Homéostasie du Milieu Intérieur

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1 Institut de Formation en Soins Infirmiers Année U.E 2.2 S1 : Cycle de Vie et Grandes Fonctions Homéostasie du Milieu Intérieur Christel BAUDET Dr. Sc. Maître de Conférences en Biologie Cellulaire et Développement Introduction Le concept fondamental de «milieu intérieur», est né au 19ème siècle avec les travaux du physiologiste Claude Bernard Le milieu intérieur doit être liquide parce que l'eau est indispensable aux réactions chimiques ( ). Ce n'est que par un artifice de construction que des organismes animaux ( ) existent dans l'air. Aucun de leurs éléments histologiques ne pourrait y vivre ; il y périrait infailliblement ou tomberait à l'état de vie latente par dessiccation. Les éléments histologiques sont tous de véritables organismes élémentaires aquatiques. Rapport sur les progrès et la marche de la physiologie générale en France, 1867 Introduction Les premières formes de vie sont apparues dans l eau sous forme d unicellulaire Apports O2 nutriments N Excrétion de déchets Energie Milieu extérieur (océan) Les êtres vivants évoluent ensuite vers une organisation pluricellulaire Co2, NH4, urée O2 Apports nutriments N Excrétion de déchets Energie Milieu extérieur Surface de l organisme Milieu intérieur 1

2 Introduction L activité cellulaire modifie la composition du Milieu Intérieur en permanence Sans renouvellement, le milieu intérieur : - s épuiserait en Nutriments et O2 - s enrichirait en déchets La survie d un organisme nécessite que la composition du milieu intérieur se renouvelle pour demeurer constante Notion d Homéostasie Introduction Homéostasie terme introduit en Biologie par Walter Cannon au 20ème siècle signifiant : «état stable» Capacité de l organisme à maintenir des valeurs de références constantes malgré les contraintes environnementales et métaboliques. Introduction Valeurs de référence Ecart limite acceptable - + Référence (Norme) Maladie Individus sains Maladie Exemple : Glucose plasmatique 3,90 5,30 mmol/l Cholestérol total 4,10 6,20 mmol/l «La maladie est une variation quantitative d'un processus normal, un simple écart par rapport à une norme» Claude Bernard 2

3 Introduction Cet état stable résulte en fait d un équilibre dynamique Tel le funambule qui, pour ne pas tomber, doit compenser adéquatement ces déséquilibres Photo: Thomas Shea L organisme doit opérer des ajustements continuels pour palier aux déséquilibres induits par son environnement Introduction Santé Compensation HOMEOSTASIE Déséquilibre éé Changement dans le milieu intérieur Introduction Compensation HOMEOSTASIE Déséquilibre éé Changement dans le milieu intérieur Mort 3

4 Introduction Compensation : la régulation homéostatique Variable Ecart limite acceptable Capteur (récepteur) Référence Effecteur Centre de régulation Introduction Compensation : la régulation homéostatique Modification de la variable 4 Réponse de l effecteur par rétroaction (activation/inhibition) Variable Ecart limite acceptable 1 Modification détectée par Capteur (récepteur) Référence Effecteur 2 Entrée: information acheminée par une voie afférente au Centre de régulation 3 Sortie: information acheminée par une voie efférente et activation d un Introduction Compensation : la régulation homéostatique Equilibre 4 Réponse de l effecteur par rétroaction (activation/inhibition) Variable Ecart limite acceptable 1 Modification détectée par Capteur (récepteur) Référence Effecteur 2 Entrée: information acheminée par une voie afférente au Centre de régulation 3 Sortie: information acheminée par une voie efférente et activation d un 4

5 Homéostasie du Milieu Intérieur (MI) Analyse de prélèvement sanguin UE 2.1 Compartiments liquidiens et composition du MI Echanges entre les différents compartiments Maintien de l homéostasie du MI Homéostasie du Milieu Intérieur (MI) Analyse de prélèvement sanguin UE 2.1 Concentration d une solution Principe de la Diffusion Principe de l Osmose Osmolarité et tonicité Compartiments liquidiens et composition du MI Echanges entre les différents compartiments Maintien de l homéostasie du MI Concentration d une solution (1/3) Une solution est un mélange homogène en phase liquide de deux ou plusieurs substances : un solvant (l eau), substance majoritaire un ou plusieurs solutés qui sont les substances dissoutes Une solution est caractérisée par la nature de ses constituants et leurs quantités Concentration d une solution Molarité (mol/l) = Nombre de mole (mole) Volume de solution (litre) Molalité (mol/kg) = Nombre de mole (mole) Masse du solvant (kg) 1litre d eau ~ 1kg 5

6 Concentration d une solution (2/3) Deux types de solutés : Les non-électrolytes qui ne s ionisent pas dans l eau Glucose Glucose Les électrolytes qui s ionisent dans l eau NaCl Na+ Cl- Electrolyte: composé qui, dans l eau, se dissocie en cation (+) et anions (-) [acides, bases, sels] Concentration d une solution (3/3) Osmolarité (Osmol/l) = Somme des concentrations de toutes les particules solubles NaCl (150 mmol/l) dans 1 litre d eau NaCl (150 mmol/l) Urée (200 mmol/l) dans 1 litre d eau Na+ (150 mosmol/l) Cl- (150 mosmol/l) Na+ (150 mosmol/l) Cl- (150 mosmol/l) Urée (200 mosmol/l) Osmolarité : 300mOsmol/l Osmolarité : 500mOsmol/l Principe de la diffusion Phase initiale Phase intermédiaire Phase d équilibre Bécher rempli d eau Déplacement d une substance suivant son gradient de concentration + concentré - concentré x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x Phase initiale Phase d équilibre 6

7 Principe de l Osmose (1/3) Membrane semi-perméable perméable à l eau imperméable aux solutés τ Solution A Solution B [A] < [B] [A] = [B] Flux de solvant d'une solution diluée vers une solution concentrée Principe de l Osmose (2/3) Notion de Pression Osmotique Pression osmotique Solution A Solution B Pression que l on devra exercer pour contrer le flux d eau entrant Principe de l Osmose (3/3) Notion de Tonicité Tonicité (Osmol/l) = Somme des concentrations de particules osmotiquement actives particule osmotiquement active : Particule libre ne diffusant pas à travers une membrane et entraînant donc un déplacement d eau par osmose 7

8 Osmolarité et tonicité (1/4) 1 litre de Solution E : 300 mosmol/l de NaCl Iso-osmotique Légèrement hypertonique Na+ Clmosmol/l) (150 mosmol/l) (150 EAU Membrane semi-perméable perméable à l eau eau, à l urée imperméable aux ions, au glucose Solution I : osmolarité 300 mosmol/l tonicité 285 mosmol/l Osmolarité et tonicité (2/4) Membrane semi-perméable perméable à l eau, à l urée imperméable aux ions, au glucose Solution I : osmolarité 300 mosmol/l tonicité 285 mosmol/l Solution A : 285 mosmol/l de glucose Solution B: 570 mosmol/l de NaCl Solution C : 285 mosmol/l d urée EAU EAU EAU Légèrement hypo-osmotique Isotonique Hyper-osmotique hypertonique Légèrement hypo-osmotique hypotonique Osmolarité et tonicité (3/4) Solution A : 285 mosmol/l de glucose Solution B : 570 mosmol/l de NaCl Solution C : 285 mosmol/l d urée Membrane semi-perméable perméable à l eau, à l urée imperméable aux ions, au glucose Solution I : osmolarité 300 mosmol/l tonicité 285 mosmol/l Solution (A/2 + B/2) hyper-osmotique Solution (A/2 + C/2) hypo-osmotique Solution (B/2 + C/2) hyper-osmotique hypertonique hypotonique isotonique 1 litre 1 litre 1 litre EAU EAU EAU 8

9 Osmolarité et tonicité (4/4) Hémolyse la membrane cytoplasmique est semi-perméable turgescent membrane élastique Rupture de la membrane + - Déshydratation intracellulaire Hyperhydratation intracellulaire Adapte de : Biologie moléculaire de la cellule. ALBERTS Bruce et al. 1998, Flammarion Homéostasie du Milieu Intérieur (MI) Analyse de prélèvement sanguin UE 2.1 Compartiments liquidiens et composition du MI - Compartiments liquidiens - Composition i du MI - Les acteurs de l homéostasie du MI Echanges entre les différents compartiments Maintien de l homéostasie du MI Masse hydrique de l organisme et ses variations (1/2) ~ 73 % ~ 60 % ~ 50 % ~ 45 % Nourrisson Adultes Personne âgée 9

10 Masse hydrique de l organisme et ses variations (2/2) dentine 10% foie 80% graisses 20% Tous les liquides (sang, lymphe, sueur, salive, larme, LCR, sucs digestifs) : 80-90% Compartiments liquidiens de l organisme Adulte de taille et corpulence moyennes 70% Compartiment Intracellulaire 60% d eau 30% Compartiment Extracellulaire = Milieu intérieur 80% liquide interstitiel Lymphe liquide synovial Fluides des yeux et des oreilles Liquide cérébro-spinal Fluide du tractus intestinal + Liquide pleural, péricardique, péritonéal Filtrat glomérulaire 20% Plasma 40% de matière solide Le milieu intérieur (MI) représente 30% des liquides de l organisme Composition du MI Eau (solvant majoritaire) Rôles : ionisant, mécanique (transport et mouvement), thermique Solutés Protéines (albumines, globulines) Substances azotées non protéiques (urée, créatinine, ac. Urique) Nutriments (glucose, cholestérol, lipides) Gaz respiratoires (O2, CO2) Substances régulatrices (hormones) Électrolytes 10

11 Les électrolytes du MI Anions et Cations Sodium (Na + ) Potassium (K + ) Calcium (Ca ++ ) Magnésium (Mg 2+ ) Chlore (Cl ) Bicarbonate (HCO3 ) Protéines (Prot ) Phosphate (HPO4 2- ) Sulfate (SO4 2- ) Acides organiques Les acteurs de l homéostasie du MI Eau + Solutés Compartiment extracellulaire = Milieu intérieur Compartiment intracellulaire ytes Electroly Cations Sodium (Na+) Potassium (K+) Calcium (Ca++) M i (M ) Anions Chlore (Cl-) Bicarbonate (HCO3-) Phosphate (HPO4 2- ) Protéines (prot-) Sulfate (SO4 2- ) Acides organiques Plasma 146 mm 4,2 mm 2,5 mm 15 M Interstitium 142 mm 4 mm 2,4 mm 14 M 14 mm 140 mm 10-4 mm 10 M Magnesium (Mg++) 1,5 mm 1,4 mm 10 mm 105 mm 27 mm 2 mm 15 mm 0,5 mm 5 mm 108 mm 28,3 mm 2 mm 1 mm 0,5 mm 8 mm 4 mm 15 mm 54 mm 71 mm 1 mm 0 mm Neutres Glucose Urée Autres (lipides, O 2, CO 2) 5 mm 4 mm 5 mm 5 mm 4 mm 5 mm 5 mm 4 mm 5 mm Homéostasie du Milieu Intérieur (MI) UE 2.1 Analyse de prélèvement sanguin Composition et compartiments du MI Echanges entre les différents compartiments Entre les compartiments plasmatique et interstitiel Entre les compartiments interstitiel et intracellulaire Maintien de l homéostasie du MI 11

12 Echange entre les compartiments plasmatique et interstitiel Localisés au niveau des capillaires sanguins perméable à l eau, aux électrolytes imperméable aux protéines Par filtration suivant les gradients de pression Gradient de pression hydrostatique favorise la sortie d eau des capillaires Gradient de pression oncotique empêche la sortie d eau des capillaires Mouvement d eau Pression interstitielle: ~ 0mmHg - + Mouvement d eau [prot-] : 1 mm - + Echange entre les compartiments plasmatique et interstitiel Bilan des gradients Dans le secteur artérielle Dans le secteur veineux Pression Hydrostatique > Pression Oncotique Pression Oncotique > Pression Hydrostatique Passage d eau dans l interstitium Réabsorption de l eau vers le capillaire Echange entre les compartiments interstitiel et intracellulaire Localisés au niveau de la membrane cellulaire perméable à l eau, à certains solutés imperméable à certains ions Par osmose. : l eau passe du milieu le moins concentré vers le plus concentré le flux sera sortant si la tonicité est plus élevée dans le milieu interstitiel le flux sera entrant si la tonicité est plus élevée dans le milieu intracellulaire L osmolarité est égale entre les deux compartiments à l état normal 12

13 Echange entre les compartiments interstitiel et intracellulaire Mécanismes passifs Mécanismes actifs H2O urée Lipides glucose CO2 O2 Na + Gradients de Concentration + Na + Polarité - Aquaporine K + Diffusion simple Energie (ATP) Diffusion facilitée - par transporteur - par canal protéique Osmose Diffusion simple K + Transport actif primaire Pompe Na + /K + ATPase Transport actif secondaire (Co-transporteur Echangeur) Echange entre les compartiments interstitiel et intracellulaire Pompes ioniques Rôle majeur : responsables de l osmolarité des compartiments et du flux net hydrique Travaille contre le gradient de concentration Pompe Na + /K + ATPase Pompe H + / K + ATPase 3 Na + K + LEC LEC LIC 1 ATP LIC 2 K + H + 1 ATP Pompe H + ATPase Pompe Ca + + ATPase LEC LEC LIC H + ATP LIC Ca ++ ATP Echange entre les compartiments interstitiel et intracellulaire Echangeurs et co-transporteurs Utilisent le gradient de concentration ionique crée par la pompe Na+/K+- ATPase Echangeur Na+/Ca2+ Bidirectionnel selon [Na+] Echangeur Na+/H+ Co-transporteur Na+/Glucose 3 Na+ Na+ Na+ Glu Gradient de [Na+] LEC LIC Gradient de [Na+] LEC LIC Gradient de [Na+] LEC LIC Ca2+ H+ Co-transporteur Na+/Acide aminé Co-transporteur Na+/médiateur Co-transporteur Na+/Cl- Co-transporteur Na+/K+/2Cl- 13

14 En résumé L eau circule librement entre les 3 compartiments, ce sont les électrolytes restreints à un compartiment et les gradients de pression qui vont déterminer la direction des flux hydriques. Cellules des tissus Compartiment intracellulaire Surface de l organisme 1 2 Compartiment extracellulaire = MILIEU INTERIEUR Capillaire sanguin 3 Osmose / pression osmotique Filtration / pression hydrostatique pression oncotique En résumé Les mouvements d eau sont précisément régulés pour maintenir l osmolarité de chacun des compartiments constante Milieu extra-cellulaire: 1/3 eau Milieu intra-cellulaire: 2/3 eau Plasma 5% Interstitium 15% Protides 70g/l Protides 0-2g/l Pression oncotique Pression arterielle 70 mmhg Pression interstitielle 0-10 mmhg Pression hydrostatique Osmolarité extra-cellulaire Pression osmotique Osmolarité intra-cellulaire Homéostasie du Milieu Intérieur (MI) Analyse de prélèvement sanguin UE 2.1 Composition et compartiments du MI Echanges entre les différents compartiments Maintien de l homéostasie du MI Maintien de l équilibre hydro-électrolytique Maintien de l équilibre acido-basique Thermorégulation 14

15 Maintien de l équilibre Hydro-électrolytique du MI Apports : Alimentation, boisson, métabolisme = Pertes extra-rénales : - pertes sudorales H 2O K + Cl - HCO - 3 Na + HPO pertes digestives - pertes respiratoires Pertes rénales : excrétion urinaire ajustable Maintien de l équilibre hydrique du MI L organisme humain peut survivre sans manger pendant plusieurs semaines il ne survit que 2-3 jours sans apport d eau! Une perte hydrique de : 1% 5% 10% 12% = sensation de soif = petite fièvre = hallucinations, rétractation de la peau = MORT fatigabilité Maintien de l équilibre hydrique du MI Régulation de l apport hydrique : mécanisme de la soif Stimulus : de l osmolarité du plasma (1%) du volume plasmatique (10%) de l osmolarité du plasma du volume plasmatique osmolarité du plasma pression artérielle Ingestion d eau OsmoRécepteurs Volorecepteurs Système Rénine-Angiotensine Centre Hypothalamique de la soif 15

16 Fin de la 1ère partie du cours Homéostasie du Milieu Intérieur 16