMPOSITION D UNE SOLUTION

Les solutions aqueuses sont celles que l’ on rencontre dans tous les milieux biologiques .

421-CONCENTRATIONS PARTICULAIRES

A-PAR RAPPORT AU VOLUME DE LA SOLUTION EXPRIMEE EN LITRE

-CONCENTRATION MOLAIRE (MOLARITE ) Cm

Nombre de moles de soluté

Volume de la solution

Cm en mole/L

-CONCENTRATION IONIQUE ( IONARITE ) Ci

Ci = v Cm ion gramme /L ou mole /L

v= nombre d’ ions fournis par la molécule en se dissociant

Pour Na Cl Na + Cl V= 2 ions

-CONCENTRATION EQUIVALENTE (NORMALITE) Ceq de l ion

Ceq = z Cm équivalent gramme /L ou mole d’ équivalent /L

z = électrovalence de l ion

Cm = conc .molaire de l ion

La grande majorité des sels minéraux et des composés organiques mis en solution se dissocient plus ou moins totalement en ions .Par exemple une solution a 10mmol/l de chlorure de calcium Ca Cl2 et 5 mmol/l de carbonate de calcium Ca CO3 contient 20mmol/l contient 20mmol/l de chlore et 15 mmol/l et 5 mmol/l de carbonate .

La notion de concentration équivalente permet de connaitre la quantité exprimée en équivalents de charges électriques présentes dans la solution .

Si l’ ion considère présente la valence Z .Sa concentration équivalente est ZC ou C désigne sa concentration molaire ou molale .

Ainsi dans l’ exemple précédent il y a 20milliequivalents par litre de carbonate correspondant a 30milliequivalents d anions et il y a 30 milliéquivalents par litre de calcium correspondant a 30 milliéquivalents par litre de calcium correspondant a 30 milliéquivalents /l de cations .

En raison du principe de la conservation de l’ électricité la dissociation en solution d une substance apporte toujours autant de charges positives que négatives .Parce qu’en milieu liquide les ions peuvent se déplacer les uns par rapport aux autres tout volume même très petit de solution ( mais suffisamment grand pour contenir plusieurs molécules ou ions) contient autant de charges positives que négatives .

Tout volume de solution est donc est donc électriquement neutre ( principe d électroneutralité des solutions )

L’ équivalent représente le nombre d’ équivalents d’ ions monovalents nécessaires pour porter la même quantité de charges électriques que le soluté considéré .La charge électrique portée par 1 équivalent est donc égale a N(e) ou N désigne le nombre d Avogadro et (e) la valeur absolue de la charge de l’ électron (e= 1 602 x10-19 coulomb ).Cette charge est appelée Faraday et notée F (F = 96500C )

-CONCENTRATION OSMOLAIRE (OSMOLARITE) Cosm

Cosm = i Cm (Osmolarité )

i = coefficient d’ ionisation de Van t Hoff

nombre d’osmoles obtenues par molécule de soluté

i = 1+ α (V+1)

α = Taux de dissociation de la molécule

V= Nombre d’ ions libérés / molécule dissocie totalement .

B-PAR RAPPORT A LA MASSE DU SOLVANT EXPRIMEE EN Kg

-MOLALITE mole/Kg de solvant Nombre de moles de soluté sur la masse du solvant .

La concentration molale est définie comme le rapport du nombre de mole de soluté à la masse du solvant et s exprime en mole/kg. L’ interêt de la notion de concentration molale provient de ce quelle est directement liée a la fraction molaire ( alors que la concentration molaire ne l est pas ).En effet si Mo désigne la masse molaire de l eau la masse des nH2O molécules de solvant présentes dans la solution est égale a n H2O Mo. La concentration molale Cs du soluté S est par définition égale a ns/nH2O Mo ou ns désigne le nombre de moles du soluté présentes dans la solution. Puisque par définition de la fraction molaire fs = ns /n total ou n total désigne le nombre total de moles ( solvant +solutés ) présentes dans la solution on a Cs = fs /f H2O Mo. Comme fH2O est toujours très proche de 1 ( a 1/100 près) on a approximativement Cs = fs/M ce qui montre la proportionnalité entre fs et Cs.

La concentration molale peut être nettement différente de la concentration molaire .Dans la plasma la différence entre la molarité et molalité provient de ce que 1 litre de plasma ne contient normalement que 0 93 litre d eau parce que les proteines et a moindre dégré les liquides occupent un volume non négligeable dans la solution. On dit que la fraction aqueuse du plasma Ф est égale a 0 93.La concentration molale C est alors égale a la concentration molaire C molale divisée par Ф . C molale = C molaire /Ф

-OSMOLALITE en osmole /Kg i mole = osmole

422-CONCENTRATION PONDERALE

Cp

Cm = -------- Cp = M Cm

M

M = Masse molaire du soluté

Cp = Concentration pondérale en g/L

Cp= masse du soluté /volume de la solution

423-AUTRES EXPRESSIONS SUSCEPTIBLES DE CARACTERISER UNE SOLUTION

A- LA FRACTION MOLAIRE Fi DU COMPOSE i C’ est le rapport entre le nombre de moles ni du compose i sur la somme de toutes les moles présentes dans la solution y compris les No moles du solvant. ni Fi =--------------------------------------------------- N0+ n1+ n2 + n3 +nn

B-TITRE

Masse du soluté

T=-----------------------------------------------------------

Masse du soluté +Masse du solvant

Il exprime le rapport entre la masse du soluté sur la masse de solution si l’ unite est le même le titre s exprime en %

RESUME : Les différents types de concentration précédemment définis ont tous un intérêt qui les rend tous plus ou moins adéquat suivant l’ usage recherche . (Fig 1 et 2 )

42-SOLUTES

L’ osmolarité des compartiments liquidiens de l’ organisme est de 300 mOsmol/L .Les solutés plasmatiques dont les concentrations molaires sont au moins de l’ ordre de la millimole par litre sont indiques dans la fig 2.

Substances neutres Seuls le glucose et l’ urée sont quantitativement importants. Dans les conditions physiologiques la concentration plasmatique de l’ urée est voisine de 5 mmol/L. Comme l’ eau l’ urée traverse librement la paroi capillaire et la membrane cellulaire si bien la concentration est la même dans tous les compartiments liquidiens .

Dans les conditions physiologiques la concentration plasmatique du glucose (glycémie) est également voisine de 5mmol/L. Le glucose traverse librement la paroi capillaire en raison de sa faible masse molaire mais il ne peut entrer qu’en présence d’ insuline dans la plus part des cellules ou il est rapidement métabolise .

Ions La répartition entre les compartiments cellulaire et extracellulaire des ions quantitativement les plus importants est donne dans le tableau 4

Volume de distribution d’ un soluté Dans le cas général ou un traceur ne se répartit pas de façon homogène dans un seul compartiment liquidien de l’ organisme à l’ exclusion de tout autre mais se repartit au contraire dans divers compartiments avec une concentration différente .Le rapport M/C représente Vd = Volume d e distribution du traceur . ou M représente le Stock échangeable de soluté considère dans l’ organisme et C sa concentration plasmatique .

IV-LE SANG ET LE PLASMA COMPOSITION RAPPEL EN SAVOIR PLUS

A ajouter après