UE 3.1 PHYSIQUE - BIOPHYSIQUE

Question 1

Solution

Answer 1

Mélange de divers composés (les solutés) dans un liquide, homogène jusqu’au stade moléculaire (le solvant)

Exemple : le plasma ou l’eau sucrée

Question 2

Suspension

Answer 2

Liquide refermant des particules assez petites pour être dispersées et maintenues en suspension

Exemple : le sang

Question 3

Hématocrite

Answer 3

Noté Ht

Le rapport du volume des globules rouges (globules blancs et plaquettes négligés dans les conditions physiologiques) au volume de sang et permet de relier le volume plasmatique et sanguin :

Ht = Vglobule rouges / Vsang
(Taux normal de 40%)

Vplasma = Vsang (1 - Ht)

Question 4

Concentration pondérale (massique)

Answer 4

Concentration de la masse d’un soluté i par rapport au volume de solution

ci = mi / Vi

Unité : g / L de solution

Question 5

Concentration molaire

Answer 5

Concentration du nombre de mol d’un soluté i par rapport au volume de solution

Ci = ni / Vi

Unité : mmol / L de solution

La concentration massique et molaire sont reliées par :

Ci = ci / Mi

Question 6

Concentration molaire plasmatique

Answer 6

Dans le plasma, la concentration de solutés présents s’exprime avec le suffixe -émie

Exemple : kaliémie : concentration molaire plasmatique en potassium ; natrémie : concentration molaire plasmatique en sodium

Question 7

Concentration molale

Answer 7

Notée Ci, molale

Elle s’exprime par rapport à la masse d’eau ou au volume d’eau avec :

Ci, molale = ni / mH2O = ni / VH2O

Concentration molale et molaires sont reliées par :

Ci, molale = Ci / φ

Question 8

Fraction aqueuse

Answer 8

Notée φ

Le volume de solution et le volume d’eau sont reliés par la fraction aqueuse :

φ= VH2O / Vsolution

Les protéines sont souvent considérés comme les seuls éléments dont le volume est non négligeable et de densité égale à 1 (même masse volumique que l’eau) ; la fraction aqueuse s’exprime alors :

φ= 1 - CPT massique

(CPT massique : concentration massique des protéines)

Question 9

Concentration de l’ensemble des solutés

Answer 9

= Osmoles

Le nombre d’osmoles correspond à l’ensemble des unités cinétiques ou solutés présents en solution

Question 10

Concentration osmolaire ou osmolarité

Answer 10

Notée ω en mOsmol / L ou mOsm / L

Concentration des osmoles qui s’exprime par rapport au volume de solution

ω = nosm / V

Concentration osmolaire et molaire reliées par :

ω = Σi Ci

Question 11

Concentration osmolale

Answer 11

Notée ωosmolale en mOsmol / L d’eau ou Osm / kg d’eau

Concentration des osmoles qui s’exprime par rapport au volume ou à la masse d’eau

ωosmolale = nosm / mH2O = = nosm / VH2O

Concentration osmolale et molale reliées par :

ωosmolale = Σi Ci, molale

Question 12

Concentration osmolale efficace ou osmolalité efficace ou tonicité

Answer 12

Notée ωeff en Osm / kg (ou Osm / L) d’eau

Concentration osmolale des solutés d’une solution non ou partiellement diffusibles à travers une membrane

ωeff = ωosmolale - Curée, molale

(Curée, molale : concentration molale de l’urée, seul soluté osmotiquement non efficace, c’est-à-dire qui diffuse librement et rapidement tout l’organisme)

Question 13

Solution isotonique

Answer 13

Respectivement hypertonique ou hypotonique

A une osmolalité efficace pratiquement égale

Respectivement très supérieure ou très inférieure à celle du plasma ≈ 300 mOsmol / L

Question 14

Solution aqueuse diluée

Answer 14

Si ω < 560 mosmol / L d’eau

fH2O = nH2O / nosmoles total > 99%

(fH2O : fraction molaire de l’eau en %)

Toutes les solutions biologiques sont diluées (plasma, intérieur des globules rouges)

Question 15

Concentration équivalente

Answer 15

Concentration des ions en solution

Notée E

Unité : mEq / L de solution

Ei = ǀziǀ * Ci

Électroneutralité de toute solution respectée :

E (cations) = Σcations * ǀziǀ * Ci

E (anions) = Σanions * ǀziǀ * Ci

Question 16

Valence

Answer 16

Notée zi

Nombre de charges que porte l’ion

Question 17

Membrane dialysante

Answer 17

2 cas de figure :

1) Dans le cas où les solutés en présence sont tous diffusibles (pas de protéine chargée), il y a diffusion.

À l’équilibre, la concentration de chaque espèce est égale de part et d’autre de la membrane : ΔC=0

2) Équilibre de Donnan :

Membrane dialysante + espèce chargée (ion non-diffusible : souvent un macro ion) bloquée dans 1 compartiment => apparition d’une différence de potentiel de part et d’autre de la membrane + une non égalité des concentrations de chaque ion diffusable de part et d’autre de la membrane

Question 18

Différence de potentiel transmembranaire ou potentiel de Donnan

Answer 18

ΔV = V1-V2

Relié aux concentrations d’un ion diffusible :

ΔV = V1-V2 = (-(RT)/(zF))*ln(C2/C1)

(R = 8,3 J.K.mol-1 la constante des gaz parfaits

T la température (en K)

F ≈ 96500 C.mol-1 la constante de Faraday

Zi la valence de l’ion i

C1 la concentration d’un ion diffusible dans le compartiment 1 (mmol/L)

C2 la concentration du même ion diffusible dans le compartiment 2 (mmol/L)

À T=300K

ΔV ≈ ((-26mV)/z)*ln([ ]1 / [ ]2)

Le potentiel de Donnan est tel que le côté de la membrane où est présent le macro-ion non diffusible se charge de son signe

Question 19

Équilibre de Donnan

Answer 19

1) L’électroneutralité de chaque solution est respectée

Σ z + c1 = Σ z - c2

2) Le macro-ion “repousse” les ions de son signe de l’autre côté de la membrane. La différence de concentration pour chaque ion diffusible de part et d’autre de la membrane est donné par le rapport de Donnan :

([C1]/[C2])^1/z = cte ≠ 1

3) La conservation de la matière :

nj,1,initial+nj,2,initial=nj,1,final+nj,2,final

Cj,1,initial+Cj,2,initial=Cj,1,final+Cj,2,final

Question 20

Évolution équilibre de Donnan

Answer 20

Quand on ajoute aux conditions initiales un soluté, il y a évolution qui amène un nouvel équilibre de Donnan

1ère étape : flux diffusif du plus concentré vers le moins concentré

2ème étape : vérifier que l’électronégativité est assurée

Question 21

Différents volumes d’eau dans l’organisme

Answer 21

→ V = volume total = stockhydrique
→ VEC = volume extracellulaire
	- Vpl = volume plasmique
	- Vinter = volume interstitiel
→ VIC = volume intracellulaire

Question 22

Traceurs et mesure de volume

Answer 22

Calcul des volumes grâce à différents traceurs :
→ Calcul V : urée, eau tritiée, 3H
→ Calcul VEC : Na*, Sulfate*, Manitol
→ Calcul Vpl : Albumine*, Bleu Evans
Sinon calcul par différence :
Vinter = VEC - Vpl
VIC = V - VEC

Question 23

Calcul du volume de distribution d’un traceur

Answer 23

Vd = (Q - E) / (C - C0)

Question 24

Osmolalité efficace

Answer 24

→ Reflet de l’hydratation cellulaire

→ VIC

Question 25

Volémie efficace

Answer 25

→ Pression sanguine
→ Reflet de l’hydratation extracellulaire
→ VEC

Question 26

Stock sodé

Answer 26

→ SNa (mmol)

→ Na = cation EC majoritaire

Question 27

Modélisation simplifiée de l’équilibre hydrosodé

Answer 27

→ 4 hypothèse à vérifier
1)Eau et urée diffusent partout
weff((IC) = weff((EC)
2)Stock cellulaire = constante (SAUF si déplétion potassique)
weff((IC)VIC = cste
3)Osmolalité efficace proportionnelle à la natrémie (SAUF hyperglycémie)
weff((EC) ≈ 2CNa
4)Stock Na+IC = cste
DSNa = D(CNa VEC)
→ Si elles sont OK on peut utiliser les équations 5 et 6
5)Natrémie inversement proportionnelle à VIC
Cna VIC = cste
6)Vd apparent d’une charge sodée est l’eau totale
DSNa = D(CNa VEC)
Si V=cste → DS = VDCNa

Question 28

Distribution d’une charge électrique

Answer 28

Une charge q (eV, C) crée
→ en tout point M de l'environnement
	- Potentiel électrostatique = V (en V)
	- Champ = *vecteur*E (en V/m)
*vecteur*E = - *vecteur*grad(V+V0)
→ sur une charge q'
	- De l'énergie potentiel Ep = q'V + cste (en J) → 1eV = 1,6*10^(-19) J
Une force *vecteur*F = q' *vecteur*E (en N) répulsive si les charges sont de même signe et attractive si les charges sont de signes contraires

Question 29

Cas particulier d’une charge ponctuelle q

Answer 29

→ V(M) = (q/4pE0) * 1/r +V0

→ vecteurE = (q/4pE0) * 1/r * vecteurer

Question 30

Valeurs numériques à connaître

Answer 30

→ e = 1,6 * 10^(-19) C

→ 1/4pE0 = 910^9 Nm²*C^(-2)

Question 31

Vecteur dipôle

Answer 31

→ Noté *vecteur*P
→ Aussi appelé moment dipolaire
→ *vecteur*P = q *vecteur*NP
→ valeur absolue (*vecteur*P) = valeur absolue de q * a
Pour M tel que a

Question 32

Théorème de Gauss

Answer 32

→ Pour déterminer vecteurE dû à une distribution de charges
- Densité linéique l = Q/L
- Densité de surface s = Q/S
- Densité volumique r = Q/V
→ À partir de l’expression du flux d’un champ
F = intégrale vecteurE x vecteurdS = Qit/E0

Question 33

Définition thermodynamique

Answer 33

→ Étude des systèmes à grand nombre de particules
→ Chaque état d’un système est caractérisé par des variables d’état dont la variation dépend uniquement des états initial et final, et non pas du chemin suivi

Question 34

Système

Answer 34

→ Un corps présent dans une phase (s, l, g) + frontière avec l’extérieur
→ Plusieurs corps et/ou plusieurs phases

Question 35

Variables d’état extensives (additives)

Answer 35

→ Volume V (en m^3) avec 1L=10^(-3)m^3
→ Quantité de matière n (en mol)
→ Énergie interne U (en J)

Question 36

Variable d’état intensives (valeur commune)

Answer 36

→ Température (en K) 1°C=273,15K

→ Pression P (en Pa) 1bar=10^5Pa 1atm=1,013*10^5Pa

Question 37

Équation d’état (Gaz Parfaits)

Answer 37

→ PV=nRT
R = 8,315 J/K*mol
→ U=3/2nRT (pour un gaz parfait monoatomique)
→ Transformation : ΔU=Uf-Ui=3/2nRΔT

Question 38

1er principe de la thermodynamique

Answer 38

→ Système caractérisé par des valeurs d’état + Équation d’état + Échanges
→ Les échanges d’énergie sont de 2 types :
- Chaleur Q
- Travail W (des forces de pressions Wp, rare W’)
→ Tous deux dépendants du chemin suivi
→ Transformation thermodynamiques régies par le 1er principe :
ΔU=Uf-Ui=W+Q

Question 39

1er principe de la thermodynamique - Cas particuliers

Answer 39

→ Transformation cyclique
Ef=Ei
Uf=Ui
ΔU=Uf-Ui=Ui-Ui=0

→ Transformation isochore
V=cste
Wp=0
ΔU=Q

→ Transformation isotherme
T=cste
PiVi=PfVf
ΔU=0
Wp=-nRT*ln(Vf/Vi)

→ Transformation isobare
P=cste
Wp=-P(Vf-Vi)

→ Transformation très rapide/adiabatique/calorifugée
Q=0
ΔU=W

Question 40

Enthalpie

Answer 40

→ Notée H
→ variable d'état extensive = indépendante du chemin suivi
→ H=U+PV
→ 1er principe à P constante :
ΔH=Q(+W')
→ Pour un système isolé (Q=0 et W=0) :
ΔH=0 (et ΔU=0)