Transferts passifs à travers une membrane Flashcards
Comment les molécules se déplacent ?
Elles se déplacent :
* du fait de l’agitation thermique
* du fait d’éventuels phénomènes physiques :
- Différence de concentration
- Différence de pression hydrostatique
- Différence de potentiel électrique
Définition de diffusion ?
Mouvement lié à une différence de concentration
Définition de convection ?
Mvt lié à une différence de pression hydrostatique
Définition de migration ?
Mvt lié à une différence de potentiel électrique
Définition de membrane ?
Une membrane désigne toute interface entre 2 compartiments liquidiens
Condition pour qu’il puisse y avoir une transfert au niveau d’une membrane ?
Il faut que la membrane ne soit pas totalement
imperméable à la molécule considérée
Qu’est-ce qu’un pore ?
Passage possible d’une molécule à travers une membrane
De quel nature peut être le transfert ,
Le transfert peut être :
* actif (l’énergie est fournie par la membrane)
* passif (l’énergie est fournie par un phénomène extérieur)
Nature des transferts suivants : diffusion, convection et migration ?
Phénomènes passifs
Qu’est-ce qu’une membrane hémiperméable ?
Ne laisse passer que l’eau
Qu’est ce qu’une membrane dialysante ?
ne laisse passer que l’eau et les petits ions (Na+, K+, Cl-…)
Dans le cadre des transferts de membrane, qu’est-ce que J ?
On appelle « J » le transfert molaire du soluté considéré, J correspond au nombre de moles traversant une membrane de surface S dans un temps d
Notation du débit volumique du solvant ?
Q = sera pris en première approximation au débit volumique de la solution
Notation et définition de la porosité ?
=> k
* porosité de la membrane désigne le rapport de l’aire totale des pores sur l’aire totale de la membrane
Définition et notation du coefficient de réflexion ?
=> σ
* coefficient de réflexion du soluté sur la membrane désigne le rapport de l’aire des pores imperméables au soluté considéré sur l’aire total des pores
Calcul de l’aire totale des pores perméable ?
S’ = (1-σ).k.S
où S aire totale de la mb
S’ => L’aire totale des pores perméable
Le débit molaire diffusif du soluté Jd ?
=> donné par la loi de Fick :
* Jd= -D S’ dc/dx
Jd s’exprime en mole/s où D = coefficient de diffusion du soluté considéré dans la solution (m2/s)
* Jd= -Dm S dc/dx
Où Dm= (1-σ) k D
et Dm= coefficient de diffusion du
soluté dans la membrane
et S = surface de la membrane
Calcul du coefficient de diffusion du soluté considéré dans la solution (D) ?
D= RTb
où
* R = cste gaz parfait (8,31 J°K-1 mole-1),
* T = °K,
* b= mobilité mécanique molaire (s/kg)
D= kT/ 3 M, pour un soluté de forme quelconque (M= masse molaire)
Calcule de la mobilité mécanique molaire ?
b= 1/ (N 6 π η r )
avec
* N= nb d’Avogadro (6,023 1023)
* η= viscosité du milieu (Pa s)
* r= rayon de la molécule (m)
Qu’indique la présence du signe - dans la loi de Fick ?
Exprime le fait que le transfert diffusif se fait de l’endroit le plus concentré vers le moins concentré, c’est-à-dire en sens opposé au gradient de concentration qui est orienté vers la concentration maximum
Perméabilité diffusive ?
=> P (souvent utilisé en biologie)
P= Dm/L,
où L représente l’épaisseur de la membrane P est exprimée en m/s (ou cm/mn)
D’où : Jd= - PLS dc/dx
Equation de Fick en l’absence d’accumulation du soluté dans la membrane ?
=> Le gradient dc/dx est uniforme et égal à ∆c/L
* Jd= P S ∆c
Déplacement du soluté dans le cas de transfert de membrane ?
Un soluté donné va toujours vers le compartiment où il est le moins concentré
Loi utilisée dans le cas de l’osmose ?
Il s’agit de la même loi de diffusion que pour le soluté
Le transfert molaire du solvant (eau) ?
Jd = n mole/s
Le débit volumique Qd de l’eau dans le cas de l’osmose (diffusion du solvant) ?
Volume transféré par unité de temps. Le volume correspondant à n moles d’eau = n
Volume molaire de l’eau (VH2O)
Relation entre le transfert molaire du solvant et le débit volumique ?
Comme Jd = DmSdcoms/dx (la diffusion de l’eau est en relation avec la concentration osmolaire globale de la solution), on a :
Qd= DmSVH2O*dcoms/dx
Dans quel sens se fait le transfert du solvant (eau) ?
L’eau va toujours vers le compartiment le plus concentré
Relation du transfert convectif transmembranaire ?
=> QF= -bH2OVH2OS’*dP/dx
Où :
bH2O = mobilité mécanique molaire
VH2O = volume molaire de l’eau
S’ = surface des pores perméables à l’eau c’est-à-dire l’aire de tous les pores => S’= k S (porosité k . Surface S de la mb)
d’où
=> QF= - kbH2OVH2OSdP/dx
Perméabilité hydraulique ?
=> L
* LH = k bH2O VH2O /L
où L = épaisseur de la membrane (et LH en m2. s. kg-1)
Le transfert convectif transmembranaire avec la perméabilité hydraulique ?
QF= LHS∆p
Définition du solvent drag ?
Le solvent drag désigne le transfert du soluté entraîné par le débit volumique Q
= Transfert convectif de soluté
Condition de déroulement du solvent drag ?
En présence d’une membrane cela n’est possible que s’il y a des pores perméables au soluté
Quel partie du débit volumique participe à l’entrainement du soluté ?
Seule la fraction (1-σ) Q du débit volumique participe à l’entraînement du soluté
Calcul du débit molaire convectif (Jc), si on néglige le transfert diffusif ?
Jc= (1-σ)*Q. cr
Où cr correspond à la concentration du soluté dans le rétentat (compartiment duquel est soustrait le débit Q)
Qu’est-ce que la a transmittance membranaire du soluté ?
Le rapport T= cf/cr
Relation entre le débit molaire (Jc) de soluté et la transmittance ?
Comme Jc de soluté est aussi égal au nombre de moles Q. cf de soluté qui apparaît par unité de temps dans le filtrat on a (si on néglige le
transfert diffusif du soluté) :
Jc= (1-σ) Q. cr = Q. cf
=> (1-σ).cr = cf
D’où T= cf/cr= (1-σ)
Qu’est ce qu’une transmittance nulle ?
Signifie que la mb est imperméable au soluté (σ =1)
Qu’est-ce qu’une transmittance = à 1 ?
Signifie que la mb ne fait pas de distinction entre le soluté et le solvant qui la traversent à la même vitesse (σ =0)
Quels éléments sont concerné par la migration électrique à travers une membrane ?
Ce transfert ne concerne que les ions
Calcul du transfert électrique ?
Je= -zFbmS. C*dv/dx
Où
z=valence
F= le faraday, (charge électrique d’une mole univalente= 96500 C)
bm= mobilité mécanique molaire membranaire
S= surface de la membrane
C= concentration molale du soluté
« Je » peut également s’écrire de façon simplifiée
=> Je= -Um S C dv/dx où
Um= mobilité électrique de l’ion dans la mb
Considérant une membrane hémiperméable, quels éléments vont exercées une pression ?
- L’eau : passe librement à travers les pores et n’exerce pas de pression sur eux
- Le soluté va exercer une pression sur la membrane qui va dépendre de la perméabilité de la membrane à ce soluté, cette pression est appelée pression osmotique
Qu’est-ce que le pression osmotique ?
C’est la pression hydrostatique qu’il faudrait
exercer sur la solution pour empêcher le flux diffusif de solvant
Quand est-ce qu’une solution présente une pression osmotique ?
Dès lors qu’elle contient un soluté pour lequel sa membrane est imperméable ou partiellement imperméable
Calcule de la pression osmotique ?
πs = ns RT/V avec
« ns /V » désigne la concentration osmolale « cs osm » du soluté d’où :
⇒ πs = cs osm*RT (loi de Van’t Hoff)
Concentration osmolale ?
Nb moles d’unité cinétique/ kg (ou litre) de solvant
Concentration osmolaire ?
= Nb moles d’unité cinétique / litre de solution
=> prise en compte de la dissociation d’une molécule
Pression pour un électrolyte fort ?
(dissociation complète en « n » ions) : cosmol = n cmol
Ex: le NaCl en solution se dissocie totalement en Na+ et Cl-
=>cosmol NaCl = 2 cmol NaCl
Pression pour un électrolyte faible ?
(incomplètement dissocié en « n » ions) :
cosmol = cmol (1 + α(n-1)) où
α= coefficient de dissociation
α= nb moles dissociées/nb initial de moles
Pression osmotique π0 de la solution, si la membrane est imperméable à tous les solutés, s’il existe plusieurs soluté différents ?
π0 = (Σini) RT/V
(Σini)/V correspond à l’osmolalité totale cosm=
Σiciosm d’où
π0 = (Σici osm) RT
Pression osmotique π de la solution, si la membrane est partiellement perméable à tous les solutés, s’il existe plusieurs soluté différents ?
π = (Σiσini) RT/V
ou
π = (Σiσiciosm) RT
Condition de viabilité de la loi de Van’t Hoff ?
- Valable que si les molécules de soluté sont totalement indépendantes les unes des autres, c’est à dire pour les solutions diluées, ce qui est considéré comme étant le cas pour les solutions biologiques
- Dans ces conditions les concentrations molales (/litre de solvant) et molaire (/litre de solution) peuvent être confondues
Quels sont les cas de figures pouvant arriver avec une variation du flux osmotiques ?
=> 3 cas
* les volumes des compartiments peuvent varier sans modification de la pression hydrostatique (membrane pouvant se déplacer ou très déformable
* Les volumes des compartiments ne peuvent pas varier
* Les volumes peuvent varier mais avec une différence de pression
Que se passe-t-il lorsque les volumes des compartiments peuvent varier sans modification de la pression hydrostatique ?
⇒ l’eau va diffuser du compartiment 2 vers le compartiment 1 jusqu’à l’obtention d’une égalisation des osmolalités
⇒ À l’équilibre les osmolalités et les volumes des Cpts ont varié, les osmolalités sont devenues égales, il n’existe plus de différence de pression osmotique, il n’existe pas de différence de pression hydrostatique
Dans quelles situation nous pouvons avoir en même temps un transfert diffusif et convectif pour le solvant (eau) ?
=> 2 situations particulières :
- celle où le transfert convectif tend à annuler un transfert osmotique => pression osmotique
- celle où un transfert diffusif parasite un transfert convectif imposé par un gradient
de pression => d’ultrafiltration
Loi des gaz parfaits ?
P0 = n R T/V
où :
n= nb de moles
R= cst des gaz parfaits, = 8.31 J. osmol-1. °K-1
T= température en °kelvin, (0°C = 273°K)
V= volume de l’enceinte (m^3)
P0 en Pascal
Que se passe-t-il lorsque la paroi de l’enceinte imperméable au gaz présente des trous par lesquels le gaz peut s’échapper ?
Si σ = fraction des molécules qui rebondissent sur la paroi
Alors :
a) σn moles rebondissent sur la paroi en exerçant une pression : P= σnRT/V <=> P= σP0
* P est < P0 à et tend à s’annuler avec le temps
b) (1-σ)n moles s’échappent au travers des trous sans exercer de pression
Qu’est-ce que la pression osmotique ?
Les molécules de soluté (gaz) rebondissent sur la membrane (qui contient un liquide) et y exercent une pression
=> Elle fait intervenir la nature plus ou moins perméable de la membrane considérée
Valeur de πs si la membrane est totalement perméable au soluté ?
πs =0
Valeur de πs si la membrane est partiellement perméable au soluté ?
- πs = σnRT/V
Ou encore - πs = σcs osm RT
avec πs en pascal et σ = coefficient de réflexion du soluté sur la membrane
Que se passe-t-il quand le volumes des compartiment ne peuvent pas varier ?
Apparition d’une différence de pression hydrostatique jusqu’à une valeur telle que la différence de pression hydrostatique ∆P entre les deux Cpts entraine un flux de filtration QF d’eau égal et opposé au flux osmotique QD de manière à annuler le flux volumique net
=> A l’équilibre : il est par contre apparu
une différence de pression hydrostatique ∆P : témoigne d’une différence de pression osmotique ∆π entre ces 2 compartiments
Comment calculer la différence de pression hydrostatique ∆P après un flux migratoire du solvant ?
∆P = ∆π = ∆cosm R T
Qu’entraine une variation de volume avec une différence de pression dans un compartiment ?
Le flux osmotique QD entraine une variation de volume et donc de hauteur des compartiments. La différence de hauteur ∆h est responsable d’une différence de pression hydrostatique
= ρg∆*h
Où ρ= masse volumique
g= accélération liée à la pesanteur (g= 10m/s²)
Mesure de la pression osmotique ?
Consiste à se mettre dans une situation
d’équilibre où la pression osmotique annule une pression hydrostatique mesurable au manomètre : osmomètre de Dutrochet
Solution de NaCl isotonique ?
- 300 mOsm/l
- 0,15 M
- 9 g/l
Qu’est-ce qu’un spérocyte ?
- Globule rouge dans un milieu hypotonique
- Il est spérique
- Dès 200 mOsml/l
Qu’est-ce que la pression osmotiques liée aux protéines ?
Pression oncotique
Impact de la pression oncotique ?
Responsable d’un flux osmotique (d’eau) du milieu interstitiel vers le plasma qui est contre balancé par le surcroît de pression hydrostatique du compartiment vasculaire (pression artérielle et capillaire)
Qu’est-ce que la notion de cryoscopie ?
- L’introduction d’un soluté dans un solvant abaisse la T° du début de congélation
- Cet abaissement cryoscopique est proportionnel à l’osmolalité de la solution
Calcul de l’abaissement cryoscopique ?
=> loi de Raoult
- ∆θc = Kc . Cosmol
Avec :
* ∆θc = abaissement cryoscopique en °C
* Kc= constante cryoscopique du solvant, °C . Kg . Osmole-1
* Cosmol = concentration osmolale totale de la solution
- ∆θc = θsolv – θsolution
où θsolv = température de congélation du solvant pur
θsolution = température de congélation de la solution
Application de la cryoscopie ?
- mesurer l’osmolalité d’une solution
- déterminer le taux de dissociation d’un électrolytes
Définition de l’ultrafiltration ?
La filtration (∆P) d’une solution à travers une membrane sélective
Que prend en compte le phénomène d’ultrafiltration ?
- la filtration du solvant liée à la ∆P
- la diffusion du solvant liée à la ∆c
Flux net d’ultra filtration ?
QUF = QF – QD
Avec
* QD => gradient d’osomolalité responsable d’un flux osmotique
* QF => flux de filtration
Quantification de l’ultrafiltration ?
QUF= LH. S. (∆P – ∆π)
Où :
* LH= perméabilité hydraulique de la membrane (m². s. kg-1)
* ∆P= différence de pression hydrostatique de part et d’autre de la membrane
* ∆π= différence de pression osmotique de part et d’autre de la membrane
* S= section de la membrane
* (∆P – ∆π) s’appelle pression efficace de filtration (Peff)
De qui à besoin la cellule pour vivre ?
- Recevoir des substrats (glucose, etc)
- Eliminer les déchets de son catabolisme (urée, gaz carbonique)
=> Substrats et déchets sont entraînés par un courant d’eau lavant en permanence les cellules
Qu’est-ce qui est décrit par le phénomène de Starling ?
- Décrit les échanges de solutés entre le compartiment plasmatique et le compartiment interstitiel à travers la paroi des vaisseaux capillaire
- Le flux net d’ultrafiltration dépend du sens de la Peff avec : Peff = (Pcap – P int) – ∆π
- On considère que la pression osmotique = pression oncotique, par ailleurs le plasma est riche en protéines et le milieu interstitiel est pauvre en protéines
- Déplacement dans le capillaire : Pcap diminue (perte de charge due à la résistance du capillaire à l’écoulement sanguin)
Sens de Peff à l’entrée du capillaire ?
Le sens de la Peff va du plasma vers la cellule
=> Le flux net d’eau et de soluté se fait du plasma vers la cellule
Rapport entre la ∆P et ∆π à l’entrée du capillaire ?
« Pcap - P int » est > ∆π
Rapport entre la ∆P et ∆π à la sortie du capillaire ?
« Pcap - P int » est < ∆π
=> sens de la Peff est inversé
Sens de Peff à la sortie du capillaire ?
=> Le sens de la Peff est inversé
=> Le flux net d’eau et de soluté se fait de la cellule vers le plasma
Qu’est-ce qu’un œdème ?
- augmentation de volume du secteur interstitiel
- surcharge hydro-sodée
Selon le schéma de Starling, à quoi est dû l’apport excessif d’eau et de sodium dans le secteur interstitiel menant à l’œdème ?
- A un déséquilibre entre le flux net d’eau sortant du capillaire à son entrée et le flux net entrant dans le capillaire à sa sortie
- Ce déséquilibre peut être lié soit à une augmentation de la ∆P soit à une diminution de la pression oncotique
Qu’est-ce que la filtration glomérulaire ?
Filtration du sang par les reins
Constitution anatophysiologique du rein ?
- Chaque rein est constitué de 106 néphrons représentant l’unité fonctionnelle
- Néphron= glomérule + tubule
- Glomérule avec membrane dialysante : ultrafiltration du plasma
- Tubule : chargé de réabsorber l’eau et les solutés nécessaires à l’équilibre de l’organisme et d’éliminer (urine définitive) les déchets et excédents
Débit de filtration QUF au niveau d’1 glomérule ?
QUF= LHSPef
Où :
* S = aire du filtre dialysant
* Peff = valeur moyenne de la pression efficace de filtration dans le capillaire glomérulaire : Peff = ∆P-π
où
* ∆P est la différence entre la pression hydrostatique Pcg régnant le capillaire glomérulaire et la pression hydrostatique Pt régnant le tubule
* π est la pression oncotique due aux protéines plasmatiques
* LH*S = constante de filtration Kf du glomérule
=> QUF= Kf ((Pcg- Pt) - π)
Propriétés du capillaire glomérulaire ?
2 propriétés
- une résistance négligeable à l’écoulement
- une perméabilité hydraulique élevée
Particularité du capillaire glomérulaire ?
=> Pcg est uniforme dans le capillaire (50mmHg)
=> la fraction de filtration est élevée (25% du débit plasmatique glomérulaire) entraînant une augmentation de π dans le capillaire
=> Pt = constante (15 mmHg) => ∆P est constante
=> π peut augmenter jusqu’à être égale à ∆P mais ne peut pas la dépasser : lorsque π = ∆P, la filtration s’annule (Peff = 0)
Sens du débit de filtration dans le rein ?
Le débit de filtration est toujours dans le sens capillaire glomérulaire tubule, il ne peut jamais s’inverser
Causes d’une insuffisance rénale ?
=> Elle peut être due
- à une diminution importante de la Pcg
- une augmentation de Pt
- une augmentation da pression oncotique π
- une diminution de la constante de filtration Kf
- une diminution importante du nombre de néphrons
Utilisation de la clairance ?
Elle sert à quantifier l’efficacité d’un système destiné à épurer une solution, vis à vis d’un soluté donné
Relation pour trouver la clairance ?
- K= J/c
*où- J= quantité de soluté épurée par unité de temps
- c= concentration du soluté de la solution à épurer
- Unité : ml/mn
Définition de la clairance ?
- Volume de solution totalement épurée du soluté considéré par unité de temps
- La quantité de soluté épurée par unité de temps J= Je où Je est la quantité de soluté excrétée dans les urines : K= J/cp= Je/cp= cuV/ cp
A quoi correspond la mesure de la clairance d’une molécule ni réabsorbée ni sécrétée par le tubule ?
Ca correspond à la mesure du débit de filtration glomérulaire
ex : créatinine
Mesure de la clairance de la créatine ?
- Elle donne une estimation du débit de filtration glomérulaire
- Clcréat= UV/P (U= concentration urinaire, et P=créatininémie)
- On la trouve par
- prise de sang
- prélèvement des urines sur 24
Comment mesurer la clairance sans recueil des urines ?
Il est possible d’utiliser une estimation de Clcréat basée uniquement sur la créatininémie : utilisation des formules de « Cockcroft »
Formules de « Cockcroft » chez l’homme et chez la femme ?
Chez l’homme : Clcréat = 1.2 (140 - âge(an)). Poidskg / créatininémie µmol/l
Chez la femme : Clcréat = (140 - âgean). Poidskg / créatininémie µmol/l
