PRE-RENTREE 2014 SEMESTRE 1

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1 PREMIERE ANNEE COMMUNE AUX ETUDES DE SANTE UNIVERSITE D ANGERS PRE-RENTREE 2014 SEMESTRE 1 POLYCOPIE MORGAN ZENATRI (COMA), MATTHIEU BARNAULT (ACEPA), ISABELLE CHIRON (AESFA) VICE-PRESIDENTS EN CHARGE DU TUTORAT CONTACT : [email protected] 1

2 Bonjour à tous, J'espère que vous avez profité de vos vacances, maintenant c'est (presque) l'heure de la PACES... En attendant, la CoMA (Corporation Médecine d'angers), l'acepa (Corporation des Etudiants en Pharmacie d'angers) et l'aesfa (Association Etudiants Sage-Femme d'angers) vous proposent ce stage de pré-rentrée. Le monde universitaire, et surtout la PACES, sont très différents du monde lycéen. Le niveau des cours, la pédagogie, les moyens utilisés, l'ambiance, les méthodes de travail, tout est différent! Le but principal du stage est donc de vous habituer à ce nouveau monde, mais en douceur. Les groupes sont d'environ 40 étudiants (au lieu de ), les cours visent les notions théoriques de base pour attaquer le premier semestre et les tuteurs seront là pour répondre à toutes les questions. Ainsi, vous pourrez attaquer le semestre avec des bases solides, et moins ressentir la "marche" entre le lycée et la faculté. Concrètement, vous aurez 20h de cours entre le 25 août et le 6 septembre, répartis sur 5 demijournées. Les emplois du temps ont été envoyés par mail. Le stage se termine le samedi 6 septembre par un mini-concours classant d'environ 1h30. Le but de ce samedi n'est pas de vous classer, mais de vous habituer à l'ambiance "concours", à répondre aux QCM, et à réfléchir (très) vite. Les résultats, et le classement vous seront transmis très rapidement. A la fin de ces deux semaines de travail, nous vous proposerons un goûter post-pré-rentrée, histoire pour vous de rencontrer d'autres PACES, de rencontrer les tuteurs, de poser vos questions, de parler... C'est gratuit et vous êtes tous conviés. :) NB : Le stage de pré-rentrée du second semestre se déroulera pendant vos 3 semaines de vacances. BON STAGE A TOI!! 2

3 - Chapitr UE 1 Chimie générale e 1 : Définitions fondamentales I- Les 1 - Le différents s é ta de états la de mala tièmatière r e e t le s : c h a ng e me nts d'é ta t 2 - Unité de q u a ntité de ma tiè r e : la notion de mole Les deux niveaux de la chimie II- Les atomes : La constante d'avogadro ( ) Définition : L atome est la plus petite N A = 6,022045(31).10 partie d un élément qui possède encore une propriété 23 mol -1 physique et chimique de cet élément La mole Définition Fondamental La mole est la quantité de matière qui contient autant d'entités élémentaires qu'il y a d'atomes dans 0,012 kg de l'isotope 12 du carbone Généralisation Nb : Z est aussi le numéro de la case de la classification 2 périodique où se situe l élément. À noter également que l on a aussi la charge en haut à droite de l élément et le nombre d atomes 3

4 présent en bas à droite Les isotopes : Ils ont le même numéro atomique (Z) mais possèdent un nombre de masse différent (A). La différence se trouve au niveau du nombre de neutrons Exemple de l Hydrogène : il possède 3 isotopes : 1 1H avec A=1 et Z=1 hydrogène 2 1H avec A=2 et Z=1 deutérium 3 1H avec A=3 et Z=1 tritium III- Le tableau périodique des éléments : La classification actuelle comprend 109 éléments dont 103 sont parfaitement connus. Ils sont répartis en 7 périodes et 18 colonnes. Les éléments d une colonne possèdent des propriétés chimiques voisines. Le tableau périodique est divisé en 4 parties qui correspondent aux différentes sous couches : - La sous-couche S (colonnes 1 et 2) - La sous-couche D (colonnes 3 à 12) - La sous-couche P (colonnes 13 à 18) - La sous-couche F (colonnes du dessous) Les sous-couches sont remplie en fonction de la configuration électronique de l élément. Les électrons occupent les sous niveaux selon les valeurs croissantes de l énergie. 1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s 4p 4d 4f 5s 5p 5d 5f L ordre dans lequel on remplit: 1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p 5s 4d 5p 6s 4f 5d 6p 7s 4

5 6s 6p 6d 7s La sous-couche s peut accueillir 2 électrons, la p 6 électrons, la d 10 électrons et la f 14 électrons 1. Les colonnes : - Colonne 1 : les métaux alcalins : les ions portent une charge + (Ex : H +, K + ) - Colonne 2 : les alcalino-terreux : les ions portent 2 charges + (Ex : Mg 2+, Ca 2+ ) - Colonne 16 : les chalcogènes : les ions portent 2 charges (Ex : O 2-, S 2- ) - Colonne 17 : les halogènes : les ions portent une charge (Ex : Cl -, I - ) - Colonne 18 : les gaz rares ou nobles : toutes leurs sous-couches sont saturées. 5

6 2. Classification en métaux, non métaux et semi-métaux. - Les métaux : Éclats métalliques, conduisent la chaleur et l électricité et ont un état d oxydation positif. - Les non métaux : Pas d éclats métalliques, pas de conduction et ont un état d oxydation positif ou négatif. - Les semi-métaux : propriétés des deux. 3. Calcul de la masse molaire (MM) d un élément à partir du tableau périodique : Exemple du glucose C6H12O6 La masse du glucose = (6*12) + (12*1) + (6*16) = 180 g/mol 4. Calcul de la masse à partir de la masse molaire et du nombre de moles. n = nombre de moles m = masse de la molécule MM = masse molaire de la molécule n = m MM 6

7 IV- Les liaisons moléculaires : d'autoprolyse de l'eau K e K e = [H 3O + ] * [OH - ] = [ H 3O + ] = [OH - ] = 10-7 mol.l -1 d'où ph = - log [H 3O + ] = - log 10-7 = 7 Donc, une solution d'eau pure a un ph de 7. Si le ph est inférieur à 7, la concentration en H 3O + est supérieure à 10-7 mol.l -1 et la solution est acide. Si le ph est supérieur à 7, la concentration en H 3O + est inférieure à 10-7 mol.l -1 et la solution est basique. Une liaison moléculaire est d autant plus forte que l énergie à fournir pour la rompre est élevée. 4 types de liaisons : - Les liaisons Van der Waals - Les liaisons Hydrogènes - Les liaisons Covalentes - Les liaisons hydrophobes solution acide 0 H 3 O + 7 OH - 14 solution neutre solution basique ph V- Le ph des solutions aqueuses (Chimie Analytique) : Soit AH + H2O A - + H3O + Le ph est défini par : ph = - log [H3O + ] [ Base] [ Acide] ph = pka + log base forte, a totalement réagi, donc n'existe plus en tant que tel dans l'eau. Cette réaction produit C 2 H 5 OH, d'éthanol, acide "conjuguée" de C 2 H 5 O -, mais cet acide est tellement faible dans le solvant EAU qu'il n'a plus iétés acido-basiques. Avec pka = - log Ka et Ka = C 2 H 5 O -, base forte, a totalement réagi, donc n'existe plus en tant que tel dans l'eau. Cette réac Base H 3 Acide - ac. nitrique HNO 3 / NO 3 Liste des acides forts à connaître 2- : ac. sulfurique H 2 SO 4 / SO 4 Liste des bases fortes à connaître : O molécule d'éthanol, acide "conjuguée" de C 2 H 5 O -, mais cet acide est tellement faible dans le solva de propriétés acido-basiques. Fondamental : Acides forts à connaître ac. perchlorique HClO 4 / ClO 4 - Sabine Mallet ion nitrate Fondamental : Acides forts à connaître ion sulfate ac. nitrique HNO 3 / NO 3 - ion perchlorate ac. sulfurique H 2 SO 4 / SO 4 2- ac. chlorhydrique HCl / Cl - ion chlorure ac. perchlorique HClO 4 / ClO 4 - ac. bromhydrique HBr / Br - ion bromure ion nitrate ion sulfate ion perchlorate ac. chlorhydrique HCl / Cl - ion chlorure ac. iodhydrique HI / I - ion iodure Fondamental : Bases fortes à connaître base_forte1 ac. bromhydrique HBr / Br - ion bromure ac. iodhydrique HI / I - ion iodure Fondamental : Bases fortes à connaître base_forte1 13 B-1 Phénomènes acide base en solution aqueuse B-1 Phénomènes acide ba Ces Liste réactions des Formules sont à connaître des réactions PAR CŒUR de dissociation : d'électrolytes dans l'eau : ce ne sont pas des réactions de transfert de protons. Mais elles produisent des ions OH -, base la plus forte dans le solvant Acide faible : ph = ½ (pka - log C0) EAU. 7-2 Acides faibles et bases faibles Ces réactions sont des réactions de dissociation d'électrolytes dans l'eau : réactions de transfert de protons. Mais elles produisent des ions OH -, base la plus EAU. en solution de ces espèces correspond à une réaction partielle sur l'h 2 O, réaction équilibrée donc

8 Acide fort : ph = - log C0 Base faible : ph = ½ (pka + pke + log C0) Base forte : ph = pke + log C0 Solution amphotère : ph = ½ (pka1 + pka2) Avec pke = 14 à 25 C 8

9 Exercices de chimie générale et chimie analytique Exercice 1 : La matière : Répondre par vrai ou faux a- La matière rassemble les corps purs et les mélanges. b- Un corps pur homogène est composé d une phase. c- Un mélange hétérogène est composé de plusieurs phases. d- Un corps pur simple peut être composé de plusieurs éléments. e- Aucune des réponses précédentes n'est exacte. Répondre par vrai ou faux : a- Le passage de solide à gazeux s appelle sublimation. b- Le passage de gazeux à solide est la solidification. c- Le phénomène de fusion permet de passer de liquide à gazeux. d- La liquéfaction permet de passer de solide à liquide. e- Aucune des réponses précédentes n'est exacte. Exercice 2 : Les atomes : Répondre par vrai ou faux : a- Le nombre de masse correspond au nombre de nucléons. b- A = protons + neutrons c- Z est le nombre d électrons. d- Z est le nombre de protons. e- Aucune des réponses précédentes n'est exacte. Répondre par vrai ou faux : a- L atome est la plus petite partie d un élément qui ne possède plus que les propriétés physiques de cet élément. b- Z correspond au numéro de la case de la classification périodique où se situé l élément. c- Dans la représentation de l atome, la charge est en haut à gauche de l élément. d- Le nombre de masse correspond au nombre de protons ajouté au nombre d électrons. e- Aucune des réponses précédentes n'est exacte. Enoncé : 12 6C. 14 6C. 16 8O. 17 8O a- 12 C et 14 C sont des isotopes. b- Dans 12 6C : 6 est le nombre de protons et d électrons. c- Dans 16 8O : 16 est le nombre atomique. d- Dans 17 8O : 8 est le nombre de masse. e- Dans 16 8O : il y a 8 neutrons. 9

10 Exercice 3 : Le tableau périodique des éléments : Répondre par vrai ou faux : a- La classification actuelle comprend 109 éléments parfaitement connus. b- Les éléments sont répartis dans le tableau périodique en 7 colonnes et 18 périodes. c- Les éléments d une colonne possèdent des propriétés chimiques voisines. d- Le tableau périodique est divisé en 4 sous-couches. e- Aucune des réponses précédentes n'est exacte. Répondre par vrai ou faux : a- La sous-couche s peut accueillir 2 électrons. b- La sous-couche d peut accueillir 5 électrons. c- La sous-couche p peut accueillir 10 électrons. d- La sous-couche p peut accueillir 14 électrons. e- Aucune des réponses précédentes n'est exacte. Répondre par vrai ou faux : a- La configuration électronique de 26 Fe est : 1s 2, 2s 2, 2p 6, 3s 2, 3p 6, 4s 2, 3d 6 b- La configuration électronique de 26 Fe est : 1s 2, 2s 2, 2p 6, 3s 2, 3p 6, 3d 6, 4s 2 c- La configuration électronique de 20 Ca est : 1s 2, 2s 2, 2p 6, 3s 2, 3p 6, 3d 2 d- La configuration électronique de 12 Mg est : 1s 2, 2s 2, 2p 6, 3s 2 e- Aucune des réponses précédentes n'est exacte Répondre par vrai ou faux : a- Les 4 sous-couches du tableau périodiques sont les sous-couches S, D, P et F. b- La sous-couche S correspond à la période 1 et la période 2. c- La sous-couche P est composée de 6 colonnes. d- La sous-couche F est collée à la sous-couche S dans le tableau. e- Aucune des réponses précédentes n'est exacte. Répondre par vrai ou faux : a- Les non métaux ont un état d oxydation exclusivement négatif. b- Les métaux ont un état d oxydation exclusivement positif. c- Les semi métaux conduisent la chaleur. d- Les métaux conduisent l électricité. e- Aucune des réponses précédentes n'est exacte. Exercice 4 : Masse molaire : L urée a pour formule CH 4N 2O. Masses atomiques : C (12,0) ; H (1,00) ; N (14,0) ; O (16,0). Quelle est la masse molaire de l urée? Sélectionner la ou les bonne(s) réponse(s). a- 43 g/mol b- 96 c- 60 g/mol d- 60 e- Aucune des réponses précédentes n'est exacte 10

11 Exercice 5 : Chimie analytique : Répondre par vrai ou faux : a- Les solutions acides ont un ph < 7. b- Les solutions basiques ont un ph < 7. c- Le ph est défini par ph = log [H 3O + ] d- Le ph est défini par ph = pka + log [acide] [base] e- Aucune des réponses précédentes n'est exacte. Répondre par vrai ou faux a- NaOH et KOH sont des acides forts. b- La potasse et la soude sont des bases fortes. c- L acide perchlorique est un acide fort. d- HCN (cyanure d hydrogène) est un acide fort. e- Aucune des réponses précédentes n'est exacte. Répondre par vrai ou faux a- OH - a un ph basique. b- H 3O + a un ph acide. c- pka = - log Ka d- Ka = [base].[h3o+ ] [acide] e- Aucune des réponses précédentes n'est exacte. 11

12 UE 1 Chimie organique I- Présentation générale : Le carbone est l élément fondamental de la chimie organique. Il fait 4 liaisons avec ses substituants, on dit qu il est tétravalent. Lorsque ses 4 substituants sont différents, on parle de carbone asymétrique et on le symbolise de cette façon : C*. Exemple : H F Cl OH Le carbone est qualifié de : - quaternaire s il ne porte aucun atome d hydrogène ; - tertiaire s il porte un seul hydrogène ; - secondaire s il porte 2 hydrogènes ; - primaire s il porte 3 hydrogènes. 1. L hybridation du carbone : Le carbone possède différents états d hybridation (cf cours de Chimie Générale) : - sp 3 : le carbone n est lié à ses substituants que par des liaisons simples appelées liaisons σ (sigma). Comme le carbone est tétravalent, on aura quatre liaisons de type σ. OH CH 3 NH Exemple : H 2 - sp 2 : le carbone est lié à ses substituants par deux liaisons simples σ et une liaison double appelée π (pi). Une liaison double = 1σ + 1π. Exemple : O H 2 N CH 3 - sp : o soit le carbone est lié par deux doubles liaisons (= 2π + 2σ) ; o soit le carbone est lié par une liaison triple (= 1σ + 2π) et une liaison simple σ ce qui fait au total 2σ + 2π. 12

13 Exemples : HC CH 2. Les hydrocarbures : Un hydrocarbure est une molécule composée uniquement de carbone et d hydrogène. On parle d hydrocarbure saturé lorsqu il n y a que des simples liaisons. L hydrocarbure s appelle alors un alcane. On parle d hydrocarbure insaturé s il y a une ou plusieurs doubles liaisons dans la molécule (= alcène) ou des triples liaisons (= alcynes). II- Représentation spatiale : 1. Plane - Formule développée : elle précise la nature des atomes et des liaisons. Elle a un défaut : elle est lourde à manier pour les grosses molécules. Exemple : - Représentation de Lewis Exemple : - Formule semi-développée Exemple : - Représentation simplifiée des cycles Exemple : 13

14 - Représentation simplifiée : si on ne représente rien, cela veut dire que les substituants sont des atomes d hydrogènes. Les sommets représentent des molécules de carbone. Exemple : Remarque : Problème des formules planes : La représentation ne fait pas la distinction entre deux molécules qui ont les mêmes substituants mais qui ne sont pas les mêmes pour autant. 2. Dans l espace : - Représentation en coin volant ou de Cram : o Traits simples = ce qui est dans le plan ; o Traits pointillés = ce qui est vers l arrière du plan ; o Traits grossis = ce qui est vers l avant du plan. Exemple : - Projection de Newman : pour représenter les grosses molécules cette projection n est pas pratique. Exemple : - Projection de Fischer : - Traits horizontaux = ce qui est vers l avant - Traits verticaux = ce qui est dans le plan ou en arrière - On représente la chaîne carbonée verticalement. La fonction la plus oxydée est en haut (dans 14

15 l exemple suivant, la fonction aldéhyde est plus oxydée que la fonction alcool). Exemple : III- Nomenclature : Notion de fonction : c est un enchaînement d atomes qui confère à toute molécule portant la même fonction des propriétés (chimiques) identiques. On peut nommer les molécules selon leur origine (ex : acide formique HCO 2H, menthol ). Mais la nomenclature officielle (IUPAC) définit chaque molécule de manière univoque. Cependant, elle est inutilisable pour les grosses molécules. 15

16 Ordre de priorité des principales fonctions Suffixes et préfixes correspondants Nom générique Formule Suffixe Préfixe Acide carboxylique Acide alcanoïque Carboxy- Anhydride Anhydride alcanoïque Acyloxy- Ester Alcanoate d alkyle Alkyloxycarbonyle- Halogénure d acyle Halogénure d alcanoyle Halogénoformyle- Amide Alcanamide Alcanamido- Nitrile Alcannitrile Cyano- Aldéhyde -al Formyle-* Cétone -one Oxo-* Alcools et phénols -ol Hydroxy- Thiols -thiol Mercapto- Amines Alkylamine N-alkylamine N,N-dialkylamine Amino- N-alkylamino N,N-dialkylamino Ethers-oxydes Ether Alkoxy- Halogénoalcanes R-X - Halogéno- * Le suffixe formyl utilisé pour les aldéhydes contient, en soi, le carbone fonctionnel, qui ne fait pas partie 16

17 de la chaîne principale. En outre, le préfixe oxo, utilisé pour les cétones, ne comptabilise pas le carbone fonctionnel, qui est alors compté dans la chaîne. 1. Principe pour nommer les molécules : 1 ère étape : identifier la fonction principale (FP) si la molécule est monofonctionnelle : la seule fonction est la FP. On met donc la nomenclature en suffixe. si molécule polyfonctionnelle : la FP est la fonction la plus oxydée. La dénomination de cette fonction se fait alors en suffixe et les autres fonctions auront une dénomination en préfixe. 2 ème étape : identifier la chaîne principale (CP) Elle doit comporter la fonction principale. Si l on a une molécule polyfonctionnelle ramifiée, la CP est celle qui porte le plus de fonctions. 3 ème étape : appliquer à la CP la nomenclature de la FP Exemple : Ici la fonction principale est la fonction aldéhyde donc le suffixe est al et la CP comporte quatre carbones donc le préfixe est but-. On met à la FP le plus petit numéro. La molécule s appelle donc le butan-1-al (= butanal). 4 ème étape : Nommer le reste de la molécule - Nomenclature en préfixe - Classement alphabétique. 2. A propos des alcools Un carbone portant un hydroxyle et trois autres substituants qui ne sont pas des hydrogènes est appelé alcool tertiaire. Un carbone portant un hydroxyle, un hydrogène et deux autres substituants est appelé alcool secondaire. Un carbone portant un hydroxyle, deux hydrogènes et un autre substituant est appelé un alcool primaire. RQ : On peut nommer les amines de la même manière selon de nombre d hydrogènes que l azote porte. IV- Configuration absolue des carbones asymétriques : Configuration absolue : orientation des substituants des C* et leur positionnement dans l espace. 1. Règles de Cahn, Ingold et Prélog Règle n 1 : préséance au plus fort n atomique (ou à l isotope le plus lourd) I > Br > Cl > S > F > O > N > C > H T(tritium)>D(deutérium)>H(hydrogène) 17

18 Règle n 2 : Départager en examinant les substituants de rang suivant. Comparaison terme à terme en s arrêtant à la première différence. Attention!!! La taille du groupement n a pas d importance. Attention!!! Pas de somme de numéros atomiques. Règle n 3 : une liaison multiple = plusieurs liaisons simples. 2. Molécule chirale : C est une molécule optiquement active (= qui dévie la lumière polarisée). Elle n a ni plan, ni centre de symétrie et c est une molécule non superposable à son image dans un miroir. 3. Énantiomères : Se dit de deux molécules dont les carbones asymétriques ont des substituants identiques mais des configurations absolues différentes. Les énantiomères ont : - les mêmes propriétés physiques - les «mêmes propriétés chimiques» avec des réactifs non chiraux Les énantiomères ont un pouvoir rotatoire différent : signe opposé mais même valeur absolue. Un pouvoir rotatoire positif signifie que la molécule est l énantiomère dextrogyre et dévie la lumière polarisée vers la droite. Un pouvoir rotatoire négatif signifie que la molécule est l énantiomère lévogyre et dévie la lumière polarisée vers la gauche. Les énantiomères réagissent différemment lors d interaction avec des espèces chirales. 4. Comment nommer les énantiomères? Il faut définir la configuration absolue du carbone asymétrique. Il faut examiner les quatre substituants du C* et les numéroter selon les règles de Cahn, Ingold et Prélog. R (rectus) : sens de rotation dans le sens des aiguilles d une montre. S (sinister) : sens de rotation dans le sens inverse des aiguilles d une montre. 18

19 Exemple : Le substituant avec le plus petit numéro doit être au fond du plan (à l arrière). Attention!!! Il n y a aucune relation entre configuration absolue (R ou S) et pouvoir rotatoire (lévogyre ou dextrogyre). 5. Diastéréoisomères : Stéréo-isomères qui ne sont pas énantiomères (pas images dans un miroir). Donc ils comportent plus d un centre de symétrie. 1R, 2R 1S, 2S 1R, 2S Enantiomères (inversion de toutes les configurations) 1S, 2R Diastéréoisomères (inversion de certaines configurations) 6. Mélange racémique : Mélange de deux énantiomères en quantité équimolaire (le lévogyre et le dextrogyre). Un mélange racémique est inactif sur la lumière polarisée par compensation. 19

20 Exercices de chimie organique Exercice 1 : Hybridation du carbone et hydrocarbures - Donner les différents états d hybridations des carbones en rouge dans les molécules suivantes : CH 3OH, Cl-CH 2-CHOH, OH-CH=CH 2, CH CH, HOOC-CHOH-CH 2-NH 2. - Identifier les carbones selon qu ils soient quaternaires, tertiaires, secondaires ou primaires. - Une ou plusieurs des molécules présente(nt)-elle(s) un carbone asymétrique? Si oui, la (les)quelle(s). - Définir ce qu est un hydrocarbure. Les molécules présentées ci-dessus en sont-elles? Si oui, la (les) définir. Exercice 2 : Représentation des molécules - Dans quelle représentation est présentée la molécule? - Donner sa formule développée et semi- développée. - Soit la molécule suivante : CHO-CHOH-CH 2OH. Quelles sont les fonctions organiques présentes dans la molécule? Laquelle est la plus oxydée? Donner la représentation de Fisher de cette molécule. - Quelle est le nom de cette représentation? Quels sont les atomes en arrière du plan? - Représenter la molécule ci-dessus selon Newman. - 20

21 Exercice 3 : Nomenclature - Déterminer la structure des molécules suivantes. o o o o Acide-2-amino propanoïque Acide hexanoïque 5-méthyl-hex-1-én-3-ol Acide-4-hydroxy-2-oxo-pentanoïque - Déterminer la nomenclature des composés suivants. Exercice 4 : - Donner le nom de la molécule suivante. - Cette molécule est-elle active sur la lumière polarisée? Si oui, donner le ou les carbones asymétriques et déterminer la ou leur configuration. - Donner l énantiomère de la molécule. 21

22 Exercice 5 : Concernant la molécule suivante : - La fonction 1 est : o o o o o Un acide carboxylique Un éther Une cétone Un ester Un aldéhyde - La fonction 2 est : o o o o o un thiol un amide une amine primaire un éther un nitrile - La fonction 3 est : o o o o o Un anhydride Un acide carboxylique Une cétone Un ester Un amide 22

23 Biochimie Biologie Moléculaire 1.SEANCE 1 : Biochimie (1) Introduction de l UE1 Biochimie structurale Description de l architecture globale des 5 types de molécules du vivant 2.SEANCE 2 : Biologie moléculaire (1) Schéma général de biologie moléculaire Structure des acides nucléiques et de la molécule d ADN Les molécules d ARN Les différences avec l ADN Les différents ARN et leurs rôles dans la traduction 3.SEANCE 3 : Biochimie (2) Bioénergétique Réactions et couplages Biochimie métabolique Anabolisme / Catabolisme Voies métaboliques et régulations 4.SEANCE 4 : Biologie moléculaire (2) + Correction des Exercices La réplication Les polymérases, les différentes étapes Exercices d application des 3 cours (à préparer chez vous) 23

24 SEANCE 1 : Biochimie (1) Cette année, l enseignement de biochimie débutera en novembre et se déroulera en deux temps : Une approche structurale : on étudie de façon statique l architecture des biomolécules qui composent les organismes vivants. Une approche métabolique : on étudie la dynamique de ces molécules et les différentes réactions chimiques qui les font interagir. (rôle de synthèse et de production énergétique) Pour son fonctionnement un organisme vivant va : Ingérer des polymères macromoléculaires (=nourriture) Les fragmenter en petits monomères durant la digestion grâce à des enzymes Absorber ces petits monomères au niveau intestinal Synthétiser, à partir de ces monomères, ses propres macromolécules pour son fonctionnement Polymère Monomère Liaison Exemples Glucide Ose Osidique Glycogène, amidon Protéine Acide aminé Peptidique Enzyme, collagène Lipide COMPLIQUE Ether, Ester, amide Stéroïdes, triglycérides Acide nucléique Nucléotide Phosphodiester ADN, ARN, ATP 24

25 LA BIOCHIMIE STRUCTURALE : Etude des 5 catégories de biomolécules 5.Les protéines Les protéines sont des polymères issus de l assemblage d unités monomériques : les acides aminés. A. Les acides aminés (AA) Un acide aminé dispose d une architecture stéréotypé. Il comporte toujours : Une fonction acide carboxylique (COOH) Une fonction amine (NH2) Un carbone alpha (C) Un groupement R variable Ce groupement R, porté par le carbone alpha va conférer les propriétés physicochimiques singulières de l AA. (Absorption lumineuse, hydrophobicité, réactivité, possibles liaisons ) Il existe 22 groupements R différents, donc 22 AA différents. ex : Le groupement R de la phénylalanine comporte un cycle benzénique, c est donc un AA plutôt hydrophobe B. Les protéines L assemblage d AA va se faire via des liaisons peptidiques, donnant ainsi des protéines. Cette réaction de polymérisation se fait pendant la traduction. (cf cours de biomol) Il s agit d une succession de réactions de déshydratation qui vont engendrer des liaisons de type amide entre le carboxyle d un AA et l amine d un autre AA. Les AA qui composent la protéine vont lui conférer ses propriétés physico-chimiques et conditionner son repliement (grâce à leurs groupements R). C est la structure tridimensionnelle de la protéine qui va lui attribuer sa fonction biologique. Ex : la structure 3D des anticorps leur permet de se fixer à un antigène spécifique avec beaucoup d affinité. 25

26 6.Les acides nucléiques Les acides nucléiques sont les composants principaux de l ADN, mais pas seulement! (ATP, AMPc, ) Ils seront étudiés plus en détail dans le cours de biologie moléculaire. Les acides nucléiques sont des polymères issus de l assemblage d unités monomériques : les nucléotides. A. Les nucléotides Ces nucléotides sont composés de 3 éléments stéréotypés : 1 phosphate 1 ribose (oxy ou déoxy ribose) 1 base azotée (A,C,T,G,U) Le nom des liaisons sont à connaître Liaison N-glycosidique entre le ribose et base azoté Liaison ester entre le phosphate et le ribose B. Les acides nucléiques L assemblage de nucléotides va se faire via des liaisons phosphodiester, pouvant former des chaines d ARN (simple brin) ou d ADN (double brin stabilisés par des liaisons hydrogènes). Cette réaction de polymérisation est catalysé par des polymérases durant la transcription, la réplication, (cf cours de biomol) La séquence de bases azotées qui compose les chaines de polymères de nucléotides va conférer un «message» à la molécule d ADN. (L information génétique) La molécule d ADN s enroule en double hélice. 26

27 7.Les glucides Les glucides (ou oside, ou saccharides) sont formés de l assemblage d unités monomériques : les oses. Mais c est plus compliqué A. Les oses Ce sont des hydrates de carbone (formule C [H O] ) qui vont être n 2 n classés en fonction de leur nombre d atomes de carbone. Exemple : Glucose B. Les osides OSE Triose Tetrose Pentose Hexose Ribose Glucose Fructose Mannose Ils peuvent être composés uniquement de l assemblage de molécules d oses par des liaisons osidiques (holosides), ou être associés à d autres types de biomolécules comme des lipides ou les protéines (hétérosides). Les holosides peuvent avoir une structure branchée (ce qui n était pas le cas des protéines ou des acides aminés). Cette chaine peut être longue (polysaccharide) ou courte (oligosaccharide) comme les disaccharides : Glucose + Galactose => Lactose Glucose + Fructose => Saccharose Glucose + Glucose => Maltose OSIDE Le glycogène ou l amidon sont des macromolécules constituées de l assemblage de molécules de glucose. (Sous forme de chaines ramifiées) Leur différence vient de leur origine (animale ou végétale) et de leur structure plus ou moins branchée. Ce sont des macromolécules qui ont un rôle de réserve. (cf séance 3) Héteroside Glycoprotéine Glycolipide Holoside Oligosaccharide Sacharose Lactose Maltose Homoglycane Polysaccharide Hétéroglycane8.Les lipides Amidon GAG Pour les lipides, c est Glycogène Mucine un peu plus Cellulose complexe que le modèle utilisé pour décrire protéines, glucides et acides nucléiques. (càd des monomères qui s assemblent 27

28 en polymère) Car un lipide se défini comme une substance hydrophobe ou amphiphile n appartenant pas aux 4 autres catégories. On en distingue 6 sous-types: Les acides gras, les acyl glycérol, les phosphoacyls glycérols, les sphingolipides, les stérols et les prénols. Nous allons en survoler quelques-uns, sans rentrer dans les détails des molécules. A l avenir soyez analytiques, pour que tout soit clair dans vos têtes. (Comme ce que nous ferons dans les schémas qui vont suivre) A. Les acides gras (AG) C est un acide carboxylique avec une longue chaine carbonée de formule : COOH (CH ) CH 2 n-2 3 Il en existe de nombreux types. Leur composition dépend de leur nombre d atome de carbone, de la présence d insaturation (double liaison), de la localisation de cette double liaison, Exemple : acide linoléique B. Les acyl-glycérols Correspond à l estérification (établissement d une liaison ester) de un, deux ou trois AG sur une molécule de glycérol. Il s agit d une forme de réserve en lipides présente dans les graisses. (ci-contre : un tri-glycéride) C. Les phosphoacyl glycérol (ou phospholipides) Composé d une molécule de glycérol liée à deux AG esterifiés et un phosphate (lui-même rattaché à une autre molécule). Ils vont composer les membranes cellulaires par leur caractère amphiphile : un pôle hydrophobe (AG) et un pôle hydrophile (phosphate). D. Les sphingolipides P Serrine? Choline? Ethanolamine? Inositol? G L Y C E R O L G L Y C E R O L AG 1 AG 2 AG 3 AG 1 AG 2 Composé d une molécule de sphingosine, liant 1 AG par liaison amide, et un phosphate (accroché à autre chose) par liaison ether. AG 1 SPHINGOSINE P E. Les stérols Composé d un noyau stérane. (4 cycles) La base étant la molécule de cholestérol, qui est par exemple un précurseur de la synthèse des sels biliaires ou des hormones stéroïdes. (cortisol, progestérone, testostérone, ) 9.Les vitamines Ce sont pour la plupart des cofacteurs enzymatiques, c est-à-dire des molécules qui vont être nécessaires à certaines enzymes pour catalyser leur réaction. * On les classe en deux groupes : Choline? Oligosacharide? 28

29 Vitamines liposolubles (ADEK) Vitamines hydrosolubles (BC) Elles feront l objet d un cours. Certains éléments seront à savoir. En attendant pour cette pré-rentrée nous ne vous demanderons de connaitre que les lignes ADEK et C car c est de la culture générale! =D Vitamine Synonyme Rôle Aliments riches Pathologie carentielle B1 Thiamine Décarboxylase* Bière Berri Berri B2 Riboflavine Précurseur FAD Levure B3/PP Nicotinamide Précurseur NAD Viande Pellagre B5 Acide pantothénique Précurseur Co A Blé B6 Pyridoxine Couteau suisse* Céréale B8 Biotine Décarboxylase* Volaille B9 Acide Folique ADN Céréale B12 Cobalamine ADN poisson Biermer C Acide ascorbique Antioxydant Fruits crus Scorbut Hydroxylation* A Trans Retinol Peau, vision nuit Carotte Xérophtalmie D Cholecalciférol Absorption du calcium Soleil, huiles de poisson Rachitisme, ostéomalacie E hydroquinone Antioxydant Huiles végé K antihémorragique Chou, persil 29

30 SEANCE 2 : BIOMOL (1) La biologie moléculaire est l étude de l ADN qui est porteur du patrimoine génétique et du processus de synthèse des protéines à partir de séquences génétiques. Structure des Acides nucléiques et de la molécule d adn Les acides nucléiques L information génétique est portée par les acides nucléiques. Dans le noyau ils sont appelés ADN (Acides DesoxyriboNucléique). L ADN est constitué d une succession de nucléotides. Chaque nucléotide comporte 3 éléments principaux : un acide phosphorique, un ose (c est un sucre) et une base azotée. 30

31 L acide phosphorique est le même pour tous les nucléotides. On trouve par contre 2 familles de bases azotées : Les puriques : adénine et guanine o L ose qui leur sera associé sera un β D ribofuranose dans l ARN o ou un β D 2 -désoxyribofuranose dans l ADN Les pyrimidiques : cytosine, uracile (pour les ARN) et thymine (pour les ADN) o Même règle concernant l ose Attention!! Nucléoside = base azotée + ose Donc nucléoside + acide phosphorique nucléotide La liaison ose base est une liaison N glycosidique. Elle permet la formation du nucléoside. La liaison nucléoside acide phosphorique est une liaison ester. Elle aboutit à la formation d un nucléotide. La structure de la molécule d adn A) Organisation de la molécule d ADN On sait que l ADN est constitué d une double hélice enroulée. Chaque chromosome est formé d une seule 31

32 molécule d ADN de structure bicaténaire (en double brin) en forme de double hélice. Les 2 brins sont disposés de façons opposés, on dit qu ils sont antiparallèles. Les bases sont liées spécifiquement entre les 2 brins de la double hélice : Les bases azotées Adénines sont toujours situées en face de thymine (ou d uracile lorsqu on est dans l ARN), elles sont liées par 2 liaisons hydrogènes. Les bases azotées guanine sont toujours situées en face de cytosines (liées par 3 liaisons hydrogènes). Il faudra donc plus d énergie pour séparer un «duo» CG qu un «duo» AT. L ADN n est pas une molécule statique mais une structure dynamique et flexible qui possède différentes conformations. (vous apprendrez en cours les caractéristiques des 3 principales conformations). Les nucléotides successifs de l ADN et de l ARN sont liés par covalence grâce aux groupements phosphates. Le groupement phosphate (5 P) d un nucléotide est uni au groupement 3 OH du nucléotide précédent, par une liaison phosphodiester. Les liaisons phosphodiester ont toutes la même orientation le long de la chaine, donnant à chaque brin linéaire d acide nucléique une polarité spécifique et des extrémités 5 P et 3 OH distinctes. On lira donc toujours une séquence d ADN dans le sens 5 P -> 3 OH (cette polarisation et ce sens sont essentiels!) B) Compaction de l ADN trouve différents niveau de compaction L ADN est considérablement compacté dans le noyau : en effet si les molécules d ADN contenus dans les chromosomes étaient mises bout à bout, cela ferait une longueur totale de 1,8m! Mais l ADN doit en même temps rester accessible aux protéines pour qu il puisse ensuite être répliqué, réparé et transcrit On 1) Les nucléosome Un nucléosome est composé d un complexe protéique central (un octamère d histone) avec des molécules d ADN enroulés tout autour. Cela forme comme un chapelet, chaque perle étant un nucléosome. C est le premier niveau de compaction de l ADN, formant une fibre de 10 nm de diamètre. 32

33 2) La fibre de 30 nm Un histone (histone H1) se fixe sur l ADN des nucléosome pour leur permettre d interagir entre eux. Cela donne une fibre de chromatine de 30 nm de diamètre, avec une superhélice de 6 nucléosome par tour, formant une structure : le solenoïde. 3) Boucles C est le 3 ème niveau de compaction. Son diamètre est de 300 nm en moyenne. 4) Le chromosome définitif. C est la forme la plus compactée de la chromatine. Son diamètre est de 700 nm. Les chromosomes possèdent un centromère, qui est impliqué dans la séparation des chromosomes et la formation du fuseau mitotique. Les extrémités des chromosomes sont appelées télomères. Toutes ces compactions permettent de compacter environ fois l ADN Les molécules d arn Différences avec l adn Les ARN ont certaines caractéristiques qui les opposent aux ADN L ose : c est un ribose dans les ARN (alors que c est un 2 -désoxyribose dans les ADN) Leur base : il n y a pas de thymine mais de l uracile Leur structure : le plus souvent plus courte et monocaténaire (un seul brin). Les règles d appariement (AT et CG) sont les même qu entre 2 brins d ADNLe seul changement est le remplacement de la thymine par l uracile (AU). Les différents types d arn On trouve 4 types d ARN sur le plan fonctionnel, servant à la synthèse protéique. 33

34 ARN ribosomiques : ARNr Ils forment avec des protéines ribosomiales : les ribosomes. Les ribosomes sont des particules situés dans le cytoplasme, parfois liés au réticulum cytoplasmique. Ils sont indispensables à la synthèse protéique. Chez les eucaryotes le ribosome est constitué de 2 sous unités : - Une petite avec 33 protéines et un ARNr - Une grande avec 50 protéines et 3 molécules d ARNr ARN messagers (ARNm) Ils portent un fragment d info génétique de l ADN jusqu au ribosome (où a lieu la synthèse des protéines). L ARNm est tout d abord synthétisé au contact de l ADN sous la forme d un transcrit primaire ou pré messager. Après maturation, l ARNm quittera le noyau. Cet ARNm a 4 particularités : o Il est plus court que le transcrit primaire o Son extrémité 5 possède un chapeau o Les riboses des premiers nucléotides sont méthylés en C2 o L extrémité 3 possède une queue de poly A qui stabilise cet ARNm ARN de transfert : ARNt Ils transportent les acides aminés jusqu au ribosome et assure leur intégration dans la chaine protéique en cours de synthèse. Ils possèdent des nucléotides atypiques. La molécule monocaténiare (un seul brin) d ARNt se replie sur elle-même pour prendre un aspect général en «feuille de trèfle». Dans l espace cette feuille de trèfle se replie et prend une forme de «L». 2 sites ont une grande importance fonctionnelle : - L anticodon : triplet situé sur une boucle de l ARNt capable de fixer un triplet appelé codon sur l ARNm. - L extrémité 3 OH des ARNt se termine toujours par les mêmes nucléotides CCA. C est à cet endroit que se fixera l acide aminé à transporter. Les petits ARN nucléaires : ARNsn (sn = small nuclear) qui ont un rôle dans la maturation des ARNm 34

35 35

36 SEANCE 3 : Biochimie (2) La biochimie métabolique traite de l ensemble des réactions chimiques ayant lieux dans un organisme vivant, dans le but de : synthétiser des molécules d intérêt éliminer des molécules toxiques produire de l énergie Afin d aborder ces réactions biochimiques, vous retrouverez des notions que vous allez aborder en chimie générale en début de semestre (cinétique, thermodynamique, ) soyez donc attentifs! Dans un premier temps pour cette pré-rentrée nous laisserons de côté la cinétique pour se concentrer surtout sur l aspect thermodynamique (énergétique) des réactions qui vont composer le métabolisme. Puis dans un second temps nous aborderons les principales voies du métabolisme énergétique, en montrant qu elles peuvent varier en fonction du temps. 10.Bases de bioénergétique A. Les réactions chimique Une voie métabolique (ex : la glycolyse) va être caractérisée par : un réactif initial un produit terminal des étapes intermédiaires ATP ADP+Pi des enzymes un bilan énergétique une localisation (Tissulaire et cellulaire) Réactif Enzyme(s) R P1 P2 P3 Pf E1 E2 E3 Ef Produit Le bilan énergétique d une réaction se calcul grâce à la variation d enthalpie libre (G), c est-à-dire la différence d énergie libre* entre les produits et les réactifs. (E - E ) produits réactifs 36

37 Si G Ça veut dire que: La réaction Traduction : La réaction est dite Négatif (<0) Les produits formés sont plus stables Exergonique Libère de l énergie Positif (>0) Les produits formés sont plus instables Endergonique Nécessite un apport d énergie Nul (=0) Réactifs et produits sont d énergies égales A l équilibre * L énergie libre correspond à la partie «récupérable» («biologiquement disponible») de l énergie totale mise en jeux au cours d une réaction. Le reste c est du «désordre». (G = H - TS ) B. L hydrolyse de l ATP L ATP est un nucléotide comportant 1 base azotée, 1 ribose et 3 phosphates. Les liaisons pyrophosphates liant les phosphates entre eux sont des liaisons instables, dites «riches en énergie». C est-àdire que lorsqu elles seront hydrolysées, elles vont libérer de l énergie. L hydrolyse de l ATP en ADP+Pi est donc une réaction exergonique. On peut aussi dire que les produits formés (ADP+Pi) sont plus stables que les réactifs (ATP+H2O). Pourquoi? Car pour maintenir des liaisons instables comme les liaisons pyrophosphates de l ATP, il faut leur apporter de l énergie, c est cette même énergie qui sera restitué durant l hydrolyse. (Principe du ressort) Si vous n avez pas tout compris, retenez simplement pour la suite que l ATP est notre véritable carburant, c est LA molécule qui va nous permettre de fournir l énergie nécessaire à notre fonctionnement. (contraction musculaire, réaction de synthèse, ) C. Le couplage Les réactions endergoniques sont des réactions qui sont thermodynamiquement impossibles, elles ne sont pas réalisables spontanément sauf si on leur apporte de l énergie. Une des manières d apporter de l énergie à une réaction endergonique, est de la coupler avec une réaction exergonique. (Comme l hydrolyse de l ATP) C est-àdire que l énergie libérée par la réaction exergonique. Voici ci-contre une façon non conventionnelle de se représenter les choses. Juste pour comprendre. réaction 1 endergonique R1 R2 A A est plus stable que B ATP + H2O ATP est plus instable que ATP B ADP + Pi Thermodynamiquement IMPOSSIBLE (ΔG1 > 0) ENERGIE!!!! (ΔG2 < 0) réaction 2 exergonique. Si G1 + G2 < 0 alors le couplage rendra possible la réaction 1. COUPLAGE ATP + H2O A ADP + Pi Énergie Thermodynamiquement POSSIBLE B (Si ΔG1 + ΔG2 < 0) 37

38 Voici l exemple d une réaction endergonique (pour montrer ce qui se passe en réalité): ac glutamique -> glutamine On va observer la formation d un intermédiaire réactionnel, très éphémère et très instable. (=riche en énergie) Qui va pouvoir être crée grâce au transfert du phosphate de l ATP vers l acide glutamique. (Phénomène spontané grâce à l hydrolyse de l ATP) Cet intermédiaire va évoluer spontanément vers la formation de glutamine. 11.Les grandes voies métaboliques A. Introduction Métabolisme = Ensemble des réactions chimiques couplées et coordonnées assurant les conversions moléculaires. Les voies du métabolisme peuvent être classées en deux catégories : Voies de Energie Réactions Exemple ANABOLISME Synthèse Consommée Réduction Glycogenogenèse, traduction, CATABOLISME Dégradation Produite Oxydation Glycolyse, beta-oxydation, B. Les grandes voies du métabolisme énergétique Afin de produire de l énergie sous la forme de la synthèse de molécules d ATP, plusieurs voies vont être décrites. Chaque voie catabolique (glycolyse, beta-oxydation, PDH, ) va produire à chaque fois un peu d ATP. Néanmoins, le processus ultime qui va significativement produire de l énergie, c est la chaîne respiratoire, se déroulant au cœur de la mitochondrie. Nous ne rentrerons pas dans les détails de son mécanisme ici. Néanmoins sachez qu elle va récupérer des électrons qui ont été «perdus» par les substrats énergétiques (glucose, AG, ) au fur et à mesure de leurs oxydations cataboliques. (Vous verrez comment en cours) 38

39 Trois types de composés vont être utilisés comme réactifs pour produire de l énergie grâce à ces réactions métaboliques. Les glucides, les lipides et en tout dernier recours les protéines : LIPIDES GLUCIDES PROTEINES Triglycéride Glycogène Acide gras 11 Corps cétoniques Cholestérol Acetyl-CoA Glucose Pyruvate Cycle de Krebs Lactate Protéine Acide Aminé : Glycogenolyse 2 : Glycogènogenèse 3 : Glycolyse 4 : PDH (aérobie) 5 : (anaérobie) 6 : OSEF 7 : Cycle de Krebs 8 : Chaine respiratoire 9 : Lipolyse 10 : Estérification 11 : Beta-oxydation des acides gras 12 : Protéolyse 13 : Traduction 14 : Intégration de certains AA modifiés comme intermédiaire du cycle de Krebs Voici le schéma global que vous devrez connaitre pour bien resituer tous les éléments que vous allez étudier en cours dans le détail. Apprenez-le dès maintenant! ;) Ce n est pas figuré sur ce schéma, mais sachez que certains composés (quelques AA, les lactates et le glycérol par exemple) peuvent subir des transformations afin de donner du glucose. C est la NEOGLUCOGENESE. Nous reverrons par la suite pourquoi. Chaine respiratoire 8 ENERGIE C. Variations environnementales Ce modèle n est pas figé. Les équilibres qui sont représentés vont dépendre de l environnement de l organisme. En particulier de ses apports alimentaires et de sa consommation énergétique. En fonction de cela, le système va s adapter. Etudions deux situations opposées : En post-prandial : juste après un repas, notre glycémie et notre lipidémie (taux de glucose et de lipides dans le sang) sont en pleine augmentation. En réaction à cela, notre organisme va par le biais de mécanismes de régulations chercher à tout prix à les réduire. L insuline (une hormone) va être secrétée par le pancréas ce qui va stimuler la consommation à perte des tissus (glycolyse) et le stockage. du sucre sous forme de glycogène (glycogenogenèse) de lipides sous forme de tri-glycérides dans les graisses (estérification, lipogenèse) En inter-prandial : c est-à-dire au moins 4H après un repas, prenons l exemple d un jeûne de durée croissante. Nous somme en hypoglycémie, c est alors la sécrétion de glucagon qui prédomine. Ceci a pour effet avant tout de restaurer la glycémie, mais aussi d économiser l utilisation du glucose pour produire de l énergie. Pour cela le glucagon va va : 39

40 stimuler la fabrication de glucose (NEOGLUCOGENESE ) faire un déstockage de ses réserves (glycogenolyse, lipolyse) si le jeune se prolonge, stimuler les voies non glucidiques de la production énergétique (betaoxydation puis dans le pire des cas : protéolyse) Petit conseil sur cette dernière partie essayez de concevoir un tableau récapitulatif pour vous aider à mémoriser. La biochimie c est certes du par cœur, mais c est surtout de la compréhension. Plus tôt vous apprendrez à ficher vos cours, à vous les approprier en faisant des synthèses claires sous forme de schémas, de tableaux, Nb : cercle gris = membrane cellulaire - et cercle rose = membrane mitochondriale 40

41 UE 3 Physiologie n 1 : le milieu intérieur La physiologie est l étude du fonctionnement des organes. I. Les secteurs de l organisme L eau totale représente 60% du poids du corps (variable en fonction de l âge, du sexe et de la masse grasse). Elle est répartie entre : Le secteur intracellulaire pour ses 2/3. Le secteur extracellulaire pour son dernier tiers. Le secteur extracellulaire apporte les nutriments et élimine les déchets. Il est divisé entre : Le secteur plasmatique qui représente ¼ du liquide extracellulaire. Le secteur interstitiel qui représente les ¾ de celui-ci. Il comprend la lymphe, le liquide céphalo-rachidien, intraoculaire, de l oreille interne et des séreuses. Il existe une transmission de nombreux messages entre tous les secteurs. 1. Secteur plasmatique (valeurs à connaître) La composition ionique du secteur plasmatique est évaluée par le ionogramme sanguin ou ionogramme de Gamble. Il ne prend en compte que les éléments chargés. Cations Anions Na + = 142 meq/l Cl - = 103 meq/l K + = 5 meq/l - HCO Mg 2+ 3 = 27 meq/l = 1,5 meq/l Protéines = 17 meq/l Ca 2+ = 5 meq/l 153,5 meq/l 147 meq/l Il y a g/l de protéines dont : o g/l d albumine o g/l de globulines) Osmolalité plasmatique normale 301,2 mosmol/l 2. Osmolarité/osmolalité 2.1 Définitions L activité osmotique d une solution est représentée par le nombre de particules solubles dans cette solution Pour un composé qui ne se dissocie pas : 1mmol = 1 mosm Pour un composé qui se dissocie il faut faire attention au coefficient de dissociation. Ex du NaCl : dissociation complète : 1mmol = 2 mosm Dissociation à 90% : 10 mmol = 19 mosm 41

42 Osmolalité : c'est la quantité de solutés par kg d eau (solution sans les protéines) Osmolarité : c est la quantité de solutés par litre de solution (eau + protéines) 2.2 Valeurs utilisées en médecine L osmolalité efficace ne prend en compte que les substances ne traversant pas la membrane, qui sont séquestrées dans un secteur et donc responsables de transferts d eau. Osmolalité calculée = 2 x [Na] + [Urée] + [Glucose] Ecart osmotique = Osmolalité mesurée (avec un osmomètre) Osmolalité calculée Il est normalement autour de 10 à 20 mosm.kg -1. S'il est augmenté c est qu il y a présence d une substance osmotiquement active non dosée habituellement, il faut alors suspecter une intoxication (éthanol, méthanol ). 3. Mesure des secteurs La mesure des secteurs se fait par dilution d un traceur radioactif ou d un colorant. On injecte une quantité connue de marqueur. On fait un prélèvement et on détermine la concentration du marqueur dans ce prélèvement. On en déduit ensuite le volume total de dilution Quantité du marqueur injectée grâce à la formule : Volume Concentration du prélèvement 4. Hématocrite Volume des globules rouges Hématocrit e Volume sanguin total L hématocrite doit normalement être entre 40% et 50%. II. Les échanges entre les secteurs Ils se font selon des gradients de concentration. Lorsque deux secteurs liquidiens avec des concentrations ioniques différentes sont séparés par une membrane semi-perméable stricte (laisse seulement passer l eau), il apparaît un gradient de concentration allant du secteur le moins concentré vers le plus concentré. Le transfert d eau se fait dans le sens du gradient. Si la membrane est perméable aux ions, ceux-ci se déplacent dans le sens contraire du gradient. Lors d une modification de l osmolalité dans un secteur, on observe un transfert d eau du secteur le moins concentré vers le plus concentré. 1. Entre secteur intracellulaire et secteur interstitiel Les transferts d eau se font par les aquaporines. Ce sont des canaux membranaires qui facilitent les mouvements d eau : il s agit d un passage passif sans consommation d énergie. Au niveau du rein, on trouve les aquaporines 2, régulé par l ADH. Il existe également des transferts ioniques entre ces deux secteurs. 2. Entre secteur interstitiel et secteur plasmatique La pression hydrostatique est la force exercée par l eau contre une paroi alors que la pression oncotique 42

43 est une force exercée par les protéines qui rappelle l eau. Les pressions interstitielles sont négligeables devant les pressions intra-capillaires. La pression hydrostatique tend à faire sortir l eau du capillaire tandis que la pression oncotique tend à la faire entrer (car les protéines sont dans les vaisseaux essentiellement). Pression hydrostatique interstitielle Pression hydrostatique intra capillaire Pôle artériolaire Pression oncotique interstitielle Pression oncotique intra capillaire Pôle veinulaire Au pôle artériolaire, la pression hydrostatique est supérieure à la pression oncotique. On observe donc une sortie de liquide du secteur intra-vasculaire vers le secteur interstitiel : c est la filtration. Au pôle veinulaire, la pression oncotique estsupérieure à la pression hydrostatique. On observe donc une rentrée de liquide du secteur interstitiel vers le secteur intra-vasculaire : c est la réabsorption. 90% de l eau rentre dans le pôle veinulaire et 10% rejoins la circulation lympahtique. III. La régulation hormonales 1. L hormone antidiurétique : ADH ou AVP Elle est sécrétée par des neurones du complexe hypothalamo-hypophysaire sensibles au l état d hydratation et possède des récepteurs au niveau rénal, au niveau des aquaporines 2. En cas de déshydratation, il y aura sécrétion d ADH (ou AVP) qui stimulera l aquaporine 2 : le rein réabsorbera donc l eau. Cette hormone permet donc la rétention d eau. Lorsque l on retient uniquement de l eau, on augmente le secteur intra-cellulaire. 2. Le système Rénine Angiotensine Aldostérone (SRAA) Ce système permet la réabsorption de sodium et d eau par le rein. Il comprend : - une enzyme : la rénine - une protéine : l angiotensine - une hormone : l aldostérone (produite par les glandes surrénales) 43

44 3. L Atrial Natriuretic Peptide: ANP Elle est synthétisée par l oreillette droite du cœur et permet l élimination d eau et de sodium. En cas d hyperhydratation, l oreillette droite sera distendue et synthétisera l ANP : cela augmentera la natriurèse du rein et inhibera la production d aldostérone par les surrénales. IV. Conclusion L osmolalité extracellulaire conditionne en partie le volume intracellulaire. Le pool hydrosodé conditionne en partie le volume extracellulaire. Le déficit ou l excès en eau uniquement est régulé par l ADH. Le déficit ou l excès en liquide extracellulaire est régulé par le SRAA en cas de diminution et par l ANP en cas d augmentation. V. Mais à quoi ça sert en santé? 1. Comment évaluer l hydratation d un patient? Secteur Signes de déshydratation Signes d hyperhydratation Global Soif Perte de poids Prise de poids Volume plasmatique Diminution de la pression artérielle Veines jugulaires gonflées Augmentation de la pression artérielle Diminution de l élasticité cutanée Œdèmes Secteur Hémoconcentration Hémodilution extracellulaire Augmentation de l hématocrite Diminution de l hématocrite Secteur intracellulaire 2. Thérapeutiques Confusion voir troubles de la conscience Hypernatrémie Réhydratation per os : o Eau pour le secteur intracellulaire. o Eau et sodium pour le secteur extracellulaire. Confusion voir troubles de la conscience Hyponatrémie Réhydratation intraveineuse : 44

45 o Glucose 5% pour le secteur intracellulaire. o NaCl isotonique à 9 pour le secteur extracellulaire. En cas d hyperhydratation : o Restriction hydrique pour le secteur intracellulaire. o Restriction hydrosodée ou salidiurétique pour le secteur extracellulaire. 45

46 UE 3 Physiologie n 2 : phénomènes électriques membranaires I. Généralités Il faut savoir que les milieux extracellulaire et intracellulaire sont électriquement neutres. Cependant, de part et d autre de la membrane des cellules, les charges ne sont pas réparties de la même façon. Du coté extracellulaire, contre la membrane il y a principalement des charges positives, et du coté intracellulaire des charges négatives. Cette différence de charges est responsable du potentiel de membrane, qui est de -75mV. Il existe au travers de la membrane des canaux ioniques, qui permettent les mouvements d ions à travers de cette membrane. Ils sont de deux types : Les canaux de fuite, qui sont ouverts en permanence. Les ions se déplacent alors selon les gradients de concentration. La perméabilité de la membrane aux différents ions dépend du nombre de ces canaux. Les canaux régulés, qui s ouvrent et se ferment en fonction de différents stimulis (hormone, étirement, potentiel de membrane, phosphorylation). Ces canaux peuvent être soit ouverts, soit fermés soit sous forme réfractaire, c est-à-dire qu il est fermé mais qu il ne peut pas être ouvert immédiatement, il doit d abords repasser par la forme fermée. Pour étudier les canaux ioniques on utilise la méthode du patch clamp. Cette technique consiste à isoler avec une micropipette un canal. On stimule ensuite ce canal et on voit sa réaction en mesurant le courant électrique produit. Cela a permis de voir que les canaux s ouvraient selon la loi du tout ou rien (soit ouvert, soit fermé) et que la probabilité d ouverture augmentait avec l intensité de la stimulation. II. Potentiel de repos Ce potentiel est dû à : L asymétrie de la répartition des ions de part et d autre de la membrane La plus ou moins grande perméabilité de la membrane à certains ions La pompe Na + /K + qui fait sortir 3 Na + de la cellule pour faire entrer 2 K +, créant ainsi un déséquilibre de charge 46

47 Ce potentiel de repos est en équilibre dynamique, c est-à-dire qu il y a sans arrêt des échanges à travers la membrane, mais qui se compensent. Remarque : le nombre d ions échangés est faible comparé aux nombres d ions dans les secteurs. Il n y a donc pas de changement dans les concentrations. La modification des potentiels membranaires peut se faire soit par une modification des concentrations ioniques des secteurs (situation plutôt pathologique), soit par une modification de la perméabilité membranaire (situation habituelle) III. Potentiel d action Les potentiels d action sont des variations de potentiel de membrane de cellules excitables. Celui-ci est dû à des mouvements au travers de canaux voltage dépendants de : Na + et K + : on parle de potentiel d action sodique Ca 2+ et K + /Na + : on parle de PA calcique 1. Potentiel d action sodique Ce potentiel a été mis en évidence sur les axones des neurones. Il se décompose en plusieurs temps. 1 : Après la stimulation, il y a un temps de latence avant l ouverture des canaux ioniques. 2 : Les canaux sodiques s ouvrent les premiers, entrainant une entrée de Na + dans la cellule. Cela provoque la dépolarisation de la membrane. 3 : Les canaux potassiques s ouvrent peu après, entrainant une sortie de K + de la cellule. 4 : Rapidement les canaux sodiques s inactivent spontanément, ce qui fait qu il n y a plus que la sortie de K +. Il y a alors repolarisation de la membrane. 5 : Cette repolarisation continue jusqu à ce qu il y ait une hyperpolarisation de la membrane, en dessous du potentiel de repos. 6 : Les pompes Na + /K + rétablissent ensuite le potentiel de repos. Suite au potentiel d action, il y a une période réfractaire tout d abord absolue (pendant laquelle il ne peut y avoir aucun PA) puis relative (où une forte stimulation peut entrainer un PA). Cette période dure 47

48 jusqu au potentiel de repos. 2. Potentiel d action calcique Il permet notamment la contraction cardiaque automatique. La phase 0 correspond à l entrée de Na +, la dépolarisation. La phase 1 est une repolarisation rapide due à la fermeture des canaux sodiques et à l ouverture des canaux potassiques. La phase 2 est la phase de plateau, où la repolarisation est ralentie par l entrée de calcium dans la cellule. La phase 3 est une repolarisation plus rapide suite à l inactivation spontanée des canaux calciques. La phase 4 est un retour au potentiel de repos. 3. Initiation des potentiels d action Le potentiel d action se déclenche quand le potentiel de membrane atteint un seuil qui a stimulé et donc ouvert un nombre suffisant de canaux sodiques voltage dépendants. Tant que ce seuil n est pas dépassé, il n y a pas de PA. Ce phénomène peut être spontané, comme dans les cellules cardiaques ou certaines cellules nerveuses. Il peut aussi être induit par un phénomène extérieur 4. Propagation du potentiel d action Elle se fait en théorie dans toutes les directions, de proche en proche. 48

49 UE 3 Physiologie n 3 : physiologie cardiovasculaire Le but est d assurer une perfusion adaptée à chaque organe. I. Anatomie du cœur Notions de base pour ne pas vous emmêler Le cœur comporte 2 oreillettes (ou auricules) et 2 ventricules, à droite et à gauche. L oreillette droite (OD) est séparée du ventricule droit (VD) par la valve tricuspide et l OG du VG par la valve mitrale. Le VD s ouvre sur l artère pulmonaire avec la valve pulmonaire ; et le VG sur l aorte avec la valve aortique. II. Cycle cardiaque Systole isovolumétrique Elle correspond à la contraction du ventricule mais avec les valves fermées. Il y a donc augmentation de la pression dans le ventricule Systole éjectionnelle La pression du ventricule devient supérieure à la pression dans l artère. La valve s ouvre, laissant passer le sang. Diastole isovolumétrique La pression dans le ventricule redevient inférieure à celle dans l artère, ce qui entraine la fermeture de la valve. 49

50 Le ventricule se relâche, ce qui abaisse la pression ventriculaire. Diastole remplissage La pression ventriculaire devient inférieure à celle régnant dans l oreillette. La valve mitrale ou tricuspide s ouvre, permettant le passage du sang. C est le remplissage passif. A la fin l oreillette se contracte, c est le remplissage actif. Remarques : Il existe une systole et une diastole pour les ventricules et les oreillettes. Quand ce n est précisé, on parle des ventricules. Le cœur droit fonctionne de façon synchrone avec le cœur gauche avec un léger décalage et des pressions plus basses. III. Débit cardiaque Il s agit du volume de sang éjecté par chaque ventricule par unité de temps (L/min). Il est normalement le même entre les deux ventricules. Il dépend des propriétés du cœur et du retour veineux. Q = VES x FC Avec Q le débit, V ES le volume d éjection systolique en L et FC la fréquence cardiaque en min -1 Au repos le débit est de 5 à 6 L/min. Il est influencé par la position, les émotions, l exercice physique, la grossesse, l altitude et la morphologie. 50

51 UE 3 Exercices de physiologie D après le ionogramme sanguin suivant, indiquer les propositions exactes : Na+ = 170 mmol/l Protéinémie = 60 g/l Hématocrite : 45 % A. Le patient présente une hyperhydratation extracellulaire. B. Le patient présente une hyperhydratation intracellulaire. C. Le patient présente une déshydratation extracellulaire. D. On peut observer une activation du SRAA chez ce patient. E. On peut le traiter en lui perfusant de l eau distillée. D après le ionogramme sanguin suivant, indiquer les propositions exactes : Na+ = 140 mmol/l Protéinémie = 80 g/l Hématocrite : 58 % A. Le patient présente une déshydratation extracellulaire. B. Le patient présente une hyperhydratation intracellulaire. C. Le patient présente une hyperhydratation extracellulaire. D. On peut observer une augmentation de l ANP chez ce patient. E. On peut le traiter en lui faisant boire de l eau salée. D après le ionogramme sanguin suivant, indiquer les propositions exactes : Na+ = 140 mmol/l Glycémie : 5 mmol/l Urée : 5 mmol/l Protéinémie = 66 g/l Hématocrite : 42 % Osmolalité mesurée : 320 mmol/l A. Le patient est normalement hydraté. B. L osmolarité calculée est de 150 mmol/l. C. L osmolarité calculée est de 300 mmol/l. D. L osmolarité calculée est de 290 mmol/l. E. L écart osmotique est normal. D après le ionogramme sanguin suivant, indiquer les propositions exactes : Na+ = 142 mmol/l Glycémie : 5 mmol/l Urée : 5 mmol/l Protéinémie = 55 g/l Hématocrite : 35 % A. Le patient présente une déshydratation extracellulaire. B. Le patient présente une hyperhydratation extracellulaire. C. Le patient présente une hyperhydratation intracellulaire. D. On peut observer une augmentation de l AVP chez ce patient. E. On peut le traiter en lui perfusant de l eau avec du NaCl à 9. 51

52 D après le ionogramme sanguin suivant, indiquer les propositions exactes : Na+ = 170 mmol/l Protéinémie = 60 g/l Hématocrite : 45 % A. Faux, car la protéinémie et l hématocrite sont normales. B. Faux, c est une déshydratation intracellulaire car la natrémie est élevée (normale : 142 mmol/l) Dire aussi que pour les ions monovalents 1mmol = 1meq C. Faux, voir A D. Faux, le SRAA s active en cas de déshydratation EC. Ici on a une élévation de l ADH (AVP) E. Faux, perfusion d eau avec 5% de glucose (eau distillée = gros problème!!) D après le ionogramme sanguin suivant, indiquer les propositions exactes : Na+ = 140 mmol/l Protéinémie = 80 g/l Hématocrite : 58 % A. Vrai, car protéinémie et hématocrite élevées. B. Faux, car natrémie à peu près normale C. Faux D. Faux, car l ANP permet d éliminer de l eau et du sodium donc de réduire le secteur EC. C est le SRAA qui est activé. E. Vrai D après le ionogramme sanguin suivant, indiquer les propositions exactes : Na+ = 140 mmol/l Glycémie : 5 mmol/l Urée : 5 mmol/l Protéinémie = 66 g/l Hématocrite : 42 % Osmolalité mesurée : 320 mmol/l A. Vrai, car natrémie, protéinémie et hématocrite normales. B. Faux : 140x = 290 (ne pas oublier le «x2») C. Faux (que le Na multiplié par 2) D. Vrai E. Faux, il est de 30 mmol/l (normal : 10 à 20) D après le ionogramme sanguin suivant, indiquer les propositions exactes : Na+ = 142 mmol/l Glycémie : 5 mmol/l Urée : 5 mmol/l Protéinémie = 55 g/l Hématocrite : 35 % Osmolalité mesurée : 326 mmol/l A. Faux, car hématocrite et protéinémie abaissées. B. Vrai C. Faux, natrémie élevée donc déshydratation IC. D. Faux E. Faux, salidiurétique et restriction en sel 52

53 UE 3 Biophysique sensorielle Cours 1 - I- LES ONDES 1. Les ondes c est la base!!! Les ondes sont des perturbations qui se propagent dans un milieu, cette propagation a pour propriétés de transporter de l énergie, mais il n y a surtout pas de transport de matière!!! Il existe ainsi plusieurs types d ondes : les ondes mécaniques qui nécessitent un milieu matériel pour se propager, c est-à-dire qu elles ne se propagent pas dans le vide ; c est le cas des ondes sonores. Il existe de plus des ondes électromagnétiques qui, elles, peuvent se propager dans le vide, telles les ondes lumineuses. Pour ce faire, la source doit être dans un état vibratoire et on considèrera qu elle se propage dans un milieu homogène (identique en toute part) et isotrope (avec les mêmes propriétés dans toutes les directions), pour quelle se propage en ligne droite. L onde peut être progressive si elle se propage dans un milieu infini. L onde peut être plane, si les fronts d ondes sont des plans infinis perpendiculaires à la direction de propagation. L onde possède différentes propriétés, il s agit de sa périodicité temporelle et spatiale, sa direction, son sens de propagation. La périodicité temporelle correspond à la fréquence mesurée en Hertz, ce qui correspond au nombre de vibrations par secondes de la source. De plus la période, étant l inverse de la fréquence, correspond à la durée en seconde d une vibration entière. La périodicité spatiale correspond à la vitesse, plutôt utilisée sous le terme de célérité de l onde. La longueur d onde λ, elle, correspond à la distance parcourue par l onde pendant une durée égale à une période, selon la formule : De plus la phase Φ est une grandeur angulaire indiquant la valeur instantanée dans le cycle d une grandeur physique. Par exemple, deux points séparés par un multiple entier de 2π vont être en phase (comme les points 1 et 2), alors que deux points séparés par + ou - π vont être en opposition de phase (comme les points 3 et 4). Le vecteur d onde caractérise le sens et la direction de propagation des ondes. Il faut également savoir que les ondes périodiques peuvent être sinusoïdales ou non ; dans le cas où une onde n est pas sinusoïdales, cette onde est alors la somme de plusieurs ondes sinusoïdales, elle possède alors plusieurs fréquence, dont la fréquence d ordre un est noté la fondamentale, et les autres fréquences sont les harmoniques, multiples entiers de la fondamentale. Cependant l onde périodique non sinusoïdale n a qu une seule période, celle de sa fondamentale. 53

54 2. Phénomènes affectant la propagation. La réfraction d une onde est un phénomène qui modifie la direction de propagation del onde lorsqu ellechange de célérité en traversant une interface séparant deux milieux différents, dont chacun possède un indice de réfraction noté n. L onde est alors dite réfractée. L interface forme alors une droite avec de part et d autre de cette droite un plan d incidence et un plan de réfraction. Les angles d incidence a et de réfraction a sont alors mis en relation par la fameuse loi de Snell-Descartes, tel que : La diffraction est un phénomène qui s observe lorsqu une onde rencontre un obstacle de taille voisine ou inférieure à la longueur d onde de cette onde, sinon l onde contournera cet obstacle. Si la diffraction s effectue à travers une fente circulaire, on observera derrière une tache centrale appelée tache ded Airy entourée successivement d anneaux noirs (ou anneaux d extinctions) et brillants. Si la diffraction s effectue à travers une fente rectangulaire, on observera derrière une tache centrale avec sur ses côtés d autres taches dont la disposition sera perpendiculaire par rapport à la fente. La diffraction de la lumière à travers deux fentes va créer deux sources de lumières cohérentes. Il va y avoir interférences entre les ondes des deux faisceaux lumineux, c est l expérience de Young. Si les ondes sont en phase, il y aura addition de leurs amplitudes avec formation d une interférence constructive qui formera une frange lumineuse. Si les ondes sont en oppositionde phase, il y aura annulation de leurs amplitudes avec formation d une interférence destructive qui formera une frange sombre. 54

55 I- L AUDITION 1. Notions anatomiques et histologiques L'oreille est divisée en trois grandes parties : l'oreille externe, l'oreille moyenne et l'oreille interne. Le son est capté par le pavillon au niveau de l'oreille et se dirige ensuite dans le conduit auditif externe (CAE) : ces éléments constituent l'oreille externe. Le son se propage via l'air. Il arrive au tympan qui est une membrane faisant la séparation entre l'oreille externe et moyenne. Le tympan vibre et va mettre en mouvement les osselets de l'oreille moyenne : le marteau, l'enclume et l'étrier. Le son ne se propage donc plus par l'air mais par les osselets! L'oreille moyenne amplifie le son de 30%. Enfin, l'étrier va aller taper au niveau de la fenêtre ovale de la cochlée qui est l'un des constituants majeurs de l'oreille interne. Cela va alors entrainer des mouvements d'un liquide dans cet organe : le son se propage alors par les liquides! La conduction sonore se fait donc d'abord par l'air, puis par les os, et enfin par le liquide. Ce schéma simplifié nous montre que la cochlée est traversée par de nombreux canaux qui comprennent tous une rampe vestibulaire, une rampe moyenne (ou canal cochléaire) et une rampe tympanique. La rampe vestibulaire et la rampe tympanique sont remplies d'un liquide appelé périlymphe (de nature plutôt extracellulaire, donc riche en Na+ et Cl-)et le canal cochléaire est, lui, rempli d'endolymphe (de nature plutôt intracellulaire, donc riche en K+). La rampe vestibulaire commence par la fenêtre ovale, là où vient taper l'étrier qui est le dernier élément de la chaine des osselets de l'oreille moyenne. Elle se finit au fond de la cochlée que l'on appelle l'hélicotrème. Celui-ci fait communiquer la rampe vestibulaire avec la rampe tympanique qui va elle se finir au niveau de la fenêtre ronde. Sur cette coupe schématique d'un des canaux de la cochlée, on voie que la rampe vestibulaire est séparée du canal cochléaire par la membrane de Reissneret que la rampe tympanique est séparée de ce canal par la membrane basilaire. Sur la membrane basilaire repose l'organe qui va permettre la transduction du signal sonore en signal électrique (neurosensoriel) : l'organe de Corti. Et c'est de cet organe que part le nerf auditif (ou vestibulo-cochléaire) qui va envoyer les informations (qu'a reçu l'appareil de Corti) au cerveau. 55

56 L'organe de Corti est relié à la membrane basilaire (comme montré sur le schéma). Il comprend une membrane tectorialequi le recouvre et il est composé de deux types cellulaires : les cellules ciliées externes (CCE) et les cellules ciliées internes (CCI). Les CCE sont les cellules ciliées les plus nombreuses dans l'organe de corti. Elles ont des cils qui sont solidaires à la membrane tectorialeet elles possèdent des propriétés contractiles. Les CCI, elles, ont des cils qui sont libres. Elles sont considérées comme des neurones car elles font synapse avec d'autres neurones pour, d'ailleurs, former le nerf auditif. Les CCE reçoivent des informations du cerveau par des voies efférentes (efférentes = du centre vers la périphérie) et les CCI, elles, reçoivent aussi des informations du cerveau mais en renvoient par le nerf auditif (= voie afférente = de la périphérie vers le centre). 2. Bases sur le fonctionnement de l'organe de Corti Lorsque l'étrier de l'oreille moyenne vient taper sur la fenêtre ovale de la cochlée, celui-ci va déclencher un mouvement liquidien de périlymphe qui fait alors vibrer transversalement la membrane basilaire en un point précis en fonction de la fréquence (en Hertz : Hz) de l'onde sonore (la fréquence détermine la tonalité du son = aiguë ou grave) et de sa puissance (en décibels : db) (la puissance conditionne l'intensité du son = fort ou faible). Les sons de fréquences aiguës déforment préférentiellement la région de la base de la membrane basilaire (près de la fenêtre ovale) et les sons de fréquences graves celle de l'apex (près de l'hélicotrème). Ce phénomène est à la base de la tonotopie passive : un point de la membrane basilaire = une fréquence. La membrane basilaire vibrant en un point précis va alors mettre en mouvement la membrane tectoriale. Celle-ci va alors rentrer en contact avec les cils des cellules ciliées interne avec une fréquence précise. Les CCI vont alors envoyer des potentiels d'action, avec la même fréquence, via le nerf auditif jusqu'au cerveau. Le neuromédiateur au niveau des CCI est le glutamate. Ce sont donc les cellules ciliées internes qui sont responsables du message auditif! Les cellules ciliées externes, elles, sont à l'origine du phénomène de tonotopie active. Leurs cils étant liés à la membrane tectoriale, elles peuvent moduler l'amplification des mouvements de la membrane tectoriale et donc des CCI. Elles en sont capables car elles possèdent des propriétés contractiles et reçoivent des informations du cerveau par des voies efférentes. Il s'agit en fait d'une sélection des fréquences. Exemple pour mieux comprendre : Vous rentrez dans une boite de nuit, il y a énormément de bruit. Vous n'arrivez pas à entendre ce que dit votre ami car le bruit de la boite couvre sa voie : c'est la tonotopie passive, vous prenez toutes les informations sonores sans sélectionner. Si vous vous concentrez un peu, vous arrivez à distinguer les sons de sa voie et finalement réussir à comprendre ce qu'il dit en prêtant beaucoup moins attention au bruit ambiant : c'est la tonotopie active, vous avez sélectionné certaines fréquences (notamment celles de la voix de votre ami) grâce au travail des cellules ciliées externes! Il y a donc deux composantes dans l'audition : la tonotopie passive et active! 56

57 Petite information : la contraction des cellules ciliées externes émet des ondes sonores qui sont responsables des otoémissions acoustiques. Elles sont mesurables en pratique pour évaluer l'intégrité de l'oreille interne notamment chez les nouveaux nés, où ce test sert de dépistage pour la surdité. Normalement, ces otoémissions acoustiques ne sont pas audibles par la personne. 3. Notions d'audiométrie et de psycho-acoustique Le son possède différentes caractéristiques physiques qui correspondent à des sensations que l'on perçoit : La tonie = (Fréquence en Hz) :Il s'agit de la qualité physiologique permettant de reconnaitre un son aigu ou grave. Il dépend de la fréquence. Il existe différentes unité de tonie : - octave : rapport de fréquence = 2. exemple : un son de fréquence = 16 Hz et un autre son de fréquence = 32 Hz, il y a un octave d'intervalle entre ces deux sons! - Savart : 1 octave = 301,03 savart - Cent= ¼ savart - Comma= 5,4 savart La sonie = (Puissance en db): Il s'agit de la qualité physiologique qui permet de dire si un son est faible ou fort. Il dépend de la puissance acoustique (en W) du son. Il existe deux unités de sonie : - le phone : cela correspond à la puissance en db (W.m²) mesurée à 1000 Hz - le sone : 1 sone = 40 phones - Le timbre = (spectre) : Il s'agit d'une perception sensorielle complexe faisant appel à des qualificatifs divers (son «clair», «rond», «aigre», ). Il est lié au spectre d'amplitude des fréquences d'un son complexe (piano // trompette). L'étendue du spectre sonore chez l'enfant va de 15Hz à 20000Hz et de 20Hz à 10000Hz chez l'adulte avec un maximum dans les fréquences de 1000 à 4000 Hz. L'acuité auditive : c'est la possibilité d'entendre distinctement deux sons avec une différence de fréquences de 2 à 6 Hz. Cette acuité auditive diminue avec l'âge notamment après 60 ans dans les aigus : c'est la presbyacousie. Il est également important de comprendre une certaine chose : en fonction de la fréquence le seuil auditif n'est pas le même, le seuil auditif étant la plus petite intensité sonore provoquant une sensation. En effet, pour une fréquence de 50 Hz, le seuil auditif se trouve à 60 db, c'est-à-dire qu'à cette fréquence il faut une intensité égale à 60 db minimum pour entendre un son. Alors que dans les fréquences de la voix humaine (de 1000 à 4000 Hz), le seuil auditif est très proche de 0 db. (voir courbe ci-après). Le seuil douloureux d'intensité pour l'oreille humaine correspond à 120 db environs. 57

58 4. Explorations fonctionnelles auditives L'exploration fonctionnelle auditive permet d'évaluer l'audition d'une personne par différentes méthodes. Il est important de savoir que les méthodes utilisées sont soit subjectives, c'est-à-dire qu'elles reposent sur ce que la personne va répondre et non sur des mesures physiques claires comme les méthodes objectives. L'acoumétrie est une méthode subjective qui permet d'évaluer l'audition d'une personne pour chaque oreille. Il existe tout d'abord l'acoumétrie phonique qui est une méthode très simple : l'examinateur prononce des mots ou phonèmes (sons comme «ma» ou «to») à une distance variable du patient, et celui-ci doit les répéter correctement. L'étude se fait oreille par oreille, donc l'autre oreille doit être bouchée. Le patient ne doit pas voir l'examinateur. La voix chuchotée est normalement perçue à 6 mètres. Ensuite, il existe l'acoumétrie instrumentale qui nécessite l'utilisation d'un diapason. Cet instrument permet d'étudier différents types de conduction et donc différentes structures de l'oreille, ce qui permet de préciser l'étiologie (étude des causes) de la surdité (si surdité il y a!) : la conduction aérienne et la conduction osseuse. La conduction aérienne est la conduction normale, le son se propage en passant par l'oreille externe et l'oreille moyenne pour arriver à la cochlée de l'oreille interne. La conduction osseuse, elle, permet de propager le son sans le faire passer par l'oreille externe et moyenne. En effet, si on fait vibrer le diapason et si on le pose sur un os du crâne (la tempe, les dents ou même le haut du crâne), le son va directement arriver à l'oreille interne. Tandis que si le diapason est mis devant l'oreille, le son se propagera en passant par les voies normales de l'audition. - Si la conduction aérienne est altérée et la conduction osseuse ne l'est pas, on parle de surdité de transmission : soit l'oreille moyenne, soit l'oreille externe est atteinte. - Si la conduction aérienne et la conduction osseuse sont toutes les deux altérées, on parle alors de surdité de perception : l'oreille interne est atteinte (si elle est atteinte, peu importe d'où arrive le son, celui-ci sera mal perçu!) Il existe deux épreuves utilisant l'audiométrie instrumentale : l'épreuve de Weber et l'épreuve de Rinne. L'épreuve de Weber consiste à poser un diapason sur le haut du crâne du patient. Celui-ci nous expose ensuite de quelle oreille il entend le mieux. - Si l'audition est normale, la perception de la vibration sonore se situe au milieu du crâne : le test de Weber est «indifférent» - - Dans le cas d'une surdité de perception d'une oreille : le patient perçoit le son de l'autre oreille, le test est donc latéralisé du côté sain. - Dans le cas d'une surdité de transmission d'une oreille : le patient perçoit le son préférentiellement de cette oreille. En effet, l'atteinte de l'oreille externe ou moyenne protège l'oreille interne du bruit de fond extérieur! Le test est donc latéralisé du côté malade. L'épreuve de Rinne consiste à poser un diapason sur un os du crâne près de l'oreille du patient. Normalement, celui-ci perçoit un certain temps la 58

59 vibration sonore (conduction osseuse), et à la disparition du son, on met le diapason devant l'oreille (à 2 cm) et la personne perçoit à nouveau la vibration sonore (conduction aérienne) pendant environs 15 secondes (car l'oreille moyenne amplifie le son!) - Si l'audition est normale, la conduction aérienne (CA) est supérieure à la conduction osseuse (CO) car la personne perçoit plus longtemps le son par la CA. On dit que le Rinne est positif - En cas de surdité de perception, la CA est toujours supérieure à la CO car les deux conductions sont influencées par une atteinte de l'oreille interne. Le Rinne est donc positif. - En cas de surdité de transmission, la CO est supérieur à la CA car seule la CA est influencée par une atteinte de l'oreille moyenne ou externe. Le Rinne est donc négatif. Ces deux tests sont interprétables seulement si ils sont fait tous les deux! L'audiométrie est également une méthode subjective permettant d'évaluer l'audition mais d'une autre manière. On retrouve notamment l'audiométrie vocale : il s'agit de demander au patient de répéter une liste de 10 mots di-syllabiques émis à une intensité constante. On recommence pour différentes intensités avec une liste de 10 mots. On note le nombre (ou le pourcentage) de mots correctement répétés. Cela permet de déterminer le seuil d'intelligibilité qui correspond à l'intensité pour laquelle 50% des mots sont répétés correctement. Les sourds ont des seuils d'intensité élevées (pour de grandes intensité) et le maximum d'intelligibilité n'atteint pas 100% (Pour n'importe qu'elle intensité, ils ne répètent pas correctement 100% des mots). Ces données sont reportées sur un audiogramme vocal (voir ci-dessous). La courbe bleue correspond à une audition normale, tandis que la courbe rouge correspond à une audition anormale avec un seuil d'intelligibilité de 65 db et un maximum d'intelligibilité de 80%. Il existe enfin l'exploration électrophysiologiquequi comprend de nombreuses méthodes objectives permettant d'étudier l'audition d'une personne comme notamment les potentiels cochléaires composite (ou électrocochléogramme), les potentiels évoqués auditifs (PEA) et enfin les oto-émissions acoustiques (OEAs). 5. Aspect énergétique et règles de calcul Une onde véhicule de l'énergie qui est exprimée à la base en W.m-2 or nous avons l'habitude de voir les puissances en Bell ou en décibel et donc pour passer des W.m-2 en décibel il existe des règles de calcul: Sachant que Wo est la valeur de la puissance la plus faible audible par l'homme c'est à dire: W.m-2 Maintenant lorsqu'on double une puissance sonore on pourrait se dire qu'il suffit de doubler la valeur en db initiale pour avoir la puissance finale or cela est totalement FAUX. 59

60 Car si l'on a une enceinte à 60 db et qu'on rajoute une autre enceinte de 60 db le total ne sera pas 120 db!!! Pour pouvoir avoir la puissance il va falloir utiliser la formule ci-dessus: 1) 60 = 10 log(x ) et donc la puissance d une enceinte est de ) donc deux enceintes auront une puissance de 2x10-6 3) et donc la puissance de deux enceintes sera de 63dB (calcul avec la formule ci-dessus) Equivalence entre le nombre de sources sonores et la puissance sonore L x 2 L x 3 L x 5 L x 10 L / 2 L / 3 L / 5 L / Dans la 1è ligne, L représente la source lumineuse. Dans la 2è ligne on a la variation de puissance sonore. Par exemple prenons une source sonore de 20 db, ce tableau explique que si l on met 3 sources sonores identiques les unes à côté des autres, la puissance sonore sera alors de 20+5 soit 25 db. De même, si 100 sources sonores ont une puissance sonore de 78 db toutes ensembles, alors si on divise par 10 le nombre de ses sources, la puissance sonore résultante sera de soit 68 db. L ensemble des valeurs de puissance sonore de ce tableau peut être retrouvé en utilisant la formule cidessus. Exercices : Une source sonore L1 seule a une puissance sonore de 12 db, quelle sera alors la puissance sonore de 15 sources L1? 120 sources sonores L2 ont une puissance sonore de 89 db, quelle sera alors la puissance sonore de 20 sources L2? Une source sonore L3 seule a une puissance sonore de 0 db, quelle sera alors la puissance sonore de 50 sources L3? (voir le diapo pour la correction) NOTE FINALE Les bases anatomiques et histologiques sont fondamentales. Si elles sont apprises, cela sera beaucoup plus facile pour vous de comprendre des aspects plus complexes, car certains passages des cours que vous allez voir sont compliqués à saisir. Bon courage à vous tous! 60

61 UE 3 Biophysique sensorielle Cours 2 La biophysique sensorielle est une discipline qui intègre autant des notions de physique que des notions de biologie pour expliquer la mécanique sensorielle. Nous allons notamment exposer des connaissances de base sur les thèmes de la VISION et de l'audition. II- LA VISION 1. Notions anatomiques et histologiques Ces notions sont essentielles pour situer l'organe de la vision et ces différents composants que ce soit à l'échelle anatomique ou à l'échelle tissulaire (l'histologie étant l'étude des tissus!) Certains éléments sur ce schéma ne sont pas très importants pour ce que l'on va voir ici. Il faut surtout retenir que la lumière, avant d'arriver sur la rétine, va devoir traverser un certain nombre de structures : la cornée, l'humeur aqueuse, le cristallin et le corps vitré (ou humeur vitrée). La rétine est une sorte de prolongement du cerveau qui reçoit la lumière arrivant à l œil et qui transforme ce signal physique en un signal électrique compréhensible par le cerveau. Ce signal y est envoyé par le nerf optique. On parle de transduction lorsqu'un signal physique est changé en signal électrique par un récepteur sensoriel, bien que ce terme ne s'applique pas seulement pour ce cas. Chaque œil va envoyer des informations au cerveau par son nerf optique. Les deux nerfs vont alors, en arrière des yeux, se rassembler pour former un chiasma optique. Ainsi, les informations provenant des deux rétines sont séparées et vont ensuite être renvoyées vers le cerveau par des voies visuelles que l'on nomme tractus optiques. Ces voies vont passer par les corps genouillés latéraux qui sont des noyaux relais sur les voies de la vision. Les voies visuelles se nomment alors radiations optiques et vont se projeter dans le cortex visuel primaire qui se trouve dans le lobe occipital du cerveau : l'une des radiations optiques dans l'hémisphère droite et l'autre dans l'hémisphère gauche! 61

62 Donc lorsque l'on regarde le schéma de gauche, on voit bien, en suivant les voies visuelles (d'abord nerf, puis tractus et enfin radiations optiques), que le cortex visuel primaire droit intègre les informations provenant de la demi rétine nasale gauche et de la demi rétine temporale droite (en vert sur le schéma) et que le cortex visuel primaire gauche intègre, lui, les informations provenant de la demi rétine nasale droite et de la demi rétine temporale gauche (en rouge sur le schéma). Or, le champ visuel est décomposé en deux hémichamps: le droit et le gauche. Et c'est la demi rétine nasale gauche et la demi rétine temporale droite qui prennent en charge ce qui provient de l'hémichamp visuel gauche. Et inversement pour l'hémichamp visuel droit. Le cortex visuel primaire gauche intègre donc les informations de l'hémichamp visuel droit, et le cortex visuel primaire droit intègre les informations de l'hémichamp visuel gauche. C'est inversé! 2. Champs visuels Le champ visuel correspond à l'espace que peut percevoir un œil lorsque ce dernier fixe un point précis. Il est divisé en champ temporal et nasal. Mais il peut également être divisé en hémichamp droit et hémichamp gauche (comme dit précédemment). - ½ rétines nasales droite et gauche = champ temporal - ½ rétines temporales droite et gauche = champ nasal - ½ rétine nasale droite + ½ rétine temporale gauche = hémichamp droit - ½ rétine nasale gauche + ½ rétine temporale droite = hémichamp gauche. Tâche aveugle : il s'agit d'un point dans le champ visuel que l'on ne peut pas voir car celui-ci correspond à la naissance du nerf optique au niveau de la rétine que l'on appelle également papille optique! En ayant connaissance des différents champs visuels et des rétines responsables de leur vision, il est assez facile de voir quelles peuvent être les conséquences des lésions sur les voies de la vision! (voir schéma) 62

63 En matière d'histologie, une dizaine de couches cellulaires composent la rétine mais seulement certaines cellules nous intéressent ici : les cellules en cône et cellules en bâtonnet. Ce sont des cellules photo-réceptrices qui possèdent toutes les deux une substance chimique (protéine) appelée photopigment: la rhodopsine pour les bâtonnets et la iodopsinepour les cônes. C'est le segment externe qui contient cette protéine alors que le segment interne, lui, contient les organites (mitochondrie, appareil de golgi, réticulum endoplasmique,...) et le noyau cellulaire. Les bâtonnets sont mis à contribution pour la vision nocturne, c'est-à-dire la vision en noir et blanc. Les cônes eux sont utilisés pour la vision diurne en couleurs. Les cellules en bâtonnet sont les cellules photoréceptrices les plus nombreuses dans la rétine. En effet, la rétine possède en son centre ce que l'on appelle la fovéa qui comprend uniquement des cellules en cône : c'est l'endroit de la rétine où l'acuité visuelle est la plus élevée en vision diurne (l'acuité visuelle étant la capacité à discerner un petit objet situé le plus loin possible). Plus on s'éloigne de la fovéa pour aller vers la périphérie, moins il y a de cônes et plus il y a de bâtonnets. De plus, on distingue trois types de cônes en fonction de l'iodopsine de chacun. On parle alors de cônes S, M et Lcar l'un possède une iodopsine S, l'autre M et le dernier L. Ces différents photopigments absorbent différentes longueurs d'ondes (unité physique qui détermine la couleur de la lumière) correspondant à différentes couleurs. Le cônes S (S pour «small» correspondant à la longueur d'onde) possède donc un spectre d'absorption qui s'étend de 400 à 500 nm (BLEU), le cône M (pour «medium») possède un spectre d'absorption qui s'étend de 450 à 650 nm (VERT) et le cône L (pour «large») en possède un qui s'étend de 550 à 750 nm (ROUGE). 3. Contrôle végétatif de l œil Il faut savoir que l œil est innervé par différents nerfs permettant notamment son oculo-motricité extrinsèque (mouvements de l'œil à droite/gauche/bas/haut) et intrinsèque (pupille dilatée/rétrécie, cristallin qui converge/diverge). Cette motricité peut être volontaire, comme pour des mouvements extrinsèques de l œil, mais celle-ci peut être involontaire et dans ce cas on parle d'innervation végétative! Il en existe deux composantes : l'innervation sympathique et parasympathique. Ce sont deux circuits nerveux qui se différencient par leur origine et leurs effets sur l œil (il faut savoir que le système végétatif agit sur tout le corps humain et pas seulement sur l œil!). Les effets de l'innervation parasympathique : - myosis : rétrécissement de la pupille par contraction des muscles radiaires de l'iris. - Contraction du cristallin : convergence par contraction du muscle ciliaire. Les effets de l'innervation sympathique : - mydriase : dilatation de la pupille. 63

64 - Étirement du cristallin : divergence. Réflexe photomoteur: il s'agit d'un réflexe permettant l'ajustement automatique du diamètre de la pupille en fonction de l'éclairement. Et il est intéressant de savoir que lorsque l'on éclair un œil, celui-ci va donc avoir un réflexe direct photomoteurde myosis mais l'autre œil, qui lui n'est pas éclairé, va également avoir un réflexe de myosis que l'on appelle réflexe consensuel! Le nerf optique et le nerf oculomoteur interviennent dans le réflexe photomoteur direct mais c'est le nerf oculomoteur seul qui est responsable du réflexe consensuel. - Obscurité = mydriase - Lumière = myosis Information supplémentaire : L'étude du réflexe photomoteur permet de préciser la localisation de lésions sur les voies visuelles. Si le réflexe photomoteur direct et consensuel sont tous deux abolis, le nerf oculomoteur est atteint car seul son atteinte peut être responsable de l'abolition des deux réflexes. En revanche, si seulement le réflexe direct est aboli avec un réflexe consensuel préservé, alors il y a atteinte du nerf optique! 4. Exploration fonctionnelles visuelles Les explorations fonctionnelles visuelles permettent d'étudier de manière objective la vision d'une personne. Il existe différents examens permettant d'étudier différentes structures des voies de la vision! Nous allons en voir quelques-unes succinctement. L'examen de base consiste en un examen à lampe de poche de l œil pour examiner les structures externes de l œil telles que les paupières, la cornée, etc. On vérifie par la même occasion les réflexes pupillaires (myosis qui est un rétrécissement de la pupille, quand on approche la lumière de l œilet mydriase, qui est une dilatation de la pupille, qui s'observe dans l'obscurité). De plus, une simple lecture d'une fiche lettrée à une certaine distance permet de vérifier l'acuité visuelle du patient! L'exploration du cristallin et du fond de l œil sont également possible grâce à un outil que l'on appelle ophtalmoscope => Ce petit paragraphe en italique fait partie du Book de l UE3 mais n est plus étudié en PACES depuis quelques années. L'électrorétinogramme (ERG) est une technique qui permet d'étudier les réponses de la rétine à différents stimulus lumineux de différentes intensités et couleurs. En effet, il s'agit de différencier la réponse scotopique (lumière de faible intensité assimilée à la nuit) et photopique(lumière de forte intensité assimilée au jour) : ce sont les cônes qui réagissent à une stimulation photopiqueet les bâtonnets qui réagissent à une stimulation scotopique! Il faut également savoir que 64

65 pour étudier la réponse des cônes, on utilise une lumière de couleur rouge. On utilise une couleur plutôt bleu (les plus basses longueurs d'onde dans le visible) pour étudier les bâtonnets! Enfin, les informations électriques sont recueillies seulement au sortir de la rétine à l'aide d'électrodes placées sur la cornée et sur la peau sur les côtés de l œil(voir image en haut). Les potentiels évoquées visuels (PEV) consistent en l'étude de la modification du potentiel électrique à une stimulation visuelle. C'est donc l'ensemble du circuit visuel, de la rétine au cortex visuel, qui est exploré! On place un certain nombre de capteur sur le crâne du patient (on peut utiliser un encéphalogramme). La personne visualise alors des images de motifs alternées style «damier» et la réponse électrique est recueillie sur un graphique! 5. Optique géométrique Il faut savoir que lorsqu'un rayon arrive au niveau de l'œil il subit ce que l'on appelle la réfraction, c'est à dire qu'il va changer de trajectoire en venant frapper la surface de l'œil Ce phénomène est dû au changement de milieu de l'onde lumineuse et donc au changement d'indice de réfraction. Tous cela est régit par la loi de Descartes (vue en terminale) : Maintenant si l'on regarde d'un point de vue puissance, chaque œil possède une puissance propre qui s'exprime en dioptrie (1δ=1m-1, soit l inverse du mètre). L'œil humain a une puissance d'environ 60δ). Et cette puissance lui permet d'avoir un point que l'on nommera punctum proximum(pp) : point le plus proche vu distinctement au maximum de la puissance de l'œil. Il existe aussi un punctum remotum(pr): point le plus éloigné vu sans accommodation. Il faut aussi savoir que les distances sont négatives devant l'œil et positives derrières l'œil donc si le remotum est à 1,45m de l œil on dira qu'il aura un punctum remotum de -1,45m, il est aussi bon de savoir que chaque œil possède une accommodation (variation de la puissance) appelée A qui se calcul selon cette formule: cette formule vous permet donc le plus souvent soit de trouver l'accommodation ou alors au contraire la position du punctum proximum ou du punctum remotum. Exercice : Un sujet âgé de 72ans consulte en ophtalmologie ; on s aperçoit qu il ne peut pas voir nettement au-delà de 1.5m. Son amplitude maximale d accommodation est de 2 dioptries. Où se situe son puctum proximum? (voir correction sur diapo) 65

66 6. Les amétropies. Les amétropies sont les problèmes de la vision, c est-à-dire que le Remotum se trouve à une distance finie, au contraire de l emmétropie (bonne vision) où le Remotum se situe à une distance infinie (on considèrera une distance infinie lorsque celle-ci est supérieure à 5m). On étudiera ici surtout deux types d amétropies sphériques, il s agit de la myopie ainsi que de l hypermétropie (ou hyperopie). La myopie équivaut à un excès de puissance de l œil, celui-ci converge trop et l image d un point situé à l infini est alors formée en avant de la rétine, ce qui est loin est donc vu trouble et ce qui est près est vu nettement. Le punctum remotum (point conjugué de la rétine d un objet vu net sans accommodation) est situé devant l œil, à une distance finie inférieure à 0 car situé devant l œil. Ce problème se corrige donc par des lentilles divergentes. L hypermétropie équivaut à un défaut de puissance de l œil, celui-ci ne converge pas assez et l image d un point situé à l infini est alors formée en arrière de la rétine, rien n est vu nettement en l absence d accommodation, c est une vision fatigante. Le punctum remotum est situé derrière l œil, à une distance finie supérieure à 0 car situé derrière l œil. Ce problème se corrige donc par des lentilles convergentes. L astigmatisme est une amétropie non sphérique et correspond à une absence de stigmatisme. Le stigmatisme correspond à une cornée sphérique (tel un ballon de volley), alors que l astigmatisme correspond à une cornée non sphérique (comme un ballon de rugby) où les rayons ne convergeront pas tous sur la rétine. Les circonférences de la cornée forment des méridiens qui seront projetés en focales au niveau de la rétine (s il n y a pas d amétropie), c est-à-dire en point de convergence des rayons, dont le schéma ci-contre devrait mieux présenter cette notion un tant soit peu complexe. en focales horizontales. Les méridiens verticaux sont alors projetés Et les méridiens horizontaux sont projetés en focales verticales. On retrouve donc deux focales (une verticale et une horizontale), qui pourront entrainer différents types d astigmatismes en fonction de leur localisation. Il existe ainsi des astigmatismes simples s il n y a qu une seule des deux focales qui ne se situe pas sur la rétine, ou des astigmatismes composés si aucune des deux focales n est située sur la rétine. L astigmatisme peut être de type myopique si la focale est située en avant de la rétine, de typer hyperopique si elle est située en arrière de la rétine ou encore 66

67 mixte si une focale est située en avant de la rétine et l autre en arrière. Si l astigmatisme est simple, il est corrigé par des lentilles cylindriques. Si l astigmatisme est composé ou mixte, il est corrigé par des lentilles toriques. Les anomalies de la vision peuvent aussi toucher les couleurs, ces anomalies seront regroupées sous le terme de dyschromatopsies. Il en existe là aussi différents types, tels les monochromatopsies, c est le cas de la nyctalopie lorsque l on voit seulement par les bâtonnets. Il existe aussi la dichromatopsie qui est une vision bivariante due à l absence d un des 3 types de cônes. On retrouve les daltoniens pour lesquels la courbe de visibilité est déplacée vers les courtes longueurs d onde, donc plus vers les bleus. La trichromatopsie, elle, est une vision trivariante dans laquelle on peut voir les 3 couleurs primaires, mais avec des proportions différentes. La vision des couleurs est étudiée par le test d Ishihara cicontre. 67

68 UE 3 Biophysique des radiations - Cours 1. Généralités sur les rayonnements énergétiques 1.1. Les rayonnements Il existe deux sortes de rayonnements : Constitués de photons : Les photons n ont ni masse ni charge mais véhiculent de l énergie. Ce sont les constituants des rayons électromagnétiques (REM) encore appelés les rayons lumineux. Ces rayonnements photoniques portent différents noms selon l origine de leur émission : Les rayons X désignent les photons d origine électronique (ex : émission d un photon X lorsqu un électron descend à une couche électronique ayant un niveau énergétique inférieur). Les rayons (gamma) désignent les photons d origine nucléaire (ex : émission lorsqu un noyau se désexcite) Ces rayonnements photoniques ont un spectre énergétique discontinu c est-à-dire que pour un processus d émission donné, chaque photon emporte la même quantité d énergie (les photons ont donc tous la même longueur d onde pour une même transformation). Constitués de particules : Les particules ont toutes une origine nucléaire : elles sont toutes émises à partir d une désintégration nucléaire. Il en existe plusieurs sortes : particules β+ (positon), β- (électron), particules α et autres (protons ) Ces deux types de rayonnement (photonique et particulaire) sont deux formes différentes d un même processus : le transport de l énergie La relation masse-énergie Il existe une équivalence entre la masse (m)et l énergie (E) en faisant intervenir le carré de la vitesse de la lumière : E = mc² Pour utiliser cette formule : E est en joules (J), m est en kilogrammes (kg) et c est en mètres par seconde (m/s). (c = m/s) Une conversion d énergie en matière est ainsi possible et inversement. Ex : le défaut de masse : un noyau pèse moins lourd que tous ses constituants pesés séparément : le noyau est donc moins énergétique que ses constituants : il faudra apporter de l énergie au noyau pour le casser et créer la masse manquante pour obtenir ses constituants séparés Les unités en radioactivité Les rayonnements corpusculaires sont caractérisés par: Une masse (m): en uma. L unité de masse atomique étant plus adaptée que le kg pour les calculs en radioactivité 1 uma = 1/Na g = 1.66 x kg avec Na : le nombre d Avogadro Donc 1 uma correspond au 1/12 ème de la masse d un atome de carbone 12. Une charge (q): en coulomb (1.6x10-19 cb pour l électron) 68

69 Une énergie (E): en électron volt: 1 ev = 1.6x10-19 J Ces unités ne sont pas celles du système international : utiliser la formule E = m.c² pour obtenir l énergie équivalente à une masse n est pas possible sans faire les conversions nécessaires. Il existe cependant une expression essentielle pour le faire : 1 uma = MeV/c² c est-à-dire qu une masse de 1 uma correspond à une énergie de MeV. Les rayonnements photoniques n ont ni masse ni charge mais une énergie : E = h. = h.c/ Avec : Ν la fréquence du rayon lumineux h la constante de Planck c la célérité de la lumière λ la longueur d onde On en déduit que plus la longueur d onde du rayonnement est courte, plus il est énergétique. 2. Le noyau et ses caractéristiques 2.1. Présentation de l atome L atome désigne : un noyau central constitué de neutrons (charge nulle) et de protons (charge +). un cortège électronique : des électrons (charge -) gravitent autour du noyau. Le noyau X est noté : X A Z Z : nombre de protons, appelé numéro atomique ou nombre de charge N : nombre de neutrons A = Z + N : nombre de nucléons appelé nombre de masse Quelques définitions : Isotopes : plusieurs noyaux différents avec le même nombre de protons: même Z Isobares: plusieurs noyaux différents avec le même nombre de nucléons : même A Isotones : plusieurs noyaux différents avec le même nombre de neutrons : même N Isomères: plusieurs noyaux avec la même constitution des noyaux mais états d énergie différents Les isomères sont qualifiés de «métastables» si la durée de vie du noyau excité > s 2.2. Le défaut de masse et l énergie de liaison Un noyau pèse moins lourd que ses constituants séparés : cette différence de masse est appelée «défaut de masse» m. La masse d un noyau de Z protons et A nucléons est donc : M(A,Z) = Zm p + (A-Z)m n Δm La masse de l atome est définie par : M = Z.(m p+m e) + (A-Z).m n - Δm L énergie correspondant à ce défaut de masse est l énergie totale de liaison des nucléons : ΔE = Δm.c² 69

70 Il s agit de l énergie à apporter pour casser un noyau et le séparer en ses constituants. L énergie de liaison moyenne par nucléon ΔE/A informe sur la stabilité des noyaux : plus ΔE/A est élevée, plus le noyau est stable (car plus il faut d énergie pour éclater le noyau) 2.3. Stabilité des noyaux L énergie de liaison moyenne par nucléon désigne l énergie à apporter pour arracher un nucléon du noyau. Plus cette énergie est grande, plus le noyau est considéré comme stable. On distingue ainsi 3 catégories de noyaux selon leur stabilité : Les noyaux légers se stabilisent par fusion nucléaire. Par exemple, la fusion de 2 noyaux de Deutérium ( 2 D : E/A = 1 MeV/nucléon) en un noyau d hélium ( 4 He : E/A = 7 MeV/nucléon) libère 6 MeV/nucléon. Les noyaux intermédiaires sont les plus stables. Le Fer est le noyau le plus stable. Les noyaux lourds se stabilisent par fission nucléaire. Par exemple, la fission d un noyau d uranium (E/A = 7,3 MeV) en 2 noyaux plus légers (E/A = 8,3 MeV/nucléon) libère 1 MeV/nucléon. La stabilité des noyaux varie en fonction de leur répartition en neutrons (N) et en protons (Z). Il existe peu de noyaux stables : seulement 275. Pour qu un noyau léger soit stable, il faut que N=Z, exemple le carbone 12 (N=Z=6) Lorsque Z>20, il faut un excès de neutrons (N>Z) pour que le noyau soit stable afin de limiter l effet de répulsion coulombienne entre les protons. Dès que A > 209, tous les noyaux sont instables. Les noyaux instables sont dits radioactifs et vont se désintégrer spontanément : Les noyaux ayant un excès de neutrons réalisent une émission - Les noyaux ayant un excès de protons réalisent une émission + ou une capture électronique Les noyaux ayant un excès de neutrons et de protons réalisent une émission 70

71 3. Les transformations radioactives Des noyaux sont instables dès lors qu ils comportent un excès de neutrons et/ou de protons ou que leurs nucléons sont situés sur un niveau d énergie excité. Définition de la radioactivité : transformations (ou désintégrations) de noyaux instables aboutissant avec une émission d énergie à des noyaux (plus) stables. Il existe 3 types de transformations radioactives : Les transformations isobariques : le nombre de nucléons A du noyau fils reste constant par rapport au noyau père : -, +, Capture électronique. Les transformations par partition : A ne reste pas constant : fission du noyau ou départ d une particule Les transformations isomériques : A et Z constants mais le niveau d énergie nucléaire change : émission, conversion interne, création de paires (pas détaillées ici) La désintégration β - Elle a lieu lorsqu un noyau présente un excès de neutrons. Un neutron se transforme en un proton et un électron. Les particules émises sont un électron (particule β - ) et un antineutrino. L antineutrino est une particule sans masse ni charge mais emporte de l énergie. X(A, Z) Y(A, Z+1) + β - + antineutrino L énergie libérée par la réaction est partagée de manière aléatoire entre l antineutrino et l électron. Pour une désintégration donnée, l énergie totale libérée est toujours la même mais la répartition entre l énergie emportée par l électron et celle emportée par l antineutrino est aléatoire : l énergie emportée par chaque particule peut avoir n importe quelle valeur comprise entre 0 et l énergie totale libérée par la transformation. On dit que le spectre des particules est continu, celles-ci n ont pas toutes le même niveau d énergie lorsque l on compare plusieurs désintégrations identiques. L énergie finale libérée par la réaction est: Qβ - = Δm.c² =(m(a, Z) m(a, Z+1)).c² Y. NB : ici Δm ne correspond pas au défaut de masse mais à la différence de masse atomique entre X et La désintégration β - est une transformation isobarique: le nombre de nucléons reste constant La désintégration β + Due à un excès de protons. Un proton se transforme en un neutron et un positon. Les particules émises : un positon (particule β+) et un neutrino. Le neutrino : particule sans masse ni charge mais emporte de l énergie. 71

72 X(A, Z) Y(A, Z-1) + β + + neutrino L énergie libérée par la réaction est partagée de manière aléatoire entre le neutrino et le positon. On dit donc que le spectre des particules est continu pour les mêmes raisons que pour la désintégration -. L énergie finale libérée par la réaction est: NB : m e désigne la masse d un électron Qβ + =(Δm-2m e).c² =[(m(a, Z) m(a, Z-1))-2m e].c² Qβ + = (Δm-2m e).c² Qβ + = Δm.c² -2m e.c² Le but de la désintégration est que l état final soit moins énergétique que l état initial : il y a de l énergie qui est libérée donc le bilan énergétique est positif : Qβ + > 0 On a donc Δm.c² - 2m e.c² > 0 Soit Δm.c² > 2m e.c² La différence d énergie entre l état initial et l état final (Δm.c²) doit être supérieure à 2 fois l énergie de l électron (2m e.c²) : la transformation β + a donc un seuil de 2m e.c² (c est le minimum d énergie qui doit être libéré pour que la transformation β + soit réalisable) Il y a compétition entre cette transformation et la capture électronique. La désintégration β+ est une transformation isobarique: le nombre de nucléons reste constant La capture électronique Excès de protons Le noyau capture un électron de son cortège pour transformer un proton en un neutron : é + p n. Il y a une seule particule émise : le neutrino qui emporte la totalité de l énergie libérée par la réaction. é X 0 A A 0 1 Z Z 1 0 L énergie libérée par la réaction est : Q CE = m.c² - El(K) = (m(a,z)-m(a,z-1)).c² - El(K) NB : El(K) est l énergie de liaison de l électron sur la couche K. Pour les mêmes raisons que celles évoquées précédemment pour la réaction β +, il faut que : Δm.c² - El(K) > 0 Δm.c² > El(K) La différence d énergie entre l état initial et l état final (Δm.c²) doit être supérieure à l énergie de liaison de l électron sur la couche K (El(K)) : la capture électronique a donc un seuil qui a pour valeur l El(K) (c est le minimum d énergie qui doit être libéré pour que la capture électronique soit réalisable) On notera néanmoins que le seuil de la capture électronique est beaucoup plus bas que celui de la désintégration β +. Il se peut que, d un point de vue énergétique, aucune des deux réactions ne soit possible, que seule la capture électronique soit possible, ou bien que capture électronique et désintégration β + soient possibles (NB : les transformations à haut potentiel énergétique privilégieront une désintégration β+) Y La capture électronique est une transformation isobarique: le nombre de nucléons reste constant. 72

73 La place libérée sur la couche K par l électron capturé engendre des réarrangements du cortex électronique : un électron d une couche supérieure vient le remplacer. Étant donné que celui-ci se place sur une couche électronique plus éloignée du noyau donc plus énergétique, il y a émission d un rayon X caractéristique. Cet électron qui s est déplacé peut à son tour être remplacé par un électron placé sur une couche d un niveau énergétique plus élevé et les émissions de rayons X peuvent ainsi se multiplier. Ces rayons X émis à proximité du noyau peuvent interagir avec des électrons situés en périphérie de l atome : ces électrons peuvent «utiliser» l énergie des rayons X pour quitter leur couche électronique et être émis : ce sont les «électrons Auger». Les rayons X et les électrons Auger sont donc les 2 événements secondaires pouvant survenir après la capture électronique L émission α C est une transformation par partition Le noyau contient un excès de protons et de neutrons. Pour une plus grande stabilité, le noyau émet une particule α : un noyau d hélium constitué de 2 protons et de 2 neutrons. L énergie libérée par la réaction est : X(A,Z) Y (A-4,Z-2) + Q α = (Δm-m α ) x c² L énergie libérée par la réaction est partagée entre la particule α et le noyau fils. La particule α est lourde donc, lorsqu elle est émise, le noyau fils subit une force qui le pousse dans le sens opposé : c est l énergie de recul. L énergie restante est emportée par la particule α et correspond à : E α = Q α x [m Y/(m Y + m α)] NB : m Y est la masse du noyau fils Le spectre des particules α est un spectre de raies : pour une transformation donnée, la répartition de l énergie entre celle emportée par la particule et celle emportée par le noyau fils est toujours la même (le noyau fils emporte l énergie de recul et la particule α le reste). 4. Intérêt des rayonnements en médecine L utilité principale des rayonnements est l imagerie. La tomodensitométrie (TDM ou Scanner) : il s agit d une imagerie morphologique : le scanner permet de délimiter avec une excellente résolution les différentes structures anatomiques en émettant des rayons X à travers une partie du corps et en récupérant ces mêmes rayons qui ont plus ou moins traversés les différentes structures. La scintigraphie : il s agit d une imagerie métabolique : un produit radioactif (appelé traceur) est injecté au patient et va se placer au niveau d une certaine zone en fonction de la nature de ce produit et du métabolisme de la zone cible. Les rayonnements du traceur sont ensuite détectés ce qui permet la localisation de zones métaboliques cibles. Un traceur très utilisé est le Technétium 99m ( 99m Tc) car sa demi-vie est courte (6h) ce qui permet au patient de ne pas contenir de produit radioactif trop longtemps. L inconvénient de cette courte demivie est que le 99m Tc doit être synthétisé sur le lieu de l injection et peu de services sont équipés pour le faire. Les services de médecine nucléaire sont alors livrés en générateur de Molybdène ( 99 Mo), un 73

74 produit radioactif d une demi-vie plus longue (67h) qui se désintègre en 99m Tc. Le 99m Tc se désintégrant plus rapidement que le 99 Mo, l activité du 99m Tc formé dans ce générateur atteint rapidement un maximum et il faut vider le générateur de son 99m Tc régulièrement afin d utiliser le 99m Tc formé pour des scintigraphies plutôt qu il se désintègre dans le générateur de 99 Mo. ( 99 Mo 99m Tc 99 Tc). Pour rentabiliser au maximum le générateur et récupérer une activité maximale pour la désintégration 99m Tc 99 Tc, il faut réaliser l élution (= retirer du générateur le 99m Tc formé) toutes les 22,9h. La Tomographie par émission de positons (TEP) est également une imagerie métabolique car elle repère des zones cibles grâce à l injection d un produit radioactif au patient. Cependant la TEP est plus résolutive que la scintigraphie : le produit injecté est un émetteur de positons qui interagissent avec les électrons contenus dans le corps : les deux particules de charge opposée s annihilent et permettent la formation de deux photons de 510 kev chacun (énergie correspondant à la masse d un électron au repos). Ce sont ces deux photons émis à 180 l un de l autre qui sont détectés par la caméra permettant la reconstitution d une image. L imagerie multimodale associant image morphologique et métabolique (TDM+TEP) permet de localiser avec une excellente résolution des lésions cibles comme des tumeurs. Les rayonnements peuvent aussi être utilisés en radiothérapie dans le cadre du traitement des cancers. Quelle que soit leur utilisation, les rayonnements peuvent devenir dangereux si l irradiation est répétée ou prolongée : il est essentiel de calculer la dose minimale du rayonnement pour être efficace et le moins nocif possible. 74

75 Exercice 1 Cet exercice porte sur les QCM 1 et 2. On considère l' 15 O (Z=8) se désintégrant en 15 N (Z=7) Exercices 1) A propos de cette désintégration, indiquez la ou les réponse(s) vraie(s) : A. L oxygène 15 présente un excès de neutrons. B. Un neutrino est forcément émis. C. Un électron est forcément émis. D. Dans un second temps, des photons X peuvent être émis. E. Il s agit d une désintégration isomérique. 2) En considérant qu il s agit d une désintégrationβ+ avec un bilan énergétique Q β+, indiquez la ou les réponse s) vraie(s) : A. Q β+ = 0,818 MeV B. Q β+= 1,73 MeV C. Q β+< 0 MeV donc la désintégration β+ est impossible dans cette situation. D. Le spectre énergétique des particules est continu. E. Si l oxygène 15 est injecté à un patient dans le cadre d une TEP, 2 photons de 1,02 MeV chacun pourront être détectés à 180 l un de l autre. Données Masses atomiques (état fondamental) : 15O: uma 15N: uma Masse d'un électron au repos : MeV/c² 1 uma = MeV/c² Exercice 2 Cet exercice porte sur le QCM 3. Soit 3 He (Z=2), 4 He (Z=2) et 5 He (Z=2) (On négligera l'énergie de liaison des électrons pour les calculs nécessaires) 3) A propos de la stabilité de ces trois isotopes de l hélium, indiquez la ou les réponse(s) vraie(s) : A. 3 He est l isotope le plus stable B. 4 He est l isotope le plus stable C. 3 He est moins stable que 5 He D. 5 He est l isotope le moins stable E. Aucune des réponses précédentes n est vraie. Données Masses atomiques (état fondamental) : 3 He : uma m (proton) : uma 4 He : uma m (neutron) : uma 5 He : uma m (électron) : uma 1 uma = MeV/c² Exercice 3 Cet exercice porte sur le QCM 4. Le 106 Rh (Z=45) donne le 106 Pd (Z=46) par désintégration β-. 75

76 4) Parmi les propositions suivantes, la (les) quelle(s) est (sont) juste(s)? A. C'est une transformation isobarique. B. Le 106 Rh présente un défaut de neutrons. C. Il en résulte l'émission de positons. D. Il en résulte la transformation d'un neutron en un proton. E. L'énergie maximale emportée par la particule β- étant de MeV, le spectre présente une raie unique à MeV. Données Masses atomiques (état fondamental) : 106 Rh : uma 106 Pd : uma m (électron) : uma 1 uma = MeV/c² Exercice 4 Représenter un repère orthonormé avec [nombre de protons (Z)] en abscisse et [nombre de neutrons (N)] en ordonnée. 1) Tracer la droite Z=N, la droite des isotopes, des isobares, des isotones. 2) Tracer la zone de stabilité des noyaux. 3) Indiquer la zone de désintégration β+, β- et α. Exercice 5 Cet exercice porte sur le QCM 5. La fission de l'uranium 235 libère de l'énergie et peut être obtenue en bombardant son noyau avec un neutron selon la relation suivante : 235 U + 1 n 141 Ba + 92 Kr n 5) Quelle est en joules l'énergie E libérée par la fission de 10kg d'uranium 235? A. E < 10 J B. 10 E < 10 5 J C E < J D E < E. E J Données: Masses atomiques : 235 U (Z=92) : uma 141 Ba (Z=56) : uma 92 Kr (Z=36) : uma m (proton) : uma m (neutron) : uma m (électron) : uma 1 uma = MeV/c² 1 ev = 1, J Nombre d'avogadro Na = mol -1 76

77 Questions de cours 6) Quelle(s) désintégration(s) peut (peuvent) avoir lieu lorsqu un noyau présente un excès de protons uniquement : A. Désintégration β + B. Désintégration C. Capture électronique D. Désintégration β - E. Une désintégration isomérique 7) A propos des deux noyaux isotones, indiquez la ou les réponse(s) fausse(s) : A. Ces deux noyaux ont le même nombre de protons B. Ces deux noyaux ont le même nombre de masse C. Ces deux noyaux ont le même numéro atomique D. Ces deux noyaux ont le même niveau d énergie E. Ces deux noyaux ont le même nombre de neutrons 8) A propos des imageries médicales, indiquez la ou les réponse(s) vrai(s) : A. TDM signifie Tomographie par Désintégration Massive. B. L élution d un générateur signifie le retrait du générateur des noyaux non radioactifs. C. Un traceur émettant des positions peut être utilisé dans le cadre de la TEP. D. Lors d une TEP, ce sont des électrons qui sont détectés pour reconstituer des images du corps du patient. E. L imagerie est la seule utilisation des rayonnements en médecine. Réponses : 1) BD 2) BD 3) BC 4) AD 5) D 6) AC 7) ABCD 8) C 77

78 UE3 Biophysique Notions élémentaires (Mr Saulnier) 1. Notions sur les équilibres des phases 1.1 Matière condensée non fluide La matière peut se trouver dans différents états définis par la densité, grandeur sans unité car la masse volumique d un liquide ou d un solide est comparé à celle de l eau à 4 C, quant aux gaz, leur masse volumique est comparée à celle de l air pour une température et une pression similaire. La matière condensée peut de trouver sous la forme de : Solide non cristallin Cristal (solide parfait), qui est un motif chimique répété dans les 3 directions de l espace, défini par les 14 réseaux de Bravais (qui ne sont pas à connaître par cœur). Ces cristaux peuvent être parcourus de défauts qui sont au nombre de 3 : lacune, substitution et interstitiel. Un cristal «classique» lacune substitution interstitiel L état de cristal liquide est un état de matière intermédiaire entre l état solide et l état liquide. Il existe une classification simplifiée pour ces cristaux liquides : Orientation mais pas d ordre : nématique (pas de plan de chevauchement) Orientation mais ordre : smectique A (vertical) et C (penché) Orientation avec propriétés chirales : cholestériques (enroulement de l orientation des molécules) Les phases de ces cristaux liquides sont soit uniquement dépendante de la température : thermo tropisme ou alors elles sont dépendantes de la concentration et de la température : lyotropisme (on parle également de lyotropisme lorsque les phases dépendent seulement de la concentration). Matière condensée fluide La phase liquide est un état de matière. Sous cette forme, la matière est facilement déformable mais difficilement compressible. L eau sert de références pour diverses grandeurs physiques (température Celsius : défini 0 et 100 par les températures de solidification et d évaporation, calorie, les densités relatives, le litre). L eau est aussi un liquide particulier car on observe entre autre une augmentation du volume lors de la solidification, l au est la plus contractée à une température de 4 C. Les transitions de phases Les transitions de phase sont à connaître par cœur : 78

79 - Attention à ne pas confondre solidification et condensation ainsi que sublimation et vaporisation Dans la suite du cours de Mr Saulnier vous serons présentés les mélanges biphasiques solides-liquides définis par un mélange contenant un pourcentage X d une matière A et donc 100-X pourcentage d une matière B. Ces mélanges peuvent présenter un eutectique, point définissant un mélange homogène de A et B. (vers le haut). On trouve le même système pour les mélanges liquides-gaz, à la différence que l eutectique se nomme dans ce cas un azéotrope, pouvant être négatif (orienté vers le bas) ou positif 2. Notions d électrostatique et électrocinétique Cette partie du cours contient un grand nombre de formules physiques dont certaines sont à connaître mais aucune application numérique ne sera demandée La loi de coulomb rend compte de l interaction entre 2 particules chargées séparées par une distance r dans le vide. Elle s exprime par la formule : q0 la charge influente en Coulomb (C) q la charge influée en coulomb (C) ε 0le constante du vide r le rayon (m) le vecteur u dirigé de l influente vers l influée f q0q 4 r q0q 2 0 La loi de coulomb s exprime, lorsqu on isole q, par la formule u avec : f q0 q 4 r u qe( q0q M 2 0 ) avec le vecteur E étant le champ électrique. Ce champ électrique s exprime en N.C -1 ou en V.m -1 et est toujours orienté du + vers le -. Un potentiel électrique en un point est défini comme l énergie potentielle d une charge unité en ce même point. Il s exprime en Volt (V) Dans la cas spécifique d un dipôle, on définit un moment dipolaire μ qui est un vecteur instantané et qui est toujours orienté du vers le +. Vous aborderez avec Mr Saulnier la théorie du feuillet et vous étudierez les condensateurs et les résistances. Enfin, quelques notions sur les dipôles vous seront fournies et il faudra que vous sachiez relier à un type de dipôle sa courbe caractéristique et son symbole. 3. Notions de mécanique des fluides et de physique des interfaces Cette partie du cours est complétée par un ED dispensé par Mr Bastiat, d où la présence d exercices numériques pour cette partie du cours. 79

80 Un fluide est un milieu (facilement) déformable. Un fluide est considéré comme parfait si il est possible de le déformer sans exercer de force. Aucun fluide n est parfait dans les conditions habituelles. 3.1 Hydrostatique Théorème d Archimède ou principe d Archimède : Tout corps plongé dans un fluide subit de la part de celui ci une poussée vers le haut égale au poids du liquide dont il a pris la place. C est ce qu on appelle «la poussée d Archimède» et noté P archi, exprimé en Newton (N) (c est une force orienté vers le haut). La formule est : P Archi M liq g 0 V liq g avecm liq la masse de fluide déplacé, g l intensité de l apesanteur, ρ 0 la masse volumique du fluide et V liq le volume du fluide déplacé. La pression qui s exerce en un point de façon isotrope dans l espace terrestre est due à la pesanteur et donc au poids du fluide qui est au dessus. La pression s exprime en Pascal (PA) avec Pa=N.m -2. On utilise plusieurs unités de pression : - Le Pascal est l unité légale : 1Pa=1N.m -2 Le bar : 1bar = 10 5 Pa L atmosphère : 1atm = 1,013 bar = 1, Pa Le centimètre d eau : 1cm(eau) = 0, Pa 100 Pa Le millimètre de mercure : 1mm(Hg) = 133,33 Pa 3.2 Notions de rhéologie La rhéologie traite de l écoulement et de la déformation des matériaux sous l action de contraintes. Elle prolonge les théories de l élasticité (des solides) et de l hydrodynamique (des fluides). La rhéologie est adaptée à l étude de l écoulement du sang. On note dans le vocabulaire de la rhéologie : La contrainte de cisaillement τ : τ = df/ds, en Pa. La déformation de cisaillement ε : o ε(z,t) = du(z,t)/dz, sans unité, caractérisant le mouvement relatif d une couche par rapport à une autre : La vitesse de cisaillement («epsilon point») :. d dt d dt (du dz ) d dz (du dt ) s exprimant en s 1. On obtient par l étude de ces grandeurs des rhéogrammes. On appelle rhéogramme un graphe qui exprime les relations (dépendant du temps) entre contrainte τ, déformation ε ou vitesse de cisaillement «epsilon point». On tire de cela deux expériences : l expérience de fluage : f(t). On applique une contrainte τ et on mesure le ε ou «ε point». On peut comparer cela à la pose de lourds livre sur une étagère (la contrainte τ) et la mesure de la déformation de cette étagère (la déformation ε) ou la vitesse de déformation de l étagère (la vitesse «ε point») 80

81 l expérience de relaxation : g(t). On applique ε ou «ε point» et on mesure la contrainte τ. On peut comparer cela à une déformation définie de cette étagère (ε) que l on créer et la contrainte (τ) qu il va falloir appliqué pour atteindre cette déformation au cours du temps (la contrainte nécessaire sera donc plus importante lorsque l étagère est neuve). 3.3 Phénomènes de surface Deux phases non miscibles sont séparées par une interface. Ces phases peuvent être solides, liquides ou gazeuses. L interface est caractérisée, au niveau moléculaire, par une inhomogénéité de l environnement des molécules qui se traduit par un excès d énergie potentielle au voisinage de la limite de la discontinuité. Une tension superficielle se mesure au niveau d une interface liquide-vapeuret une tension interfaciale est mesurée au niveau d une interface liquide-liquide. La tension superficielle (ou interfaciale) est notée γ, c est une énergie libre par unité de surface et s exprime en Joule par m 2 (J.m -2 ) ou en Newton par m (N.m -1 ) La force de tension superficielle est donnée par la formule F TS=P.γ.cosθ avec F TS en Newton (N), P le périmètre de l interface en mètre (m) (c est par ex un carré lorsqu on plonge un cube donc 4xlongueur), γ la tension superficielle en Newton par m (N.m -1 ) et θ l angle de contact. C est grâce à l angle de contact θ que l on définit le mouillage : un mouillage parfait avec θ=0, un bon mouillage avec θ<90, un mauvais mouillage avec θ> Notions de spectrométrie La spectroscopie, ou spectrométrie, est l'étude expérimentale du spectre d'un phénomène physique, c'est-à-dire de sa décomposition sur une échelle d'énergie, ou toute autre grandeur se ramenant à une énergie (fréquence, longueur d'onde,...). On utilise la formule λ = ct = c/f avec λ la longueur d onde en mètre (m), c la célérité en m.s -1, T la période temporelle en seconde (s), et f la fréquence en hertz (Hz = s -1 ). Pour les ondes électromagnétiques, on définit à l aide des longueurs d ondes des domaines 81

82 spectraux : le visible : 400 nm <λ< 800 nm L infrarouge : λ > 800 nm L ultraviolet : λ< 400 nm Lorsqu on réalise des mesures de spectrométrie, on mesure la quantité de lumière absorbée par une solution en fonction de λ, on obtient ainsi le spectre d absorption de la solution, définissant un pic d absorption maximal λ max. La loi de Beer Lambert relie l absorption de la lumière aux propriétés des milieux qu elle traverse : A max = ε max.l.c avec A l absorbance sans unité, ε max une constante dépendant de la substance traversée dont l unité doit neutralisé celle de l et de c, l l épaisseur de substance traversée et c la concentration de la substance. On peut observer différents effets sur le spectre d absorption de la solution : 82

83 Exercices (cours sur les notions de mécaniques des fluides et de physique des interfaces) Un tube en U de section 7cm 2 contient du mercure (ρ mercure=13600 kg/m 3 ). Dans une des branches on verse 105 cm 3 d eau (ρ eau=1000 kg/m 3 ) et dans l autre branche, on verse 0,14L d alcool (ρ alcool=800 kg/m 3 ). L eau et l alcool ne franchissent pas la courbure du tube en U et ne sortent pas du tube, et la pression atmosphérique est supposée constante quel que soit la hauteur du tube. On néglige les effets de la pression capillaire. On prendra l intensité de la pesanteur g=10 N/kg. 1. Parmi les propositions suivantes à propos des différences de niveau entre les 2 sections du tube, indiquez la (les) réponse(s) exacte(s) : A. La différence de hauteur entre les niveaux inférieurs d alcool et d eau est de 7, m B. La différence de hauteur entre les niveaux inférieurs d alcool et d eau est de 2, cm C. La différence de hauteur entre les niveaux supérieurs d alcool et d eau est de 5,0735 cm D. La différence de hauteur entre les niveaux supérieurs d alcool et d eau est de 5,0264 cm E. Aucune des propositions précédentes n est exacte. 2. Parmi les propositions suivantes concernant la manière pour ramener les niveaux inférieurs d eau et d alcool à la même hauteur, indiquez la (les) réponse(s) exacte(s) : A. Ajouter de l eau dans la branche contenant l eau B. Ajouter de l alcool dans la branche contenant de l alcool C. Extraire de l eau dans la branche contenant l eau D. Extraire de l alcool dans la branche contenant de l alcool E. Aucune des propositions précédentes n est exacte. 3. Parmi les proposition suivantes, indiquez la(les) réponse(s) exacte(s) A. On doit ajouter 1 cm 3 d eau dans la colonne d eau pour que les niveaux inférieurs d eau et d alcool se situent à la même hauteur. B. On doit ajouter 1,25 cm d alcool dans la colonne contenant de l alcool pour que les niveaux inférieurs d eau et d alcool se situent à la même hauteur. C. Soit un point A avec une pression P A dans un liquide de masse volumique ρ. Le point B se trouve dans le même liquide, au-dessus du point A à une hauteur h, avec une pression P B. Si g est l accélération de la pesanteur, alors P B-P A = ρ g h D. Soit un point A avec une pression P A dans un liquide de masse volumique ρ. Le point B se trouve dans le même liquide, au-dessus du point A à une hauteur h, avec une pression P B. Si g est l accélération de la pesanteur, alors P A-P B = ρ g h E. Aucune des propositions précédentes n est exacte. Réponses : 1) A 2) AD 3) D 83

84 UE3 Biophysique des solutions (Cours) 1. Rappels 1. Les puissances de 10 NOM Pico Nano Micro Mili Centi Déci Deca Hecto Kilo Mega Giga Tera VALEUR Les ordres de grandeurs sont à connaitre et à savoir manier, ils sont indispensables pour répondre aux QCM. Les règles des puissances permettent le passage d un ordre de grandeur à un autre Il faut savoir passer des litres aux mètres cube. 1 litre = 1 dm3 1 ml = 1 cm3 2. Les grandeurs physiques et leurs unités Les unités de base du Système International (SI) UNITES DE BASE GRANDEURS NOM SYMBOLE ET RELATION Longueur Mètre m Masse Kilogramme Kg Temps Seconde s Intensité électrique Ampère A Température Degré Kelvin K thermodynamique Quantité de matière Mole ou osmole Mol ou osm DERIVEES Superficie Mètre carré m 2 Volume Mètre cube m3 Vitesse Mètre par seconde m.s -1 Force Newton N = kg.m.s -2 Pression Pascal Pa = N.m -2 = kg.m -1.s -2 Energie Joule J = N.m Puissance Watt W = J.s -1 Charge électrique Coulomb C = A.s Potentiel électrique Volt V = J.C -1 = W.A -1 Température Celsius Degré Celsius 0 C = 273 K Concentration de quantité de matière Mole par mètre cube mol.m La mole La mole est la quantité de matière d un système contenant autant d entités élémentaires qu il y a d atomes dans 12g de carbone 12. Ce nombre d entités élémentaires est appelé Nombre d Avogadro (N=6, mol -1 ) 84

85 n = m M avec masse (m) en gramme et masse molaire (M) en g.mol Généralités sur les liquides et les solutions a. Les concentrations i. Concentrations pondérales Concentration massique (c m quantité de matière en masse ) : = m soluté ( kg ) quantité de solvant en masse m solvant kg Concentration volumique (c M quantité de matière en masse ) : = m soluté ( kg ) quantité de solvant en volume V solvant m 3 ii. Concentrations molales et molaires Concentration molale (C m ) : quantité de matière (mole) quantité de solvant en masse = n (nombre de mole) m solvant (en masse) ( mol kg ) Concentration molaire (C M ) : quantité de matière (mole) quantité solvant en volume = n (nombre de mole) m solvant (en volume) ( mol m 3 ) Remarque : la concentration molaire est reliée à la concentration volumique par la relation suivante : C M = cm M iii. Concentrations osmolales et osmolaires Concentration osmolale (C o ) : quantité de matière (osmole) quantité solvant en masse = n (nombre d osmole) m solvant (en masse) ( osmol kg ) Concentration osmolaires (C O ) : quantité de matière (osmole) quantité solvant en volume = n (nombre d osmole) m solvant (en volume) ( osmol m 3 ) Une osmole est une entité présente au sein d une solution issue d un phénomène de dissociation. Pour calculer une concentration osmolale ou osmolaire il faut prendre en compte le coefficient d ionisation de Van thoff (i) qui comprend le taux de dissociation (α) et le nombre d entités formées (ν) lors de la dissociation. i = 1 + α (ν-1) Si la dissociation est nulle : le taux de dissociation α sera égal à 0 donc le coefficient d ionisation de 85

86 Van thoffi sera égal à 1. C est le cas de l urée et du glucose. Si la dissociation est totale : le taux de dissociation α sera égal à 1 et le coefficient d ionisation de Van thoffi dépendra du nombre d entités formées ν. Dans le cas d une solution diluée le taux de dissociation α est égal à 1 Remarque : la concentration osmolaire est reliée à la concentration molaire : C O = i x C M iv. Concentrations équivalentes Concentration massique (C e ) : quantité de matière (équivalent) quantité solvant en masse = n (nombre d équivalent) m solvant (en masse) ( équivalent kg ) Concentration volumique (C E quantité de matière (équivalent) ) : quantité solvant en volume = n (nombre d équivalent) m solvant (en volume) ( équivalent m 3 ) Remarque : la concentration équivalente est reliée à la concentration osmolaire : C E = z x C O Avec z la valence absolue de l ion (ne peux pas être négatif) La concentration équivalente permet d étudier l aspect électrique d une réaction. Une solution sera toujours neutre (autant d anions que de cations, pour être stable), il faudra donc toujours vérifier son électroneutralité. Exemple : 5,85 g de NaCl dans 1L d eau (masse molaire M = 58,5 g.mol -1 ) n = m M = 5,85 58,5 = 10-1 mol C m = Avec i = (2-1) = 2 n = 10 1 = 10-1 mol.kg -1 C M = V(kg) 1 n = 10 1 = 10-1 mol.l -1 V(L) 1 C o =i x C m = osmol.kg -1 C O = i x C m = osmol.l -1 C E Na = C O Na x z C E Cl = C O Cl x z avecc O Na = α x C M = 10-1 avec C O Cl = α x C M = 10-1 C E Na = 10-1 x 1eq.L -1 C E Cl = 10-1 x 1 eq.l -1 L électroneutralité est respectée b. Notion de gradient Le gradient permet d analyser les variations d une propriété en tout point d un organisme vivant. L existence d un gradient indique un transport passif en sens opposé tendant à rétablir l équilibre. Pour les concentrations, il se dirige toujours des basses vers les hautes valeurs. 86

87 3. Les compartiments liquidiens 1. Les différents compartiments L eau est le constituant le plus abondant de l organisme, elle représente 60% du poids corporel total. L organisme comprend un compartiment intracellulaire (qui représente 2/3 de l eau totale) et un compartiment extracellulaire (qui représente 1/3 de l eau totale). Le compartiment extra cellulaire est divisé en deux compartiments : plasmatique (1/4 du volume extra cellulaire) et interstitiel (3/4 du volume extra cellulaire) qui sont séparés par la paroi des capillaires sanguins. La répartition en eau du compartiment vasculaire est divisée en milieu intra cellulaire (éléments figurés du sang (GR = globules rouges)) et en milieu extra cellulaire (plasma). Dans un prélèvement sanguin, après centrifugation, les GR tombent au fond du tube formant le culot (on a ici le volume globulaire = IC), et le plasma forme le surnageant (on a ici le volume plasmatique = EC). Petit schéma récapitulatif : V GR V p V s V IC 2/3 de VT V EC 1/3 de VT V T 2. L hématocrite L hématocrite correspond au volume occupé par les cellules dans le sang. Elle est notée Ht et est exprimée en pourcentage. Une hématocrite est considéré normal si elle est, en moyenne, de 45%. L hématocrite est le résultat du quotient du volume globulaire et du volume sanguin. Ht = Vg Vs Avec Vg volume globulaire et Vs volume sanguin. L hématocrite est donc finalement la part du culot sur l échantillon total de sang. Si l hématocrite est de 47%, c est que le culot représente 47% de la hauteur du tube, les 53% restants étant du surnageant. Autre formule utile : 1 Ht = Vp Vs 87

88 Méthode de mesure : Afin de déterminer le volume globulaire, plasmatique et total de l organisme on utilise un traceur spécifique d un compartiment donné et dont la concentration injectée est connue, puis après un temps t correspondant au temps de diffusion du traceur on effectue un prélèvement sanguin. A partir de ce prélèvement on obtient la concentration du traceur contenue dans ce même prélèvement : Cprélèvement qui correspond à la concentration du traceur dans son compartiment spécifique. Enfin pour obtenir le volume du compartiment liquidien spécifique au traceur on applique la formule : V= minj g osmol Unités OU Ce qui donne un résultat en litres. Cplvt g.l 1 osmol.l 1 On peut utiliser la masse ou l osmolarité, cela revient au même au final, à condition d utiliser la même chose au numérateur et au dénominateur. Si vous divisez des g par des g.l -1 ou des osmol par des osmol.l -1, vous obtiendrez bien des litres (utilisez donc soit les g soit les osmol, en fonction de ce avec quoi vous êtes le plus à l aise, et en fonction des données de l exercice) ; ce ne sera pas le cas si vous divisez des osmol par des g.l -1! Exemple : On injecte à un patient de 90kg 1, mosmol d urée*. Après un temps de diffusion du soluté on prend un échantillon de 100 ml de plasma dans lequel on trouve 17, mg d urée*. Données : MM urée = 60 g.mol -1 ; Ht = 46% 3. Exercice : calculer le volume d eau total du sujet (aide : l urée est un marqueur de l eau totale) Tout d abord il faut mettre les données en SI : - Q inj = 1, osmol d urée* - V plvt = L de plasma - m plvt = 17, g d urée* ATTENTION AUX UNITES!!!! On sait que Vt= Qinj Cplvt, on doit donc calculer Cplvt Cplvt = m M Vp 17, On a donc : Cplvt = = , mol.l -1 = 2, mmol.l -1 La quantité injectée est notée en osmol il faut donc convertir Cplvt en osmol : C O = i.c M = 1+α(ν-1) = 1x2, = 2, mosmol.l -1 Il ne reste plus qu à appliquer la formule Vt = Qinj Vt = Qinj = 1,56x10 1 Cplvt 2,87x10 3 = 54,4L Cplvt Ensuite on injecte 5mg de sulfate*. Après diffusion on recueille 50mL de sang, on retrouve dans le surnageant mg de sulfate*. 88

89 4. Exercice : calculer le volume d eau intra cellulaire (aide : le sulfate est un marqueur du compartiment intracellulaire) Qinj = g ; Vplvt = L (correspondant à la totalité du prélèvement) ; mplvt = g (correspondant à la quantité recueillie dans le surnageant!!) Cplvt = mplvt Vp 7.10 Cplvt = (1 0,46) avec Vp = Vs (1-Ht) On utilise l hématocrite car les g de sulfate recueillis l ont été uniquement dans le surnageant (on ne s est pas occupé du culot, c est comme si il n avait pas existé). Du coup il faut pour calculer la concentration (masse/volume), utiliser le volume de prélèvement, c est-à-dire uniquement le surnageant, qui est égal à 1 moins l hématocrite. VEC = Qinj Cplvt = 5x10 3 x ( (1 0,46)) = 19,3L VIC = Vt VEC = 54,4 19,3 = 35,1L A savoir : les traceurs et leurs compartiments spécifiques TRACEURS ENDOGENES EXOGENES EAU TOTALE VOLUME EXTRA CELLULAIRE VOLUME PLASMATIQUE VOLUME GLOBULAIRE Eau* Urée* Sodium* Sulfate* Albumine* Hématie* Antipyrine Inuline Saccharose Mannitol Bleu Evans 4. L énergie chimique 1. L enthalpie libre L enthalpie (notée G) représente la réserve maximale de travail utile noté W qu un opérateur peut espérer extraire à température et pression constante. Il existe deux sortes de réactions : - Exergonique : ΔG = G 1 G 2> 0 G 1> G 2 (on libère de l énergie) - Endergonique : ΔG = G 1 G 2< 0 G 1< G 2 (on consomme de l énergie) 89

90 2. L énergie chimique L énergie chimique µ de toute mole d un mélange à pression et température constante est une grandeur exprimée en J.mol -1 pouvant avoir 4 origines : - µ D (diffusif) - µ O (osmotique) - µ E (électrique) - µ G (gravifique) µ = µ D + µ O + µ E + µ G µ = g + RT ln(c) + Vo (P-Po) + ZFv + Mgh g : pesanteur (10 N.kg -1 ) R : constante (8,32 J.mol -1.K -1 ) T : température en Kelvin C : concentration en mol.m -3 Vo : volume molaire en m 3 P : pression en Pascal/N.m -2 /kg.m -1.s -2 Po : pression atmosphérique Z : valence de l ion F : Constante de Faraday (96500 C.mol -1 ) V : volt M : masse molaire en kg.mol -1 h : hauteur en m µd = RT ln (C) Lorsqu un gradient de concentration existe, un flux passif se produit en sens inverse de ce gradient pour rétablir un mélange homogène. µd intervient dans les phénomènes de diffusion. µo = Vo (P-Po) L énergie de pression est nulle si P = Po. Si les pressions régnant au sein des solutions prises en compte diffèrent on observe un écoulement passif. µo intervient dans les phénomènes osmotiques Remarque : si la pression ne varie pas (ΔP=0) alors µd = 0 µe = ZFv Si un mélange présente des énergies électriques différentes, des ions migrent contre le gradient électrique et créent des courants ioniques. µe intervient dans les phénomènes électriques. Remarque : si on considère une espèce neutre (Z=0) alors µe =0 µg = Mgh Lorsqu une molécule a une altitude h non nulle on parle d énergie gravifique, il existe alors une migration des molécules contre le gradient d énergie. µg intervient dans les phénomènes gravifiques. Remarque : si on compare deux espèces à la même hauteur (Δh=0) alors µ G = 0 De cette équation on obtient la 3 e loi de Pascal : P1-P2= ρg(h2-h1) ΔP = - ρgδh 90

91 Exemple : Soit une solution aqueuse diluée à 30 C d un milieu hétérogène où une mole de Cl - transite d un état 1 vers un état 2. Etat 1 : Etat 2 : C1 = 0,1 mol.m -3 C2 = 0,3 mol.m -3 v1= 1 volt v2 = 1,5 volt h1= 0,5 m h2 = 0,3 m M(Cl - ) = 35,5 g.mol -1 ρ = 10 3 kg.mol -3 Vo = 18 cm 3 F = C.mol -1 g = 10 N.kg -1 R = 8,32 J.mol -1.K -1 Calculer la variation du potentiel chimique entre les deux états. Δµ = µ2 - µ1 En déduire si la réaction se fait spontanément. Δµ = µ2 - µ1 Δµ = RT ln( C2 ) + Vo (P2-P1) + ZF(v2 v1) + Mg(h2 - h1) C1 Δµ = µd + µo + µe + µg µd = RT ln ( C2 ) = 8,32 x 303 x ln(0,3) = 2769,6 J.mol-1 C1 0,1 µo = Vo (P2-P1) = Vo (ρgδh) = x (-10 3 x10x(0,3-0,5)) = x = 3, J.mol -1 µe = ZF(v2 v1) = -1 x x (1,5-1) = J.mol -1 µg = Mg(h2 - h1) = 35, x 10 (0,3 0,5) = -7, J.mol -1 Δµ = J.mol -1 ATTENTION : une différence d énergie entre un état 1 et un état 2 peut tout à fait être négative! Donc Δµ < 0 donc µ2 - µ1 < 0, donc µ2<µ1 la réaction est exergonique et peut être spontanée 91

92 1. Exercice n 1 - Concentrations Exercices On dispose d une solution de 0,5L contenant 17,55 g de NaCl (MM = 58,5 g.mol -1 ) et 1,2 g d urée (MM = 60 g.mol -1 ). Calculer la concentration molaire, la concentration osmolaire et la concentration équivalente de la solution. c M NaCl= 17,55 = 35,1 0,5 g.l-1 c M urée= 1,2 = 2,4 g.l-1 0,5 C M NaCl= cm M = 35,1 58,5 = mol.l -1 C M urée= cm M = 2,4 60 = mol.l -1 C O Solution : = 0,64 mol.l -1 C O NaCl= i x C M NaCl= 2 x = osmol.l -1 C O urée= i x C M urée= 1 x = osmol.l -1 C O Solution : = 1,24 osmol.l -1 C E Na= z x C O Na Avec C O Na = α x C M Na= 1 x = osmol.l -1 C E Na= 1 x = eq.l -1 C E Cl= z x C O Cl Avec C O Cl =α x C M Cl= 1 x = osmol.l -1 C E Cl= 1 x = eq.l -1 C E Urée = z x C O Urée = 0 x z x C O Urée = 0 eq.l -1 C E Solution : = 1,2 Eq.L -1 L électroneutralité est respectée (anions : / cations : ) 2. Exercice n 2 Compartiments liquidiens 1) On injecte, à un homme de 70kg, 20 ml d une solution isotonique au plasma à la concentration de 15 g.l -1 d urée marquée. Après un temps t correspondant au temps de diffusion, on prélève 5 ml de sang que l on centrifuge. Dans le surnageant, on retrouve 1, mg d urée*. On sait que l hématocrite de ce patient est de 45%. Déterminer le volume d eau totale de ce sujet. Correction : Le volume prélevé correspond au volume total du prélèvement (plasmatique + globulaire) or la quantité d urée donnée est celle retrouvée dans le surnageant (correspondant au volume plasmatique). Pour calculer le volume total il nous faut trouver le volume de ce surnageant. 92

93 V P = surnageant (m = 0,21 mg) V T = 20 ml V G = culot On sait que V T = V G + V P et que H = VG V P = V T (1-H) = 5 x (1-0,45) = 2,75 ml VP Ensuite il faut calculer la quantité injectée : m inj = V inj x C inj = x 15 = 0,3 g Enfin il faut calculer la concentration du prélèvement : C plvt = mplvt V = 1, , = 5, g.l -1 Il ne reste plus qu à appliquer la formule V T = Qinj V T = Qinj = 0,3 Cplvt 5, = 53.5 L Cplvt pour trouver le volume d eau totale. 2) Ensuite, on injecte à cet homme 8 ml d une solution isotonique au plasma contenant 0,2 g de mannitol. Puis on effectue un prélèvement de 3 ml de sang veineux dans lequel on trouve une concentration de mannitol de 11,1 mg.l -1. Déterminer le volume du compartiment extra cellulaire et celui du compartiment intra cellulaire. On rappelle que le mannitol diffuse uniquement dans le compartiment extra cellulaire. V EC = Qinj = 0,2 = 18 L Cplvt 11, V IC = V T V EC = = 35.5 L 3. Exercice n 3 Energie chimique Une solution aqueuse de volume molaire égal à 18 cm 3 diluée à 27 C contient une mole de Cl - (C = 4mmol.m -3, v= 0,3 volt, h= 0,8 m, P = Pa). On rappelle les constantes : M(Cl - ) = 35,5 g.mol - 1, F = C.mol -1, g = 10 N.kg -1 et R = 8,32 J.mol -1.K -1. La pression atmosphérique Po est égale à 1, Pa Calculez les énergies diffusive, osmotique, électrique et gravifique de cette solution. 93

94 L énergie diffusive se note µd µd = RT ln(c) avec R = 8,32 J.mol -1.K -1 T = 27 C = 300K (27+273) et C = 4mmol.m -3 = 8,32 x 300 x ln( ) = ,57 J.mol -1 L énergie osmotique se note µo µo = Vo (P-P0) avec Vo = 18 cm 3 = m 3 P = 10 5 Pa et P0 = 1, Pa = x ( , ) = 1,7766 J.mol -1 L énergie électrique se note µe µe = ZFv avec Z = -1 F = C.mol -1 et v = 0,3 volt = -1 x x 0,3 = J.mol -1 L énergie gravifique se note µg µg = Mgh avec M = 35,5 g.mol -1 = 35, kg.mol -1 g = 10 N.kg -1 et h = 0,8m = 35, x 10 x 0,8 = 0,284 J.mol -1 94

95 UE 7 : Sciences humaines et sociales PRESENTATION DE L UE L UE7 comprend plusieurs domaines dans les sciences humaines, vous allez devoir jongler entre : l étymologie et la linguistique (Par Pol Corvez enseignement autonome en ligne cette année) la sociologie (Par Anne-Laurence Penchaud) l histoire de la médecine (Par Thierry Urban) le droit (Par Clotilde Rougé-Maillard et Nathalie Jousset) la philosophie et l anthropologie (Par Jean Marc Mouillie) Cet enseignement comporte 55h30 de cours! La note de l UE7 représente quasiment la moitié de la note du 1 er semestre en médecine, et un quart de la note du 1 er semestre en pharmacie. C est donc une matière qu il ne faut pas négliger et qui doit se travailler régulièrement. L épreuve se compose de 80 QCM & QCU (60% de la note) et 2 QCROC (question rédactionnelle courte ouverte) qui représentent donc 40% de la note. De plus, sont considérés comme pouvant tomber à l examen (autant dans les QCM que dans les QROC), les chapitres du livre de Mr Mouillie «Médecine, santé et sciences humaine. Manuel». Le rôle de cet UE7 est de vous faire réfléchir autour de la médecine et vous permettre d établir des connections entre tous les cours abordés. HISTOIRE DE LA MEDECINE HIPPOCRATE, LES HIPPOCRATIQUES, NAISSANCE DE LA MEDECINE OCCIDENTALE Au IV ème siècle avant J-C mais la pensée de cette médecine marque toute l histoire pendant 2 millénaires Période de rupture : passage d'une pensée magico-religieuse à une pensée rationnelle o rejet des charlatans o la cause des maladies n est plus divine mais naturelle o diagnostics et pronostics grâce à l'observation clinique qui implique tous les sens o humanisme Idée que le corps est une boite noire où du liquide circule, entre et sort : c est la théorie des humeurs. Les 4 humeurs sont : le sang, le flegme, la bile, l eau. Pour Hippocrate, ce qui définit la santé, c est l équilibre des humeurs : la maladie est donc entrainée par le déséquilibre de celles-ci. L homme est alors situé par rapport à la nature qui l entoure. 95

96 Le corpus hippocratique est œuvre hétérogène : son écriture s est étalée sur 150 ans et est le résultat de la contribution plusieurs auteurs ; il traite de nombreux sujets. Au II ème siècle, Galien pose les bases scientifiques de la physiologie et de l'anatomie en expérimentant sur les animaux LE MOYEN AGE (IVE XIVE SIECLE) Retour de la pensée magico-religieuse : période qualifiée d obscurantisme dans le monde occidental. La religion chrétienne se présente comme seule source d espérance face au monde d une grande dureté. L Eglise commence à organiser des lieux de soins : les Hôtels-Dieux. Cependant, les pratiques soignantes sont uniquement d ordre magique ou religieux (pas de médicaments). Les premières universités apparaissent au XIII ème siècle : Padoue, Bologne, Montpellier, LA RENAISSANCE (XVE XVIE SIECLE) Renaissance d'une culture rationaliste : évolution des pensées avec remise en cause de la «vérité révélée religieuse». Il a fallu quelques conditions pour cette révolution : o 1543 : Copernic établit que la Terre tourne autour du Soleil > apparition de la démarche scientifique (montrer les limites des théories antiques et établir de nouvelles hypothèses) o 1450 : invention de l imprimerie > permet une diffusion des idées o Début XVI ème siècle : réforme de Luther qui met en cause l autorité du clergé o : Galilée pose les bases de la physique (cela lui causera un procès contre l'eglise où il devra abjurer pour échapper au bûcher) Autorisation de pratiquer des autopsies par l Eglise au XV ème siècle Cependant, on observe une avancée lente du progrès car opposition des dogmes religieux principalement. L AGE CLASSIQUE (XVIIE XVIIIE SIECLE) 1 ère révolution biologique au XVII ème siècle inspirée par la physique galiléenne : il faut prouver les faits à l aide d instruments de mesure Plusieurs découvertes : o Découverte de la circulation du sang par Harvey (contredit le dogme de Galien) o Découverte du concept de la digestion par Borelli o Description du cercle artérielle à la base du cerveau par Willis o Description des prémisses de la fonction rénale par Bellini o Invention du microscope par Van Leeuwenhoek La thérapeutique médicale n évolue cependant pas : médecine et magie sont largement confondues. Elle repose sur la saignée, les sangsues, les régimes, La pharmacopée est représentée par la plantes médicinales : mithridate, thériaque (de Galien), La thérapeutique chirurgicale est redécouverte durant la guerre (Ambroise Paré) : reconquête d un statut social et d un enseignement. Elle est confrontée à plusieurs obstacles : l infection, l hémorragie et la douleur notamment LES EPIDEMIES Nombreuses épidémies et maladies infectieuses (peste, variole, lèpre, paludisme,). Des maladies épidémiques sont disparues (variole), d autres sont apparues (SIDA). Elles dépendent de conditions générales : voyages, conditions d élevage et de commercialisation, des guerres, de l environnement, Atteinte préférentielle des pays du tiers monde et des couches sociales défavorisées (tuberculose) Stratégies : apparition d'une conception collective, sociale de la maladie et de la santé (surveillance 96

97 communale, début des études de population, ) L'ANATOMO-CLINIQUE (XVIIIE DEBUT XIXE SIECLE) La lésion apparaît comme cause de la maladie. L objectif est d établir des corrélations systématiques entre des lésions constatées sur le cadavre et les signes cliniques observables du vivant du malade > synthèse entre l anatomie pathologique et la sémiologie clinique. L ambition de l anatomo clinique est de voir l invisible, un siècle avant l imagerie. Pour la première fois, c est une méthode propre à la médecine. C est devenu un paradigme encore d actualité. Elle est devenue synonyme de naissance de la clinique moderne et s inscrit dans le champ des sciences de l observation Intervention de plusieurs scientifiques : o Bonnet avec la parution du Sepulchretum en 1679 : après 3000 autopsies, il a lié ses connaissances et a établi un catalogue des lésions o Morgagni qui a repris le travail de Bonnet dans De sedibus et causus morborum per anatomen (recherches anatomiques du siège et des causes des maladies) o Bichat qui est à l origine du concept de tissu. o Laennec qui a découvert le cornet médical (stéthoscope) et a décrit un tas de lésion (pleurésie, ) o Roentgen qui a découvert les rayons X en 1895 o Cependant, on peut trouver certaines limites, notamment le cas des maladies dans lésions identifiables (Parkinson, épilepsie, ) PASTEUR ( ) ET LA NAISSANCE DE LA MICROBIOLOGIE La révolution pasteurienne est révolution globale qui touche l'ensemble du monde (ex : la pasteurisation dans l'agro-alimentaire). Etude de la cristallographie, de la fermentation, apparition de la théorie microbienne des maladies infectieuses avec la notion de contagion. Apparition d un nouveau paradigme (façon de penser dominante de la science sur le moment) : vaccination contre la rage de Joseph Meister Robert Koch, contemporain (allemand) de Pasteur a créé le laboratoire de microbiologie en Prusse : permet la description de nombreux agents infectieux. o Théorie de la spécificité de l agent infectieux : une même cause externe donne une même maladie, même si elle touche des organes différents CLAUDE BERNARD ( ) ET LA NAISSANCE DE LA MEDECINE SCIENTIFIQUE Son projet est de passer d'une médecine d'observation à une médecine expérimentale Le schéma bernardien : suite à une observation, je formule une hypothèse et la vérifie par une expérience. J'obtiens donc un résultat observable qui à son tour peut être l'objet d'une nouvelle hypothèse puis d'une nouvelle expérience, etc. Découverte de la fonction glycogénique du foie (en réalité il a découvert la glycogénolyse) 1865: parution de Introduction à la médecine expérimentale (++) On lui doit la notion de milieu intérieur : pour lui la maladie est la variation d'une constante biologique 97

98 LA MEDECINE AU XIXE SIECLE 2 ème révolution biologique avec notamment Pasteur, Koch, C. Bernard, Darwin (sélection naturelle) et Virchow (pathologie cellulaire) Cependant, décalage entre les avancées scientifiques et les applications pratique (hygiène, vaccination, ) Progrès de la chirurgie (anesthésie générale, antisepsie et asepsie ) Essor de la psychiatrie avec Pinel et Freud o Pinel (XVIII-XIX ème siècle) : nosologiste, classe les maladies mentales. Ote les chaines des «insensés» après avoir découvert qu on pouvait parler avec les fous en dehors de leurs accès de folie LA MEDECINE AU XXE SIECLE Avant 1950 : médecine peut différente de celle du XIXème siècle avec des préoccupations croissantes de santé publique à rapprocher de la révolution industrielle Après 1950 : 3 ème révolution biologique. Une médecine devenue scientifique avec : o la biologie moléculaire (découverte de l ADN par Wick et Watson en 1953, séquençage du génome humain, ) o un plateau médico-technique permis par les progrès technologiques (imagerie, examens de laboratoires, ) o une révolution thérapeutique (naissance des anticoagulants, traitements substitutifs, antipsychotiques, ) Réformes sociales et professionnelles: Sécurité sociale (1945), réforme Debré (1958) pour la création des CHU, création du numérus clausus (1970), Recul du paternalisme médical : apparition des associations de malades, Vers la médecine clinique scientifique? : «Evidence Based Medecine». C est une pratique médicale fondée sur des faits scientifiquement établis : débit des essais cliniques après la Seconde guerre mondiale Loi du 4 mars 2002 sur les droits des patients De nombreux problèmes persistent : économiques, épidémiologiques (apparition de nouvelles maladies), professionnels, éthiques... SOCIOLOGIE LE CORPS CORPS ET SOCIALISATION Le corps doit être considéré comme une entité culturelle et sociale et non seulement comme une donnée naturelle. En effet, l environnement culturel va modeler notre apparence corporelle, influer sur nos attitudes, nos mouvements, notre démarche. POINT DE VUE DES ANTHROPOLOGUES Les anthropologues ont été les premiers à s intéresser au corps dans sa dimension sociale et culturelle. Ils observent et font des descriptions très précises des apparences corporelles, des manières dont on utilise son corps, 98

99 Marcel Mauss ( ) est généralement considéré comme le «père de l'anthropologie». Il a notamment comparé la société occidentale et la société Maori : il a observé de nombreuses différences comme la manière de manger, de dormir, de se laver, le rapport à la nudité et la sexualité, Il appelle ça les «techniques du corps» et selon lui, elles sont apprises par les personnes à travers la socialisation. Socialisation : processus par lequel les individus vont s'approprier tous les éléments de leur culture. Elle commence dès la naissance, elle est inéluctable, elle est essentielle. Elle est uniquement dans le registre de l acquis, par opposition à l inné, au naturel. Mauss pense qu il y a 2 manières d être socialisé : par l injonction ou par l imitation (qu il pense plus efficace et nomme «l éducation prestigieuse»). POINT DE VUE DES SOCIOLOGUES Pierre Bourdieu est un sociologue français du XX ème siècle. Il a comparé des groupes sociaux au sein d une même société, qu il nomme des classes sociales (La distinction, 1979). Il compare notamment la classe aisée et la classe ouvrière et observe qu elles possèdent leurs propres normes, leur propre culture qu il appelle habitus : ensemble de dispositions qui poussent les individus à agir, penser, percevoir d une certaine manière. L habitus est inculqué par notre éducation : il est acquis et intériorisé (on n en a pas conscience). Il oppose deux types de pratiques : la culture de la force chez la classe ouvrière la culture de la forme chez la classe aisée Luc Boltanski est un autre sociologue français qui s intéresse à la consommation médicale de ces classes sociales. Il observe que les classes populaires attendent davantage avant de se rendre chez le médecin : meilleure résistance à la douleur + effort physique qui génère des sensations et empêche de repérer l anormal. Citation de Boltanski : «L effort physique brouille la communication entre le sujet et son corps». A contrario, les classes aisées présentent statistiquement des pathologies moins avancées chez le médecin car elles adoptent une attitude préventive, à l écoute du corps et ont des exigences en matière de santé. Ainsi, la classe populaire a plutôt un mode de recours curatif tandis que la classe aisée a un mode de recours préventif. CORPS ET INEGALITES SOCIALES DE SANTE L intérêt de l'impact du travail sur la santé émerge au milieu du XIXème siècle avec la Révolution industrielle : on s intéresse au corps du travailleur. Ainsi la santé bouleverse-t-elle l organisation des sociétés qui développent des politiques sociales, sanitaires, commencent à réguler le travail par un cadre légal : on assiste aux premières enquêtes sociales. On dénote le défaut de sécurité, d hygiène, la promiscuité entre les travailleurs, les mauvaises conditions de vie (insalubrité et insécurité des logements construits trop rapidement, malnutrition du fait des faibles revenus). Plusieurs figures intellectuelles de l époque, en plus des médecins, ont étudié ces classes laborieuses : Les révolutionnaires : Marx et Engels notamment. Ils font des descriptions très détaillées de la violence faite au corps des ouvriers, Marx parle de «pathologie industrielle». Ils souhaitent une société dans laquelle le travail ne nuirait plus au corps. Les réformistes : Villermé notamment. Leur objectif est moins radical : ils ne veulent pas une autre société mais veulent améliorer au sein de la société telle qu elle existe les conditions de travail et de vie des ouvriers, notamment en menant des politiques de santé. 99

100 S en suit une multitude de mesure pour améliorer ses conditions : c est l émergence de l Etat social appelé plus tard Etat providence. L outil de mesure des inégalités est la nomenclature PCS établie par l INSEE. Quelques chiffres : ¾ des accidents du travail déclarés touchent des employés - Le risque d'avoir une maladie professionnelle, qui soit reconnue comme telle et entraîne l'arrêt de travail, est 37 fois plus élevé chez un ouvrier que chez un cadre - Aujourd'hui, chez les hommes entre 35 ans et 65 ans, les ouvriers ont deux fois plus de risques de décéder (26%) que les cadres (13%) : notion de gradient social de santé. CORPS ET INTERACTIONS SOCIALES Chapitre dans lequel on s intéresse au regard porté sur l'autre et sur le corps dans la relation. On se penche sur l'exemple particulier du handicap, de la différence corporelle visible en nous appuyant sur les écrits du sociologue Goffman. Dans un premier temps, le handicap physique étant considéré comme monstrueux : le monstre suscite tellement la curiosité qu on va l exposer, le montrer notamment dans les foires (femmes à barbe, hommes éléphant, ). Le regard sur le handicap va changer suite à l industrialisation et la Première Guerre mondiale : les personnes ne sont comme présentées comme responsables de leur infirmité. Apparaissent alors des lois et mesures de protection sociale. Aujourd hui, on constate des difficultés d intégration et de participation sociale des personnes présentant un handicap : l hypothèse de Goffman est qu il existe une discrimination sociale du fait des représentations négatives. Il définit ainsi le stigmate : processus qui consiste à poser sur une personne un jugement exclusivement négatif, une étiquette. Ainsi, la stigmatisation d'un individu intervient lorsqu'il présente une variante relative par rapport aux modèles offerts par son proche environnement : la personne est victime d'un jugement négatif parce qu'elle ne possède pas les attributs valorisés par la société. Elle n'est pas conforme aux normes, ce qui l'empêche d'être pleinement acceptée et sera toujours disqualifiée dans ses relations à autrui. Un stigmate n est pas universel : tout comportement ou tout attribut peut être stigmatisant par définition. LA MALADIE LES REPRESENTATIONS DE LA MALADIE ET DU MALADE Les maladies sont d abord collectives et synonymes de mort avec les grandes épidémies (peste, ). La tuberculose, qui touche particulièrement la classe ouvrière, va participer à la reconnaissance sociétale du malade : la maladie commence à s individualiser (le fait d être malade n est plus une menace pour l entourage) et ne tue plus de manière brutale. Les maladies chroniques se sont ensuite imposées progressivement tout au long du XX ème siècle, s accompagnant du renforcement de l intégration sociale des malades et de l individualisation de l expérience de la maladie. Elles ont 2 grandes caractéristiques : la durée et le retentissement psychosocial. Ce qui fait la spécificité de la maladie chronique, c est la volonté sociétale de s occuper de ses retentissements sur la vie de la personne : elle ne doit plus être gérée par l exclusion, l isolement. Le malade cherche avant tout à être intégré : il ne vit plus sa maladie comme une mise à l écart. Cette recherche de l intégration est la normalisation : fait d essayer de vivre le plus normalement possible malgré sa maladie. Pour améliorer la qualité de vie de ces malades, le Ministère de la Santé a mis un plan leur permettant de devenir acteurs de leur prise en charge. L objectif est aussi qu il soit moins dépendant du médecin, de construire une relation plus égalitaire, qu ils soient autonomes. 100

101 REPRESENTATIONS PROFANES DE LA GENESE DES MALADIES Des anthropologues ont mis en avant que l on s est toujours interrogés sur la question de l origine de notre mal biologique à titre individuel : on éprouve le besoin d expliquer la maladie, de produire un discours sur elle. Les profanes sont toutes les personnes qui ne sont pas des professionnels, qui ne mobilisent pas un savoir identifié comme savant. Les anthropologues constatent que les interrogations profanes n ont jamais été complètement satisfaites par les réponses organiques fournies par la médecine : on admet la cause organique mais cela ne répond pas à toutes nos questions sur l origine des maladies. Ils cherchent ainsi à donner du sens à l évènement qu est la maladie (pourquoi elle nous touche personnellement? touche un membre de notre entourage? pourquoi à ce moment-là?) Herzlich et Laplantine se sont penchés sur le sujet et disent que le sens qu on donne à la maladie est culturellement construit : il varie en fonction des cultures et des époques. On retrouve 2 grands types d interprétation profane de la maladie : interprétation exogène : on considère que la maladie s explique par des entités extérieures à la personne. C est la plus répandue et la plus ancienne : la maladie a d abord été considérée comme ayant une origine divine. On la retrouve toujours aujourd hui avec des expressions comme «attraper une grippe». L explication la plus fréquente est celle du mode de vie avec les effets nocifs de l urbanisation. interprétation endogène : la maladie est créée par la personne elle-même, elle peut par exemple être influencée par son psychisme. Elle est de plus en plus fréquente. Par exemple, certains disent qu on accorde de plus en plus d importance à l influence de notre état d esprit, de notre psyché sur notre organisme : il y a un mouvement de psychogenèse des maladies propre à nos sociétés contemporaines. Dans Santé et maladie, Herzlich a distingué trois interprétations de l expérience de la maladie : La maladie destructrice : elle est vécue comme une épreuve de souffrance, ne comporte que des aspects négatifs. Les personnes, qui se considéraient comme particulièrement actives sur le plan social, sont contraintes à l inactivité, ne peuvent plus satisfaire leurs rôles sociaux. Cette expérience s accompagne d un certain sentiment de solitude, parfois d une perte de dépendance et d autonomie. La maladie libératrice : la maladie est toujours associée à l inactivité mais cette fois-ci, elle n est pas considérée de manière négative et peut être vue de manière bénéfique en permettant aux personnes de s alléger des contraintes sociales. On peut associer la posture du malade à une posture de repos : pause dans une vie particulièrement contraignante et exigeante. On peut même identifier l expérience de maladie comme une possibilité de vie et de liberté. Cette conception se retrouve plutôt chez des personnes qui ne sont pas pleinement satisfaite de leurs rôles sociaux. La maladie-métier : elle renvoie à l idée que l expérience de la maladie s apparente à un apprentissage. Vivre avec une maladie au quotidien, c est un travail, une activité. L inactivité sociale va participer à cette lutte, la possibilité qu elle donne doit permettre de concentrer ses forces contre la maladie. Cette vision s inscrit dans une posture d acceptation de la maladie. LES RELATIONS ENTRE MALADES, MEDECINE ET SOIGNANTS On retrouve 2 appréhensions (opposée) de la relation de soin : Le courant fonctionnaliste avec T. Parsons Le courant interactionniste avec E. Freidson ou encore A. Strauss 101

102 LE FONCTIONNALISME Pour Parsons, l institution médicale doit garantir une population en bonne santé puisque la maladie est handicapante pour la société, elle créé du désordre social. Le rôle social du malade présente 4 attributs : 2 avantages (droits) : exemption des rôles sociaux, possibilité de bénéficier d une assistance 2 obligations (devoirs) : vouloir guérir, s adresser à un professionnel compétent et coopérer Le rôle du médecin présente également 4 attributs (mais qui sont 4 obligations) : Universalisme : être compétent Spécificité fonctionnelle : la compétence du médecin soit être limitée au champ de la santé Neutralité affective : le médecin ne doit pas traiter ses malades en fonction de ses propres sentiments Orientation vers la collectivité, vers l intérêt général Cependant, Parsons dit que la théorie énoncée ci-dessus ne correspond pas à la réalité puisque les acteurs ne se conforment jamais parfaitement aux rôles sociaux qu on leur demande de jouer du fait de tensions dans la pratique médicale (le savoir médical étant illimité, le médecin ne peut pas être pleinement compétent + le médecin est impliqué dans les affaires privées du malade + les émotions sont difficiles à gérer face à la souffrance,..). Pour lui, c est le rôle idéal qu on impose au médecin qui crée les tensions, mais c est ce même rôle idéal qui l aide à gérer ces tensions. Enfin, Parsons décrit la relation médecin-soigné comme étant asymétrique et consensuelle : le médecin est actif et le patient (comme son nom l indique) est passif. L INTERACTIONNISME SYMBOLIQUE Pour Freidson, la relation de soins est potentiellement conflictuelle : le médecin, d un côté, agit selon un certain savoir professionnel sur la santé et la maladie (formation); de l autre côté, le malade (ici actif) agit en fonction d une culture profane. Dans l interaction, chacun des deux acteurs va défendre le bienfondé de sa culture, et attend de l autre qu il accepte son point de vue. Freidson considère que le niveau de conflit dépend de la situation, du cadre et de tous les éléments spécifiques à une interaction : Le mode d exercice du médecin : les rapports entre médecin et malade sont beaucoup plus conflictuels chez le médecin hospitalier que chez le médecin de ville La gravité de la pathologie ressentie par le médecin : le conflit est moins intense si le malade perçoit sa pathologie comme particulièrement grave Strauss a développé la théorie de l ordre négocié dans le cadre de maladies chroniques. En effet, à chaque consultation, médecin et patient vont négocier : type de traitement en fonction des effets possibles sur la qualité de vie, La caractéristique du malade chronique est de faire des choix entre une logique sociale (épanouissement, meilleur qualité de vie possible) et une logique médicale (qui renvoie au traitement) : la logique sociale l emporte souvent et le médecin fait des compromis afin que son 102

103 patient vive le mieux possible sa maladie. Contrairement aux autres malades, le malade chronique acquiert une certaine culture savante, développe un certain niveau de compétence médicale : on pourrait presque observer des relations où dans certains cas le malade aurait une compétence supérieure au médecin concernant sa maladie. PHILOSOPHIE NOTION DE CORPS SUJET-CORPS OBJET (+++) Le corps sujet est le corps senti et vécu à la 1 ère personne, distinct du corps anatomique et physiologique. En effet, les gestes du médecin n ont de signification que s il y a un sujet (limiter la douleur). Georges Canguilhem disait à ce sujet : «Il est médicalement incorrect de parler d organes malades, de tissus malades, de cellules malades». La maladie est associée à un vécu : on ne peut parler de maladie qu en présence d un individu dont la vie est affectée. Le corps objet n est pas de même nature que le corps que nous sentons : c est le corps objectivable différent du corps intime. On peut dire que le médecin est le spécialiste du corps objet mais cet objet est un sujet. La médecine fondée sur l objectivation du corps est la médecine qui vise la connaissance et la maîtrise : l objectivation est nécessaire à l'aboutissement d'une pratique efficace (qui poursuit un projet scientifique). Cependant, il est primordial de modérer cette objectivation de sorte à ne pas effacer le sujet derrière son corps, de ne pas se focaliser sur les performances mais plutôt sur les soins. Il ne faut jamais oublier que le corps individuel est structuré par des affects, est indissociable d une histoire subjective, est un corps tout à la fois intime et social. Descartes, dans Méditations métaphysiques, expose le fait qu il y aurait une union entre le corps et l esprit : «je suis corps-esprit». Ainsi, c est par la réflexion que je fais la différence entre le corps et l esprit : Il y a parfois des discordances entre le corps objectif et le corps ressenti : exemple de étrangeté du greffon pour le greffé (effets du «membre fantôme» : une personne amputée de la main va ressentir des fourmillements dans la main qui n'est plus là. Mais aussi des correspondances : lorsqu on rougit, on transpose dans le corps un vécu, une émotion. 103

104 ETYMOLOGIE Grec Latin Signification Exemples Définition Divers Position Spatiale Endogène Qui prend naissance a l'intérieur d'un corps endo Endoblaste Feuillet interne de la gastrula dans, a l'intérieur de in Inoculation Introduire un germe dans un vivant par injection endoderme im Implant Comprimé placé sous la peau ecto Ectoblaste Feuillet superficiel de la gastrula ectoderme ex hors de, a l'extérieur Expectoration Expulsion par la toux toux : tussif, antitussif exo de Exothermique Qui dégage de la chaleur Exogène intra à l'intérieur Intramoléculaire Processus qui se passe a l'intérieur d'une même molécule extra à l'extérieur Extra-utérine Nidation qui se fait en dehors de l'utérus Equivalent d ectopique mes, méso au milieu de Mésoderme Feuillet médian de l'embryon Mésoblaste médi Médiateur Substance pour transfert d'info de cellule à cellule péri autour de Périoste Membrane, enveloppe des os Périscope, Périphérique circon Circoncision Ablation du prépuce pré devant Prémolaire Plus pour position temporelle post Postérieur Situé a l'arrière anté derrière Antéversion Déviation d'un organe vers l'avant rétro Rétroversion Vers l'arrière épi Epicrânien Qui recouvre la convexité du crane cf. céphale sur sus Sus-hépatique Qui est situé au-dessus du foie 104

105 sur Surrénal Qui est situé au-dessus du rein hypo sub sous Hypophyse Substrat Glande située a la base du diencéphale et secrétant de nbses hormones Ensemble des substances qui servent de matière première pour une transformation supra Supra-orbital Situé dans la partie supérieure de l'orbite orbe = sphère sur super Supérieur Situé dans la partie haute d'un organisme aussi : de la plus haute importance infra infèr sous dia à travers Diagnostique per Position temporelle Percutané Reconnaissance sémiologique de la nature d'un trouble trans Transcutané Implique une effraction (piqure, ) anté avant pré Prénatal Qui se passe avant la naissance post après Postnatal Qui se passe après la naissance 4 types : diagnostic clinique, biologique, différentiel, étiologique (connaissance de la cause de la maladie) Se dit du passage d'une substance a travers la peau sans qu'il y ait effraction (patch) péri autour de Périnatal Se dit de la période de S28 jusqu'au 8 e jour suivant la naissance pronostique : connaissance du futur néo nouveau Néo-natal Qui concerne le nouveau né pro Prophase proto premier Protozoaire Ce qui est premier et en même temps rudimentaire. Espèce unicelle, classée dans le règne animal prim Primipare Se dit d'une femme qui accouche pour la 1 ère fois s'oppose à multipare télo dernier Télophase 105

106 paléo ancien Paléocortex néo nouveau Néocortex La quantité a, an oligo pollaki in privatif Insomnie Difficultés à s'endormir Division générale du SNC comprenant des structures phylogénétiques anciennes : il régule de nombreux comportements instinctifs (oraux, sexuels, agressifs) Division générale du SNC comprenant des structures phylogénétiques récentes : cerveau rationnel, symbolique (langage) cortex = écorce, phylum = espèce Atrophie Diminution du volume d'un tissu ou d'un organe trophé = nourriture nul Nullipare Se dit d'une femme qui n'a jamais accouché rare, peu nombreux Oligo-éléments Eléments nécessaires a la vie et présents en petite quantité dans l'organisme pauci Paucisymptomatique Qui ne présente que peu de symptômes fréquent mais peu Pollakiurie Besoin fréquent d'uriner mais en petite quantité nombreux -pénie rare Leucopénie Diminution anormale du nombre de globules blancs oligosperme, oligodipsie, oligophagie, oligophrénie, Différent d une oligurie : TROP petite quantité mono unique Monocyte Le plus grand des leucocytes qui ne possède qu'un noyau un Unidose Présentation d'un médicament pour un usage unique poly nombreux Polyarthrite Arthrite (inflammation aigue) touchant plusieurs articulations arthro = articulation multi Multidose L'utilisateur doit lui-même mesurer la dose prescrite (sirop) pluri Pluripotence Faculté que présentent certaines cellules a se transmuter en tout type cellulaire mais sans être capable de constituer un être vivant structuré toti tout Totipotence Faculté que présentent certaines cellules a se différencier en n'importe quelle cellules tout en étant capable de constituer un EV structuré di deux Dialcool Comprenant deux fois la fonction alcool alcool : le flux pur tri trois Trisomie Anomalie congénitale due a l'existence de 3 chromosomes tétra quatre Tétraplégie Paralysie qui atteint les 4 membres hémiplégie (moitié latérale du corps), paraplégie (mb inférieur) hémi demi Hémi-synthèse Procédé mixte d'élaboration associant à une fermentation une synthèse 106

107 semi Semi-conservatif haplo simple Haploïde n diplo double Diploïde 2n Les sujets qui précisent la taille nano nain Nanisme Nanotechnologie chimique réplication de l'adn : résulte en la conservation de la moitié du patrimoine génétique parental Taille nettement inférieure a la moyenne (social) Technologies qui utilisent le petit micro petit Microbe EV de très petite taille (par restriction : bactéries) macro grand Macrocyte GR =contraction de macroérythrocyte mégalo anormalement grand Mégalocyte GR résultant de la maturation d'un mégaloblaste = GR géant giga géant Gigantisme Taille supérieure à la moyenne Opposé au nanisme La couleur chloro vert Chlorophylle Matière colorante verte des plantes phos, photo = lumière leuco Leucémie Augmentation du nb de GB, modif de leur forme, diminution du nb de GR blanc alb Albumine Protéine soluble dans les solutions salines diluées cyano bleu Acrocyanose Bleuissement des extrémités provoqué par une anoxémie acro = extrémité, ose = dégénerescence anoxémie : état de manque d'oxygène dans le sang erythro rouge Erythème Rougeur cutanée rhodo Rodopsine Pigment visuel de la rétine rub Rubéole Maladie virale, apparition de plaques rouges mélano noir Mélanocyte Cellule du derme sécrétant la mélanine mélancolie = humeur noire xantho jaune Xanthochromie Coloration jaune de la peau observable dans certaines pathologies galbinus vert pale Jaunisse = ictère Symptôme d'une affection du foie, colo jaune de la peau et des muqueuses polio gris, blanc Poliomyélite Inflammation de l'axe gris de la moelle Affection oculaire : hypertension intraoculaire, baisse de l'acuité visuelle. vert, bleu pale Glaucome glauco Peut entrainer la cécité (aveugle) La condition 107

108 eu dys ortho La vitesse bon Eupeptique Qui favorise la digestion pept = digestion Eutocie Accouchement normal béné Bénéfique Dyspectique Influence positive Relatif à la mauvaise digestion rrh = couler (diarrhée, otorrhée, logorrhée = diarrhée verbale, mauvais Dysménorrhée Menstruation douloureuse hémorragie, métrorragie, rhume) Dystocie Accouchement difficile mal Malformation Vice morphologique congénital droit, correct Orthodontie Remettre les dents a la bonne place orthogonal Orthographe Orthogénie Mesures permettant la planification des naissances rect Rectum rectangulaire, rectiligne brady lent Bradycardie ralentissement du rythme cardiaque tachy rapide Tachycardie accélération du rythme cardiaque 108

109 METHODOLOGIE DE LA QROC La QROC peut concerner toutes les matières (même linguistique même si ça parait peu probable : rien n est à négliger!) mais elle aborde le plus souvent la sociologie et le droit. C est un exercice qui effraie la plupart des étudiants mais il est important de prendre le temps de le travailler : réussir ses QROC permet de faire un bon dans le numerus clausus! Les professeurs attendent une réponse concise (une seule page avec un cadre vous sera distribuée à l épreuve), claire et organisée avec un mélange de connaissances piochées dans les différents cours (des différents matières), les différents chapitres du Manuel et pourquoi pas des connaissances personnelles. L idée ici est de vous apporter quelques conseils dès le début d année mais tout sera revu durant les colles où vous pourrez nous poser toutes vos interrogations. LE BROUILLON Prenez le temps de lire tous les mots qui constituent l énoncé pour bien en saisir le sens : attention aux hors-sujet! Une fois l énoncé décortiqué, faites une liste de toutes les idées qui vous viennent à l esprit (peut importe leur source) Une fois cette liste faite, essayer de rassembler ces idées en parties cohérentes (de 2 à 5 maxi) qui constitueront votre plan Une fois que vous avez une idée précise de ce que vous allez faire, dresser votre plan au propre et commencez l introduction Faites attention de bien gérer votre temps : les brouillons ne seront pas acceptés, il faut absolument avoir le temps de les recopier! L INTRODUCTION LE PLAN Elle doit être concise au vue de la grandeur de la page : une ligne d amorce suffit. Cela peutêtre une citation, une mise en contexte d une période, Il est important de mettre en avant la problématique sur laquelle vous allez travailler mais il est plus élégant de la noter de manière implicite, évitez le : «c est pourquoi nous allons nous poser la question suivante : en quoi la médecine?» Possibilité de faire un plan de type «oui/non» pour des questions telles que «La médecine est-elle» ou un plan par thèmes pour des questions du type «En quoi» L idéal est de faire 3 parties Mettez-le en évidence sur votre brouillon : c est la ligne conductrice de tout votre travail LE DEVELOPPEMENT Bien tout écrire au brouillon avant pour gérer le manque de place: 1 page, c est vraiment court! Essayer d aller à l essentiel, de choisir les idées les pertinentes : il n y a pas la place pour les détails inutiles Il faut que vos parties s enchainent : faires des connexions logiques entre elles Evitez les répétitions Essayer de mélanger dans chaque partie connaissances provenant du livre, des cours, de vos expériences personnelles (ne pas faire tout votre dissertation avec des connaissances ne provenant que d une seule source) Page 109 sur 113

110 Essayez de placer au moins une citation : le but est de prouver au correcteur que vous avez travaillé et que vous avez une certaine culture en sciences humaines Evitez cependant les citations connues de tous du type : «Etre utile ou du moins ne pas nuire» LA CONCLUSION Elle doit être extrêmement concise et doit répondre de manière synthétique à la problématique posée au début du devoir Faire une ouverture est conseillé mais n est pas nécessaire : il faut parfois mieux s abstenir plutôt que de sortir une phrase bateau, ridicule, synonyme d un manque d inspiration Exemple de QROC tombée en concours blanc en 2012 : «Quel est le sens possible de la phrase «la médecine doit être pensée à la lumière de l homme» (page 25 du manuel)?» Réponse proposée par Mme Penchaud lors d une séance de correction : Cette phrase est liée au chapitre entier sur la nature de la médecine, la question que l on doit se poser est : qu est-ce qui peut faire sa spécificité par rapport à d autres activités humaines et sociales? 1 er élément : on constate que la médecine est une construction humaine et sociale. C est sa caractéristique la plus générale. Il est possible de reprendre la genèse de la médecine (Hippocrate, ) pour expliquer que l on retrouve des médecines sous différentes formes et dans toutes les cultures : elles répondent à notre demande de soulager les souffrances, les angoisses liées à notre conscience de notre finitude, de notre fragilité. On demande également à la médecine de soulager les souffrances d autrui : la médecine est un vecteur de solidarité sociale, elle actualise un lien social, elle répond à la demande des individus de reconnaître leur souffrance sociale. La médecine, en tant que construction humaine, a pu se transformer, s adapter à sa demande (exemple : naissance de la médecine du risque, de la médecine préventive dans la société contemporaine). Cependant, soulager les souffrances ne suffit pas à établir la spécificité de la médecine. Dans les différentes sociétés, on trouve d autres instances à côté de la médecine qui remplissent la même fonction (la religion, l amitié, le travail sur soi-même, l écriture). Le biologiste remplit aussi cette fonction en découvrant de nouvelles molécules. 2 ème élément : la médecine est une activité de soins. La médecine, c est soulager la souffrance par un acte de soin. Cet acte implique une relation singulière, de proximité entre le médecin et autrui. Autre aspect : la souffrance qu elle prend en charge touche au corps. Ainsi, le soulagement de la souffrance et le soin de l autre sont-ils des socles que l on retrouve dans la plupart des médecines. Ces éléments sont présentés dans l étude. 3 ème élément : les questions du savoir et de la pratique médicale. Prendre soin implique que le savoir médical prenne en compte les spécificités de l humain, c'est-à-dire les spécificités du corps singulier, vécu, au même titre que la maladie, qui est expérience individuelle vécue en fonction de son histoire personnelle, de sa culture. Prendre exemple sur le chapitre sur la maladie en 3D. Le médecin doit décrypter les codes, les langages du patient et prendre en compte son environnement social, de son type de travail qui peuvent être une aide au diagnostic. Cela permet de mettre en place une thérapeutique qui ait une Page 110 sur 113

111 action thérapeutique satisfaisante pour le patient. Exemple : prendre soin dans le cas de maladies chroniques où les patients ne sont pas forcément à la recherche du meilleur traitement mais de celui le plus adapté à leur vie sociale. Prendre en compte cette singularité, c est un thème assez récurant, une sorte de norme de pratique. Cas des médecines hippocratiques qui se pensent sur l histoire du malade, sur son tempérament : c est une médecine individuée. On retrouve ça aussi chez Descartes qui défend la spécificité de la médecine qui est de traiter un corps subjectif. L objectivation du corps n est qu un outil méthodologique, indispensable mais qui n est pas la finalité de la médecine. La médecine est-elle qu un art? On peut ici disserter sur les idées hippocratiques : «l art de guérir». La médecine, dans sa pratique, reste toujours confrontée à des cas individuels le distinguant du technicien, du biologiste La rencontre médecin/patient est singulière. Les normes du médecin influent sur le patient : il faut faire attention. Un psychanalyste explique comment la présence du médecin lui-même peut influer sur la guérison «l effet médecin» ou encore «l effet blouse blanche». Ouverture possible sur la déshumanisation de la médecine ou la notion de devoir éthique des médecins de prendre soin qu ils ont intégré dans leurs codes de pratique. METHODOLOGIE DES FICHES DU MANUEL Si rien de change d ici là, vous aurez une vingtaine d études à lire et décortiquer [Préface, introduction, études ] : elles font parties intégrantes du programme même si elles ne sont quasiment jamais abordées en cours. Cela fait 2 ans que des QCM-QCU les concernant tombent à l examen et il est vivement conseillé de restituer des connaissances ici du manuel dans les QROC : il est ainsi important de commencer à le travailler dès le début d année où vous aurez le plus de temps. L idéal (mais évidemment, à chacun de trouver la technique qui lui correspond), serait d accorder le créneau d une soirée par semaine au manuel, permettant d ainsi faire 1 fiche par semaine. Il vous est conseillé d avoir fini vos fiches avant les vacances de Noël : vous n aurez plus le temps de les faire pendant les révisions, seulement le temps de bien les apprendre! La difficulté est de savoir que mettre dans ces fiches : en effet, les professeurs sont très vagues concernant les points à retenir ou non. D après notre expérience, on vous conseillerait de lire une première fois l étude et de surligner (souligner au crayon bois pour les puristes) ce qui vous parait très important : grands principes associés à leurs auteurs, dates quand ceux-ci sont très importants, L idée est de résumer sur votre fiche (qui ne doit pas faire plus d une page A4 dans l idéal) ses idées et principes et en bonus si vous êtes motivés et déterminés à faire la différence, pourquoi pas en suivant un certain plan répondant à la problématique du chapitre (ce qui rend beaucoup plus faciles les QROC le jour J!) Essayez pour les plus feignants ou non amateurs de sciences humaines, de faire des parallèles (au moins dans votre tête) entre certains chapitres et certains cours pour préparer le fameux mix de connaissances des QROC. Il est relativement normal de passer 3-4h par chapitre, ceux-ci étant parfois difficile comprendre, vous allez parfois lire 10 fois la même phrase mais ne vous découragez pas : le travail paye! Page 111 sur 113

112 QUELQUES CITATIONS L idée n est pas de toutes les apprendre par cœur mais d en sélectionner environ 5 qui concordent avec des grands thèmes dominants dans l espoir de pouvoir les replacer en QROC CLAUDE BERNARD «Le médecin n est point le médecin des êtres vivants en général, pas même le médecin du genre humain mais bien le médecin de l individu humain» «Conserver la santé et guérir les maladies : tel est le problème que la médecine a posé dès son origine et dont elle poursuit encore la solution scientifique.» Introduction à l étude de la médecine expérimentale, 1865 «Ce que je sais est un grand obstacle à ce que je sais pas» «Le progrès réel consiste toujours à changer de théories pour pouvoir expliquer davantage de phénomènes» «L expérience est le privilège de la raison» CANGUILHEM «C est parce qu il y a des hommes qui se sentent malades qu il y a des médecins» «La médecine est une technique ou un art au carrefour de plusieurs sciences plutôt qu un science proprement dite» «Il est médicalement incorrect de parler d organes malades, de tissus malades, de cellules malades» BICHAT «Ouvrez quelques cadavres et vous verrez aussitôt disparaître l obscurité que jamais la seule observation n aurait pu dissiper» MANUEL «La médecine est une exigence universelle de soin» «La raison d être du médecin est le corps en peine et les peines qui passent par le corps» «La médecine ne se laisse réduire à cette référence scientifique qui est pour elle un outil indispensable mais non suffisant» «L origine de la médecine est aussi la constitution d un problème constant : l autre» «La médecine plonge ses racines dans l existence même de l humanité» «Le médecin doit adapter la généralité du savoir ainsi élaboré à la situation concrète de la personne singulière qu il rencontre» Page 112 sur 113

113 En espérant que ce polycopié vous a plu. Merci aux Chefs de Matières qui ont passé du temps pour rédiger ce polycopié, et merci au Chargés de Missions Pré-rentrée pour leur travail. BON COURAGE A VOUS!! Page 113 sur 113