UE 3.1 PHYSIQUE - BIOPHYSIQUE Flashcards
Solution
Mélange de divers composés (les solutés) dans un liquide, homogène jusqu’au stade moléculaire (le solvant)
Exemple : le plasma ou l’eau sucrée
Suspension
Liquide refermant des particules assez petites pour être dispersées et maintenues en suspension
Exemple : le sang
Hématocrite
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)
Concentration pondérale (massique)
Concentration de la masse d’un soluté i par rapport au volume de solution
ci = mi / Vi
Unité : g / L de solution
Concentration molaire
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
Concentration molaire plasmatique
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
Concentration molale
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
Fraction aqueuse
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)
Concentration de l’ensemble des solutés
= Osmoles
Le nombre d’osmoles correspond à l’ensemble des unités cinétiques ou solutés présents en solution
Concentration osmolaire ou osmolarité
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
Concentration osmolale
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
Concentration osmolale efficace ou osmolalité efficace ou tonicité
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)
Solution isotonique
Respectivement hypertonique ou hypotonique
A une osmolalité efficace pratiquement égale
Respectivement très supérieure ou très inférieure à celle du plasma ≈ 300 mOsmol / L
Solution aqueuse diluée
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)
Concentration équivalente
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
Valence
Notée zi
Nombre de charges que porte l’ion
Membrane dialysante
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
Différence de potentiel transmembranaire ou potentiel de Donnan
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
Équilibre de Donnan
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
Évolution équilibre de Donnan
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
Différents volumes d’eau dans l’organisme
→ V = volume total = stockhydrique → VEC = volume extracellulaire - Vpl = volume plasmique - Vinter = volume interstitiel → VIC = volume intracellulaire
Traceurs et mesure de volume
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
Calcul du volume de distribution d’un traceur
Vd = (Q - E) / (C - C0)
Osmolalité efficace
→ Reflet de l’hydratation cellulaire
→ VIC
Volémie efficace
→ Pression sanguine
→ Reflet de l’hydratation extracellulaire
→ VEC
Stock sodé
→ SNa (mmol)
→ Na = cation EC majoritaire
Modélisation simplifiée de l’équilibre hydrosodé
→ 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
Distribution d’une charge électrique
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
Cas particulier d’une charge ponctuelle q
→ V(M) = (q/4pE0) * 1/r +V0
→ vecteurE = (q/4pE0) * 1/r * vecteurer
Valeurs numériques à connaître
→ e = 1,6 * 10^(-19) C
→ 1/4pE0 = 910^9 Nm²*C^(-2)
Vecteur dipôle
→ 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
Théorème de Gauss
→ 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
Définition thermodynamique
→ 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
Système
→ Un corps présent dans une phase (s, l, g) + frontière avec l’extérieur
→ Plusieurs corps et/ou plusieurs phases
Variables d’état extensives (additives)
→ Volume V (en m^3) avec 1L=10^(-3)m^3
→ Quantité de matière n (en mol)
→ Énergie interne U (en J)
Variable d’état intensives (valeur commune)
→ Température (en K) 1°C=273,15K
→ Pression P (en Pa) 1bar=10^5Pa 1atm=1,013*10^5Pa
Équation d’état (Gaz Parfaits)
→ PV=nRT
R = 8,315 J/K*mol
→ U=3/2nRT (pour un gaz parfait monoatomique)
→ Transformation : ΔU=Uf-Ui=3/2nRΔT
1er principe de la thermodynamique
→ 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
1er principe de la thermodynamique - Cas particuliers
→ 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
Enthalpie
→ 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)
