Biophysique Biophy.cours 1/7 Mélange d eau et d O -, une substance telle que les molécules soient réparties de manière homogène. H 2 O = solvant. Autre molécule = soluté. 6,02.10 23 = N : nombre de molécules par mole. La concentration pondérale = (g.l -1 ) masse de soluté V (solvant + soluté) = solution finale Cette formule est utile pour les protéines du plasma. La concentration molaire (= molarité) = (mol.l -1 ) (mol.m -3 S.I.) La concentration molale (= molalité) = (mol.kg -1 ) Nombre de moles de soluté V solution n soluté masse solvant La fraction molaire on considère toutes les espèces moléculaires (ne privilégie plus le soluté sur le solvant) : f i = n i n 1 + n 2 + + n i + + n
Biophy.cours 2/7 Notion d osmolarité et d osmolalité. Ces notions sont dépendantes du nombre de molécules en solution, et pas leur nature. Elles dépendent de la dissociation éventuelle des molécules : 1 mole de glucose pour un litre = osmolarité de 1 mole. osmol par litre 1 mole de NaCl osmolarité = 2 osmol ( = 2moles) Une solution AB donne : AB A + + B - 1 mole de AB : mol A + + mol B - + 1 mol AB (1 ) + + 1 + mol. une liée à Na +. + une liée à Cl -. = coefficient de dissociation. osmolarité dépend de leurs degrés de dissociation. Osmolarité osmol/l. Notion de concentration équivalente : C est le nombre de charges électriques liées à un ion en solution. Un ion possède une charge Z en valeur absolue. Concentration équivalente = concentration de Z Si la concentration est exprimée en mol.l -1, alors la concentration équivalente est exprimée en Eq.L -1. 10-3 Eq.L -1 = 1 meq. [Na 2+ ] plasma = 140 mmol.l -1. 140 meq.l -1. Si l ion est divalent, la concentration en équivalence (Eq) sera le double de la concentration en mmol.
Le solvant = l eau. C est le solvant unique des milieux biologiques principaux. Peu de propriété chimique, mais les proportions physiques sont complexes. charge électrique sur la molécule d eau : -polarisée avec une charge positive -polarisée avec une charge négative H + - O 104 H + O H Biophy.cours 3/7 L eau peut s arranger les molécules d eau lisent des molécules en structure pseudo cristalline (forme de cristaux). Le changement d état de l eau, nécessite l énergie qui sert à rompre les liaisons électrostatiques. L ion en solution s entoure de plusieurs molécules d eaux et forment une couche de molécules d eau. = l hydratation qui augmente son diamètre apparent. Les macromolécules (complexes / protéiques) peuvent se lier à des molécules d eaux de manière importante : Formes : eau libre eau liée (aux macromolécules). La solubilité des solutés. Elle dépend de la liaison de l eau avec ces substances en solution. Deux types de groupement : polarisé (hydrophile) liaison électrostatique avec l eau ex : COOH / CO / OH / NH 3 hydrophobe (Acides gras, ) ex : phospholipide groupements polaires (qui s approche de l eau) Groupements apolaires (qui s éloigne de l eau). Molécule hydrophile canaux protéiques (qui assurent la possibilité de passage des hydrophiles). Les échanges entre compartiment séparé par une membrane. - échange de soluté. - échange de solvant.
Echange de soluté La diffusion (agitation moléculaire). Biophy.cours 4/7 Membrane perméable au soluté C 1 C 2 C 1 > C 2 Gradient de diffusion Les transports actifs : Ce sont les transports qui consomment de l énergie pour maintenir la différence de concentration. (ex : pompe Na + /K + ) Les solutions qui ont une charge électrique : Elles peuvent changer de côté de la membrane. en fonction du champ électrique de part et d autre de la membrane. Les trois phases peuvent coexister. Echange de solvant / d eau : deux mécanismes Différences de pression hydrostatique = comme le filtre à café. eau On produit une force de pression hydrostatique grâce à l eau qui fait passer le solvant à travers le filtre ainsi que les molécules de café qui sont suffisamment petite. Au niveau des capillaires: Les pores où l eau peut passer (apportant tous les nutriments nécessaires).
Pression osmolarité : Biophy.cours 5/7 On exerce une contre-pression Membrane molécules qui ne traversent pas la membrane eau Ce crée un flux de solvant du coté le moins concentré vers le plus concentrée. Pour empêcher ce phénomène, on exerce une contre-pression = pression osmotique, alors supérieur à la partie droite. L eau va du compartiment de pression osmotique la plus faible au compartiment de pression la plus forte. Les molécules qui exercent cette pression sont les molécules du soluté quel quelles soient. A condition qu elles ne traversent pas la membrane. Ce ne sont pas toujours les mêmes molécules qui vont exercer cette pression (cf. : osmolité) Application importante : Effet de l osmolarité sur le contenu hydrique cellulaire : Propriétés oligatives des différentes molécules : les concentrations s ajoutent sans franchir la membrane et créent une pression osmotique. 1 er cas : cellules dans un milieu extracellulaire (= isotonique = iso-osmotique = iso-osmolaire) 2 ème cas : cellules dans un milieu hypotonique (= hypo-osmotique = hypo-osmolaire) hyper hydratation cellulaire hémolyse. 3 ème cas : cellules dans un milieu hyper osmotique observation de différence avec 2 ème cas. tonique. hyponatrémie (NaCl) = déshydratation intracellulaire.
Préparation d une solution de perfusion : Biophy.cours 6/7 Le soluté est plus ou moins osmolaire. Application : description des échanges à travers une membrane capillaire. Cellule Loi de Starling. Pression oncotique = 8 mmhg Pression hydrostatique = 8 mmhg Il faut une circulation entre la cellule et le capillaire, car la diffusion ne suffit pas. Liquide interstitiel Capillaire Flux sanguin Pression oncotique = 28 P A hydrostatique = 32 P V hydrostatique = 12 Artérielle Veineuse Pression oncotique = pression osmotique liée aux protéines qui ne traversent pas la membrane capillaire. Il faut une différence de pression hydrostatique entre l entrée et la sortie du capillaire. Pression de sortie : 32 + 8-8 - 28 12 + 8 8 28 P A hydrostatique P oncotique interstitielle P hydrostatique interstitielle P oncotique capillaire 4-16 sortie de liquide du capillaire entrée de gaz dans le capillaire Lors d un défaut de retour dans le capillaire. Il y a diminution de la pression oncotique quand il y a diminution de la concentration de protéines. Il y a donc augmentation de la pression hydrostatique sur le versant veineux Cela entraîne un œdème pulmonaire.
Autre application : rein artificiel. C est un système interne au corps. Biophy.cours 7/7 Sang Membrane semi-perméable Liquide Epuration du sang par rein artificiel. Le sang est épuré dans ce liquide : ce qu il manque dans ce liquide et qui est présent dans le sang, traverse la membrane semiperméable et passe dans le liquide. Ce phénomène existe dans notre corps, la membrane de dialyse corporelle naturelle est le péritoine. Un cathéter injecte dans l abdomen un liquide et un autre récupère ce liquide qui a épuré l abdomen. super simple en théorie mais très complexe en pratique (stérilité de l appareil, fragilité de la membrane ) Mesure : grand compartiment = plasma + liquide interstitiel : Membrane capillaire Membrane cellulaire Plasma Liquide interstitiel Liquide intracellulaire Compartiment Extracellulaire Compartiment Intracellulaire Méthode de dilution : On injecte une quantité m d un traceur dans un compartiment de volume v [m] = m/v. Ce qui permet de calculer le volume v = m/[m] On peut effectuer la même opération avec un élément radioactif A [A ] = A / V V = A /[ A ]. Cette technique est utile pour mesurer le volume sanguin (plasmatique?). Le principe est semblable pour une mesure du liquide extracellulaire (LEC), mais il faut que la molécule ne diffuse que dans le plasma et le liquide interstitiel (LI) et pas dans le liquide intracellulaire (LIC). Pour une mesure du volume totale, il n y a guère que l eau qui soit presque totalement diffusible, mais l eau radioactive c est bien mais c est pas top pour le patient