B7 · États de la matière et solutions
Compartiments hydriques et régulation du milieu intérieur
Décrire la répartition de l'eau corporelle entre les secteurs et les membranes qui les séparent. Présenter la mesure d'un volume par dilution d'un traceur et les mécanismes de maintien du milieu intérieur, thermorégulation comprise.
Biophysique7 min de lecture17 QCM corrigés
Le milieu intérieur et l'eau corporelle
L'eau est le principal constituant liquide de l'organisme. Elle sert de solvant, permet le transport des substances et participe aux réactions biochimiques. Elle n'est toutefois pas répartie uniformément : elle occupe plusieurs espaces séparés par des barrières dont la perméabilité est sélective.
L'homéostasie ne signifie donc pas immobilité. Une variable physiologique fluctue autour d'une valeur de référence, tandis que des mécanismes de régulation corrigent les écarts. Le volume d'eau, la concentration des solutés et la température corporelle font partie des variables régulées.
Répartition de l'eau corporelle
Eau corporelle totale
L'eau corporelle totale est la quantité d'eau contenue dans l'ensemble de l'organisme. Elle représente en moyenne environ de la masse corporelle chez l'adulte, mais cette proportion varie notamment avec l'âge, la composition corporelle et la proportion de tissu adipeux. Comme le tissu adipeux contient moins d'eau que les tissus maigres, une adiposité plus élevée diminue la fraction hydrique de la masse corporelle.
L'eau corporelle totale se partage en deux grands compartiments :
- le secteur intracellulaire, situé à l'intérieur des cellules ;
- le secteur extracellulaire, situé à l'extérieur des cellules.
Le secteur intracellulaire contient approximativement les deux tiers de l'eau corporelle totale. Le secteur extracellulaire en contient approximativement un tiers.
Secteur intracellulaire
Bien que les cellules présentent des fonctions différentes, leurs liquides sont regroupés en un même secteur fonctionnel. La membrane plasmique limite le libre passage de nombreux solutés. Les transports membranaires entretiennent ainsi des différences de composition ionique entre l'intérieur et l'extérieur des cellules.
Secteur extracellulaire
Le liquide extracellulaire comprend principalement le plasma et le liquide interstitiel.
Le plasma représente environ un quart du secteur extracellulaire et le liquide interstitiel environ trois quarts. Une faible fraction extracellulaire forme les liquides transcellulaires, contenus dans des cavités ou conduits spécialisés et séparés du plasma par un épithélium.
Barrières entre les compartiments
Membrane plasmique
La membrane plasmique sépare le liquide intracellulaire du liquide extracellulaire. L'eau peut la traverser, mais les ions et molécules hydrophiles nécessitent souvent des canaux ou des transporteurs. Cette perméabilité sélective permet de maintenir une composition intracellulaire différente de celle du milieu extérieur.
Les mouvements d'eau dépendent des différences de concentration osmotiquement efficaces. Les notions d'osmolarité, de tonicité et d'osmose sont développées dans les fiches voisines ; ici, il faut retenir qu'un déplacement d'eau tend à réduire le déséquilibre osmotique entre deux secteurs perméables à l'eau.
Paroi capillaire
La paroi capillaire sépare le plasma du liquide interstitiel. Elle laisse passer l'eau et de nombreux petits solutés plus facilement que les protéines plasmatiques. Plasma et liquide interstitiel ont donc des compositions proches pour les petits ions, mais diffèrent davantage par leur concentration en protéines.
Les échanges à travers cette paroi résultent de forces hydrostatiques et osmotiques. Leur étude détaillée appartient aux transports membranaires et à la microcirculation.
Mesure d'un volume par dilution
Un compartiment hydrique ne peut pas toujours être mesuré directement. Son volume est alors estimé en y introduisant une quantité connue d'une substance repérable.
Après introduction, le traceur se distribue jusqu'à atteindre une concentration homogène dans le compartiment accessible. La conservation de la matière impose que la quantité présente soit égale au produit de la concentration finale par le volume de distribution.
Un traceur adapté doit être non toxique, stable pendant la mesure, facilement dosable et sans effet significatif sur les volumes étudiés. Il ne doit ni pénétrer dans un autre compartiment ni se fixer fortement à des structures qui le rendraient indisponible.
Certains volumes sont obtenus par différence entre deux volumes mesurés. Cette méthode cumule alors les incertitudes associées aux deux mesures initiales.
Régulation du milieu intérieur
Bilan hydrique
Le volume d'eau corporelle dépend d'un bilan, c'est-à-dire de la différence entre les entrées et les sorties d'eau. Un bilan nul maintient la quantité totale ; un bilan positif l'augmente et un bilan négatif la diminue.
Les reins constituent les principaux effecteurs de l'ajustement des sorties d'eau et de solutés. La prise de boisson agit sur les entrées. Les pertes digestives, cutanées et respiratoires participent également au bilan.
Deux informations doivent être distinguées :
- la concentration osmotique du milieu extracellulaire, détectée par des osmorécepteurs ;
- le volume circulant efficace et la pression, détectés par des récepteurs sensibles à l'étirement.
Une augmentation de la concentration osmotique stimule la soif et la sécrétion d'hormone antidiurétique. Celle-ci augmente la réabsorption rénale d'eau et réduit son élimination urinaire. Une diminution du volume circulant active des mécanismes nerveux et hormonaux favorisant la conservation d'eau et de sodium. Inversement, une expansion volumique favorise leur élimination.
Thermorégulation
La chaleur corporelle provient principalement du métabolisme. Elle est transférée vers l'environnement par quatre mécanismes :
- la conduction, transfert direct entre deux milieux en contact ;
- la convection, transport de chaleur par le déplacement d'un fluide ;
- le rayonnement, échange d'énergie sous forme électromagnétique ;
- l'évaporation, consommation de chaleur lors du passage de l'eau à l'état gazeux.
Des thermorécepteurs périphériques et centraux détectent la température. L'hypothalamus intègre ces informations et commande les effecteurs. Lors d'une élévation thermique, la vasodilatation cutanée augmente les transferts vers la peau et la sudation accroît les pertes par évaporation. Lors d'une baisse thermique, la vasoconstriction cutanée limite les pertes tandis que la thermogenèse augmente la production de chaleur.
Cette organisation constitue principalement un rétrocontrôle négatif : la réponse s'oppose à la perturbation initiale.
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