HOMEOSTASIE Flashcards
COMPARTIMENTS LIQUIDIENS CHEZ l’HOMME (repartition eau homme/femme; 2 compartiments liquidiens, 3 partie pour la partie extra cell; caract des fluides, organisme comment il se comporte)
REPARTITION DE L’EAU ENTRE HOMME/FEMME :
-chez un jeune homme de 70 Kg : 60% d’eau corporelle totale (42L) :
*20% d’eau extracellulaire (1% d’eau transcellulaire (AL/ liquide cephalo rachidien, liquide synovial)
*4% d’eau plasmique (3L/ sang, intravasculaire)
*15% d’eau interstitielle (10L)
*40% d’eau intracellulaire (28L)
Les valeurs entre les hommes et les femmes changent.
Generelement, les hommes ont plus d’homme que les femmes
La masse maigre correspond a 70% : 60% du poids corporel chez l’homme et 50% du poids corporel chez la femme (31L pour une femme de 60Kg)
2 TYPES DE COMPARTIMENTS LIQUIDIENS :
(1) LE LIQUIDE INTRACELLULAIRE
(2) LE LIQUIDE EXTRACELLULAIRE
- INTRACELLULAIRE :
*Potassium : 120 mmol/L
* sodium : 15 mmol/L
* chlore : 20 mmol/L
* calcium : 100 mmol/L
-EXTRACELLULAIRE :
*Potassium : 5 mmol/L
* sodium : 150 mmol/L
* chlore : 120 mmol/L
* calcium : 1 mmol/L
Ces valeurs vont variees dans le cas des organelles
Ce gradient est MAINTENU grace a la pompe Na+, K+ -ATPase
LA PARTIE EXTRAC SE DIVISE EN 3 PARTIES :
1- Le VOLUME PLASMIQUE : vaisseaux sanguiun avec volume globulaire : SANG =
*compose de plasma et d’elements figures : CELLULES SANGUINES
*L’HEMATOCRITE : est la partie occupee par les elements figures dans le sang
2- FLUIDE INTERSTITIEL : le reste du liquide extracellulaire (proteines presentes dans cet espace et cas des tissus conjonctifs denses)
3- FLUIDE TRANSCELLULAIRE : fluide entierement contenu dans un espace borde de cellules epitheliales
CARACT DES FLUIDES
- les fluides au niveau macroscopique, ont un nombre egal de chares positives et negatives : PRINCIPE D’ELECTRONEUTRALITE
ORGANISME
- les cellules et structures de l’organisme vivent dans un environnement liquide
- l’organisme regule de maniere rigoureuse le volume cellulaire et la composition des compartiments intra- et extracellulaire
- une perturbation de ces parametres indduit des mecanismes de contre-regulation hormonales pour retablir les valeurs de base
Si cela ne fonctionne pas, des situations patho-physiologiques peuvent apparaitre
-au niveau cellulaire, cette regulation est le resultat dans une large mesure, de transport d’ions a travers la membrane
LA COMPOSITION DES LIQUIDES INTRA ET EXTRA CELLULAIRE (compo, prot plasmiques)
- INTRACELLULAIRE :
*Potassium : 120 mmol/L
* sodium : 15 mmol/L
* chlore : 20 mmol/L
* calcium : 100 mmol/L
-EXTRACELLULAIRE :
*Potassium : 5 mmol/L
* sodium : 150 mmol/L
* chlore : 120 mmol/L
* calcium : 1 mmol/L
Les proteines (65-80 g/L) plasmiques representent 7% du volume plasmique totale
Les proteines plasmiques chargees negativement lient les cations et repoussent les anions
Toutefoisn il y a plus de charges positives que de charges negatives
50% des Ca2+ total sont lies aux proteines plasmiques
L’autre moitie est dont “libres ou ionisee”
La valuer du glucose et de l’uree est de 5 (a jeun : 3,5-5,6 de glucose)
LES ECHANGES DE MOLECULES ENTRE LES COMPARTIMENTS LIQUIDIENS
dependent :
- des MOUVEMENTS BROWNIENS : hasard (depend de la temperature)
: permabilite des membranes ( varie pour chaque composant)
: la concentration relative des solutes et du potentiel electrique
ELECTRONEUTRALITE :
- tendance a nombre d’anions = nombres de cations
- le trou anionique permet de detecter certains troubles
DIFFUSION :
-chauqe solute a tendance a se deplacer en fonction de son gradient de concentration : du compartiment le plus concentre vers celui le plus dilue (mouvement Brownien et permeabilite)
*TRANSPORT PASSIF DE L’INTERIEUR A L’EXTERIEUR : diffusion, non energie dependant
*TRANSPORT ACTIF DE L’EXTERIEUR A L’INTERIEUR :
pompe membranaire, contre le gradient de concentration, proteines de transport energie-dependantes
(Na+) - (Cl- + HCO3-) = 145-100-24 = 21)
HCO3- = anion intracellulaire (15 mmol/L)
OSMOLARITE :
DEFINITION
- concentration de l’eau egale dans chaque compartiment
- nombre total de particules en solution dans l’eau egale dans chaque compartiment
- la volume augmente dans la partie la plus concentree (membrane semi permeable =) passage de l’eau
FORMULE DE L’OSMOLARITE SANGUINE
- se calcule de maniere aproximative par la formule :
osmolarite sanguine = (Na+) x 2 (natremie (140)) + glycemie + uree
- l’osmolarite sanguine est d’environ 285-295 mosmol/L
- on utilise Na+ x2 pour tenir en compte que chaque Na+ est associe a un anion K+ neglige dans ce calcul
- NaCl 0,9% et glucose 5% sont environ isosmolaire :
ca veut dire qu’il ne change pas l’osmolarite du plasma
DANS LE PLASMA :
- l’osmoLALITE est considerablement plus elevee que l’osmoLARITE car elle depend des concentration dans l’eau plasmatique
- les mouvements d’eau dependent de gradient d’osmolalite
FORCES ELECTROCHIMIQUES :
MECANISME
- particules chargees ont tendance a se deplacer en fonction de differences de potentiel
La difference de potentielle electrique est constante malgres la parfaite neutralite (potentiel membrane (60mV) avec une accumulation de K)
Selon la force electrique, le K a tendance a rentrer selon le potentiel, alors que selon la force de diffusion, le K a tendant a sortir selon son radient de concentration
Ces deux forces doivent etre compensees pour former le potentiel d’equilibre (=Ex) (equation de Nernst)
La difference entre le potentiel de la membrane (60mV) et le potentiel d’equilibre, determine si l’ion entre ou sort
Le Ex de sodium est 61mV, celui du potassium est -88mV et celui du calcium est 125mV
Cela explique pq le potassium a tendance a sortir alors que le sodium et le calcium ont tendance a rentrer
TRANSPORTS ET TRANSPORTS MEMBRANAIRES (non-energie / energie)
TRANSPORTEURS MEMBRANAIRES :
- passage de molecules a travers la membrane plasmatique
L’O2, le CO2, le N2 et le benzene sont des composes qui diffusent librement a travers la membrane, tout comme l’uree, le glycerol, l’ethanol et les steroides (molecules organiques tres solubles et neutres)
Les substrats energetiques comme le glucose, le saccharose, les acides amines et les proteines ne passent pas librement, tout comme les ions charges
-Il existe differents type de transporteur (non energie dependant) selon les molecules :
*l’UNIPORTEUR : un seul compose selon son gradient de concentration (glucose, GLUT)
*le SYMPORTEUR : transporte deux composes simultanement : glucose-sodium, SGLTs
*l’ANTIPORTEUR : echange une molecule contre une autre : Na/H echangeur
- Les POMPES IONIQUES sont energie-dependantes et permettent de faire entrer/sortir un compose contre son gradient de concentration
- Les AQUAPORINES sont des pores proteines qui permettent le passage transmembranaire de l’eau et l’aquaglyceroporines celui de l’eau, du glycerol et de l’uree
LE TRANSPORT DU GLUCOSE (meca, diffusion facilite, le flux)
MECANISME
- le glucose est utilise de maniere differentes selon les tissus ou l’organe specifique :
*Le cerveau l’utilise constamment
*Le muscle en utilise apres une prise alimentaire
*L’intestin l’absorbe
*Les cellules B du pancreas utilisent du glucose de maniere proportionelle a la glycemie : secrete de l’insuline en reponse au glucose
DIFFUSION FACILITEE :
- les transporteurs au GLUCOSE (GLUTs) :
pore specifique pour le glucose et qui ne laisse pas passer les autres ions
C’est parce qu’on a deux ouvertures qui ne sont pas ouverts en meme temps
Le glucose cree une liaison avec son site qui engendre un changement de conformation
Ainsi, la molecule de glucose entre a l’interieur du pore et peut passer de l’autre cote
La diffusion facilitee depend d’un certain nombre de transporteurs
A un certain moment, on obtient une situatio saturee (atteint un plateau alors qu’on avait une courbe) :
pour l’illustrer on peur representer la courbe par l’equation de MICHEALIS-MENTEN = v = Vmax ([glucose]/[glucose]+Km)
Dans ce cas, v et Vmax sont des flux de glucose
La direction du flux depend du gradiient de concentration intra et extracellulaire
Selon le transporteur que la cellule exprime, la cinematique varie
LE FLUX,
depend donc du nombre de transporteur present mais egalement du Km :
$ Pour un Km bas (1,5 mM, GLUT1/ 1mM, GLUT3 (cerveau), le flux maximal/transporteur est atteint pour pratiquement toutes les valeurs physiologiques (ne depend pas de la glycemie)
$ Pour un Km eleve (10 mM, GLUT2 (pancreas, foie, cellules hypothalamique), le flux / transporteur varie en fonction de la concentration de glucose (proportionnel a la glycemie)
$ Le GLUT4 (2mM) est exprime dans les tissus insulino-sensibles (muscles, tissus adipeux) (augmentation de Vmax —> stimulation par insuline)
Ca veut dire que pour une meme glycemie, le transport a augmente
En effet, le nombre de transporteurs actifs a augmente (vesicules intracellulaires = invagination de la membrane —> translocation des vesicules qui vont fusionner avec la membrane)
LES POMPES IONIQUES (3 types de pompes, meca pompes)
1- Na/K ATPase
FONCTION
- maintient les gradients de concentration Na/K ATPase
MECANISME
- le fonctionnnement de la pompe (electrogenique) est similaire a une enzyme
- D’abord une liaison de 3 Na intracellulaire est faite sur la pompe et par la suite, une liaison ATP se fait en provoquant une phosphorylation de la pompe
- Ensuite, un changement de conformation de la pompe provoque l’ouverture vers le compartiment extracellulaire, ce qui engendre la sortie des 3Na
La liaison de 2K extracellulaire est rendue possible et il y a egalement l’hydrolyse du phosphate qui s’etait fixe precedemment sur la pompe
Finalement, suite au changement de conformation, les 2K entre dans la cellule ce qui ne fait revenir au point de depart
L’activite de la Na-K ATPase genere un gradient ionique transmembranaire qui est necessaire pour produire un potentiel de membrane
- Il existe d’autre pompe ionique ATP-dependantes :
2- K/H ATPase
K/H ATPase (physiologie digestive : active dans la secretion gastrique acide)
3- Ca ATPase
et la Ca ATP : calcium intracellulaire : maintien de concentration basse
MECANISME POMPES
- les canaux ioniques activables fonctionnenet comme les transporteurs uniporteurs : active par le glucose lui-meme
Mais les canaux peuvent etre ouverts ou fermes
La regulation est faite par des facteurs externes comme une force electrique (voltage) ou un activateur/inhibiteur (ligand)
HOMEOSTASIE DU CALCIUM (caract, fonctions, transport contre son gradiet, recepteurs a la ryanodine)
CARACT
- calcemie plus elevee que le calcium libre
- stockage de calcium associe aux organites joue un role dans la regulation
- taux de calcium libre est inferieur que dans l’organite ou dans le milieu extracellulaire
FONCTIONS
- plusieurs transporteurs agissent de maniere coordonneepour permettre des transports selectifs :
*transport PASSIF facilite : absorption intestinale du fructose, diffusion facilitee du fructose : anterocyte caracterise par un pole apical (luminal) et un pole basolateral
Le transport de fructose au pole luminal par transporteur specifiques = GLUT5
*une diffusion facilitee, necessite une concentration de fructose dans la lumiere plus elevee que dans la cellule
* il faut activement maintenir une concentration de fructose basse
*des enzymes specifiques permettent cela : glucose/lactate
*le transport de fructose et du glocose au pole basolateral par transporteur (non specifique) GLUT2
*coupure du saccharose en glucose et fructose (dans la lumiere intestinale) et traverser la cellule pour faire rentrer dans le sang le fructose
*transport contre un gradient : secondairement actif : absorption intestinale du glucose, secretion d’eau et d’electrolytes dans les voies pancreatiques /
ACTIF : secretion gastrique de HCl, calcium intracellulaire et signalisation cellulaire
TRANSPORT CONTRE SON GRADIENT :
- le glucose est transporte passivement avec le sodium au pole luminal par SGLT1
- il est regule par l’entree de sodium (meme contre-grandient)
- ce transporteur est donc base selon le gradient du sodium
IL NE DEPEND PAS DE L’ENERGIE.
Mais il est secondairement dependant de l’activite de Na-K ATPase : qui maintient une concentration du sodium intracellulaire basse
- GLUT2 : transport du glucose au pole basolateral = diffusion facilite
RECEPTEURS A LA RYANODINE :
- des proteines vont lier la calcium ce qui permet le stockage dans des organies pour les cellules qui en possedent
- ces recepteurs se situent dans le RE
- ils peuvent etre actives par les ions, metabolites, proteines de regulation…
- une fois actives, ils declenchent une liberation du Ca2+ du RE et une augmentation du Ca2+ cytolique =) contraction musculaire
L’HOMEOSTASIE (def, caract)
DEFINITION
- est le maintien d’un EQUILIBRE DYNAMIQUE des parametres vitaux et des fonctioins d’un systeme
- Claude Bernard a definit l’homeostasie comme la : capacite que peut avoir un systeme quelconque (ouvert ou ferme) a conserver son equilibre de fonctionnement en depit des contraintes qui lui sont exterieures
CARACT
- au niveau d’un organisme, l’homeostasie peut se porter sur la:
* temperature du corps
*le volume sanguin
*les concentrations des electrolytes dans les differents compartiments du corps
*le stockage des ressources energetiques
- au niveau cellulaire, l’homeostasie peut concerner le:
*contenu ionique de la cellule
*son potentiel membranaire
*le pH intracellulaire
*le volume cellulaire
HOMEOSTASIE DES ELECTROLYTES AU SEIN D’UN ORGANISME
CARACT
- le maintien et la regulation des concentrations ioniques dans les differents compartiments liquidiens de l’organisme sont principalement controles par :
DES HORMONES =
*l’homme parathyroidienne qui regule les taux de calcium dans le sang
- l’homeostasie ionique basale des differents compartiments liquidiens depend aussi fortement de la maniere dont les cellules regulent leur propre homeostasie ionique
LA MEMBRANE PLASMIQUE : UNE BICOUCHE LIPIDIQUE ET DES PROTEINES (caract, compo, fonctions, meca)
CARACT
- le maintient de gradient d’electrolytes entre l’interieur et l’exterieur de la cellule depend de la presence de proteines dans la bicouche lipidique de la membrane plasmique
COMPO
- formee de PHOSPHOLIPIDES ayant une tete polaire (chargee) donc hydrophile et deux queues lipidiques hydrophobes (molecules AMPHIPATIQUES)
- a haute concentration, les phospholipifes forment spontanement une bicouche avec les partie hydrophobes entre les deux couches
FONCTIONS
- impermeable aux ions et dans une moindre mesure, aux grosses molecules apolaires (glucose, sucrose)
MECANISME
- les petites molecules apolaires, telles l’eau, l’uree et le glycerol, peuvent traverser cette membrane
- les molecules hydrophobes, traversent aisement et rapidement la bicouche lipidique
DIFFUSION SIMPLE (def, caract, formules)
DEFINITION
- une substance peut se deplacer passivement a travers une membrane si une force motrice s’applique sur la substance et si une ouverture existe a travers laquelle la force motrice peut exerer son effet
CARACT
- la diffusion simple (flux) d’une substance X non chargee a travers les lipides de la membrane est directement proportionnelle a sa difference de concentration :
FORMULES
Flux = Constante x (C1-C2) (1)
ou le flux est en moles par secondes
C1 et C2 sont les concentrations (moles/cm^3) de la substance de part et d’autre de la membrane et
Constante est une constance (cm^3/s)
-La constante dans l’equation 1 incorpore les caracteristiques physiques de la membrane et de son interactivite avec la substance etudiee :
Constante = A x Px (2)
ou A est la surface de la membrane (cm^2)
Px est un coefficient de permeabilite (cm/s)
- le coefficient de permeabilite (2) d’une membrane est
*fonction du coefficient Dx de diffusion de la molecule X dans la membrane (cm^2/s),
*du coefficient ßx de partage de la molecule X entre l’huile et l’eau (sans unite) et
*de l’epaisseur L (cm) de la membrane (plus la membrane est epaisse, plus la diffusion est entravee)
Px = (Dx . ßx)/L (3)
Px est le coefficient de permeavilite
Il depend d’un coefficient de diffusion (Dx)
du coefficient de partage (ßx, qui est la coefficient de partage entre l’huile et l’eau)
L est la surface d ela membrane
-on remplace tous les petits bouts :
Flux = A. ( (Dx . ßx)/L) . (C1-C2)
A est une constante par rapport a notre membrane
C1-C2 est la difference de concentration de part et d’autre de la membrane
LE POTENTIEL TRANSMEMBRANAIRE (caract, pour les ions K+: meca)
CARACT
- s’il y a une permeabilite selective pour certains iions, un potentiel transmembranaire pourra s’etablir entre le cote interne de la membrane plasmique
POUR LES IONS K+ :
- si la membrane plasmique exprime une proteine permettant le passage selectif de cet ion, il va sortir de la cellule en suivant son gradient de concentration, laissant derriere lui son contre-ion, l’ioin chlorure Cl-
Une difference de potentiel est ainsi creee qui va tendre a ramener les ions K+ a l’interieure de la cellule
Le systeme s’equilibre quand il y autant de K+ qui rnetrent que que K+ qui sortent de la cellule
EQUATION DE NERNST (formules, exercie)
FORMULE
Eeq = -(RT)/(zF) x ln (X2/X1)
Cette equation peut etre reecrite en des formules de travail lorsqu’on se place dans des conditions donnees de temperature (37°c) et en utilisant les valeurs des constantes R et F
Formule de travail :
Eq = -(60mV/z).log(X2/X1)
- par convention X2 est la concentrationd e l’ion a l’interieur de la cellule
L’equation de Nernst peut s’ecrire de differentes facons :
0 = RT ln(X2/X1) + z.F.Eeq (1)
*dans cette equation (1), le terme R.T.ln(X2/X1) represente la difference d’energie chimique et
*le terme z F Eeq represente la difference d’energie electrique
Quand ces termes s’ annulent, une situation d’equilibre est attente et c’est ce qui est decrit par l’equation de Nernst
Quand les termes ne s’annulent pas l’equation (1) devient :
(Deltat)µx = RT ln(X2/X1) + z.F. (U2-U1)
ou (Deltat)µx correspond a la difference d’enerfie electrochimique d’unn ion donne entre les points 1 et 2
Cette difference d’energie, lorsqu’elle n’est pas nulle, induit une force electromotrice sur l’electrolyte considere et donc d’un deplacement de celui ci
=) La charge elementaire est definie comme la charge electrique d’un proton
Ainsi, si des cations sortent de la cellulle on parlera de courant sortant
a l’inverse, si des cations entrent dans la cellule, on parlera de courant entrant
EXERCICE
Calculer les potentiels de repos a 37°c des ions K+, Cl-; Ca2+, Na+ en utilisation leur concentration intracellulaire et celles du fluide interstitiel
POTENTIEL TRANSMEMBRANAIRE ET POTENTIELS DE NERNST (meca, exercice)
MECANISME
Si le potentiel transmembranaire Vm d’une cellule est egale au potentiel de repos Eeq d’un ion donne, il n’y aura pas de mouvement macroscopique de cet ion de part et d’autre de la membrane plasmique
- Si Vm > Eeq : l’ion sortira de la cellule s’il s’agit d’un cation et entrera dans lacellule s’il s’agit d’un anion (courant sortant)
- Si Vm < Eeq : on parlera de courant entrant
=) Dans des conditions physioligiques Vm est compris entre -70 mV et -40mv (cela depend du type cellulaire
EXERCICE
Si la membrane plasmique d’une cellule est selectivemet permeable aux ions (potassium,chlorure, calcium, sodium), quelle va etre la direction du flux ionique ce cette ion ?
L’ETABLISSEMENT D’UN POTENTIEL TRANSMEMBRANAIRE NE MODIFIE QUE PEU LA CONCENTRATION DES ELECTROLYTES (exemple de l’anguille)
Intuitivement, on peut imaginer que l’etablissement d’un potentiel transmembranaire, en impliquant des deplacements d’electrolytes (de ions), va modifier les concentrations intracellulaire de ces derniers.
Des electrolytes cellulaires se deplacent de part et d’autre d ela membrane plasmique pour creer le potentiel transmembranaire : CAS DE L’ANGUILLE
L’EQUILIBRE DE DONNAN (que se passe til lorque la membrane plasmique est permeable a plusieurs ions ? ; equation; points improtants)
Que se passe t il lorsque la membrane plasmique est permeable a plusieurs ions ?
- considerons par exemple que la membrane plasmique est permeable aux ions chlorure et potassium
A l’equilibre, la concentration de ces ions a l’interieur et a l’exterieur de la cellule sera identique et donc en absence de gradient de concentration d’electrolytes, le potentiel transmembranaire sera de 0 mV
Cependant, les cellules contient de nombreux gros anions (proteines) qui retiennent une partie des ions potassium
Par ailleurs, les gros anions ne pouvant sortir, ce seront les ions chlorure qui devront accompagner les ions potassium qui sortent pour satisfaire le principe d’electroneutralite
Ainsi, il y aura des differences de gradients d’electrolytes qui se mettront en place et donc un potentiel transmembranaire different de 0mV se creera
=) L’equation de Donnan permet de decrire ce genre de situation
Elle est derivee du fait qu’il ne peut y avoir qu’un potentiel transmembranaire a un moment donne, et donc en particulier lorsque le systeme est en equilibre
Dans ce cas, le potentiel transmembranaire sera equivalennt aux potentiels de repos des ions chlorure er potassium
EQUATION
-((RT)/zK . F).ln([Kin]/[Kout] = -((RT)/zCl . F).ln([Cl in]/[Cl out]
En eliminant les elements communs de part et d’autre de l’egalite et en notant que la valence du chlorure est l’inverse de celle du potassium on obtient : L’EQUATION DE DONNAN
([Kin]. [Cl in] = ([Kout] .[Cl out]
POINTS IMPORTANTS
- L’equilibre de Donnan ne s’applique que pour des situations ou les ions diffusent de maniere PASSIVE
- cet equilibre est cependant important dans la mise en place de gradient d’ions diffusibles, de potassium en particulier, et peut donc jouer un role dans la creation d’un potentiel transmembranaire
- l’equilibre de Donnan s’observe dans certaines cellules (muscles de grenouilles) et pas dans d’autres (cellules nerveuses)
EQUATION DE GOLDMAN (exemple, formule, caract)
Jusqu’a maintenant nous avons considere des membranes entierement permeables pour un ou deux ions donnes
En realite, la permeabilite des ions au travers des membranes biologiques varient d’un ions a l’autre
EXEMPLE
Si on est en presence de 2 fois plus de canaux au potassium que de canaux au sodium et donc que la membrane est deux fois plus permeable aux ions potassium qu’aux ions sodium
Le potentiel de la cellule se deplacera donc un peu plus du cote du potentiel de repos du potassium et le Vm deviendra encore plus negatif
FORMULE
=) Ce phenomene est decrit par : L’EQUATION DE GOLDMAN, deruvee de l’equation de Nernst, qui dit que le potentiel transmembranaire est la moyenne des potentiels de Nernst du potassium et du sodium balancee pour leur permeabilite au travers de la membrane plasmique
Vm = -(RT)/F. ln(([Kin] + alpha [Nain] / ([Kout] + alpha [Na out]))
Ou (alpha) est le rapport de permeabilite entre le sodum et le potassium ( cette normalisation fait que le facteur devant les concentratios de potassium est egal a 1)
CARACT
L’equation de Goldman nous indique que, lorque la membrane plasmiques est permeable a plus d’un ion, le potentiel transmembranaire depend :
1- Valeur des gradients
2- concentration absolue des ions
3- permeabilite