LE MILIEU INTERIEUR 1. LE MILIEU INTÉRIEUR ET SA COMPARTIMENTATION 1.1. Définition du milieu intérieur "La fixité du milieu intérieur est la condition d'une vie libre et indépendante". Claude Bernard
Le milieu intérieur d un organisme multicellulaire, comme l Homme, correspond au liquide extracellulaire contenu dans le corps Pour éviter l accumulation de déchets, le liquide extracellulaire est renouvelé par deux circulations qui se font dans des vaisseaux : les circulations sanguine et lymphatique
Ensemble des liquides extracellulaires de l organisme (le sang, la lymphe) la lymphe =lymphe canalisée (endiguée)+ liquide interstitiel (lymphe non canalisée) constituant le milieu de vie des cellules. Ce milieu doit être stable.
1.2. Le milieu intérieur et l homéostasie - les poumons (apport O2 et élimination CO2) - les intestins (entrée des nutriments, de l eau, des ions minéraux.) - les reins (élimination H2O, ions minéraux, déchets organiques )
schéma de GANBLE Plasma sanguin Extracellulaire Intersticiel Lymphe Membrane cellulaire Intracellulaire
L HOMÉOSTASIE c est la coordination de processus physiologiques qui vise à maintenir la stabilité du milieu intérieur grâce à une étroite coopération des organes et systèmes de l organisme
un changement du milieu intérieur dans un sens entraîne obligatoirement une réponse compensatoire en sens inverse. Le milieu intérieur est caractérisé par son HOMEOSTASIE = constance de sa composition Déséquilibre récepteur systèmes régulateurs correction du déséquilibre Exemple de la la glycémie Troubles de la régulation du milieu intérieur détectables sur bilan sanguin
1.3. Répartition du milieu intérieur dans trois compartiments liquidiens
2. COMPOSITION DES COMPARTIMENTS LIQUIDIENS. 2. 1. L'eau totale Eau = constituant principal de l organisme Répartition variable selon les compartiments
Les compartiments hydriques de l organisme
L eau constitue 60% de la masse corporelle soit 42L chez un adulte de 70Kg. Il existe des variations en fonction de l âge, de la masse grasse et du sexe : 75% chez le nouveau-né; fœtus de 4 mois: 93%; 2 à 7ans: 63%, 7 à16 ans: 58%; 22 à 58 ans: 52%; 71à 84 ans 51 %. 45% chez l obèse 50% chez la femme (masse grasse = 13% ; = 20%)
salive : 99,5% plasma: 90% cerveau ( substance grise): 84 % muscles 75% cerveau substance blanche: 70% tissu adipeux : 30% ivoire dentaire : 10%
le rein maintien la stabilité du milieu extracellulaire pour préserver le fonctionnement des cellules.
Technique générale de mesure Le volume d un compartiment liquidien peut être mesuré par = une méthode de dilution d un indicateur dans un espace de répartition donné. une quantité Q d une substance particulière est injectée dans un compartiment de volume V à déterminer. Après diffusion dans l ensemble du compartiment, cette substance a une concentration C, mesurée après prélèvement. Le volume de l espace de diffusion du compartiment est V = Q/C
Pour que cette méthode soit valide, il faut - un marqueur qui ne quitte pas le compartiment à mesurer, - qui ne soit ni excrété ni métabolisé, - qui ne fasse pas varier le volume à mesurer. Ces marqueurs sont soit des substances endogènes marquées, soit des substances exogènes non existantes dans l organisme
Caractéristiques des traceurs Traceurs : - Non toxiques - Injectables - Diffusion homogène et spécifique - Sans action sur distribution de l eau - Dosage simple Traceur radioactif Compteur externe
L estimation des volumes non mesurables directement par des marqueurs se fait par calcul de différences : Eau intracellulaire = eau totale eau extracellulaire Eau interstitielle = eau extracellulaire eau plasmatique
Comment mesurer le volume d un compartiment liquidien sans avoir à le vider? Principe : le volume cherché est assimilé au volume de distribution V d d un traceur injecté dans le compartiment plasmatique et supposé se répartir uniformément dans la totalité de l espace à mesurer Calcul : à l équilibre : V d = Quantité injectée (- quantité excrétée) Injection Concentration plasmatique concentration plasmatique une fois l équilibre atteint
Si traceur endogène : V d = Dm (- quantité excrétée) Dm Dc plasma m avec : Dc plasma = c eq -c 0 Condition : la quantité injectée de marqueur : - ne doit pas être métabolisée : cas du bicarbonate : HCO 3- + AH A - + CO 2 (+ H 2 O) -ne doit pas faire varier le volume à mesurer. - ne doit pas aller dans un autre compartiment liquidien.
si traceur exogène (un colorant exp. l inuline) - Dilution d'un indicateur V = m / c avec m = masse du colorant c = sa concentration La décroissance de la concentration en fonction du temps dépend de sa répartition et de son catabolisme V = (m injectée m détruite) / c Il existe une relation linéaire entre concentration initiale et sa décroissance
Méthode de dilution X C V? C V = X / C
Méthode de dilution Diffusion et disparition V = X / C o Disparition Injection Temp s min
Indicateurs utilisés en fonction des compartiments à mesurer : -Eau totale 3 H 2 O -Compartiment extracellulaire Inuline -Compartiment intracellulaire Volume total volume extracellulaire -Volume plasmatique Fibrinogène marqué à l' 131 I, bleu Evans -Compartiment interstitiel Compartiment extracellulaire volume plasmatique - Volume sanguin marquage des globules rouges par 51 Cr ou 32 P
Mesure du volume des compartiments liquidiens Compartiments comprenant le compartiment plasmatique : Choix du traceur : Marqueurs endogènes exogènes Volume plasmatique albumine* bleu Evans Volume extracellulaire Na*, SO 2-4 * mannitol, inuline Eau totale eau*, urée* antipyrine Compartiments ne comprenant pas le compartiment plasmatique : Mesure du volume par différence : Volume cellulaire = eau totale volume extracellulaire Volume interstitiel = volume extracellulaire volume plasmatique
Compartiments transcellulaires Milieu extérieur Liquides Articulaires Céphalo rachidien (méningites) Digestif Oculaire (glaucome) Oreille interne Glandulaires pérotoniale (péritonite) 1,5 Litres Ces petits compartiments représentent de petits volumes, mais ce sont des liquides importants en pathologie
* le liquide cérébrospinale (LCR) * les liquides synoviaux (au niveau des articulations) * les liquides pleuraux (entre les poumons et la paroi du thorax)
2.3. COMPOSITION chimique DES COMPARTIMENTS LIQUIDIENS. Liquide = eau + solutés Les solutés sont formés de : Composés non dissociables (glucose, urée ) Composés dissociés, les électrolytes (cations, anions ) ; les protéines sont considérées comme des anions
Molarité : Concentration molaire d une substance dissoute par litre de solution. ex: 1g de glucose (180g/mole) dans 1 L d eau (1g/L) / (180g/mole) = 5,6 mmol/l Molalité : Concentration molaire d une substance par kilos de solution. (i.e. de l eau) unité : mol.kg -1 ou mmol.kg -1 en chimie
en physiologie Osmolarité : Nombre de particules dissoutes mosm/l = mmol/l. (x) particules/mole Exemple : NaCl de molarité 150 mmol/l osmolarité de 300mOsm/L Equivalents, charges électriques NaCl = Na + + Cl - = 2 Eq/L CaCl 2 = Ca ++ + 2Cl - = 4 Eq/L Glucose (non-électrolyte) = 0 Eq/L
Compositions électrolytiques des différents compartiments Le liquide intracellulaire est caractérisé par sa richesse en potassium, en phosphate et en protéines. Le liquide extracellulaire est riche en sodium (élément essentiel pour la production des influx nerveux), en chlore et en bicarbonate. Le liquide extracellulaire est toujours plus riche que le liquide intracellulaire en éléments nutritifs.
2.3.1. le plasma * Le ph plasmatique ph = 7,40 Acidose ph < 7,35 Alcalose ph > 7,45 Si < 7,0 ou > 7,9 vie impossible Activité cellulaire H +
Régulation du ph plasmatique Systèmes tampons régulation immédiate mais temporaire Variations brutales ++ * Bicarbonate/ acide carbonique H + + HCO - 3 <---> H 2 C0 3 * Protéinate/ protéine * Phosphate disodique /phosphate monosodique
Régulation retardée du ph Directe reins H + Indirecte poumons H 2 C0 3 H 2 0 + C0 2 CO 2
* substances organiques protéiques Protéines 70 g/l Propriétés : Origine hépatique Pression osmotique du milieu plasmatique Anions équilibre électrique Pouvoir tampon
Electrophorèse des protéines
Albumines 60 % PM faible 70 000 Pression osmotique ++ Transporteurs Maladie hépatique (diminution) Maladie rénale ( protéinurie) Globulines Electrophorèse des protéines 35 % PM 200 000-400 000 Trois groupes : enzymes transporteurs globulines immunoglobulines A, D, E, M, G Facteurs de coagulation et fibrinolyse 5% Fibrinogène ++
* Substances organiques non protéiques Modification de concentration ( anomalie de régulation) Urée 0,3 g/l Origine hépatique Élimination urinaire Augmente si maladie rénale «Goutte» Acide urique 0,05 g/l Glucose glycémie = 1 g/l Lipides 5-8 g/l Diabète Hypoglycémie Triglycérides Cholestérol HDL et LDL Dosage à jeun ++
2.3.2 Composition du compartiment interstitiel.
2.3.3. propriétés physico-chimiques du compartiment intracellulaire Analyse difficile Hétérogénéité cellulaire Osmolarité proche du liquide extracellulaire K + cation principal Peu de Na + Mg ++
Gaz dissous N 2 O 2 Respiration cellulaire CO 2
IV. Mouvements des liquides entre les compartiments liquidiens Il existe 2 types de pressions : la pression hydrostatique (en mmhg) : c'est la pression exercée par les liquides. la pression osmotique (en osmol) : pression exercée par les substances dissoutes dans un compartiment. Elle régit les mouvements d'eau et de substances diffusibles d'un compartiment à l'autre, du milieu de plus forte concentration vers le milieu de plus faible concentration.
Echanges d eau Les membranes cellulaires et la paroi capillaire sont très perméables à l eau qui peut donc se déplacer aisément d un compartiment à l autre Deux facteurs déterminent les mouvements d eau L osmose La pression hydrostatique générée par le système cardiovasculaire (pompe cardiaque et résistance vasculaire)
Dans le liquide extracellulaire, les pressions oncotiques et hydrostatiques ne sont pas homogènes, elles diffèrent selon l'endroit où l'on se trouve. Dans le plasma, la pression oncotique sera beaucoup plus importante que dans le liquide interstitiel. Dans le plasma, qui est riche en protéines, la pression oncotique est de 28 mmhg. Dans le liquide interstitiel, qui est pauvre en protéines, la pression oncotique est de 4 mmhg. La pression hydrostatique du plasma est de : 100 mmhg en sortie de cœur 28 mmhg dans les artérioles 18 mmhg dans les capillaires 10 mmhg dans les veinules
Au niveau des capillaires, les échanges seront déterminés par le rapport entre les gradients de pression hydrostatique et de pression oncotique
Schéma de Starling EXTREMITE VEINEUSE DU CAPILLAIRE EAU Substances dissoutes EAU Substances dissoutes
- La pression hydrostatique du sang due au pompage du cœur : PH s - La pression hydrostatique du liquide interstitiel : PH li - La pression colloïdo osmotique ou oncotique du sang : PO s (ou P s ). - La pression colloïdo osmotique du liquide interstitiel : PO li (ou P li ). La pression nette de filtration PNF = (PH s + PO li ) (PO s + PH li )
Localisation des échanges Uniquement au niveau des capillaires sanguins intratissulaires Situés entre artérioles et veines Artériol e Vaisseaux très courts avec une paroi monocellulaire Pores de tailles variables selon les organes Ouverture des capillaires variable selon le niveau d activité des organes Veine
Filtration Gradient de pression hydrostatique Pression dans le capillaire due à la pression sanguine 35 mm Hg pôle artériel 15 mm Hg pôle veineux Pression hydrostatique interstitielle = 0 mmhg Echanges plasma milieu interstitiel
Filtration Gradient de pression osmotique Différence de concentration des substances dissoutes Concentrations ioniques voisines [ protéines] plasma >> [protéines] milieu interstitiel Pression osmotique = pression oncotique Plasma 3 mm Hg; Milieu interstitiel 28 mmhg Gradient de pression oncotique = 25 mm Hg Echanges plasma milieu interstitiel
- Extrémité artérielle des capillaires : PH s = 25 mmhg PO s = 28 mm Hg - Extrémité veineuse des capillaires : PH s = 10 mm Hg PO s = 28 mm Hg - Liquide interstitiel : PH li = -6.3 mm Hg PO li = 5 mm Hg PNF à l'extrémité artérielle = ( 25 + 5) ( 28 6) = 8 mm Hg filtration (20 L / 24 h) PNF à l'extrémité veineuse = ( 10 + 5) ( 28 6) = -7 mm Hg réabsorption (18 L / 24 h) Dans le système lymphatique : 2 L / 24 h Equilibre de Starling - Les mouvements d'eau sont déterminés par les variations de pression hydrostatique et les variations de pression oncotique = D PH - D PO
Pression hydrostatique du capillaire Pc C est la pression du sang dans le capillaire : 25mm Hg coté artériel, 5mmHg coté veineux, en raison de la résistance à l écoulement. Pression hydrostatique de l interstitium Pi Elle est faible et légèrement inférieure à la pression Atm (760 mm Hg), elle est de -5mm Hg. Pas de variations. Une force tend à faire sortir du liquide, c est le gradient de pression hydrostatique. ΔP = 30 coté artériole et ΔP = 10 coté veineux PRESSION ONCOTIQUE (due à la présence de protéines) Pression πc = 30 mmhg du coté veineux et du coté artériel Pression πi = 12 mmhg C est la force qui retient l eau, elle marche dans «l autre sens». Coté artériel 30>18, sortie d eau avec une force de 12 mmhg Coté veineux 10<18, retour de l eau dans les capillaires avec une force de 8mm Hg Il y a échanges et renouvellement permanents : filtration du coté artériel, réabsorption du coté veineux
A. Mouvements liquidiens au travers de la membrane capillaire. 1.Forces de Starling. = [(P c P i ) (π c π i )] Somme algébrique des pressions oncotiques et hydrostatiques. P c = Pression hydrostatique capillaire P i = Pression hydrostatique interstitielle π c = Pression oncotique capillaire π i = Pression oncotique interstitielle. ces forces sont variables selon : Les organes, les conditions physiologiques (exercice) ou pysiopath (insuffisance cardiaque).
B. Mouvements liquidiens au travers de la membrane cellulaire. Les mouvements liquidiens entre LIC et LEC ne sont liés qu aux différences de pressions osmotiques entre les compartiments en raison de l absence de gradient de pression hydrostatique.
Natrémie taux de Na+ plasmatique: 140mosmoles /l hyponatrémie sévère: inférieur à 120 mosmoles le plasma devient hypotonique et l eau se déplace vers les cellules gonflement cellulaire avec des conséquences graves au niveau cérébral (douleur, confusion, coma mort..) kaliémie: taux de K+ plasmatique normal: 4,5 mosmoles/l hyperkaliémie (sup à 5mosmoles/l dépolarisation des cellules et augmentation de l excitabilité nerveuse et cardiaque (risque d arythmies graves mortelles